V sistemih za zaznavanje plina TDLAS laser DFB (distribuirana povratna informacija) služi kot glavni vir svetlobe. Za laserje DFB so značilne ozke širine črt, enosmerni vzdolžni izhod, visoka stabilnost valovne dolžine in natančna nastavljivost. Njihovo emisijsko valovno dolžino je mogoče natančno uskladiti z absorpcijsko linijo ciljnega plina in natančno nastaviti s temperaturo ali pogonskim tokom, da se omogoči skeniranje in zaznavanje preko absorpcijskega vrha, zaradi česar so idealna izbira za spremljanje industrijskih plinov, okoljske analize in znanstvene raziskave.
(1) Laser DFB oddaja koherenten enonačinski laserski žarek z valovno dolžino, ki je prilagojena črti absorpcije ciljnega plina.
(2) Laserski žarek gre skozi plinsko celico, ki vsebuje vzorec, ki ga je treba izmeriti.
(3) Plin absorbira del laserske svetlobe pri njeni značilni valovni dolžini, medtem ko se preostala svetloba prepušča.
(4) Fotodetektor zajame oddano ali odbito svetlobo in jo pretvori v električni signal.
(5) Sistem analizira signal z uporabo algoritmov zaznavanja zaklepanja, demodulacije ali Fourierjeve transformacije za izračun koncentracije plina v skladu z Beer-Lambertovim zakonom.
|
Komponenta |
Opis funkcije |
|
DFB laser |
Zagotavlja enomodni laserski vir z ozko črto. Njegova emisijska valovna dolžina je nastavljena s temperaturnim nadzorom za skeniranje čez značilno absorpcijsko linijo ciljnega plina, medtem ko je vbrizgalni tok moduliran pri visoki frekvenci za meritve spektroskopije z modulacijo valovne dolžine (WMS). |
|
Plinska celica |
Zaprta komora, ki vsebuje ciljni plin in zagotavlja določeno dolžino optične poti za merjenje absorpcije. Izbirni moduli za nadzor temperature in tlaka izboljšajo stabilnost meritev in zmanjšajo napake, ki jih povzročajo okoljske spremembe. |
|
Fotodetektor (PD) |
Pretvori optični signal po interakciji s plinom v električni signal za naknadno ojačanje, demodulacijo in analizo koncentracije. |
|
Razdelilnik žarka/spojnica za optična vlakna |
Razdelilnik žarkov se ujema z optičnim sistemom s prostim prostorom, medtem ko spojka vlaken ustreza namestitvi, ki vključuje vsa vlakna. Laser razdeli na referenčno in merilno pot. Referenčni signal se uporablja za kompenzacijo nihanj moči laserja in izboljšanje natančnosti meritev (izbirno). |
|
Sistem za obdelavo signalov |
Ojači šibke signale fotodetektorja in izvede demodulacijo spektroskopije z modulacijo valovne dolžine (WMS), vključno s harmonično ekstrakcijo 1f/2f, da pridobi informacije o absorpciji plina in določi koncentracijo plina. |
|
Računalniški/kontrolni sistem |
Omogoča nadzor sistema, konfiguracijo parametrov, pridobivanje podatkov, obdelavo signalov, izračun koncentracije, shranjevanje podatkov in vizualizacijo rezultatov meritev v realnem času. |
760nm 10mW DFB metuljasta laserska dioda
1392nm 10mW DFB metuljasta laserska dioda
1683nm 10mW optično sklopljeni laser
Visokozmogljiv 1653,7nm 40mW DFB Butterfly laser
1651nm DFB vlakno sklopljena laserska dioda
1625nm DFB BTF laserska dioda
1567nm DFB metuljasta laserska dioda
1580nm DFB SM PM laserska dioda
V1: Kakšna valovna dolžina laserja DFB se običajno uporablja v TDLAS?
A1:
|
|
Plin |
Valovna dolžina (nm) |
|
1 |
CO2 |
1572.45 |
|
2 |
O2 |
760 |
|
3 |
CH4 |
1653 |
|
4 |
N2O |
1392/2257 |
|
5 |
CO |
1566 |
|
6 |
NH3 |
1512.2 |
|
7 |
SO2 |
7160 |
|
8 |
št |
1800/2650 |
|
9 |
H2S |
1574.5/1590 |
|
10 |
C3H8 |
3370 |
|
11 |
SF6 |
1576.3 |
|
12 |
C2H2 |
1531.64/1521 |
|
13 |
C2H4 |
1625.9 |
|
14 |
C2H6 |
1683.1 |
|
15 |
HCI |
1742 |
|
16 |
HF |
1278/1273 |
|
17 |
HCN |
1540 |
V2: Ali laser DFB potrebuje izolator?
A2: Optični izolatorji so priporočljivi v sistemih TDLAS na osnovi vlaken ali v konfiguracijah z znatnim optičnim povratnim odbojem. Prav tako so lahko koristni v postavitvah prostega prostora, kjer obstajajo preostali odboji. Izolator zavira optično povratno zvezo, preprečuje skakanje v načinu, nestabilnost frekvence in nihanja izhodne moči, s čimer zagotavlja stabilno enomodno delovanje laserja in izboljšano stabilnost osnovne meritve.
V3: Zakaj je laser DFB prednostni vir svetlobe za TDLAS namesto laserja FP ali VCSEL?
A3: DFB laserji, vgrajene Braggove rešetke, zagotavljajo stabilno enofrekvenčno emisijo z ozko širino črte z visokim SMSR (>35 dB) in uglaševanjem brez skokov v načinu. Za primerjavo, laserji FP kažejo večdolžinsko emisijo in omejeno stabilnost valovne dolžine, medtem ko VCSEL običajno ponujajo omejeno območje uravnavanja, ki morda ne pokriva v celoti zahtevanih absorpcijskih značilnosti. Vrhunska spektralna čistost in stabilnost uglaševanja laserjev DFB bistveno izboljšata SNR harmoničnega zaznavanja, zaradi česar so prednostni vir svetlobe za visoko natančno zaznavanje plina WMS-TDLAS (1f/2f).
V4: Katere možnosti paketa so na voljo za laserje TDLAS DFB?
A4: Dva običajna paketa:
①14-pinski paket Butterfly: vključuje termistor TEC, NTC in fotodiodo monitorja z dodatnim optičnim izolatorjem. Široko se uporablja v visokonatančnih sistemih TDLAS, povezanih z vlakni, ki zahtevajo natančno stabilizacijo temperature in moči.
②TO-can (TO5/TO46): kompaktna rešitev, zasnovana za konfiguracije prostega prostora ali kolimiranih izhodov. Običajno nima integriranega nadzora TEC in lahko zahteva stabilizacijo zunanje temperature. Primeren je za cenovno občutljive in miniaturizirane odprte aplikacije za zaznavanje plina.
-
