У системах вимірювання газу TDLAS основним джерелом світла є лазер DFB (розподілений зворотний зв’язок). Лазери DFB характеризуються вузькою шириною лінії, одномодовим вихідним сигналом, високою стабільністю довжини хвилі та можливістю точного налаштування. Їх довжина хвилі випромінювання може бути точно узгоджена з лінією поглинання цільового газу та точно налаштована за допомогою температури або струму, щоб забезпечити можливість сканування та виявлення вздовж піку поглинання, що робить їх ідеальним вибором для промислового моніторингу газу, аналізу навколишнього середовища та наукових досліджень.
(1) Лазер DFB випромінює когерентний одномодовий лазерний промінь з довжиною хвилі, налаштованою на лінію поглинання цільового газу.
(2) Лазерний промінь проходить через газову камеру, що містить зразок для вимірювання.
(3) Газ поглинає частину лазерного світла на характерній довжині хвилі, тоді як решта світла пропускається.
(4) Фотодетектор вловлює пропущене або відбите світло, перетворюючи його на електричний сигнал.
(5) Система аналізує сигнал за допомогою детекції блокування, демодуляції або алгоритмів перетворення Фур’є для обчислення концентрації газу відповідно до закону Бір-Ламберта.
|
компонент |
Опис функції |
|
DFB лазер |
Постачає одномодове лазерне джерело вузької ширини лінії. Його довжина хвилі випромінювання налаштовується за допомогою контролю температури для сканування через характеристичну лінію поглинання цільового газу, тоді як струм інжекції модулюється на високій частоті для вимірювань спектроскопії модуляції довжини хвилі (WMS). |
|
Газова комірка |
Герметична камера, що містить цільовий газ і забезпечує певну довжину оптичного шляху для вимірювання поглинання. Додаткові модулі контролю температури та тиску покращують стабільність вимірювання та зменшують помилки, викликані коливаннями навколишнього середовища. |
|
Фотодетектор (PD) |
Перетворює оптичний сигнал після взаємодії з газом в електричний сигнал для подальшого посилення, демодуляції та аналізу концентрації. |
|
Розділювач променя/оптичне волокно |
Розділювач променя підходить для оптичної системи вільного простору, тоді як волоконно-оптичний з’єднувач підходить для повноволоконної установки. Він розділяє лазер на контрольний і вимірювальний шляхи. Еталонний сигнал використовується для компенсації коливань потужності лазера та підвищення точності вимірювання (опція). |
|
Система обробки сигналів |
Посилює слабкі сигнали фотодетектора та виконує демодуляцію за допомогою спектроскопії модуляції довжини хвилі (WMS), включаючи виділення гармонік 1f/2f, щоб отримати інформацію про поглинання газу та визначити концентрацію газу. |
|
Комп'ютер/ Система керування |
Забезпечує керування системою, конфігурацію параметрів, збір даних, обробку сигналів, обчислення концентрації, зберігання даних і візуалізацію результатів вимірювань у реальному часі. |
760 нм 10 мВт DFB лазерний діод метелик
1392 нм 10 мВт DFB лазерний діод метелик
1683 нм 10 мВт оптоволоконний лазер
Високопотужний лазер DFB Butterfly 1653,7 нм потужністю 40 мВт
1651 нм DFB волоконний лазерний діод
1625 нм DFB BTF лазерний діод
1567nm DFB лазерний діод метелик
1580 нм DFB SM PM лазерний діод
Q1: Яка довжина хвилі лазера DFB зазвичай використовується в TDLAS?
A1:
|
|
газ |
Довжина хвилі (нм) |
|
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 |
НІ |
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 |
Q2: Чи потрібен ізолятор для лазера DFB?
A2: Оптичні ізолятори рекомендуються в системах TDLAS на основі оптоволокна або в конфігураціях зі значним оптичним зворотним відображенням. Вони також можуть бути корисними в установках вільного простору, де існують залишкові відбиття. Ізолятор пригнічує оптичний зворотний зв’язок, запобігаючи стрибкам моди, нестабільності частоти та коливанням вихідної потужності, забезпечуючи таким чином стабільну роботу одномодового лазера та покращену стабільність базової лінії вимірювання.
Q3: Чому лазер DFB є кращим джерелом світла для TDLAS замість лазера FP або VCSEL?
A3: DFB-лазери, інтегровані брегговські решітки, забезпечують стабільне випромінювання на одній частоті з вузькою шириною лінії з високим SMSR (>35 дБ) і налаштуванням без стрибків моди. Для порівняння, FP-лазери демонструють багатомодове випромінювання та обмежену стабільність довжини хвилі, тоді як VCSEL зазвичай пропонують обмежений діапазон налаштування, який може не повністю покривати необхідні характеристики поглинання. Висока спектральна чистота та стабільність налаштування лазерів DFB значно покращують SNR виявлення гармоній, що робить їх кращими джерелами світла для високоточного вимірювання газу WMS-TDLAS (1f/2f).
Питання 4: Які варіанти упаковки доступні для лазерів TDLAS DFB?
A4: два основні пакети:
①14-контактний пакет Butterfly: об’єднує термістор TEC, NTC і фотодіод монітора з додатковим оптичним ізолятором. Він широко використовується у високоточних оптоволоконних системах TDLAS, які вимагають точної стабілізації температури та потужності.
②TO-can (TO5/TO46): компактне рішення, розроблене для конфігурацій вільного простору або колімованого виводу. Зазвичай він не має вбудованого контролю TEC і може потребувати зовнішньої стабілізації температури. Він підходить для економічно чутливих і мініатюрних відкритих зондування газу.
-
