Детектор газа - это обычный прибор для определения концентрации газа, в основном использующий датчик газа для обнаружения типов газов в окружающей среде. Он может обнаруживать сероводород, моноксид углерода, кислород, диоксид серы, фосфин, аммиак, диоксид азота, цианистый водород, хлор, диоксид хлора, озон и горючий газ и т. д., которые широко используются в нефтехимической, угольной, металлургической, химической промышленности. , муниципальный газ, мониторинг окружающей среды, сельское хозяйство и другие объекты для тестирования на месте. Кроме того, он также может использоваться для измерения особых случаев, таких как обнаружение концентрации или утечки в туннеле, трубе, резервуаре, замкнутом пространстве и так далее.
Абсорбционная спектроскопия с перестраиваемым диодным лазером (TDLAS) — это технология, использующая перестраиваемый диодный лазер и лазерную абсорбционную спектроскопию для измерения концентрации определенных веществ (таких как метан и водяной пар) в газовой смеси. Преимущество TDLAS по сравнению с другими методами измерения концентрации заключается в его способности достигать очень низких пределов обнаружения (класс PPB). В дополнение к концентрации можно также определить температуру, давление, скорость и массовый поток наблюдаемого газа. TDLAS на сегодняшний день является наиболее распространенным лазерным методом поглощения, используемым для количественной оценки веществ в газовой фазе.
Технология спектроскопии поглощения перестраиваемого диодного лазера TDLAS используется для измерения одной или нескольких линий поглощения молекул, которые очень близки друг к другу и которые трудно разрешить, используя характеристики узкой ширины линии и длины волны перестраиваемого полупроводникового лазера с модуляцией.
Технология TDLAS в основном используется для обнаружения газа путем обнаружения одной колебательной линии поглощения молекулы газа. При обнаружении газа с низкой концентрацией из-за слабого сигнала поглощения обычно необходимо сочетать технологию длинного оптического пути и метод обнаружения гармоник для повышения чувствительности обнаружения газа. Согласно закону Ламберта-Бера, пучок света при прохождении через газ распадается.
Принцип технологии обнаружения газа TDLAS
Когда свет лазерного диода проходит через газовую камеру, детектор PD получает оптическую мощность LD.
При модуляции соответственно изменяются выходная оптическая мощность и длина волны лазера. После прохождения через газовую полость соответствующие выходные оптическая мощность и длина волны также изменятся. Если свет не поглощается газом в диапазоне развертки длин волн, то есть отсутствует линия поглощения газа, то оптическая мощность, принимаемая ФД, равна оптической мощности, выдаваемой ЛД. При наличии линии поглощения в диапазоне длин волн линейчатый спектр оптической мощности, принимаемой терминалом ФД, будет иметь впадину, а тип и интенсивность газа можно определить по длине волны и глубине впадины.
Чтобы отразить реальное поглощение света, необходимо отсканировать кривую длины волны или частоты лазера.
Базовый метод контроля частоты при обнаружении газа TDLAS
В общем, есть четыре основных способа регулировки частоты света, выходящего из лазера, а именно: изменение температуры диода, изменение напряжения пьезоэлектрического привода (который управляет положением и углом решетки), регулировка ток, управляющий лазерным диодом, и изменение напряжения ЭОМ внутри резонатора.
Метод внутриполостной ЭОМ менее распространен и позволяет быстро изменить показатель преломления, но диапазон регулировки частоты обычно очень мал.
Изменяя температуру диода, можно значительно изменить частоту лазера (коэффициент настройки обычно составляет 0,1 нм/K), чтобы достичь цели сканирования длины волны. Но для изменения температуры диода требуется много времени, обычно несколько секунд, что подходит только для настройки примерного диапазона длин волн.
Регулировка тока, управляющего лазерным диодом, изменяет показатель преломления полупроводника и, следовательно, частоту. Типичный коэффициент настройки составляет около 0,1 ГГц/мА. Модуляционный ток позволяет модулировать частоты лазера с полосой пропускания в несколько МГц. Таким образом, это типичный «привод» для уменьшения ширины лазерной линии.
Пьезоэлектрическая регулировка — это очень быстрая регулировка, которая позволяет регулировать положение решетки и угол за миллисекунды или даже доли миллисекунды, чтобы соответствовать требованиям быстрого изменения частоты. Кроме того, частота может регулироваться в широком диапазоне, от нескольких Гц до кГц, с помощью пьезоэлектрического метода регулировки.
Кроме того, методы пьезорегулировки часто используются для противодействия более медленным сдвигам частоты.
Управление частотой на основе пьезоэлектрической технологии
Как правило, пьезоприводы представляют собой компоненты привода, используемые для блокировки контуров обратной связи по фазе и частоте. Он выполняет регулировку фазы и частоты на основе управляющих сигналов.
Поскольку спектральные линии поглощения разных измеряемых газов различны, выходная длина волны лазера должна периодически изменяться, чтобы центральная длина волны лазера настраивалась на спектральную линию поглощения измеряемого газа, а выборочная происходит поглощение. Периодическое изменение выходной длины волны лазера можно регулировать с помощью пьезоактюатора. Пьезоактюатор обладает такими характеристиками, как высокая скорость отклика и высокая точность, и очень подходит для регулировки выходной спектральной линии.
Пьезоприводы используются не только в технологии обнаружения газа TDLAS, но также в обнаружении и анализе газа OPLAS в открытом контуре.
OPLAS (лазерная абсорбционная спектроскопия с открытым оптическим путем) аналогична TDLAS, но OPLAS не требует закачки пробы газа в блок поглощения газа для анализа. Система OPLAS предъявляет более высокие требования к качеству лазерных точек и оптическому оборудованию. Например, обнаружение низкой концентрации аммиака относительно сложно, при обнаружении среды с низкой концентрацией газообразного аммиака пьезопривод можно использовать для регулировки направления источника света, быстрого определения положения центра лазерного сканирования, а затем взять быстрое лазерное сканирование в определенном диапазоне. Этот метод может даже определять концентрацию газа на расстоянии 1000 метров.
Выбор пьезоприводов для обнаружения газа TDLAS
CoreMorrow предлагает тысячи пьезоприводов и соответствующие продукты для управления приводами. Выбор пьезоприводов в основном зависит от конкретной структуры соответствующего обнаружения газа TDLAS и соответствующей необходимости настройки параметров оптического пути.
Обычно объем детектора газа небольшой, поэтому чем меньше размер компонента, тем лучше.
1) Пьезопривод CoreMorrow
Приводы CoreMorrow PZT выпускаются в широком диапазоне размеров и моделей, с наименьшим размером до 1,22 x 1,3 x 1,7 мм ^ 3 и смещением до 1 мкм. Площадь поперечного сечения пьезоблока 1,22 х 1,3 мм^2, 1,66 х 1,72 мм^2, 2 х 3 мм^2, 3,5 х 3,5 мм^2, 5 х 5 мм^2, 7 х 7 мм^ 2... 25 x 25 мм^2, чем больше площадь поперечного сечения, тем выше выход. Высота может быть выбрана в соответствии с желаемым значением диапазона смещения. Чем выше высота, тем больше смещение.
Окончательный выбор будет зависеть от таких факторов, как требования к производительности, требования к рабочему объему и ограничения по пространству.
-Технические характеристики пьезостеков CoreMorrow
2) Пьезоактуаторы CoreMorrow с предварительным натягом
Чтобы обеспечить лучшую защиту и применение, CoreMorrow предлагает предварительно нагруженные пьезоприводы с пьезокерамикой, уложенной и герметизированной внутри, чтобы они были защищены от ударов, влажности и т. д.
Кроме того, пьезоактуатор имеет внутреннюю предварительную нагрузку, что делает его более подходящим для динамических применений.
Подвижный конец предварительно нагруженных пьезоприводов может быть соединен с плоской головкой, шаровой головкой, внутренней резьбой, внешней резьбой или индивидуальным соединением.
-Технические характеристики предварительно загруженных пьезоактюаторов CoreMorrow
Примечание. Из-за большого количества моделей товаров здесь показана только часть из них. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нашим инженером по продажам.
Чувствительность к абсорбции можно улучшить, увеличив длину газовой камеры.
Для обнаружения более низких концентраций газов требуется более высокая чувствительность к поглощению газов.
Чувствительность газопоглощения можно улучшить, увеличив длину газовой камеры, но это приведет к увеличению объема оборудования для обнаружения газа. Для решения этой проблемы многие газоанализаторы имеют специальные зеркала с малыми потерями на обоих концах газовой камеры. Свет, излучаемый лазером, отражается назад и вперед в газовой полости с помощью отражательной линзы, так что свет имеет больший контакт с газом, а расстояние света через газ становится больше, чтобы улучшить высокую чувствительность теста, а также может быть обнаружена слабая линия поглощения.
Примечание. Только для справки: разные системы имеют разную структуру.
Свет колеблется взад и вперед в газовой камере, поэтому ширина линии LD должна быть как можно меньше.
Конечно, это всего лишь одна из структур TDLAS, и структура каждого устройства TDLAS будет разной.
Список газочувствительных длин волн
Параметры длины волны, чувствительные к газу, приведены в следующей таблице для справки:
