Trong các hệ thống cảm biến khí TDLAS, laser DFB (Phản hồi phân tán) đóng vai trò là nguồn sáng cốt lõi. Laser DFB được đặc trưng bởi băng thông hẹp, đầu ra chế độ dọc đơn, độ ổn định bước sóng cao và khả năng điều chỉnh chính xác. Bước sóng phát xạ của chúng có thể được khớp chính xác với vạch hấp thụ của khí mục tiêu và được tinh chỉnh thông qua nhiệt độ hoặc dòng điện để cho phép quét và phát hiện trên đỉnh hấp thụ, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng để giám sát khí công nghiệp, phân tích môi trường và nghiên cứu khoa học.
(1) Laze DFB phát ra chùm tia laze đơn chế độ kết hợp với bước sóng được điều chỉnh phù hợp với vạch hấp thụ khí mục tiêu.
(2) Chùm tia laze đi qua bình khí chứa mẫu cần đo.
(3) Khí hấp thụ một phần ánh sáng laser ở bước sóng đặc trưng của nó, trong khi phần ánh sáng còn lại được truyền đi.
(4) Bộ tách sóng quang thu giữ ánh sáng truyền đi hoặc phản xạ, chuyển đổi ánh sáng đó thành tín hiệu điện.
(5) Hệ thống phân tích tín hiệu bằng thuật toán phát hiện khóa, giải điều chế hoặc biến đổi Fourier để tính toán nồng độ khí theo định luật Beer-Lambert.
|
Thành phần |
Mô tả chức năng |
|
Laser DFB |
Cung cấp nguồn laser đơn chế độ có độ rộng đường truyền hẹp. Bước sóng phát xạ của nó được điều chỉnh thông qua điều khiển nhiệt độ để quét qua vạch hấp thụ đặc trưng của khí mục tiêu, trong khi dòng phun được điều chế ở tần số cao để đo quang phổ điều chế bước sóng (WMS). |
|
Tế bào khí |
Một buồng kín chứa khí mục tiêu và cung cấp độ dài đường quang xác định để đo độ hấp thụ. Các mô-đun kiểm soát nhiệt độ và áp suất tùy chọn cải thiện độ ổn định của phép đo và giảm sai sót do biến đổi môi trường gây ra. |
|
Bộ tách sóng quang (PD) |
Chuyển đổi tín hiệu quang sau khi tương tác với khí thành tín hiệu điện để khuếch đại, giải điều chế và phân tích nồng độ tiếp theo. |
|
Bộ tách chùm tia/Bộ ghép sợi quang |
Bộ tách chùm phù hợp với hệ thống quang học không gian trống, trong khi bộ ghép sợi phù hợp với thiết lập toàn sợi. Nó chia tia laser thành các đường tham chiếu và đo lường. Tín hiệu tham chiếu được sử dụng để bù cho sự dao động công suất laser và cải thiện độ chính xác của phép đo (tùy chọn). |
|
Hệ thống xử lý tín hiệu |
Khuếch đại tín hiệu của bộ tách sóng quang yếu và thực hiện giải điều chế quang phổ điều chế bước sóng (WMS), bao gồm chiết sóng hài 1f/2f, để thu được thông tin hấp thụ khí và xác định nồng độ khí. |
|
Máy tính/Hệ thống điều khiển |
Cung cấp khả năng điều khiển hệ thống, cấu hình tham số, thu thập dữ liệu, xử lý tín hiệu, tính toán nồng độ, lưu trữ dữ liệu và hiển thị kết quả đo theo thời gian thực. |
Điốt Laser hình cánh bướm DFB 760nm 10mW
Điốt Laser hình cánh bướm DFB 1392nm 10mW
Laser kết hợp sợi quang 1683nm 10mW
Laser bướm DFB công suất cao 1653,7nm 40mW
Điốt Laser kết hợp sợi DFB 1651nm
Điốt Laser DFB BTF 1625nm
Điốt laser bướm DFB 1567nm
Điốt Laser DFB SM PM 1580nm
Câu hỏi 1: Bước sóng nào của laser DFB thường được sử dụng trong TDLAS?
A1:
|
|
Khí đốt |
Bước sóng (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 |
KHÔNG |
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 |
HN |
1540 |
Câu hỏi 2: Laser DFB có cần bộ cách ly không?
Câu trả lời 2: Nên sử dụng bộ cách ly quang học trong các hệ thống TDLAS dựa trên sợi quang hoặc trong các cấu hình có độ phản xạ ngược quang học đáng kể. Chúng cũng có thể có ích trong các thiết lập không gian tự do nơi tồn tại các phản xạ dư. Bộ cách ly triệt tiêu phản hồi quang, ngăn chặn nhảy chế độ, mất ổn định tần số và dao động công suất đầu ra, từ đó đảm bảo hoạt động laser đơn chế độ ổn định và cải thiện độ ổn định cơ bản của phép đo.
Câu hỏi 3: Tại sao laser DFB là nguồn sáng ưa thích cho TDLAS thay vì laser FP hoặc VCSEL?
Câu trả lời 3: Laze DFB, cách tử Bragg tích hợp, cung cấp khả năng phát xạ tần số đơn, băng thông hẹp ổn định với SMSR cao (>35dB) và điều chỉnh không có chế độ nhảy tần. Để so sánh, laser FP thể hiện sự phát xạ đa chế độ theo chiều dọc và độ ổn định bước sóng hạn chế, trong khi VCSEL thường cung cấp phạm vi điều chỉnh hạn chế có thể không bao gồm đầy đủ các tính năng hấp thụ cần thiết. Độ tinh khiết quang phổ vượt trội và độ ổn định điều chỉnh của laser DFB cải thiện đáng kể SNR phát hiện hài hòa, khiến chúng trở thành nguồn sáng ưu tiên cho cảm biến khí WMS-TDLAS (1f/2f) có độ chính xác cao.
Câu hỏi 4: Có những tùy chọn gói nào cho laser TDLAS DFB?
A4: Hai gói chính:
①Gói Butterfly 14 chân: Tích hợp điện trở nhiệt TEC, NTC và điốt quang giám sát, với bộ cách ly quang tùy chọn. Nó được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống TDLAS kết hợp sợi quang có độ chính xác cao yêu cầu ổn định nhiệt độ và công suất chính xác.
②TO-can (TO5/TO46): Một giải pháp nhỏ gọn được thiết kế cho cấu hình đầu ra không gian trống hoặc chuẩn trực. Nó thường thiếu điều khiển TEC tích hợp và có thể yêu cầu ổn định nhiệt độ bên ngoài. Nó phù hợp cho các ứng dụng cảm biến khí đường dẫn mở thu nhỏ và nhạy cảm với chi phí.
-
