让聚光科技LGA-4100来引领激光过程气体分析！

     武钢计控公司是国家一级计量单位。该公司以“在科学的道路上永无止境地探索”为企业理念，注重发挥各类人才积极性和创造性。通过建立现代企业制度，实施管理创新，形成较强的高新技术产品开发能力。该公司向我公司聚光科技提供了详细工况，让我公司根据现场工艺来设计，对其电捕焦油器O2浓度进行连续、实时的监测和记录、分析，给武钢计控公司的工艺控制提供依据。
据该公司O2含量检测要求，我公司采用LGA-4100型探头式激光过程气体分析系统来进行测量。LGA-4100激光过程气体分析系统是结合多年的激光气体分析产品的开发和应用经验，集成半导体激光吸收光谱、激光器波长自适应、、蓝牙无线通讯等多项创新技术，推出的新一代激光过程气体分析产品。该系统的发射和接收单元直接安装在工业管道上。整个系统由于无预处理及运动部件，使得其相对于传统红外等分析系统，运行的稳定性和可靠性大大增强，并且维护标定工作量和运行费用大大降低。

     LGA-4100半导体激光气体分析系统基于国际领先的半导体激光吸收光谱技术（DLAS），即“单线光谱”测量技术。具体来说，就是通过测量具有某一特定吸收谱线的激光束在穿过被测气体时发生的衰减信息，并根据激光强度衰减与被测气体含量间的正比关系，分析获得被测气体的浓度。与非分光红外气体分析技术相同,DLAS技术也是一种吸收光谱技术，它利用Beer-Lambert关系来定量分析半导体激光能量被被测气体选择吸收产生的衰减来获得气体的浓度。与传统非分光红外分析技术使用谱宽很宽且固定波长的红外光源不同，DLAS技术使用谱宽非常小(也就是单色性非常好) 且波长可调谐的半导体激光器作为光源。
     因此，DLAS技术具有传统非分光红外分析技术无法实现的一些性能优点：
     1. 不受背景气体交叉干扰。半导体激光器发射的激光谱宽小于0.0001nm，是红外光源谱宽的1/10⁶，远小于红外光源谱宽和被测气体单吸收谱线宽度，其频率调制扫描范围也仅包含被测气体单吸收谱线（半导体激光吸收光谱技术也因此被称为单线光谱技术），因此成功消除了背景气体交叉干扰影响。

     2. 不受粉尘和视窗污染干扰。非分光红外气体分析仪在分析粉尘含量较大的气体时，粉尘和被污染的光学元件会引起气室透光率的变化，而固定波长的光源又无法区别气体和粉尘的吸收，因此无法自动修正粉尘对光学元件的污染影响。而半导体激光的波长可通过调制工作电流而被扫描，使激光波长既扫描过有气体吸收的区域，也扫描过没有气体吸收的区域。当波长位于吸收区域时可测得包含气体和粉尘在内的总透光率T总，当波长位于无气体吸收区域时可以测得粉尘透光率T粉尘，从而可以准确获得被测气体的透光率T气体 =T总/ T粉尘。DLAS技术通过激光波长扫描技术修正了粉尘和视窗污染对测量的影响。
     3. 不受被测气体环境参数变化干扰。被测气体环境参数—温度或压力变化通常导致谱线强度和展宽发生变化，对温度或压力信号不加修正就会影响测量结果。而DLAS技术是对被测气体单一吸收谱线进行分析，因此可较容易地对温度、压力效应进行修正。为此LGA-4100系统内置了温度和压力自动修正功能，能根据实际测量得到的被测气体温度和压力对气体成分测量值进行自动修正，从而可实现精确的在线气体分析。
     综上所述，单线光谱技术、激光波长扫描技术和环境参数自动修正技术使DLAS技术可以被用于实现气体的原位分析，因此比非分光红外等传统采样气体分析系统具备更强的环境适应性。并且由于激光气体分析系统省却了采样预处理装置，结构简单、无运动部件，维护标定方便、可靠性高，响应速度快而准确，大大提升了在线过程气体检测的水平。
     该系统特点：
     1.无需采样，现场测量。
     2.响应速度快（<1秒）。
     3.测量精度高（≤±1%）。
     4.不受背景气体交叉干扰。
     5.自动修正粉尘及光学视窗污染影响。
     6.结构简单紧凑、可靠性高，操作维护方　　便，运行费用低。
     7.一体化正压防爆技术，模块化设计，可　　现场更换所有功能模块。
     聚光科技在产品核心及关键技术领域拥有自主知识产权，现已申请并拥有多项发明专利、实用新型专利和软件著作权。其研发生产的激光现场在线气体分析系统于2003年经国家法定检测部门检测，精度达到1级。系统能够在高温、高粉尘、高流速、强腐蚀等恶劣环境下现场分析气体浓度和热值等。为各行业提供迫切需要的非接触、实时、远程、多点连续的自动监测解决方案，并为优化生产工艺、节能降耗、能源气回收、安全及环保监测等提供了有效保障。
     那么为什么武钢计控公司会选择聚光科技呢？ 除了聚光科技，还没有一家公司有实力去研发生产激光现场在线气体分析系统。作为全球不多的激光在线气体分析系统的开发和供应商，聚光科技解决了以下技术难点：
     第一，半导体激光吸收光谱技术。解决包括半导体激光波长锁定技术（使激光频率长时间稳定在吸收谱线频率处）、高灵敏度的调制光谱检测技术、光学Etalon噪音有效抑制方法等，并建立和完善了重要工业气体成分的吸收光谱数据库（吸收谱线位置、不同温度下的压力展宽、吸收谱线线强及其与温度的关系等）等。
     第二，高性能半导体激光电流源技术。半导体激光器非常容易被浪涌电流和高频电磁辐射损坏，为此聚光科技开发了用于各工业现场的低噪音半导体激光电流源技术，在半导体激光电流源电路中设计大量保护电路模块来抑制各种原因产生的浪涌电流和电磁辐射。同时，还通过降低激光电流源的噪音来降低激光强度噪音，从而提高系统的检测灵敏度。
     第三，微弱信号检测技术和电磁兼容技术。为了提高检测灵敏度，除了降低上面提到的光学Etalon噪音外，还要降低各种电磁干扰噪音。为此研发了高性能的微弱信号检测技术（低噪音设计、采用锁相放大技术）和电磁兼容技术（如良好接地、电缆线屏蔽等）。
第四，吸收光谱信号分析算法。激光在线气体分析系统实现了从测量获得的调制光谱信号中直接提取谱线展宽的数字信号处理方法，从而可以准确修正气体组分变化对气体浓度测量的影响。很多时候，光学Etalon噪音或其他噪音的频率与信号频率接近，而聚光科技研发的、适用于这种情况下的噪音抑制算法，大大提高了恶劣工况下激光在线气体分析系统的检测灵敏度和可靠性。
     聚光科技不仅掌握世界尖端科技——激光吸收光谱技术，可以解决和突破以上难点，而且与现有其他分析系统相比，聚光科技研发生产的激光在线气体分析系统还实现了以下技术创新：
     第一，开发的半导体激光在线气体分析系统实现了气体浓度的现场、连续测量，避免了背景气体的交叉干扰，自动修正粉尘、视窗污染所带来的数据误差。由于采用非接触式光学测量而适用于强腐蚀、高温、高压、高粉尘的恶劣环境，解决了现有常用采样方式“在线”分析系统的弊病。该技术创新点经鉴定为国内首创、国际先进。
     第二，在使用光谱技术测量气体成分时，如果气体组成、温度和压力发生了变化，则气体的谱线展宽就会相应变化，从而影响测量的准确性。国外同类产品都是通过测量气体温度、压力，并且估计测量环境中的气体组成来计算谱线展宽，从而对测量气体成分进行修正。这种修正策略的难点在于无法准确估计测量环境中的其他气体组成，从而造成测量误差。对于此难点，聚光科技在国际上率先实现了通过数字信号处理的方法直接从检测的调制光谱信号中准确提取谱线展宽，从而避免了谱线展宽变化导致的测量误差。
     第三，国际上现有同类产品一般都只有4-20mA电流、RS232等数据输出方式，聚光科技的激光现场在线气体分析系统除了以上方式外，还开发了可选配的无线数据传送模块，使本产品具有无线网络传输功能。该无线数据传输模块可以实现：对仪器内嵌程序版本实现无线远程升级；分析信息、数据的远程传输；远程收集系统工作状态，实时设置仪器参数等。这是国际上首次在半导体激光在线气体分析系统上实现无线数据传送。
     与国外同类产品相比，LGA系列激光在线分析系统在软硬件方面也具有明显优势：
     首先，它具有自动谱线展宽修正功能，分析气体浓度时不受被测气体环境中气体组成变化的影响，可应用于气体组成有较大变化的场合。
     其次，LGA系列产品可选配GPRS无线数据传输模块，通过该模块，聚光科技可为用户提供远程程序升级、设置和优化分析系统参数等服务。
而且，国外引进关键技术和部件，国内进行研发并量身定制，充分考虑了国内用户的现场工况和供货需求，为项目的按期、顺利实施也提供了有效保障。
     聚光科技为武钢计控公司此项目解决了一些关键的工艺需求。
     首先是响应速度。气体分析的重要因素是分析仪器的响应速度，激光在线气体分析系统实现“在位”测量和毫秒级响应，响应时间<1S，避免了采样预处理响应滞后带来的安全隐患。
     其次是样气排放。工艺管道中有大量有毒、有害气体，传统分析系统的尾气排放不仅会造成环境污染和爆炸，对操作人员身体也有害处。激光在线气体分析系统无需抽气检验，没有样气排放问题。
     第三是测量精确度。测量的准确性关系到对安全隐患判断的准确性问题，激光现场在线气体分析对原始气体进行分析，不改变气体成份，测量准确度为<±1%。第四是维护、标定。系统维护和标定的工作量不仅牵涉人力物力，而且降低了开表率。激光在线气体分析系统的年维护和标定次数<2次/年；且维护标定非常方便。
     最后是运行费用。设备的选型不仅考虑一次性投资，还要考虑将来的运行和维护成本。激光在线气体分析系统无需备品备件，运行成本仅为电费、气源费和标定气费用。