2024-03-15 11:35:04, 聚焦光电前沿领域 北京先锋泰坦科技有限公司
文丨张建学
编辑丨瑞秋
发布丨先锋科技
TDLAS技术采用了半导体激光光源,MHz级别的光谱线宽远小于待测气体单根吸收谱线的线宽,频率扫描范围可避开其他气体吸收谱线,有效避免交叉干扰,不会对其它气体产生误报,而传统NDIR红外光源的线宽则达到数百GHz
检测甲烷气体浓度含量的意义
随着国民经济的不断发展,对煤炭的需求也与日俱增,在保证采矿业顺利进行时,安全是非常重要的。近年来,我国煤矿多次发生井下瓦斯事故,伤亡人数超过全部重大事故伤亡人数的一半。瓦斯的主要成分是甲烷(CH4),约占83-89%,它是在成煤过程中形成并储存于煤层中的气体。甲烷气体无色、无味、无嗅,它本身无毒,对人体的主要危害是超限时能引起人窒息死亡,但它具有易燃、易爆等特点,与空气混合达到一定浓度后,遇高温火源引起燃烧或爆炸。历史上,作为煤矿事故的主要原因之一的甲烷爆炸事件频繁发生,造成了重大伤亡和经济损失,教训深刻。因此,为避免煤矿事故的发生,井下气体的检测非常重要。
常见的检测甲烷气体浓度的测量方法
市面上常见的检测甲烷气体浓度的测量方法有:载体催化型、光干涉型、热导型和红外光谱吸收型。前三种为传统甲烷传感器,检测精度低,且检测范围窄,难以检测高浓度的甲烷。同时,由于传感器的一致性、稳定性差,需要经常校准,使用不便且维护成本高。
第四种为红外吸收光谱检测技术,主要技术包括非色散红外(NDIR)、激光式(TDLAS)。其中,TDLAS技术采用了半导体激光光源,MHz级别的光谱线宽远小于待测气体单根吸收谱线的线宽,频率扫描范围可避开其他气体吸收谱线,有效避免交叉干扰,不会对其它气体产生误报,而传统NDIR红外光源的线宽则达到数百GHz。该项技术于2018年前后批量应用于燃气阀井的甲烷泄漏监测,属于新一代的甲烷泄漏监测技术。
激光甲烷遥测仪的工作原理
基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)原理,每种气体分子都会吸收特定波长的光。当一束激光穿过气团后,输出光将会减弱或者损失部分能量。在光谱学上通过分析某种气体特定吸收谱线对光的吸收程度,计算出该气体的浓度。这种吸收不受温度湿度压力等环境影响,因而具有高度的稳定性,可用于甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、一氧化碳(CO)、氨气(NH3)等气体探测。
激光甲烷遥测仪的结构组成
激光甲烷气体遥测仪,包括用于发射激光和接收反射偏转光的光机系统、用于检测分析激光吸收量的信号处理系统、用于预警甲烷浓度超标的显示报警系统以及壳体组件。
通过向目标点(气体管道、天花板、墙体、地板、地面等)发射激光束,然后检测从目标点被反射回来的激光束的辐射数值,经过信号处理系统来判断被测试环境中是否有气体泄漏,并将气体浓度以ppm-m或%vol.为单位显示在遥测仪中。在使用时,只需将激光光束指向待测目标上,用户无需进入到待测管道所在的潜在危险区域。
如何为激光甲烷遥测仪选择合适的器件
北京卓立汉光(北京先锋泰坦科技有限公司为北京卓立汉光仪器有限公司子公司)长期以来一直专注于激光光谱学在中国市场的应用,经过二十多年的耕耘,我们可以为客户提供多款采用TDLAS技术进行甲烷气体检测的产品。
DFB(Distribution Feedback Laser)激光器
DFB(Distribution Feedback Laser)激光器是目前市面上TDLAS系统中常见的激光器,它作为发射光源,具有优秀的单色性和窄线宽,以及出色的灵敏性和准确度。
专门为甲烷遥测仪设计的激光二极管,波长范围从1640 - 1670nm,独有的离散模式(DM)技术使其在避免跳模的同时,拥有良好的SMSR性能和有竞争力的价格。
如下列表是中心波长为1653.7nm的DM激光器的主要参数。
部分典型MD激光器的列表如下
InGaAs红外探测器
高性能InGaAs红外探测器具有快速的响应时间、出色的灵敏度和长期的可靠性。根据In、Ga、As三种元素的比例不同,探测器有四种截止选择,分别为1.9µm, 2.2µm,2.4µm和2.6µm,为客户的不同应用提供最合适的产品。
高性能InGaAs红外探测器有非制冷和半导体制冷两种温度控制模式可选。探测器内置热电冷却器(TEC),将温度控制在-80℃至-20℃,很大幅度上大降低了热噪声和背景辐射对输出信号的影响。同时,内部一体化集成低噪声前置运放+温度控制单元,使其在保证高灵敏度和响应时间的同时,具有高稳定性和高信噪比,能有效屏蔽电磁干扰,结构紧凑,方便操作,广泛应用于环境监测、温度测量、安全监测、医疗分析、工业控制等领域。
InGaAs红外探测器
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