TDLAS-NH3激光氨气模块

 TDLAS-NH3高温激光氨气模块

TDLAS-NH3是基于可调谐激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy ,TDLAS）技术的高精度、低漂移激光氨气传感器模块，由科研团队研发和设计的，它通过精准的控温、压力补偿和高温测量技术，实现激光对氨气（NH3）浓度高温精准测量。TDLAS-NH3激光氨气传感器模块可适应严酷的现场环境，适用于各种要求严格的气体分析场合。 

主要特点

•  基于可靠的调谐激光吸收光谱

•  T90响应时间快，达1秒

•  高温200℃下，“热测量”

• 高精度，低漂移

• 多次反射技术

应用

•        尾气排放测试            •  SCR/SNCR           •  农业养殖           

•          环境监测               • 科学研究               •   更多...

一、性能指标

注：① 仪器采用微处理器只发送吸收池温度、压力和测量浓度数值。

② 以下为科研团队采用标准气体所测得的前期基础数据。

二、技术描述

1.       装置

TDLAS-NH3激光氨气模块测量装置如图1所示，DFB激光输出激光经准直器（CL）后耦合到防腐蚀多通吸收池内，多通池外面装有加热板和温度控制器，保证多通池能够在高温下进行实验，经过多通池多次反射后出射的光束，经过聚焦透镜（Lens）后，被汇聚到InGaAs光电探测器上，光电信号由采集模块进行数据采集、处理和分析。

图1  实验测量装置示意图

TDLAS-NH3激光氨气模块多通池结构紧凑，主体上装有加热板和温度传感器PT100，多通池内温度控制精度可达到0.1 ℃。待测气体通过不锈钢管，由不锈钢钢卡套链接多通池主体，进入到多通池内。测量实验装置的实物图如图2所示。

图2  仪器测量装置实物图

2.       NH3吸附性影响

为了评估NH₃吸附性对实验的影响，在多通池内通入初始浓度为100 ppm的NH₃标准气体，在常温下基本完全吸附检测不到NH₃信号，每隔10 ℃以此递增对多通池进行加温，得到NH₃浓度随多通池温度的变化关系如图3所示。由图可以得到，在常温下NH₃气体基本全部吸附到多通池壁上，温度超过140 ℃时开始有NH₃气体溢出，一直加热到200 ℃左右时，NH₃气体基本全部溢出。实验中为了避免NH₃吸附性对测量结果的影响，我们的实验都是在多通池加热到180 ℃的条件下再进行测量的。

图3 测量NH₃浓度随温度的变化关系

3.       不同测量方法的比较

采用的单边调制信号可以同时使用二次谐波检测和直接吸收方法对待测气体进行探测，因此对两种方法进行对比分析研究是很重要的一个环节。实验中在控制温度180 ℃和压强0.5 atm不变的情况下，对固定浓度的NH₃气体，对测量结果进行了比对分析。图4给出了NH₃气体浓度为34 ppm时，利用谐波探测方法与直接吸收方法的连续6000 s的浓度测量对比结果。由图可看出，利用谐波探测方法测量时的一次标准偏差为0.66 ppm，直接吸收方法测量时的一次标准偏差为1.16 ppm，其浓度测量精度谐波探测约为直接吸收方法的2倍。谐波探测方法一定程度上消除了激光器1/f噪声，提高了信号的信噪比，系统的测量精度得到了提升。

图4 不同方法的连续监测结果比较

4.       系统稳定性与检测极限评估

为了评估测量系统的长时间稳定性，实验中在控制温度180 ℃和压强0.5 atm不变的情况下，采用二次谐波探测方法对浓度33 ppm的NH₃标准气体，进行了连续1个小时的检测，采样时间为1 s，对测量得到的浓度数据进行Allan方差分析，得到系统的Allan方差分析结果如图5所示。可得系统在平均一次，采样时间为1 s时的探测极限为0.33 ppm，从图中可以看出，系统的稳定时间在200 s左右，通过平均可以提高测量精度，当平均时间为200 s时探测极限可达到0.11 ppm。

图5  NH₃激光分析模块的Allan方差评估结果