理论基础：

1、比尔-朗伯定律

一束激光穿过浓度为C的被测气体时，当激光器的波长和被测气体某个吸收谱线中心频率相同时，气体分子会吸收光子而跃迁到高能级，表现为气体吸收波段激光光强的衰减

2、波长调制光谱技术

A) 激光器的调谐特性

DFB激光器 由于具有良好的单色性，窄线宽特性和频率调谐特性，DFB激光器能够很好的避免其他背景气体的交叉干扰，使检测系统具有较好的测量精度，因此被广泛的用于气体检测

B) 谐波检测理论

通过对激光器的驱动电压加高频正弦电压信号，从而改变电流，使输出频率也按正弦规律变化。通过给激光器驱动加锯齿波电压，使其输出波长在气体吸收峰两侧扫描，利用锁相放大器调制并解调出谐波信号，进行气体浓度的测量。

3、吸收谱线选取的原则

在进行气体检测时，对吸收谱线的选取非常关键，应考虑以下几个方面

（1）气体在选定的谱线处要有较强的吸收峰，

（2）谱线波长对应的激光器光源技术要相对成熟

（3）在选定的吸收谱线处没有背景气体吸收的干扰，或吸收相对较弱，可以忽略

实验仪器

1、1653.74nm激光器

特点：波长稳定性好，窄线宽，单纵模可调谐，14引脚封装

光谱图

调谐曲线

2、TDLAS激光气体检测综合控制盒

本产品是一款用于可调谐半导体激光吸收谱技术（可调谐半导体激光吸收谱技术（TDLAS））的控制模块。主要功能包括：产生正弦波与三角波叠加的数字激光驱动、可调增益、可调增益放大器、1f/2f 数字锁相放大器、模拟输出温控单元。运行参数及波形均可由电脑端控制和读取。

3、10米光程超小气体吸收池

10 米光进电出气体吸收池应用于多种气体光谱分析检测。气室的光路结构使用自主技术上认可设计、具有优良光学稳定性的扁波气室（SlimBoss Gas Cell），辅助与高稳定性的光学封装结构，主要由气室腔体、反射镜、标准光纤接头、气体进出口以及防震底座等组成。独te的悬浮光路设计，具有优异的震动和温度稳定性，可以在各种复杂的环境中稳定工作，非常适合各种气体在线实时检测。具备低系统噪声，可应用于痕量气体分析。

实验测试：

操作步骤：

1、 TDLAS激光气体分析综合控制盒连接电源和usb线

2、 10米光程超小气体吸收池的光纤输入端连接控制盒的LASER OUT激光输出端，另一端连接探测器的输入端

3、 用一根SMA-BNC线连接探测器和TDLAS激光气体分析综合控制盒的PREAMP前置放大端

4、 用一根BNC-BNC线连接示波器和TDLAS激光气体分析综合控制盒的DACOUT模拟输出端

5、 用一根BNC-BNC线连接示波器和TDLAS激光气体分析综合控制盒的TRIG OUT触发端

6、 打开激光器，连接探测器电源

7、 向气室中通入10ppm的CH4，调节软件参数，在示波器上观察二次谐波信号波形、幅值等信息

过程分析：利用电脑端的控制软件调节电流和温度的大小对波长进行调谐，使激光器实现一定波长范围的扫描，使输出波长覆盖气体的吸收峰，锁相放大器提供高频正弦调制信号，使激光器输出频率得到正弦调制，激光器发出的光经过气体吸收池，通过探测器进入PREAMP端前置放大电路，再经过锁相放大器调制解调，通过DAC OUT 模拟输出端到示波器通道2，显示二次谐波的信号。整个过程中，我们通过调节软件中的各项参数，同时观察输出波形，使输出波形最优。

测试结果

1、二次谐波波形及调制参数如下：

二次谐波

软件调制参数

2、验证分析：

通过查询Hitran数据库得到在波数为6046cm^-1到6048cm^-1范围内的吸收谱线如下：

吸收峰波长约为1653.73nm，通过对比二次谐波幅值信息，与数据库相符合，由此验证是CH₄气体。

3、实验结论：

通过测试，我们发现CH4浓度为10ppm时，二次谐波幅值可达300mV，由此可以说明我们的TDLAS分析系统，测试精度高，可达ppb量级。

订购信息

产品型号：TDLAS-1653.7-CH₄

产品名称：近红外TDLAS CH₄ ppb级浓度分析系统

产品清单：

TDLAS激光气体分析综合控制盒

http://www.microphotons.cn/?a=cp3&id=419

10米光程超小气体吸收池

http://www.microphotons.cn/?a=cp3&id=353