ppb级基于量子级联激光器光声光谱技术痕量气体检测仪

合集下载

基于量子级联激光器的红外光谱技术评述

基于量子级联激光器的红外光谱技术评述

b a s e d o n qu a nt u m c a s c a de l a s e r
1 基于量子级联激光器 的光谱 检测
目前 , 基 于量子级联激光器的光谱检测包 括直接 吸收光
1 . 1 . 1 工 作 温 度 控 制 扫 描
工 作温度控 制扫描 是指 ,量子级联 激光器 工作在直 流 、 单模输 出模式下 , 通过直接控制量子级联激光器工作 环境温
直接吸收谱 检测 是对 检测 波长处 的吸光度进行直接 的测
量。 如图 1 所示 , 激光 束通过样 品室后 ,由光 电探测 器检测 出射光 强 , 通过对 比有样品和无样 品时的光 强,获取样 品 的
吸收光谱 , 根据 比尔一 朗伯定律 , 得到样 品浓度 。 其 光谱扫描
主要通过三种 方式实 现 : 激光器工作 温度调谐 、电流 加热和 外 置谐振腔 。 其 中电流加热又可以分为脉冲 内扫描 和脉冲 间 扫描。
9 5 0
光谱学与光谱分析
第3 3 卷
可实 现较 大的光谱 扫描 范围。 Yu等[ 4 ] , 在8 0  ̄2 9 8 K的温度 范围内 , 利用直流工作模 式的量子级联 激光器 ,实现 了 4 . 1 5

其光谱分 辨率较低 。Wy s o c k i 等_ 7 ] 采用 脉冲 间扫 描对氧硫 化
中图 分 类 号 :0 4 3 3 . 4
激 光器的波长扫描主要是通过工作 温度 调谐 、电流加热和外
引 言
量子级联激光器[ 1 ] 是一种新型 的红 外相干光 源 , 其设计
置谐振腔调谐三种方法实现 。 下 面我们根据 其工作原 理 , 对
现有的量子级联 激光器光谱检测技术分类进行介绍 。

基于内腔光纤激光器的痕量气体光谱检测

基于内腔光纤激光器的痕量气体光谱检测
则吸收强度 K 为l 1 叫 K一 1 1 “了 0一 I n () 2
利用石英光纤 的低损耗 窗 V( ~2 I 1 m) 行气体浓 度检测 已 进
经获得 了广 泛的关 注 。 在这个波段 内 , 现许多 污染性气 体 发
或有 毒 气 体 ,例如 乙炔 ( 2 ) C Hz ,甲烷 ( H 和 一 氧化 碳 C ) ( 0) c 等气体 ,都有吸收谱线 _ ] 是在 这个谱段 内 的倍 频 3 。但 “ 光谱 吸收比基频 吸收小很 多 , 所以很多研究提 高气体检测 灵
3 .澳大利亚新南威尔士大学电工与电信学院,澳大利亚 悉尼

要 因为器件性价 比高 、 可复用 、远距离探测 , 电磁辐射等优势 , 于内腔光纤激光 器的气体光谱 检 抗 基
测方法受到了广泛的关注 。 通过精心设计气室和反射镜 ,建立 了内腔光 纤激 光器气体 检测 系统 。在锯齿波电
压驱 动下 , - F P可调谐滤波器连续调谐 ,实现了波长扫描 , 可获得多条气 体吸收谱线 , 一次 扫描相 当于 多次 测量 , 极大 的提高 了测量灵敏度 。实验结果表明 , 检测误差可控制在 10p m 内, 对误差小 于实 际气体 浓 0 p 相 度的 3 %。 关键 词 内腔光纤激光器 ; 气体光谱检测 ;波长扫描
基金项 目:国家 (7 9 3计划 ) 目(0 0 B 2 8 6 和教育部新教师博士点基金项 目(0 8 0 60 2 资助 项 21C 370) 200512) 作者简介 : 张红霞 ,女 ,17 9 7年生 ,天津大学精 密仪器与光 电子工程学院副教授
*通 讯 联 系 人 emal eyn k@ yh o cr.t - i :bia g l ao .o C n l
基 于 内腔 光 纤激 光 器 的痕 量气 体 光谱 检 测

基于中红外分布反馈量子级联激光器的光声光谱技术用于痕量甲烷气体检测

基于中红外分布反馈量子级联激光器的光声光谱技术用于痕量甲烷气体检测
1 2 光 声 光 谱 法 基 本 原 理 .
光声光谱 ( h tao si s etocp ,P ) p ooc ut pcrso y As 是基 于光声 c 效应 的一种光谱 技术 。它测量 的是光能被气 体样 品吸收后转
( F -CL 更是高灵敏痕量气体检测 的理想光 源[ D BQ ) ¨ ,它可
收稿 日期 :2 1— 10 , 0 11—3 修订 日期 : 0 20—4 2 1 —22
基金项 目:国家 自然科学基金重点项 目(0 3 O 1 和国家 ( 6 6 76 3 ) 8 3计划 ) 目(0 7 项 2 0 AA0 Z 4 ,20 AA 3 4 3 资助 3 46 09 0 Z0)
பைடு நூலகம்
关键词 甲烷 ;分布反馈 ;量子级联 激光器 ; 光声光 谱法 ; 痕量气体检 测 中图分类号 : 5. 06 7 3 文献标识码 : A D I 0 3 6 ̄.sr 0 00 9 (0 2 0— 2 10 O :1. 94 i  ̄10 —5 3 2 1 ) 51 5—4 s
以利用气体 的特征吸收谱线对其进行精确分 析 , 而排除其 从
第3 卷, 5 2 第 期 2 012 年 5 月








S eto c p n p crJAn lss p cr s o y a d S e ta ay i
Vo. 2 No 5 p 1 5 — 2 4 13 , . , p 2 1 1 5 M a ,2 1 y 02
m D BQ L的光声光谱技术应用于 甲烷气体痕量检测 , F - C 在
未使用长 光 程 多 次反 射 池 的情 况 下 ,得 到 了 19 n l・ 8 mo

5.2μm量子级联激光器光腔衰荡光谱技术的痕量水汽检测

5.2μm量子级联激光器光腔衰荡光谱技术的痕量水汽检测

5.2μm量子级联激光器光腔衰荡光谱技术的痕量水汽检测周胜;韩艳玲;李斌成【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2016(036)012【摘要】高纯气体中水汽含量是半导体工业生产中的一个重要参数,气体中残余水汽含量即使是 ppbv量级也会对产品质量产生影响。

气体在中红外区域具有更丰富的特征谱线,在该区域对水汽含量进行检测十分必要。

宽调谐范围、高输出功率和窄线宽量子级联激光器的快速发展,推动了该区域红外光谱检测技术的发展。

首次在中红外波段,采用5.2μm可调谐量子级联激光器,基于连续光腔衰荡光谱技术建立了痕量水汽的检测装置,并开展了痕量水汽检测实验。

通过阿伦方差分析系统噪声水平,确定了光腔衰荡信号最优平均次数为602次。

根据HITRAN数据库,模拟实验条件下1905~1925 cm-1范围内水汽的吸收截面,选取最佳的检测谱线位置。

在常压和室温下,对1918 cm-1附近的水汽吸收光谱进行测量,测定高纯氮气中的痕量水汽浓度,检测结果与标称值一致。

在腔镜反射率为99.93%时水汽的检测灵敏度达到24.8 ppbv。

分析结果表明,中红外高灵敏痕量气体检测技术在工业监测、环境检测以及医学诊断等领域具有很好的应用前景。

%Trace moisture concentration in high-purity gases is an important parameter in semiconductor manufacturing because many manufacturing processes are sensitive to moisture even on the level of parts per billion by volume (ppbv).Detection of trace moisture in mid-infrared spectral region is beneficial due to more abundant and stronger spectral lines in this region.Re-cently,Quantum cascade lasers (QCLs)with high outputpower,narrow line-width,and high reliability have been developing rapidly and have become promising light sources for sensitive spectroscopic measurements.By employing a 5.2μm external-cavi-ty tunable quantum cascade laser,a continuous-wave cavity ring-down spectroscopy (CRDS)experimental setup is established and applied to detect trace moisture in high-purity nitrogen gas.In the experiment,the CRDS signal is averaged to improve the detection sensitivity,and the optimal averaging number is determined by Allan variance calculation to be 602.For trace moisture detection,the absorption cross-section of H2 O in the spectral range between 1 905 and 1 925 cm-1 is simulated according to the HITRAN database and the optimal detection spectral line ischosen.Detected at 1 918 cm-1 absorption line at 296 K temperature and 1 atm pressure,the measured moisture concentration is in good agreement with the nominal value,and the minimum detecta-ble moisture concentration of 24.8 ppbv is achieved when cavity mirrors with reflectance of 99.93% are used.The experimental results show that mid-infrared cavity ring-down spectroscopy technique has great potential in a wide variety of applications,such as industrial productioncontrol,environmental monitoring and health diagnosis,etc.【总页数】5页(P3848-3851,3852)【作者】周胜;韩艳玲;李斌成【作者单位】中国科学院光电技术研究所,四川成都 610209; 中国科学院大学,北京 100049;中国科学院光电技术研究所,四川成都 610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都 610209; 电子科技大学光电信息学院,四川成都 610054【正文语种】中文【中图分类】O433.5【相关文献】1.光腔衰荡光谱技术及其在痕量气体分析中的应用 [J], 林宇巍2.基于量子级联激光器光腔衰荡光谱技术的痕量氨气检测 [J], 曲哲超;李斌成;韩艳玲3.光腔衰荡光谱技术应用于痕量气体检测的研究进展 [J], 王晓华;王凯迪;余锦;贾慧民;貊泽强;王金舵;唐吉龙;方铉;魏志鹏4.光腔衰荡光谱技术测定大气水汽稳定同位素校正方法研究 [J], 顾小琴;庞洪喜;李亚举;张王滨;王佳佳5.基于光腔衰荡光谱技术的痕量甲烷检测 [J], 宋绍漫;颜昌翔因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

基于光声光谱的多组分环境气体分析仪

基于光声光谱的多组分环境气体分析仪
技术优势和性能指标
基于相关专利的多组分环境气体分析仪,主要技 术优势和性能指标如下。
1. 主要技术优势 (1)采用光声光谱法同时测量多组分痕量气体浓 度,研制出多组分痕量气体检测仪; (2)采用硅 MEMS 光干涉式光声信号检测技术, 灵敏度高于基于微音器检测或石英音叉增强的光声气 体检测方法;
(3)采 用 相 变 传 热 耦 合 自 适 应 风 扇 温 控 技 术, 使检测仪满足不同环境需求,保证产品的可靠性和 稳定性。
技术水平
国际先进。
应用情况
已完成 8 组份 10-6~10-9 级的气体检测仪、高灵敏 环境空气监测仪、便携式红外光声光谱环境气体检测 仪等多个项目工程样机及产品的研制。
应用前景
可Байду номын сангаас用于工业、农业、交通、科技、环保、国防、 航空航天等领域的气体检测中。
转化形式
合作开发。
联系方式
联 系 人:蒙瑰 联系电话: 010-68756845 电子邮箱: 24557495@ 地 址:北京市丰台区南大红门路 1 号内 (本栏目内容转自《国防科技工业知识产权转化目 录(第四批)》)
(3)ZL201110362043.0 石英音叉增强型光声谱气 体池;
(4)ZL201430143165.5 环境空气检测仪。
简要介绍
相关专利针对高端环境气体测量问题,提出多 组分、高灵敏、高可靠的光声光谱环境气体分析技术 方案。基于光干涉式微弱光热位移检出技术、低功耗 高可靠的微弱信号数字锁相与滤波技术、精确定量光 谱解析技术等,将光声光谱气体检测技术与量子级联 激光器、半导体激光器多光源耦合技术相融合,实现 对无机气体和挥发性有机气体的测量(可达 10-9 级), 可应用于空气质量、公共安全、国防军事等领域的气 体检测。

ppb级基于量子级联激光器光声光谱技术痕量气体检测仪

ppb级基于量子级联激光器光声光谱技术痕量气体检测仪

Aerovia基于量子级联激光器光声光谱技术痕量气体检测仪与竞争产品比较一,Aerovia:1,利用量子级联激光器测试气体的饱和吸收线:-在一般情况下,原子处于能量最低状态(最稳定态),称为基态( E 0 = 0)。

当原子吸收外界能量被激发时,其最外层电子可能跃迁到较高的不同能级上,原子的这种运动状态称为激发态。

处于激发态的原子很不稳定,大约在10-8~10-7s,便返回到基态(或较低能态),此时,原子若以电磁波的形式把能量释放出来,产生发射光谱。

-不同元素的原子从基态激发至第一激发态(或由第一激发态跃迁返回基态)时,吸收(或发射)的能量不同,因而各种元素的共振线不同而各有其特征性,所以这种共振线是元素的特征谱线。

对大多数元素来说,共振线也是元素最灵敏的谱线。

==》》测试更加准确(检测限高至少5个数量级)==》》能测试的范围大(ppb up to 10000ppm range),取决于激光器的贷款。

2,利用Microphone技术-Aerovia利用对应波长的激光器,激光器的功率非常高以允许很高的灵敏度和很短的反馈时间。

最终被记录的光声信号相对于不同气体的浓度是直接的成比例的。

-使用两个MICROPHONE,直接消除噪音和干扰。

==》》测试精确,没有干扰;==》》测试结果直接出;3,让气体通过设备,直接测试出结果。

可连续测试,只要有气体通过我们的设备,设备是开的,测试出只需10-15秒。

==》》测试速度快;==》》开放环境中使用,可连续测试,只要有气体通过我们的设备,设备是开的。

4,无机械部分,无需机械维护。

二,其他公司1,不是利用激光器测试,而是利用过滤器==》》无法产生高分辨率测量,因为测量气体的相互干扰(因为一个filter不可能把其他波长的光全部过滤掉)==》》测试的带宽小。

2,测试时,需要调节到对应一个filter上。

然后,再归位,调节测试去测另外一种气体。

如果测9种气体,最好情况下测试一种气体需要30秒,中间间隔需要5分钟。

基于连续波激光器衰荡腔吸收光谱的痕量气体探测方法

基于连续波激光器衰荡腔吸收光谱的痕量气体探测方法
关键 词 : 续 波 ; 光 器; 连 激 光谱 中 图 分 类 号 : 4 .1 03 81
该测 量通常选择 连续波激光激发衰荡腔光谱测量方法是一 在离分子 吸收频率较远 的频段 , 峰值频率 v 和在 种基于吸 收光 谱先进的 , 高度敏感的技术 , 最普 处 的衰荡 时间。浓度 N可以从 下面的公式计算 遍 的重 要痕量物质的光锂检测方法。 } 在气相中 , 个物种 的光谱 由许 多尖锐的旋转线 ( 一种分 R m nn 和 Lh an o aii em n 的计 算表 明 , 衰荡 子 “ 纹”, 高选 择性 。大 多数 分子都在从 指 ) 提供 紫外到红外范 围 , 以定量测量技术 的使用 连 腔 吸收池( D ) 可 R c 的可被 视为具有有效 的路径长 度 为 1R, 中 R是反射镜的反射率 。 一) 其 由于反 射镜反射 率市售今天在 9. 9 日 9 9% ,有效 的吸收 9 比尔定律给出了气体分子的吸收关系 : 池 光路径长度增加 了 15 相对于传统 的相 同 0倍 ,) IVe (c) _ (=o )x 一(。 L v (。p VⅣ ) ( 物理尺寸吸收池。因此是 1-0 公里 的吸收光 1 ) 0 10 其 中 I1 频率 为 v f v 是 的光通 过样 本后 的光 程长度在长度为一米 的吸收池中实现 。这可突 强度 ; 是光 未通过样 本的强度 ; I 是特定 分子 破了传统 的“ 多通 ” 吸收池 , 1-0 米的有效 在 0 10 吸收频率 为 v 的光吸收截 面 ; N是他们 的粒子 路径长度是实际的限制。 数密度 , 这是绝对浓 度成正 比, L 而 是光 通过样 在连续波激光激发衰荡腔光谱法发展 的早 激发源为一 纳秒量级脉 冲染料激光器日 。这 品 的路径 的长度。显然我们有 比尔 定律 可 以得 期 , 出, 了最大 限度地提高灵敏度 , 为 要选择 具有大 提供 了— 个方便 的在实验室光源 ,但不适用 于 的 吸收 截面的分子样本 ,以及尽可 能的最长 的 工业应用 的实 际。莱 曼发现连续激光源也可 以 路径长度为 L尽可能最小的(  ̄ 。 的吸 在激光激发衰 荡腔光谱法使 用罔 , AI / 传统 I c事实上 , 从单 收光谱 法仪 器 的物理 尺寸 限制 了路径 长度 L 。 模式 的光 ,连续激光 器耦 合到衰荡腔 比脉 冲 您可 以通 过采 用 “ 多次通过 ”的气体 池 ,例如 激光器更有效和更具有选择 性。 Wht 或者 H no ̄ 的吸 收池 来增 加 1 im e ei t t式 0到 在可见光到近红外光谱 区域 ,半导体激光 10 的的有效路 径长度 。测量 的灵敏度 和精 器由于它们在消费市场和电信的重要性而显得 0倍 确度也受 限于光源 的噪声和检测系统 的噪声 。 特别先进 。这些激光 器在这个光谱范 围内探测 另一方面 ,连续波激光激发 衰荡腔光谱法 器可 以在室温下操 作。这些特 眭非常适合制作 是不受 激光噪声 ( a 的影 响因为他 只是测 仪器 , Ai ̄ 易于操作和方 便 , 能耗低 。 量 “ 间” 时 。连续波激光 激发衰荡腔光谱 法是一 2实验 种新兴 的技术 ,已被证明可 以显著 的提高吸收 个典型 的实验 装置原理 图如 图 1 所示R 。 光谱削 灵敏度 。 它利用—个稳定 的光源入射到两 的主要器件包 括 : 。单模二 极管激光器 , 腔 衰荡 个距离为 d 的超高反射镜 中, 即衰荡腔中。 在一 (D ) R C , 了高反射镜 , 电探测器器配 对探 采用 光 D 其他组件包括一个声 光调制 次衰荡测 量中 ,部分激光从 窄带激 光器耦合到 测透过 R C的光 。 衰荡腔 中, 然后突然关 闭。 光在衰荡腔 的反射镜 器 (0 当 R C内积聚足够 的光 时 , 将腔 A M) D 迅速 之 间反 射多次高很多倍 , 每次反 射泄漏 出一小 内激光器 射出衰荡腔 ,光隔离器 以防止光 反馈 部分 。 光腔泄漏 出来是衰 荡信号 。 这个信 号具有 给二极 管激光 器 ,带有数据采集系统的计算机 个一 阶指数 衰减 的包络 。 控制整个系统 , 且进行 数据采集 和分析 。 并

可调谐半导体激光吸收光谱技术检测痕量乙烯气体的系统研制

可调谐半导体激光吸收光谱技术检测痕量乙烯气体的系统研制
煤层 自燃现象的发生[ 。乙烯也是 一种气 态的植 物激素 ,能 2 ]
L()一 1()x [ a vC 0vep - () L3
() 1
式 中:I() o 为入射光光 强;I() t 为经过气体吸收后 透射 光的
光强 ; () a v为在频率 v , 处 单位浓度 、 单位 长度 下气体对光 的 吸收系数 ; C为气体 的体 积分数 ; L为 气体 吸收光路 的光程
为 了提高其抗 干扰 能力 ,引人 波长 调制[] 1 和谐波 检测
技术[] 。在激光器扫描信号( 频率 为 ) 之上叠加一 个高频 的 正弦调制信号 ( 频率 为 , 么 , 那 激光器的瞬时频率 v£为 ()
v£ ()一 + a o (n t c s2 f) () 2
征吸收谱线 , 从而实现痕量气体 的定性 和定量测 量 , 有动 具 态特性好 、 响应时 间快 、灵敏度高和分辨力强等特点[ ] 5 。工
中图分类号 : TH7 4 4 4 .
引 言
乙烯是一种无色的易燃气体 , 与空气混 合能形成爆 炸性 混合物 , 若遇 明火 、高热或 与氧化剂 接触 ,有引起燃 烧爆 炸
1 测 量 原 理
根据朗伯 比尔定律 , 一束光经过 气体分 子吸收后 ,其光
强 的 变 化 为
的危险[ 。 1 在煤矿安全生产 中,乙烯则 作为指示 性气体 预警 ]


可调谐半 导体激 光吸收光 谱技术 ( DL ) T As 利用激光器 的窄线 宽和波长调谐特 性 , 使其 扫描被测气
体的单个吸收峰 , 实现痕量气体 的高分 辨率 、高灵敏 度快速 检测 。通过分析 近红外 波段 的乙烯吸 收谱线特 性, 选取 16 6 8n 附近的吸收峰作为检测谱线 , 2 . m 研制 了基 于 w i 池结构 的 T L 检测 系统 ,结合波长 ht e D AS

基于量子级联激光的高精度在线烟气氨分析仪的性能测试研究

基于量子级联激光的高精度在线烟气氨分析仪的性能测试研究
Abstract:An ultra - sensitive high - temperature ammonia analyzer is developed for flue gas denitrification
( DeNO x ) process control based on the mid - infrared quantum cascade laser ( QCL) spectrLeabharlann scopy. The labora ̄
sidesꎬthe mid - infrared analyzer provides real - time data of ammonia concentration that enables precise control
of ammonia injection in the DeNO x process.
2020 年 4 月
电 力 科 技 与 环 保
第 36 卷 第 2 期
基于量子级联激光的高精度
在线烟气氨分析仪的性能测试研究
A high - sensitivity on - line flue gas ammonia sensor based on quantum cascade lasers
王 胤1ꎬ2 ꎬ康 鹏1 ꎬ陆 寅1 ꎬ林廷容1
(1. 宁波海尔欣光电科技有限公司ꎬ浙江 宁波 315105ꎻ2. 清华长三角研究院宁波分院ꎬ浙江 宁波 315105)
摘要:针对目前脱硝工艺控制中氨逃逸测量的问题ꎬ介绍了一种基于中红外量子级联激光吸收光谱技术的高温烟
气氨分析仪器ꎬ具有高线性度和高灵敏度ꎮ 实验测量结果表明该分析仪响应时间小于 30 sꎬ测量示值误差优于
调谐二极管激光吸收光谱技术( Tunable Diode Laser

基于中红外分布反馈量子级联激光器的光声光谱技术用于痕量甲烷气体检测

基于中红外分布反馈量子级联激光器的光声光谱技术用于痕量甲烷气体检测

基于中红外分布反馈量子级联激光器的光声光谱技术用于痕量甲烷气体检测谭松;刘万峰;王利军;张锦川;李路;刘俊岐;刘峰奇;王占国【摘要】There have been considerable interests in methane detection based on infrared absorption spectroscopy for industrial and environment monitoring. The authors report on the realization of photoacoustic detection of methane (CH4) using mid-infrared distributed-feedback quantum cascade laser (DFB-QCL). The absorption line at 1 316. 83 cm-1 was selected for CH4 detection, which can be reached by the self-manufactured DFB-QCL source operating i n pulsed mode near 7. 6 μm at room-temperature. The CH4 gas is filled to a Helmholtz resonant photoacoustic cell, which was equipped with a commercial electret microphone. The DFB-QCL was operated at 234 Hz with an 80 mW optical peak power. A detection limit of 189 parts per billion in volume was derived when the signal-to-noise ratio equaled 1.%由于工业监控和环境检测的需要,甲烷气体检测日益得到人们的关注.研究了基于中红外分布反馈量子级联激光器(DFB-QCL)的光声光谱技术,并应用于痕量甲烷的检测.自主研发的DFB-QCL 室温工作时的激射波长在7.6μm附近,覆盖了甲烷的特征吸收谱线1 316.83 cm-1.待测甲烷气体充入亥姆霍兹光声谐振腔中,DFB-QCL的工作频率为234 Hz、室温脉冲工作时峰值功率为80 mW.中红外光经过甲烷吸收后,产生的声波信号经麦克风检测,由锁相放大器对信号进行采集并输入计算机进行处理.按信噪比为1计算,得到甲烷的探测极限为189 nmol·mol-1.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2012(032)005【总页数】4页(P1251-1254)【关键词】甲烷;分布反馈;量子级联激光器;光声光谱法;痕量气体检测【作者】谭松;刘万峰;王利军;张锦川;李路;刘俊岐;刘峰奇;王占国【作者单位】中国科学院半导体研究所,半导体材料科学重点实验室,北京100083;清华大学物理系,北京 100084;中国科学院半导体研究所,半导体材料科学重点实验室,北京100083;中国科学院半导体研究所,半导体材料科学重点实验室,北京100083;中国科学院半导体研究所,半导体材料科学重点实验室,北京100083;中国科学院半导体研究所,半导体材料科学重点实验室,北京100083;中国科学院半导体研究所,半导体材料科学重点实验室,北京100083;中国科学院半导体研究所,半导体材料科学重点实验室,北京100083;中国科学院半导体研究所,半导体材料科学重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】O657.3甲烷是一种易燃易爆危险气体,是矿山开采、工业领域中爆炸事故的罪魁祸首。

采用7.5μm中红外量子级联激光器的痕量甲烷气体检测仪

采用7.5μm中红外量子级联激光器的痕量甲烷气体检测仪

万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据采用7.5μm中红外量子级联激光器的痕量甲烷气体检测仪作者:陈晨, 党敬民, 黄渐强, 杨悦, 王一丁, CHEN Chen, DANG Jing-min, HUANG Jian-qiang, YANG Yue,WANG Yi-ding作者单位:吉林大学电子科学与工程学院,吉林长春,130012刊名:光谱学与光谱分析英文刊名:Spectroscopy and Spectral Analysis年,卷(期):2012,32(11)1.Svanberg S查看详情 1996(1-3)2.Gianfrani L;Sasso A;Tino G M查看详情 1997(1-3)3.Iseki T查看详情 2004(08)4.Massie C;Stewart G;McGregor G查看详情 2006(02)5.Filho M B;da Silva M G;Sthel M S查看详情 2006(20)6.Fried A;Diskin G;Weibring P查看详情 2008(03)7.Namjou K;Cai S;Whittaker E A查看详情 1998(03)8.Kosterev A A;Curl R F;Tittel F K查看详情 1999(23)9.McManus J B;Zahniser M S;Nelson D D查看详情 2011(04)10.Tuzson B;Zeeman M J;Zahniser M S查看详情 2008(03)11.Roller C;Kosterev A A;Tittel F K查看详情 2003(21)12.Dutronc P;Lucat C;Menil F查看详情 1993(1-3)13.Chan K;Ito H;Inaba H查看详情 1984(19)14.陈晨;黄渐强;吕墨查看详情 2011(06)15.Chen C;Li L;Dong C查看详情 201016.Ye W L;Zheng C T;Yu X查看详情 2011(01)i W C;Chakravarty S;Wang X L查看详情 2011(06)18.Rothman L S;Jacquemart D;Barbe A查看详情 2005(02)引用本文格式:陈晨.党敬民.黄渐强.杨悦.王一丁.CHEN Chen.DANG Jing-min.HUANG Jian-qiang.YANG Yue.WANG Yi-ding采用7.5μm中红外量子级联激光器的痕量甲烷气体检测仪[期刊论文]-光谱学与光谱分析 2012(11)。

基于光声光谱技术的sf6气体检测及运用

基于光声光谱技术的sf6气体检测及运用

DOI:10.19392/j.cnki.1671 ̄7341.201935004基于光声光谱技术的SF6气体检测及运用罗东君国网河南省电力公司技能培训中心㊀河南郑州㊀450000摘㊀要:光声光谱技术的SF6气体检测是一种有效的技术手段ꎬ在实践中应用广泛ꎮ文章主要对基于光声光谱技术的SF6气体检测及运用进行了简单的分析论述ꎮ关键词:光声光谱技术ꎻSF6气体ꎻ检测及运用㊀㊀六氟化硫(SF6)气体具有良好的绝缘以及灭弧性能ꎬ在气体绝缘电器中应用相对较为广泛ꎮ六氟化硫是一种无色㊁无臭㊁无毒㊁不燃的稳定气体ꎮ其在常温常压状态之下呈现气态ꎬ六氟化硫分子结构具有较高的稳定性ꎮ1光声光谱技术的SF6气体系统总体设计1.1系统组成基于以上原理设计光声光谱SF6检测系统ꎬ此系统是通过红外热辐射光源㊁滤光片以及自制等共振光声池㊁计算机等中系统构成ꎮ红外热辐射光源发射较为稳定的红外光ꎬ通过特定波段的滤光片则可以形成单色光ꎬ利用斩波器通过ω频率可以实现调制ꎬ然后射入到光声池中ꎬ在产生光声效应之后依旧会发出频率为ω声波ꎮ而通过高灵敏度的微音器可以测得其光声信号ꎮ然后其送入参考信号的频率为ω的锁相放大器进行光声信号检测分析ꎮ通过STM32单片机对其进行采集分析ꎬ通过上位机对其进行后续的处理ꎮ1.2谱线选择以及滤光片参数设计分析通过光声光谱技术进行检测分析ꎬ要分析可以满足检测条件的最佳线谱线的位置ꎮ在一般状况之下SF6气体检测环境中会含有二氧化碳等一些浓度较高的干扰性气体ꎬ利用谱线选择分析可以及时排除存在的干扰性气体则可以有效的提升检测的精度ꎮ通过数据库查询分析ꎬSF6吸收谱线主要集中的区域范围中ꎬ干扰性气体的吸收谱线强度整体上来说分布相对较弱ꎬ也就是说ꎬ进行SF6气体检测过程中ꎬ虽然在空气中的水分含量高达1%ꎬ但是要选择其作为气体检测的主要吸收区域ꎬ则可以有效表面各种干扰性气体的影响ꎮ滤光片作为一种有效的方式可以有效的在有效宽带之外的波段光的透过ꎬ在进行参数选择过程中要综合气体吸收谱线的特征区域合理选择ꎬ保障其宽度可以覆盖整个区域范围ꎮ1.3光声光谱技术的SF6气体光源的选择光源是一种光声光谱信号激发源ꎬ对于系统设计来说具有重要的价值与作用ꎮ进行SF6气体检测开发中ꎬ要保障光源符合检测指标要求ꎬ同时要综合成本㊁体积等因素信息ꎮ因为SF6检测通过吸收光谱谱线中线位置为947.5cm ̄1的位置ꎬ此位置处于中红外ꎬ因此光源要综合分析以二氧化碳激光器㊁量子级联激光器㊁宽带红外热辐射光源ꎮ其中二氧化碳激光器是一种应用较早的气体类型激光器ꎬ主要就是利用9.6μm~10.6μm的振波进行处理ꎬ其发射功率相对较高ꎬ可以有效的满足SF6气体检测的灵敏度要求ꎮ但是此种类型的激光器体积相对较为庞大ꎬ其价格较为昂贵ꎬ在线检测操作较为困难ꎮ量子级联激光器是近些年比较应用的一种宽谱带以及高输出光功率㊁便于调谐㊁体积相对较小的激光器ꎬ其价格相对较为昂贵ꎬ广泛推广相对较为困难ꎮ宽带热辐射光源可以充分的激发1μm~20μm的光ꎬ可以有效的满足多数气体分子的检测ꎬ体积相对较小ꎬ成本较为低廉ꎬ此种光源的光功率相对较低ꎮ对此ꎬ主要将红外热辐射光源作为主要光源ꎮ2基于光声光谱技术的SF6气体检测及运用基于光声光谱技术的SF6气体检测在实践中具有在线检测的功能ꎬ可以进行现场检测气路ꎬ其主要运用如下:2.1光声光谱技术的SF6气体在线检测结构通过工控机利用NI6008数据采集卡进行气路㊁测量机构以及送回气路控制以及对应的信息数据采集整理ꎬ将采集到的数控通过工控机搭载的软件系统进行各个设备单元的管理ꎬ进行数据汇总分析ꎬ通过测试数据实现综合性的分析ꎬ将在终端的在线检测界面实时传输到局域网的任意计算机中ꎬ则可以实现远程访问ꎮ其主要功能主要有实时化的数据显示ꎬ可以通多次的数据构成趋势图㊁进行历史数据查询与分析ꎬ实现数据标定分析ꎬ根据设定的阈值报警分析ꎬ进行气体组分增长速率计算分析ꎬ实现指导设备的状态检修处理ꎬ可以实现对现场数据的远程化实时性的检测分析ꎮ2.2光声光谱技术的SF6气体现场检测气路现场测量气路主要通过本体取样ꎬ可以将测量机构检测之后的气体送到设备本体中进行循环的检测分析ꎮ在现场测量中通过自循环气路ꎬ可以有效的保障气体的密封性ꎬ避免出现排放以及泄露等问题ꎬ采取样本具有代表性ꎮ系统利用拓扑机构可以有效的保障现场工矿机采集以及处理数据可以实现实时性的传输ꎬ可以传递给局域网以及任意计算机ꎬ具有远程性的实时查看以及报警等功能ꎮ通过构建生传输线模型ꎬ可以实现对光声腔集合参数信息㊁谐振频率以及品质因子等参数通过计算机进行计算与分析ꎬ可以为优化光声腔提供精准的数据以及理论性支撑ꎬ可以有效的提升装置对痕量气体检测的精准度以及灵敏度ꎮ通过对测量隔室进行恒温处理分析ꎬ扣除噪声背景ꎬ可以获得GIS局部的特征ꎬ可以将其分解为CO㊁SO2㊁CF4等线性拟合曲线ꎬ可以实现三种分解组分定量在线检测ꎬ检测极限相对较低ꎮ3结语传统的方式无法分析SF6故障诊断早期阶段出现的潜伏性绝缘故障ꎬ通过GIS内部进行SF6气体的组分分析ꎬ可以发现设备中的潜伏想故障问题ꎬ可以初步地进行故障定位ꎬ这也是现阶段研究的重点ꎮ参考文献:[1]陈珂ꎬ袁帅ꎬ宫振峰.基于激光光声光谱超高灵敏度检测SF6分解组分H_2S[J].中国激光ꎬ2018ꎬ45(09):138 ̄144.[2]郭红ꎬ王新兵ꎬ左都罗.基于可调谐CO_2激光器的SF6差分光声检测研究[J].激光技术ꎬ2018ꎬ42(05):15 ̄20.[3]许宁ꎬ李振华.GIS气体光声光谱法检测技术研究[J].通信电源技术ꎬ2018ꎬ35ꎬ171(03):27 ̄29.5㊀科技风2019年12月科技创新。

大连理工大学科技成果——高灵敏度光声光谱微量气体检测仪

大连理工大学科技成果——高灵敏度光声光谱微量气体检测仪

大连理工大学科技成果——高灵敏度光声光谱微量气体检测仪
一、产品和技术简介
高灵敏度光声光谱微量气体检测仪是国家自然科学基金资助的研究成果。

该检测仪采用可调谐波导CO2激光器作为光源,光谱覆盖范围9.2~10.8μm;在激光腔内放置纵向共振式光声池,使用于激发光声信号的激光功率达到100W,因而光声检测灵敏度较常规腔外光声光谱仪提高近两个数量级。

该检测仪采用计算机控制自动、连续进行激光谱线扫描、光谱数据采集、数据处理和气体浓度实时显示。

检测仪对乙烯气体浓度的检测灵敏度可达到0.2ppb,对氨气、臭氧及多种有机气体的检测灵敏度均达到ppb数量级,并能够同时进行多种微量气体浓度的分析测量。

与气相色谱仪相比,该光声光谱微量气体检测仪具有测量灵敏度高、时间分辨快和能够连续自动测量的特点,适用于大气环境监测、果蔬气调贮藏库气体分析和监测及与生物组织微量气体交换有关的生物学实验研究。

二、应用范围
1、作为环境监测站大气环境质量监测设备。

2、作为果蔬气调贮藏库气体分析和监测设备。

3、应用于与生物组织微量气体交换有关的生物学实验研究。

作为生物学实验室的一种新的微量气体检测设备。

4、半导体芯片生产车间空气质量(氨气)监测,肾功能衰竭患者血液透析过程监测等。

具备精密机械加工条件。

三、规模与投资
初期小批量生产时需设备投资60万元。

整个光、机、电系统成本低于10万元。

四、提供技术的程度和合作方式
技术入股、技术转让及其它。

基于化学发光法的高纯气体中ppb量级NO_(x)浓度测量

基于化学发光法的高纯气体中ppb量级NO_(x)浓度测量

基于化学发光法的高纯气体中ppb量级NO_(x)浓度测量张猛;彭志敏;杨乾锁;丁艳军;杜艳君【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2022(71)13【摘要】高纯气体在半导体器件制作及燃料电池等行业应用广泛,但其杂质气体直接对加工精度及效果产生显著影响,因此对关键痕量杂质气体进行浓度诊断尤为必要.本文基于化学发光光谱理论和氮氧化物催化转化机理,设计了一套痕量NO/NO_(x)同步高精度测量系统,通过标定实验可知,该测量系统具有高线性度(R^(2)=0.99967)、高灵敏度、低检测下限(约25 ppt,1 ppt=10^(–12))、易操作性等优势;同时,综合考虑不同背景气体对荧光、磷光的淬灭效应,建立不同高纯气体中NO_(x)测量方法,并利用该探测系统对实验室常用4种高纯气体(Ar,O_(2),CO_(2),N_(2))中ppb量级的氮氧化物进行测量,结果表示CO_(2)中的NO含量最高,约为9 ppb(1 ppb=10^(–9)),其他高纯气体中的NO含量较低,仅有0—4 ppb,4种高纯气体的NO_(2)含量均较低(<6 ppb);最后结合气体制备及提纯方式对高纯气体中杂质NO_(x)含量进行评价及分析,旨在为燃料电池、半导体器件制备等尖端科技领域提供可靠的杂质气体成分诊断方法和数据基础.【总页数】9页(P368-376)【作者】张猛;彭志敏;杨乾锁;丁艳军;杜艳君【作者单位】华北电力大学控制与计算机工程学院;中国科学院大学工程科学学院;中国科学院力学研究所;清华大学能源与动力工程系【正文语种】中文【中图分类】O65【相关文献】1.高纯气体的分析:———高纯气体中总烃的测定2.高纯气体的分析:高纯气体中痕量氢气的测定3.基于高纯锗γ谱仪测量高氡浓度的方法4.基于高精度光学腔测量气体中痕/微量NO_(2)的方法5.基于取向生长NiO纳米片的室温响应ppb级NO_(2)气体传感器因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

Aerovia基于量子级联激光器光声光谱技术痕量气体检测仪
与竞争产品比较
一,Aerovia:
1,利用量子级联激光器测试气体的饱和吸收线:
-在一般情况下,原子处于能量最低状态(最稳定态),称为基态( E 0 = 0)。

当原子吸收外界能量被激发时,其最外层电子可能跃迁到较高的不同能级上,原子的这种运动状态称为激发态。

处于激发态的原子很不稳定,大约在10-8~10-7s,便返回到基态(或较低能态),此时,原子若以电磁波的形式把能量释放出来,产生发射光谱。

-不同元素的原子从基态激发至第一激发态(或由第一激发态跃迁返回基态)时,吸收(或发射)的能量不同,因而各种元素的共振线不同而各有其特征性,所以这种共振线是元素的特征谱线。

对大多数元素来说,共振线也是元素最灵敏的谱线。

==》》测试更加准确(检测限高至少5个数量级)
==》》能测试的范围大(ppb up to 10000ppm range),取决于激光器的贷款。

2,利用Microphone技术
-Aerovia利用对应波长的激光器,激光器的功率非常高以允许很高的灵敏度和很短的反馈时间。

最终被记录的光声信号相对于不同气体的浓度是直接的成比例的。

-使用两个MICROPHONE,直接消除噪音和干扰。

==》》测试精确,没有干扰;
==》》测试结果直接出;
3,让气体通过设备,直接测试出结果。

可连续测试,只要有气体通过我们的设备,设备是开的,测试出只需10-15秒。

==》》测试速度快;
==》》开放环境中使用,可连续测试,只要有气体通过我们的设备,设备是开的。

4,无机械部分,无需机械维护。

二,其他公司
1,不是利用激光器测试,而是利用过滤器
==》》无法产生高分辨率测量,因为测量气体的相互干扰(因为一个filter不可能把其他波长的光全部过滤掉)
==》》测试的带宽小。

2,测试时,需要调节到对应一个filter上。

然后,再归位,调节测试去测另外一种气体。

如果测9种气体,最好情况下测试一种气体需要30秒,中间间隔需要5分钟。

3,测试结果需要经过大量计算才能得出,测试结果不能直接给出,且测试结果中混杂其他气体的。

4,对震动很敏感,无法消除干扰和噪音。

需要再隔离的稳定的环境中使用,这对实验的设计提出一定的要求。

5,机械部分经常需要维护。

AEROVIA公司
AEROVIA高效的产品设备适用于广泛的市场需求:包括温室效应气体测量、汽车工业、空气质量、工业过程气体测量,以及国防和安全应用。

AEROVIA开发出基于红外量子级联激光(QCL) 并结合不同的光谱测定方案:针对最终测量的直接吸收技术(ppt),同时独有的创新的光声光谱仪,它可以实现高性能(精准、可选择性和速
度)、多组分气体的通用性、并易于使用(轻便、免维护)的设备,并且具有极高性价比。

AEROVIA产品采用GSMA的专利技术。

GSMA是在大气气体光谱测定方面享有世界声誉的法国研究实验室。

AEROVIA总部位于法国GSMA附近的Reims大学校园,这使得AEROVIA有德天独厚的优势接触到世界上最先进的光谱仪器设备。

AEROVIA技术
在采用GSMA专利技术的基础上,AEROVIA已经开发出不同的测量设备,这些设备基于红外量子级联激光(QCL) 并结合不同的光谱测定方案:
∙应用于QCLAS中针对ppt量级最终测量的直接吸收技术;
∙专利技术独有的和创新的激光光声光谱仪(LPAS),该仪器应用于QCNOSE中,并能实现高性能(精准、可选择性和速度)、多组分气体的通用性、并易于使用(轻便、免维护)的设备,并且具有极高性价比。

(1)激光光声光谱仪(LPAS)
以激光为基础的传感技术引起众多应用领域的极大兴趣。

在众多的探测方案中,光声探测技术通过麦克风(microphone)替换了标准的传统的光学探测器。

在光声光谱仪中被样品气体吸收后的光能量,增加了气体分子的热能和样品气体的压力,温度同样增加了。

当红外辐射被调制时,光声样品室压力变化会产生声波,这种声波然后通过一个麦克风转换成电信号。

在LPAS中,针对目标分子特性的激光波长是
选定的以便只有一个单独的吸收谱线。

这样将
只允许高度选定的测量。

激光的功率非常高以
允许很高的敏感度和很短的反馈时间。

最终被
记录的光声信号相对于不同气体的浓度是直
接的成比例的。

一个激光PAS系统的性能取决
于光声池(cell)的特性、麦克风的性能以及
激光源的功率。

成熟的亥姆霍兹共振光声池
(Helmholtz resonant cell)具有独有的配置能
够避免外部的声音信号干扰。

Aerovia的探测器最终基于这种技术,在组合高功率中红外量子级联激光器后能够具有很高的灵敏度。

(2)光声信号
此外,信号只在吸收时
产生,以此被称为零背
景(zero-background)
技术。

基于声光光谱仪,
Aerovia已开发了能够与
新一代的量子级联激光
器组合的独有亥姆霍兹
共振光声池(Helmholtz Resonating Cel l ),其能够提供相比其他以激光为基础的技术更出色的特性:
∙ 独特的ppb 级别的高灵敏度和高精度
∙ 中红外量子级联激光器(Mid-IR QCL )带来的可选择性 ∙ 高速测量(>Hz ),低样本量(<20cm3)和在线流量测量

宽的线性动态范围,大于50年,从ppb 到数百个ppm (5 decades from ppb to hundreds of ppm)
∙ 无需校准和低维护
AEROVIA 产品
1. QCLAS —量子级联激光吸收光谱仪
应用范围:
∙ 测定绿屋气体,CO2,CH4,N2O,H2O… ∙ 汽车尾气,COX,NOX…
∙ 空气质量,NOX,SO2,HNO3,TIC… ∙ 沼气网泄漏探测,CH4 ∙ 农业,C2H4,绿屋气体,NH3… ∙ 同位素探测,CO2,H2O,NO… ∙
安全和国防,CWA,炸药和毒品…
主要特性:

超高的准确性和选择性
∙实验室和野外都可适用
∙超快测试
∙插钥匙即可使用
∙多组分气体可用
对产品感兴趣者,请联系李经理lsh1982lee@.。

相关文档
最新文档