半导体激光气体分析仪
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同时，结合精细度腔吸收光谱( HFCAS)等技 术，采样式激光气体分析仪比原位式具有更高 的检测灵敏度，大大拓展了激光气体分析仪的 应用领域。
③典型产品介绍
目前国内应用的半导体激光气体分析仪产品 有国产杭州聚光科技有限公司的LGA系列、国 外德国西门子公司的LDS6、西克麦哈克公司 的GM700、美国LGR公司的ICOS、挪威纳斯 克公司的 Laser GasII系列及加拿大优胜分光 等多家公司。
光纤型激光光谱分析仪
②非光纤型激光气体分析仪
非光纤型激光气体分析仪是采用将半导体激光 器直接安装在激光发射模块上，让发射出的激 光经过光学透镜后，穿过被测环境被传感模块 接收。因不受光纤耦合和光纤分光技术制约， 这类型激光气体分析仪具有可测量气体组分多、 检测灵敏度高、模块化程度高、性价比高等优 势，在工业过程分析领域得到更为广泛应用。
聚光(FPI)的LGA系列产品介绍
④应用介绍
由于半导体激光吸收光谱技术充分利用半导 体激光器的单色性好和波长可调谐的特性，因 而半导体激光气体分析仪具有不受背景气体交 叉干扰、不受粉尘和视窗污染的影响、自动修 正温度、压力对测量的影响三个显著技术优势， 为各类工业过程分析和环保排放监测提供了全 新的解决方案，具有测量精度高、响应速度快、 可靠性高等特点，已广泛应用于石油化工、钢 铁冶金、环境保护等领域。
调制类方案有外调制和内调制两种，外调制方案通 过在半导体激光器外使用电光调制器等来实现激光 频率的调制，内调制方案则通过直接改变半导体激 光器的注入工作电流来实现激光频率的调制。
2、DLAS技术特点和优势
(1)不受背景气体的影响 传统非色散红外光谱吸收技术采用的光源谱带
很宽，其谱宽范围内除了被测气体的吸收谱线外， 还有很多其他背景气体的吸收谱线。光源发出的 光除了被待测气体的多条吸收谱线吸收外，还被 一些背景气体的吸收谱线吸收，从而导致测量的 不准确性。而半导体激光吸收光谱技术中使用的 半导体激光的谱宽小于0．OOOlnm，为上述红 外光源谱宽的1/106，远小于被测气体一条吸收 谱线的谱宽。 DLAS气体浓度分析仪首先选择被测气体位于特 定频率的某一吸收谱线，通过调制激光器的工作 电流使激光波长扫描过该吸收谱线，
(3)自动修正温度、压力对测量的影响
一些工业过程气体可能存在几百摄氏度的温度变 化和几个大气压的压力变化。气体温度和压力的变 化会导致二次谐波信号波形的幅值与形状发生相应 的变化，从而影响测量的准确性。
为了解决这个问题，DLAS技术中可增加温度、 压力补偿算法，只要将外部传感器测得的气体温度、 压力信号输入补偿算法中，DLAS气体浓度分析仪 就能自动修正温度、压力变化对气体浓度测量的影 响，保证了测量的准确性。
3、测量气体种类和特征波段 下表列出了可利用近红外半导体激光器检测的几 种常见工业过程气体及其测量下限。
气体种类
02 CO C02
近红外波长 测量下限
/um
／( ppm．m)
0. 76
100
源自文库
1. 55
40
l_ 57
20
气体种类
H20 CH4 HCI
近红外波长 测量下限
/um
／( ppm．m)
1. 39
0. 03
1. 65
10
1. 75
0.1
7.2 DLAS的基本工作原理
1、半导体激光气体分析仪的组成 主要由激光发射、光电传感和分析控制功能
模块组成，其基本工作原理如图所示，由激 光发射单元驱动半导体激光器发射出探测激 光，探测激光穿过含有被测气体的测量环境， 由光电传感单元接收，获得吸收信号，经过 分析控制模块进行数据采集和光谱计算，实 现气体浓度的测量。
非光纤型激光气体分析仪
根据对气体的测量方式，半导体激光气体分析 仪可分为原位式激光气体分析仪和采样式激光 气体分析仪。
①原位式激光气体分析仪 原位式激光气体分析仪是将激光发射模块和光
电传感模块直接安装在过程管道上，无需采样 预处理系统直接对管道内被测气体进行在线分 析。该类型激光气体分析仪具有测量精度高、 响应速度快、恶劣环境适应能力强、可靠性高 等优势，已在安全控制、工艺分析、烟气排放 等领域得到了广泛应用。
2、半导体激光气体分析仪的分类
根据探测激光的传输方式，半导体激光气体分析 仪可分为光纤和非光纤两种形式。
①光纤型激光气体分析仪
光纤型激光气体分析仪是采用光纤耦合技术将半 导体激光器发射激光经由光纤传输至现场测量。 这类型激光气体分析技术与光纤分光技术相结合， 可将一束探测激光分为多束，具有对多个相同测 量组分进行分布式测量的能力。同时，由于光纤 型系统结构的特点，该类型产品的发送和接收单 元可实现本安防爆。
原位式激光气体分析仪
②采样式激光气体分析仪
采样式激光气体分析仪是将样气从过程管道中 取样至测量气室，通过将探测激光射入测量气 室后，被光电传感模块接收，实现对被测气体 的在线分析。
由于半导体激光吸收光谱技术在测量准确性、 恶劣环境适应能力（可在高温、高压、强腐蚀 条件下直接分析）和响应速度方面的技术优势， 基于采样式激光气体分析仪的分析系统与传统 基于红外、磁氧、电化学分析技术的气体分析 系统相比，具有预处理系统结构简单、系统响 应速度快、测量精度高等优势。
第七讲 半导体激光光谱分析仪
7.1 DLAS的基本原理介绍
1、 DLAS的调制光谱检测技术
调制光谱检测技术是一种被最广泛应用的可以获 得较高检测灵敏度的DLAS技术。它通过快速调制 激光频率使其扫过被测气体吸收谱线的一定频率范 围，然后采用相敏检测技术测量被气体吸收后透射 谱线中的谐波分量来分析气体的吸收情况。
在选择该吸收谱线时，应保证在所选吸收谱线频率附近约 10倍谱线宽度范围内无测量环境中背景气体组分的吸收谱 线，从而避免这些背景气体组分对被测气体的交叉吸收干 扰，保证测量的准确性。
(2)不受粉尘与视窗污染的影响
气体的浓度由透射光强的二次谐波信号与直流信 号的比值来决定。当激光传输光路中的粉尘或视窗 污染产生光强衰减时，两信号会等比例下降，从而 保持比值不变。因此过程气体中的粉尘和视窗污染 对于仪器的测量结果没有影响。实验结果表明即使 粉尘和视窗污染导致光透过率下降到1%时，仪器 示值误差仍不超过3%。
③典型产品介绍
目前国内应用的半导体激光气体分析仪产品 有国产杭州聚光科技有限公司的LGA系列、国 外德国西门子公司的LDS6、西克麦哈克公司 的GM700、美国LGR公司的ICOS、挪威纳斯 克公司的 Laser GasII系列及加拿大优胜分光 等多家公司。
光纤型激光光谱分析仪
②非光纤型激光气体分析仪
非光纤型激光气体分析仪是采用将半导体激光 器直接安装在激光发射模块上，让发射出的激 光经过光学透镜后，穿过被测环境被传感模块 接收。因不受光纤耦合和光纤分光技术制约， 这类型激光气体分析仪具有可测量气体组分多、 检测灵敏度高、模块化程度高、性价比高等优 势，在工业过程分析领域得到更为广泛应用。
聚光(FPI)的LGA系列产品介绍
④应用介绍
由于半导体激光吸收光谱技术充分利用半导 体激光器的单色性好和波长可调谐的特性，因 而半导体激光气体分析仪具有不受背景气体交 叉干扰、不受粉尘和视窗污染的影响、自动修 正温度、压力对测量的影响三个显著技术优势， 为各类工业过程分析和环保排放监测提供了全 新的解决方案，具有测量精度高、响应速度快、 可靠性高等特点，已广泛应用于石油化工、钢 铁冶金、环境保护等领域。
调制类方案有外调制和内调制两种，外调制方案通 过在半导体激光器外使用电光调制器等来实现激光 频率的调制，内调制方案则通过直接改变半导体激 光器的注入工作电流来实现激光频率的调制。
2、DLAS技术特点和优势
(1)不受背景气体的影响 传统非色散红外光谱吸收技术采用的光源谱带
很宽，其谱宽范围内除了被测气体的吸收谱线外， 还有很多其他背景气体的吸收谱线。光源发出的 光除了被待测气体的多条吸收谱线吸收外，还被 一些背景气体的吸收谱线吸收，从而导致测量的 不准确性。而半导体激光吸收光谱技术中使用的 半导体激光的谱宽小于0．OOOlnm，为上述红 外光源谱宽的1/106，远小于被测气体一条吸收 谱线的谱宽。 DLAS气体浓度分析仪首先选择被测气体位于特 定频率的某一吸收谱线，通过调制激光器的工作 电流使激光波长扫描过该吸收谱线，
(3)自动修正温度、压力对测量的影响
一些工业过程气体可能存在几百摄氏度的温度变 化和几个大气压的压力变化。气体温度和压力的变 化会导致二次谐波信号波形的幅值与形状发生相应 的变化，从而影响测量的准确性。
为了解决这个问题，DLAS技术中可增加温度、 压力补偿算法，只要将外部传感器测得的气体温度、 压力信号输入补偿算法中，DLAS气体浓度分析仪 就能自动修正温度、压力变化对气体浓度测量的影 响，保证了测量的准确性。
3、测量气体种类和特征波段 下表列出了可利用近红外半导体激光器检测的几 种常见工业过程气体及其测量下限。
气体种类
02 CO C02
近红外波长 测量下限
/um
／( ppm．m)
0. 76
100
源自文库
1. 55
40
l_ 57
20
气体种类
H20 CH4 HCI
近红外波长 测量下限
/um
／( ppm．m)
1. 39
0. 03
1. 65
10
1. 75
0.1
7.2 DLAS的基本工作原理
1、半导体激光气体分析仪的组成 主要由激光发射、光电传感和分析控制功能
模块组成，其基本工作原理如图所示，由激 光发射单元驱动半导体激光器发射出探测激 光，探测激光穿过含有被测气体的测量环境， 由光电传感单元接收，获得吸收信号，经过 分析控制模块进行数据采集和光谱计算，实 现气体浓度的测量。
非光纤型激光气体分析仪
根据对气体的测量方式，半导体激光气体分析 仪可分为原位式激光气体分析仪和采样式激光 气体分析仪。
①原位式激光气体分析仪 原位式激光气体分析仪是将激光发射模块和光
电传感模块直接安装在过程管道上，无需采样 预处理系统直接对管道内被测气体进行在线分 析。该类型激光气体分析仪具有测量精度高、 响应速度快、恶劣环境适应能力强、可靠性高 等优势，已在安全控制、工艺分析、烟气排放 等领域得到了广泛应用。
2、半导体激光气体分析仪的分类
根据探测激光的传输方式，半导体激光气体分析 仪可分为光纤和非光纤两种形式。
①光纤型激光气体分析仪
光纤型激光气体分析仪是采用光纤耦合技术将半 导体激光器发射激光经由光纤传输至现场测量。 这类型激光气体分析技术与光纤分光技术相结合， 可将一束探测激光分为多束，具有对多个相同测 量组分进行分布式测量的能力。同时，由于光纤 型系统结构的特点，该类型产品的发送和接收单 元可实现本安防爆。
原位式激光气体分析仪
②采样式激光气体分析仪
采样式激光气体分析仪是将样气从过程管道中 取样至测量气室，通过将探测激光射入测量气 室后，被光电传感模块接收，实现对被测气体 的在线分析。
由于半导体激光吸收光谱技术在测量准确性、 恶劣环境适应能力（可在高温、高压、强腐蚀 条件下直接分析）和响应速度方面的技术优势， 基于采样式激光气体分析仪的分析系统与传统 基于红外、磁氧、电化学分析技术的气体分析 系统相比，具有预处理系统结构简单、系统响 应速度快、测量精度高等优势。
第七讲 半导体激光光谱分析仪
7.1 DLAS的基本原理介绍
1、 DLAS的调制光谱检测技术
调制光谱检测技术是一种被最广泛应用的可以获 得较高检测灵敏度的DLAS技术。它通过快速调制 激光频率使其扫过被测气体吸收谱线的一定频率范 围，然后采用相敏检测技术测量被气体吸收后透射 谱线中的谐波分量来分析气体的吸收情况。
在选择该吸收谱线时，应保证在所选吸收谱线频率附近约 10倍谱线宽度范围内无测量环境中背景气体组分的吸收谱 线，从而避免这些背景气体组分对被测气体的交叉吸收干 扰，保证测量的准确性。
(2)不受粉尘与视窗污染的影响
气体的浓度由透射光强的二次谐波信号与直流信 号的比值来决定。当激光传输光路中的粉尘或视窗 污染产生光强衰减时，两信号会等比例下降，从而 保持比值不变。因此过程气体中的粉尘和视窗污染 对于仪器的测量结果没有影响。实验结果表明即使 粉尘和视窗污染导致光透过率下降到1%时，仪器 示值误差仍不超过3%。