في أنظمة استشعار الغاز TDLAS، يعمل ليزر DFB (التغذية المرتدة الموزعة) كمصدر أساسي للضوء. تتميز ليزر DFB بعرض خطوط ضيق، وإخراج أحادي الوضع الطولي، واستقرار الطول الموجي العالي، وقابلية ضبط دقيقة. يمكن مطابقة الطول الموجي للانبعاثات بدقة مع خط امتصاص الغاز المستهدف وضبطه بدقة عبر درجة الحرارة أو تيار القيادة لتمكين المسح والكشف عبر ذروة الامتصاص، مما يجعلها خيارًا مثاليًا لمراقبة الغاز الصناعي والتحليل البيئي والبحث العلمي.
(1) يصدر ليزر DFB شعاع ليزر متماسك أحادي الوضع بطول موجة مضبوط على خط امتصاص الغاز المستهدف.
(2) يمر شعاع الليزر عبر خلية غازية تحتوي على العينة المراد قياسها.
(3) يمتص الغاز جزءًا من ضوء الليزر بطوله الموجي المميز، بينما ينتقل الضوء المتبقي.
(4) يلتقط الكاشف الضوئي الضوء المنقول أو المنعكس ويحوله إلى إشارة كهربائية.
(5) يقوم النظام بتحليل الإشارة باستخدام خوارزميات الكشف عن القفل أو إزالة التشكيل أو تحويل فورييه لحساب تركيز الغاز وفقًا لقانون بير-لامبرت.
|
عنصر |
وصف الوظيفة |
|
ليزر دي اف بي |
يوفر مصدر ليزر أحادي الوضع بعرض ضيق. يتم ضبط الطول الموجي للانبعاث عن طريق التحكم في درجة الحرارة للمسح عبر خط الامتصاص المميز للغاز المستهدف، بينما يتم تعديل تيار الحقن بتردد عالٍ لقياسات التحليل الطيفي لتعديل الطول الموجي (WMS). |
|
خلية غازية |
غرفة مغلقة تحتوي على الغاز المستهدف وتوفر طول مسار بصري محدد لقياس الامتصاص. تعمل وحدات التحكم في درجة الحرارة والضغط الاختيارية على تحسين استقرار القياس وتقليل الأخطاء الناجمة عن التغيرات البيئية. |
|
كاشف ضوئي (PD) |
يحول الإشارة الضوئية بعد التفاعل مع الغاز إلى إشارة كهربائية للتضخيم اللاحق وإزالة التشكيل وتحليل التركيز. |
|
فاصل الشعاع/مقرنة الألياف الضوئية |
يطابق مقسم الشعاع النظام البصري للمساحة الحرة، في حين أن قارنة الألياف تناسب إعداد الألياف بالكامل. يقوم بتقسيم الليزر إلى مسارات مرجعية وقياسية. يتم استخدام الإشارة المرجعية للتعويض عن تقلبات طاقة الليزر وتحسين دقة القياس (اختياري). |
|
نظام معالجة الإشارات |
يعمل على تضخيم إشارات الكاشف الضوئي الضعيفة وإجراء إزالة التشكيل الطيفي لتعديل الطول الموجي (WMS)، بما في ذلك الاستخلاص التوافقي 1f/2f، للحصول على معلومات امتصاص الغاز وتحديد تركيز الغاز. |
|
نظام الكمبيوتر / التحكم |
يوفر التحكم في النظام، وتكوين المعلمة، والحصول على البيانات، ومعالجة الإشارات، وحساب التركيز، وتخزين البيانات، والتصور في الوقت الحقيقي لنتائج القياس. |
760nm 10mW DFB فراشة ليزر ديود
1392 نانومتر 10 ميجاوات DFB فراشة ليزر ديود
1683 نانومتر 10 ميجاوات من الليزر المقترن بالألياف
ليزر فراشة DFB عالي الطاقة 1653.7 نانومتر 40 ميجاوات
1651 نانومتر DFB صمام ثنائي ليزر مقترن بالألياف
1625nm DFB BTF ليزر ديود
1567 نانومتر DFB صمام ثنائي ليزر فراشة
1580nm DFB SM PM ليزر ديود
س1: ما هو الطول الموجي لليزر DFB المستخدم عادةً في TDLAS؟
أ1:
|
|
الغاز |
الطول الموجي (نانومتر) |
|
1 |
ثاني أكسيد الكربون |
1572.45 |
|
2 |
O2 |
760 |
|
3 |
CH4 |
1653 |
|
4 |
N2O |
1392/2257 |
|
5 |
شركة |
1566 |
|
6 |
NH3 |
1512.2 |
|
7 |
ثاني أكسيد الكبريت |
7160 |
|
8 |
لا |
1800/2650 |
|
9 |
كبريتيد الهيدروجين |
1574.5/1590 |
|
10 |
C3H8 |
3370 |
|
11 |
SF6 |
1576.3 |
|
12 |
C2H2 |
1531.64/1521 |
|
13 |
C2H4 |
1625.9 |
|
14 |
C2H6 |
1683.1 |
|
15 |
حمض الهيدروكلوريك |
1742 |
|
16 |
التردد العالي |
1278/1273 |
|
17 |
HCN |
1540 |
س2: هل يحتاج ليزر DFB إلى عازل؟
ج2: يوصى باستخدام العوازل الضوئية في أنظمة TDLAS القائمة على الألياف أو في التكوينات ذات الانعكاس البصري الكبير. وقد تكون مفيدة أيضًا في إعدادات المساحة الحرة حيث توجد انعكاسات متبقية. يمنع المعزل ردود الفعل البصرية، ويمنع التنقل بين الأوضاع، وعدم استقرار التردد، وتقلبات طاقة الخرج، وبالتالي ضمان تشغيل ليزر أحادي الوضع مستقر وتحسين استقرار خط الأساس للقياس.
س 3: لماذا يعتبر ليزر DFB هو مصدر الضوء المفضل لـ TDLAS بدلاً من ليزر FP أو VCSEL؟
A3: توفر أجهزة ليزر DFB وشبكات Bragg المدمجة انبعاثًا ثابتًا بتردد واحد وضيق النطاق مع SMSR عالي (> 35 ديسيبل) وضبط خالٍ من الوضع. بالمقارنة، تظهر ليزرات FP انبعاثًا متعدد الأوضاع الطولية واستقرارًا محدودًا للطول الموجي، في حين تقدم VCSELs عادةً نطاق ضبط مقيد قد لا يغطي ميزات الامتصاص المطلوبة بشكل كامل. تعمل النقاء الطيفي الفائق واستقرار الضبط لأشعة ليزر DFB على تحسين الكشف التوافقي لنسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) بشكل كبير، مما يجعلها مصدر الضوء المفضل لاستشعار الغاز WMS-TDLAS (1f/2f) عالي الدقة.
س 4: ما هي خيارات الحزمة المتاحة لأشعة الليزر TDLAS DFB؟
A4: حزمتان رئيسيتان:
① حزمة الفراشة ذات 14 سنًا: تدمج الثرمستور TEC وNTC والصمام الثنائي الضوئي للشاشة، مع عازل بصري اختياري. يتم استخدامه على نطاق واسع في أنظمة TDLAS عالية الدقة المقترنة بالألياف والتي تتطلب درجة حرارة دقيقة واستقرارًا للطاقة.
②TO-can (TO5/TO46): حل مدمج مصمم لتكوينات الإخراج ذات المساحة الحرة أو الموازية. ويفتقر عادةً إلى التحكم المتكامل في TEC وقد يتطلب تثبيت درجة الحرارة الخارجية. إنها مناسبة لتطبيقات استشعار الغاز ذات المسار المفتوح والحساسة من حيث التكلفة والمصغرة.
-
