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数据采集卡在TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)上的应用

TDLAS,即可调谐半导体激光吸收光谱。该技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。

它的主要特点包括:
  (1) 高选择性,高分辨率的光谱技术,由于分子光谱的“指纹”特征,它不受其它气体的干扰。这一特性与其它方法相比有明显的优势。
  (2) 它是一种对所有在红外有吸收的活跃分子都有效的通用技术,同样的仪器可以方便的改成测量其它组分的仪器,只需要改变激光器和标准气。由于这个特点,很容易就能将其改成同时测量多组分的仪器。
  (3) 它具有速度快,灵敏度高的优点。在不失灵敏度的情况下,其时间分辨率可以在ms量级。应用该技术的主要领域有:分子光谱研究、工业过程监测控制、燃烧过程诊断分析、发动机功率和机动车尾气测量、爆炸检测、大气中痕量污染气体监测等。

目前国内甲烷检测的技术手段主要是半导体传感器检测法和化学方法。这些传统检测系统维护频繁、维护费用高难度大、探头介质易失效、灵敏度低、不能连续检测。国外当前对天然气泄漏检测的主要研究方向是利用激光、光电传感器技术实现的主动光电检测技术以及利用泄漏气体的吸收辐射特性实现的被动光电检测技术。基于TDLAS(可调谐二极管激光吸收光谱法)技术可实现对甲烷泄漏的连续测量,具有高时间分辨率、高灵敏度检测的特点,不但减小了系统的维护费用,降低了维护难度,且不需要任何的预处理,顺应了高效快速、高灵敏度、实时连续的气体浓度检测趋势。

TDLAS主要由可调谐半导体激光器、信号发生器、光电探测器、数据采集卡和电脑构成,如下图所示。

由于TDLAS中激光器所发出的信号频率根据应用不一样,从几十KHZ到10MHZ不等,通道数一般需要1通道到4通道,由于数据采集卡的垂直分辨率直接决定了整个系统的精度,所以最好选择16bits的数据采集卡。根据这样的要求,Spectrum的M2i.49系列非常适合TDLAS上的应用,M2i.49系列从10MS/s-60MS/s,最高能支持8通道同步采集,16bit的垂直分辨率,这在同类型数据采集卡中也是非常少见的,另外,由于其信噪比和通道间的串扰控制得非常好,使得其非常适合在TDLAS上的应用。