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激光氣體分析儀結構與關鍵技術

點擊次數：2865 發布時間：【2015-11-07】

1、分析原理
激光氣體分析儀采用可調諧半導體激光吸收光譜測量技術。該技術利用激光能量被氣體分子“選頻”吸收形成高分辨率
吸收光譜的原理來測量氣體濃度。具體地說，半導體激光器發射出的特定波長的激光束穿過被測氣體時，被測氣體的吸收譜線對激光束能量的吸收導致激光強度產生衰減，激光強度的衰減與被測氣體含量成正比，因此，通過測量激光強度衰減信息就可以分析獲得被測氣體的濃度。
1.1儀器結構與關鍵技術
激光氣體分析儀主要由發射裝置、接收裝置、吹掃裝置和*分析儀器等構成發射裝置和接收裝置直接安裝在被測管道（煙道）上，發射裝置發出的特定頻率的激光穿過過程氣體管道（煙道）后被接收裝置中的傳感器接收，接收裝置將檢測信號傳送到*分析儀器，然后由*分析儀器完成對過程氣體的檢測分析和輸出控制。吹掃裝置起到保護發射和接收裝置中光學視窗的作用，避免光學視窗被過程氣體中的粉塵和焦油等污染。
1.2儀器關鍵技術
（1）“單線光譜”技術—不受背景氣體交叉干擾的影響
傳統非色散紅外光譜技術光源的譜寬很寬，其譜寬范圍內除了被測氣體的吸收譜線外，還有很多其他背景氣體的吸收譜線。因此，光源發出的光除了被被測氣體的吸收譜線吸收外，還被一些背景氣體的吸收譜線吸收，從而導致測量的不準確，如圖2所示。而激光氣體分析儀中使用的半導體激光的譜寬小于0.0001nm，為上述紅外光源譜寬的l/IJ，遠小于被測氣體一條吸收譜線的譜寬。激光氣體分析儀首先選擇被測氣體位于特定波長的某一吸收光譜線，通過調節激光器的溫度和電流改變激波長，使激光波長掃描選擇的該吸收譜線，從而獲得“單線光譜”數據來分析氣體濃度。在選擇測量用吸收譜線時保證在所選吸收譜線波長附近無測量環境中其它氣體組分的吸收譜線，從而避免了這些背景氣體組分對被測氣體的交叉吸收干擾，保證了量的準確性。
（2）激光頻率掃描技術—自動修正粉塵和視窗污染對測量濃度的影響
傳統的非色散紅外氣體分析技術使用固定波長光源，測量獲得的是光通道內粉塵、視窗和氣體的總透光率，無法區分粉塵和視窗透光率毛和被測氣體的透光率瓜；在實際氣體濃度未變的情況下光通道內粉塵濃度的增加或視窗透過率的下降均表現為光傳感信號的減弱，儀器就會給出錯誤的比實際氣體濃度高的測量值。
但是，激光氣體分析儀通過調制激光頻率（或波長）使之周期性地掃描被測氣體吸收譜線。激光頻率的掃描范圍被設置成大于被測氣體吸收譜線的寬度，從而在一次率掃描范圍中包含有不被氣體吸收譜線衰減的‘I’區和被氣體吸收譜線衰減的“II’區。從區得到的測量信號可以獲得粉塵和視窗的透光率Td，從‘II’，區得到的測量信號可以獲得粉塵和視窗以及被測氣體的總透光率呱d=毛x毛。因此，激光現場在線氣體分析系統通過在一個激光頻率掃描周期內對‘I’、‘II’兩區的同時測量，可以準確獲得被測氣體的透光率，從而自動修正粉塵和視窗污染產生的光強衰減對氣體濃度測量的影響。
2、儀器性能特點
由于激光在線氣體分析儀具有不受背景氣體交叉干擾以及可以自動修正粉塵和視窗污染對氣體濃度測量的影響，它可以實現現場直接測量，避免了復雜和需要大量維護的采樣預處理系統。因此，它較傳統在線氣體分析設備具有較大的性能優勢，表1列舉了一些主要性能優勢。
3、應用效果
激光氣體分析儀已應用于多家鋼鐵集團的眾多應用場合，如磨機人口和布袋出口處的氧氣安全分析控制系統，轉爐、高爐和焦爐煤氣回收分析控制系統和焦爐電捕焦全
分析系統等，均獲得了較好的應用效果。圖4示意了磨機人口處的高時間分辨率（一15響應速度）氧氣分析數據。
激光氣體分析儀較好地滿足了鋼鐵冶煉過程氣體在線分析的測量需求，在解決了背景氣體交叉干擾、粉塵和視窗污染對測量的干擾的基礎上省卻了采樣預處理系統，實現了在高溫、高粉塵、高流速、強腐蝕等惡劣環境下現場在線分析氣體濃度，具有現場安裝測量、測量精度高、響應速度快、系統使用壽命長、維護成本低等優點。該儀器在鋼鐵行業的應用將對鋼鐵生產工藝優化、能源氣回收、安全控制和環保監測產生非常積極的作用。

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