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范經(jīng)理

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激光氣體分析儀結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

點(diǎn)擊次數(shù)：2853 發(fā)布時(shí)間：【2015-11-07】

1、分析原理
激光氣體分析儀采用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜測(cè)量技術(shù)。該技術(shù)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(lái)測(cè)量氣體濃度。具體地說(shuō)，半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的特定波長(zhǎng)的激光束穿過(guò)被測(cè)氣體時(shí)，被測(cè)氣體的吸收譜線(xiàn)對(duì)激光束能量的吸收導(dǎo)致激光強(qiáng)度產(chǎn)生衰減，激光強(qiáng)度的衰減與被測(cè)氣體含量成正比，因此，通過(guò)測(cè)量激光強(qiáng)度衰減信息就可以分析獲得被測(cè)氣體的濃度。
1.1儀器結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)
激光氣體分析儀主要由發(fā)射裝置、接收裝置、吹掃裝置和*分析儀器等構(gòu)成發(fā)射裝置和接收裝置直接安裝在被測(cè)管道（煙道）上，發(fā)射裝置發(fā)出的特定頻率的激光穿過(guò)過(guò)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(cè)信號(hào)傳送到*分析儀器，然后由*分析儀器完成對(duì)過(guò)程氣體的檢測(cè)分析和輸出控制。吹掃裝置起到保護(hù)發(fā)射和接收裝置中光學(xué)視窗的作用，避免光學(xué)視窗被過(guò)程氣體中的粉塵和焦油等污染。
1.2儀器關(guān)鍵技術(shù)
（1）“單線(xiàn)光譜”技術(shù)—不受背景氣體交叉干擾的影響
傳統(tǒng)非色散紅外光譜技術(shù)光源的譜寬很寬，其譜寬范圍內(nèi)除了被測(cè)氣體的吸收譜線(xiàn)外，還有很多其他背景氣體的吸收譜線(xiàn)。因此，光源發(fā)出的光除了被被測(cè)氣體的吸收譜線(xiàn)吸收外，還被一些背景氣體的吸收譜線(xiàn)吸收，從而導(dǎo)致測(cè)量的不準(zhǔn)確，如圖2所示。而激光氣體分析儀中使用的半導(dǎo)體激光的譜寬小于0.0001nm，為上述紅外光源譜寬的l/IJ，遠(yuǎn)小于被測(cè)氣體一條吸收譜線(xiàn)的譜寬。激光氣體分析儀首先選擇被測(cè)氣體位于特定波長(zhǎng)的某一吸收光譜線(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)激光器的溫度和電流改變激波長(zhǎng)，使激光波長(zhǎng)掃描選擇的該吸收譜線(xiàn)，從而獲得“單線(xiàn)光譜”數(shù)據(jù)來(lái)分析氣體濃度。在選擇測(cè)量用吸收譜線(xiàn)時(shí)保證在所選吸收譜線(xiàn)波長(zhǎng)附近無(wú)測(cè)量環(huán)境中其它氣體組分的吸收譜線(xiàn)，從而避免了這些背景氣體組分對(duì)被測(cè)氣體的交叉吸收干擾，保證了量的準(zhǔn)確性。
（2）激光頻率掃描技術(shù)—自動(dòng)修正粉塵和視窗污染對(duì)測(cè)量濃度的影響
傳統(tǒng)的非色散紅外氣體分析技術(shù)使用固定波長(zhǎng)光源，測(cè)量獲得的是光通道內(nèi)粉塵、視窗和氣體的總透光率，無(wú)法區(qū)分粉塵和視窗透光率毛和被測(cè)氣體的透光率瓜；在實(shí)際氣體濃度未變的情況下光通道內(nèi)粉塵濃度的增加或視窗透過(guò)率的下降均表現(xiàn)為光傳感信號(hào)的減弱，儀器就會(huì)給出錯(cuò)誤的比實(shí)際氣體濃度高的測(cè)量值。
但是，激光氣體分析儀通過(guò)調(diào)制激光頻率（或波長(zhǎng)）使之周期性地掃描被測(cè)氣體吸收譜線(xiàn)。激光頻率的掃描范圍被設(shè)置成大于被測(cè)氣體吸收譜線(xiàn)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(xiàn)衰減的‘I’區(qū)和被氣體吸收譜線(xiàn)衰減的“II’區(qū)。從區(qū)得到的測(cè)量信號(hào)可以獲得粉塵和視窗的透光率Td，從‘II’，區(qū)得到的測(cè)量信號(hào)可以獲得粉塵和視窗以及被測(cè)氣體的總透光率呱d=毛x毛。因此，激光現(xiàn)場(chǎng)在線(xiàn)氣體分析系統(tǒng)通過(guò)在一個(gè)激光頻率掃描周期內(nèi)對(duì)‘I’、‘II’兩區(qū)的同時(shí)測(cè)量，可以準(zhǔn)確獲得被測(cè)氣體的透光率，從而自動(dòng)修正粉塵和視窗污染產(chǎn)生的光強(qiáng)衰減對(duì)氣體濃度測(cè)量的影響。
2、儀器性能特點(diǎn)
由于激光在線(xiàn)氣體分析儀具有不受背景氣體交叉干擾以及可以自動(dòng)修正粉塵和視窗污染對(duì)氣體濃度測(cè)量的影響，它可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)量，避免了復(fù)雜和需要大量維護(hù)的采樣預(yù)處理系統(tǒng)。因此，它較傳統(tǒng)在線(xiàn)氣體分析設(shè)備具有較大的性能優(yōu)勢(shì)，表1列舉了一些主要性能優(yōu)勢(shì)。
3、應(yīng)用效果
激光氣體分析儀已應(yīng)用于多家鋼鐵集團(tuán)的眾多應(yīng)用場(chǎng)合，如磨機(jī)人口和布袋出口處的氧氣安全分析控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)爐、高爐和焦?fàn)t煤氣回收分析控制系統(tǒng)和焦?fàn)t電捕焦全
分析系統(tǒng)等，均獲得了較好的應(yīng)用效果。圖4示意了磨機(jī)人口處的高時(shí)間分辨率（一15響應(yīng)速度）氧氣分析數(shù)據(jù)。
激光氣體分析儀較好地滿(mǎn)足了鋼鐵冶煉過(guò)程氣體在線(xiàn)分析的測(cè)量需求，在解決了背景氣體交叉干擾、粉塵和視窗污染對(duì)測(cè)量的干擾的基礎(chǔ)上省卻了采樣預(yù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在高溫、高粉塵、高流速、強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境下現(xiàn)場(chǎng)在線(xiàn)分析氣體濃度，具有現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)量、測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快、系統(tǒng)使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。該儀器在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用將對(duì)鋼鐵生產(chǎn)工藝優(yōu)化、能源氣回收、安全控制和環(huán)保監(jiān)測(cè)產(chǎn)生非常積極的作用。

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