ในระบบตรวจจับก๊าซ TDLAS เลเซอร์ DFB (Distributed Feedback) ทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดแสงหลัก เลเซอร์ DFB มีลักษณะเฉพาะด้วยเส้นตรงที่แคบ เอาต์พุตโหมดแนวยาวเดียว ความเสถียรของความยาวคลื่นสูง และความสามารถในการปรับแต่งที่แม่นยำ ความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาสามารถจับคู่ได้อย่างแม่นยำกับเส้นการดูดซับของก๊าซเป้าหมาย และปรับแต่งอย่างละเอียดผ่านอุณหภูมิหรือกระแสไฟขับเคลื่อน เพื่อให้สามารถสแกนและตรวจจับข้ามจุดสูงสุดของการดูดกลืนแสง ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการตรวจสอบก๊าซอุตสาหกรรม การวิเคราะห์สิ่งแวดล้อม และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์
(1) เลเซอร์ DFB ปล่อยลำแสงเลเซอร์โหมดเดี่ยวที่สอดคล้องกันโดยมีความยาวคลื่นที่ปรับไปยังเส้นดูดซับก๊าซเป้าหมาย
(2) ลำแสงเลเซอร์ผ่านเซลล์ก๊าซที่มีตัวอย่างที่จะวัด
(3) ก๊าซดูดซับแสงเลเซอร์บางส่วนที่ความยาวคลื่นเฉพาะของมัน ในขณะที่แสงที่เหลือถูกส่งผ่าน
(4) เครื่องตรวจจับแสงจะจับแสงที่ส่งหรือสะท้อน แล้วแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า
(5) ระบบวิเคราะห์สัญญาณโดยใช้การตรวจจับแบบล็อคอิน ดีโมดูเลชั่น หรืออัลกอริธึมการแปลงฟูริเยร์เพื่อคำนวณความเข้มข้นของก๊าซตามกฎของเบียร์-แลมเบิร์ต
|
ส่วนประกอบ |
คำอธิบายฟังก์ชั่น |
|
เดเอฟเบ เลเซอร์ |
จ่ายแหล่งเลเซอร์โหมดเดียวที่มีความกว้างเส้นตรงแคบ ความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาจะถูกปรับผ่านการควบคุมอุณหภูมิเพื่อสแกนผ่านเส้นดูดกลืนที่เป็นลักษณะเฉพาะของก๊าซเป้าหมาย ในขณะที่กระแสการฉีดจะถูกมอดูเลตที่ความถี่สูงสำหรับการวัดความยาวคลื่นมอดูเลชันสเปกโทรสโกปี (WMS) |
|
เซลล์แก๊ส |
ห้องปิดผนึกที่บรรจุก๊าซเป้าหมายและให้ความยาวเส้นทางแสงที่กำหนดไว้สำหรับการวัดการดูดกลืนแสง โมดูลควบคุมอุณหภูมิและความดันเสริมช่วยเพิ่มความเสถียรในการวัดและลดข้อผิดพลาดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม |
|
เครื่องตรวจจับแสง (PD) |
แปลงสัญญาณแสงหลังจากการโต้ตอบกับก๊าซให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าสำหรับการขยาย ดีโมดูเลชั่น และการวิเคราะห์ความเข้มข้นในภายหลัง |
|
ตัวแยกลำแสง/ตัวต่อไฟเบอร์ออปติก |
ตัวแยกลำแสงเข้ากันได้กับระบบออปติกที่มีพื้นที่ว่าง ในขณะที่ตัวต่อไฟเบอร์เหมาะกับการตั้งค่าไฟเบอร์ทั้งหมด โดยจะแยกเลเซอร์ออกเป็นเส้นทางอ้างอิงและเส้นทางการวัด สัญญาณอ้างอิงใช้เพื่อชดเชยความผันผวนของกำลังเลเซอร์และปรับปรุงความแม่นยำในการวัด (อุปกรณ์เสริม) |
|
ระบบประมวลผลสัญญาณ |
ขยายสัญญาณเครื่องตรวจจับแสงที่อ่อนแอและทำการดีโมดูเลชั่นมอดูเลตสเปกโทรสโกปีความยาวคลื่น (WMS) รวมถึงการสกัดฮาร์มอนิก 1f/2f เพื่อรับข้อมูลการดูดซับก๊าซและกำหนดความเข้มข้นของก๊าซ |
|
คอมพิวเตอร์/ระบบควบคุม |
ให้การควบคุมระบบ การกำหนดค่าพารามิเตอร์ การเก็บข้อมูล การประมวลผลสัญญาณ การคำนวณความเข้มข้น การจัดเก็บข้อมูล และการแสดงภาพผลการวัดแบบเรียลไทม์ |
เลเซอร์ไดโอดผีเสื้อ DFB 760nm 10mW
เลเซอร์ไดโอดผีเสื้อ DFB 1392nm 10mW
เลเซอร์คู่ไฟเบอร์ 1683nm 10mW
เลเซอร์ผีเสื้อ DFB กำลังสูง 1653.7nm 40mW
เลเซอร์ไดโอดคู่ไฟเบอร์ DFB 1651nm
เลเซอร์ไดโอด DFB BTF 1625nm
เลเซอร์ไดโอดผีเสื้อ DFB 1567nm
เลเซอร์ไดโอด DFB SM PM 1580nm
คำถามที่ 1: โดยปกติแล้วเลเซอร์ DFB จะใช้ความยาวคลื่นเท่าใดใน TDLAS
A1:
|
|
แก๊ส |
ความยาวคลื่น (นาโนเมตร) |
|
1 |
คาร์บอนไดออกไซด์ |
1572.45 |
|
2 |
O2 |
760 |
|
3 |
CH4 |
1653 |
|
4 |
N2O |
1392/2257 |
|
5 |
บจก |
1566 |
|
6 |
NH3 |
1512.2 |
|
7 |
SO2 |
7160 |
|
8 |
เลขที่ |
1800/2650 |
|
9 |
H2S |
1574.5/1590 |
|
10 |
C3H8 |
3370 |
|
11 |
เอสเอฟ6 |
1576.3 |
|
12 |
C2H2 |
1531.64/1521 |
|
13 |
C2H4 |
1625.9 |
|
14 |
C2H6 |
1683.1 |
|
15 |
เอชซีไอ |
1742 |
|
16 |
เอชเอฟ |
1278/1273 |
|
17 |
สาธารณสุขศาสตร์ |
1540 |
คำถามที่ 2: เลเซอร์ DFB ต้องใช้ตัวแยกสายหรือไม่
ตอบ 2: ขอแนะนำให้ใช้ตัวแยกแสงในระบบ TDLAS ที่ใช้ไฟเบอร์ หรือในการกำหนดค่าที่มีการสะท้อนแสงกลับอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ยังอาจเป็นประโยชน์ในการตั้งค่าพื้นที่ว่างซึ่งมีการสะท้อนตกค้างอยู่ ตัวแยกสายจะระงับการตอบรับด้วยแสง ป้องกันการกระโดดของโหมด ความไม่เสถียรของความถี่ และความผันผวนของกำลังเอาต์พุต ดังนั้นจึงรับประกันการทำงานของเลเซอร์โหมดเดี่ยวที่เสถียรและความเสถียรพื้นฐานของการวัดที่ดีขึ้น
คำถามที่ 3: เหตุใดเลเซอร์ DFB จึงเป็นแหล่งกำเนิดแสงสำหรับ TDLAS แทนที่จะเป็นเลเซอร์ FP หรือ VCSEL
A3: เลเซอร์ DFB ซึ่งมี Bragg grating ในตัว ให้การปล่อยความถี่เดี่ยวที่เสถียร ความกว้างของเส้นแคบพร้อม SMSR สูง (>35dB) และการปรับจูนแบบไม่ใช้โหมด ในการเปรียบเทียบ เลเซอร์ FP แสดงการปล่อยแสงในโหมดหลายยาวและความเสถียรของความยาวคลื่นที่จำกัด ในขณะที่ VCSEL โดยทั่วไปมีช่วงการปรับที่จำกัดซึ่งอาจไม่ครอบคลุมคุณลักษณะการดูดกลืนแสงที่จำเป็นทั้งหมด ความบริสุทธิ์ทางสเปกตรัมที่เหนือกว่าและความเสถียรในการปรับแต่งของเลเซอร์ DFB ช่วยปรับปรุง SNR การตรวจจับฮาร์มอนิกได้อย่างมาก ทำให้เลเซอร์เหล่านี้เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ต้องการสำหรับการตรวจจับก๊าซ WMS-TDLAS (1f/2f) ที่มีความแม่นยำสูง
คำถามที่ 4: เลเซอร์ TDLAS DFB มีตัวเลือกแพ็คเกจใดบ้าง
A4: สองแพ็คเกจหลัก:
แพ็คเกจผีเสื้อ 14 พิน: รวมเทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์ TEC, NTC และโฟโตไดโอดของจอภาพเข้ากับตัวแยกแสงที่เป็นอุปกรณ์เสริม มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบ TDLAS แบบไฟเบอร์คู่ที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งต้องการอุณหภูมิที่แม่นยำและความเสถียรของพลังงาน
②TO-can (TO5/TO46): โซลูชันขนาดกะทัดรัดที่ออกแบบมาสำหรับพื้นที่ว่างหรือการกำหนดค่าเอาท์พุตแบบเรียงกัน โดยทั่วไปแล้วจะขาดการควบคุม TEC ในตัวและอาจต้องมีการรักษาเสถียรภาพอุณหภูมิภายนอก เหมาะสำหรับการใช้งานตรวจจับก๊าซแบบเปิดเส้นทางเปิดขนาดเล็กและคำนึงถึงต้นทุน
-
