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激光气体分析仪的原理介绍

2017-12-30

激光气体分析仪是一种光谱吸收技术,通过分析激光被气体的选择性吸收来获得气体的浓度。它与传统红外光谱吸收技术的不同之处在于,半导体激光光谱宽度远小于气体吸收谱线的展宽,被广泛用于多个领域中。
 
激光气体分析仪具有直接安装、无防爆问题、光纤分布、分体式连接、多点同时监测、检测范围广泛、超强的抗干扰能力、快速响应时间等特点。
 
激光气体分析仪的原理:
 
1.朗伯-比尔定律
因此,TDLAS技术是一种高分辨率的光谱吸收技术,半导体激光穿过被测气体的光强衰减可用朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律表述式中,IV,0和IV 分别表示频率V的激光入射时和经过压力P,浓度X和光程L的气体后的光强;S(T)表示气体吸收谱线的强度;线性函数g(v-v0)表征该吸收谱线的形状。通常情况下气体的吸收较小,可用式(4-2)来近似表达气体的吸收。这些关系式表明气体浓度越高,对光的衰减也越大。因此,可通过测量气体对激光的衰减来测量气体的浓度。
 
2.光谱线的线强
气体分子的吸收总是和分子内部从低能态到高能态的能级跃迁相的。线强S(T)反映了跃迁过程中受激吸收、受激辐射和自发辐射之间强度的净效果,是吸收光谱谱线zui基本的属性,由能级间跃迁概率经及处于上下能级的分子数目决定。分子在不同能级之间的分布受温度的影响,因此光谱线的线强也与温度相关。如果知道参考线强S(T0),其他温度下的线强可以由下式求出式中,Q(T)为分子的配分函数;h为普朗克常数;c为光速;k为波尔兹曼常数;En为下能级能量。各种气体的吸收谱线的线强S(T0)可以查阅相关的光谱数据库。

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