激光气体分析仪-行业百科- 全球装备网

激光气体分析仪原理

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联系的。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，是吸收光谱谱线最基本的属性，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。

激光气体分析仪测量技术

1.调制光谱检测技术

调制光谱检测技术是一种被泛应用的可以获得较高检测灵敏度的TDLAS技术。它通过快速调制激光频率使其扫过被测气体吸收谱线的定频率范围，然后采用相敏检测技术测量被气体吸收后透射谱线中的谐波分量来分析气体的吸收情况。

调制类方案有外调制和内调制两种，外调制方案通过在半导体激光器外使用电光调制器等来实现激光频率的调制，内调制方案则通过直接改变半导体激光器的注入工作电流来实现激光频率的调制。由于使用的方便性，内调制方案得到更为广泛的应用，下面简单描述其测量原理。

在激光频率扫描过气体吸收谱线的同时，以一较高频率正弦调制激光工作电流来调制激光频率，瞬时激光频率可表示为式中，（t）表示激光频率的低频扫描；a是正弦调制产生的频率变化幅度；w为正弦调制频率。透射光强可以被表达为下述Fourier级数的形式。

谐波分量可以使用相敏探测器（PSD）来检测。调制光谱技术通过高频调制来显著降低激光光器噪声（1/f噪声）对测量的影响，同时可以通过给PSD设置较大的时间常数来获得很窄带宽的带通滤波器，从而有效压缩噪声带宽。因此，调制光谱技术可以获得较好的检测灵敏度。

3.技术特点和优势（1）不受背景气体的影响

（2）不受粉尘与视窗污染的影响

（3）自动修正温度，压力对测量的影响

激光气体在线分析仪用来进行连续工业过程和气体排放测量，适合于恶劣工业环境应用，如钢铁各种燃炉、铝业和有色金属、化工、石化、水泥、发电和垃圾焚烧等。

特征

高分辨率（激光扫描频率是传统激光分析仪的几倍）

模块化设计，可现场模块化替换，快速维护和维修

高光穿透能力，适合于高粉尘阻挡环境应用

性航空动力学原理插入管，适合于特高粉尘阻挡环境应用

无交叉干扰

无需采样，现场在线直接测量

快速测量（响应时间可低于1秒）

结构紧凑、坚固耐用

根据应用要求不同，主要有以下几种组态型号：

原位型

激光原位测量，响应速度快，测量精度高

集成式正压防爆设计，安全可靠

模块化设计，可现场更换所有功能模块，维护方便

智能化程度高、操作方便

旁路型激光旁路测量，测量精度高，抗力强

光学非接触测量，可直接测量高温、强腐蚀性气体

旁路处理装置简单、可靠，可直接安装在过程管道处

全系统防爆，支持气体温度、压力自动补偿

分布型

分布式激光测量，支持八个测量通道，高性价比

测量通道独立激光测量模块，可靠性高

网络化集中显示和控制，监控方便

测量气体成分和探测极限

管道式测量

远程式测量

采样式测量

激光气体分析仪行业应用

行业	应用领域	测量方式	监测气体
原铝行业	生产车间、周边环境	开路式、点式、扫描式	HF、CO
过滤除尘器进气口、出气口、烟道	原位（插入式、对穿式、旁路式）	HF、CO、CO2
石油天然气行业	二氧化碳收集与封存（CCS）工程	开路式、扫描式、车载式、机载式	CO2、CH4
三次采油（EOR）项目	CO2、CH4
天然气管道甲烷泄漏检测、泄漏点网络定位、泄漏浓度地图化	CH4
天然气开采生产过程	开路式、扫描式、	CH4
化工/石化行业	炼油厂HF烷化生产	原位（插入式、对穿式、旁路式）、开路式、扫描式、	HF
含硫石化生产	H2S
炼油厂周边	开路式、扫描式、	H2S、CH4、NH3、CO2、HF
催化、气体分离、烷基化、MTBE、重整	原位（插入式、对穿式、旁路式）、开路式	CO、CO2、HF、H2O
煤柴油加氢、蜡油加氢、重油加氢、制氢、聚丙烯	H2S、CO、CH4
硫磺回收、合成氨、尿素合成塔、氯碱	H2S、CO、CH4、NH3、HCL
乙烯氧氯化、环氧乙烷、PTA、乙烯	CO、CO2、CH4、NH3
其他化工生产中管道、车间、周边的监测	原位（插入式、对穿式、旁路式）、开路式、扫描式、点式	NH3、H2O、CH4、C2H2、CO、CO2、HF、HCL、HCN、H2S等
环保行业	识别甲烷热点、陆上甲烷流量	开路式、扫描式、车载式、机载式	CH4
农业甲烷、氨气释放量	CH4、NH3
区域温室气体浓度	CH4、CO2
垃圾填埋区或其他区域	CH4、H2S、NH3、CO2
大气质量在线监测	H2S、CH4、NH3、CO2
垃圾焚烧废气排放	原位（插入式、对穿式、旁路式）、开路式	H2S、HF、HCL、HCN、CO、 CO2
车辆尾气排放	开路式	CO、CO2
冶金行业	高炉炉气分析系统	原位（插入式、对穿式、旁路式）、	CO、CO2、CH4、H2O
转炉/电炉/精炼炉炉气分析系统	CO
转炉煤气回收分析系统	CO
焦炉煤气分析系统	CO、H2O
热风炉后烟道气分析系统	CO、CO2
烧结/石灰窑烟道气分析系统	H2S、CO、CO2、H2O
高炉喷煤分析系统	CO
电捕焦安全分析系统	CO
电除尘安全分析系统	H2S、CO、CO2
煤气回收系统	CO
电力行业	火电厂废气排放	原位（插入式、对穿式、旁路式）、开路式	CO、CO2、H2S、CH4等
DeNOx 过程中SCR、SNCR 竞争反应的优化控制	原位（插入式、对穿式、旁路式）	NH3、H2O
水泥行业	电除尘安全分析系统	原位（插入式、对穿式、旁路式）	CO
水泥制造过程管道、车间、周边的监测	原位（插入式、对穿式、旁路式）、开路式、扫描式、点式	CO、CO2、NH3、H2O、H2S、HF
其他行业	烟草加工生产过程管道、车间、周边的监测	原位（插入式、对穿式、旁路式）、开路式、扫描式、点式	CO、CO2、
核电、核加工生产过程管道、车间、周边的监测	HF
制陶业生产过程管道、车间、周边的监测	HF
电解镍、电解铜生产过程管道、车间、周边的监测	CO、HF
制药生产过程管道、车间、周边的监测	NH3、CO2
科考火山释放气体监测	开路式、扫描式	CO2、CH4、H2S
燃烧脱硫脱销工艺；如发动机实验室等	原位（插入式、对穿式、旁路式）	NH3、H2O、CO、CO2
仪器能够监测的其他工况	原位（插入式、对穿式、旁路式）、开路式、扫描式、点式、抽取等	CO、CO2、H2O、HCL、HF、H2S、HCN、NH3、CH4、C2H2、其他气体请联系我们；

激光气体分析仪产品特点

具有以下几点特点：

1、直接安装

2、无防爆问题

3、光纤分布，分体式连接

4、真正的多点同时监测

5、极宽的检测范围，从PPB到%的浓度范围都可以分析

6、无气体交叉干扰，的抗力

7、无需用户后期标定

8、快速的响应时间。

参考资料

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