【开发相关】激光式气体传感器的检测原理及优势

成都盛瑟传感技术有限公司 发表于 2022-2-26 09:31

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<li align="justify" style="text-align:justify">首先我们了解一下什么是激光？</li>
 
 
 
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激光是原子受激辐射的光：原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。被引诱（激发）出来的光子束（激光），其中的光子光学特性高度一致。因此激光相比普通光源单色性、方向性好。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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<li align="justify" style="text-align:justify">激光检测气体的原理是什么？</li>
 
 
 
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激光穿过被测气体的光强衰减基于朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律，即被测组分对特定波长的光具有吸收，且吸收强度与组分浓度成正比，通过测量气体对激光的衰减来测量气体浓度。

 

 

 

 

关键技术是可调谐半导体激光吸收光谱法（TDLAS），是利用半导体激光器的波长调谐特性和待测气体对激光的选择性吸收进行气体浓度检测的一种技术。具有高灵敏度、实时、动态、多组分同时测量的优点。其原理是可调谐半导体激光器在驱动电流的调制下，发射出特定波长的激光，随着注入周期性电流的调制，激光波长产生周期性变化，使激光中心波长调节到待测气体的吸收谱线，发生选择性吸收，再利用经过气体吸收得到的光谱强度信号反演出待测气体的浓度。因为半导体激光器的高单色性，可以利用待测气体分子的一条孤立的吸收谱线进行测量，避免了不同分子光谱的交叉干扰，从而准确的鉴别出待测气体。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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<li align="justify" style="text-align:justify">激光式传感器的优势</li>
 
 
 
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3.1与电化学或者热催化传感器比较，激光式传感器的优势是什么？

 

 

 

 

电化学/热催化传感器通常是敏感元件直接和气体接触。通过化学反应产生热或电来进行检测，是一种消耗型传感器件。所以电化学/热催化传感器的使用寿命会随着检测气体频率和浓度的增加而变短，由于基于化学反应，电化学/热催化传感器对同类型的气体都反应，没有唯一选择性，经常会引发误报警。由于化学反应对湿度、温度、压力以及环境气体很敏感，电化学/热催化传感器经常会因多种原因引起零点漂移的问题，使得校正周期极短。而频繁的校正使得低价购入的传感器的使用成本大大的增加。激光式传感器是一种无需与气体直接接触的光学探测器，因此不会发生中毒或老化现象。同时，在常压条件下激光式传感器不受压力和湿度变化的影响，免调校。

 

 

 

 

3.2 与固态传感器比较，激光式传感器的优势是什么？

 

 

 

 

无交叉灵敏度，不受环境参数影响：固态传感器对湿度敏感，通常对有毒气体选择性差。而且，氧气含量的变化会导致不可靠的读数。在高气体浓度环境下会导致零气体读数和灵敏度不可逆的变化。反之，激光式传感器不与被测气体直接接触，其他气体的交叉灵敏度，湿度和含氧量对激光式传感器的影响几乎是零。 低功耗：固态传感器的操作需要在持续的高温下进行，这导致了巨大的功耗，且不适合作为便携式设备使用。而激光式传感器则具有功耗低的优点。

 

 

 

 

3.3 与红外传感器比较，激光式传感器的优势是什么？

 

 

 

 

两者物理原理相同，都是采用光和分子相互作用原理。但是激光传感器采用的是近红外激光技术，而红外传感器采用的是中红外光源加滤波器技术，然而水分子在中红外区有很强的吸收特性，因此红外传感器抗湿能力差；再是红外传感器光源信号弱，通常需要标准气室和检测气室做差分才能取出有效信号，因而气室结构复杂，抗震动能力很弱，激光传感器对水蒸气毫无感应，抗震能力优秀。相比红外传感器，激光传感器响应速度快，抗湿、抗震动能力强，工作稳定可靠。

Gen_X 发表于 2022-3-23 20:44

感谢知识点分享！

中国传感器一直是短板之一，近些年国内激光传感器也有做，以前全靠进口。

希望有更好的中国智造！

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