光聲光譜法是基于光聲效應(yīng)的新型光譜技術(shù),有別于傳統(tǒng)的紅外光譜術(shù),它將光信號(hào)有效轉(zhuǎn)換成聲信號(hào),并通過精密微音器對聲音信號(hào)的檢測計(jì)算得到最終的氣體濃度。由于光聲光譜技術(shù)的特殊光學(xué)結(jié)構(gòu)以及在信號(hào)采集、信號(hào)處理過程中的特殊計(jì)算過程,使此方法能高效采 集微弱光聲信號(hào),并有效剔除背景信號(hào)的干擾,非常適用于痕量氣體濃度檢測領(lǐng)域,以及在復(fù)雜環(huán)境中的無干擾檢測。
對于聲音信號(hào)的采集,我們使用硅微音器。傳統(tǒng)的電容式微音器沒有任何電源抑制能力,很小的電源電壓波動(dòng)就將導(dǎo)致間歇性噪音。而且在機(jī)械設(shè)計(jì)方面,傳統(tǒng)電容式微音器不僅能夠檢測聲音信號(hào),還能檢測出機(jī)械振動(dòng),并最終把振動(dòng)轉(zhuǎn)換為低頻聲音信號(hào),這樣,當(dāng)此類微音器被置于振動(dòng)環(huán)境時(shí),振動(dòng)將成為音頻系統(tǒng)的主要噪音源。
舒茨研發(fā)的光聲光譜痕量氣體分析儀系統(tǒng)采用非干涉黑體輻射源作為光源,轉(zhuǎn)換效率達(dá)到90%(如圖),配合濾光片及斬波器,發(fā)出可調(diào)制光譜至光聲池。光聲池底部配有高精密微音器,檢測由光信號(hào)轉(zhuǎn)變而成聲信號(hào)。繼而計(jì)算出與聲音信號(hào)成比例的氣體濃度,靈敏度可達(dá)到0.01ppm甚至更高。
紅外線是一種電磁波,紅外輻射主要是熱輻射,當(dāng)紅外輻射通過某氣體層時(shí),氣體層中的極性分子(即非單元素氣體分子,如CO,CO2等)就會(huì)對紅外輻射進(jìn)行選擇性的吸收,氣體對紅外線的吸收一般遵循朗伯特-比爾定律。 即:I=I0e-KCL式中:
紅外分析器的分析部分由以下部件組成:
一個(gè)能發(fā)出特定紅外波長的紅外輻射器----光源;
一個(gè)由參比氣室和分析氣室組成的測量池能檢測紅外輻射并將紅外輻射的能量變化轉(zhuǎn)換成電量的接受器(亦稱檢測器)。
由紅外光源發(fā)出二束能量相等的按照一定頻率進(jìn)行調(diào)制的平行光束分別通過參比氣室和分析氣室后,由于分析氣室中吸收氣體(被測氣體)對紅外線的吸收,使原來能量相等的二束紅外線產(chǎn)生了能量差,然后又分別進(jìn)入接收器的參比接收室和測量接收室。通過檢測元件將紅外線能量變化轉(zhuǎn)換成電量變化,再通過電氣部件的放大整流及線性化處理,儀器就能輸出一個(gè)與被測氣體濃度變化相對應(yīng)的信號(hào)至計(jì)算機(jī)處理。
非色散紫外(non-dispersive ultra-violet,NDUV)技術(shù),是一種通過濾光片對入射光進(jìn)行濾光,以獲取待測氣體在紫外波段中的特征吸收波段,再將特征吸收波段的光通過分光儀分成兩束,分別送入樣品池和參考池,然后通過兩個(gè)探測器對光強(qiáng)度進(jìn)行探測,最后通過基于Lambert-Beer定律的雙除法運(yùn)算處理技術(shù)來獲得待測氣體濃度的光學(xué)技術(shù)。
我們使用AlGaN-LED作為非色散紫外的光源,可以覆蓋360nm到230nm.并且為了延長紫外光源的壽命,我們使用特殊光源控制板 ,可延長紫外光源壽命至3年以上,解決了紫外光源易損耗的難點(diǎn)。
S-UltraSense 適用于各類復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下的氣體濃度檢測,在超低量程表現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)的檢測精度。對于氮氧化物的檢測能夠精確分出一氧化氮和二氧化氮的氣體濃度,適用于超低排放煙氣的檢測。同時(shí)也覆蓋如硫化物等工業(yè)過程氣體的精確檢測。
激光檢測產(chǎn)品采用可調(diào)諧二極管激光器作為檢測光源,通過調(diào)制激光器注入電流,使激光波長周期性地掃描,覆蓋待測氣體的特征吸收譜線。工作狀態(tài)下,激光信號(hào)被待測氣體所吸收,通過激光吸收光譜的強(qiáng)弱變化即可準(zhǔn)確反演出待測氣體的濃度值。如圖。
順磁傳感器利用了氧的順磁敏感性。
該傳感器由兩個(gè)玻璃球組成,安裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)懸浮裝置上。這個(gè)裝置懸浮在強(qiáng)磁場中。周圍氣體中的氧被磁場吸引,對玻璃球產(chǎn)生作用力。作用在懸浮體上的扭矩強(qiáng)度與周圍氣體的氧含量成正比。
參考圖1,測量系統(tǒng)為“零平衡”。懸浮組件的“零”位置(用氮測量)是由一個(gè)感光器感知的,該感光器接收連接在懸浮組件上的鏡子反射的光線。反饋可以達(dá)到兩個(gè)目的:
第一,當(dāng)氧氣被引入模塊時(shí),作用在懸掛組件上的扭矩由線圈中反饋電流產(chǎn)生的恢復(fù)扭矩平衡。反饋電流與樣品氣體的體積磁化率成正比,因此,校準(zhǔn)后,與樣品中氧氣的分壓成正比。因此,電流可以精確地測量氣體混合物中氧的濃度。
第二,電磁反饋“加強(qiáng)”懸架,嚴(yán)重阻尼和增加其固有頻率,使懸架抗沖擊。