二光谱可调谐半吸收然气导体定天点技法测水露术研基于激光究

激光控制器的基于激光究主要作用是驱动激光器工作和控制调节激光器温度，可调谐半导体激光器被1个频率为4Hz锯齿波叠加1个高频正弦波驱动，可调激光器温度由激光控制器控制的谐半吸收热电制冷片控制。数据处理系统具有锁相放大功能，导体定天点技能够提取透射信号中的光谱可信号，2f信号与激光发射信号Io之比与被测物的法测浓度值成正比，见式(3)。然气为了保证分析仪测量结果不受温度变化影响，水露术研气室外部加有恒温装置。基于激光究

2.2 水的可调吸收谱线

TDLAS技术是在分子水平上对被测量气体组份进行精确测量，特定频率的谐半吸收光子传递过程中激发低能级的气相分子到高能级。正是导体定天点技利用光与被测气体组份之间的这种相互作用，可以很容易地从光信号中提取出被测组份的光谱一些相关物理特性，从而让非接触快速测量成为可能，法测并且可以实现快速、然气连续的实时测量。H₂0的吸收谱线如图3和图4所示。

3 主要设备仪器和工艺流程

3.1 仪器研制

通过采用TDLAS法，采用抽取式测量，提高取样量的准确度；通过开展现场实验，确定现场分析的检测下限、准确度和稳定性；通过实验数据的分析处理，掌握激光法水露点在线测量技术。主要设备组成如图5所示。

3.2 工艺流程

直接吸收光谱法为传统的基于波长调制技术的优化谐波信号方法。直接吸收光谱法虽然测试系统简单，但是如果待测气体浓度较低，而信噪比又很小的时候，会存在较大的测量误差。为了提高天然气中待测气体组份浓度测量的信噪比，需要采用波长调制技术。波长调制技术测量示意图如图6所示，其原理是在原有的激光驱动信号中加载一个高频正弦信号，产生的激光信号经过气体介质吸收后，利用锁相放大器解调制，得到其二次谐波信号；用二次谐波信号可以大大提高系统测量精度和量程，如图7所示。

3.3 技术指标

1)测量介质：管输高压天然气，压力为0.2～12MPa：

2)测量范围和精度：水含量分析测量范围为0～400μL/L，测量误差为±2％FS；

3)测量速度：实时在线测量，不低于1次/s；4)无耗材，6个月内仪表偏移量不超过±2％FS。

3.4 仪器内部结构

图8为分析仪内部结构示意图，其中虚线为光路。激光控制器2控制半导体激光器5发光，发出的红外光通过光学窗口进入气室，红外光在被气室中气体吸收部分能量后，被反射镜13反射至红外探测器6，探测器将光信号转换为电信号，由数据处理系统3完成最终的数据处理并在显示屏上显示结果。从图8中可以看出激光器与探测器并不与被测气体接触，因此被测气体中的污染物不会对激光器与探测器造成影响。而且由于系统测量结果是由被测信号与激光强度的比值决定的，因此即使光学窗口或者反射镜被一定程度污染，分析仪仍然能够正常工作，不会影响到系统的测量精度。

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