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基于 QCL 的大氣 N2O 測量開路傳感器：環境監測的得力助手
在全球環境問題日益嚴峻的當下，對大氣中各種氣體成分的精確監測成為了科研與環保工作的重要任務。今天，為大家介紹一款基于 QCL 的大氣 N2O 測量的開路傳感器，它憑借一系列特性，為大氣環境監測帶來了全新的解決方案。
這款傳感器的誕生源于對氧化亞氮（N2O）危害的深刻認識。作為重要溫室氣體之一，N2O 不僅會導致空氣污染，其全球變暖潛力更是二氧化碳的 300 倍。而此款傳感器正是應對這一挑戰的利器，它能夠快速、實時且高精度地檢測大氣中 N2O 的濃度水平，為深入理解全球變暖和氣候變化提供關鍵數據支持。
它的亮點之一在于其創新的系統架構。主要由激光系統、光學元件和數據處理部分組成。激光系統中的 QCL、激光驅動器和信號發生器協同工作，確保穩定的激光輸出。光學部件精心設計了檢測光路和參考光路，有效提高測量的準確性。數據處理部分涵蓋數據采集、信號處理和顯示模塊，實現了高效的數據管理與直觀呈現。其中，寧波海爾欣光電科技有限公司提供的 HPQCL - Q™標準量子級聯激光發射頭、QC750 - Touch™量子級聯激光屏顯驅動器以及 HPPD - M - B 前置放大制冷一體型碲鎘汞（MCT）光電探測器，為系統的高性能運行提供了堅實保障。
在技術實現上，傳感器充分考慮了光譜吸收干擾問題。通過對 N2O、CO 和 CO2 等物質吸收線強度的模擬（基于 HITRAN 2016 數據庫），選擇了中心波數為 2203.73cm - 1 的 QCL 進行 N2O 檢測，其中心電流和溫度分別設置為 330mA 和 36.0°C，有效避開了水蒸氣吸收帶的干擾，實現了 ppb 級的檢測靈敏度。同時，采用波長調制光譜學與 1f - 歸一化 WMS 檢測策略，成功提高了檢測靈敏度并消除光強度波動影響。
該傳感器的性能表現令人矚目。對 20ppm N2O 標準氣體校準的標準偏差僅為 0.011ppm，實驗室 N2O 空氣連續 7 小時測量濃度標準偏差低于 1.5ppb。經 Allan 偏差分析，1 秒積分時間下檢測限為 1.1ppb，95 秒最佳積分時間時靈敏度可達 0.14ppb，長期穩定性也在兩天的自然環境實時測量中得到充分驗證。
實際應用方面，這款傳感器的用途廣泛。在農業領域，可用于檢測農田中的 N2O 排放，為農業生產中的溫室氣體減排提供數據依據。在交通領域，能夠對汽車尾氣中的 N2O 排放進行精準監測，助力環保部門對車輛尾氣排放的管控。而且，通過更新不同發射波長的 QCL，傳感器系統還能拓展檢測不同類型的微量氣體，具有靈活性與擴展性。
基于 QCL 的大氣 N2O 測量開路傳感器以其先進的技術、出色的性能和廣泛的應用前景，成為環境監測領域工具。它不僅幫助我們更精準地了解大氣中 N2O 的情況，還為應對全球氣候變化、改善空氣質量貢獻力量。相信在未來，這款傳感器將在更多領域發揮重要作用，為構建綠色、可持續的未來保駕護航。