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藍(lán)景科技 激光甲烷遙測儀的技術(shù)原理是什么?

來源:山東藍(lán)景電子科技有限公司   2025年07月22日 15:54  
在甲烷檢測領(lǐng)域,激光甲烷遙測儀的精準(zhǔn)與高效并非偶然,其背后是可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)與多項創(chuàng)新設(shè)計的協(xié)同作用。這項技術(shù)突破了傳統(tǒng)檢測方式的局限,通過對光與物質(zhì)相互作用的精準(zhǔn)把控,實(shí)現(xiàn)了對甲烷氣體的遠(yuǎn)距離、高特異性檢測。

TDLAS 技術(shù)的核心在于利用氣體分子對特定波長激光的選擇性吸收特性。甲烷分子在近紅外波段 1653nm 附近存在獨(dú)-特的強(qiáng)吸收峰,且這一波段不受其他氣體(如二氧化碳、水汽、汽車尾氣等)的強(qiáng)吸收干擾。激光甲烷遙測儀搭載的可調(diào)諧二極管激光器,能精準(zhǔn)發(fā)射 1653nm 波長的激光,當(dāng)激光穿過含有甲烷的空間時,部分光子會被甲烷分子吸收,吸收量與甲烷濃度和激光傳播路徑中的氣體長度成正比(單位為 ppm?m)。這種 “專屬吸收” 特性,讓儀器只對甲烷產(chǎn)生響應(yīng),從根本上避免了交叉干擾,解決了傳統(tǒng)催化燃燒式傳感器易受多種氣體影響而誤報的問題。

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為進(jìn)一步提升檢測精度,儀器采用了波長調(diào)制光譜技術(shù)(WMS)。傳統(tǒng)直接吸收法難以捕捉微弱的吸收信號,而 WMS 技術(shù)通過對激光波長進(jìn)行高頻調(diào)制,將吸收信號從直流背景中提取出來,放大微小的濃度變化。例如,當(dāng)泄漏的甲烷濃度僅為 5ppm?m 時,調(diào)制后的信號強(qiáng)度可被放大 100 倍以上,配合高靈敏度光電探測器,能精準(zhǔn)識別低至 5ppm?m 的泄漏 —— 相當(dāng)于在 1 立方米空間內(nèi)檢測到 0.005 毫升的甲烷,實(shí)現(xiàn) “蛛絲馬跡” 級別的捕捉。

激光的發(fā)射與接收流程設(shè)計同樣體現(xiàn)了技術(shù)巧思。檢測時,操作人員扣動扳機(jī)式按鈕,儀器從發(fā)射端發(fā)出兩束光:一束是 1653nm 的檢測激光,另一束是紅色指示激光。指示激光幫助操作人員瞄準(zhǔn)目標(biāo)(如管道、閥門、廚房窗戶等),確保檢測激光精準(zhǔn)穿過可能存在泄漏的區(qū)域。激光穿過氣體空間后,被目標(biāo)物體(如墻壁、管道表面)反射回接收端,經(jīng)透鏡聚焦后進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)化為電信號。信號處理模塊通過分析吸收前后的光強(qiáng)變化,結(jié)合 WMS 算法計算出甲烷濃度,并在 2.8 寸彩色液晶屏上以圖形化方式實(shí)時顯示。整個過程從激光發(fā)射到結(jié)果輸出僅需 0.1 秒,實(shí)現(xiàn) “即測即顯”。

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遠(yuǎn)距離檢測能力的實(shí)現(xiàn),依賴于光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。儀器的激光發(fā)射端采用高功率激光器與精密光學(xué)透鏡組,確保激光在 50-150 米范圍內(nèi)仍能保持聚焦?fàn)顟B(tài) —— 以 LMR150 型號為例,在 150 米距離處,激光光斑直徑控制在 30 厘米以內(nèi),避免能量過度擴(kuò)散。接收端的高靈敏度探測器配合窄帶濾光片,能有效過濾環(huán)境光干擾,即使在陽光下也能穩(wěn)定捕捉反射信號。這種設(shè)計讓儀器輕松應(yīng)對架空管道、高層建筑外的燃?xì)庠O(shè)施等遠(yuǎn)距離檢測場景,操作人員站在地面即可完成對 10 層樓外管道的檢測。
此外,自我診斷系統(tǒng)為技術(shù)可靠性提供了保障。儀器開機(jī)后會自動進(jìn)行激光器功率、探測器靈敏度、電路穩(wěn)定性等多項自檢,若發(fā)現(xiàn)異常立即報警并顯示故障代碼。例如,當(dāng)激光功率衰減超過 20% 時,系統(tǒng)會提示 “光源異常”,避免因硬件老化導(dǎo)致的檢測偏差。這種主動預(yù)警機(jī)制,確保了每次檢測的技術(shù)有效性,讓操作人員能放心依賴儀器數(shù)據(jù)。
從激光的精準(zhǔn)發(fā)射到信號的微觀分析,激光甲烷遙測儀將光學(xué)、光譜學(xué)與電子技術(shù)完-美融合,通過 “專屬吸收 + 精準(zhǔn)調(diào)制 + 智能分析” 的技術(shù)邏輯,構(gòu)建了一套高效、可靠的甲烷檢測解決方案,為燃?xì)獍踩O(jiān)測提供了堅實(shí)的技術(shù)支撐。


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