远距遥测污染源，多组份气体监测还可这样做！
在许多工业生产中,废气的产生是必然的。它们往往成分复杂,既可能成为生产的安全隐患,又是大气环保的大敌之一。无论是想污染溯源,还是期望最后的针对性治理,监测都是第一环。在线气体监测系统,就是让污染环境的“小恶魔”无处遁形的利器,是否能拿下治理废气的“frist blood”,就看它的本事了。
对于成分复杂的气体,光学的ft-ir法在在线监测中是比较常见的。其具备极高的精度,且可以保证监测气体种类的广泛性。同样是光学法,使用量子级联激光器(qcl)的红外气体分析法(qclas),也活跃在污染气体监测的前线。因为基于的是激光技术,因此相对ft-ir,在距离和定向性方面有更好的表现,可进行在更远距离下更精准范围的测量。
可惜的是受工艺限制,一直以来,每款qcl都有其特定的波长范围且较为狭窄,各自只能针对某几类气体。如果成分复杂且广泛,比如像voc一类的气体,这种方法是不能实现同时的在线检测的。
不同分子的气体都有其固定的、独有的特征吸收峰,我们根据这些吸收峰的位置进行识别,从而分辨出是哪种气体以及浓度大小,这些吸收峰我们也称之为“分子的指纹峰”,利用中红外光指纹峰来判断气体的种类和浓度,已经广泛地应用于气体测定中。
然而,下面这一个的巴掌大的“小小盒子”——波长外腔调谐量子级联激光器(qcl)模块,将改变这一现状。
滨松波长外腔调谐量子级联激光器(qcl)模块 l14890-09
波长调谐范围:7.84um~11.14um
qclas能实现多种气体的同时监测了!
波长外腔调谐量子级联激光器(qcl)模块l14890-09是滨松刚推出不久的一款新qcl产品。波长调谐范围在7.84um~11.14um,峰值功率为600mw(typ.),往返频扫(全范围调谐)频率达1.8khz。
在中红外光谱应用上,相比较于传统的ft-ir方法,这个新型的qcl模块充分利用激光的定向能和宽频扫特性,可实现中红外光谱的远程、非接触式、高通量、高精度测量。在污染气体监测中,也就可以实现我们上面提到的,同时满足在更远距离下的测量,以及多种气体的同时高精度在线监测。
qcl模块l14890-09的甲烷气体吸收的测定
此外,在其他中红外应用中,这个qcl小盒子也被给予了期望。例如应用在无创小型血糖仪中。日本东北大学松浦祐司教授进行的一项研究中发现,使用qcl模块 l14890-09 测定和通过血液采样测量的血糖值结果接近。而在其他的塑料检测实验中,也得到了可观的数据结果(见下图):
polystyrene film measurement result
data provided by mr.hiromitsu furukawa, electronics and photonics research institute, nationalinstitute of advanced industrial science and technology
打开这个qcl模块,看看它的小秘密
这些神仙性能是怎么炼成的
要实现qcl这样的性能,并不是一件简单的事情,主要通过内部器件独特的优化,以及结构精密设计的加持。正因如此,qcl模块l14890-09也获得了2018日本文部科学省纳米技术平台事业部授予的“最佳成果奖”。那我们就来看看,在它的内部都有什么神仙操作。
把这个qcl模块打开,里面装着自主研发的三项实现外腔调谐的核心技术:
·新开发的宽谱增益的qcl芯片
·mems衍射光栅
·高效率的增透膜
简要图示如下:
利用了滨松独特的量子结构设计技术,这个qcl小模块内的qcl芯片采用了一种反交叉双重高能态结构(anticrossdautm)。而在qcl芯片的发射截面上,则制成了多层增透膜,它可以保证从截面发出的激光,在到达光栅前零损耗。芯片产生的宽带光再通过mems衍射光栅的倾斜来选频,实现了特定波长的完全反射和谐振。
模块在工作的时候,电控mems衍射光栅可高速摆动以改变其倾角,进而周期性地改变衍射角度、即改变谐振光的波长,最终使模块实现中红外激光的波长扫描。相对于已有的利用电机使镜面机械式运动来改变波长的qcl模块,电控mems衍射光栅可以达到更快的波长调谐,且衍射器件的微型化也使得模块更加的紧凑(8.2×8.8×11.2 cm),易于装配。
说到这里,还有一款新的低功耗qcl
也来了解下吧!
滨松在qcl的开发上一直都朝前推进着。继波长外腔调谐qcl模块后,一款新的低功耗qcl也踏着小碎步紧接着在今年初面世啦!
和以前的qcl不一样的是,这个新成员采用的是蝶形(tall-butterfly)封装。继承了原来hhl封装qcl的优点,cw功率保证不低于15mw的情况下,在阈值电流、最大电流、芯片功耗及总功耗方面均有大幅度优化。芯片工作温度在10～65℃,甚至某些高温芯片无需外部风冷,完全可以满足日常环境下的使用要求。且紧凑小巧,重量仅16g,适合于集成到气体分析设备之内。
针对于红外气体分析的应用,滨松可提供包括qcl以及红外探测器在内的全套解决方案。在空气污染问题日益严峻的现在,我们也希望通过推进基础核心技术的发展,为环境监测应用带来更多的支持和可能。
滨松用于气体检测的产品一览
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