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激光在线气体分析仪通过分析激光被气体的选择性吸收来获得气体的浓度。它与传统红外光谱吸收技术的不同之处在于,半导体激光光谱宽度远小于气体吸收谱线的展宽。

激光在线气体分析仪的原理:

1.朗伯-比尔定律

因此,TDLAS技术是一种高分辨率的光谱吸收技术,半导体激光穿过被测气体的光强衰减可用朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律表述式中;

IV,0和IV分别表示频率V的激光入射时和经过压力P,浓度X和光程L的气体后的光强;S(T)表示气体吸收谱线的强度;线性函数g(v-v0)表征该吸收谱线的形状。

通常情况下气体的吸收较小,可用式(4-2)来近似表达气体的吸收。

这些关系式表明气体浓度越高,对光的衰减也越大。因此,可通过测量气体对激光的衰减来测量气体的浓度。

2.光谱线的线强

气体分子的吸收总是和分子内部从低能态到高能态的能级跃迁相联系的。线强S(T)反映了跃迁过程中受激吸收、受激辐射和自发辐射之间强度的净效果,是吸收光谱谱线较基本的属性,由能级间跃迁概率经及处于上下能级的分子数目决定。

分子在不同能级之间的分布受温度的影响,因此光谱线的线强也与温度相关。

如果知道参考线强S(T0),其他温度下的线强可以由下式求出式中,Q(T)为分子的配分函数;h为普朗克常数;c为光速;k为波尔兹曼常数;En为下能级能量。

各种气体的吸收谱线的线强S(T0)可以查阅相关的光谱数据库。

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