张明

摘要：本文主要对TDLAS技术概念及优势进行分析，重点阐述了在环境大气检测中TDLAS技术应用思路，其不仅可以充分发挥TDLAS技术的优势，而且还可以提高环境大气检测水平。通过对TDLAS技术进行研究，以期为环境大气检测工作的开展提供可靠保障，创造出最大化的经济与社会效益。

关键词：环境大气检测;TDLAS技术;应用思路

1.TDLAS技术概述

1.1TDLAS技术概念

可调谐二极管激光吸收光谱技术的简称是TDLAS技术，其中可调谐半导体激光器是主要部件，该部件的波长和窄线宽可以结合注入电流的大小而发生改变，具有反应速度快、灵敏度高的特点，而且还可以使传统大气在线检测中常见的问题得到有效解决。

1.2TDLAS技术优势

在环境大气检测中TDLAS技术所具有的优势如下：（1）该技术能够同时测量多组分;（2）该技术呈现出较快的反应速度和较高的灵敏度，可以在保证灵敏度的同时，精确控制时间分辨率，以确保其能够达到毫秒量级的精确度;（3）该技术具有极高选择性，且所选择的光谱技术分辨率较高，可以避免其他气体产生的干扰;（4）该技术所选择的仪器设备并未配置运动元件，不仅有利于维护，而且还具备较高的可靠性;（5）该技术可以对测量结果进行自动修正，进而避免了外界温度、压力等环境因素变化产生的不良影响;（6）该技术无需为采样提供预处理，不仅可以对生产各流程的有效控制，而且还能够实现快速响应;（7）在测试仪器内部，该技术需要对标定腔进行科学、合理设置，并且在具体检测工作中，能够达到定时自动标定，无需手动操作。

2.TDLAS测量方法分析

2.1直接吸收法

这里所提及到的直接吸收法通过一组波长连续且可以调谐的激光来对吸收谱线进行扫描，并借助电流和温度来调节半导体激光器产生的中心波长，并使其处于吸收谱线中心波长位置，然后在外部对调谐电流信号进行加载，以保证在吸收峰附近实现对激光器的来回扫描。

直接吸收法的优点是实验操作简单，无需进行标定，而且吸收谱线直观可见。然而因为TDLAS技术运行过程中会遇到噪声影响，进而在低浓度测量环境中导致吸收信号不同程度上遭受噪声信号淹没，不能有效探测其下限。在直接吸收法应用阶段，通常会辅以多次反射吸收池技术，且采用在较小测量空间范围提高光程长，以确保光谱吸收率得到有效提升。但直接吸收法应用过程中所存在的噪声问题并未得到有效解决，同时因为信噪比过低，将会影响测量系统的精准性和灵敏度。

2.2波长调制法

要想确保直接吸收法中存在的问题得到有效解决，研发出了波长调制法，其主要是在低频调谐扫描信号上，对激光波长进行高频调制，通过使信号频率得到提升的方式来达到抑制探测器噪声和激光光源的目的。同时，在通过气体吸收池后，借助解调吸收信号输入锁相放大器使高频调制获得与浓度相对应的谐波信号。

在波长调制法应用过程中，常见的调制技术有频率调制光谱技术和波长调制光谱技术两种。通过对这两种调制技术进行对比可以发现，波长调制技术所选择的调制频率远低于吸收谱线的半高宽，其范围在1kHz-100 kHz。而频率调制技术采用的调制频率大于谱线半高宽。在实际应用阶段，频率调制技术对高频信号探测器的要求比较高，且在确保灵敏度的基础上波长调制技术还可以有效节约实验成本。

3. 在环境大气检测中TDLAS技术的应用情况

3.1TDLAS技术的应用原理

通常情况下，TDLAS技术即所谓的光谱吸收技术，其在深入分析气体的基础上来了解气体对光的吸收情况，进而实现对气体浓度进行有效检测的目的。在进行大气环境检测阶段，TDLAS技术原理如下：确保所发射的光束可以顺利通过被检测气体，然后通过相应的接收器保证光束可以在另一端被有效接收，而光线发射器与接收器的间距将会对光程的具体长度产生决定性影响。

3.2TDLAS技术在环境大气检测中应用要点

3.2.1检测过程

在环境大气检测工作中，要结合实际情况来确定吸收光谱线频率位置，并为其选择相匹配的激光二极管，并结合实际情况来对温度进行调节，以确保激光位于中心频率，随后按照要求注入若干低频率锯齿波电流，这样既能够保证激光频率对所有吸收光谱线进行扫描检测，收集“单线吸收光谱”数据，以此来掌握吸收光谱“单线”状态，同时，也能够避免背景气体组分对被检测气体成本产生干扰，进而保证检测结果的真实性和有效性。在具体应用阶段，借助试验样机来对不同体积分数待测气体进行测试，形成探测器光功率比值和吸收峰二次谐波信号强度与气体体积分数间相匹配的数据表，将这部分数据录入ExceL中拟合处理，从而得到对应的关系式，最后将吸收峰二次谐波信号强度和探测器光功率比值导人关系式中，就可以计算出被测气体体积分数。

3.2.2吸收光结构

在分析和探究TDLAS技术工作原理后，可以在光路中对光源进行划分，具体如下：（1）如果环境大气检测器中接收到光纤时，通过观察激光强度后，就能够对光源是否正常运行进行准确判断;（2）在中央控制器中配置参比池（仪器名称），能够对系统零点给予准确检测和确定，并对检测系统进行重新标定;（3）发射单元标直器直接接收光缆，并对环境大气进行红外检测，同时选择标准的广电转换模块来有效转换相关电信号，从而获得到被检测气体浓度。

3.2.3谱线的选择

在气体浓度测量时，采用了Beer-Lambert定律，其需要结合气体频率范围和种类特点来对吸收谱线进行合理选择。英国剑桥空气动力研究实验室研发了高分辨率迁移分子吸收数据库（HITRAN），最开始仅包括7种分子吸收光谱数据，后来通过进一步的研究和探索，在数据库中包含的气体分子谱线有上百种，针对不同分子，可以按照Beer-Lambert定律来对不同温度和压强下的气体碰撞加宽系数、谱线线强度、跃迁能级及分子分割函数、吸收谱线位置等主要参数进行查询，以便后续吸收实验仿真和吸收光谱模拟工作的顺利进行。

在TDLAS技术应用过程中，吸收谱线选取合理与否将会对其测量结果的真实性和准确性与否产生决定性的影响。在选取谱线阶段，要遵循如下原则：（1）结合待测气体分子来选择谱线。不同分子在频域上的吸收谱线的分布范围存在一定的差异性，这样就需要对测量环境中潜在分子吸收谱线进行观察和记录，进而有效降低其他气体分子带来的不良影响。当干扰谱线具有比较大的谱线线强度时，需要满足|vA-vB |>10δv，并且要求谱线中心频率差大于10倍半高宽。当无法有效避开谱线时，就要保证待测气体线强度大于干扰气体线强度;（2）结合测量环境来对谱线进行选择。根据温度和压力的影响来对拟合线型函数和气体吸收谱线的线强度进行合理选择，此时要对环境的温度和压力给予准确测量;（3）根据激光器的波长调谐范围来科学、合理选择谱线。如果测量环境相同时，当谱线线强度越大，则说明气体分子对激光吸收作用越强，进而有效提高其探测下限和测量精度。实际上，可调谐激光二极管检测部分气体对应的可检测下限和波段如表1所示。

4.结束语

综上所述，在环境大气检测中，TDLAS技术是比较新型的一项技术，取得了比较好的应用效果。与传统大气在线检测技术对比得知，TDLAS技术具有高選择性、高灵敏度、使用寿命长、激光器稳定性高等特点，而且不易受到外界环境因素影响，从而有效提高环境大气检测结果的真实性和准确性。

参考文献：

[1]戴强.环境大气检测中TDLAS技术的应用剖析[J].民营科技，2015（2）：263-264.

[2]高浩凯，范成成.环境大气检测中TDLAS技术的应用剖析[J].资源节约与环保，2018（4）：28.