激光气体检测技术

万事万物都有光特性。

气体光谱吸收理论

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事物都由原子构成，而不同元素的原子会吸收或释放不同频率（波长）的光。基态原子吸收能量就变成激发态原子，而激发态原子释放能量就变成基态原子。对于激光气体传感器来说，每个气体都对特定的频率的光有吸收作用。这样，光这个频率的光经过该气体时，因为被吸收了，所以光强（能量）就会降低，反之，没有被吸收的话，能量就没有降低。

气体光学吸收谱

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从光谱上可以看出，对于CH4、CO、CO2，在近红外、中红外和远红外区域都有吸收谱，并且其最佳的激光是用中红外激光；而对于氨气，远红外激光来测量最好。

近红外不管对于哪种气体来说，测量都是最差的选择。但是，中红外、远红外的窄带激光器，价格都在十几万到几十万之间，无法工业化应用。所以，我们只能用近红外激光来进行气体测量。

那么我们选择近红外来做气体测量仅仅是因为成本原因吗？

当然不是，成本作为原因之一，另一个重要原因就是“相关性”。

烷烃类近红外吸收谱

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选择光谱，一定要选择吸收相关性比较好的光谱。即在吸收波长位置吸收性强，同时在波长的两边区域吸收性差，这样可以保证我们测量的准确性。

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例如：针对甲烷气体（CH4），我们选择1650nm的波段，该红外波段正处于CH4的吸收峰位置，而1650nm的相邻波段几乎不被CH4吸收。

※红外传感器滤波产生的光谱较宽，有几十个nm到几百nm宽，而激光只有0.001nm宽，所以采用激光原理检测，具有“唯一选择性”。

激光气体检测原理

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→基于分子对光的吸收原理，或者分子的光谱学原理

→不同气体分子对应不同波长的光吸收，而且这种吸收基本不受温度湿度压力等环境的影响，因而具有高度的稳定性

→吸收强度和分子的浓度成正比λ0

→寿命能够大于5年，甚至可用10年。激光也会光衰，但由于是多束激光差分，即使有光衰，也不影响精度。