在線激光氧分析儀是一種基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS,Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）的高精度氣體分析設備，專用于工業(yè)過程或排放氣流中氧氣（O?）濃度的實時、連續(xù)、非接觸式在線監(jiān)測。廣泛應用于電力鍋爐、冶金爐窯、化工反應器、空分裝置、焚燒爐、半導體制造及環(huán)保排放監(jiān)控等領域，對燃燒優(yōu)化、安全控制和能效管理具有重要意義。
其核心原理是利用氧氣分子在近紅外或中紅外波段（如760 nm附近）具有特定吸收譜線的特性。儀器通過發(fā)射一束波長可精確調(diào)諧的激光穿過被測氣體，當激光波長與O?吸收峰匹配時，部分光被吸收；接收端探測器檢測透射光強變化，結(jié)合比爾-朗伯定律計算出氧氣濃度。由于采用“單線吸收”技術(shù)，該方法具有高的選擇性，不受水蒸氣、CO?、粉塵或其他背景氣體干擾。
在線激光氧分析儀其核心組成部分通常包括以下幾個模塊，各模塊協(xié)同工作以實現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性的測量：
1、激光發(fā)射模塊
激光器：
作為光源，通常采用可調(diào)諧二極管激光器（TDLAS）或分布式反饋激光器（DFB），發(fā)射特定波長的激光（如760nm附近，對應氧氣吸收峰）。
特點：波長穩(wěn)定性高、線寬窄、壽命長，適合連續(xù)運行。
作用：產(chǎn)生與氧氣吸收特性匹配的激光，為后續(xù)檢測提供基礎信號。
激光驅(qū)動與溫控系統(tǒng)：
精確控制激光器的溫度和電流，確保輸出波長穩(wěn)定，避免漂移影響測量精度。
通常采用PID溫控算法，將激光器溫度波動控制在±0.01℃以內(nèi)。
2、光路系統(tǒng)
光學窗片：
位于分析儀的氣室兩端，允許激光穿透同時隔離外部污染（如粉塵、油霧）。
需采用高透光率、耐腐蝕的材料（如藍寶石或石英），并定期清潔以防止污染導致信號衰減。
氣室（測量腔）：
樣品氣體流經(jīng)的封閉空間，激光在此與氣體分子相互作用。
設計要點：
長度優(yōu)化：增加光程以提高吸收信號強度（通常為10~100cm）。
抗干擾結(jié)構(gòu)：采用直通式或反射式設計，減少死角和湍流。
材質(zhì)選擇：不銹鋼或哈氏合金，耐腐蝕且不吸附氣體。
反射鏡（可選）：
在長光程氣室中，通過多次反射激光延長光程，提升靈敏度（如Herriott氣室設計）。
3、氣體處理模塊
采樣系統(tǒng)：
采樣探頭：插入工藝管道，抽取代表性氣體樣品。
預處理單元：包括過濾器（去除顆粒物）、冷凝器（除濕）、流量計（控制流速）等，確保氣體潔凈、干燥且流量穩(wěn)定。
校準氣接口：用于接入標準氣體進行定期校準，驗證儀器準確性。
防爆設計（可選）：
在易燃易爆環(huán)境中，需采用防爆外殼、本質(zhì)安全電路等措施，符合ATEX或IECEx標準。
4、信號檢測與處理模塊
光電探測器：
接收經(jīng)過氣體吸收后的激光信號，將其轉(zhuǎn)換為電信號。
類型：通常為InGaAs（銦鎵砷）光電二極管，對近紅外光敏感且噪聲低。
信號調(diào)理電路：
放大探測器輸出的微弱電信號，并濾除噪聲（如采用鎖相放大技術(shù)）。
轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳輸至主控單元。
主控單元（CPU/DSP）：
運行核心算法（如直接吸收法、波長調(diào)制光譜法），解析氧氣濃度。
實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、顯示、通信（如4~20mA、RS485、Modbus）及自診斷功能。
5、軟件與顯示模塊
操作界面：
本地顯示屏或觸摸屏，實時顯示氧氣濃度、溫度、壓力等參數(shù)。
提供菜單式操作，支持校準、報警設置、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。
上位機軟件（可選）：
通過PC或SCADA系統(tǒng)遠程監(jiān)控，實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、趨勢分析、報表生成及多設備聯(lián)動控制。
6、輔助功能模塊
自診斷系統(tǒng)：
監(jiān)測激光功率、探測器狀態(tài)、氣路壓力等，故障時自動報警（如光源衰減、氣路堵塞）。
環(huán)境適應性設計：
溫度補償：通過內(nèi)置溫度傳感器修正環(huán)境溫度對測量結(jié)果的影響。
壓力補償：結(jié)合壓力變送器數(shù)據(jù)，消除壓力波動對濃度計算的影響（尤其適用于變壓力工況）。
