可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术常用于气体检测,但是某些气体在线强较弱或者低压、低浓度条件下,吸收信号微弱、信噪比高、检测精度低。根据Beer-Lambert定律,提升吸收光程能有效提升吸收信号强度。仿真并设计了一Herriott池结构的多光程测量系统,并对系统有效性以及精确性进行了检验。系统整合在5U机箱内,吸收光路固定,设置了参考光路消除空气中组分吸收影响。只需通过抽气进气阀控制气室内压力,调节激光控制器即可采集数据。系统单光程长204 mm,设计反射100次,实际有效光程为20.28 m。经检测,系统在真空条件下漏气率为56 Pa/h,在低压(10 kPa)条件下漏气率为15 Pa/h。将该系统与普通直接吸收系统对2 005 ppm标准NH3气体检测结果进行了比较,前者吸收率峰值较普通直接吸收系统增强了50倍左右。结果表明,该系统检测误差为2.9%,普通直接吸收系统检测误差高达37.4%。该系统可有效应用于低压、弱吸收线强条件下气体及微量气体现场精确检测。

为了对电厂脱硝过程中逃逸的微量氨气进行在线检测, 实验室采用可调谐激光吸收光谱技术对常温常压下以及不同温度下的低浓度氨气进行了测量试验, 其中电厂逃逸氨气检测处温度约为650 K。 通过分析近红外波段的氨气吸收谱线, 并考虑实际测量环境H2O和CO2等浓度很大的气体吸收谱线的干扰, 实验选取2.25 μm附近的ν2+ν3谱线作为浓度检测谱线。 为了验证所选谱线对低浓度NH3的测量能力, 实验对H2O, CO2和NH3的吸收谱线进行模拟, 发现低浓度NH3受较大浓度的H2O和CO2谱线的干扰较小, 尤其是CO2谱线的干扰可以忽略不计, 且2.25 μm处谱线强度远远大于通讯波段1.53 μm处的谱线。 基于新型Herriott池以及高温管式炉, 结合可调谐激光吸收光谱中的直接吸收技术和波长调制技术, 实现了对不同温度下超低浓度NH3的高分辨率快速检测。 常温常压下其线型函数可以利用洛伦兹线型来近似描述, 直接吸收测量技术可以使探测极限降低到0.225×10-6。 通过采用简单降噪处理技术如多次平均、 简单小波分析等, 得到不同温度下的谐波信号与浓度具有良好的线性关系, 为采用可调谐激光吸收光谱技术进行现场低浓度逃逸氨气检测提供了很好的依据。