據(jù)該公司O2含量檢測要求，我公司采用LGA-4100型探頭式激光過程氣體分析系統(tǒng)來進(jìn)行測量。LGA-4100激光過程氣體分析系統(tǒng)是結(jié)合多年的激光氣體分析產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，集成半導(dǎo)體激光吸收光譜、激光器波長自適應(yīng)、、藍(lán)牙無線通訊等多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，推出的新一代激光過程氣體分析產(chǎn)品。該系統(tǒng)的發(fā)射和接收單元直接安裝在工業(yè)管道上。整個(gè)系統(tǒng)由于無預(yù)處理及運(yùn)動部件，使得其相對于傳統(tǒng)紅外等分析系統(tǒng)，運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性大大增強(qiáng)，并且維護(hù)標(biāo)定工作量和運(yùn)行費(fèi)用大大降低。
LGA-4100半導(dǎo)體激光氣體分析系統(tǒng)基于半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（DLAS），即“單線光譜”測量技術(shù)。具體來說，就是通過測量具有某一特定吸收譜線的激光束在穿過被測氣體時(shí)發(fā)生的衰減信息，并根據(jù)激光強(qiáng)度衰減與被測氣體含量間的正比關(guān)系，分析獲得被測氣體的濃度。與非分光紅外氣體分析技術(shù)相同,DLAS技術(shù)也是一種吸收光譜技術(shù)，它利用Beer-Lambert關(guān)系來定量分析半導(dǎo)體激光能量被被測氣體選擇吸收產(chǎn)生的衰減來獲得氣體的濃度。與傳統(tǒng)非分光紅外分析技術(shù)使用譜寬很寬且固定波長的紅外光源不同，DLAS技術(shù)使用譜寬非常小(也就是單色性非常好) 且波長可調(diào)諧的半導(dǎo)體激光器作為光源。
因此，DLAS技術(shù)具有傳統(tǒng)非分光紅外分析技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的一些性能優(yōu)點(diǎn)：
1. 不受背景氣體交叉干擾。半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光譜寬小于0.0001nm，是紅外光源譜寬的1/106，遠(yuǎn)小于紅外光源譜寬和被測氣體單吸收譜線寬度，其頻率調(diào)制掃描范圍也僅包含被測氣體單吸收譜線（半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)也因此被稱為單線光譜技術(shù)），因此成功消除了背景氣體交叉干擾影響。
2. 不受粉塵和視窗污染干擾。非分光紅外氣體分析儀在分析粉塵含量較大的氣體時(shí)，粉塵和被污染的光學(xué)元件會引起氣室透光率的變化，而固定波長的光源又無法區(qū)別氣體和粉塵的吸收，因此無法自動修正粉塵對光學(xué)元件的污染影響。而半導(dǎo)體激光的波長可通過調(diào)制工作電流而被掃描，使激光波長既掃描過有氣體吸收的區(qū)域，也掃描過沒有氣體吸收的區(qū)域。當(dāng)波長位于吸收區(qū)域時(shí)可測得包含氣體和粉塵在內(nèi)的總透光率T總，當(dāng)波長位于無氣體吸收區(qū)域時(shí)可以測得粉塵透光率T粉塵，從而可以準(zhǔn)確獲得被測氣體的透光率T氣體 =T總/ T粉塵。DLAS技術(shù)通過激光波長掃描技術(shù)修正了粉塵和視窗污染對測量的影響。
3. 不受被測氣體環(huán)境參數(shù)變化干擾。被測氣體環(huán)境參數(shù)—溫度或壓力變化通常導(dǎo)致譜線強(qiáng)度和展寬發(fā)生變化，對溫度或壓力信號不加修正就會影響測量結(jié)果。而DLAS技術(shù)是對被測氣體單一吸收譜線進(jìn)行分析，因此可較容易地對溫度、壓力效應(yīng)進(jìn)行修正。為此LGA-4100系統(tǒng)內(nèi)置了溫度和壓力自動修正功能，能根據(jù)實(shí)際測量得到的被測氣體溫度和壓力對氣體成分測量值進(jìn)行自動修正，從而可實(shí)現(xiàn)精確的在線氣體分析。
綜上所述，單線光譜技術(shù)、激光波長掃描技術(shù)和環(huán)境參數(shù)自動修正技術(shù)使DLAS技術(shù)可以被用于實(shí)現(xiàn)氣體的原位分析，因此比非分光紅外等傳統(tǒng)采樣氣體分析系統(tǒng)具備更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。并且由于激光氣體分析系統(tǒng)省卻了采樣預(yù)處理裝置，結(jié)構(gòu)簡單、無運(yùn)動部件，維護(hù)標(biāo)定方便、可靠性高，響應(yīng)速度快而準(zhǔn)確，大大提升了在線過程氣體檢測的水平。
該系統(tǒng)特點(diǎn)：
1.無需采樣，現(xiàn)場測量。
2.響應(yīng)速度快（<1秒）。
3.測量精度高（≤±1%）。
4.不受背景氣體交叉干擾。
5.自動修正粉塵及光學(xué)視窗污染影響。
6.結(jié)構(gòu)簡單緊湊、可靠性高，操作維護(hù)方 便，運(yùn)行費(fèi)用低。
7.一體化正壓防爆技術(shù)，模塊化設(shè)計(jì)，可 現(xiàn)場更換所有功能模塊。
聚光科技在產(chǎn)品核心及關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，現(xiàn)已申請并擁有多項(xiàng)發(fā)明專利、實(shí)用新型專利和軟件著作權(quán)。其研發(fā)生產(chǎn)的激光現(xiàn)場在線氣體分析系統(tǒng)于2003年經(jīng)國家法定檢測部門檢測，精度達(dá)到1級。系統(tǒng)能夠在高溫、高粉塵、高流速、強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境下現(xiàn)場分析氣體濃度和熱值等。為各行業(yè)提供迫切需要的非接觸、實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程、多點(diǎn)連續(xù)的自動監(jiān)測解決方案，并為優(yōu)化生產(chǎn)工藝、節(jié)能降耗、能源氣回收、安全及環(huán)保監(jiān)測等提供了有效保障。
那么為什么武鋼計(jì)控公司會選擇聚光科技呢？ 除了聚光科技，還沒有一家公司有實(shí)力去研發(fā)生產(chǎn)激光現(xiàn)場在線氣體分析系統(tǒng)。作為全球不多的激光在線氣體分析系統(tǒng)的開發(fā)和供應(yīng)商，聚光科技解決了以下技術(shù)難點(diǎn)：
第一，半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)。解決包括半導(dǎo)體激光波長鎖定技術(shù)（使激光頻率長時(shí)間穩(wěn)定在吸收譜線頻率處）、高靈敏度的調(diào)制光譜檢測技術(shù)、光學(xué)Etalon噪音有效抑制方法等，并建立和完善了重要工業(yè)氣體成分的吸收光譜數(shù)據(jù)庫（吸收譜線位置、不同溫度下的壓力展寬、吸收譜線線強(qiáng)及其與溫度的關(guān)系等）等。
第二，高性能半導(dǎo)體激光電流源技術(shù)。半導(dǎo)體激光器非常容易被浪涌電流和高頻電磁輻射損壞，為此聚光科技開發(fā)了用于各工業(yè)現(xiàn)場的低噪音半導(dǎo)體激光電流源技術(shù)，在半導(dǎo)體激光電流源電路中設(shè)計(jì)大量保護(hù)電路模塊來抑制各種原因產(chǎn)生的浪涌電流和電磁輻射。同時(shí)，還通過降低激光電流源的噪音來降低激光強(qiáng)度噪音，從而提高系統(tǒng)的檢測靈敏度。
第三，微弱信號檢測技術(shù)和電磁兼容技術(shù)。為了提高檢測靈敏度，除了降低上面提到的光學(xué)Etalon噪音外，還要降低各種電磁干擾噪音。為此研發(fā)了高性能的微弱信號檢測技術(shù)（低噪音設(shè)計(jì)、采用鎖相放大技術(shù)）和電磁兼容技術(shù)（如良好接地、電纜線屏蔽等）。
第四，吸收光譜信號分析算法。激光在線氣體分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從測量獲得的調(diào)制光譜信號中直接提取譜線展寬的數(shù)字信號處理方法，從而可以準(zhǔn)確修正氣體組分變化對氣體濃度測量的影響。很多時(shí)候，光學(xué)Etalon噪音或其他噪音的頻率與信號頻率接近，而聚光科技研發(fā)的、適用于這種情況下的噪音抑制算法，大大提高了惡劣工況下激光在線氣體分析系統(tǒng)的檢測靈敏度和可靠性。
聚光科技不僅掌握世界尖端科技——激光吸收光譜技術(shù)，可以解決和突破以上難點(diǎn)，而且與現(xiàn)有其他分析系統(tǒng)相比，聚光科技研發(fā)生產(chǎn)的激光在線氣體分析系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了以下技術(shù)創(chuàng)新：
第一，開發(fā)的半導(dǎo)體激光在線氣體分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了氣體濃度的現(xiàn)場、連續(xù)測量，避免了背景氣體的交叉干擾，自動修正粉塵、視窗污染所帶來的數(shù)據(jù)誤差。由于采用非接觸式光學(xué)測量而適用于強(qiáng)腐蝕、高溫、高壓、高粉塵的惡劣環(huán)境，解決了現(xiàn)有常用采樣方式“在線”分析系統(tǒng)的弊病。該技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)經(jīng)鑒定為國內(nèi)首創(chuàng)、國際先進(jìn)。
第二，在使用光譜技術(shù)測量氣體成分時(shí)，如果氣體組成、溫度和壓力發(fā)生了變化，則氣體的譜線展寬就會相應(yīng)變化，從而影響測量的準(zhǔn)確性。國外同類產(chǎn)品都是通過測量氣體溫度、壓力，并且估計(jì)測量環(huán)境中的氣體組成來計(jì)算譜線展寬，從而對測量氣體成分進(jìn)行修正。這種修正策略的難點(diǎn)在于無法準(zhǔn)確估計(jì)測量環(huán)境中的其他氣體組成，從而造成測量誤差。對于此難點(diǎn)，聚光科技在國際上率先實(shí)現(xiàn)了通過數(shù)字信號處理的方法直接從檢測的調(diào)制光譜信號中準(zhǔn)確提取譜線展寬，從而避免了譜線展寬變化導(dǎo)致的測量誤差。
第三，國際上現(xiàn)有同類產(chǎn)品一般都只有4-20mA電流、RS232等數(shù)據(jù)輸出方式，聚光科技的激光現(xiàn)場在線氣體分析系統(tǒng)除了以上方式外，還開發(fā)了可選配的無線數(shù)據(jù)傳送模塊，使本產(chǎn)品具有無線網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。該無線數(shù)據(jù)傳輸模塊可以實(shí)現(xiàn)：對儀器內(nèi)嵌程序版本實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程升級；分析信息、數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸；遠(yuǎn)程收集系統(tǒng)工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)設(shè)置儀器參數(shù)等。這是國際上首次在半導(dǎo)體激光在線氣體分析系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳送。
與國外同類產(chǎn)品相比，LGA系列激光在線分析系統(tǒng)在軟硬件方面也具有明顯優(yōu)勢：
首先，它具有自動譜線展寬修正功能，分析氣體濃度時(shí)不受被測氣體環(huán)境中氣體組成變化的影響，可應(yīng)用于氣體組成有較大變化的場合。
其次，LGA系列產(chǎn)品可選配GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，通過該模塊，聚光科技可為用戶提供遠(yuǎn)程程序升級、設(shè)置和優(yōu)化分析系統(tǒng)參數(shù)等服務(wù)。
而且，國外引進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)和部件，國內(nèi)進(jìn)行研發(fā)并量身定制，充分考慮了國內(nèi)用戶的現(xiàn)場工況和供貨需求，為項(xiàng)目的按期、順利實(shí)施也提供了有效保障。
聚光科技為武鋼計(jì)控公司此項(xiàng)目解決了一些關(guān)鍵的工藝需求。
首先是響應(yīng)速度。氣體分析的重要因素是分析儀器的響應(yīng)速度，激光在線氣體分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“在位”測量和毫秒級響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間<1S，避免了采樣預(yù)處理響應(yīng)滯后帶來的安全隱患。
其次是樣氣排放。工藝管道中有大量有毒、有害氣體，傳統(tǒng)分析系統(tǒng)的尾氣排放不僅會造成環(huán)境污染和爆炸，對操作人員身體也有害處。激光在線氣體分析系統(tǒng)無需抽氣檢驗(yàn)，沒有樣氣排放問題。
第三是測量精確度。測量的準(zhǔn)確性關(guān)系到對安全隱患判斷的準(zhǔn)確性問題，激光現(xiàn)場在線氣體分析對原始?xì)怏w進(jìn)行分析，不改變氣體成份，測量準(zhǔn)確度為<±1%。第四是維護(hù)、標(biāo)定。系統(tǒng)維護(hù)和標(biāo)定的工作量不僅牽涉人力物力，而且降低了開表率。激光在線氣體分析系統(tǒng)的年維護(hù)和標(biāo)定次數(shù)<2次/年；且維護(hù)標(biāo)定非常方便。
最后是運(yùn)行費(fèi)用。設(shè)備的選型不僅考慮一次性投資，還要考慮將來的運(yùn)行和維護(hù)成本。激光在線氣體分析系統(tǒng)無需備品備件，運(yùn)行成本僅為電費(fèi)、氣源費(fèi)和標(biāo)定氣費(fèi)用。
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