Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования. Резидент Технопарка ИТМО
ru en
Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования. Резидент Технопарка ИТМО
Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования. Резидент Технопарка ИТМО
Товар добавлен в корзину
Перейти в корзину
Спектроскопия

Высокочувствительное детектирование и мониторинг газов

Описание
Компоненты

Решения для создания высокочувствительных систем детектирования различных газов и взвесей, а также их мониторинга, для применений в производстве и безопасности.


За последние несколько десятилетий проблема загрязнения окружающей среды возникла в разной степени во всем мире, например, загрязнение атмосферы, морской и городской сред. С глобализацией экономики и торговли проблема загрязнения окружающей среды становится всё более интернационализированной. Чтобы контролировать загрязнение окружающей среды, были найдены новые технологичные способы обнаружения опасных газов, таких как CH4, CO2, CO, HNO2, H2S и HCl. Одна из них – лазерное детектирование газов и создание датчиков на основе этого типа сенсинга.

 
Система детектирования и мониторинга различных газов использует узкие полосы поглощения, которые есть у большинства газов в NIR-области спектра. Лазеры с распределенной обратной связью (DFB) и с распределенным брэгговским отражателем (DBR) широко используются в этой области из-за их способности точно подстраиваться по частоте под нужную длину волны. Такая система способна производить т.н. диодно-лазерную абсорбционную спектроскопию (сокр. ДЛАС или ДЛС, англ. TDLS) и может измерять концентрацию, температуру и давление различных газов в суровых физических условиях с хорошим временным разрешением, чувствительностью и селективностью.

Базовая TDLS-установка состоит из:

  • перестраиваемого диодного лазера(-ов)
  • передающей оптики
  • исследуемой поглощающей среды
  • приёмной оптики и детектора(-ов)


Длина волны излучения лазера настраивается на длину волны максимального поглощения исследуемого газа. По мере прохождения лазерного луча через среду интенсивность света снижается за счёт поглощения на атомах этого газа. Это изменение интенсивности света фиксируется с помощью детектора и используется для определения концентрации компонентов газа и других его характеристик.

 
Описанная схема работы и основные структурные компоненты TLDAS-системы представлены на рис.1.

Spectroscopy_overview.png

Рис. 1 - Схема работы TLDAS-системы.

Излучение поглощается на молекулах газа, что приводит к исчезновению из выходного спектра поглощаемой спектральной составляющей.


Спектры поглощения некоторых химических соединений приведены далее.

Водяной пар (H2O).png

Рис. 2 - Водяной пар (H2O)

Диоксид углерода (CO2).png

Рис. 3 - Диоксид углерода (CO2)


Монооксид углерода, угарный газ (CO.png

Рис. 4 - Монооксид углерода, угарный газ (CO)


Метан (CH4).png

Рис. 5 - Метан (CH4)


Кислород.png

Рис. 6 - Кислород (O2)


Ацетилен (C2H2).png

Рис. 7 - Ацетилен (C2H2)


Формальдегид (CH2O).png

Рис. 8 - Формальдегид (CH2O)


Сероводород (H2S).png

Рис. 9 - Сероводород (H2S)

Хлороводород (HCl).png

Рис. 10 - Хлороводород (HCl)


Фтороводород (HF).png

Рис. 11 - Фтороводород (HF)


Оксиды азота (NO, N2O, NO2).png

Рис. 12 - Оксиды азота (NO, N2O, NO2)


- Диоксид серы (SO2).png

Рис. 13 - Диоксид серы (SO2)


- Этан (C2H6).png

Рис. 14 - Этан (C2H6)


Аммоний (NH3).png

Рис. 15 - Аммоний (NH3)


Пример визуализации утечки метана.png

Рис. 16 - Пример визуализации утечки метана

Импульсные лазеры для систем детектирования и мониторинга газов
Фотодетекторы для сенсинга и мониторинга
Контроллеры для систем сенсинга и мониторинга
Оптические волокна для систем сенсинга и мониторинга
+ Еще 1

Импульсные лазеры для систем детектирования и мониторинга газов

Для генерации оптических импульсов определённой длины волны используют лазерные DFB и DBR модули. При выборе необходимо обращать внимание на следующие основные оптические характеристики:

  • Центральная длина волны и точность её расположения
  • Ширина оптического спектра
  • Оптическая мощность
  • Тип корпуса и оптического вывода

Подходящие решения
    Центральная длина волны Ширина спектра Точность центральной длины волны      Оптическая мощность Детектируемые вещества
Лазерные DFB диоды для сенсорики серии DFB-1XXX-BF-XX-CW.png

Лазерные DFB диоды для сенсорики серии DFB-1XXX-BF-XX-CW

1590 - 1653 нм 10 МГц ±0.1 нм 6 - 20 мВт

CH4, CO2, NH3, H2O, HF, H2S, CO


DFB лазерные диоды, 1650 - 1850 нм, 5 мВт.png

DFB лазерные диоды, 1650 - 1850 нм, 5 мВт

1650 - 1850 нм

<1 нм

±0.1 нм

5 мВт

H2O, CH4, HCl, NXOX

      DFB лазерный диод, 1653 нм, 8 мВт.png

DFB лазерный диод, 1653 нм, 8 мВт

1653.5 нм

<10 МГц

±1.5 нм

8 мВт

CO2, CH4
EP2330-0-DM - Лазерный диод, 2330 нм, 1 мВт.png

EP2330-0-DM - Лазерный диод, 2330 нм, 1 мВт

2330 нм

<2 МГц

±2 нм

1 мВт

O2, CO
EP2330-0-DM - Лазерный диод, 2330 нм, 1 мВт.png

EP1877-0-DM - Лазерный диод, 1877 нм, 2 мВт

1877 нм

<2 МГц

±2 нм

2 мВт

CO2, H2O

EP2330-0-DM - Лазерный диод, 2330 нм, 1 мВт.png

EP1742-2-DM - Лазерный диод, 1742 нм, 5 мВт

1742 нм

<2 МГц

±2 нм

5 мВт

HCl

 DFB квантово-каскадные лазеры, 6000-14000 нм, 3 мВт.png DFB квантово-каскадные лазеры, 6000-14000 нм, 3 мВт 6000-14000 нм <1 нм ±0.1 нм 3 мВт

NO, NO2 NH3, C2H2, H2O



Фотодетекторы для сенсинга и мониторинга

Для регистрации оптического сигнала, прошедшего через среду необходимы высокочувсвительные фотодетекторы. В основе таких детекторов лежат фотодиоды, принцип работы которых заключается в регистрации образующегося тока из-за инициировавших этот ток поглощённых фоточувствительной площадкой фотодиода фотона.

Фотодетекторы бывают как на видимый диапазон (материал Si/Ge), так и на ближний ИК (материал InGaAs и др.).

На что обращать внимание при выборе фотодетекторов для сенсинга газов? В первую очередь это: 

  • Диапазон рабочих длин волн
  • Темновой ток
  • Полоса пропускания
  • Тип детекторы (компонент или модуль)

Также имеет смысл обратить внимание на дополнительные опции:

  • Пороговая мощность
  • Тип оптического ввода (волоконный или free-space)
  • Тип оптического коннектора (при его наличии)

Подходящие решения
Решения в области фотодетекторов видимой и ИК-областей:

Фотоэлектромагнитные детекторы серии PEMI

Диапазон длин волн

2 - 12 мкм
Оптимальная длина волны

    10.6 мкм

Постоянная времени 

≤1 нс

Пиковая чувствительность ≥1.6⋅108 см⋅√Гц/Вт

HgCdTe фотоприёмник PDAVJ10

Диапазон длин волн

2 - 10.6 мкм

Оптимальная длина волны

4.75/6.5 мкм

-

Пиковая чувствительность ≥2⋅108 см⋅√Гц/Вт

ИК-фотогальванические детекторы серии PVM-2TE

Диапазон длин волн

2 - 8/2 - 12 мкм

Оптимальная длина волны

8/10.6 мкм

Постоянная времени 

≤4 / ≤3 нс

Пиковая чувствительность ≥6⋅108 /≥2⋅108см⋅√Гц/Вт

ИК-фотопроводники серии PC -2TE

Диапазон длин волн

1 - 13 мкм

Оптимальная длина волны

4 - 13 мкм

Постоянная времени 

≤ 2-4000 нс

Пиковая чувствительность ≥4⋅108 /≥3.2⋅108см⋅√Гц/Вт

Фотоприёмник FPD510-FS-NIR

Диапазон длин волн

950 - 1650 нм

Мощность темнового шума

10 фВт

Полоса пропускания

DC-250 МГц

Пороговая мощность

3 мВт

Лавинный фотоприёмник APD310

Диапазон длин волн

950 - 1650 нм

Мощность темнового шума

10 пВт

Полоса пропускания

1-1800 МГц

Пороговая мощность

10 мВт

Cверхбыстрый фотодетектор UPD-3N-IR2-P

Диапазон длин волн

800 - 2100 нм

Темновой ток

90 нА

Полоса пропускания

400 МГц

-
Фотодиод APD0200-17-C Диапазон длин волн

950 - 1650 нм

Темновой ток

5 нА 
     Полоса пропускания

400 МГц

   

-



Контроллеры для систем сенсинга и мониторинга

Управление лазерами, а также приём выходных импульсов с детекторов осуществляет специальная синхронизирующая платформа ID900.
Данный контроллер имеет 4 входа/выхода и способен увеличивать это количество посредством параллельного включения этих платформ. В отличие от многих других подобных устройств, синхронизатор ID900 осуществляет обработку поступивших в него данных, что позволяет использовать его в TDLS-системах без дополнительного вычислительного оборудования.

Ключевые особенности:

  • Предобработка данных
  • Гибкая конфигурация и возможность модернизации версии
  • Гистограммирование, временные метки, генерация задержек и паттернов
  • Высокоскоростной счёт (1 ГГц)
  • Синхронизация устройств до 64 каналов
  • 4 входных (от -3 В до +3 В с шагом 1 мВ) и 4 выходных канала (NIM + LVTTL)
  • Джиттер до 8 пс (RMS)
  • Быстрая передача данных на ПК (100 МГц/с)
  • Язык программирования: LabView, Python, Matlab, C/C++

Подходящие решения

Оптические волокна для систем сенсинга и мониторинга

В TDLS-системах для ввода в среду и вывода из неё оптических сигналов необходимо оптическое волокно. Обычное кварцевое волокно непрозрачно в среднем ИК-диапазоне, поэтому необходимо выбирать особое, оптимизированное для конкретных длин волн волокно.

На что обращать внимание при выборе фотодетекторов для сенсинга газов? В первую очередь это:

  • Диапазон рабочих длин волн
  • Диаметр оболочек и сердцевины
  • Величина затухания света в волокне

Подходящие решения

Одномодовое волокно Nufern SM1950, PM1950

Диапазон длин волн

1850 - 2200 нм

Диаметр сердцевины

 7 мкм

Диаметр оболочки 125 ± 1 мкм

Числовая апертура

 0.5

Бессердцевинное волокно Thorlabs

Диапазон длин волн

400 - 2400 нм

Диаметры стеклянного стержня

 125±1 / 250±10 / 400±15 мкм

Диаметры покрытия

250 мкм ± 5% / 400 ± 20 мкм / 550 ± 20 мкм

Обратные потери

 >65 дБ @ 0.25 м

Одномодовые оптические волокна CorActive

Диапазон длин волн

2000 - 6000/9000 нм

Диаметры сердцевины

 7, 9, 14, 18, 22, 28 мкм

Диаметр оболочки 170 мкм

Затухание 

0.15 дБ/м @ 2.7 мкм; 

0.2 дБ/м @ 6 мкм

Серия инфракрасных оптических волокон CorActive IRT

Диапазон длин волн

2000 - 6000/9000 нм

Диаметры сердцевины

 70 и 100 мкм

Диаметр оболочки 170 мкм

Затухание 

0.15 дБ/м @ 2.7 мкм; 

0.2 дБ/м @ 6 мкм



Вам также понадобятся:
Усилители для фотодетекторов
Различная оптика
Пассивные волоконные компоненты
Волоконно-оптические переключатели
Оптические аттенюаторы
Оптические фильтры
Связаться с инженером Бесплатный звонок