激光控制器的主要作用是驅動激光器工作和控制調節(jié)激光器溫度，可調諧半導體激光器被1個頻率為4Hz鋸齒波疊加1個高頻正弦波驅動，激光器溫度由激光控制器控制的熱電制冷片控制。數據處理系統(tǒng)具有鎖相放大功能，能夠提取透射信號中的可信號，2f信號與激光發(fā)射信號Io之比與被測物的濃度值成正比，見式(3)。為了保證分析儀測量結果不受溫度變化影響，氣室外部加有恒溫裝置。

2.2 水的吸收譜線

TDLAS技術是在分子水平上對被測量氣體組份進行精確測量，特定頻率的光子傳遞過程中激發(fā)低能級的氣相分子到高能級。正是利用光與被測氣體組份之間的這種相互作用，可以很容易地從光信號中提取出被測組份的一些相關物理特性，從而讓非接觸快速測量成為可能，并且可以實現快速、連續(xù)的實時測量。H₂0的吸收譜線如圖3和圖4所示。

3 主要設備儀器和工藝流程

3.1 儀器研制

通過采用TDLAS法，采用抽取式測量，提高取樣量的準確度；通過開展現場實驗，確定現場分析的檢測下限、準確度和穩(wěn)定性；通過實驗數據的分析處理，掌握激光法水露點在線測量技術。主要設備組成如圖5所示。

3.2 工藝流程

直接吸收光譜法為傳統(tǒng)的基于波長調制技術的優(yōu)化諧波信號方法。直接吸收光譜法雖然測試系統(tǒng)簡單，但是如果待測氣體濃度較低，而信噪比又很小的時候，會存在較大的測量誤差。為了提高天然氣中待測氣體組份濃度測量的信噪比，需要采用波長調制技術。波長調制技術測量示意圖如圖6所示，其原理是在原有的激光驅動信號中加載一個高頻正弦信號，產生的激光信號經過氣體介質吸收后，利用鎖相放大器解調制，得到其二次諧波信號；用二次諧波信號可以大大提高系統(tǒng)測量精度和量程，如圖7所示。

3.3 技術指標

1)測量介質：管輸高壓天然氣，壓力為0.2～12MPa：

2)測量范圍和精度：水含量分析測量范圍為0～400μL/L，測量誤差為±2％FS；

3)測量速度：實時在線測量，不低于1次/s；4)無耗材，6個月內儀表偏移量不超過±2％FS。

3.4 儀器內部結構

圖8為分析儀內部結構示意圖，其中虛線為光路。激光控制器2控制半導體激光器5發(fā)光，發(fā)出的紅外光通過光學窗口進入氣室，紅外光在被氣室中氣體吸收部分能量后，被反射鏡13反射至紅外探測器6，探測器將光信號轉換為電信號，由數據處理系統(tǒng)3完成最終的數據處理并在顯示屏上顯示結果。從圖8中可以看出激光器與探測器并不與被測氣體接觸，因此被測氣體中的污染物不會對激光器與探測器造成影響。而且由于系統(tǒng)測量結果是由被測信號與激光強度的比值決定的，因此即使光學窗口或者反射鏡被一定程度污染，分析儀仍然能夠正常工作，不會影響到系統(tǒng)的測量精度。

聲明：本文所用圖片、文字來源《計量學報》，版權歸原作者所有。如涉及作品內容、版權等問題，請與本網聯系

相關鏈接：天然氣，污染物，天然氣水合物氣體標準物質