Page 137 - 生态环境监测及环保技术发展

第四章 环境监测质量管理可持续发展的对策

3. 频率调制光谱频
率调制技术在 1980 年被正式提出，之后大量学者针对这一技术展开了研究
和分析。采取频率调制的一个关键因素，就是在合适的条件下使用大于吸收光谱

线宽的频率，其探测频率相对较高，一般为数 GHz，激光器产生的过量噪声问题
可以被忽视。因此，频率调制技术能够获取更高的探测极限，更加深入地探测大
气环境，由于频率非常高，系统相对复杂，这也使得这一技术对于探测能力有着
较高要求。这一监测技术凭借十分优异监测能力，被广泛应用在大气环境监测中，

特别是在监测大气压下其他组分时，需要利用这一技术来判断大气环境状况。一
般情况下，频率调制光谱可以分为单频调制和双频调制，其中单频调制主要是利
用单一的高频调制技术实施调制。而在双频调制中则应用两个高频频率实施调制。

不过需要了解的是，目前并没有证据可以证明，TDLAS 高频调制仪器具备的带
-6
宽灵敏度超过 2×10 ，虽然现存的灵敏度远远超出波长调制光谱系统具备的灵
敏度，灵敏度高出约 5 倍，但高频调制系统对于光程要求更高，与波长调制光谱
相比较低。所以对最低监测浓度数值有着一定的约束。另外，部分研究表明，针
对痕量大气监测应用过程中可以接受的窄带宽（0.1Hz），高频调制系统才会在

波长调制光谱中具备优势。高频调制方案，特别是单频调制，其与波长调制相比
成本更高，对于激光器实际性能有着较高要求，并且会涉及射频提取等各种问题。
（三）大气环境监测中 TDLAS 技术使用要点

1. 监测过程
在监测大气环境时，首先需要精准明确监测气体吸收谱线的位置频率，其次
选取激光二极管，明确发射范围，设置一个最合适的温度以此来了解激光频率，
之后在仪器当中注入低频率的锯齿电流，让激光频率充分、稳定地扫描整条吸收
谱线，结合谱线获取“吸收光谱”信息数据。吸收光谱技术具有的单线特征，能

够避免待监测气体受到背景当中各种组分气体的影响，增强监测的精准性。
实际应用 TDLAS 技术时，要保证光谱线频率吸收位置的合理性。可先利用
试验样机来监测不同体积的待监测气体，收集和整合探测器光功率、吸收光波峰

信号二次谐波强度比值以及气体体积和组分数据，形成一个数据表，并利用设备
将这一表格中数据进行线性拟合等有效处理，以此来获取探测器光功率、二次谐
波吸收峰信号强度两者之间的比值，以及分数、体积之间的关系式，结合试验机
计算出探测器具有的管理以及信号强度比值之后，将其导入到相关关系式当中，

123