激光控制器的主要作用是驅(qū)動(dòng)激光器工作和控制調(diào)節(jié)激光器溫度，可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器被1個(gè)頻率為4Hz鋸齒波疊加1個(gè)高頻正弦波驅(qū)動(dòng)，激光器溫度由激光控制器控制的熱電制冷片控制。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有鎖相放大功能，能夠提取透射信號(hào)中的可信號(hào)，2f信號(hào)與激光發(fā)射信號(hào)Io之比與被測(cè)物的濃度值成正比，見式(3)。為了保證分析儀測(cè)量結(jié)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(shù)是在分子水平上對(duì)被測(cè)量氣體組份進(jìn)行精確測(cè)量，特定頻率的光子傳遞過程中激發(fā)低能級(jí)的氣相分子到高能級(jí)。正是利用光與被測(cè)氣體組份之間的這種相互作用，可以很容易地從光信號(hào)中提取出被測(cè)組份的一些相關(guān)物理特性，從而讓非接觸快速測(cè)量成為可能，并且可以實(shí)現(xiàn)快速、連續(xù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。H₂0的吸收譜線如圖3和圖4所示。

3 主要設(shè)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(cè)量，提高取樣量的準(zhǔn)確度；通過開展現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，確定現(xiàn)場(chǎng)分析的檢測(cè)下限、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性；通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理，掌握激光法水露點(diǎn)在線測(cè)量技術(shù)。主要設(shè)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(zhǎng)調(diào)制技術(shù)的優(yōu)化諧波信號(hào)方法。直接吸收光譜法雖然測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但是如果待測(cè)氣體濃度較低，而信噪比又很小的時(shí)候，會(huì)存在較大的測(cè)量誤差。為了提高天然氣中待測(cè)氣體組份濃度測(cè)量的信噪比，需要采用波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)。波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)測(cè)量示意圖如圖6所示，其原理是在原有的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)中加載一個(gè)高頻正弦信號(hào)，產(chǎn)生的激光信號(hào)經(jīng)過氣體介質(zhì)吸收后，利用鎖相放大器解調(diào)制，得到其二次諧波信號(hào)；用二次諧波信號(hào)可以大大提高系統(tǒng)測(cè)量精度和量程，如圖7所示。

3.3 技術(shù)指標(biāo)

1)測(cè)量介質(zhì)：管輸高壓天然氣，壓力為0.2～12MPa：

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

3)測(cè)量速度：實(shí)時(shí)在線測(cè)量，不低于1次/s；4)無耗材，6個(gè)月內(nèi)儀表偏移量不超過±2％FS。

3.4 儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖8為分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，其中虛線為光路。激光控制器2控制半導(dǎo)體激光器5發(fā)光，發(fā)出的紅外光通過光學(xué)窗口進(jìn)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(cè)器6，探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3完成最終的數(shù)據(jù)處理并在顯示屏上顯示結(jié)果。從圖8中可以看出激光器與探測(cè)器并不與被測(cè)氣體接觸，因此被測(cè)氣體中的污染物不會(huì)對(duì)激光器與探測(cè)器造成影響。而且由于系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果是由被測(cè)信號(hào)與激光強(qiáng)度的比值決定的，因此即使光學(xué)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(huì)影響到系統(tǒng)的測(cè)量精度。

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