聚焦丨四方光電激光光譜技術(shù)的十年布局，助推高端氣體分析儀器國產(chǎn)化提速

 

　　拉曼光譜技術(shù)早有布局，突破工業(yè)過(guò)程氣體分析技術(shù)瓶頸
 

　　在工業(yè)過(guò)程氣體監測領(lǐng)域，傅里葉紅外(FITR)、質(zhì)譜(MS)、氣相色譜(GC)等原理的氣體分析儀各有優(yōu)點(diǎn)。傅里葉紅外技術(shù)一個(gè)氣室很難適合不同的量程，也無(wú)法分析H2、02、N2甚至不同的碳氫化合物；質(zhì)譜分析技術(shù)對于同質(zhì)量的氣體分子識別度很低；氣相色譜分析需要載氣，對于不同類(lèi)型氣體需要切換不同的分離柱。而得益于激光技術(shù)的普及以及各種高精度光譜分析模塊的出現，激光拉曼光譜氣體分析技術(shù)發(fā)展迅速。該產(chǎn)品主要定位于石油天然氣、頁(yè)巖氣、石化、大型煤化工等工業(yè)過(guò)程高端市場(chǎng)。
 

　　四方光電副總經(jīng)理、高級工程師石平靜向記者介紹：隨著(zhù)我國對大型能源裝備國產(chǎn)化要求的提高，針對高端氣體分析儀器領(lǐng)域進(jìn)口替代需求，為加快解決激光拉曼光譜氣體分析儀在不同行業(yè)的應用問(wèn)題，公司早在2012年就開(kāi)始著(zhù)手激光拉曼光譜氣體分析儀的研究，并作為牽頭單位實(shí)施國家重大科學(xué)儀器設備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項“激光拉曼光譜氣體分析儀器的研發(fā)與應用”項目。通過(guò)開(kāi)發(fā)專(zhuān)項的研發(fā)，四方光電形成了包括光路及光譜分析、拉曼信號增強、拉曼分析測控軟件、智能算法等技術(shù)，解決了激光器功率、溫度、壓力等外部因素的波動(dòng)對測量精度的影響問(wèn)題。通過(guò)拉曼信號增強的技術(shù)突破及自主研制寬光譜范圍的拉曼光譜分析模塊，四方光電激光拉曼光譜氣體分析儀可以滿(mǎn)足天然氣多組分快速同步分析。分析時(shí)間由原先行業(yè)的100秒至幾十分鐘縮短為10秒，提高了10倍以上；可快速測量CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H8、C3H6、C4+、CO、CO2、H2、O2、N2、H2S、H2O、CH3OH、CH3-NO、NO等十余種氣體，用一臺激光拉曼光譜氣體分析儀，配套采用不同應用場(chǎng)景的行業(yè)應用軟件，就可以解決天然氣頁(yè)巖氣成分、煤氣化、高爐轉爐焦爐、石油煉化等工業(yè)流程多組分氣體在線(xiàn)監測的行業(yè)難點(diǎn)。
 

　　深耕TDLAS技術(shù)，筑就氣體分析產(chǎn)業(yè)高地
 

　　近紅外和中紅外光譜區域新激光器的可用性又推動(dòng)了氣體測量傳感器的發(fā)展，這些傳感器現在廣泛應用于工業(yè)過(guò)程?；诳烧{諧二極管激光吸收光譜 (TDLAS) 分子，如 O2、CH4、H2O、CO、CO2、NH3、HCI和HF，可以在連續、實(shí)時(shí)操作中以高選擇性和靈敏度進(jìn)行原位檢測。使用波長(cháng)調制光譜 (WMS) 等靈敏的檢測技術(shù)，通?？梢栽?秒的積分時(shí)間內進(jìn)行低 ppb和ppm濃度測量。檢測限值可以通過(guò)使用抽取式采樣和長(cháng)的多通道池來(lái)提高。當前TDLAS 已成為工業(yè)過(guò)程中用于困難測量任務(wù)的公認技術(shù)，因為它與高溫、高壓、粉塵水平和腐蝕性介質(zhì)兼容，可以確定氣體濃度、溫度、速度和壓力。
 

　　石平靜表示，基于四方光電氣體傳感技術(shù)平臺，打造高端氣體分析科學(xué)儀器是公司重要的長(cháng)期戰略。公司深耕激光TDLAS技術(shù)研究多年，旨在提升基于激光光譜測量技術(shù)的專(zhuān)業(yè)能力，進(jìn)一步聚焦實(shí)驗室和過(guò)程分析領(lǐng)域，實(shí)現業(yè)務(wù)可持續性發(fā)展，為工業(yè)客戶(hù)提供從產(chǎn)品研發(fā)和工藝流程設計，到生產(chǎn)制造和質(zhì)量控制的全方位專(zhuān)業(yè)支持。
 

　　基于對TDLAS技術(shù)及激光器的自主研發(fā)，公司推出了GasTDL-3100高性能原位激光過(guò)程氣體分析儀，采用對射式設計，響應時(shí)間快速，在原位式測量中以秒計算，可在線(xiàn)及時(shí)反應被測氣體O2、CO、CO2或者CH4濃度，避免了采樣式測量帶來(lái)的時(shí)間延遲；在高溫、高粉塵、高水分、高腐蝕性、高流速等惡劣測量環(huán)境下具有良好的適應性；氣體濃度不易失真，測量精度高?？梢詮V泛用于冶金、石化、水泥、電力、環(huán)保等行業(yè)。
 

　　依托激光核心技術(shù)積累，發(fā)力環(huán)境氣體監測正當時(shí)
 

　　在環(huán)境監測煙氣排放領(lǐng)域，基于TDLAS可調諧半導體激光吸收光譜技術(shù)，公司開(kāi)發(fā)了GasTDL-3000激光氨逃逸氣體分析儀，適用于在線(xiàn)監測脫硝工藝出口NH3的濃度，采用高溫伴熱抽取技術(shù)，可以有效降低氣體冷凝損耗，實(shí)時(shí)準確地反應逃逸氨的變化，為環(huán)保監測提供可靠數據支持。
 

　　“近年來(lái)，TDLAS激光氣體檢測技術(shù)以其高效、方便和卓越的通用性也正成為目前解決煤礦瓦斯、燃氣報警等環(huán)境問(wèn)題的研究熱點(diǎn)”，石平靜還告訴記者，在工業(yè)領(lǐng)域和日常生活中甲烷一直被廣泛應用 ,是典型的易燃易爆氣體，及時(shí)精準檢測，對工礦安全運行、人身安全及環(huán)境保護有著(zhù)十分重要的作用。TDLAS全光學(xué)設計、靈敏度高、電絕緣性好、不受電磁干擾、易于微機連接、能實(shí)現遠距離傳輸，在易燃易爆物集散地、高溫等極端環(huán)境中具有獨特優(yōu)勢，是目前較有前景的一種甲烷監測傳感技術(shù)。目前國內外市場(chǎng)上的甲烷傳感器種類(lèi)繁多，TDLAS調諧激光式方法相比于催化燃燒和氧化物半導體三種方法，是一種比較高端的甲烷測量方法，具有精度高、范圍大、響應速度快、抗干擾、穩定性好，環(huán)境適應性高。近日，四方光電研發(fā)推出的一款激光甲烷氣體傳感器，按管廊標準要求進(jìn)行設計，可應用于地下管廊(網(wǎng))、地下井室石油化工、燃氣生產(chǎn)運輸等有甲烷氣體的環(huán)境。
 

　　十年厚積，以激光光譜技術(shù)夯實(shí)高端醫療呼吸機用氧氣傳感器市場(chǎng)占位
 

　　四方光電堅持“1+3”發(fā)展戰略，醫療健康氣體傳感器領(lǐng)域成果轉化能力進(jìn)一步提高，目前有制氧機超聲波氧氣傳感器(取代傳統的氧化鋯氧氣傳感器)、激光氧氣傳感器(取代電化學(xué)和順磁氧氣傳感器)、超聲波肺功能檢查儀等。
 

　　氧氣傳感器是呼吸機、麻醉機的重要關(guān)鍵部件，開(kāi)發(fā)高性能的醫用氧氣傳感器，打破國外主流呼吸機企業(yè)和國外傳感器供應商的技術(shù)壟斷非常必要，是實(shí)現高端醫療呼吸機、麻醉機真正國產(chǎn)化的必要條件。呼吸機用氧氣傳感器國內目前主要采取電化學(xué)與順磁測量氧氣濃度，前者使用壽命短，通常使用一年就需要更換，且用一段時(shí)間會(huì )有偏差，需要不定期校準；后者價(jià)格昂貴，對氣體壓力比較敏感，需要進(jìn)行壓力補償。
 

　　針對目前呼吸機用氧氣傳感器存在的缺陷和技術(shù)難點(diǎn)，四方光電基于TDLAS可調諧激光光譜技術(shù)原理，就激光器選型與封裝技術(shù)、氧氣傳感器控溫及驅動(dòng)電路設計、快速響應微小型氣室設計以及信號解調及算法處理等多個(gè)方面進(jìn)行研究，研制出具有較高精度、高穩定性、快速響應的激光氧氣傳感器，該產(chǎn)品替代同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品，加快補齊我國高端醫療裝備的短板，實(shí)現自主可控。
 

　　寫(xiě)在結尾
 

　　四方光電長(cháng)期專(zhuān)注于氣體傳感器以及高端氣體分析儀器的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，依托省級技術(shù)中心、湖北省氣體儀器儀表工程中心兩個(gè)技術(shù)平臺，四方光電積極融入國家技術(shù)創(chuàng )新體系，先后獲得國家科技部創(chuàng )新基金重點(diǎn)項目、國家重大科學(xué)儀器專(zhuān)項、工信部物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專(zhuān)項、湖北省重大技術(shù)創(chuàng )新項目、武漢市重大科技成果轉化項目等多個(gè)項目的支持，逐步建立了包括紅外、紫外、熱導、激光拉曼、TDLAS、超聲波、電化學(xué)、MEMS金屬氧化物半導體等原理的氣體傳感器技術(shù)平臺，這個(gè)平臺為四方光電的高端氣體分析儀器國產(chǎn)化提供了強有力的動(dòng)力。最新發(fā)展的激光拉曼光譜、可調諧半導體激光吸收光譜TDLAS 等氣體分析技術(shù)，配合公司常年發(fā)展積累的紅外、熱導、順磁等原理的氣體分析儀器技術(shù)，四方光電已經(jīng)形成我國自有自主知識產(chǎn)權的高、中端完整的氣體分析儀器應用解決方案，將大力推動(dòng)鋼鐵冶金、煤化工、石油煉化、天然氣等國家戰略產(chǎn)業(yè)以及醫療健康等領(lǐng)域高端裝備的國產(chǎn)化。
 

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　　原標題：聚焦丨四方光電激光光譜技術(shù)的十年布局，助推高端氣體分析儀器國產(chǎn)化提速