在第一台激光器诞生60多年后的今日, 跟着激光光源、勘探技能、试验设备和数据处理等各方面技能的飞跃开展, 激光光谱技能作为微观感知范畴的核心技能, 现已成为物理、化学、生物、环境以及天文学等范畴中研讨光与物质相互效果的重要手法, 从试验室基础研讨到各范畴运用第一线都扮演着重要的人物。

拉曼光谱技能早有布局，打破工业进程气体剖析技能瓶颈

在工业进程气体监测范畴，傅里叶红外（FITR)、质谱(MS)、气相色谱(GC)等原理的气体剖析仪各有长处。傅里叶红外技能一个气室很难合适不同的量程，也无法剖析H2、02、N2乃至不同的碳氢化合物；质谱剖析技能关于同质量的气体分子辨认度很低；气相色谱剖析需求载气，关于不同类型气体需求切换不同的别离柱。而得益于激光技能的遍及以及各种高精度光谱剖析模块的呈现，激光拉曼光谱气体剖析技能开展迅速。该产品首要定坐落石油天然气、页岩气、石化、大型煤化工等工业进程商场。

四方光电副总经理、高档工程师石安静向记者介绍：跟着我国对大型动力配备国产化要求的进步，针对气体剖析仪器范畴进口代替需求，为加速处理激光拉曼光谱气体剖析仪在不同职业的运用问题，公司早在2012年就开端着手激光拉曼光谱气体剖析仪的研讨，并作为牵头单位施行国家严重科学仪器设备开发专项“激光拉曼光谱气体剖析仪器的研制与运用”项目。经过开发专项的研制，四方光电构成了包含光路及光谱剖析、拉曼信号增强、拉曼剖析测控软件、智能算法等技能，处理了激光器功率、温度、压力等外部要素的动摇对丈量精度的影响问题，共获授10项发明专俐。经过拉曼信号增强的技能打破及自主研制宽光谱规模的拉曼光谱剖析模块，四方光电激光拉曼光谱气体剖析仪能够满意天然气多组分快速同步剖析。剖析时刻由原先职业的100秒至几十分钟缩短为10秒，进步了10倍以上；可快速丈量CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H8、C3H6、C4+、CO、CO2、H2、O2、N2、H2S、H2O、CH3OH、CH3-NO、NO等十余种气体，用一台激光拉曼光谱气体剖析仪，配套选用不同运用场景的职业运用软件，就能够处理天然气页岩气成分、煤气化、高炉转炉焦炉、石油炼化等工业流程多组分气体在线监测的职业难点。

图1：四方光电激光拉曼光谱气体剖析仪

（左：试验室台式剖析仪 右：在线防爆型剖析系统）

深耕TDLAS技能，筑就气体剖析工业高地

近红外和中红外光谱区域新激光器的可用性又推进了气体丈量传感器的开展，这些传感器现在广泛运用于工业进程。根据可调谐二极管激光吸收光谱 (TDLAS) 分子，如 O2、CH4、H2O、CO、CO2、NH3、HCI和HF，能够在接连、实时操作中以高选择性和活络度进行原位检测。运用波长调制光谱 (WMS) 等活络的检测技能，一般能够在1秒的积分时刻内进行低 ppb和ppm浓度丈量。检测限值能够经过运用抽取式采样和长的多通道池来进步。当时TDLAS 已成为工业进程中用于困难丈量使命的公认技能，由于它与高温、高压、粉尘水平缓腐蚀性介质兼容，能够确认气体浓度、温度、速度和压力。

石安静表明，根据四方光电气体传感技能渠道，打造气体剖析科学仪器是公司重要的长时刻战略。公司深耕激光TDLAS技能研讨多年，旨在进步根据激光光谱丈量技能的专业才能，进一步聚集试验室和进程剖析范畴，完成事务可持续性开展，为工业客户供给从产品研制和工艺流程规划，到出产制作和质量操控的专业支撑。

根据对TDLAS技能及激光器的自主研制，公司推出了GasTDL-3100高性能原位激光进程气体剖析仪，选用对射式规划，呼应时刻快速，在原位式丈量中以秒核算，可在线及时反响被测气体O2、CO、CO2或许CH4浓度，避免了采款式丈量带来的时刻延迟；在高温、高粉尘、高水分、高腐蚀性、高流速等恶劣丈量环境下具有杰出的适应性；气体浓度不易失真，丈量精度高。能够广泛用于冶金、石化、水泥、电力、环保等职业。

图2：四方光电TDLAS原位激光进程气体剖析仪

依托激光核心技能堆集，发力环境气体监测正当时

在环境监测烟气排放范畴，根据TDLAS可调谐半导体激光吸收光谱技能，公司开发了GasTDL-3000激光氨逃逸气体剖析仪，适用于在线监测脱硝工艺出口NH3的浓度，选用高温伴热抽取技能，能够有用下降气体冷凝损耗，实时精确地反响逃逸氨的改变，为环保监测供给牢靠数据支撑。

图3：四方光电TDLAS激光氨逃逸气体剖析仪

“近年来，TDLAS激光气体检测技能以其高效、便利和杰出的通用性也正成为现在处理煤矿瓦斯、燃气报警等环境问题的研讨热门”，石安静还告知记者，在工业范畴和日常日子中甲烷一向被广泛运用 ,是典型的易燃易爆气体，及时精准检测，对工矿安全运转、人身安全及环境保护有着十分重要的效果。TDLAS全光学规划、活络度高、电绝缘性好、不受电磁搅扰、易于微机衔接、能完成远距离传输，在易燃易爆物集散地、高温等极点环境中具有不行比较的共同优势，是现在有远景的一种甲烷监测传感技能。现在国内外商场上的甲烷传感器品种繁复，TDLAS调谐激光式办法比较于催化焚烧和氧化物半导体三种办法，是一种比较高档的甲烷丈量办法，具有精度高、规模大、呼应速度快、抗搅扰、稳定性好，环境适应性高。近来，四方光电研制推出的一款激光甲烷气体传感器，按管廊规范要求进行规划，可运用于地下管廊(网)、地下井室石油化工、燃气出产运送等有甲烷气体的环境。

图4：四方光电TDLAS激光甲烷传感器

十年厚积，以激光光谱技能夯实高端医疗呼吸机用氧气传感器占位

四方光电坚持“1+3”开展战略，医疗健康气体传感器范畴效果转化才能进一步进步，现在有制氧机超声波氧气传感器（代替传统的氧化锆氧气传感器）、激光氧气传感器（代替电化学和顺磁氧气传感器）、超声波肺功用检查仪等。

氧气传感器是呼吸机、麻醉机的重要关键部件，开发高性能的医用氧气传感器，打破国外干流呼吸机企业和国外传感器供货商的技能独占十分必要，是完成高端医疗呼吸机、麻醉机真实国产化的必要条件。呼吸机用氧气传感器国内现在首要采纳电化学与顺磁丈量氧气浓度，前者运用寿命短，一般运用一年就需求替换，且用一段时刻会有误差，需求不定期校准；后者价格昂贵，对气体压力比较灵敏，需求进行压力补偿。

针对现在呼吸机用氧气传感器存在的缺点和技能难点，四方光电根据TDLAS可调谐激光光谱技能原理，就激光器选型与封装技能、氧气传感器控温及驱动电路规划、快速呼应微小型气室规划以及信号解调及算法处理等多个方面进行研讨，研制出具有较高精度、高稳定性、快速呼应的激光氧气传感器，该产品代替同类进口产品，加速补齐我国高端医疗配备的短板，完成自主可控。

图5：四方光电快速激光氧气传感器

写在结束

四方光电长时刻专心于气体传感器以及高端气体剖析仪器的研制和工业化，依托省级技能中心、湖北省气体仪器仪表工程中心两个技能渠道，四方光电活跃融入国家技能立异系统，先后取得国家科技部立异基金重点项目、国家严重科学仪器专项、工信部物联网开展专项、湖北省严重技能立异项目、武汉市严重科技效果转化项目等多个项目的支撑，逐渐建立了包含红外、紫外、热导、激光拉曼、TDLAS、超声波、电化学、MEMS金属氧化物半导体等原理的气体传感器技能渠道，这个渠道为四方光电的高端气体剖析仪器国产化供给了强有力的动力。新开展的激光拉曼光谱、可调谐半导体激光吸收光谱TDLAS 等气体剖析技能，合作公司终年开展堆集的红外、热导、顺磁等原理的气体剖析仪器技能，四方光电现已构成我国自有自主知识产权的高、中端完好的气体剖析仪器运用处理方案，将大力推进钢铁冶金、煤化工、石油炼化、天然气等国家战略工业以及医疗健康等范畴高端配备的国产化。