本文論述了基于半導體激光吸收光譜測量技術(shù)的激光氣體分析儀的分析原理、儀器結構和主要性能特點(diǎn)，并介紹了它在鋼鐵行業(yè)在線(xiàn)氣體檢測中的應用。
鋼鐵冶煉過(guò)程中將產(chǎn)生大量的氣體，如氧氣和一氧化碳等。在線(xiàn)分析檢測這些氣體的含量，對鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)具有非常重要的現實(shí)作用，如優(yōu)化生產(chǎn)工藝、回收利用氣體能源、環(huán)保節能和安全控制分析等。
目前鋼鐵企業(yè)采用的在線(xiàn)氣體分析儀器主要采用非色散紅外方式在線(xiàn)氣體分析儀。這些儀器無(wú)法定量地校正背景氣體如水分的交叉干擾，同時(shí)需要防止過(guò)程氣體中粉塵對分析儀器內光學(xué)視窗的污染。因此，氣體分析前須使用采樣探頭對需要分析的過(guò)程氣體進(jìn)行采樣，樣氣經(jīng)過(guò)復雜的預處理系統脫去粉塵和水分后再送入氣體分析儀器進(jìn)行氣體分析。這些氣體分析系統往往存在諸多缺陷，如：
（l）氣體的采樣和預處理系統達不到分析儀器要求，導致儀器容易損壞、維護和檢修周期短；
（2）采樣和預處理系統的維護工作量大、價(jià)格昂貴；
（3）系統響應時(shí)間遲滯，無(wú)法*工業(yè)過(guò)程
實(shí)時(shí)控制的要求。
由此可見(jiàn)，傳統在線(xiàn)氣體分析系統的一些固有缺陷已成為鋼鐵企業(yè)實(shí)現過(guò)程控制自動(dòng)化的瓶頸，同時(shí)也制約了在線(xiàn)氣體分析系統的發(fā)展和應用。
聚光科技（杭州）有限公司開(kāi)發(fā)的激光現場(chǎng)在線(xiàn)氣體分析儀具有無(wú)需采樣預處理系統、可實(shí)現現場(chǎng)安裝測量、測量精度高、響應速度快等優(yōu)點(diǎn)，較好地解決了上述問(wèn)題。
激光氣體分析儀采用可調諧半導體激光吸收光譜測量技術(shù)。該技術(shù)利用激光能量被氣體分子“選頻”吸收形成高分辨率吸收光譜的原理來(lái)測量氣體濃度。具體地說(shuō)，半導體激光器發(fā)射出的特定波長(cháng)的激光束穿過(guò)被測氣體時(shí)，被測氣體的吸收譜線(xiàn)對激光束能量的吸收導致激光強度產(chǎn)生衰減，激光強度的衰減與被測氣體含量成正比，因此，通過(guò)測量激光強度衰減信息就可以分析獲得被測氣體的濃度。
發(fā)射裝置和接收裝置直接安裝在被測管道（煙道）上，發(fā)射裝置發(fā)出的特定頻率的激光穿過(guò)過(guò)程氣體管道（煙道）后被接收裝置中的傳感器接收，接收裝置將檢測信號傳送到中央分析儀器，然后由中央分析儀器完成對過(guò)程氣體的檢測分析和輸出控制。吹掃裝置起到保護發(fā)射和接收裝置中光學(xué)視窗的作用，避免光學(xué)視窗被過(guò)程氣體中的粉塵和焦油等污染。
而激光氣體分析儀中使用的半導體激光的譜寬小于0.0001nm，為上述紅外光源譜寬的l/IJ，遠小于被測氣體一條吸收譜線(xiàn)的譜寬。激光氣體分析儀首先選擇被測氣體位于特定波長(cháng)的某一吸收光譜線(xiàn)，通過(guò)調節激光器的溫度和電流改變激光波長(cháng)，使激光波長(cháng)掃描選擇的該吸收譜線(xiàn)，從而獲得“單線(xiàn)光譜”數據來(lái)分析氣體濃度。
在選擇測量用吸收譜線(xiàn)時(shí)保證在所選吸收譜線(xiàn)波長(cháng)附近無(wú)測量環(huán)境中其它氣體組分的吸收譜線(xiàn)，從而避免了這些背景氣體組分對被測氣體的交叉吸收干擾，保證了測量的準確性。
激光頻率掃描技術(shù)—自動(dòng)修正粉塵和視窗污染對測量濃度的影響
傳統的非色散紅外氣體分析技術(shù)使用固定波長(cháng)光源，測量獲得的是光通道內粉塵、視窗和氣體的總透光率，無(wú)法區分粉塵和視窗透光率毛和被測氣體的透光率瓜；在實(shí)際氣體濃度未變的情況下光通道內粉塵濃度的增加或視窗透過(guò)率的下降均表現為光傳感信號的減弱，儀器就會(huì )給出錯誤的比實(shí)際氣體濃度高的測量值。由于激光在線(xiàn)氣體分析儀具有不受背景氣體交叉干擾以及可以自動(dòng)修正粉塵和視窗污染對氣體濃度測量的影響，它可以實(shí)現現場(chǎng)直接測量，避免了復雜和需要大量維護的采樣預處理系統。因此，它較傳統在線(xiàn)氣體分析設備具有較大的性能優(yōu)勢，表1列舉了一些主要性能優(yōu)勢。
激光氣體分析儀已應用于多家鋼鐵集團的眾多應用場(chǎng)合，如磨機人口和布袋出口處的氧氣安全分析控制系統，轉爐、高爐和焦爐煤氣回收分析控制系統和焦爐電捕焦安全分析系統等，均獲得了較好的應用效果。
激光氣體分析儀較好地滿(mǎn)足了鋼鐵冶煉過(guò)程氣體在線(xiàn)分析的測量需求，在解決了背景氣體交叉干擾、粉塵和視窗污染對測量的干擾的基礎上省卻了采樣預處理系統，實(shí)現了在高溫、高粉塵、高流速、強腐蝕等惡劣環(huán)境下現場(chǎng)在線(xiàn)分析氣體濃度，具有現場(chǎng)安裝測量、測量精度高、響應速度快、系統使用壽命長(cháng)、維護成本低等優(yōu)點(diǎn)。該儀器在鋼鐵行業(yè)的應用將對鋼鐵生產(chǎn)工藝優(yōu)化、能源氣回收、安全控制和環(huán)保監測產(chǎn)生非常積極的作用。