基于 QCL 的大氣 N2O 測量開路傳感器：環(huán)境監(jiān)測的得力助手

在全球環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的當(dāng)下，對大氣中各種氣體成分的精確監(jiān)測成為了科研與環(huán)保工作的重要任務(wù)。今天，為大家介紹一款基于 QCL 的大氣 N2O 測量的開路傳感器，它憑借一系列特性，為大氣環(huán)境監(jiān)測帶來了全新的解決方案。

這款傳感器的誕生源于對氧化亞氮（N2O）危害的深刻認(rèn)識。作為重要溫室氣體之一，N2O 不僅會(huì)導(dǎo)致空氣污染，其全球變暖潛力更是二氧化碳的 300 倍。而此款傳感器正是應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的利器，它能夠快速、實(shí)時(shí)且高精度地檢測大氣中 N2O 的濃度水平，為深入理解全球變暖和氣候變化提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。

它的亮點(diǎn)之一在于其創(chuàng)新的系統(tǒng)架構(gòu)。主要由激光系統(tǒng)、光學(xué)元件和數(shù)據(jù)處理部分組成。激光系統(tǒng)中的 QCL、激光驅(qū)動(dòng)器和信號發(fā)生器協(xié)同工作，確保穩(wěn)定的激光輸出。光學(xué)部件精心設(shè)計(jì)了檢測光路和參考光路，有效提高測量的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)處理部分涵蓋數(shù)據(jù)采集、信號處理和顯示模塊，實(shí)現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)管理與直觀呈現(xiàn)。其中，寧波海爾欣光電科技有限公司提供的 HPQCL - Q™標(biāo)準(zhǔn)量子級聯(lián)激光發(fā)射頭、QC750 - Touch™量子級聯(lián)激光屏顯驅(qū)動(dòng)器以及 HPPD - M - B 前置放大制冷一體型碲鎘汞（MCT）光電探測器，為系統(tǒng)的高性能運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)保障。

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，傳感器充分考慮了光譜吸收干擾問題。通過對 N2O、CO 和 CO2 等物質(zhì)吸收線強(qiáng)度的模擬（基于 HITRAN 2016 數(shù)據(jù)庫），選擇了中心波數(shù)為 2203.73cm - 1 的 QCL 進(jìn)行 N2O 檢測，其中心電流和溫度分別設(shè)置為 330mA 和 36.0°C，有效避開了水蒸氣吸收帶的干擾，實(shí)現(xiàn)了 ppb 級的檢測靈敏度。同時(shí)，采用波長調(diào)制光譜學(xué)與 1f - 歸一化 WMS 檢測策略，成功提高了檢測靈敏度并消除光強(qiáng)度波動(dòng)影響。

該傳感器的性能表現(xiàn)令人矚目。對 20ppm N2O 標(biāo)準(zhǔn)氣體校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為 0.011ppm，實(shí)驗(yàn)室 N2O 空氣連續(xù) 7 小時(shí)測量濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差低于 1.5ppb。經(jīng) Allan 偏差分析，1 秒積分時(shí)間下檢測限為 1.1ppb，95 秒最佳積分時(shí)間時(shí)靈敏度可達(dá) 0.14ppb，長期穩(wěn)定性也在兩天的自然環(huán)境實(shí)時(shí)測量中得到充分驗(yàn)證。

實(shí)際應(yīng)用方面，這款傳感器的用途廣泛。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，可用于檢測農(nóng)田中的 N2O 排放，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫室氣體減排提供數(shù)據(jù)依據(jù)。在交通領(lǐng)域，能夠?qū)ζ囄矚庵械?N2O 排放進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測，助力環(huán)保部門對車輛尾氣排放的管控。而且，通過更新不同發(fā)射波長的 QCL，傳感器系統(tǒng)還能拓展檢測不同類型的微量氣體，具有靈活性與擴(kuò)展性。

基于 QCL 的大氣 N2O 測量開路傳感器以其先進(jìn)的技術(shù)、出色的性能和廣泛的應(yīng)用前景，成為環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域工具。它不僅幫助我們更精準(zhǔn)地了解大氣中 N2O 的情況，還為應(yīng)對全球氣候變化、改善空氣質(zhì)量貢獻(xiàn)力量。相信在未來，這款傳感器將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為構(gòu)建綠色、可持續(xù)的未來保駕護(hù)航。