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在第一台激光器诞生 60 多年后的今天，随着激光光源、检测技术、实验设备、数据处理等各方面技术的飞速发展，激光光谱技术作为显微领域的核心技术感知，已成为物理、化学中的一项关键技术，是生物、环境、天文学等领域研究光与物质相互作用的重要手段分析仪器价格，从实验室基础研究到一线都具有不可替代的作用各个领域的应用。

拉曼光谱技术早有布局，突破工业过程气体分析技术瓶颈

在工业过程气体监测领域，基于傅里叶变换红外（FITR）、质谱（MS）和气相色谱（GC）原理的气体分析仪各有千秋。 傅里叶变换红外技术的气室很难适应不同的范围，也不能分析H2、O2、N2甚至不同的碳氢化合物； 质谱技术对相同质量的气体分子识别度低； 气相色谱分析需要载气，不同种类的气体需要切换不同的分离柱。 得益于激光技术的普及和各种高精度光谱分析模块的出现，激光拉曼光谱气体分析技术得到了快速发展。 该产品主要定位于油气、页岩气、石油化工、大型煤化工等工业过程的高端市场。

四方光电副总经理、高级工程师施平向记者介绍：随着我国对大型能源装备国产化要求的不断提高，高端气体分析仪器领域的进口替代需求，为了加快解决激光拉曼光谱气体分析仪在不同行业的应用早在2012年，公司就开始了激光拉曼光谱气体分析仪的研究，并作为牵头单位实施了国家重大科学仪器装备发展专项“研发与应用”激光拉曼光谱气体分析仪器”。 通过专项研发，四方光电形成了包括光路与光谱分析、拉曼信号增强、拉曼分析测控软件、智能算法等技术，解决了激光功率、温度、压力和温度波动的影响。影响测量精度的其他外部因素。 共授权发明专利10项。 四方光电激光拉曼光谱气体分析仪通过拉曼信号增强技术突破和自主研发的宽光谱范围拉曼光谱分析模块，可满足天然气多种组分的快速、同时分析。 分析时间从原来行业的100秒到几十分钟缩短到10秒，提高了10倍以上； 可快速测定CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H8、C3H6、C4+、CO、CO2、H2、O2、N2、H2S、H2O、CH3OH、CH3-NO、NO等十余种气体.,配合不同应用场景的激光拉曼光谱气体分析仪及配套行业应用软件，解决天然气页岩气成分、煤气化、高炉等工业过程多组分气体在线监测难的问题、转炉、焦炉和石油精炼。

图1：四方光电激光拉曼光谱气体分析仪

（左：实验室台式分析仪 右：在线防爆分析系统）

深耕TDLAS技术，打造气体分析产业高地

近红外和中红外光谱区域新型激光器的可用性推动了气体测量传感器的发展，这些传感器现在广泛用于工业过程。 基于可调谐二极管激光吸收光谱 (TDLAS) 的分子，例如 O2、CH4、H2O、CO、CO2、NH3、HCl 和 HF，可以在连续、实时操作中以高选择性和灵敏度原位检测。 使用波长调制光谱 (WMS) 等灵敏的检测技术，通常可以在 1 秒的积分时间内进行低 ppb 和 ppm 浓度测量。 通过使用抽取采样和长多通道池可以提高检测限。 如今，TDLAS 已成为一项用于工业过程中困难测量任务的成熟技术，因为它与高温、高压、粉尘水平和腐蚀性介质兼容，并且可以确定气体浓度、温度、速度和压力。

石萍萍表示，依托四方光电气敏技术平台，打造高端气体分析科学仪器是公司重要的长期战略。 公司深耕激光TDLAS技术研究多年，旨在提升基于激光光谱测量技术的专业能力，进一步专注于实验室和过程分析领域，实现业务可持续发展，为行业客户提供服务与产品从产品开发和工艺设计到生产。 在制造和质量控制方面提供全方位的专业支持。

基于TDLAS技术和激光器的自主研发，公司推出了GasTDL-3100高性能原位激光过程气体分析仪，采用对射式设计，响应时间快。 原位测量秒级计算，在线及时响应被测气体O2、CO、CO2或CH4浓度，避免采样测量带来的时间延迟； 对高温、高粉尘、高湿、高腐蚀、高流量等恶劣测量环境具有良好的适应性； 气体浓度不易失真，测量精度高。 可广泛应用于冶金、石化、水泥、电力、环保等行业。

图2：四方光电TDLAS原位激光过程气体分析仪

依托激光核心技术积累，环境气体监测是时候发力了

在环境监测烟气排放领域，公司基于TDLAS可调谐半导体激光吸收光谱技术，研发了GasTDL-3000激光氨气逸出气体分析仪，适用于烟气出口NH3浓度的在线监测。反硝化过程。 有效降低气体冷凝损失，实时准确反映逸出氨气变化，为环境监测提供可靠的数据支持。

图3：四方光电TDLAS激光氨气逸出气体分析仪

“近年来，TDLAS激光瓦斯检测技术以其高效、便捷、通用性好等特点，成为解决煤矿瓦斯、瓦斯报警等环境问题的研究热点。”石萍萍还告诉记者。 甲烷已被广泛使用。 是典型的易燃易爆气体。 及时、准确的检测对工矿安全运行、人身安全和环境保护具有十分重要的作用。 TDLAS采用全光设计，灵敏度高，电绝缘性好，无电磁干扰，易于计算机连接，可实现远距离传输。 甲烷监测最有前途的传感技术之一。 目前，国内外市场上的甲烷传感器种类繁多。 与催化燃烧和氧化物半导体三种方法相比，TDLAS调谐激光法是一种相对高端的甲烷测量方法，具有精度高、量程大、响应速度快、抗干扰、稳定性好、环境适应性强等特点。 近日，四方光电研制的一款激光甲烷气体传感器，根据管廊标准要求设计，可应用于地下管廊（网）、地下井室石油化工、采气输运等有甲烷气体的环境。 .

图4：四方光电TDLAS激光甲烷传感器

十年积淀，用激光光谱技术巩固高端医用呼吸机氧传感器领先地位

四方光电坚持“1+3”发展战略，在医疗健康气体传感器领域成果转化能力进一步提升。 目前有制氧机用超声波氧传感器（替代传统氧化锆氧传感器）、激光氧传感器（替代电化学和顺磁氧传感器）传感器、超声波肺功能测试仪等。

氧传感器是呼吸机和麻醉机的重要关键部件。 需要研发高性能医用氧传感器，打破国外主流呼吸机企业和国外传感器供应商的技术垄断。 需要实现高端医用呼吸机和麻醉机的真正国产化。 必要条件。 呼吸机用氧传感器目前国内主要采用电化学和顺磁方式测量氧浓度。 前者使用寿命短，通常使用一年后需要更换，使用一段时间后会出现偏差，需要不定期校准； 气体压力敏感分析仪器价格，需要压力补偿。

针对目前呼吸机用氧传感器存在的缺陷和技术难点，基于TDLAS可调谐激光光谱技术原理，四方光电在激光选型与封装技术、氧传感器温控与驱动电路设计等方面进行了研究，快速开展了响应微型气室设计和信号解调及算法处理等方面的研究，研制出高精度、高稳定性、响应速度快的激光氧传感器。 自主可控。

图5：四方光电快速激光氧传感器

写在最后

四方光电长期专注于气体传感器和高端气体分析仪器的研发和产业化。 四方光电依托省级技术中心和湖北省气体仪表工程中心两大技术平台，积极融入国家技术创新体系，先后获得国家科技部立项。 在创新基金重点项目、国家重大科学仪器专项、工信部物联网发展专项、湖北省重大技术创新项目、武汉市重大科技成果转化项目等项目的支持下，我们逐步建立了红外、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术平台，该平台为高端气体分析仪器的国产化提供了强大的推动力四方光电。 激光拉曼光谱、可调谐半导体激光吸收光谱TDLAS等气体分析技术的最新发展，结合公司积累的基于红外、热导、顺磁性等原理的气体分析仪器技术，四方光电形成了我国自己独立的knowledge 拥有自主产权的高端、中端成套气体分析仪器应用解决方案，将有力推动钢铁冶金、煤化工、石油炼化、天然气等国家战略产业高端装备国产化如医疗卫生领域。