紅外成像探測SF6氣體原理和設計

CO2激光分子能級圖有許多條熒光譜線，但在激光器中能同時形成激光振蕩的只有幾條。如果假設一定的工作條件使得某條譜線的增益系數較大，則這條譜線首先起振，同時抑制了其它譜線的振蕩,但是由外界影響，附近的幾條譜線總是會交替起振。為了得到單支譜線頻率輸出，可采用外部控制的方法，如采用可調光柵作為波長選擇器，是一種可行有效的方法。

圖3.ACCESS公司生產光柵光譜可調Merit-S系列激光器功率圖

圖3為ACCESS公司應用最新光譜鎖定器 LT-10［2］閉環控制對光柵光譜可調Merit-S實現高度穩定功率 (±2%)和頻率穩定(單支譜線)， 甚至在室外環境變化較大的場合也可實現高度穩定運轉。
被測氣體ＳＦ６是一種無色、無嗅、無毒可以在常溫下壓縮為液體（320psig）以供商業應用的氣體，具有優良絕緣性能和滅弧性能，分子量為146.05［3］。圖4所示是在常溫下ＳＦ６氣體光譜透過率。在圖中可以看出，ＳＦ６氣體在紅外有一個以波長10.56μm為中心吸收帶（對應的CO2激光器譜線10P(16)，對應的波數947cm-1）。顯然這個吸收帶比較窄，要獲得穩定的，清晰的成像效果，對激光器輸出譜線頻率的穩定性提出一定的要求。激光連續輸出10P(16)譜線且頻率穩定性越好，則成像效果越好。

圖4. SF6氣體紅外光譜圖(NIST2001)

系統設計如圖5所示，發射系統采用頻率穩定，輸出譜線為10P(16)的CO2激光器。光路系統的功能是擴束和散射，采用可調光學系統，可以方便檢測不同距離目標區域。紅外探測器探測范圍必須與激光發射譜線相匹配,對應CO2激光器，可使用8～14μm波段的紅外探測器。紅外探測到的信號可經過高速DSP信號處理輸出到手持式顯示設備，或者通過PC運用強大軟件功能來實現更加智能化的處理。