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可用于檢測天然氣泄漏的低成本實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)

來源:實(shí)驗(yàn)幫2017-02-15 我要評論(0 )   

研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新型紅外成像系統(tǒng),有望可以提供低成本、實(shí)時(shí)性的管道或者石油和天然氣設(shè)施中的甲烷氣體泄漏情況。甲烷是天然氣的主要組成部分,其泄露可能是昂...


研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新型紅外成像系統(tǒng),有望可以提供低成本、實(shí)時(shí)性的管道或者石油和天然氣設(shè)施中的甲烷氣體泄漏情況。甲烷是天然氣的主要組成部分,其泄露可能是昂貴和危險(xiǎn)的,同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致溫室氣體的氣候變化。
 
“盡管甲烷氣是肉眼看不到的,但我們已經(jīng)開發(fā)了一種利用彩色編碼這種氣體信息的方法,并放置到一個(gè)傳統(tǒng)相機(jī)圖像中,” 蘇格蘭格拉斯哥大學(xué)的Graham M. Gibson博士說,他領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)技術(shù)工作。“這允許用戶操作相機(jī)可環(huán)顧四周,從而識(shí)別到目標(biāo),看到一個(gè)重疊氣體的存在。”
 
Gibson和其他的研究小組的研究人員合作開發(fā)了這種實(shí)時(shí)紅外成像系統(tǒng)。已經(jīng)發(fā)表在光學(xué)學(xué)會(huì)的《光學(xué)快報(bào)》雜志上,研究人員表明,該系統(tǒng)可以獲取甲烷泄漏時(shí)的視頻信息,起訴率每分鐘約0.2升。該技術(shù)也可以擴(kuò)展到其他波長或波長范圍,從而檢測多種氣體和化學(xué)品。
 
Graeme Malcolm博士,他是M2公司的首席執(zhí)行官和聯(lián)合創(chuàng)始人,他說:“從商業(yè)角度來看,其挑戰(zhàn)之一是將紅外技術(shù)應(yīng)用到更大的市場中,其價(jià)格點(diǎn)是非常敏感的。這種新技術(shù)可以使紅外成像和傳感變得更容易獲得,并有助于改善環(huán)境,減少石油和天然氣行業(yè)的氣體損失。
 
技術(shù)聯(lián)合
 
雖然商業(yè)系統(tǒng)使用成像檢測甲烷氣體是可用的,但它們是非常昂貴的,并不能很好地應(yīng)用在所有的環(huán)境條件下。新的成像系統(tǒng)可以提供一個(gè)便宜且更加敏感的方式在各種條件下來檢測甲烷氣體。它采用的積極的高光譜成像技術(shù)由M2公司開發(fā)出來,而格拉斯哥研究小組開發(fā)了單像素相機(jī)。
 
該系統(tǒng)執(zhí)行高光譜成像,通過使用一個(gè)激光波長處被吸收的甲烷投射到場景中,形成一系列的紅外光模式。這些圖案是用激光與成千上萬的移動(dòng)反射鏡的微型設(shè)備創(chuàng)建的,稱為數(shù)字微鏡裝置。圖像顯示了甲烷吸收光線情況,通過檢測光散射現(xiàn)場計(jì)算比較原始的投影模式進(jìn)行重構(gòu)。
 
這一新的甲烷氣體成像系統(tǒng)采用主動(dòng)照明,意味著它可以自己提供光源,與目前可用的氣體探測器被動(dòng)照明系統(tǒng)相比,具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn),包括利用溫差進(jìn)行系統(tǒng)的氣體檢測。  
 
Nils Hempler博士,作為M2公司的創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo),他說:“使用被動(dòng)照明系統(tǒng),夜晚或陰雨情況會(huì)造成信號(hào)到達(dá)成像系統(tǒng)發(fā)生變化或不存在。有源照明的光源是獨(dú)立于環(huán)境變化的,包括溫度或光的變化,并提供增強(qiáng)的對比度和更高的靈敏度。
 
研究人員使用一個(gè)單像素相機(jī)測量場景中的光線,而具有千萬像素的傳統(tǒng)相機(jī)由于散射且昂貴不可用于紅外波長。單像素相機(jī)是建立一個(gè)商業(yè)的甲烷氣體成像系統(tǒng)的關(guān)鍵,其成本可能只有幾千元,明顯低于今天的商用氣體檢測成像儀。由于該系統(tǒng)不使用任何掃描儀或其他移動(dòng)部件,它可以很容易地變成一個(gè)便攜式儀器。
 
在該論文中,研究人員表明,他們的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)距離管道約一米處約25幀每秒的甲烷氣體泄露監(jiān)測速率。他們還表明,這種方法對于甲烷是十分敏感的,即使在相機(jī)和甲烷之間有其他氣體之間存在。
 
“我們發(fā)現(xiàn)其中的一件事是,我們并不一定需要高清晰度圖像時(shí),檢測氣體泄漏,” Gibson說。一個(gè)相對快速的幀速率在相機(jī)中提供了更多的信息,這對于氣體泄漏的地方比具有非常高清晰度的圖像更有用。
 
研究人員的下一個(gè)步驟是在受控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下演示其成像設(shè)置,以了解它在現(xiàn)實(shí)世界中的情況。他們還想嘗試更強(qiáng)大的激光,這可能會(huì)實(shí)現(xiàn)更大距離上的檢測成像和并能提高氣體檢測的靈敏度。
 
“本文中,用可調(diào)諧的激光源而不是固定波長光源可以將此方法推廣到其他烴類氣體、危險(xiǎn)的化學(xué)試劑和炸藥等材料的監(jiān)測上,還可用于醫(yī)療診斷和其他重要的生物物質(zhì)的監(jiān)測應(yīng)用上,” Hempler說。

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天然氣泄漏實(shí)時(shí)成像檢測系統(tǒng)
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