基于多特征波長(zhǎng)光譜分析的天然氣泄漏遙測(cè)系統(tǒng)

【摘要】：為快速地、大范圍地對(duì)天然氣管道進(jìn)行泄漏監(jiān)測(cè),設(shè)計(jì)了基于靜態(tài)傅里葉變換干涉系統(tǒng)的甲烷氣體濃度遙測(cè)系統(tǒng)。采用對(duì)準(zhǔn)甲烷分子吸收峰的紅外光源照射被測(cè)區(qū)域,再由聚光準(zhǔn)直系統(tǒng)和干涉模塊完成干涉條紋的獲取。最后,通過(guò)多特征波長(zhǎng)光譜分析算法計(jì)算被測(cè)區(qū)域的濃度程長(zhǎng)積,進(jìn)而反演相應(yīng)的甲烷濃度。通過(guò)HITRAN光譜數(shù)據(jù)庫(kù)選擇了1.65μm的主特征吸收峰,從而光源使用1.65μm的DFB激光器。為了在不增加系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提高檢測(cè)精度及穩(wěn)定性,引入輔助波長(zhǎng)求解吸光度比值,進(jìn)而通過(guò)多特征波長(zhǎng)比例運(yùn)算的方法獲得被測(cè)氣體的濃度程長(zhǎng)積。實(shí)驗(yàn)針對(duì)泄漏速度恒定的標(biāo)準(zhǔn)甲烷液化氣罐檢測(cè),采用PN1000型便攜式甲烷檢測(cè)儀的檢測(cè)數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)與本系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,測(cè)試距離分別為100,200和500m。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,甲烷濃度檢測(cè)值在泄漏一段時(shí)間穩(wěn)定后,系統(tǒng)檢測(cè)值也基本保持穩(wěn)定。對(duì)100m的檢測(cè)距離而言,濃度程長(zhǎng)積的檢測(cè)誤差小于1.0%。隨著測(cè)試距離的增大,檢測(cè)誤差也相應(yīng)的增大,距離500m的檢測(cè)誤差小于4.5%?？傊?在氣體泄露穩(wěn)定后系統(tǒng)檢測(cè)誤差均小于5.0%,滿足野外天然氣泄漏遙測(cè)要求,該方法采用差分思想,在求解吸光度比率的過(guò)程中將誤差消除,降低了外界干擾造成的誤差,從而提高系統(tǒng)的檢測(cè)精度及穩(wěn)定性。 【作者單位】： 中北大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院;中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院;山西省財(cái)政稅務(wù)?？茖W(xué)校;
【關(guān)鍵詞】： 遙測(cè) 天然氣泄漏 靜態(tài)傅里葉變換干涉系統(tǒng) 濃度程長(zhǎng)積
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(青年科學(xué)基金項(xiàng)目)(51305409)資助
【分類號(hào)】：O433.4
【正文快照】： 引言天然氣的用量隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展不斷增大,相應(yīng)的天然氣管道也越來(lái)越多[1]。管道常常因?yàn)榄h(huán)境、人為等原因而造成損壞,當(dāng)管道發(fā)生破裂、老化等現(xiàn)象時(shí),會(huì)在泄漏點(diǎn)附近產(chǎn)生天然氣云團(tuán)。由于其暴露在空氣之中,當(dāng)遇到明火將是極其危險(xiǎn)的[2,3]。關(guān)于天然氣泄漏的爆炸事件屢

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