第32卷，第2期 2012年2月
光谱学与
光谱分析
Spectroscopy and Spectral Analysis
一种移动式遥测天然气泄漏检测仪
张帅1，刘文清1，，张玉钧，瑞峰"，阮俊，王立明"，
余殿强”，董金婷2，韩小磊"，崔益本1，刘建国1
Vol.32,No.2,pp570-574 February,2012
1.中国科学院环境光学与技术重点实验室，中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥，230031 2.胜利工程设计咨询有限公司，山东东营257026
摘要天然气管道泄漏检测对人员安全、环境保护以及国家财产安全等具有重要的意义，但是，由于管线跨越地域广阔，操作工况以及环境情况复杂，致使管线的泄漏检测存在困难。文章介绍了种基于波长扫描差分吸收光谱技术的移动式遥测天然气泄漏检测仪。针对遥测回波吸收光谱特性，提出了基于小波变换的改进型软阀值小波去噪方法，实验分析能够提高系统信噪比3倍多，同时在遥测光强为530nA时，可达到的最小遥测灵敏度为80ppm·m，系统采用波长扫描差分吸收光谱技术成功实现天然气泄漏的定量遥测与准确定位，具有快速、准确、智能及安全等特点。
关键调无合作目标；波长扫描差分吸收光谱；定量遥测；小波去噪
中图分类号：0443.1
引言
文献标识码：A
DOl: 10. 3964/j. issn. 10000593(2012)02-0570-05
获得光学路径上甲烷气体的积分浓度，实现移动通测开放空间是否存在天然气泄漏，从而定位泄漏源。
随着管道的增多，管道运行时间的增长，管壁受到冲刷腐蚀及人为破坏等原因，管道泄漏事故频频发生，给人民的生命财产安全造成了巨大的威胁。尤其管道泄漏后，不仅造成经济上的损失，而且会污染环境，甚至引起火灾和爆炸。我国目前已建成管道400多条，其中很多管线已经接近或者超过20年，有的甚至处于超龄服役阶段，因此管道天然气泄漏事故时有发生(-3]。如果能及时发现泄漏。准确定位泄漏源，就能有效减轻泄漏事故造成的损失和危害。
目前管道泄漏检测技术主要包括电缆光纤泄漏检测法，声波检漏法、基于管道模型泄漏检测法、压力梯度法、质量流量平衡法、负压波方法、天然气管道的内部漏磁检测等方法3)。管道泄漏检测技术是多学科知识的综合，各种方法有自己的特点、优点和缺点。目前国际上已经采用一种利用激光吸收光谱在线遥测天然气管道泄漏与定位[46]，该方法具有快捷、准确、智能及安全等特点。本文在无合作目标背景下使用1.65um分布反馈式(DFB)激光器对甲烷气体进行远程遥测，这种单模半导体激光器受到10kHz的高频率锯齿波来回扫描单根甲烷的吸收线，利用-个反相未吸收的参考信号进行噪声对消，定量获得差分吸收光谱，经过浓度反演
1系统测量原理
差分吸收和谐波检测方法都是最常用的弱吸收检测方法。两种方法都可以通过半导体激光器实现，因为一个半导体激光器额率可以很容易通过改变注人电流来控制。差分吸收能实现1×10-的最小可检测的吸收，面且易于实现，对于CH分子在1.65m处的吸收线强为8.7X10，线宽为 0.05cm-1，理论计算差分吸收情况下检测下限为7*u.wdd
气体吸收遵循比尔定律，当强度为I，额率为>的单色激光，通过长度为L的吸收介质后，在接收端测得的强度为 1(v)[49)
I(v) = I (v)exp(α(v)NL)
(1)
其中，N为分子数密度，α(v)为气体分子的吸收截面。常压下气体分子的吸收线形可以用Lorenz线形描述，分子吸收截面可以表示为
a)s
x（一）2+选
(2)
其中S为吸收线强，证为吸收线形半高半宽。吸收线中心的
收稿日期：2011-03-27，修订日期：2011-06-08
基金项目：国家(863计划)项目(2008AA06Z208)和国家(973计划)项目(2010CB234607)资助
e-mail; zhangshuai@aiofm, ac, cn
作者简介：张帅，1981年生，中国科学院安徽光学精密机械研究所博士研究生
e-mail; wqliu@aiofm ac, cn
*通讯联系人
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