第34卷，第5期 2014年5月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 34 ,No. 5 -pp1249-1252
May,2014
基于多特征波长光谱分析的天然气泄漏遥测系统
李静，鲁旭涛”，杨泽辉
1.中北大学计算机与控制工程学院，山西太原030051 2.中北大学信息与通信工程学院，山西太原030051 3.山西省财政税务专科学校，山西太原030051
体浓度遥测系统。采用对准甲烷分子吸收峰的红外光源照射被测区域，再由聚光准直系统和干涉模块完成干涉条纹的获取。最后，通过多特征波长光谱分析算法计算被测区域的浓度程长积，进而反演相应的甲烷浓度。通过HITRAN光谱数据库选择了1.65um的主特征吸收峰，从而光源使用1.65um的DFB激光器。为了在不增加系统硬件结构的基础上提高检测精度及稳定性，引入辅助波长求解吸光度比值，进而通过多特征波长比例运算的方法获得被测气体的浓度程长积。实验针对泄漏速度恒定的标准甲烷液化气罐检测，采用PN1000型便携式甲烷检测仪的检测数据作为标准数据与本系统的测试数据进行对比，测试距离分别为 100，200和500m。实验结果显示，甲烷浓度检测值在泄漏一段时间稳定后，系统检测值也基本保持稳定。对100m的检测距离而言，浓度程长积的检测误差小于1.0%。随着测试距离的增大，检测误差也相应的增大，距离500m的检测误差小于4.5%。总之，在气体泄露稳定后系统检测误差均小于5.0%，满足野外天然气泄漏遥测要求，该方法采用差分思想，在求解吸光度比率的过程中将误差消除，降低了外界干扰造成的误差，从而提高系统的检测精度及稳定性。
关键词遥测；天然气泄漏；静态傅里叶变换干涉系统；浓度程长积
中图分类号：0443.1
文献标识码：A
引言
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593(2014 )05-1249-04
长，但灵敏度低，常常不能满足低浓度泄漏的检测要求；半导体传感器法灵敏度高、反应快，但对多种气体都有明显反应容易受干扰，且湿度对检测效果有较大影响：光纤测漏法
天然气的用量随着我国经济的快速发展不断增大，相应的天然气管道也越来越多。管道常常因为环境、人为等原因而造成损坏，当管道发生破裂、老化等现象时，会在泄漏点附近产生天然气云团。由于其暴露在空气之中，当遇到明火将是极其危险的3，3。关于天然气泄漏的爆炸事件屡见不鲜，所以研究一种可以快速大范围遥测天然气管道泄漏的系统具有重要意义。
常用的天然气泄漏监测方法有火焰电离检测法、催化燃烧法、热导率法、半导体传感器法、光纤测漏法、声波测漏法、激光谐波检测法和红外吸收法等[-9]。其中，火焰电离检测法是美国地面气体捡漏的主要手段，其灵敏度高、稳定性好，但检测环境需要较高的氧浓度，所以不适用理地管道：催化燃烧法适用于大部分可燃气体，但在高浓度气体下灵敏度会大幅下降，产生“中毒”现象；热导率法稳定性好、寿命
收稿日期：2013-12-19，修订日期：2014-02-04
检测范围广、精度高，但成本高、易受损；声波测漏法结构简单、成本低，但大部分采用手持式结构，不适合大范围检测；激光谐波检测法检测精度高、距离远，但系统复杂、成本高；红外吸收法检测精度略低于激光谐波法，但由于不采用波长对准，所以精度受特征波长选择的影响°，11]。综上所述，各种方法各有利弊，本工作采用多特征波长光谱分析算法优化了红外吸收法，实现了大范围长距离天然气泄漏的快速监测。
1系统设计
由于天然气中的主要成分为甲烧，所以光源采用中心波长在1.65um处的红外激光器，使激光中心波长对准气体特征吸收峰。系统采用静态傅里叶变换干涉结构，对回波红外
基金项目：国家自然科学基金项目（青年科学基金项目)(51305409)资助
作者简介：李静，女，1983年生，中北大学计算机与控制工程学院讲师
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