Billigt billeddannelsessystem registrerer lækager af naturgas i realtid

Forskere har udviklet et infrarødt billeddannelsessystem, der en dag kunne tilbyde billige, realtidsdetektering af metangaslækager i rørledninger og på olie- og gasanlæg. Lækager af metan, den primære komponent i naturgas, kan være dyrt og farligt og samtidig bidrage til klimaforandringer som drivhusgas.

"Selvom metangas er usynlig for øjet, vi har udviklet en metode til farvekodning af denne gasinformation og overlejring af den på et konventionelt kamerabillede, "sagde Dr. Graham M. Gibson fra University of Glasgow, Skotland, der ledede det tekniske arbejde. "Dette gør det muligt for brugeren, der betjener kameraet, at se sig omkring, identificere ting og se et overlæg over, hvor gassen er til stede. "

Gibson, sammen med resten af ​​forskergruppen, arbejdede sammen med M Squared for at udvikle real-time infrarødt billeddannelsessystem. I tidsskriftet The Optical Society Optik Express , forskerne viser, at systemet kan optage videoer af metangas, der lækker fra et rør med cirka 0,2 liter i minuttet. Teknologien kan også udvides til andre bølgelængder eller bølgelængder, muliggør påvisning af et væld af gasser og kemikalier.

Dr. Graeme Malcolm OBE, CEO og medstifter af M Squared, sagde:"En af udfordringerne fra et kommercielt synspunkt har været at oversætte infrarød teknologi til større markeder, hvor prispunkter er følsomme. Denne nye teknologi kunne gøre infrarød billeddannelse og sansning lettere tilgængelig og hjælpe med at forbedre miljøet ved at reducere gastab i olie- og gasindustrien. "

Kombination af teknologier

Selvom kommercielle systemer, der anvender billeddannelse til at detektere metangas, er tilgængelige, de er meget dyre og fungerer ikke godt under alle miljøforhold. Det nye billeddannelsessystem kan tilbyde en billigere og følsom måde at påvise metangas under forskellige forhold. Det inkorporerer aktiv hyperspektral billeddannelsesteknologi udviklet af M Squared og et kamera med et enkelt pixel udviklet af forskergruppen i Glasgow.

Systemet udfører hyperspektral billeddannelse ved at projicere en række infrarøde lysmønstre på scenen ved hjælp af en laserbølgelængde, der absorberes af metan. Disse mønstre er skabt med en laser og en lille enhed med hundredtusinder af spejle i bevægelse, kendt som en digital mikromirror -enhed. Et billede, der viser, hvor metan har absorberet lyset, rekonstrueres ved at detektere det lys, der spreder sig fra scenen og beregningsmæssigt sammenligne det med de originale projekterede mønstre.

Den kendsgerning, at det nye metangas -billeddannelsessystem anvender aktiv belysning - det vil sige, at det giver sin egen lyskilde - har flere fordele i forhold til de passive belysningssystemer, der bruges i gasdetektorer, der i øjeblikket er tilgængelige, herunder systemer, der registrerer gas ved hjælp af temperaturforskelle.

Dr. Nils Hempler, Head of Innovation hos M Squared, sagde:"For systemer, der bruger passiv belysning, mørke eller regn vil få signalet til billeddannelsessystemet til at variere eller være ikke-eksisterende. En aktiv belysningskilde er uafhængig af miljøændringer, herunder ændringer i temperatur eller lys, og giver forbedret kontrast og højere følsomhed. "

Forskerne brugte et enkeltpikselskamera til at måle lyset spredt fra scenen, fordi traditionelle kameraer med millioner af pixels enten er utilgængelige eller uoverkommeligt dyre i de infrarøde bølgelængder. Enkeltpixelkameraet er nøglen til at skabe et kommercielt metangas-billeddannelsessystem, der muligvis kun koster et par tusinde dollars, betydeligt mindre end nutidens kommercielt tilgængelige gasdetekteringsbilleder. Da systemet ikke bruger nogen scannere eller andre bevægelige dele, det kunne let omdannes til et bærbart instrument.

I avisen, forskerne viste, at deres system kunne forestille sig metangas, der lækker fra et rør cirka 1 meter fra kameraet med en billedhastighed til billeddannelse på cirka 25 billeder i sekundet. De demonstrerede også, at deres metode var følsom over for metan, selv når der var andre gasser mellem kameraet og metan.

"En af de ting, vi fandt, er, at vi ikke nødvendigvis har brug for billeder i høj opløsning, når vi opdager gaslækager, "sagde Gibson." En relativt hurtig billedhastighed på dit kamera giver flere oplysninger om, hvor gassen lækker fra, end at have billeder i meget høj opløsning. "

Flytter ud af laboratoriet

Et af de næste trin for forskerne er at demonstrere deres billeddannelsesopsætning uden for de kontrollerede laboratorieindstillinger for at se, hvordan det fungerer i virkelige scenarier. De vil også prøve metoden med mere kraftfulde lasere, som muliggør billeddannelse fra en større afstand og øger følsomheden af ​​gasdetekteringen.

"Brug af stort set afstembare laserkilder frem for den faste bølgelængdekilde, der bruges i dette papir, kan udvide denne metode til påvisning af andre kulbrinter, trusselmaterialer såsom kemiske krigsførelsesmidler og sprængstoffer, og andre biologisk vigtige stoffer, der bruges til sundhedspleje og diagnostik, "sagde Hempler.