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基于激光复合的甲烷泄漏遥测模型及算法仿真研究

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光学学报 2024年

作者：朱首正刘世界王森远唐国良李春来王建宇中国科学院大学杭州高等研究院物理与光电工程学院中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院大学中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室

本研究提出了一种基于激光遥测仪的复合厂区甲烷泄漏率量化和泄漏源定位观测模型，并结合改进的高斯烟羽气团扩散模型进行泄漏率量化和定位算法仿真研究。该观测模型和算法利用小型化、连续化定点厂区监测设备优势，针对实际观测中的样... 详细信息

本研究提出了一种基于激光遥测仪的复合厂区甲烷泄漏率量化和泄漏源定位观测模型，并结合改进的高斯烟羽气团扩散模型进行泄漏率量化和定位算法仿真研究。该观测模型和算法利用小型化、连续化定点厂区监测设备优势，针对实际观测中的样本浓度、风速、风向、采样点坐标和采样点数误差对反演的泄漏率和泄漏源坐标进行灵敏度分析。仿真过程较好的对提出的模型和优化算法进行了验证，对实际观测中的各种误差影响进行量化表征。该观测模型和泄漏率量化和泄漏源定位算法研究可为目前厂区的甲烷泄漏源量化和定位观测提供参考。

关键词：遥感与传感器甲烷泄漏定位算法仿真误差分析激光遥测

基于LabVIEW的三维扫描激光气体遥测监测系统设计

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仪表技术与传感器 2022年第9期 62-66,71页

作者：程跃周振刘东姜静徐俊李云飞安徽建筑大学电子与信息工程学院安徽合肥230601 安徽泽众安全科技有限公司安徽合肥230601 清华大学合肥公共安全研究院安徽合肥230601 安徽建筑大学机械与电气工程学院安徽合肥230601

针对目前用于天然气突发泄漏的三维扫描激光气体遥测系统遥测距离短、探测精度低、系统软件功能简单、集成度低、通用性差等问题,设计了一种基于LabVIEW的三维扫描激光气体遥测监测系统。该系统由三维扫描激光气体遥测仪和监测系统软件... 详细信息

针对目前用于天然气突发泄漏的三维扫描激光气体遥测系统遥测距离短、探测精度低、系统软件功能简单、集成度低、通用性差等问题,设计了一种基于LabVIEW的三维扫描激光气体遥测监测系统。该系统由三维扫描激光气体遥测仪和监测系统软件组成,监测系统软件采用LabVIEW平台进行搭建,应用并行编程技术,构建了视频、云台控制和激光气体遥测等模块,实现了对三维扫描激光气体遥测仪的远程控制和视频、气体浓度等数据的实时采集、显示、分析、存储和历史数据查询。通过实际环境模拟甲烷泄漏气团测试,结果表明系统测量相对误差在±5%范围之内,具有误差允许范围内的一致性,完全可应用于实际燃气管道和燃气场站等场所天然气突发泄漏的实时在线、非接触、远距离和高精度三维扫描遥测。

关键词：激光遥测甲烷三维扫描虚拟仪器监测系统

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长油气管线泄漏遥测激光器位姿控制算法

机械设计与制造 2011年第10期 1-3页

作者：刘克强王瑞钟诗胜哈尔滨工业大学(威海)船舶工程学院威海264209

近年来,我国管道运输蓬勃发展,但管道泄露时有发生。基于光谱技术和自然目标散射的激光气体检测技术具有灵敏度高、精确定位等特点,但地面移动承载平台移动速度慢,难以满足长油气管线检测的需要。因此,提出了基于空中移动承载平台的长... 详细信息

近年来,我国管道运输蓬勃发展,但管道泄露时有发生。基于光谱技术和自然目标散射的激光气体检测技术具有灵敏度高、精确定位等特点,但地面移动承载平台移动速度慢,难以满足长油气管线检测的需要。因此,提出了基于空中移动承载平台的长油气管线泄漏检测方法,该方法将检测激光器搭载在空中移动平台上,并通过GPS接收器和数字罗盘获取空中承载平台的位姿信息,据此计算出不同位置姿态下串联机构两电机的旋转角度,然后调整电机使激光束对准地面管道。最后通过仿真验证了该算法的有效性。

关键词：管道泄露激光遥测姿态控制

输气管线泄漏遥测激光器姿态控制装置的设计与实现

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输气管线泄漏遥测激光器姿态控制装置的设计与实现

作者：刘克强哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,天然气管道运输蓬勃发展,但随着管网的增多和管线老化,泄漏问题也不可避免。基于光谱技术和自然目标散射的激光气体检测技术具有灵敏度高、精确定位等特点,但人工及车辆承载平台移动速度慢,并不适合长输管线的监测。因此根据已... 详细信息

近年来,天然气管道运输蓬勃发展,但随着管网的增多和管线老化,泄漏问题也不可避免。基于光谱技术和自然目标散射的激光气体检测技术具有灵敏度高、精确定位等特点,但人工及车辆承载平台移动速度慢,并不适合长输管线的监测。因此根据已研制成功的甲烷探测激光器,开发了一套基于空中移动平台的激光器承载装置,自动进行天然气泄漏的空中巡检具有重要的实际价值。首先分析了机载检测的工作原理,选择吊舱搭载泄漏检测装置,对激光器装夹机构和吊舱总体布局进行了方案设计。激光器姿态控制算法是整个系统的灵魂,对于检测精度、可靠性等都有很大的影响,它包括吊舱所在管网区域自动识别算法和装夹机构转角调整算法。通过调节激光器姿态克服吊舱与管道相对位置变化和吊舱姿态变化的影响,使扫描光束对准管道,完成检测任务,。其次,考虑天然气现场检测的需求,对吊舱的机械结构进行了分析与设计,机构既要有良好的承载能力,又能灵活调整激光方向。考虑到空中复杂的环境以及直升机的振动,对该结构进行了静力学和模态分析。控制系统的硬件方面,根据控制系统功能的需求,采用上下位机为主体的分层式控制系统结构,确定所需的控制器件,完成了关键部件的配置和连线。对吊舱的软件系统进行了设计。确定了其主要工作流程以及分层、模块化的设计思想,设计了功能合理、操作简单的人机交互界面,对软件系统中的主要模块进行了介绍。最后,在上述研究的基础上,研制了系统的样机,并对整个激光器姿态控制装置分别进行了室内模拟、高处扫描模拟管道、定点泄漏和车载移动泄漏检测的试验。结果表明该机构可以实现吊舱下半球空间内全角度扫描,其静态定点对准精度在1m以内,动态对准扫描精度在10m范围内,经光束微调机构作用后其精度能够满足天然气检测的需要。在加载甲烷探测激光器的实验中能在给定距离内检测出天然气泄漏,验证了装备设计和控制系统的可行性。此系统能够快捷地确定泄漏位置,具有定位精度高、运动可靠、自动化程度高等优点,有利于提高天然气管道泄漏检测的效率。

关键词：天然气管道泄漏机载激光遥测姿态控制监测软件

新型激光式瓦斯遥测仪在煤矿瓦斯抽采中的应用

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陕西煤炭 2018年第4期37卷 145-147页

作者：张永安山西西山矿业管理有限公司山西太原030053

瓦斯抽采管理中单孔瓦斯浓度的观测至关重要,现行观测手段单一、观测时间长、观测误差大、巡检周期长、成本费用高;新型激光式瓦斯遥测仪在矿井瓦斯抽釆钻孔瓦斯浓度观测中的拓展性应用,有效解决了现场瓦斯单孔浓度观测中存在的问题,具... 详细信息

瓦斯抽采管理中单孔瓦斯浓度的观测至关重要,现行观测手段单一、观测时间长、观测误差大、巡检周期长、成本费用高;新型激光式瓦斯遥测仪在矿井瓦斯抽釆钻孔瓦斯浓度观测中的拓展性应用,有效解决了现场瓦斯单孔浓度观测中存在的问题,具有较好的推广应用价值。

关键词：瓦斯抽采钻孔观测瓦斯检测激光遥测应用

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车载激光甲烷遥测系统的设计

计算机测量与控制 2020年第7期28卷 9-13页

作者：郭东歌陈海永贾林涛郑国锋冯山虎武传伟汉威科技集团股份有限公司郑州450001

为了解决传统燃气巡检设备检测效率低、检测距离近的问题,文章结合可调谐激光吸收光谱技术和地物的后向散射特性,设计了一套车载激光甲烷遥测系统,并进行了模拟测试;测试结果表明,该系统对甲烷气体的最低检测限为5μmol/mol·m,可探测距... 详细信息

为了解决传统燃气巡检设备检测效率低、检测距离近的问题,文章结合可调谐激光吸收光谱技术和地物的后向散射特性,设计了一套车载激光甲烷遥测系统,并进行了模拟测试;测试结果表明,该系统对甲烷气体的最低检测限为5μmol/mol·m,可探测距离150米,体积分数为0.1%的甲烷气体泄漏,并能在车速为50km/h行驶时,检测到燃气泄漏点,检测距离远、响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强,很好的满足实际探测需要;通过燃气公司实际应用表明,该系统极大地提高了燃气巡检效率,减少了燃气巡检周期,非常适合长输管线的快速巡检,实用性强。

关键词：天然气可调谐激光吸收光谱技术激光遥测积分浓度

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瓦斯抽采中新型激光式瓦斯遥测仪的应用

化学工程与装备 2020年第4期 271-272页

作者：裴鑫鑫潞安集团余吾煤业有限责任公司

单孔瓦斯浓度的观测是瓦斯抽采管理中相当重要的环节。但是目前的观测手段单一,不仅观测时间长、观测误差大,且具有成本费用高、巡检周期长一系列的问题。因此,为了有效解决现场瓦斯单孔浓度观测中存在的问题,本文重点探讨了新型激光式... 详细信息

单孔瓦斯浓度的观测是瓦斯抽采管理中相当重要的环节。但是目前的观测手段单一,不仅观测时间长、观测误差大,且具有成本费用高、巡检周期长一系列的问题。因此,为了有效解决现场瓦斯单孔浓度观测中存在的问题,本文重点探讨了新型激光式瓦斯遥测仪在瓦斯抽采钻孔瓦斯浓度观测中的应用,经实际应用测试效果良好,结果表明,新型激光式瓦斯遥测仪在瓦斯抽采中具有良好的推广应用价值。

关键词：瓦斯抽采钻孔观测瓦斯检测激光遥测应用

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石油化工企业中新泄漏监测技术的应用探索

石化技术 2024年第6期31卷 209-210,219页

作者：范吉祥中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司北京102500

中国石化北京燕山分公司在采用固定报警器进行泄漏监测预警的基础上,采用高点和高风险区域云台型泄漏气体光谱视频智能监测系统、机器人搭载即时成像红外光谱视频传感器、微纳多传感点式和红外光谱成像面式泄漏数据采集设备、固定扫描... 详细信息

中国石化北京燕山分公司在采用固定报警器进行泄漏监测预警的基础上,采用高点和高风险区域云台型泄漏气体光谱视频智能监测系统、机器人搭载即时成像红外光谱视频传感器、微纳多传感点式和红外光谱成像面式泄漏数据采集设备、固定扫描式和反射式激光气体遥测仪等技术,构建了自上而下、由点面到立体空间、由静态到动态的新形式泄漏监测预警系统,提升厂区智能化管控水平,将着火、爆炸事故遏止在萌芽阶段。

关键词：泄漏监测光谱视频机器人巡检激光遥测

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光谱遥感侦测技术在煤矿环境监测中的应用

煤矿安全 2016年第10期47卷 112-114,117页

作者：高昊煤科集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122

介绍了光谱遥感侦测技术的原理;论述了基于光谱遥感侦测技术的应用设计方案;通过对光谱遥感侦测技术的研究,采用光谱吸收遥测与光谱散射感知的方式,利用光子与分子之间相互作用的原理,探明有害气体及尘埃物质中的浓度感知信息,从光信号... 详细信息

介绍了光谱遥感侦测技术的原理;论述了基于光谱遥感侦测技术的应用设计方案;通过对光谱遥感侦测技术的研究,采用光谱吸收遥测与光谱散射感知的方式,利用光子与分子之间相互作用的原理,探明有害气体及尘埃物质中的浓度感知信息,从光信号中提取出含有浓度值的检测信号,为煤矿环境的整治提供一种先进的大气污染监测技术。

关键词：煤矿环境监测激光遥测光谱分析谐波检测回波反射灾害气体