ИК детекторы VIGO System для систем детектирования утечки газов
В настоящее время наблюдается большой прогресс технологий оптоэлектроники, особенно в области инфракрасной области длин волн (ИК). Компания VIGO System, предлагающая ИК-детекторы, вносит большой вклад в этот прогресс. Устройства, произведенные VIGO System, используются не только в научных экспериментах, но и часто являются ключевыми элементами в промышленных технологиях, в основном в системах газового анализа, использующих явление поглощения оптического излучения.
Обнаружение утечек газов обычно связано с легковоспламеняющимися или взрывоопасными газами. Это означает, что традиционных (то есть каталитических) методов обнаружения утечек недостаточно для успешного обнаружения утечки определенного типа газа.
Не бывает идеальной газотранспортной полностью герметичной системы. Это означает, что необходимо контролировать все газовые ресурсы или линии передачи на предмет утечки газа. Наряду с традиционными детекторами утечки газа для обнаружения чрезвычайно легковоспламеняющихся газов могут использоваться методы инфракрасной и лазерной спектроскопии.
Инфракрасные детекторы представляют собой ключевую часть приборов для спектроскопии. Инфракрасные детекторы могут быть использованы во всех спектроскопических методах обнаружения газов. Использование различных спектроскопических методов позволяет получить подробную информацию о химическом составе газа. Каждый из методов спектроскопии предназначен для различных типов измерения концентрации.
Инфракрасные детекторы VIGO работают в диапазоне длин волн 2–16 мкм. Широкий диапазон длин волн позволяет соответствующим образом регулировать чувствительность выбранного детектора к обнаруживаемым газам в соответствующем диапазоне длин волн. Для легких частиц можно наблюдать газовые спектры с разделенными линиями колебания и вращения. В случае сложных многоатомных молекул обычно колебательно-вращательная структура спектров очень сложна, и из-за уширения отдельные линии перекрываются и наблюдается сплошная полоса.
Для некоторых газов, особенно важных в области регистрации выбросов и управления технологическим процессом, необходимо использовать средний инфракрасный диапазон (MIR, 3–12 мкм). Это связано с тем, что интересующий газ (например, диоксид серы, SO2) не имеет линий поглощения в ближней инфракрасной области или, в случае оксида азота (NO) и диоксида азота (NO2), сила поглощения слишком мала в NIR диапазоне (в MIR до 1000 раз сильнее).
Общая схема принципа лазерной абсорбционной спектроскопии
Среди методов газового анализа в настоящее время наибольшей популярностью пользуются методы с использованием лазерных и светодиодных источников. Они обеспечивают очень хорошее отношение сигнал / шум и высокую селективность используемого излучения. Эти решения используются для обнаружения одного выбранного газа. Наиболее популярные системы этой группы, такие как TDLAS, отличаются относительно простой конструкцией, очень высокой скоростью работы и чувствительностью, достаточной для многих приложений. В поисках самых лучших параметров клиенты выбирают приборы CRDS, предлагающие обнаружение даже следовых концентраций газов, но, в свою очередь, они требуют высокой стабильности системы во время измерения.
Спектроскопия с перестраиваемым диодным лазером (TDLAS) - это метод, используемый для измерения концентрации газа или газовой смеси. TDLAS позволяет измерять очень низкие концентрации измеряемого газа (до ppb). В то же время этот метод позволяет измерять температуру, давление, скорость и массовый поток газа. Особенности метода - быстрый отклик и очень высокая чувствительность.
Схема абсорбционной спектроскопии с перестраиваемым диодным лазером (TDLAS)
Помимо лазерных диодных источников, в газовом анализе TDLAS обычно используются инфракрасные детекторы фотонов. Все функции TDLAS могут поддерживаться быстрыми и чувствительными фотоэлектрическими детекторами VIGO. Ниже вы можете найти инфракрасные детекторы Vigo System, рекомендуемые для систем обнаружения газа TDLAS. Спектральные характеристики детектора должны быть подобраны для вашей линии поглощения газа.
Избранные спектральные характеристики детекторов Vigo System для линий поглощения газа
|
Тип газа |
Избранные линии поглощения (мкм) |
Подходящие детекторы Vigo System |
|
Водяной пар |
2.9 6.3 |
PV/PVA-xTE-3 PV-xTE-6 AM03120-01 |
|
CO2 |
4.26, 9.4 |
PV/PVA-xTE-5, PV-xTE-10.6 |
|
NH3 |
10.74 |
PV-xTE-10.6, PVM-xTE-10.6 |
|
HCl |
3.5 |
PV/PVA-xTE-4 AM03120-01 |
|
HF |
2.5 |
PV/PVA-xTE-3 |
Спектроскопия поглощения с усилением резонатора
Благодаря спектрометрам обнаружения метана, основанным на методе CRDS, можно исследовать утечки природного газа даже на самой ранней стадии. Внутрирезонаторная лазерная спектроскопия (CRDS) - это высокочувствительный оптический спектроскопический метод, позволяющий измерять абсолютное оптическое ослабление путем рассеяния и поглощения света образцами. Он широко использовался для исследования газовых образцов, которые поглощают свет на определенных длинах волн, и, в свою очередь, для определения мольных долей вплоть до уровня частей на триллион.
В частности, такие устройства, как спектрофотометры для обнаружения метана, основанные на указанном методе, используются для: мониторинга линий передачи газа, анализа дефектных труб, прогнозирования утечек и ремонтов, картирования рисков, процессов сокращения выбросов.
Схема принципа работы CRDS
Схема принципа работы CEAS
Принцип метода спектроскопии поглощения с усилением резонатора (CEAS) основан на измерении времени затухания излучения, захваченного в оптическом резонаторе, с высоким коэффициентом качества.
Подробная схема принципа работы CEAS
В методе CEAS импульс лазерного излучения вводится в оптический резонатор (резонатор), оснащенный сферическими зеркалами с высокой отражающей способностью. Импульс многократно отражается в резонаторе. После каждого отражения часть лазерного света покидает резонатор из-за отсутствия 100% зеркальных отражений. Часть света, выходящего из резонатора, регистрируется фотоприемником.
Регистрация излучения на выходе CEAS
Тестирование на метан возможно благодаря сильной линии поглощения этого газа на длине волны 3.31 мкм. Детекторы VIGO System способны определять концентрацию этого газа ниже 50 частей на миллиард ± 0,05%.
Регистрация метана с помощью детекторов Vigo System
|
Тип газа |
Избранные линии поглощения (мкм) |
Метод анализа |
Подходящие детекторы Vigo System |
|
CH4 |
3.31 |
CRDS/CEAS |
PV-xTE-3, PVA-xTE-3 |
Практические применения систем детектирования утечки газов
Наиболее популярными практическими приложениями методов детектирования утечек газов являются системы контроля газопроводов и утечек природного газа из земли. Регистрация утечки газа может быть статической (открытый путь) или в движении - с неба (воздух). Спектроскопия с открытым оптическим путем использовалась для измерения опасных или следовых газов из горячих источников, таких как вулканы, промышленные или сельскохозяйственные объекты. Этот метод редко используется для измерения парниковых газов из полевых источников.
Лазерная система детектирования с открытым оптическим путем
Мобильные системы детектирования газов в среднем ИК диапазоне
Метод мобильного лазерного детектирования газа заключается в обнаружении и локализации утечки природного газа, являющегося метаном. Чтобы измерение утечки газа было эффективным, транспортное средство должно быть заведено и проехать определенное расстояние, после чего химически чувствительный детектор, установленный в устройстве, определит местонахождение утечки. В этом случае анализатор метана устанавливается на специальном транспортном средстве, которое благодаря передатчикам сигналов передает информацию о повышенной концентрации газа непосредственно в центр мониторинга угроз.
Мобильные лазерные системы детектирования утечки газов
Дроны с системами детектирования утечки газов
Благодаря развитию современных технологий дроны, оснащенные датчиками газа, могут безопасно предоставлять подробную информацию об утечке. Беспилотные летательные аппараты в реальном времени обнаруживают опасные для человека утечки газа. К преимуществам контроля утечки газа приборами с воздуха, несомненно, относятся: их небольшой размер (их можно доставить практически куда угодно), простота использования и относительно низкие эксплуатационные расходы.
