基于TDLAS-WMS的甲烷泄漏遥测系统研制

作     者：徐俊 李云飞 程跃 檀剑飞 刘东 周振 Xu Jun;Li Yunfei;Cheng Yue;Tan Jianfei;Liu Dong;Zhou Zhen

作者机构：安徽建筑大学电子与信息工程学院安徽合肥230601 安徽建筑大学机械与电子工程学院安徽合肥230601 清华大学合肥公共安全研究院安徽合肥230601 安徽泽众安全科技有限公司安徽合肥230601 

基　　金：国家重点研发计划课题(2018YFC0809304) 安徽省人工智能产业创新发展项目 

出 版 物：《激光与光电子学进展》 (Laser & Optoelectronics Progress)

年 卷 期：2023年第60卷第6期

页      码：366-374页

摘      要：针对甲烷气体泄漏高精度、非接触和远距离探测的需求,提出一种基于TDLAS-WMS的甲烷泄漏遥测系统.该系统采用高级精简指令集机器(ARM)和现场可编程门阵列(FPGA)双核架构,FPGA实现数字锁相解调提取一次谐波(1f)和二次谐波(2f)信号,ARM通过串行外设接口(SPI)实时接收FPGA解调的1f、2f信号并传送至Labview进行谐波信号分析和甲烷浓度在线解调.通过2f/1f信号处理技术消除光强与靶标反射系数的变化对系统测量结果的影响.研究同等实验条件下0~90m范围内谐波信号与探测距离的关系,结果表明,2f/1f信号处理技术对噪声抑制效果显著.测量不同积分浓度的谐波信号,采用最小二乘法对2f/1f和气体积分浓度数据进行线性拟合,获得系统标定线性度,为0.9966.对系统误差进行实验测量和分析,在0~2000×10-6 m范围内,系统测量最大相对误差为-3.66%,最小为-0.23%.利用1500×10-6 m甲烷浓度的二次谐波信号评估系统的检测下限为70.5×10-6 m.结果表明,设计和研制的甲烷泄漏遥测系统可广泛应用于城市燃气场站和天然气管网等场合的燃气突发泄漏监测预警.

主 题 词：遥感 甲烷气体遥测 TDLAS 波长调制光谱 FPGA 

学科分类：0808[工学-自动化类] 07[理学] 070302[070302] 0703[理学-化学类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3788/LOP213323

馆 藏 号：203121410...