激光测漏仪

英国布里斯托尔大学所衍生出的QLM技术公司开发了一种基于量子光谱技术的气体成像仪器。该设备称为QLM-1，让来自石油和天然气行业的的重要温室气体——甲烷泄漏——无所遁形。 “这款相机使用最进的量子光谱技术来‘看到不可见的气体分子’”英国研究与创新部（UKRI）商业化量子技术挑战总监Roger McKinlay说。 一种新型的量子光谱气体成像技术让破坏环境的甲烷泄漏无所遁形（图片来源：UKRI） 该传感器使用一种称为可调谐二极管激光雷达（Tunable Diode Lidar, TDLidar）的新技术，该技术将可调谐二极管激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS）、差分吸收激光雷达（Differential Absorption Lidar, DIAL）、和时间相关单光子计数（Time Correlated Single Photon Counting, TCSPC）的优势结合，实现了基于低功率半导体二极管激光器的远程气体光谱分析和测距。该团队的1个TDLidar甲烷传感器在随机调制连续波（RM-CW）激光雷达系统中，使用波长在甲烷分子吸收线附近1.6509 μm的近红外激光器和珀尔帖冷却单光子雪崩二极管（Single Photon Avalanche Diode, SPAD）探测器。 相较于现有基于激光的甲烷测量系统通常使用复杂且昂贵的反射镜阵列，将光反射到传统检测器中。QLM产品使用的SPAD探测器足够灵敏，可以仅探测几个光子，而且无需镜子提供反射回波。 这项工作由英国的工业战略挑战基金旗下的商业化量子技术挑战项目资助，是两年期的研究项目——碳排放单光子激光雷达成像（Single Photon Lidar Imaming of Carbon Emissions, SPLICE）——的成果。SPLICE是英国国家量子技术计划的一部分，据QLM官网宣称，这个技术将使其气体可视化解决方案完全商业化。 QLM在其网站上表示：“SPLICE项目的总体目标是成功开发行业实用化的单光子激光雷达气体成像仪器，并可用于全球范围内的连续气体泄漏检测和温室气体监测。”该项目的三个关键目标是实现远距离条件下的高精度测量、产品实用性和广泛适用性，以及可扩展和低成本的技术。该项目资金将用于产品研发、现场试验、工艺优化和商业路演等。到项目结束时，QLM气体成像相机和配件将完全投用于石油、天然气、以及环境科学行业，从而在设施规模上颠覆性地改变监测甲烷和二氧化碳的方式。 值得一提的是，如果释放到大气中，甲烷作为温室气体的效力是二氧化碳的84倍。此外，科学家估计，如果从油气井中提取天然气的过程中有3.2% 的甲烷（天然气的主要成分）泄漏到大气中，其造成的温室效应，将使天然气的环保性比煤炭还要低。 在实际应用场景中，过去的监测方法通常囿于太长的反应时间，并且难以准确测量甲烷的泄漏。崭新的甲烷气体成像系统可以远距离连续检测、量化和模拟泄漏的发展，还可以监控排放率并创建气体泄漏位置的精确地图，并在气体泄漏时立即通知工厂操作员。这些优势都是对与当前检测方法的重大改进。 QLM首席执行官Murray Reed表示：“石油和天然气巨头已承诺大幅减少其甲烷排放量，然而没有人能够正确、连续和大规模地测量甲烷，无法测量的东西是没办法管理的。”“问题的规模是巨大的，仅在北美就有超过50万口活跃的气井，以及全球成千上万的海上钻井平台和储气设施。在英国，我们有24个主要的管道压缩机站，为长距离天然气管道供能，以及数百个地上储存装置。所有的设备都可能在某个时候发生泄漏。” 与此同时，谢菲尔德大学、阿斯顿大学和布里斯托尔大学正在努力扩大新传感器可以检测的气体范围，以包括许多其他温室气体。这开启了在农业和其他产业使用该技术的可能性。 作为SPLICE项目的补充，QLM与Inzpire Limited合作开展搭载在无人机上的甲烷测量试验，评估其激光雷达气体成像系统安装在无人机上的检测和量化甲烷排放的能力。基于对人眼安全的红外半导体激光器，对环境进行的激光扫描将可以构建物体和气体分子的3D图片，准确显示泄漏的位置和大小。 QLM的TDLidar甲烷传感器示意图：激光扫描可以构建物体和气体分子的3D图片，准确显示泄漏的位置和大小

日前，航天科工203所研发了激光甲烷监测系列产品，广泛应用于城市燃气安全隐患排查治理，为燃气巡检和泄漏检测提供最有力保障。　　近年来，国内燃气事故多发频发，引起广泛关注。现代城市地下管线密布，使城市面临着诸多挑战。地下燃气管线作为保障城市运行的生命线，因被破坏外损而导致燃气管线泄露、火灾等事故时有发生，严重影响了城市正常运行秩序和人民群众生命财产安全。　　城市燃气管道关系千家万户生活和生产，燃气泄漏致使相邻地下空间爆炸，是城市无法回避的痛点。如何实现城市燃气管网的实时安全监控，也成为摆在人们面前的一个难题。 航天科工203所研发的手持激光甲烷检测仪，可实现甲烷气体的远程遥测，它适用于各类甲烷可能泄露的场所，尤其适合架空管线、狭窄空间、居民厨房等存在燃气泄漏风险，但因距离、障碍物等原因导致巡检人员无法接近的场合。过去都是近距离泵吸式抽样检测，在地下管道封闭空间，抽取采样后通过催化燃烧式探头分析检测。激光甲烷检测仪是无接触的，采用物理性光学检测，检测距离可达150米，检测距离远、速度快、精度高。　　激光甲烷遥测云台，可对燃气场站的各种设施进行24小时不间断扫描检测，加大场站的安全监控力度，提高安全管理高度，系统具备高稳定性、高可靠性、高使用寿命，能够实现场站的无人值守。激光甲烷遥测云台装设在立杆和墙面上，可对场站实现360度无死角监控和检测。配备的视频摄像头具有智能分析功能，当视频摄像头检测到火焰、烟雾时会提前报警。　　激光甲烷遥测云台可用于调压站场区、化工园区、 锅炉房、矿井中等区域，检测气体只针对于甲烷，不会产生误报和中毒现象。此外，还具有星光级红外夜视系统和定位实时校准等功能。智能激光甲烷遥测云台采取激光束的面式扫描，灵敏度高，由被动监测变为主动式实时在线监测，是原有天然气泄漏监测的重要补充，提高了天然气泄漏隐患自动化防控能力。 目前，203所研发的系列燃气监控设备等系列化产品，在北京、珠海、济南等多个区域，在燃气、石油等行业广泛应用，保障了人们的生命和财产安全。

11月28日，激光超声波可视化检测仪技术在西安航空基地正式通过科技成果鉴定。这一技术的国产化，填补了业界空白，大大缩小了与世界发达国家在无损检测仪器研发与生产方面的差距，是我国无损检测领域的一项重大突破。 　　无损检测在各制造行业的品质管理中，一直扮演着举足轻重的角色。其中，超声波检查因其安全、经济、简便而得到了广泛应用，但无法对任意复杂形状以及非金属物体内部缺陷实现高效、直观地检测。随着碳纤维复合材料、陶瓷基复合材料等新型材料的广泛应用，航空工业也得到了前所未有的发展，但迄今对这些新型材料的无损检测还缺乏有效的手段。 　　由西安金波检测仪器有限责任公司研发的激光超声波可视化检测仪，成功突破了无损检测领域中的这一世界科研难题。该检测仪的问世，对任何形状物体及绝大多数材料的内外部探伤，小到电子元器件，大到飞机机身部分均可进行无损检测，并可在高温、有毒等恶劣环境下工作。使用激光超声波可视化检测仪对飞机机翼、火车车轴等高速运载工具部件以及发电设备、压力容器等产品进行定期检查，可以最大限度地延长其安全使用寿命，避免重大事故的发生。 　　如果传统的超声波无损检测技术被比喻为“收音机”技术，则激光超声波可视化无损检测技术就属于“电视机”技术。激光超声波可视化检测仪由检测单元和激光单元组成，可简单地将超声波的传播过程可视化，并根据波形变化检查出被测物体内部或表面的损伤，通过计算机屏幕清晰、实时地观察。由于激光超声波可视化检测仪技术实现了无损检测的可视化，对物体内部存在的缺陷及损伤的识别变得非常容易，且可防止无损检测中经常发生的漏检和误判。 　　金波公司研发的“激光超声波可视化探测仪”，是西安航空基地入区企业科技创新的典型范例。西安航空基地具有集飞机设计研究、生产制造、试飞鉴定、教学为一体的航空产业体系，同时具备各类与航空产业有关的高科技研发群，对于“激光超声波可视化检测仪”的使用、推广、乃至产品改良都提供了得天独厚的广阔空间与平台。依托激光超声波可视化检测仪，目前西安航空基地已成立无损检测服务平台与工程技术研发中心，先后为近百家西安航空基地入区企业及国内航空、航天、军工、核电、电力领域企业提供服务，出具检测报告80余份，解决了众多目前无法解决的难题，大大提高了我国的无损检测技术水平，进一步提升了航空产品的可靠性与安全性。