天然气井甲烷逸散激光遥测光学收发传输特性研究

为提升天然气井非合作目标条件下逸散甲烷激光遥测系统回波信号的接收效率,通过蒙特卡洛光线追迹分析非合作目标下甲烷遥测系统光学收发模块的光路传输特性,开展光学收发模块不同F数菲涅尔透镜聚光性能分析、激光收发光机结构(共轴、离轴)回波信号接收性能分析以及非合作目标下不同孔径菲涅尔透镜回波信号接收性能分析。研制基于波长调制浓度反演算法的甲烷逸散激光遥感测试装置,由浓度反演标定实验数据拟合得到2f/1f信号幅值与CH_(4)浓度间的线性关系(R^(2)=0.99244)。测试结果表明:甲烷激光遥测系统最小检测限(MDL)为3.81 ppm·m、平均时间456.2 s,证实系统具有较优性能与便捷性。

差分吸收光谱法(DOAS)测量污染气体浓度的实验研究

利用差分吸收光谱法(DOAS)对SO2气体进行了实验研究,对光谱数据的处理方法、反演波段、反演波长间隔以及240 nm以下的紫外光对SO2的光解作用进行了分析。实验结果表明:遗传算法对短光程低浓度气体的浓度反演具有较高精度;不同浓度的SO2气体其最小误差所对应的反演波段是不同的,通过寻优可以大幅度提高浓度反演精度和DOAS方法的测量上限。而反演波长间隔大于15 nm后,浓度反演误差基本不变。

利用1.4μm附近的激光吸收光谱测量气体压强和H_2O组分浓度

为了完善基于波长调制光谱的应用研究，利用1.4μm附近的H2O吸收谱线（7454.45cm-1），研究了一种基于波长调制光谱测量气体压强和组分浓度的方法。基于谱线7454.45cm-1的4fpeak/2fpeak和2f/1f信号，详细分析了波长调制光谱方法测量的详细过程。结合仿真和实验，通过迭代算法在样品池内实现了气体压强和组分浓度的同时测量。实验结果表明：在500-1000K的温度范围内，压强和组分浓度的测量值与预测值基本符合，与预测值的最大误差分别在5%和4%以内。