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烷烃类混合气体测量中宽谱干扰抑制解析方法研究
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作者 彭云涛 张志荣 +7 位作者 夏滑 蔡永军 孙鹏帅 王前进 王夏春 庞涛 吴边 刘旭 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期277-287,共11页
随着我国油气管网铺设里程的增加以及城市燃气管网的广泛使用,油气管道泄漏成为研究的热点问题。油气泄漏产生的气体挥发物的主要成分除了甲烷以外,还包括丙烷和丁烷等标志性气体,精确测量它们的体积分数可以弥补甲烷单一测量的不足,具... 随着我国油气管网铺设里程的增加以及城市燃气管网的广泛使用,油气管道泄漏成为研究的热点问题。油气泄漏产生的气体挥发物的主要成分除了甲烷以外,还包括丙烷和丁烷等标志性气体,精确测量它们的体积分数可以弥补甲烷单一测量的不足,具有非常重要的安全指导价值和环保意义。基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的光谱选择性、快速响应、高测量精度等优点,笔者选取近红外波段1685.9~1686.8 nm,同时测量了丙烷和丁烷的直接吸收与二次谐波信号,并利用偏最小二乘回归算法建立体积分数预测模型,有效提高了测量灵敏度和测量极限。该模型可以探测混合气体中体积分数低至168×10^(-6)(为丙烷爆炸下限的0.8%)的丙烷以及体积分数低至171×10^(-6)(为丁烷爆炸下限的0.9%)的丁烷。对于混合气体中丙烷和丁烷体积分数在100×10^(-6)~800×10^(-6)范围内的实验组,丙烷的预测最大绝对误差为34×10^(-6),丁烷的预测最大绝对误差为51×10^(-6);对于混合气体中丙烷和丁烷体积分数在2000×10^(-6)~10000×10^(-6)范围内的实验组,丙烷的预测最大绝对误差为64×10^(-6),丁烷的预测最大绝对误差为148×10^(-6)。误差均控制在爆炸下限的3%以下。为了进一步验证实验系统的稳定性,在高低体积分数下分别持续记录了30 min的光谱信号并进行了体积分数反演,所建立的模型在保证测量精度的同时具有较好的动态稳定性,可以满足油气管道泄漏检测的实际要求。 展开更多
关键词 光谱学 可调谐二极管激光吸收光谱 油气管道泄漏 烷烃类混合气 偏最小二乘回归
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