Optical methods of leak detection c

Optical methods of leak detection can be classified as either passive or active (Reichardt
et al., 1999). Active methods illuminate the area above the pipeline with a laser or a broad band
source. The absorption or scattering caused by natural gas molecules above the surface is
monitored using an array of sensors at specific wavelengths. If there is significant absorption or
scattering above a pipeline, then a leak is presumed to exist. The basic techniques for active
monitoring techniques include Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS)
(Hanson et al., 1980), Laser Induced Fluorescence (LIF) (Crosley and Smith, 1983), Coherent
Anti-Raman Spectroscopy (CARS) (Eckbreth et al., 1979), Fourier Transform Infrared
Spectroscopy (FTIR) (Best et al., 1991), and evanescent sensing (Culshaw and Dakin, 1996).
Active monitoring of natural gas leaks from pipelines has been achieved with Lidar
systems, (Minato et al., 1999; Ikuta et al., 1999), diode laser absorption (Iseki et al., 2000),
Millimeter Wave Radar systems (Gopalasami and Raptis, 2001), backscatter imaging (Kulp et
al., 1993), broad band absorption (Spaeth and O’Brien, 2003), and evanescent sensing (Tapanes,
2003).
Lidar systems typically use a pulsed laser as the illuminating source. The absorption of
the energy of the laser along a long path length is monitored using a detector. Diode laser
absorption uses the same technology with the crucial difference being that diode lasers are used
instead of the more expensive pulsed lasers. If only a single wavelength is used, the system can
be prone to false alarms since the laser can be absorbed equally well by dust particles.
Broad band absorption systems utilize low cost lamps as the source, significantly
reducing the cost of the active system. In addition, monitoring is achieved at multiple
wavelengths so that the system is less prone to false alarms.
3
For evanescent sensing, an optical fiber is buried along with the pipe. When natural gas
escapes, the local changes in pressure or concentration causes a change in the transmission
character of the optical fiber. This change in the transmission characteristics is monitored using
lasers and optical detectors.
Millimeter wave radar systems obtain a radar signature above the natural gas pipelines.
Since methane is much lighter than air, the density difference provides a signature that can be
used as an indicator of a potential leak. Backscatter imaging utilizes a carbon-dioxide laser to
illuminate the area above the pipeline. The natural gas scatters the laser light very strongly.
This scattered signature is imaged using an infrared imager or an infrared detector in conjunction
with a scanner.
All the active systems described above use a source and obtain either transmitted or
scattered images to determine the presence of methane. These systems are can be mounted on
moving vehicles, aircraft or on location. The advantages of these systems include capability to
monitor over an extended range and ability to monitor leaks even in the absence of temperature
differences between the gas and the surroundings. In addition, these techniques have high spatial
resolution and sensitivity under specific conditions (Durao et al., 1992). The two disadvantages
of the method are the high cost of implementation and the high incidences of false alarms.
Typically, these systems also require a skilled operator, and cannot be used for unsupervised
monitoring due to the safety issues involved with the operation of powerful lasers.
Passive monitoring of natural gas leaks is similar to active monitoring in many aspects.
However, the major difference between active and passive techniques is that passive techniques
do not require a source. Either the radiation emitted by the natural gas or the background
radiation serves as the source. This makes passive systems less expensive in some respects.
However, since a strong radiation source is not used, much more expensive detectors and
imagers have to be used with passive systems.
The two major types of passive systems used for monitoring leaks from natural gas
pipelines are thermal imaging (Weil, 1993; Kulp et al., 1998) and multi-wavelength imaging
(Althouse and Chang, 1994, Bennet et al., 1995; Marinelli and Green, 1995, Smith et al., 1999).
Thermal imaging detects natural gas leaks from pipelines due to the differences in
temperature between the natural gas and the immediate surroundings. This method can be used
from moving vehicles, helicopters or portable systems and is able to cover several miles or
hundreds of miles of pipeline per day. Usually, expensive thermal imagers are required to pick
up the small temperature differential between the leaking natural gas and the surroundings. In
addition, thermal imaging will not be effective if the temperature of the natural gas is not
different from that of the surroundings.
Multi-wavelength or hyperspectral imaging can

Kết quả (Việt) 1:

Các phương pháp quang phát hiện rò rỉ có thể được phân loại như là thụ động hay hoạt động (Reichardtet al., 1999). Hoạt động phương pháp thắp sáng khu vực trên các đường ống với tia laser hoặc một ban nhạc rộngnguồn. Hấp thụ hoặc tán xạ gây ra bởi các phân tử khí tự nhiên ở trên bề mặttheo dõi bằng cách sử dụng một loạt các cảm biến tại bước sóng cụ thể. Nếu có hấp thụ đáng kể hoặctán xạ trên một đường ống, sau đó một rò rỉ được cho là tồn tại. Kỹ thuật cơ bản cho hoạt độngGiám sát kỹ thuật bao gồm ứng Diode Laser hấp thụ quang phổ (TDLAS)Tia Laser (Hanson et al., 1980), gây ra sự phát huỳnh quang (LIF) (Crosley và Smith, 1983), mạch lạcAnti-Raman phổ (ô TÔ) (Eckbreth et al., 1979), tia hồng ngoại biến đổi FourierQuang phổ (FTIR) (tốt nhất và ctv., 1991), và tiêu tan lần thám (Culshaw và Dakin, 1996). Giám sát hoạt động của khí thiên nhiên rò rỉ từ đường ống đã đạt được với LidarHệ thống, (Minato và ctv, năm 1999; Ikuta et al., 1999), diode laser hấp thụ (Iseki et al., 2000),Hệ thống Radar loại sóng milimet (Gopalasami và Raptis, 2001), backscatter hình ảnh (Kulp etAl., 1993), ban nhạc rộng hấp thụ (Spaeth và O'Brien, 2003), và tiêu tan lần thám (Tapanes,năm 2003). LIDAR hệ thống thường sử dụng một laser xung là nguồn chiếu sáng. Sự hấp thunăng lượng của laser dọc theo chiều dài đường dẫn được theo dõi bằng cách sử dụng một máy dò. Diode laserhấp thu sử dụng công nghệ cùng với sự khác biệt rất quan trọng được rằng diode laser được sử dụngthay vì xung laser đắt tiền hơn. Nếu chỉ một bước sóng duy nhất được sử dụng, các hệ thống có thểđược dễ bị báo động sai vì laser có thể được hấp thụ bằng nhau cũng bởi bụi hạt. Ban nhạc rộng hấp thụ hệ thống sử dụng chi phí thấp đèn như nguồn, đáng kểgiảm chi phí của hệ thống hoạt động. Ngoài ra, giám sát đạt được ở nhiềubước sóng do đó hệ thống này ít dễ bị báo động sai. 3 Cho tiêu tan lần thám, một sợi quang được chôn cùng với các đường ống. Khi khí đốt tự nhiênthoát, thay đổi cục bộ trong áp lực hoặc nồng độ gây ra một sự thay đổi trong việc truyền tảinhân vật của sợi quang. Thay đổi các đặc tính truyền được giám sát bằng cách sử dụnglaser và thiết bị dò quang học. Hệ thống radar sóng mm được một chữ ký radar trên các đường ống dẫn khí đốt tự nhiên.Kể từ khi methane là nhẹ hơn không khí, sự khác biệt với mật độ cung cấp một chữ ký có thểsử dụng như một chỉ báo của một rò rỉ tiềm năng. Backscatter hình ảnh sử dụng một laser điôxít cacbon đểthắp sáng khu vực trên các đường ống dẫn. Khí đốt tự nhiên giày trượt băng chơi ánh sáng laser rất mạnh mẽ.Chữ ký này rải rác chụp ảnh bằng cách sử dụng một man hinh hồng ngoại hoặc một máy dò hồng ngoại kết hợpvới một máy quét. Tất cả các hệ thống hoạt động được mô tả ở trên sử dụng một nguồn và có được một trong hai truyền hoặchình ảnh phân tán để xác định sự hiện diện của mêtan. Các hệ thống có thể được gắn trêndi chuyển xe, máy bay hoặc trên địa điểm. Những lợi thế của các hệ thống này bao gồm khả năng đểtheo dõi qua một mở rộng phạm vi và khả năng giám sát các rò rỉ ngay cả trong sự vắng mặt của nhiệt độsự khác biệt giữa khí và các khu vực xung quanh. Ngoài ra, các kỹ thuật này có cao không gianđộ phân giải và độ nhạy trong điều kiện cụ thể (Durao et al., 1992). Hai nhược điểmcủa phương pháp này là chi phí cao về việc thực hiện và incidences cao của báo động sai.Thông thường, các hệ thống này cũng yêu cầu một nhà điều hành có tay nghề cao, và không thể được sử dụng cho unsupervisedGiám sát do các vấn đề an toàn tham gia vào các hoạt động của laser mạnh mẽ. Thụ động giám sát của rò rỉ khí đốt tự nhiên cũng tương tự như giám sát hoạt động trong nhiều lĩnh vực.Tuy nhiên, sự khác biệt lớn giữa các hoạt động và thụ động kỹ thuật là thụ động kỹ thuậtkhông yêu cầu một nguồn. Hoặc là các bức xạ phát ra từ khí tự nhiên hoặc nềnbức xạ phục vụ như là nguồn gốc. Điều này làm cho hệ thống thụ động ít tốn kém hơn trong một số khía cạnh.Tuy nhiên, vì một nguồn bức xạ mạnh không phải là đắt tiền hơn được sử dụng, dò vàimagers đã được sử dụng với các hệ thống thụ động. Hai loại chính của các hệ thống thụ động được sử dụng để theo dõi các rò rỉ từ khí đốt tự nhiênđường ống dẫn được nhiệt là imaging (à, 1993; Kulp và ctv, 1998) và hình ảnh đa bước sóng(Althouse và Chang, năm 1994, Bennet et al., năm 1995; Marinelli và màu xanh lá cây, năm 1995, Smith và ctv., 1999). Hình ảnh nhiệt phát hiện rò rỉ khí đốt tự nhiên từ đường ống dẫn dầu do sự khác biệt trongnhiệt độ giữa khí thiên nhiên và môi trường xung quanh ngay lập tức. Phương pháp này có thể được sử dụngtừ di chuyển xe, máy bay trực thăng hoặc hệ thống di động và có thể bao gồm một vài dặm hoặchàng trăm dặm của đường ống dẫn cho một ngày. Thông thường, imagers nhiệt đắt tiền được yêu cầu để chọnlên nhiệt độ nhỏ khác biệt giữa rò rỉ khí đốt tự nhiên và các khu vực xung quanh. ỞNgoài ra, hình ảnh nhiệt sẽ không hiệu quả nếu nhiệt độ của khí tự nhiên là khôngkhác với các môi trường xung quanh. Có thể đa bước sóng hoặc hyperspectral hình ảnh

Kết quả (Việt) 2:

Phương pháp quang phát hiện rò rỉ có thể được phân loại là thụ động hay chủ động (Reichardt
et al., 1999). Phương pháp hoạt động chiếu sáng khu vực phía trên đường ống dẫn bằng tia laser hoặc một dải rộng
nguồn. Sự hấp thụ hoặc tán xạ gây ra bởi các phân tử khí tự nhiên trên bề mặt được
theo dõi bằng một loạt các cảm biến ở các bước sóng cụ thể. Nếu có sự hấp thụ đáng kể hoặc
tán xạ trên một đường ống dẫn, sau đó bị rò rỉ được cho là tồn tại. Các kỹ thuật cơ bản cho hoạt động
kỹ thuật giám sát bao gồm du dương Diode Laser phổ hấp thụ (TDLAS)
(Hanson et al., 1980), Laser Induced huỳnh quang (LIF) (Crosley và Smith, 1983), mạch lạc
Anti-Raman Spectroscopy (CARS) (Eckbreth et al., 1979), Fourier transform Infrared
Spectroscopy (FTIR) (Best et al., 1991), và cảm biến phù du (Culshaw và Dakin, 1996).
hoạt động giám sát rò rỉ khí đốt tự nhiên từ các đường ống đã đạt được với Lidar
hệ thống, (Minato et al, 1999;... Ikuta et al, 1999), hấp thụ tia laser diode (ISEKI et al, 2000),
các hệ thống radar Wave (Gopalasami và Raptis, 2001), hình ảnh tán xạ ngược (Kulp et
al., 1993), rộng hấp thụ ban nhạc (Spaeth và O'Brien, 2003), và cảm biến phù du (Tapanes,
2003).
hệ thống Lidar thường sử dụng một xung laser như là nguồn sáng. Sự hấp thu
năng lượng của laser cùng một đường truyền dài được theo dõi bằng một máy dò. Diode Laser
hấp thụ sử dụng công nghệ tương tự với sự khác biệt quan trọng được rằng laser diode được sử dụng
thay vì các laser xung đắt hơn. Nếu chỉ có một bước sóng duy nhất được sử dụng, hệ thống có thể
được dễ bị báo động sai vì laser có thể được hấp thụ tốt như nhau bởi các hạt bụi.
Hệ thống hấp thu băng rộng sử dụng đèn chi phí thấp là nguồn, đáng kể
làm giảm chi phí của các hoạt động hệ thống. Ngoài ra, giám sát được thực hiện ở nhiều
bước sóng để hệ thống là ít bị báo động sai.
3
Đối với cảm biến phù du, một sợi quang được chôn cất cùng với các đường ống. Khi khí tự nhiên
thoát ra, sự thay đổi địa phương trong áp lực hoặc nồng độ gây ra một sự thay đổi trong việc truyền tải
nhân vật của sợi quang. Thay đổi đặc tính truyền dẫn này được theo dõi bằng
tia laser và máy dò quang học.
Milimet hệ thống radar sóng có được một chữ ký radar trên các đường ống dẫn khí đốt tự nhiên.
Từ metan là nhẹ hơn nhiều so với không khí, sự khác biệt mật độ cung cấp một chữ ký mà có thể được
sử dụng như một chỉ số rò rỉ tiềm năng. Hình ảnh Backscatter sử dụng một laser carbon dioxide để
chiếu sáng khu vực phía trên đường ống. Khí thiên nhiên tán xạ ánh sáng laser rất mạnh.
Chữ ký rải rác này được chụp bằng một imager hồng ngoại hoặc một máy dò hồng ngoại kết hợp
với một máy quét.
Tất cả những hệ thống hoạt động được mô tả ở trên sử dụng một nguồn và được hoặc truyền tải hoặc
phân tán các hình ảnh để xác định sự hiện diện của mêtan. Các hệ thống này có thể được gắn trên
phương tiện di chuyển, máy bay hoặc trên vị trí. Những lợi thế của các hệ thống này bao gồm khả năng để
theo dõi trên một phạm vi rộng và khả năng giám sát rò rỉ ngay cả trong trường hợp không có nhiệt độ
chênh lệch giữa khí và môi trường xung quanh. Ngoài ra, những kỹ thuật này có không gian cao
độ phân giải và độ nhạy trong điều kiện cụ thể (Durao et al., 1992). Hai nhược điểm
của phương pháp này là chi phí cao của việc thực hiện và tỷ lệ mắc cao của các báo động sai.
Thông thường, các hệ thống này cũng đòi hỏi một nhà điều hành có tay nghề cao, và không thể được sử dụng cho không có giám sát
giám sát do các vấn đề an toàn liên quan đến hoạt động của laser mạnh mẽ.
giám sát thụ động rò rỉ khí đốt tự nhiên tương tự như giám sát hoạt động trong nhiều lĩnh vực.
Tuy nhiên, sự khác biệt lớn giữa các kỹ thuật tích cực và thụ động là các kỹ thuật thụ động
không đòi hỏi một nguồn. Hoặc là các bức xạ phát ra từ khí tự nhiên hoặc nền
bức xạ phục vụ như là nguồn. Điều này làm cho hệ thống thụ động ít tốn kém ở một số khía cạnh.
Tuy nhiên, kể từ khi một nguồn bức xạ mạnh không được sử dụng, phát hiện đắt hơn nhiều và
tạo ảnh phải được sử dụng với hệ thống thụ động.
Hai loại chính của hệ thống thụ động được sử dụng để giám sát rò rỉ từ khí tự nhiên
đường ống là hình ảnh nhiệt (Weil, 1993; Kulp et al., 1998) và hình ảnh đa bước sóng
(Althouse và Chang, 1994, Bennet et al, 1995;. Marinelli và Green, 1995, Smith et al., 1999).
ảnh nhiệt phát hiện rò rỉ khí đốt tự nhiên từ các đường ống do sự khác biệt về
nhiệt độ giữa khí thiên nhiên và môi trường xung quanh ngay lập tức. Phương pháp này có thể được sử dụng
từ các phương tiện di chuyển, máy bay trực thăng hoặc hệ thống di động và có thể bao gồm nhiều dặm hoặc
hàng trăm dặm đường ống mỗi ngày. Thông thường, tạo ảnh nhiệt đắt tiền được yêu cầu để chọn
lên sự khác biệt nhiệt độ nhỏ giữa khí tự nhiên bị rò rỉ và môi trường xung quanh. Trong
Ngoài ra, hình ảnh nhiệt sẽ không hiệu quả nếu nhiệt độ của khí tự nhiên là không
khác biệt so với môi trường xung quanh.
Multi-bước sóng hoặc hình ảnh liên quang có thể