基于TDLAS技术的甲烷气体浓度识别系统

阚玲玲 叶 蕾 王喜良 陈建玲 宋福政

（1.东北石油大学电气信息工程学院；2.上汽通用东岳汽车有限公司冲压车间；3.中海石油（中国）有限公司天津分公司；4.大庆油田有限责任公司第五采油厂第五油矿高一队）

天然气的主要成分是易燃易爆的甲烷（CH4）气体。 由于甲烷能够吸收特定波长的红外辐射，近年来，基于红外检测技术的天然气管道泄漏检测方法得到广泛关注［1，2］。 现阶段，利用可调谐二极管激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）测量气体浓度已广泛应用［3］。为了降低TDLAS系统的检测限，针对系统中无法避免的干扰和噪声，越来越多的后续处理算法被研究和应用［4］。2014年，吉林大学郑传涛课题组在TDLAS系统中引入小波去噪 （WD），最小检测限（MDL）从4ppm（1ppm=0.001‰）降到了1ppm，在4～50ppm浓度范围内，最大检测误差从6.2%降至3.8%［5］。 2015年安徽大学课题组提出了一种基于离散小波变换（DWT）的方法，选择最佳小波可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）进行自适应处理，用于分子光谱和痕量气体检测等定量分析［6］。 2018年，Song F等采用带间级联激光器作为光源，通过在光源驱动中加入噪声，实现自适应抑制噪声的甲烷检测系统［7］。2018年，山东大学杨仁弟将经验模态分解用于降低TDLAS系统的本底信号［8］。2020年，王志芳等采用集合经验模态分解算法（EEMD）结合小波方法对气体光谱数据进行了预处理，从噪声中提取微弱信号进行气体浓度测定［9］。

笔者首先搭建了一套基于TDLAS技术的甲烷气体浓度识别系统， 检测浓度分别为10、30、987ppm的标准甲烷气体，用Matlab软件拟合成一条标准浓度的甲烷直线，然后用浓度为987ppm的标 准 气 体 配 比 了 浓 度 为299.1、448.6、548.3、658.0、822.5、897.3ppm的甲烷气体， 用以验证配比精度。……