Onderzoekers hebben een infraroodbeeldvormingssysteem ontwikkeld dat op een dag goedkope, realtime detectie van methaangaslekken in pijpleidingen en bij olie- en gasfaciliteiten. Lekken van methaan, het hoofdbestanddeel van aardgas, kan duur en gevaarlijk zijn en tegelijkertijd bijdragen aan klimaatverandering als broeikasgas.

"Ondanks dat methaangas onzichtbaar is voor het oog, we hebben een methode ontwikkeld om deze gasinformatie in kleur te coderen en over een conventioneel camerabeeld te leggen, " zei Dr. Graham M. Gibson van de Universiteit van Glasgow, Schotland, die het technische werk leidde. "Hierdoor kan de gebruiker die de camera bedient om zich heen kijken, dingen identificeren en een overlay zien van waar het gas aanwezig is."

Gibson, samen met de rest van het onderzoeksteam, werkte samen met M Squared om het realtime infraroodbeeldvormingssysteem te ontwikkelen. In het tijdschrift The Optical Society Optica Express , de onderzoekers laten zien dat het systeem video's kan maken van methaangas dat uit een buis lekt met ongeveer 0,2 liter per minuut. De technologie kan ook worden uitgebreid naar andere golflengten of golflengtebereiken, waardoor de detectie van een groot aantal gassen en chemicaliën mogelijk is.

Dr. Graeme Malcolm OBE, CEO en mede-oprichter van M Squared, zei:"Een van de uitdagingen vanuit commercieel oogpunt was het vertalen van infraroodtechnologie naar grotere markten waar prijspunten gevoelig zijn. Deze nieuwe technologie zou infraroodbeeldvorming en -detectie gemakkelijker beschikbaar kunnen maken en het milieu helpen verbeteren door gasverliezen te verminderen in de olie- en gasindustrie."

Technologieën combineren

Hoewel er commerciële systemen beschikbaar zijn die beeldvorming gebruiken om methaangas te detecteren, ze zijn erg duur en werken niet goed onder alle omgevingsomstandigheden. Het nieuwe beeldvormingssysteem zou een minder dure en gevoelige manier kunnen bieden om methaangas in verschillende omstandigheden te detecteren. Het bevat actieve hyperspectrale beeldtechnologie die is ontwikkeld door M Squared en een camera met één pixel die is ontwikkeld door het onderzoeksteam van Glasgow.

Het systeem voert hyperspectrale beeldvorming uit door een reeks infraroodlichtpatronen op de scène te projecteren met behulp van een lasergolflengte die wordt geabsorbeerd door methaan. Deze patronen zijn gemaakt met een laser en een klein apparaatje met honderdduizenden bewegende spiegels, bekend als een digitaal microspiegelapparaat. Een afbeelding die laat zien waar methaan het licht heeft geabsorbeerd, wordt gereconstrueerd door het licht te detecteren dat van het tafereel wordt verstrooid en dit rekenkundig te vergelijken met de oorspronkelijke geprojecteerde patronen.

Het feit dat het nieuwe beeldvormingssysteem voor methaangas gebruikmaakt van actieve verlichting, wat betekent dat het zijn eigen lichtbron levert, biedt verschillende voordelen in vergelijking met de passieve verlichtingssystemen die in de momenteel beschikbare gasdetectoren worden gebruikt. inclusief systemen die gas detecteren met behulp van temperatuurverschillen.

Dr. Nils Hempler, Hoofd Innovatie bij M Squared, zei:"Voor systemen die passieve verlichting gebruiken, duisternis of regen zal ervoor zorgen dat het signaal dat het beeldvormingssysteem bereikt, varieert of niet bestaat. Een actieve verlichtingsbron is onafhankelijk van veranderingen in de omgeving, inclusief veranderingen in temperatuur of licht, en biedt verbeterd contrast en hogere gevoeligheden."

De onderzoekers gebruikten een camera met één pixel om het verstrooide licht te meten, omdat traditionele camera's met miljoenen pixels niet beschikbaar of onbetaalbaar zijn in de infrarode golflengten. De camera met één pixel is de sleutel tot het creëren van een commercieel beeldvormingssysteem voor methaangas dat misschien maar een paar duizend dollar kost, aanzienlijk minder dan de in de handel verkrijgbare gasdetectie-imagers van vandaag. Aangezien het systeem geen scanners of andere bewegende delen gebruikt, het kan gemakkelijk worden omgezet in een draagbaar instrument.

In de krant, de onderzoekers toonden aan dat hun systeem methaangas dat lekte uit een buis op ongeveer 1 meter van de camera kon afbeelden met een beeldsnelheid van ongeveer 25 frames per seconde. Ze toonden ook aan dat hun methode gevoelig was voor methaan, zelfs als er andere gassen aanwezig waren tussen de camera en methaan.

"Een van de dingen die we ontdekten, is dat we niet per se afbeeldingen met een hoge resolutie nodig hebben bij het detecteren van gaslekken, "zei Gibson. "Een relatief hoge framesnelheid op je camera geeft meer informatie over waar het gas lekt dan wanneer je beelden met een zeer hoge resolutie hebt."

Verhuizen uit het lab

Een van de volgende stappen voor de onderzoekers is om hun beeldvormingsopstelling buiten de gecontroleerde laboratoriumomgeving te demonstreren om te zien hoe het presteert in real-world scenario's. Ze willen de aanpak ook proberen met krachtigere lasers, waardoor beeldvorming vanaf een grotere afstand mogelijk is en de gevoeligheid van de gasdetectie toeneemt.

"Het gebruik van breed afstembare laserbronnen in plaats van de bron met vaste golflengte die in dit artikel wordt gebruikt, kan deze methode uitbreiden tot detectie van andere koolwaterstoffen, bedreigingsmaterialen zoals chemische oorlogsmiddelen en explosieven, en andere biologisch belangrijke stoffen die worden gebruikt in de gezondheidszorg en diagnostiek, ' zei Hempler.