據麥姆斯咨詢報道，近期，中國科學院安徽光學精密機械研究所（簡稱“安光所”）徐亮研究員團隊在傅立葉紅外光譜氣體探測技術上取得新進展，實現了污染氣云三維圖像的被動遙測，該研究為氣體泄漏成分分析、泄漏源精準定位和擴散態勢評估提供了全新的技術路線。相關研究成果以“Three-dimensional
reconstruction of a leaking gas cloud based on two scanning FTIR
remote-sensing imaging systems”為題發表在國際知名光學期刊Optics Express上，并被選為“Editor’s Pick”文章，博士生胡運優為論文第一作者。
安光所的研究團隊負責人徐亮表示：“隨著社會的快速發展，現在世界各地都有大型設施儲存著有毒、有害、易燃易爆化學品。如果其中一個設施發生泄漏，快速了解其成分、濃度、位置和分布非常重要。”在發表的論文中，研究團隊描述了他們提出的新方法，將來自兩個遠程傅里葉變換紅外光譜（FTIR）成像系統的信息與來自GPS和陀螺儀傳感器的精確定位信息相結合，以在谷歌地球（Google Earth）數字地圖上創建疊加氣云的三維圖像。該論文第一作者胡運優說：“以前，當泄漏發生時，氣體的具體位置和移動方向無法確定。我們提出的氣云三維重建的方法可用于精確找到泄漏氣體的經度和緯度。這一信息對于確定可能暴露的人員，以及快速阻止泄漏以減少釋放到大氣中的氣體非常重要。”紅外光譜成像檢測技術，是以FTIR氣體探測技術為基礎的在線監測技術，它具備監測距離遠、監控范圍廣、靈敏度高、監測成分多等特點，可實現泄漏氣云的成分甄別、柱濃度定量和圖像再現。然而，單個FTIR遙感成像系統只能提供氣體泄漏的二維信息。為了獲得氣云的三維圖像，研究團隊使用兩個FTIR遙感成像系統從不同角度獲得氣云的二維測量數據。然后，這些信息與使用GPS和陀螺儀傳感器獲得的位置信息進行空間配準。將數據輸入計算機層析成像算法，即同步代數重建技術（SART），最終生成氣云的三維重建。
圖2?雙機掃描成像原理圖胡運優說：“三維重建氣云中的每一個體素或三維像素都包含有關氣體相對地面的經度、緯度、濃度和高度的三維信息。使用GPS和陀螺儀傳感器對監測空間進行精確定位是實現氣云三維定量重建的關鍵。”研究團隊在戶外現場實驗中測試了他們的方法，在該實驗中，他們使用兩個掃描FTIR遙感成像系統，對在約315立方米的空間中兩分鐘內釋放的少量六氟化硫（SF6）和甲烷（CH4）進行了遠程監測。他們成功地生成氣云的三維重建，其中包含兩種氣體的經度、緯度、高度和濃度分布信息。
圖3?基于雙機掃描的SF6氣云三維圖像
圖4?基于雙機掃描的CH4氣云三維圖像胡運優說：“為了將我們的技術應用于實際場景中，需要在監控區域周圍安裝兩個或多個掃描FTIR成像系統，以形成交叉掃描網絡。我們提出的方法可用于泄漏氣云的三維重建，進而可用于查找泄漏源并提供早期預警信息。”研究團隊目前正在優化重建方法，并在多個化工園區開展氣體泄漏早期預警測試。如近日某廠區發生泄漏事故后，團隊應邀使用開發的系統獲取了廠內風險區域的泄漏成分、泄漏位置，并與現場工作人員的核驗結果吻合，為裝置復產試車提供了準確的監測數據，為安全復工提供了有力的技術保障。
論文信息：
https://doi.org/10.1364/OE.460640
延伸閱讀：
《氣體傳感器技術及市場-2022版》
《盛思銳氣體傳感器SGP40產品分析》
