Forskare har utvecklat ett infrarött bildsystem som en dag kan erbjuda billiga, realtidsdetektering av metangasläckage i rörledningar och vid olje- och gasanläggningar. Läckage av metan, huvudkomponenten i naturgas, kan vara dyrt och farligt samtidigt som det bidrar till klimatförändringarna som växthusgas.

"Trots att metangas är osynlig för ögat, vi har utvecklat en metod för färgkodning av denna gasinformation och överlagring av den på en konventionell kamerabild, "säger Dr Graham M. Gibson från University of Glasgow, Skottland, som ledde det tekniska arbetet. "Detta gör att användaren som använder kameran kan se sig omkring, identifiera saker och se ett överlägg över var gasen finns. "

Gibson, tillsammans med resten av forskargruppen, arbetade med M Squared för att utveckla realtids infrarött bildsystem. I tidskriften The Optical Society Optik Express , forskarna visar att systemet kan hämta videor av metangas som läcker från ett rör med cirka 0,2 liter per minut. Tekniken kan också utökas till andra våglängder eller våglängder, möjliggör detektering av en mängd gaser och kemikalier.

Dr Graeme Malcolm OBE, VD och grundare av M Squared, sade:"En av utmaningarna ur en kommersiell synvinkel har varit att översätta infraröd teknik till större marknader där prispunkter är känsliga. Denna nya teknik kan göra att infraröd avbildning och avkänning blir lättare tillgänglig och hjälper till att förbättra miljön genom att minska gasförluster inom olje- och gasindustrin. "

Kombinera teknik

Även om kommersiella system som använder avbildning för att detektera metangas är tillgängliga, de är väldigt dyra och fungerar inte bra under alla miljöförhållanden. Det nya bildsystemet kan erbjuda ett billigare och känsligare sätt att upptäcka metangas under olika förhållanden. Den innehåller aktiv hyperspektral bildteknologi som utvecklats av M Squared och en enda pixelkamera som utvecklats av Glasgow-forskargruppen.

Systemet utför hyperspektral avbildning genom att projicera en serie infraröda ljusmönster på scenen med en laservåglängd som absorberas av metan. Dessa mönster skapas med en laser och liten enhet med hundratusentals rörliga speglar, känd som en digital mikromirror. En bild som visar var metan har absorberat ljuset rekonstrueras genom att detektera ljuset som sprider sig från scenen och beräkna det med de ursprungliga projicerade mönstren.

Det faktum att det nya metangasavbildningssystemet använder aktiv belysning - vilket betyder att det ger sin egen ljuskälla - har flera fördelar jämfört med de passiva belysningssystem som används i för närvarande tillgängliga gasdetektorer, inklusive system som detekterar gas med hjälp av temperaturskillnader.

Dr Nils Hempler, Innovationschef på M Squared, sade:"För system som använder passiv belysning, mörker eller regn kommer att orsaka att signalen som når bildsystemet varierar eller inte finns. En aktiv belysningskälla är oberoende av miljöförändringar, inklusive förändringar i temperatur eller ljus, och ger ökad kontrast och högre känslighet. "

Forskarna använde en enda pixelkamera för att mäta ljuset som sprids från scenen eftersom traditionella kameror med miljoner pixlar antingen är otillgängliga eller oöverkomligt dyra i de infraröda våglängderna. Enpixelkameran är nyckeln till att skapa ett kommersiellt metangasavbildningssystem som kan kosta bara några tusen dollar, betydligt mindre än dagens kommersiellt tillgängliga gasdetekteringsbildare. Eftersom systemet inte använder några skannrar eller andra rörliga delar, det kan enkelt förvandlas till ett bärbart instrument.

I tidningen, forskarna visade att deras system kunde avbilda metangas som läcker från ett rör cirka 1 meter från kameran med en bildhastighet för bildhastighet på cirka 25 bilder per sekund. De demonstrerade också att deras metod var känslig för metan även när andra gaser fanns mellan kameran och metan.

"En av de saker vi hittade är att vi inte nödvändigtvis behöver högupplösta bilder när vi upptäcker gasläckor, "sa Gibson." En relativt snabb bildhastighet på din kamera ger mer information om var gasen läcker ifrån än att ha bilder med mycket hög upplösning. "

Flyttar från labbet

Ett av nästa steg för forskarna är att demonstrera sin bildinställning utanför den kontrollerade laboratoriemiljön för att se hur den fungerar i verkliga scenarier. De vill också prova tillvägagångssättet med mer kraftfulla lasrar, vilket kan tillåta avbildning från ett större avstånd och öka känsligheten för gasdetekteringen.

"Att använda bredjusterbara laserkällor snarare än den fasta våglängdskällan som används i detta dokument kan utöka denna metod till detektion av andra kolväten, hotmaterial som kemiska krigföringsmedel och sprängämnen, och andra biologiskt viktiga ämnen som används inom vård och diagnostik, sa Hempler.