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可以探测甲烷的硅光子光谱仪问世

文章来源:麦姆斯咨询 作者:【未知】 点击:次 时间:2017/11/6 11:13:01
据麦姆斯咨询报道,IBM研究人员已研制出吸收光谱平台,可以扩展到红外光谱“指纹区”。IBM公司Thomas J. Watson研究中心的团队展示了一种基于硅光子技术的芯片级光谱仪,对甲烷的探测灵敏度达100ppm。 可以探测甲烷的硅光子光谱仪问世 该平台采用光纤连接1650 nm半导体激光器和砷化镓铟(InGaAs)近红外探测器来探测甲烷浓度,并使用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)。 这种方式为未来用于气体泄漏检测和废气偷排监测等应用提供低成本、高灵敏度的甲烷探测器解决方案。IBM研究人员表明,光谱范围可以从中红外扩展到8um波长区域,也就是能探测到分子振动的“指纹区”,因此潜在应用范围变得更加广泛了。 在刚刚出版的Optica论文中,团队谈到“研究结果表明,我们有潜力提供可以量产的、低成本的集成光子芯片传感器,并满足大气中气体成分和污染物测量对灵敏度和分子特性要求。” 可扩展性问题 最先进的TDLAS系统已经证明了其探测ppm级气体的能力,手持式设备使用方便,但制造的可扩展性相对缺乏,因此目前想要在大型网络更广泛地部署有难度。 IBM团队的首席研究员William Green表示,“该方法使用了为光通信应用开发的元器件,对目前数万美元成本的甲烷传感光谱仪来讲,成本大幅降低。此外,由于没有运动部件,也没有精确温度控制的基本要求,这种传感器可以运行多年且几乎不需要维护。” 典型的用户可能包括石油和天然气公司,他们能够立即发现和测量泄漏,而不再依赖常规的专业检查。 “在天然气开采和传输过程中,当油井设备故障、阀门卡住或管道出现裂纹时,甲烷会泄漏到空气中,”Green补充道,“我们正在开发方法来使用这种芯片级光谱创建传感器网络,例如可以分布在井场网络。这些传感器的数据由IBM的物理分析软件处理,能自动查明泄漏的位置,并量化泄漏量。” 虽然甲烷只是构成地球大气层的气体混合物中很小的一部分,但它的温室效应远远强于我们耳熟能详的二氧化碳。据联合国世界气象组织(WMO)的数据,后者的浓度已经上升到800000年来的最高水平。 WMO在10月30日发布的《温室气体公报》中也提到甲烷浓度已经上升到1853 ppb,相比1984年的1650 ppb水平有所上升,相比工业革命前的水平已经增加两倍。
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