甲烷泄漏檢測是油氣能源安全與環(huán)保監(jiān)測的核心環(huán)節(jié)，其檢測技術(shù)的精準(zhǔn)度與穩(wěn)定性，直接決定著管道運(yùn)維安全與溫室氣體減排成效。近日，中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所（以下簡稱“安光所”）張志榮研究員團(tuán)隊(duì)傳來捷報(bào)，其在激光甲烷檢測儀器研發(fā)領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破，自主研發(fā)的甲烷泄漏激光 氣云三維成像與定量反演系統(tǒng)，成功破解了傳統(tǒng)設(shè)備的多重行業(yè)痛點(diǎn)。

當(dāng)前，行業(yè)內(nèi)主流甲烷檢測設(shè)備仍存在諸多技術(shù)短板，難以適配復(fù)雜工業(yè)場景的實(shí)際需求：傳統(tǒng)激光云臺單點(diǎn)檢測儀僅能獲取局部濃度數(shù)據(jù)，抗風(fēng)速干擾能力弱，易出現(xiàn)漏報(bào)、誤報(bào)；被動陣列探測器成像類儀器氣體選擇性差，受背景熱輻射影響顯著；主動陣列高分辨率成像儀器硬件成本居高不下；傳統(tǒng)掃描成像儀器則受回光效率低、視場受限、掃描滯后等問題制約，無法同步實(shí)現(xiàn)微泄漏可視化、泄漏點(diǎn)定位與泄漏率定量識別三大核心目標(biāo)。

針對這些行業(yè)痛點(diǎn)，安光所張志榮團(tuán)隊(duì)以可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）為基礎(chǔ)，開展創(chuàng)新性優(yōu)化與系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，核心突破在于實(shí)現(xiàn)檢測光束“動態(tài)掃描”的特殊處理，成功研發(fā)出高性能甲烷三維氣云成像遙測系統(tǒng)，并構(gòu)建起全新的泄漏率量化反演方法，填補(bǔ)了行業(yè)內(nèi)“精準(zhǔn)成像+定量反演+低成本集成”的技術(shù)空白。

從儀器硬件架構(gòu)分析，這款新型甲烷成像遙測系統(tǒng)由光收發(fā)模塊、硬件電路、自研掃描云臺與上位機(jī)四部分構(gòu)成，核心設(shè)計(jì)亮點(diǎn)在于采用收發(fā)同軸光路結(jié)構(gòu)。這一設(shè)計(jì)大幅提升了開放光路長距離后向散射回波的耦合效率，顯著降低光學(xué)損耗，有效解決了傳統(tǒng)掃描儀器回光效率低的核心難題，為儀器實(shí)現(xiàn)長距離精準(zhǔn)檢測筑牢硬件基礎(chǔ)。同時(shí)，自研掃描云臺的應(yīng)用，突破了傳統(tǒng)云臺掃描滯后、視場受限的局限，實(shí)現(xiàn)檢測范圍的全面覆蓋與檢測精度的提升，兼顧了儀器的實(shí)用性與穩(wěn)定性。

在軟件算法與核心功能方面，該系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于將掃描獲取的路徑積分濃度數(shù)據(jù)與風(fēng)場模擬深度耦合，建立基于通量原理的泄漏率反演算法，首次實(shí)現(xiàn)甲烷泄漏“定性、定量、定形、定位”一體化檢測。不同于傳統(tǒng)檢測儀器僅能實(shí)現(xiàn)定性判斷，該系統(tǒng)可精準(zhǔn)輸出泄漏氣云的三維成像、泄漏點(diǎn)具體位置及泄漏率精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，真正實(shí)現(xiàn)泄漏感知從“粗略判斷”到“精準(zhǔn)量化”的跨越，這也是該儀器相較于同類產(chǎn)品的核心競爭力。

該儀器的實(shí)戰(zhàn)性能已通過國家重大能源工程的嚴(yán)格驗(yàn)證。目前，這款新型甲烷成像遙測系統(tǒng)已在中緬、中俄油氣管道等國家重要能源作業(yè)區(qū)完成示范應(yīng)用，覆蓋高溫、高濕、雨霧雪、高風(fēng)速、強(qiáng)光等各類復(fù)雜惡劣環(huán)境。現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)在極端環(huán)境下可有效抵御外界干擾，穩(wěn)定輸出高質(zhì)量氣云成像與泄漏率數(shù)據(jù)，全程未出現(xiàn)漏報(bào)、誤報(bào)情況，綜合性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)激光云臺設(shè)備，為泄漏源的穩(wěn)定分析與精準(zhǔn)定位提供了堅(jiān)實(shí)技術(shù)支撐。

從行業(yè)發(fā)展角度來看，該儀器的研發(fā)成功具有重要的產(chǎn)業(yè)價(jià)值與戰(zhàn)略意義。當(dāng)前，全 球管道檢測市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，2025年預(yù)計(jì)突破85億美元，其中油氣領(lǐng)域檢測需求占比達(dá)52%。我國作為亞太地區(qū)管道檢測市場的核心增長極，正迫切需要自主可控的高端檢測儀器打破技術(shù)依賴。安光所此次研發(fā)的新型甲烷成像遙測系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)自主創(chuàng)新，其模塊化、高穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)也更適配我國油氣管道等場景的實(shí)際運(yùn)維需求，為油氣管網(wǎng)甲烷泄漏智能監(jiān)測與精準(zhǔn)減排提供了全新技術(shù)路徑。

這一技術(shù)突破推動我國甲烷檢測儀器從“跟隨模仿”向“自主引領(lǐng)”轉(zhuǎn)變，逐步構(gòu)建起“安全監(jiān)測無死角、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警微感知、運(yùn)維決策數(shù)智化”的智能監(jiān)測閉環(huán)。業(yè)內(nèi)專家指出，該儀器的推廣應(yīng)用，將進(jìn)一步提升我國能源應(yīng)急安全防控水平，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也為我國高端氣體檢測儀器的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了可借鑒的研發(fā)模式——立足核心原理創(chuàng)新，聚焦行業(yè)實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破與場景應(yīng)用的深度融合。

據(jù)悉，張志榮團(tuán)隊(duì)后續(xù)將進(jìn)一步優(yōu)化儀器的小型化、便攜化設(shè)計(jì)，降低產(chǎn)業(yè)化成本，推動該技術(shù)在油氣、化工、市政等更多領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用，持續(xù)為我國高端儀器設(shè)備領(lǐng)域的自主創(chuàng)新注入新動力。