1. 目的及意义

我国是石油天然气产量大国，石油天然气是国家的支柱产业，也是经济命脉。在未来的几十年内石油天然气将继续是世界发展的主要能源。然而石油天然气储运场所和管道泄漏易造成重大生产安全事故，对这些重要场所的气体检测和智能监控是十分必要的。本课题基于TDLAS（可调谐激光吸收谱）要求采用多种传感器检测相关数据并做数据融合，提高监测精确度，降低误报率。优势在于无需预采样，实地测量气体，信息不易失真，无须动手标定，响应时间段，在有害气体的实施检测方面有广泛应用前景。

1.1国外研究现状

外国对TDLAS研究比较早，早在上世纪60年代，就出现了通过调节注入电流来调制半导体激光二极管的技术。上世纪70年代，Reid和Hinkley等人在前人工作的基础上，提出了可调谐二极管激光吸收光谱技术。伺候，用可调谐激光二极管来吸收光谱越来越受到人们的关注。但是这一时期所使用的激光器主要是铅盐半导体激光器，工作波长在中远红外范围。在当时，这类激光器以及相应的中远红外光电传感器对工作环境的温度要求苛刻，只能在非常低的温度下工作，且激光二极管价格高昂、系统复杂，很难应用于大规模的工业生产，因此在气体在线检测领域的应用受到限制。

直至上世纪80年代，Reid提出将波长调制技术(WMS，wavelength modulation spectroscopy)用于气体检测(基于TDLAS技术)的方法，同时推导了将二次谐波应用于气体浓度检测的表达式，提到了TDLAS测量的精度，促进了TDLAS技术的发展。最早在气体浓度测试方面引入光谱吸收式光纤传感技术的是日本Tohoku大学的H．Inaba 和K．Chan等，他们在光纤透射窗口波段范围内，做了一些针对气体传感的基本研究。1979 们提出将长距离光纤应用于大气污染检测方面p引。1983年他们用LED作 为度达到25 ％LEL，即气体爆炸下限。经过几十年的发展，TDLAS技术成功应用于气体检测中。德国、日本、美国、意大利、俄国和瑞典等国都在这方面做了大量的研究工作。例如： 1995 ，德国海德尔堡大学的P．Werle等人利用垂直外腔面发射激光器在760nm处探测O2浓度；1995年，意大利非线性光谱欧洲实验室利用分布反馈式激光二极管在1650nm处监测NH3的吸收；1996年，美国的D．M．Sonnemfor和R．M．Mihalcea体激光器和差频等非线性光学技术同时监测了CI-h、02和H20。

1.2国内研究现状

对CH4气体的检测目前国内主要采用化学方法和半导体传感器方法。但是这些仪器 存在传感器的“中毒”问题，因此如果长时间不校准就会影响检测效果。同时，这些仪 器也不宜检测高浓度的气体，这主要是因为高浓度气体会加速传感器的失效。并且，这些仪器在工作时，传感器的表面必须接触到待测气体，所以当这些仪器应用于大范围区 的检测时，成本会大大增加。 利用TDLAS技术对气体浓度进行检测的技术在国外起步较早。国内研究较早的是中科院安徽光学及精密机械研究所。上世纪80年代末国内高校和研究所对TDLAS技术的研究较多。1989年，西安光机所的郭栓运等在《差分光谱光纤气体传感器的基本原理》一文中阐述了差分光谱光纤气体传感器的相关知识，并介绍了一些应用实例1990 年，上海交通大学应用物理系的一个科研小组建立了一个甲烷气体浓度检测的实验装置。该装置的灵敏度可达7000ppm，约为CH4在大气中最低爆炸极限的13％.2000年，浙江大学的叶险峰采用中心波长为1.39m的LED作为光源，配合闪耀光栅，对CH4体进行了检测，检测灵敏度达到1300ppml4。2001年，燕山大学王玉田教授与郭增 军博士将光纤传感技术与计算机数据处理技术相结合，研制了一种基于养分吸收技术的 光纤甲烷气体检测仪。2004年，王玉田教授和他的研究小组对利用TDLAS方法进行气体检测做了进一步的研究与探索。

目前国内其它高校和研究所也在TDLAS方面进行积极的探索研究。哈尔滨工程大 学、哈尔滨工业大学、武汉理工大学、东南大学、华南理工大学、山西大学、太原理工大学、北京交通大学、安徽光学精密机械研究所、中国科学院电子学研究所等均开展了相关研究。

与此同时，国内一些优秀的企业硫化氢检测领域积极进行探索和尝试，如河南英特电气设备有限公司、深圳市元特科技有限公司等。