This paper presents systems and methods for quantifying trace and/or ultra-trace substances in natural gas pipelines, such as H2S or H2O. The system and method employ tunable lasers, such as tunable diode lasers, vertical cavity surface emitting lasers VCSEL, external cavity diode lasers or vertical external cavity surface emitting lasers VECSEL or tunable quantum cascade lasers QCL. The laser generates an output beam in a set of one or more relatively narrow high-resolution wavelength bands at scanning frequencies ranging from about 0.1Hz to about 1000Hz. The output beam from the laser is directed to the flow pool through a natural gas sample comprising trace amounts of matter of interest. The optical detector receives light from the flow cell, generates a signal indicating absorption attenuation, and determines the concentration of the trace substance according to the signal.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体测量系统相关申请案的交叉参考本申请案主张2016年7月25日提出申请的美国申请案第62/366,594号的权益，所述申请案的全部揭示内容特此以引用方式并入。
本专利技术大体来说涉及检测及测量样本中的气体的系统及方法。更特定来说，在某些实施例中，本专利技术涉及用于将气体样本(例如，天然气样本)中的稀有物质(例如，硫化氢)量化的吸收光谱学测量系统及方法。
技术介绍
天然气对于各个实业公司(例如发电)满足严格的法规限制及提供更清洁替代品以减少装备维护及服务来说已变得更加重要。随着在美国及海外市场更多的基础设施及压裂井供应激增，可靠传统天然气储备与更具物理构成变化性的天然气供应混合或由其代替。天然气供应变得越来可用。分配站点及相关联基础设施(如港口)使得如压缩天然气(CNG)及液化天然气(LNG)等产品更可用于代替例如煤炭及石油等其它化石燃料。然而，由于这些传统来源及新型源在管道中混合且成为可出售产品，混合物变得更多样，且如果公司想要满足消费者期望那么需要更准确且更高的时间分辨率来连续测试出非所要污染物。天然气主要是由甲烷(CH4)及碳氢化合物气体以及例如二氧化碳(C...
【技术保护点】
1.一种用于测量天然气样本中的痕量级及/或超痕量的第一气体的光谱测量系统，所述系统包括：激光器，其用于以从约0.1Hz到约1000Hz的扫描频度在一组一或多个离散或连续的波长频带内产生在所述一组一或多个离散或连续的波长频带内的输出束；传输光学器件，其用于将所述输出束从可调谐二极管激光器引导及/或成形到所述天然气样本；光学检测器，其用于从所述天然气样本接收光且产生与所述所接收到的光对应的检测器信号；及计算装置的处理器及上面存储有指令的存储器(非暂时性计算机可读媒体)，其中所述指令在由所述处理器执行时致使所述处理器依据与所述所接收到的光对应的所述信号来计算所述天然气样本中的所述...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.25 US 62/366,5941.一种用于测量天然气样本中的痕量级及/或超痕量的第一气体的光谱测量系统，所述系统包括：激光器，其用于以从约0.1Hz到约1000Hz的扫描频度在一组一或多个离散或连续的波长频带内产生在所述一组一或多个离散或连续的波长频带内的输出束；传输光学器件，其用于将所述输出束从可调谐二极管激光器引导及/或成形到所述天然气样本；光学检测器，其用于从所述天然气样本接收光且产生与所述所接收到的光对应的检测器信号；及计算装置的处理器及上面存储有指令的存储器(非暂时性计算机可读媒体)，其中所述指令在由所述处理器执行时致使所述处理器依据与所述所接收到的光对应的所述信号来计算所述天然气样本中的所述痕量级及/或超痕量级的所述第一气体。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一气体是硫化氢，且其中所述一组一或多个离散或连续的波长频带包括以下频带(i)及(ii)中的一或多者：(i)宽度为至少0.05cm-1的第一频带，所述第一频带含有介于5066cm-1与5076cm-1之间的至少一个值；及(ii)宽度为至少0.05cm-1的第二频带，所述第二频带含有介于5086cm-1与5097cm-1之间的至少一个值。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时致使所述处理器将所述激光器的波长扫描与所述检测器信号同步，以在时域中将对所述检测器信号的测量与所述波长扫描对准来生成吸收光谱。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时致使所述处理器分析所述所生成的吸收以确定所述天然气样本中的所述痕量级及/或超痕量级的所述第一气体。5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述天然气样本是至少20％的甲烷及/或超痕量。6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时识别与所述天然气样本中的甲烷对应的吸收峰值，且使用与甲烷对应的所述吸收峰值来对所述激光器的输出波长(或频率)进行线锁定(或等效地，频率负载锁定)且使所述激光器的一或多个输出波长频带稳定，借此在不使用单独参考气体池的情况下减小由激光器漂移所导致的误差。7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其进一步包括补充光学检测器，所述补充光学检测器用于从所述激光器的未穿过所述天然气样本的所述输出束接收光且用于产生所得补充信号，其中所述指令在由所述处理器执行时对所述补充信号进行分析以确定参考通道基线标志且从样本气体基线信号(所述样本气体基线信号是依据与从所述天然气样本接收到的所述光对应的光电检测器信号而确定)减去所述参考通道基线标志，借此减少噪声。8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其进一步包括样本气体调节系统。9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其进一步包括流动控制装置，所述流动控制装置用于控制所述天然气样本进入/穿过所述流动池的流动速率。10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其进一步包括泵，所述泵用于在所述天然气样本流动进入/穿过所述流动池之前控制及/或减小所述样本的压力。11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其进一步包括真空泵，所述真空泵用于为所述流动池中的所述天然气样本产生真空(减小的压力)。12.一种用于测量天然气样本中的痕量级及/或超痕量级的第一气体的光谱测量方法，所述方法包括：以从约0.1Hz到约1000Hz的扫描频度在一组一或多个离散或连续的波长频带内产生在所述一组一或多个离散或连续的波长频带内的输出束；将天然气样本引入到流动池中，其中所述天然气样本包括痕量级及/或超痕量级；将所述输出束从可调谐二极管激光器引导及/或成形到所述天然气样本；由光学检测器从所述天然气样本接收光且产生与所述所接收到的光对应的检测器信号；及由计算装置的处理器及上面存储有指令...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·泽梅克，R·M·卡兰杰洛，叶宏柯，A·赖特，
申请(专利权)人：MKS仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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