中科院安光所新型甲烷成像遥测仪器引领行业技术升级

甲烷泄漏检测是油气能源安全与环保监测的核心环节，其检测技术的精准度与稳定性，直接决定着管道运维安全与温室气体减排成效。近日，中国科学院安徽光学精密机械研究所（以下简称“安光所”）张志荣研究员团队传来捷报，其在激光甲烷检测仪器研发领域取得重大技术突破，自主研发的甲烷泄漏激光 气云三维成像与定量反演系统，成功破解了传统设备的多重行业痛点。

当前，行业内主流甲烷检测设备仍存在诸多技术短板，难以适配复杂工业场景的实际需求：传统激光云台单点检测仪仅能获取局部浓度数据，抗风速干扰能力弱，易出现漏报、误报；被动阵列探测器成像类仪器气体选择性差，受背景热辐射影响显著；主动阵列高分辨率成像仪器硬件成本居高不下；传统扫描成像仪器则受回光效率低、视场受限、扫描滞后等问题制约，无法同步实现微泄漏可视化、泄漏点定位与泄漏率定量识别三大核心目标。

针对这些行业痛点，安光所张志荣团队以可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）为基础，开展创新性优化与系统集成设计，核心突破在于实现检测光束“动态扫描”的特殊处理，成功研发出高性能甲烷三维气云成像遥测系统，并构建起全新的泄漏率量化反演方法，填补了行业内“精准成像+定量反演+低成本集成”的技术空白。

从仪器硬件架构分析，这款新型甲烷成像遥测系统由光收发模块、硬件电路、自研扫描云台与上位机四部分构成，核心设计亮点在于采用收发同轴光路结构。这一设计大幅提升了开放光路长距离后向散射回波的耦合效率，显著降低光学损耗，有效解决了传统扫描仪器回光效率低的核心难题，为仪器实现长距离精准检测筑牢硬件基础。同时，自研扫描云台的应用，突破了传统云台扫描滞后、视场受限的局限，实现检测范围的全面覆盖与检测精度的提升，兼顾了仪器的实用性与稳定性。

在软件算法与核心功能方面，该系统的创新之处在于将扫描获取的路径积分浓度数据与风场模拟深度耦合，建立基于通量原理的泄漏率反演算法，首次实现甲烷泄漏“定性、定量、定形、定位”一体化检测。不同于传统检测仪器仅能实现定性判断，该系统可精准输出泄漏气云的三维成像、泄漏点具体位置及泄漏率精准数据，真正实现泄漏感知从“粗略判断”到“精准量化”的跨越，这也是该仪器相较于同类产品的核心竞争力。

该仪器的实战性能已通过国家重大能源工程的严格验证。目前，这款新型甲烷成像遥测系统已在中缅、中俄油气管道等国家重要能源作业区完成示范应用，覆盖高温、高湿、雨雾雪、高风速、强光等各类复杂恶劣环境。现场测试数据表明，该系统在极端环境下可有效抵御外界干扰，稳定输出高质量气云成像与泄漏率数据，全程未出现漏报、误报情况，综合性能显著优于传统激光云台设备，为泄漏源的稳定分析与精准定位提供了坚实技术支撑。

从行业发展角度来看，该仪器的研发成功具有重要的产业价值与战略意义。当前，全 球管道检测市场规模持续扩大，2025年预计突破85亿美元，其中油气领域检测需求占比达52%。我国作为亚太地区管道检测市场的核心增长极，正迫切需要自主可控的高端检测仪器打破技术依赖。安光所此次研发的新型甲烷成像遥测系统，不仅实现核心技术自主创新，其模块化、高稳定性的设计也更适配我国油气管道等场景的实际运维需求，为油气管网甲烷泄漏智能监测与精准减排提供了全新技术路径。

这一技术突破推动我国甲烷检测仪器从“跟随模仿”向“自主引领”转变，逐步构建起“安全监测无死角、风险预警微感知、运维决策数智化”的智能监测闭环。业内专家指出，该仪器的推广应用，将进一步提升我国能源应急安全防控水平，助力“双碳”目标实现，同时也为我国高端气体检测仪器的产业化发展提供了可借鉴的研发模式——立足核心原理创新，聚焦行业实际需求，实现技术突破与场景应用的深度融合。

据悉，张志荣团队后续将进一步优化仪器的小型化、便携化设计，降低产业化成本，推动该技术在油气、化工、市政等更多领域规模化应用，持续为我国高端仪器设备领域的自主创新注入新动力。