新型传感器为低成本敏感甲烷测量铺平道路
研究人员开发了一种新的传感器，可以实用且低成本地检测低浓度的甲烷气体。测量甲烷排放和泄漏对各行各业都很重要，因为这种气体会导致全球变暖和空气污染。
农业和废弃物行业排放大量甲烷，由于天然气主要由甲烷组成，这对于石油和天然气行业的环境和经济因素也至关重要。
普林斯顿大学和美国海军研究实验室的研究人员展示了他们的新型气体传感器，该传感器使用带间级联发光器件 (ICLED) 来检测低至百万分之 0.1 的甲烷浓度。 ICLED 是一种新型的高功率 LED，可发出中红外光。研究人员希望这最终将为低成本、准确和灵敏的甲烷测量打开大门。这些传感器可用于更好地了解牲畜和奶牛场的甲烷排放量，并能够更准确、更广泛地监测气候危机。
基于激光的传感器目前是甲烷检测的黄金标准，但每个成本在 10,000 美元到 100,000 美元之间。使用基于激光的传感器来检测跨垃圾填埋场、石化设施、废水处理厂或农场的泄漏的传感器网络将非常昂贵。
虽然甲烷感应已通过中红外 LED 进行了演示，但性能受到可用设备产生的低光强度的限制。为了大幅提高灵敏度并开发实用的甲烷监测系统，研究人员使用了美国海军研究实验室开发的新型 ICLED。
他们开发的 ICLED 发出的功率大约是市售中红外 LED 产生的功率的 10 倍，并且有可能大规模生产。据研究人员称，这可以使基于 ICLED 的传感器成本低于 100 美元/传感器。
为了测量甲烷，新传感器测量通过不含甲烷的清洁空气传输的红外光，并将其与通过含有甲烷的空气传输进行比较。为了提高灵敏度，研究人员将来自大功率 ICLED 的红外光通过一米长的包含空气样本的空心光纤发送出去。光纤的内部涂有银，当光线沿着光纤传播到另一端的光电探测器时，会导致光线从其表面反射。这允许光与空气中的其他甲烷分子相互作用，从而提高光的吸收率。
为了测试新传感器，研究人员将已知浓度的甲烷注入空芯光纤，并将样品的红外传输与最先进的基于激光的传感器进行比较。 ICLED 传感器能够检测低至百万分之 0.1 的浓度，同时与校准标准和基于激光的传感器表现出极好的一致性。
据研究人员称，这种精确度足以监测甲烷污染源附近的排放。可以安装这些传感器阵列来测量大型设施的甲烷排放量，从而使操作员能够检测泄漏并以经济实惠的方式快速缓解泄漏。
研究人员计划通过研究提高中空光纤机械稳定性的方法来改进传感器的设计，使其适用于长期现场测量。他们还将研究极端天气条件以及环境湿度和温度的变化如何影响系统。由于大多数温室气体和许多其他化学物质都可以通过中红外光进行识别，因此甲烷传感器也可以适用于检测其他重要气体。
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