Design of an Optical Fiber-Coupled Sensor for Ambient Methane Measurement
Notice bibliographique
Résumé
A tunable diode laser system was developed for remote monitoring of ambient methane using fiber optically connected all-optical sensor heads. Experiments were performed to quantitatively evaluate the influence of selected system hardware and software configurations, with the further goal of enabling measurements of ambient methane concentrations over an intrinsically-safe fiber optic network at sufficient precision and sensitivity to detect unknown fugitive emission sources. The designed system could switch between the sweep integration (SI) and wavelength modulation spectroscopy (WMS) detection methods, which inferred the methane volume mixing ratio from an absorption or second-harmonic (2f) feature respectively. Signals controlling the laser injection current were optimized to balance trade-offs between measurement precision and system sensitivity, and fiber optic components were thermally stabilized to reduce system drift. Starting from this base system, experiments were performed to evaluate the effectiveness of theory-based and experimental calibration methods, software and dual laser approaches to estimating the absorption-free intensity, different signal processing approaches to suppress effects of residual amplitude modulation (RAM) of the laser output intensity, and methods to reduce system drift. Tests also considered effects of varying fiber lengths between the central laser control hardware and the remotely located optical sensor heads. Finally, long-term stability was evaluated by quantifying bias (drift) and precision uncertainty in tests up to 16 months after initial calibration. The best measurement performance was achieved using the WMS method with thermally stabilized optical components within the central control hardware combined with a theory-based calibration, automated daily calibration supported by concurrent softwarebased estimation of the absorption-free intensity, and pair-wise averaging of the 2f feature maxima in each sweep period to suppress effects of RAM. At an averaging time of 1 s and methane concentrations between 1.0 and 50 ppm v , the system implementing the 2f-WMS method surpassed the methane volume mixing ratio measurement targets with a precision of 1.6 ppm v (absorbance of 6.5710 -7 cm -1 ) and lower detection limit (LDL) of 1.5 ppm v (6.1310 -7 cm -1 ). In achieving these values, thermal stabilization was responsible for a 93% reduction in the precision uncertainty; adding the concurrent software-based absorption-free intensity estimate netted a further reduction of 73%; and implementing RAM suppression via pair-wise averaging of the resolved 2f features within each sweep period technique allowed a further reduction of 9%.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».