СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ГАЗА

1. Спектроскопическая система для измерения следового уровня и/или ультраследового уровня содержания сероводорода в образце природного газа, содержащая:
лазер для генерации выходного пучка в совокупности из одного или более дискретных или непрерывных диапазонов длин волн при частоте сканирования от примерно 0,1 Гц до примерно 1000 Гц в указанной совокупности из одной или более дискретных или непрерывных диапазонов длин волн;
передающую оптику для направления и/или формирования выходного пучка от лазера к образцу природного газа;
оптический детектор для приема света из образца природного газа и выработки детекторного сигнала, соответствующего принятому свету; и
процессор вычислительного устройства и запоминающее устройство (некратковременный компьютерочитаемый носитель), в котором хранятся инструкции, которые при их исполнении процессором, побуждают процессор вычислять следовой и/или ультраследовой уровень содержания сероводорода в образце природного газа на основании сигнала, соответствующего принятому свету, причем
совокупность из одного или более дискретных или непрерывных диапазонов длин волн содержит один или оба диапазона (i) и (ii) из следующих:
-1
-1
-1
(i) первого диапазона шириной по меньшей мере 0,05 см, содержащего по меньшей мере одно значение волнового числа в диапазоне от 5066 см до 5076 см; и
-1
-1
-1
(ii) второго диапазона шириной, по меньшей мере, 0,05 см, содержащего по меньшей мере одно значение волнового числа в диапазоне от 5086 см до 5097 см
2. Система по п. 1, в которой инструкции при их исполнении их процессором побуждают процессор синхронизировать сканирование по длине волны лазера с сигналом детектора для выравнивания во временной области результата измерения сигнала детектора со сканированием по длине волны для генерации спектра поглощения.
3. Система по п. 2, в которой инструкции при их исполнении их процессором побуждают процессор анализировать выработанное поглощение для определения следового уровня и/или ультраследового уровня содержания сероводорода в образце природного газа.
4. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой образец природного газа содержит по меньшей мере 20% метана.
5. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой инструкции при их исполнении их процессором идентифицируют пик поглощения, соответствующий метану в образце природного газа, и используют пик поглощения, соответствующий метану, для блокировки линии (или, что эквивалентно, для блокировки частотной нагрузки) выходной длины волны (или частоты) лазера и стабилизации одного или более диапазонов выходных длин волн лазера, тем самым уменьшая ошибку, вызванную дрейфом лазера, без использования отдельной газовой ячейки сравнения.
6. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая дополнительный оптический детектор для приема света от выходного пучка лазера, который не проходит через образец природного газа, и для
получения результирующего дополнительного сигнала, причем
инструкции при их исполнении их процессором анализируют дополнительный сигнал для определения сигнатуры базовой линии канала сравнения и вычитают сигнатуру базовой линии канала сравнения из базового сигнала для образца газа (указанный базовый сигнал для образца газа определен из сигнала фотоприемника, соответствующего свету, принятому от образца природного газа), тем самым уменьшая шум.
7. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая систему кондиционирования образца газа.
8. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая устройство управления потоком для управления скоростью потока образца природного газа в/через проточную ячейку.
9. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая насос для регулирования и/или снижения давления образца природного газа перед подачей образца в/через проточную ячейку.
10. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая вакуумный насос для создания вакуума (пониженного давления) образца природного газа в проточной ячейке.
11. Спектроскопический способ измерения следового уровня и/или ультраследового уровня содержания сероводорода в образце природного газа, включающий:
генерирование выходного пучка из лазера в совокупности из одного или более дискретных или непрерывных диапазонов длин волн при частоте сканирования от примерно 0,1 Гц до примерно 1000 Гц в указанной совокупности из одного или более дискретных или непрерывных диапазонов длин волн;
введение образца природного газа в проточную ячейку, причем образец природного газа содержит следовой уровень следа и/или ультраследовой уровень содержания сероводорода;
направление и/или формирование выходного пучка от лазера к образцу природного газа;
прием света от образца природного газа оптическим детектором и выработку детекторного сигнала, соответствующего принятому свету; и
определение посредством процессора вычислительного устройства и запоминающего устройства (некратковременного компьютерочитаемого носителя), на котором хранятся инструкции, следового уровня и/или ультраследового уровня содержания сероводорода в образце природного газа на основании сигнала, соответствующего принятому свету,
причем совокупность из одного или более дискретных или непрерывных диапазонов длин волн содержит один или оба диапазона (i) и (ii) из следующих:
-1
-1
-1
(i) первого диапазона шириной по меньшей мере 0,05 см, содержащего по меньшей мере одно значение волнового числа в диапазоне от 5066 см до 5076 см; и
-1
-1
-1
(ii) второго диапазона шириной, по меньшей мере, 0,05 см, содержащего по меньшей мере одно значение волнового числа в диапазоне от 5086 см до 5097 см.
12. Способ по п. 11, дополнительно включающий синхронизацию, посредством процессора, сканирования по длине волны лазера с сигналом детектора для выравнивания во временной области измерения сигнала детектора со сканированием по длине волны для выработки спектра поглощения.
13. Способ по п. 12, дополнительно включающий анализ, посредством процессора, сгенерированного спектра поглощения для определения следового уровня и/или ультраследового уровня содержания сероводорода в образце природного газа.
14. Способ по п. 13, дополнительно включающий выполнение хемометрического анализа выработанного спектра поглощения во временной или частотной области (посредством демодуляции).
15. Способ по любому из пп. 11-14, в котором образец природного газа содержит по меньшей мере 20% метана.
16. Способ по любому из пп. 11-15, дополнительно включающий:
идентификацию, посредством процессора, пика поглощения, соответствующего метану в образце природного газа; и
использование пика поглощения, соответствующего метану, для блокировки линии (или, что эквивалентно, для блокировки частотной нагрузки) посредством процессора, выходной длины волны (или частоты) лазера и стабилизации одного или более диапазонов выходных длин волны лазера, что, тем самым, уменьшает ошибку, вызванную дрейфом лазера, без использования отдельной газовой ячейки сравнения.
17. Способ по любому из пп. 11-16, дополнительно включающий:
прием света от выходного пучка лазера, который не проходит через образец природного газа;
выработку результирующего дополнительного сигнала и
анализ, посредством процессора, дополнительного сигнала для определения сигнатуры базовой линии канала сравнения и вычитание сигнатуры базовой линии канала сравнения из базового сигнала образца газа (указанный базовый сигнал для образца газа определен из сигнала фотоприемника, соответствующего свету, принятому от образца природного газа), тем самым уменьшая шум.
18. Способ по любому из пп. 11-17, дополнительно включающий кондиционирование образца природного газа.
19. Способ по любому из пп. 11-18, дополнительно включающий управление скоростью потока образца природного газа в/через проточную ячейку.
20. Способ по любому из пп. 11-19, дополнительно включающий регулирование и/или снижение давления образца природного газа перед подачей образца в/через проточную ячейку.
21. Способ по любому из пп. 11-20, дополнительно включающий создание вакуума (пониженного давления) образца природного газа в проточной ячейке.
22. Система по любому из пп. 1-10, в которой лазер представляет собой компонент, выбранный из группы, состоящей из:
перестраиваемого диодного лазера (например, лазера с распределенной обратной связью (DFB), например, полупроводникового лазера с вертикальным резонатором и поверхностным излучением (VCSEL)),
диодного лазера с внешним резонатором или
полупроводникового лазера с вертикальным внешним резонатором и поверхностным излучением (VECSEL) и
перестраиваемого квантового каскадного лазера (QCL).
23. Способ по любому из пп. 11-21, в котором лазер представляет собой компонент, выбранный из группы, состоящей из:
перестраиваемого диодного лазера (например, лазера с распределенной обратной связью (DFB), например, полупроводникового лазера с вертикальным резонатором и поверхностным излучением (VCSEL)),
диодного лазера с внешним резонатором или
полупроводникового лазера с вертикальным внешним резонатором и поверхностным излучением (VECSEL) и
перестраиваемого квантового каскадного лазера (QCL).
24. Система измерения содержания сероводорода в природном газе, содержащая:
-1
-1
источник света, излучающий свет с частотой, по существу соответствующей линии поглощения сероводорода в диапазоне длин волн 5066-5076 см (1970-1974 нм) и/или в диапазоне длин волн 5086-5097 см (1962-1966 нм), причем источник света размещен с возможностью излучения света через природный газ;
первый детектор, выполненный с возможностью определения интенсивности света, излучаемого источником света;
второй детектор, выполненный с возможностью определения интенсивности света после прохождения через природный газ; и
модуль обработки, соединенный с первым и вторым детекторами для определения уровня содержания сероводорода в природном газе.
25. Система по п. 24, в которой источник света проводит сканирование в диапазоне длин волн с частотой от 10 Гц до 200 Гц.
-1
-1
26. Система по п. 25, в которой сигналы от детекторов дискретизированы с разрешением от 0,01 смдо 0,0001 см.