英國科學家研發(fā)用于微型水下自動機器人的傳感器

據麥姆斯咨詢報道，檢測海洋甲烷和碳氫化合物水平是新一代低成本光纖同位素探測器的目標，這也是英國南安普頓大學光電子研究中心的一個著名研究項目。

由英國南安普頓大學光電子研究中心Rand Ismaeel博士領導的團隊將用英國皇家工程院（Royal Academy of Engineering）提供的五年期研究獎學金開發(fā)用于微型水下自動機器人（Autonomous Underwater Vehicles，以下簡稱：AUVs）的傳感器。

甲烷是一種溫室效應性能很強的氣體，以水合物的形式大量存在于海底的冰狀倉庫。光電子研究中心成員評論說：“海洋溫度升高會導致這些水合物分解并向大氣釋放出封存多年的甲烷，從而加劇溫室效應，導致全球變暖?！?/p>

評估甲烷的轉化程度

光電子研究中心、英國國家海洋學中心（National Oceanography Centre， NOC）、Planet Ocean和法國里昂大學（Université de Lyon）的聯合項目旨在提供一種高效且經濟的技術，以了解甲烷在不同深度和溫度下的轉化程度，以及在大氣中的排放模式。除了獲得甲烷分布圖外，該研究項目還將設計光學傳感器，為石油管道故障提供有效的早期預警系統(tǒng)，減輕災難和嚴重的環(huán)境影響。

Ismaeel博士評論說：“這項研究項目改變了笨重、可靠性低且昂貴的海洋碳氫化合物檢測技術現狀，帶來了適用于低成本海洋勘測的新一代海洋光子傳感器。通過引入該類智能工具，將有可能徹底改變石油和天然氣公司執(zhí)行管道檢查的方式，或許將出臺新的政策及法規(guī)，強制石油和天然氣公司執(zhí)行相關檢查并提高檢查頻率?！?/p>

“這些新傳感器獲取有關海洋甲烷生命周期的重要原始數據，將提供有關甲烷、甲烷水合物與全球變暖之間相互作用的新見解。至關重要的是，我們必須提供最新的科學進展來幫助應對此類全球性挑戰(zhàn)?！?/p>

改進傳統(tǒng)方法

市售的甲烷和碳氫化合物傳感器均基于從水中提取的氣體，響應時間和選擇性都會受到影響。并且也不兼容集成到AUVs中，需要固定安裝在大型航行器或滑翔機上。

新型探測器將首次實現了無需轉換為氣態(tài)，在近紅外光譜測量和區(qū)分溶解在海洋中的碳氫化合物。該探測器將被設計得緊湊、高效和低功耗，以匹配水下自動機器人ecoSUB的鼻子，這是Planet Ocean的一部分。Ismaeel博士將與Planet Ocean的項目合作伙伴密切合作，將光纖傳感器無縫集成到水下航行器。

這種高效設計采用了Ismaeel博士在光電子研究中心博士及博士后期間研究的光循環(huán)技術。幾何體中的光將在光纖中來回循環(huán)，并在與目標分子吸收的波長相匹配的特定波長下發(fā)生共振。

為了進一步提高對甲烷的甄別能力，光電子研究中心將與里昂大學及挪威北極圈大學（Arctic University of Norway）合作開發(fā)選擇層。該項目將多參數V-lux熒光計集成到由項目合作伙伴Chelsea Technologies Group開發(fā)并提供實物的水下自動機器人ecoSUB中。

傳感器性能測試將在英國國家海洋學中心的世界級壓力和環(huán)境測試設施中進行，承受水下6000米的壓力，溫度為2°C，光電子研究中心與Blue Ocean Monitoring、石油和天然氣公司合作進行管道檢查的現場測試。
責編AJX