Presented herein are systems and methods directed to a multispectral absorption-based imaging approach offering improved detection, localization, and quantification of gas emission. The imaging technology described herein utilizes an optical sensor and broadband illumination in combination with specialized reflector installments mounted about the site. The optical sensor detects light (e.g., reflected) from locations along the reflector installment. Lines-of-sight from the optical sensor to locations along the reflector installment sweep out an "optical curtain" partially enclosing and/or forming a boundary near various assets to be monitored. Optical absorption signatures from leaking gas crossing the optical curtain can be used to detect, localize, and obtain quantitative measures characterizing the leak. Measurements from reflector installments can be combined with measurements obtained via reflection of ambient light from background materials in a hybrid approach that expands monitoring capabilities and offers improvements in detection.
G01M 3/20 - Examen de l'étanchéité des structures ou ouvrages vis-à-vis d'un fluide par utilisation d'un fluide ou en faisant le vide par détection de la présence du fluide à l'emplacement de la fuite en utilisant des révélateurs particuliers, p.ex. teinture, produits fluorescents, produits radioactifs
G01N 21/3504 - Couleur; Propriétés spectrales, c. à d. comparaison de l'effet du matériau sur la lumière pour plusieurs longueurs d'ondes ou plusieurs bandes de longueurs d'ondes différentes en recherchant l'effet relatif du matériau pour les longueurs d'ondes caractéristiques d'éléments ou de molécules spécifiques, p.ex. spectrométrie d'absorption atomique en utilisant la lumière infrarouge pour l'analyse des gaz, p.ex. analyse de mélanges de gaz
G01M 3/38 - Examen de l'étanchéité des structures ou ouvrages vis-à-vis d'un fluide par utilisation de la lumière
G01N 33/00 - Recherche ou analyse des matériaux par des méthodes spécifiques non couvertes par les groupes
2.
SYSTEMS AND METHODS FOR MULTISPECTRAL IMAGING AND GAS DETECTION USING A SCANNING ILLUMINATOR AND OPTICAL SENSOR
Presented herein are systems and methods directed to a multispectral absorption-based imaging approach that provides for rapid and accurate detection, localization, and quantification of gas leaks. The imaging technology described herein utilizes a scanning optical sensor in combination with structured and scannable illumination to detect and image spectral signatures produced by absorption of light by leaking gas in a quantitative manner over wide areas, at distance, and in the presence of background such as ambient gas and vapor. Moreover, the specifically structured and scannable illumination source of the systems and methods described herein provides a consistent source of illumination for the scanning optical sensor, allowing imaging to be performed even in the absence of sufficient natural light, such as sunlight. The imaging approaches described herein can, accordingly, be used for a variety of gas leak detection, emissions monitoring, and safety applications.
G01M 3/20 - Examen de l'étanchéité des structures ou ouvrages vis-à-vis d'un fluide par utilisation d'un fluide ou en faisant le vide par détection de la présence du fluide à l'emplacement de la fuite en utilisant des révélateurs particuliers, p.ex. teinture, produits fluorescents, produits radioactifs
G01N 21/3504 - Couleur; Propriétés spectrales, c. à d. comparaison de l'effet du matériau sur la lumière pour plusieurs longueurs d'ondes ou plusieurs bandes de longueurs d'ondes différentes en recherchant l'effet relatif du matériau pour les longueurs d'ondes caractéristiques d'éléments ou de molécules spécifiques, p.ex. spectrométrie d'absorption atomique en utilisant la lumière infrarouge pour l'analyse des gaz, p.ex. analyse de mélanges de gaz
G01N 21/359 - Couleur; Propriétés spectrales, c. à d. comparaison de l'effet du matériau sur la lumière pour plusieurs longueurs d'ondes ou plusieurs bandes de longueurs d'ondes différentes en recherchant l'effet relatif du matériau pour les longueurs d'ondes caractéristiques d'éléments ou de molécules spécifiques, p.ex. spectrométrie d'absorption atomique en utilisant la lumière infrarouge en utilisant la lumière de l'infrarouge proche
E21B 47/10 - Localisation des fuites, intrusions ou mouvements du fluide
G01M 3/38 - Examen de l'étanchéité des structures ou ouvrages vis-à-vis d'un fluide par utilisation de la lumière
G01N 33/00 - Recherche ou analyse des matériaux par des méthodes spécifiques non couvertes par les groupes
Apparatus and methods for rapidly detecting, localizing, imaging, and quantifying leaks of natural gas and other hydrocarbon and greenhouse gases. Scanning sensors, scan patterns, and data processing algorithms enable monitoring a site to rapidly detect, localize, image, and quantify amounts and rates of hydrocarbon leaks. Multispectral short-wave infrared detectors sense non-thermal infrared radiation from natural solar or artificial illumination sources by differential absorption spectroscopy. A multispectral sensor is scanned to envelop an area of interest, detect the presence and location of a leak, and raster scan the area around the leak to create an image of the leak. The resulting absorption image related to differential spectral optical depth is color mapped to render the degree of gas absorption across the scene. Analysis of this optical depth image, with factors including known inline pressures and/or surface wind speed measurements, enable estimation of the leak rate, i.e., emission mass flux of gas.
E21B 47/10 - Localisation des fuites, intrusions ou mouvements du fluide
G01N 21/3504 - Couleur; Propriétés spectrales, c. à d. comparaison de l'effet du matériau sur la lumière pour plusieurs longueurs d'ondes ou plusieurs bandes de longueurs d'ondes différentes en recherchant l'effet relatif du matériau pour les longueurs d'ondes caractéristiques d'éléments ou de molécules spécifiques, p.ex. spectrométrie d'absorption atomique en utilisant la lumière infrarouge pour l'analyse des gaz, p.ex. analyse de mélanges de gaz
G01N 21/35 - Couleur; Propriétés spectrales, c. à d. comparaison de l'effet du matériau sur la lumière pour plusieurs longueurs d'ondes ou plusieurs bandes de longueurs d'ondes différentes en recherchant l'effet relatif du matériau pour les longueurs d'ondes caractéristiques d'éléments ou de molécules spécifiques, p.ex. spectrométrie d'absorption atomique en utilisant la lumière infrarouge
4.
HYDROCARBON LEAK IMAGING AND QUANTIFICATION SENSOR
This invention consists of sensors and algorithms to image, detect, and quantify the presence of hydrocarbon gas (for example from leaks) using a short-wave infrared radiation detector array with multiple spectral filters under natural sunlight or artificial illumination, in combination with the hydrodynamics of turbulent gas jets and buoyant plumes. Multiple embodiments are recited and address detection and quantification of methane gas leaks. Quantification includes gas column densities, gas concentration estimates, total mass, hole size estimates, and estimated emission flux (leak rate) of gas from holes and cracks in pressurized vessels, pipes, components, and general gas infrastructure, and from surface patches (for example due to gas leaks in underground pipes) under the action of buoyancy and wind. These and similar embodiments are applicable more generally to natural gas and other hydrocarbon gases, liquids, emulsions, solids, and particulates, and to emissions monitoring of greenhouse gases methane and carbon dioxide.
G01N 21/35 - Couleur; Propriétés spectrales, c. à d. comparaison de l'effet du matériau sur la lumière pour plusieurs longueurs d'ondes ou plusieurs bandes de longueurs d'ondes différentes en recherchant l'effet relatif du matériau pour les longueurs d'ondes caractéristiques d'éléments ou de molécules spécifiques, p.ex. spectrométrie d'absorption atomique en utilisant la lumière infrarouge
G01N 21/3504 - Couleur; Propriétés spectrales, c. à d. comparaison de l'effet du matériau sur la lumière pour plusieurs longueurs d'ondes ou plusieurs bandes de longueurs d'ondes différentes en recherchant l'effet relatif du matériau pour les longueurs d'ondes caractéristiques d'éléments ou de molécules spécifiques, p.ex. spectrométrie d'absorption atomique en utilisant la lumière infrarouge pour l'analyse des gaz, p.ex. analyse de mélanges de gaz
E21B 47/10 - Localisation des fuites, intrusions ou mouvements du fluide
brevets
