Quantitative Methane Plume Imager for Localization and Flow Rate Estimation in Mines

用于矿井定位和流量估计的定量甲烷羽流成像仪

基本信息

  • 批准号:
    10357499
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.49万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-01 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract NIOSH conducts activities to assure safe and healthful conditions for American workers. This proposed project addresses a NIOSH mission objective for innovative solutions that provide practical methods to identify and measure hazards at a reasonable cost in high-risk occupations (e.g. mining). The mining industry presents particularly challenging safety and health needs. Despite well-regulated safety procedures, accidental explosions and toxic gas inhalation continue to cause coal miner deaths. To help prevent such tragedies, technologies are needed that sense and measure, from a distance, concentrations of explosive or other life-threatening hazards including methane, carbon monoxide, hydrogen sulfide, ammonia, and dust. These technologies can warn miners of immediately dangerous conditions within or prior to entering potentially hazardous areas. Technologies such as the widely deployed backscatter Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy developed and commercialized by Physical Sciences Inc. (PSI) for natural gas leak surveying using handheld laser tools, enable sensing explosive or toxic environments from afar by safely illuminating the region of interest with a laser beam. Previous NIOSH/CDC/OMHSR research demonstrated the use of this technology to detect areas of high methane concentrations along mine wall faces. The technology is adaptable to measure each of the hazardous gases listed above. Recently, PSI developed the ability to utilize this technology to create quantified images of small methane plumes, and to utilize the quantitative information to deduce the plume flux (i.e. emission flow rate). The Phase I project demonstrated a lightweight and compact design of the transceiver head that will enable a handheld imaging tool for the visualization and quantification of potentially hazardous methane emission sources, as well as detection of stagnant methane pockets, in coal mines. The Phase II objectives are to: 1) develop a handheld prototype, and 2) evaluate the prototype in relevant environments. The Phase II specific aims are to: 1) develop a prototype handheld imaging sensor incorporating the optical and electronic components along with data analytics algorithms that can be used for field testing; 2) challenge the prototype in controlled and real environments; 3) analyze the data, improve the analytics, and revise prototype. Tasks to achieve these aims include: reducing footprints of electronics, mechanical and optical components; integrating all sub-systems into a compact package; designing and modifying toward intrinsically safe device; developing and modifying firmware and software; conducting open and confined laboratory tests; analyzing results, and; revising prototype and algorithms.
项目摘要/摘要 NIOSH开展活动,以确保美国工人的安全健康状况。这提出了 项目针对创新解决方案的NIOSH使命目标,该目标提供了实用方法 在高风险职业中以合理的成本(例如采矿)确定和衡量危害。采矿 行业提出了特别挑战的安全和健康需求。尽管安全性良好 程序,意外爆炸和有毒气体吸入继续造成煤炭矿工死亡。提供帮助 防止此类悲剧,需要从远处,浓度来进行意义和测量的技术 爆炸性或其他威胁生命的危害,包括甲烷,一氧化碳,硫化氢, 氨和灰尘。这些技术可以警告矿工或 在进入潜在的危险区域之前。诸如广泛部署的反向散射等技术 由物理科学公司开发和商业化的可调二极管激光吸收光谱。 (PSI)用于使用手持激光工具进行天然气泄漏测量,启用爆炸性或有毒 通过用激光束安全地照亮感兴趣的区域,来自远处的环境。以前的 NIOSH/CDC/OMHSR研究证明了该技术检测高甲烷的区域 沿着矿墙面的浓度。该技术可以适应测量每个危险的 上面列出的气体。最近,PSI发展了利用这项技术来创建量化的能力 小甲烷羽状的图像,并利用定量信息推断羽流(即 排放流量)。第一阶段项目显示了收发器的轻巧和紧凑的设计 将启用手持成像工具可视化和量化潜在的掌上式成像工具 煤矿中的危险甲烷排放来源以及检测停滞的甲烷口袋。 II期目标是:1)开发手持原型,2)评估相关的原型 环境。 II期特异性目的是:1)开发一个原型手持成像传感器 合并光学和电子组件以及可以使用的数据分析算法 用于现场测试; 2)在受控和真实环境中挑战原型; 3)分析数据, 改善分析并修改原型。实现这些目标的任务包括:减少足迹 电子,机械和光学组件;将所有子系统集成到一个紧凑的软件包中; 设计和修改对本质上安全的设备;开发和修改固件和软件; 进行开放和限制的实验室测试;分析结果;修改原型和算法。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

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