DE19932354B4

DE19932354B4 - Method and device for remote detection of hydrocarbons in the subsurface or near-surface area of the atmosphere

Info

Publication number: DE19932354B4
Application number: DE1999132354
Authority: DE
Inventors: Felix Dr. Theopold
Original assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 1999-07-10
Filing date: 1999-07-10
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2019-07-11
Also published as: DE19932354A1

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zum Fernnachweis von Kohlenwasserstoffen im untergrund- oder bodennahen Bereich (11) der Atmosphäre (12) in Form von aus in Leitungssystemen geführtem, daraus austretendem Gas, vorgeschlagen. Der Kohlenwasserstoff wird in einem vorbestimmbaren Abstand und berührungslos vom Untergrund oder Boden (11) durch Ermittlung der Absorption des für den nachzuweisenden Kohlenstoff typischen Wellenlängenbereichs aus von einer Lichtquelle (14) stammenden Lichts (19) nachgewiesen. Das Licht fällt dabei in einen Lichtabtastbereich (16) eines Lichtleiters (18) ein und wird dort auf ein Spektrometer (15) geleitet. Das auf das Spektrometer (15) geführte Licht (19) ist durch den Kohlenwasserstoff in der Atmosphäre (12) extinktiert. Somit ist aus der für den nachzuweisenden Kohlenwasserstoff spezifischen Absorption dieser über das Spektrometer (15) nachweisbar.A method and a device (10) for the remote detection of hydrocarbons in the area (11) of the atmosphere (12) close to the ground or near the floor in the form of gas coming out of line systems and emerging therefrom are proposed. The hydrocarbon is detected at a predeterminable distance and without contact from the subsoil or ground (11) by determining the absorption of the wavelength range typical of the carbon to be detected from light (19) originating from a light source (14). The light falls into a light scanning area (16) of a light guide (18) and is directed there to a spectrometer (15). The light (19) directed onto the spectrometer (15) is extinct by the hydrocarbon in the atmosphere (12). Thus, from the absorption specific to the hydrocarbon to be detected, it can be detected via the spectrometer (15).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweis von Kohlenwasserstoffen in der Atmosphäre, bei dem der Kohlenwasserstoff berührungslos in bezug auf einen Untergrund oder Boden durch Ermittlung der Absorption des für den nachzuweisenden Kohlenwasserstoff typischen Wellenlängenbereichs aus von einer Lichtquelle stammenden Lichts nachgewiesen wird und ein Verfahren zum Nachweis von Kohlenwasserstoffe in der Atmosphäre, bei dem der Kohlenwasserstoff berührungslos in bezug auf einen Untergrund oder Boden durch Ermittlung der Intensität der Raman-Streuung des für den nachzuweisenden Kohlenwasserstoff typischen Wellenlängenbereichs aus von einer Lichtquelle stammenden Lichts nachgewiesen wird.The invention relates to a method for the detection of hydrocarbons in the atmosphere, at which the hydrocarbon in contactless with respect to a subsurface or floor by determining the absorption of for the typical wavelength range of hydrocarbons to be detected is detected from light originating from a light source and a method for the detection of hydrocarbons in the atmosphere which the hydrocarbon is contactless with respect to a subsurface or floor by determining the intensity of the Raman scattering of for the typical wavelength range of hydrocarbons to be detected is detected from light originating from a light source.

Verfahren dieser Art sind bekannt ( US 5 015 099 A ). Das bekannte Verfahren ist ein terrestisches Verfahren zum Aufspüren von Kohlenwasserstoffen in unmittelbarer Nähe des Ortes, an dem Kohlenwasserstoff vorhanden ist bzw.Methods of this type are known ( US 5,015,099 A ). The known method is a terrestrial method for the detection of hydrocarbons in the immediate vicinity of the location where hydrocarbon is present or

austritt.exit.

Erdgas, das im Rufe steht, ein für die gewerbliche und private Nutzung umweltverträglicher Energieträger zu sein, wird für den europäischen Nutzungsbereich überwiegend in Sibirien und submaritim in den Norwegen vorgelagerten Gewässern der nördlichen Nordsee gefördert. Das Erdgas wird durch transnationale Leitungssysteme teils überirdisch, von Sibirien aus, teils submaritim nach Europa gefördert und dort in nationale Leitungsnetze eingespeist, die dann unterirdisch verlegt die Kommunen und Industrieanlagen mit Erdgas versorgen. Diese Leitungsnetze sind sehr weit verzweigt und erreichen beispielsweise allein in den neuen Bundesländern eine Gesamtlänge von ca. 8.000 km. Dieses Netzwerk von Leitungen muß regelmäßig gewartet und auf Undichtigkeiten untersucht werden.Natural gas that is called is one for the commercial and private use of environmentally friendly energy sources is for the European Area of use predominantly in Siberia and submaritim in the offshore waters of the northern Funded by the North Sea. The natural gas is partly overground through transnational pipeline systems, from Siberia, partly submaritim to Europe and there fed into national pipeline networks, which are then underground relocated to supply municipalities and industrial plants with natural gas. These pipeline networks are very widely branched and reach for example in the new federal states alone a total length of approximately 8,000 km. This network of lines needs regular maintenance and be checked for leaks.

Bisher wurde zu diesem Zweck das gesamte Leitungsnetz mehrmals im Jahr durch Begehungen kontrolliert. Darüber hinaus ist man dazu übergegangen, mittels Luftfahrtgerät, beispielsweise mittels Hubschraubern, die in ca. 1 bis 2 m Tiefe verlegten Rohre zu überprüfen. Bisher wurde, soweit eine Überprüfung des Leitungsnetzes von der Luft aus vorgenommen wurde, eine mittelbare Überprüfung bzw. Detektion von Lecks in der Rohrleitung dadurch wahrgenommen, daß Auswurftrichter von Erdreich aufgrund des Austretens des Gases aus dem Erdreich oder auch Pflanzenschäden aufgrund des Austritts des Gases visuell erkennbar waren. Wurden Leckagen der Rohrleitungen auf diese Art und Weise ermittelt, wurde die entsprechende Position festgestellt und die Reparatur veranlaßt. Es ist leicht erkennbar, daß bei einem allein schon im Gebiet der neuen Bundesländer ca. 8.000 km langen unterirdischen Leitungsnetz eine Begehung nur mit extrem hohem Aufwand an Personal, wenn überhaupt, möglich ist, wobei die Leitungen vielfach auch durch zu unzugängliche Gebiete führen, die eine Begehung im klassischen Sinne ohne weiteres gar nicht möglich machen.So far this has been done for this purpose the entire pipeline network is inspected several times a year. About that one has gone beyond using aviation equipment, for example using helicopters at a depth of about 1 to 2 m check installed pipes. So far as far as a review of the Pipeline network was carried out from the air, an indirect check or Detection of leaks in the pipeline perceived by ejection funnels of soil due to the escape of gas from the soil or plant damage were visually recognizable due to the escape of the gas. were Leakage in the pipes was determined in this way the corresponding position is determined and the repair is arranged. It is easily recognizable that at a subterranean approx. 8,000 km long in the area of the new federal states alone Inspection of the pipeline network only with extremely high expenditure on personnel, if any, possible is, the lines often by too inaccessible Lead areas which make an inspection in the classic sense not possible at all.

Auch ist das Risiko für die die Begehung durchführenden Personen. bei großen Leckagen, insbesondere wegen der damit verbundenen Explosionsgefahr, beträchtlich, so daß auch aus diesem Grunde die bisherige Art der Überwachung derartiger unterirdisch verlegter Leitungssystem äußerst nachteilig ist. Also the risk is for those Inspection People. for large Leaks, especially because of the associated risk of explosion, considerably, so that too for this reason, the previous way of monitoring such underground installed pipe system extremely disadvantageous is.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen eine zuverlässige Detektion von Leckagen an unterirdisch verlegten Gasleitungen möglich ist, ohne daß Personen, wie bisher, das Leitungssystem durch Begehung überprüfen, daß das Verfahren und die Vorrichtung eine bezüglich des dafür notwendigen Personals drastische Reduzierung auf das absolut notwendige Minimum gestatten, mit denen eine zuverlässige Detektion von Lecks im Leitungssystem auch an unzugängliche Stellen schnell möglich ist, das gefahrenlos durch für die Detektion notwendigen Personen durchgeführt werden kann, wobei das Verfahren mit an sich wissenschaftlich erprobten und für ihre Effizienz bekannten Einzelkomponenten durchgeführt werden kann und die Vorrichtung ebenfalls mittels in bezug auf ihre Komponenten als zuverlässig bekannten Elementen ausgestaltet werden kann, so daß insgesamt das Verfahren und die Vorrichtung kostengünstig durchführbar bzw. ausführbar sein sollen.It is therefore the task of the present Invention to provide a method and an apparatus with which a reliable Detection of leaks in underground gas lines is possible, without people As before, inspect the pipe system by inspecting the method and the device one regarding of that necessary personnel drastically reduced to the absolutely necessary Allow minimum with which a reliable detection of leaks in the Pipe system also to inaccessible Make it possible quickly that is safely through for the detection necessary people can be carried out, the Processes with scientifically proven and for their efficiency known individual components can be carried out and the device also known as reliable with regard to its components Elements can be designed so that the process and the total Device inexpensive feasible or executable should be.

Gelößt wird die Aufgabe gemäß beider erfindungsgemäßer Verfahren durch die Merkmale des Ansprüche 1 und 2.The task is solved according to both inventive method by the features of the claims 1 and 2.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im wesentlichen darin, daß berührungslos von einem Fluggerät aus, sei es nun ein geeignet langsam fliegendes Flugzeug, das geeignete Manövriereigenschaften aufweist, oder sei es ein Hubschrauber, das gesamte Leitungsnetz abgeflogen werden kann und dabei in vorbestimmten zeitlichen Abständen Messungen des Kohlenwasserstoffgehalts der Atmosphäre im Bereich zwischen Oberfläche des Bodens und den Detektionseinrichtungen im Fluggerät durchgeführt werden können.The advantage of the method according to the invention consists essentially in the fact that is contactless from an aircraft it is now a suitably slow flying aircraft that has suitable maneuvering properties has, or be it a helicopter, the entire network can be flown and measurements at predetermined time intervals of the hydrocarbon content of the atmosphere in the area between the surface of the Soil and the detection devices are carried out in the aircraft can.

Das physikalische Prinzip, das einer solchen Detektionsmöglichkeit zugrunde liegt, ist an sich bekannt. Ist eine Lichtquelle vorhanden, kann mittels eines Spektrometers die Extinktion des durch das Kohlenwasserstoffgas durchgeleiteten Lichts bestimmt werden. Unterschiedliche Kohlenwasserstoffe zeigen ein unterschiedliches Extinktionsverhalten bezogen auf deren signifikante Wellenlänge bzw. Wellenlängen. Wird die Extinktion durch das Spektrometer erfaßt, können unmittelbar und schnell Aussagen bezüglich der Art des gegenüber der Umgebungsatmosphäre verstärkt auftretenden speziellen ermittelten Kohlenwasserstoffes gemacht werden, die dann, geeignet umgesetzt, direkte Rückschlüsse auf den Umfang der Leckage im Leitungssystem zulassen. Da das Verfahren in vorbestimmter Entfernung abgesetzt vom Boden und den Boden nicht berührend durchgeführt wird, ist auch eine Gefährdung von Personen, insbesondere bei großen detek tierten Leckagen, ausgeschlossen. Das Verfahren gestattet zudem eine schnelle Analyse des Kohlenwasserstoffs bei jeder Messung, so daß keine langwierige Aufbereitung der Meßergebnisse erforderlich ist. Das Meßergebnis liegt quasi bei jeder Messung unmittelbar aussagekräftig und verwertbar vor.The physical principle on which such a detection possibility is based is known per se. If a light source is present, the absorbance of the light transmitted through the hydrocarbon gas can be determined using a spectrometer. Different hydrocarbons show different extinction behavior based on their significant wavelength or wavelengths. If the absorbance is detected by the spectrometer, statements can be made immediately and quickly with regard to the type of the special one that occurs more intensely in relation to the surrounding atmosphere Hydrocarbon are made, which then, appropriately implemented, allow direct conclusions to be drawn about the extent of the leakage in the line system. Since the method is carried out at a predetermined distance from the ground and does not touch the ground, there is also no risk to persons, in particular in the case of large detected leaks. The method also allows a quick analysis of the hydrocarbon in each measurement, so that no lengthy preparation of the measurement results is required. The measurement result is immediately meaningful and usable for every measurement.

Die zweite vorgeschlagene Verfahrensführung hat zudem den Vorteil, daß die Ausnutzung des Raman-Effektes eine vergleichsweise einfache Handhabbarkeit gestattet, denn bei der Ausnutzung des Raman-Effektes wird die inelastische, d.h. in der Wellenlänge verschobene, Streuung von Licht ausgenutzt. Das Ausmaß der Verschiebung ist dabei charakteristisch für jede. Substanz und beträgt beispielsweise für die μ₁-Schwingung von Methan 2.917 cm^–1.The second proposed method also has the advantage that the use of the Raman effect permits comparatively simple handling, because when the Raman effect is used, the inelastic, ie wavelength-shifted, scattering of light is used. The extent of the shift is characteristic of everyone. Substance and is, for example, for the μ ₁ oscillation of methane 2,917 cm ^-1 .

Sowohl das erstgenannte Verfahren, dessen Grundlage die Absorptionsspektroskopie ist, als auch das zweitgenannte Verfahren, das den Raman-Effekt ausnutzt, nutzen den Umstand, daß bei beiden Verfahren die Meßgröße proportional zur Teilchenzahl des Kohlenwasserstoffgases im Lichtweg ist. Die Absorptionsquerschnitte der durch eine Gasleitung strömenden Kohlenwasserstoffe sind in etwa gleich. Ebenso unterscheiden sich die Raman-Streuquerschnitte der Kohlenwasserstoffe nur wenig.Both the former method, whose basis is absorption spectroscopy, as well the second-mentioned method, which uses the Raman effect, uses the Circumstance that at the measured variable proportional to both methods is the number of particles of the hydrocarbon gas in the light path. The Absorption cross sections of the hydrocarbons flowing through a gas line are about the same. The Raman scattering cross sections also differ the hydrocarbons little.

Bei beiden erfindungsgemäßen Verfahren sind keine Laufzeitinformationen (Höhe über Grund) erforderlich. Die vorgeschlagene Lösung unter Ausnutzung des Raman-Effektes gestattet eine Vorrichtung, mit der das Verfahren ausgeführt werden kann, die schnell und für den Betrieb in einem Luftfahrtgerät robust genug aufbaubar ist. Wenn das Verfahren ausschließlich am Tage durchgeführt werden soll, eignet sich die eingangs genannten erste Lösung ggf. besser, da die zweite vorgeschlagene Lösung unter Ausnutzung des Raman-Effektes ein aufgrund der bisher verfügbaren Apparaturen geringes Signal-Rausch-Verhältnisses zeigt.In both methods according to the invention no runtime information (height above ground) required. The proposed solution using the Raman effect, a device allows with which the procedure is carried out can be that quickly and for the operation in an aviation device is robust enough. If the procedure is strictly carried out during the day the first solution mentioned at the beginning may be more suitable, since the second proposed solution taking advantage of the Raman effect due to the equipment available so far low signal-to-noise ratio shows.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise als aktives Verfahren oder vorteilhafterweise als passives Verfahren betrieben werden. Aktives Verfahren bedeutet, daß die Lichtquelle eine gesonderte, separat zu betreibende Lichtquelle ist, die vom Fluggerät aus auf den Boden bzw. den Untergrund geleitet wird, wobei das am Boden reflektierte Licht, durch den Kohlenwasserstoff in diesem Bereich spezifisch extinktiert auf die Nachweiseinrichtung geleitet wird, wohingegen bei dem passiven Verfahren das Umgebungslicht, d.h. das Sonnenlicht, genutzt wird, das entsprechend durch den Kohlenwasserstoff extinktiert und auf die Nachweiseinrichtung gegeben wird. Das aktive Verfahren kann somit unabhängig von der Umgebungshelligkeit betrieben werden, wohingegen verständlicherweise das passive Verfahren nur bei ausreichend vorliegendem Sonnenlicht ausgeführt werden kann.The method according to the invention can advantageously as an active process or advantageously as a passive process operate. Active process means that the light source has a separate, separately operated light source is from the aircraft the floor or the underground is routed, which on the floor reflected light, through the hydrocarbon in that area specifically extinct is directed to the detection device, whereas with the passive method the ambient light, i.e. the Sunlight, which is used accordingly by the hydrocarbon extinct and is given to the verification facility. The active The process can thus be independent operated by the ambient brightness, whereas understandably the passive procedure only when there is sufficient sunlight accomplished can be.

Vorzugsweise ist deshalb das von der Lichtquelle stammende Licht zur Ausführung des aktiven Verfahrens Laserlicht, das zur Ausführung des passiven Verfahrens von der Lichtquelle kommende Licht Sonnenlicht.It is therefore preferred that of light originating from the light source for carrying out the active method Laser light that is used for execution the passive process light coming from the light source sunlight.

Obwohl grundsätzlich keine besondere Abstandsbegrenzung zwischen Boden und einem Fluggerät zur Ausführung des Verfahrens angenommen zu werden braucht, haben Abschätzungen ergeben, daß es vorteilhaft ist, den Abstand vom Untergrund oder Boden bei der Ausführung des Verfahrens im Bereich von 20 m bis 100 m, vorzugsweise 100 m, zu wählen. Somit wäre ggf. auch noch eine zusätzliche Kontrolle des Leitungsnetzes möglich.Although basically no special distance limitation between ground and an aircraft for execution of the procedure have to be estimated reveal that it is advantageous, the distance from the ground or floor when executing the Process in the range of 20 m to 100 m, preferably 100 m to choose. Consequently would be also an additional control of the pipeline network possible.

Das beschriebene Verfahren eignet sich grundsätzlich zum Nachweis aller Kohlenwasserstoffe in der Atmosphäre, soweit sie in ihrer Menge die in der jeweiligen Atmosphäre normalerweise zu erwartenden Kohlenwasserstoffe signifikant übersteigen. Bei der bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Zusammenhang mit dem Fernnachweis von aus Leitungssystemen austretendem Erdgas wird vorteilhafterweise auf Methan abgestellt, denn der Anteil von Methan ist gegenüber den anderen im Erdgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen um mindestens einen Faktor 20 höher. Daher eignet sich insbesondere zum Fernnachweis von aus in Leitungssystemen geführtem, daraus austretendem Erdgas besonders gut Kohlenwasserstoff in Form von Methan.The method described is suitable yourself basically for the detection of all hydrocarbons in the atmosphere, so far they in their quantity that would normally be expected in the respective atmosphere Significantly exceed hydrocarbons. at the preferred application of the method according to the invention in connection with remote detection of natural gas escaping from pipeline systems is advantageously based on methane, because the proportion of Methane is opposite the other hydrocarbons contained in natural gas by at least a factor 20 higher. It is therefore particularly suitable for remote detection from in line systems guided, natural gas escaping therefrom is particularly good in the form of hydrocarbon Methane.

Eine Vorrichtung zum Nachweis von Kohlenwasserstoffen in der Atmosphäre, bei dem der Kohlenwasserstoff berührungslos in bezug auf einen Untergrund oder Boden durch Ermittlung der Absorption oder der Intensität der Raman-Streuung des für den nachzuweisenden Kohlenwasserstoff typischen Wellenlängenbereiches nachgewiesen wird, umfassend eine Lichtquelle sowie einen mit einem Spektrometer verbundenen, mit einem Lichtabtastbereich an seinem freien Ende versehenen Lichtleiter, in den von der Lichtquelle kommendes Licht nach seiner Extinktion durch den Kohlenwasserstoff einfällt und auf das Spektrometer zu seiner Analyse leitbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß diese nach Art einer flugverlastbaren Einheit ausgebildet ist und wenigstens der Lichtabtastbereich des Lichtleiters mit einer Lagestabilisierungseinrichtung versehen ist.A device for the detection of Hydrocarbons in the atmosphere at which the hydrocarbon contactless with respect to a subsoil or floor by determining the absorption or the intensity the Raman scatter of for the typical hydrocarbon wavelength range to be detected is demonstrated, comprising a light source and one with a Spectrometer connected, with a light sensing area on its free end provided light guide in the coming from the light source Incident light after its extinction by the hydrocarbon and is conductive to the spectrometer for its analysis characterized that this is designed in the manner of a flight-loadable unit and at least the Light scanning area of the light guide with a position stabilization device is provided.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht, siehe auch oben die vorrichtungsseitig gestellte Aufgabe, darin, daß letztlich mit einem Spektrometer, einem Lichtleiter und einer Lichtquelle die Grundkomponenten für die Realisierung einer derartigen Vorrichtung beschrieben sind. Damit sind auch die Forderungen erfüllt, daß die Vorrichtung mittels an sich in Bezug auf ihre Nachweiseffizienz für Kohlenwasserstoffe erprobte Elemente realisiert werden kann, wodurch sich die Vorrichtung letztlich einfach und kostengünstig realisieren läßt. Auch gestattet eine derartige Vorrichtung eine wiederum verhältnismäßig einfache Ausgestaltung, die für den zu erwartenden rauhen Überprüfungsalltag bei der Ausführung des Verfahrens zuverlässig arbeitet.The advantage of the device according to the invention, see also the task set on the device side, is that ultimately the basic components for the implementation of such a device are described with a spectrometer, a light guide and a light source. This also fulfills the requirements that the device be realized by means of elements which have been tested per se in terms of their detection efficiency for hydrocarbons that can, as a result of which the device can ultimately be implemented simply and inexpensively. Such a device also permits a again relatively simple design, which works reliably for the expected rough everyday checks when carrying out the method.

Die Vorrichtung ist nach Art einer flugverlastbaren Einheit ausgebildet, d.h. sie ist so gestaltet, daß sie in ein kleines Fluggerät, sei es ein kleines Flächenflugzeug oder ein Hubschrauber, lösbar einbaubar ist. Da erfindungsgemäß keine aus dem Fluggerät für die Vorrichtung und die Ausführung des Verfahrens mit der Vorrichtung heraushängenden Sensoren, die einen Einsatz mittels eines Fluggeräts in Baumwipfelhöhe oder auch im Bereich von Hochspannungsleitungen unmöglich machen würden, erforderlich sind, kann die Vorrichtung praktisch als kleine Einheit (< 1 m³) faktisch in jedem Fluggerät der vorbeschriebenen Art Anwendung finden, wobei es auch leicht (< 100 kg) ausgeführt sein kann.The device is designed in the manner of a flight-loadable unit, ie it is designed in such a way that it can be detachably installed in a small aircraft, be it a small plane or a helicopter. According to the invention, since there are no sensors hanging out of the aircraft for the device and for carrying out the method with the device, which would make it impossible to use it by means of an aircraft at tree-top height or in the area of high-voltage lines, the device can be practically a small unit (< 1 m ³ ) can actually be used in any aircraft of the type described above, although it can also be light (<100 kg).

Um sicherzustellen, daß immer ein vorbestimmter Winkelbereich bei der Erfassung des vom Boden reflektierten, ggf. beim Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen extinktierten Lichtes relativ zum Lichtabtastbereich der Vorrichtung gewährleistet ist, ist die Vorrichtung mit einer Lagestabilisierungseinrichtung versehen, die wenigstens den Lichtabtastbereich fortwährend in seiner bestimmungsgemäßen Lage auch bei ungleichmäßigen Flugbewegungen des Fluggerätes hält. Diese Lagestabilisierungseinrichtung kann beispielsweise eine kreiselgesteuerte Einrichtung sein.To make sure that always a predetermined angular range when detecting from the ground reflected, possibly extinct in the presence of hydrocarbons Guaranteed light relative to the light scanning area of the device is the device with a position stabilization device provided, which at least the light scanning area continuously in its intended location even with uneven flight movements of the aircraft holds. This Position stabilization device can be, for example, a gyro-controlled device his.

Beim aktiven Nachweissystem gemäß der Erfindung wird die Lichtquelle durch eine Laserdiode gebildet, die beispielsweise im Impulsbetrieb betrieben werden kann.In the active detection system according to the invention the light source is formed by a laser diode, for example can be operated in pulse mode.

Das Spektrometer selbst ist bei einem aktiven Nachweissystem vorteilhafterweise im wesentlichen durch eine Photodiode ausgebildet. Die pro Messung von der Photodiode in seiner Funktion als Spektrometer gelieferten Signale werden ohne Zeitverzögerung gespeichert und ausgewertet und stehen quasi online zur Verfügung.The spectrometer itself is at one active detection system advantageously essentially by a photodiode is formed. The per measurement from the photodiode signals delivered in its function as spectrometers are without Time Delay saved and evaluated and are available virtually online.

Beim passiven Nachweissystem ist, im Gegensatz zur aktiven Verfahrensführung, da beim passiven Verfahren die Information aus einem größeren Spektralbereich zusammengefaßt werden muß, um ein detektierbares Signal zu erhalten, das gesamte Absorptionssptektrum messen und dessen integrale Änderung ist zu bestimmen, um eine ausreichende statistische Sicherheit zu erreichen. Vorzugweise wird deshalb ein Spektrograph verwendet, der ein hohes Auflösungsvermögen aufweist, was entweder durch eine große Brennweite oder ein Gitter mit hoher Liniendichte erreichbar ist. Dabei findet vorteilhafterweise ein Spektrograph in der sogenannten Czerny-Turner Anordnung Verwendung.With the passive detection system, in contrast to the active procedure, since the passive procedure the information from a larger spectral range summarized must become, in order to obtain a detectable signal, the entire absorption spectrum measure and its integral change is to be determined to provide adequate statistical certainty to reach. A spectrograph is therefore preferably used, which has a high resolution, what by either a big Focal length or a grid with high line density is achievable. A spectrograph is advantageously found in the so-called Czerny-Turner Arrangement use.

Bei aktiven Nachweissystem ist der Lichtabtastbereich des Lichtleiters vorteilhafterweise mit einer Teleskopeinrichtung versehen, um ein großes Lichtsammelvermögen zu gewährleisten. So kann beispielsweise die Teleskopeinrichtung durch eine Plan-Konvex-Linse gebildet werden, die das vom Boden reflektierte Licht sammelt und auf den Lichtabtastbereich des Lichtleiters fokussiert, von wo es zum Spektrometer geleitet wird.If the detection system is active, the Light scanning range of the light guide advantageously with a Provide telescopic device to ensure a large light collecting capacity. For example, the telescopic device can be provided with a plan-convex lens formed, which collects the light reflected from the ground and focused on the light sensing area of the light guide from where it is is directed to the spectrometer.

Insbesondere beim passiven Nachweissystem ist es vorteilhaft, zwischen Lichtleiter und Spektrometer eine Verschlußeinrichtung vorzusehen, um das Spektrometer über eine definierte Zeit mit dem reflektierten Licht beaufschlagen zu können.Especially with the passive detection system it is advantageous to have a closure device between the light guide and the spectrometer to provide the spectrometer over apply a defined time to the reflected light can.

Um schließlich die Vorrichtung derart auszugestalten, daß auch Aussagen über den Ort der jeweiligen Messung fortwährend gemacht werden können, was gleichermaßen sowohl für den Ort der Detektion von Leckagen gilt als auch für den momentanen Ort des Fluggeräts, ist die Vorrichtung mit einem Navigationssystem versehen, das der Vorrichtung Informationen über die jeweiligen Lagekoordinaten liefert, so daß eine Korrelation zwischen dem momentanen Ort und der Messung an diesem Ort möglich ist und gemeinsame Daten darüber angezeigt und ggf. gespeichert und ggf. auch per Funk an eine entsprechend ausgerüstete Empfangsstelle gegeben werden können.To finally the device like this design that too Statements about the location of each measurement can be made continuously what equally as well as the location of the leakage detection is also valid for the current one Location of the aircraft, the device is provided with a navigation system that the Device information about provides the respective position coordinates, so that a correlation between the current location and the measurement at this location is possible and shared data about it displayed and, if necessary, saved and, if necessary, also by radio to a corresponding equipped Receiving point can be given.

Als Navigationssystem eignen sich letztlich alle bekannten Navigationssysteme, wie sie im zivilen und militärischen Bereich der Luftfahrt und ggf. auch der Seefahrt bekannt sind. Ein besonders genaues Navigationssystem, das bis zu 1 m örtlicher Genauigkeit Aussagen liefert, ist vorteilhafterweise ein an sich bekanntes GPS-System (Global Positioning System), das, wenn auch gegenwärtig nicht mit der Genauigkeit, wie sie im militärischen Bereich möglich ist, doch mit hinreichender Genauigkeit auch für den zivilen Anwendungsfall, wie dem vorliegenden Fall, herangezogen werden kann.Are suitable as a navigation system ultimately all known navigation systems, such as those used in civilian applications and military Field of aviation and possibly also seafaring are known. On particularly accurate navigation system that is up to 1 m local accuracy Provides statements is advantageously a known GPS system (Global Positioning System), although not currently with the accuracy that is possible in the military field, but with sufficient accuracy even for civil use, as in the present case.

Um die Vorrichtung und damit auch das mittels der Vorrichtung ausführbare Verfahren weitgehend unabhängig von Bedienungspersonal betreiben bzw. ablaufen zu lassen, ist die Vorrichtung vorteilhafterweise mit einem Rechner versehen, der alle Verfahrensabläufe und auch den Betrieb der Vorrichtung, insbesondere den des Spektrometers steuert. Der Rechner ist faktisch mit allen Komponenten der Vorrichtung funktionsverbunden, so daß mittels des Rechners eine Verfahrens- bzw. Prozeßsteuerung der Vorrichtung vonstatten gehen kann.To the device and therefore also that which can be carried out by means of the device Process largely independent to be operated or run by operating personnel is the Device advantageously provided with a computer that all process sequences and also the operation of the device, in particular that of the spectrometer controls. The computer is in fact with all components of the device functionally linked, so that means the computer a process or process control of the device can take place.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nach- folgenden schematischen Zeichnungen anhand zweier Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben. Darin zeigen:The invention will now be described with reference to FIG the following schematic drawings using two exemplary embodiments described in detail. In it show:

1 in einer Prinzipansicht die Beprobungssituation des Verfahrens, wobei mit S⁰ die solare Strahlungsdichte, mit γ die optische Dichte der Atmosphäre bzw. von Methan (γ_CH4) und mit Rⁱ _j die Radien der Austrittsfläche über dem Leck bzw. eines Beobachtungsflecks für das aktive (i = a) und das passive (i = p) Nachweissystem bezeichnet ist, 1 in a principle view, the sampling situation of the method, with S ⁰ the solar radiation density, with γ the optical density of the atmosphere or methane (γ _CH4 ) and with R ⁱ _j the radii of the exit surface above the leak or an observation spot for the active (i = a) and the passive (i = p) detection system is designated,

2 beispielhaft die optische Dichte der Atmosphäre durch Methan (schwache Striche) und Wasserdampf (dunkle Striche) in Abhängigkeit von der Wellenlänge, 2 the optical density of the At atmosphere due to methane (weak lines) and water vapor (dark lines) depending on the wavelength,

3 eine spektral hoch aufgelöste Darstellung der atmosphärischen Extinktion im Bereich von 1,65 μm für Methan, 4 das Absorptionsspektrum von Methan (reine Druckverbreiterung bei 1,6509 μm), wobei die gestrichelten Linien den elektrischen Abstimmbereich eines zur Auswahl stehenden Diodenlasers als Lichtquelle für eine aktive Verfahrensführung zeigen, 3 a spectrally high-resolution representation of the atmospheric extinction in the range of 1.65 μm for methane, 4 the absorption spectrum of methane (pure pressure broadening at 1.6509 μm), the dashed lines showing the electrical tuning range of a diode laser available as a light source for an active process control,

5 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ausführung des passiv betriebenen Verfahrens, 5 the block diagram of a device for executing the passively operated method,

6 ein Blockschaltbild wie gemäß 5, allerdings zur Ausführung eines aktiven Verfahrens, und 6 a block diagram as per 5 , but to carry out an active procedure, and

7 einen vergrößerten Ausschnitt einer Strahlteilungseinrichtung zwischen Lichtquelle und Spektrometer in Form einer Photodiode. 7 an enlarged section of a beam splitting device between the light source and spectrometer in the form of a photodiode.

In einer Fluggerät, beispielsweise in Form eines Hubschraubers 32, vergleiche 1, der in einem Abstand von beispielsweise l00 m über einem Boden oder Untergrund 11 fliegt, befindet sich eine Vorrichtung 10, mit der ein Fernnachweis von Kohlenwasserstoffen im untergrund- oder bodennahen Bereich der Atmosphäre 12, insbesondere von aus in Leitungssystemen (Gasleitung 13) geführtem, daraus austretendem Gas möglich ist. Dabei wird zunächst zum besseren Verständnis, bevor auf die in den 5 bis 7 dargestellten Vorrichtungen eingegangen wird, auf die 2 bis 4 eingegangen. Das Verfahren kann grundsätzlich nach zwei un- terschiedlichen Prinzipien ausgeführt werden. Einmal wird bei einem positiven Verfahren als Lichtquelle 14 die Sonne genutzt, beim aktiven Verfahren wird als Lichtquelle 14 eine Laserdiode genutzt. Bei Sonnenlicht als Lichtquelle 14 wird zur Methandetektion zunächst die gesamte Atmosphäre 12E durchlaufen, wobei das Sonnenlicht in Abhängigkeit von der Wellenlänge (λ) von den natürlich vorkommenden Bestandteilen der Atmosphäre absorbiert wird.In an aircraft, for example in the form of a helicopter 32 , compare 1 which is at a distance of, for example, 100 m above a floor or underground 11 flies, there is a device 10 , with the remote detection of hydrocarbons in the subsurface or near-surface area of the atmosphere 12 , especially from in line systems (gas line 13 ) guided gas emerging therefrom is possible. It is first used for a better understanding, before on the in the 5 to 7 shown devices is discussed on the 2 to 4 received. The process can basically be carried out according to two different principles. One is using a positive method as a light source 14 the sun is used, in the active process is used as a light source 14 used a laser diode. With sunlight as a light source 14 the entire atmosphere is initially used for methane detection 12E pass through, the sunlight being absorbed as a function of the wavelength (λ) by the naturally occurring components of the atmosphere.

2 zeigt eine gemessene spektrale Strahlungsdichte des Sonnenlichts an der Oberkante der Atmosphäre (durchgezogene Linie, rechte Skala). Man sieht aus der Darstellung den durch die Plancksche Strahlungsformel beschriebenen Abfall der Strahlungsdichte zu längeren Wellenlängen hin. Gleichzeitig zeigt die Figur den Logarithmus der optischen Dichte (linke Skala) des atmosphärischen Wasserdampfes (dicke Linien) und des natürlichen (Hintergrund-) Methans (dünne Linien). Deutlich erkennbar sind drei Vibrationsschwingungsbanden von Methan im Bereich von 1,65 μm, 2,4 μm und 3,3 μm mit zusammen über 5.000 einzelnen, hier nicht spektral aufgelösten Linien. Für eine passive Verfahrensführung zum Nachweis von Methan muß möglichst viel Strahlung von der Sonne den Erdboden erreichen. 2 shows a measured spectral radiation density of the sunlight at the upper edge of the atmosphere (solid line, right scale). The diagram shows the decrease in radiation density to longer wavelengths described by Planck's radiation formula. At the same time, the figure shows the logarithm of the optical density (left scale) of the atmospheric water vapor (thick lines) and the natural (background) methane (thin lines). Three vibration vibration bands of methane in the range of 1.65 μm, 2.4 μm and 3.3 μm are clearly recognizable with a total of over 5,000 individual lines, which are not spectrally resolved here. For a passive procedure for the detection of methane, as much radiation as possible from the sun must reach the ground.

3 zeigt einen Ausschnitt von 2 in hochaufgelöster Darstellung im Bereich von 1,645 bis 1,655 μm. Aufgrund der hohen Variabilität von Wasserdampf in der Atmosphäre muß für eine sichere Detektion von Methan diese sich daraus ergebende Querempfindlichkeit möglichst ver mieden oder auf einen minimalen Einfluß reduziert werden. Notwendige Voraussetzung für eine aktive Verfahrensführung ist deshalb eine Lichtquelle mit einer spektralen Halbwertsbreite von besser als 0,1 cm^–1, die sich im Bereich von mindestens ± 1,0 cm^,1– reproduzierbar erzeugen läßt, wozu sich hervorragend ein Laser als Lichtquelle eignet. 3 shows a section of 2 in high resolution in the range from 1.645 to 1.655 μm. Due to the high variability of water vapor in the atmosphere, the resulting cross-sensitivity must be avoided as far as possible or reduced to a minimal influence for reliable detection of methane. A necessary prerequisite for active process management is therefore a light source with a spectral half-width of better than 0.1 cm ^-1 , which can be reproducibly generated in the range of at least ± 1.0 cm ^{, 1} - for which a laser is ideally suited as a light source ,

4 zeigt eine hochaufgelöste Absorptionslinie aus 3 bei 1,6509 μm. 4 shows a high-resolution absorption line 3 at 1.6509 μm.

Aus den voraufgeführten Ausführungen ist ersichtlich, daß ein Verfahren passiver oder aktiver Art mittels geeigneten Lichtes durchgeführt werden kann, um einen Fernnachweis von Kohlenwasserstoffen, im vorliegenden Falle Methan, durch Ermittlung der Absorption des für den nachzuweisenden Kohlenwasserstoff, hier Methan, typischen Wellenlängenbereichs aus von einer Lichtquelle 14, entweder in Form der Sonne oder einer Laserdiode, stammenden Lichtes nachweisen zu können.It can be seen from the above explanations that a passive or active method can be carried out by means of suitable light in order to carry out remote detection of hydrocarbons, in the present case methane, by determining the absorption of the wavelength range typical of the hydrocarbon to be detected, here methane, from one light source 14 to be able to detect light originating either in the form of the sun or a laser diode.

Es wird deshalb nachfolgenden Bezug genommen auf 5, in der eine Vorrichtung 10 dargestellt ist, mir der das Verfahren ausgeführt werden kann. Die Vorrichtung 10 umfaßt ein Spektrometer 15, das mit einem Lichtleiter 18 verbunden ist, wobei der Lichtleiter 18 an seinem freien Ende 17 einen Lichtabtastbereich 16 aufweist, der hier als Linse ausgebildet sein kann. In den Lichtabtastbereich 16 fällt Licht 19, das bei der passiven Verfahrensführung, siehe 1, in einem großen Kegel akkumuliert wird.The following reference is therefore made to 5 in which a device 10 is shown with which the method can be carried out. The device 10 includes a spectrometer 15 that with an optical fiber 18 is connected, the light guide 18 at its free end 17 a light sensing area 16 has, which can be designed here as a lens. In the light sensing area 16 light falls 19 , the passive procedure, see 1 , is accumulated in a large cone.

Der Lichtleiter 18 leitet das akkumulierte Licht auf den Spektrographen 15, der eine Diodenzeile 27 umfaßt. Im Gegensatz zu einer aktiven Verfahrensführung, bei der als Lichtquelle 14 beispielsweise eine Lasereinrichtung mit sehr hoher spektraler Dichte zur Verfügung steht, muß bei einer passiven Verfahrensführung die Information aus einem größeren Spektralbereich zusammengefaßt werden, um ein detektierbares Signal zu erhalten. Dieses ist jedoch mit einer entsprechend geringen spektralen Auflösung verbunden. Demzufolge sind auch die relativen Signaländerungen, hervorgerufen durch die Absorption des aus dem Leck einer Gasleitung 13, ausströmenden Methans, entsprechend gering. Um eine ausreichende statistische Sicherheit zu erreichen, muß die Absorption gemessen und dessen integrale Änderung bestimmt werden. Dazu wird mit dem Spektrometer 15 der interessierende Wellenlängenbereich auf die Diodenzelle 27 abgebildet.The light guide 18 directs the accumulated light onto the spectrograph 15 which is a diode row 27 includes. In contrast to an active procedure in which the light source 14 For example, if a laser device with a very high spectral density is available, the information from a larger spectral range must be summarized in a passive method in order to obtain a detectable signal. However, this is associated with a correspondingly low spectral resolution. As a result, there are also the relative signal changes caused by the absorption of gas leakage 13 , outflowing methane, correspondingly low. In order to achieve sufficient statistical certainty, the absorption must be measured and its integral change determined. To do this, use the spectrometer 15 the wavelength range of interest on the diode cell 27 displayed.

Wenigstens der Lichtabtastbereich 16 des Lichtleiters 18 ist mit einer Lagestabilisierungseinrichtung 21 versehen, um sicherzustellen, daß wenigstens der Lichtabtastbereich 16 immer in einem vorgegebenen Winkel relativ zur Oberfläche des Bodens 12 auch während unregelmäßiger Flugbe wegungen eines Hubschraubers 32 oder sonstigen Fluggerätes ausgerichtet ist. Der Eingang des Lichtleiters 18 zum Spektrographen 19 ist mit einer Verschlußeinrichtung 24 versehen, die beispielsweise in Form eines elektromechanischem Verschlusses ausgebildet sein kann. Damit kann in vorbestimmten Abständen bzw. vorbestimmbaren Augenblicken und in einer vorbestimmbaren Zeit lang durch den Lichtleiter 18 geleitetes Licht auf das Spektrometer 15 gegeben werden.At least the light sensing area 16 of the light guide 18 is with a position stabilization device 21 to ensure that at least the light sensing area 16 always at a given angle relative to the surface of the floor 12 even during irregular flight movements of a helicopter 32 or other Aircraft is aligned. The entrance of the light guide 18 to the spectrograph 19 is with a locking device 24 provided, which can be designed for example in the form of an electromechanical closure. This means that the light guide can be used at predetermined intervals or at predetermined times and in a predetermined time 18 directed light onto the spectrometer 15 are given.

Die Diodenzeile 27 ist mir einer thermoelektrischen Kühleinrichtung 28 und diese wiederum mit einer Steuerungseinrichtung 29 verbunden, die eine geeignete Temperierung der Diodenzeile 27 bewirkt. Ein zentraler Rechner 26 ist mit der Verschlußeinrichtung 24, der Lagestabilisierungseinrichtung 21 sowie der Steuerungseinrichtung 29 verbunden und ggf. mit einem Navigationssystem 25, das beispielsweise in Form eines GPS-Systems (Globel Positioning System) ausgebildet sein kann. Der Rechner 26 kann ggf. mit einer Ausgabeeinheit 30 in Form eines Bildschirms und/oder Druckers und/oder einer Fernübertragungseinrichtung verbunden sein. Schließlich kann der Rechner 26 mit einer Lagedateneinrichtung 31 verbunden sein, die geeignete Informationen aus der momentanen Fluglage des Hubschraubers 32 an dem Rechner 26 lielert. Mittels des Rechners 26 kann die gesamte Funktionsweise der Vorrichtung 10 gesteuert werden und es kann auch der Verfahrensprozeß als solcher, d. h. die Erfassung und Aufbereitung der Meßwerte, gesteuert werden, bis diese verwendbar und ggf. weiterverwertbar an der Ausgabeeinheit 30 anliegen.The diode row 27 is a thermoelectric cooling device 28 and this in turn with a control device 29 connected, the appropriate temperature control of the diode array 27 causes. A central computer 26 is with the locking device 24 , the position stabilization device 21 and the control device 29 connected and possibly with a navigation system 25 , which can be designed, for example, in the form of a GPS system (Globel Positioning System). The computer 26 can possibly with an output unit 30 be connected in the form of a screen and / or printer and / or a remote transmission device. Finally, the calculator can 26 with a location data facility 31 be connected, the appropriate information from the current flight position of the helicopter 32 on the computer 26 lielert. Using the computer 26 can the whole operation of the device 10 can be controlled and the process process as such, ie the acquisition and preparation of the measured values, can also be controlled until they can be used and, if necessary, further processed at the output unit 30 issue.

Die Vorrichtung 10 kann in einer fiugverlastbaren Einheit 20 aufgebaut werden bzw. zusammengefaßt werden, so daß ein schneller Aus- bzw. Einbau aus dem bzw. in das Fluggerät 32 möglich ist. Die nachfolgend beschriebene Vorrichtung gemäß 6 ist analog als derartige Einheit aufbaubar.The device 10 can be placed in a unit that can be loaded by the aircraft 20 be built up or summarized so that a quick removal or installation from or into the aircraft 32 is possible. The device described below according to 6 can be constructed analogously as such a unit.

In 6 ist eine Vorrichtung 10 dargestellt, mit der eine aktive Verfahrensführung möglich ist. Als Lichtquelle 14 dient hier eine Laserdiode, und das eigentliche Spektrometer 15 wird durch eine Photodiode 15 gebildet. Die Vorrichtung 10 zur Ausführung einer aktiven Verfahrensführung gemäß 6 unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 zur Ausführung einer passiven Verfahrensvorrichtung an sich nur dadurch, daß zusätzlich noch vor den Lichtabtastbereich 16 bzw. als Lichtabtastbereich des Lichtleiters 18 eine Teleskopeinrichtung 23 geschaltet ist, die die Akkumulation aus einem schmalen reflektierten Lichtkegel, vergleiche 1, ermöglicht. Die übrigen Komponenten der Vorrichtung 10 sind zwischen den Vorrichtungen gleich und werden deshalb hier nicht noch einmal beschrieben.In 6 is a device 10 shown with which an active process management is possible. As a light source 14 a laser diode and the actual spectrometer are used here 15 is through a photodiode 15 educated. The device 10 to carry out an active procedure according to 6 differs from the device 10 to carry out a passive method device per se only in that additionally in front of the light scanning area 16 or as a light scanning area of the light guide 18 a telescopic device 23 is switched, which compare the accumulation from a narrow reflected light cone 1 , enables. The remaining components of the device 10 are the same between the devices and are therefore not described again here.

Das Spektrometer 15 wird bei der Vorrichtung 10 zur aktiven Verfahrensführung durch eine Anordnung gebildet, wie sie im einzelnen aus 7 ersichtlich ist. Von einer Laserdiode als Lichtquelle 14 wird horizontal polarisiertes Licht 19 erzeugt und mittels, einer Linse kollimiert und an einer entsprechend spezifizierten Beschichtung eines Polarisators reflektiert. Über eine λ/4-Platte wird eine Zirkularpolarisation des Lichts 19 erzeugt, die dann in den Lichtleiter 18 eingekoppelt wird. Das reflektierte, ggf. entsprechend dem delektierten Kohlenwasserstoff, beispielsweise Methan, extinktierte Licht, passiert dann vom Lichtleiter 18 kommend wiederum die λ/4-Platte und ist wieder linear polarisiert, jedoch senkrecht zu dem ausgehenden Licht 19 und kann einen in den Strahlengang gelegten Strahlteiler (Polarisator) passieren, um auf die Photodiode 15 fokussiert zu werden. Ein zwischengeschaltetes Interferenzfilter dient der Unterdrückung des Sonnenlichts. The spectrometer 15 is at the device 10 formed for the active conduct of the process by an arrangement as they are in detail 7 can be seen. From a laser diode as a light source 14 becomes horizontally polarized light 19 generated and collimated by means of a lens and reflected on a correspondingly specified coating of a polarizer. A circular polarization of the light is achieved via a λ / 4 plate 19 generated, which then in the light guide 18 is coupled. The reflected light, which may be extinct according to the detected hydrocarbon, for example methane, then passes through the light guide 18 coming again the λ / 4 plate and is linearly polarized again, but perpendicular to the outgoing light 19 and can pass a beam splitter (polarizer) placed in the beam path to the photodiode 15 to be focused. An interposed interference filter serves to suppress the sunlight.

Es sind auch Kombinationen von Vorrichtungen 10 gemäß 5 und 6, hier nicht gesondert dargestellt, möglich. Eine solche Kombination gestattet ggf. auch gleichzeitig eine aktive und passive Verfahrensführung.They are also combinations of devices 10 according to 5 and 6 , not shown separately here, possible. Such a combination may also permit active and passive process management at the same time.

Methan oder ein beliebiger anderer geeigneter Kohlenwasserstoff der sich'in der Atmosphäre 12 befindet, kann nunmehr von einem Hubschrauber 32 aus, der sich in einen vorbestimmbaren Abstand vom Untergrund oder Boden befindet. in dem eine Gasleitung liegt, berührungslos ermittelt werden. Dabei wird durch Ermittlung der Absorption des für Methan oder eines beliebigen anderen nachzuweisenden Kohlenstoffes typischen Wellenlängenbereichs des aus der Lichtquelle 14, entweder der Sonne oder einer Lasereinrichtung, stammenden Lichts 19 der Kohlenwasserstoff nachgewiesen.Methane or any other suitable hydrocarbon that is in the atmosphere 12 is now from a helicopter 32 from a predetermined distance from the ground or floor. in which there is a gas pipe can be determined without contact. By determining the absorption of the wavelength range typical of methane or any other carbon to be detected, the light source 14 , either the sun or a laser device 19 the hydrocarbon proven.

1010: Vorrichtung contraption
11 11: Bodenground
1212: Atmosphäre the atmosphere
13 13: Gasleitunggas pipe
1414: Lichtquelle light source
15 15: Spektrometerspectrometer
1616: Lichtabtastbereich Lichtabtastbereich
17 17: freies Endefree The End
1818: Lichtleiter optical fiber
19 19: Lichtlight
2020: Einheit unit
21 21: LagestabilisierungseinheitThe attitude control unit
2222: Photodiode photodiode
23 23: Teleskopeinrichtungtelescopic device
2424: Verschlußeinrichtung closure device
25 25: Navigationssystemnavigation system
2626: Rechner computer
27 27: Diodenzeilediode array
2828: Kühleinrichtung cooling device
29 29: Steuerungseinrichtungcontrol device
3030: Ausgabeeinheit output unit
3131: LagedateneinrichtungLocation data device
3232: Hubschrauberhelicopter

Claims

Hydrocarbon detection method substances in the atmosphere in which the hydrocarbon is detected contactlessly with respect to a subsurface or soil by determining the absorption of the wavelength range typical for the hydrocarbon to be detected from light coming from a light source, characterized in that the method for remote detection of the hydrocarbons in the subsurface or near-ground region of the atmosphere is carried out at a predeterminable distance from the subsurface or ground by an aviation device, the hydrocarbons to be detected originating from gas escaping from them in line systems.

Methods for the detection of hydrocarbons in the atmosphere, where the hydrocarbon is contactless with respect to one Underground or soil by determining the intensity of the Raman scattering of for the typical wavelength range of hydrocarbons to be detected is detected from light originating from a light source, thereby characterized that the Method for remote detection of underground hydrocarbons or near-ground area of the atmosphere in a predetermined Distance from the ground or the ground is carried out by an aircraft, being the. hydrocarbons to be detected from in piping systems guided, from it escaping gas.

Method according to one of the two claims 1 or 2, characterized in that the light coming from the light source is sunlight.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the light from the light source is laser light.

A method according to claim 4, characterized in that this Laser light is pulsed.

Method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the distance from the underground during execution the process in the range from 20 m to 100 m, preferably 100 m, lies.

Method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the hydrocarbon Is methane.

Device for the detection of hydrocarbons in the atmosphere, in which the hydrocarbon is detected in a contactless manner with respect to a subsoil or soil by determining the absorption or the intensity of the Raman scattering of the wavelength range typical for the hydrocarbon to be detected, comprising a light source and one with a spectrometer connected light guide, provided with a light scanning area at its free end, into which light coming from the light source falls after its extinction by the hydrocarbon and can be conducted to the spectrometer for its analysis, characterized in that it is in the manner of a flight-loadable unit ( 20 ) and at least the light scanning area ( 16 ) of the light guide ( 18 ) with a position stabilization device ( 21 ) is provided.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the light source ( 14 ) is formed by a laser diode.

Device according to one or both of claims 8 or 9, characterized in that the spectrometer ( 15 ) by a photodiode ( 22 ) is formed.

Device according to one or more of claims 8 to 10, characterized in that the light scanning area ( 16 ) of the light guide ( 18 ) a telescopic device ( 23 ) includes.

Device according to one or more of claims 8 to 11, characterized in that between the light guide ( 18 ) and spectrometer ( 15 ) a locking device ( 24 ) is arranged.

Device according to one or more of claims 8 to 12, characterized in that it is equipped with a navigation system ( 25 ) is provided that the device ( 10 ) Provides information about the respective position coordinates.

Device according to claim 13, characterized in that the navigation system ( 25 ) is a GPS (Global Positioning System) system.

Device according to one or more of claims 8 to 14, characterized in that the control of at least the spectrometer ( 15 ) by means of a computer which is functionally connected to this ( 26 ) he follows.