①容積式甲烷測(cè)定法

該法利用甲烷在催化元件上燃燒而引起燃燒室容積(當(dāng)燃燒室為固體材料時(shí)，燃燒室容積的變化是隨活塞的移動(dòng)而改變)變化來(lái)檢測(cè)甲烷的體積分?jǐn)?shù)。容積式甲烷測(cè)定法具有測(cè)定精度高的優(yōu)點(diǎn)，但也存在測(cè)定所用時(shí)間較長(zhǎng)、構(gòu)造復(fù)雜的缺點(diǎn)。

②壓力式甲烷測(cè)定法

該法利用甲烷在催化元件上燃燒而引起的燃燒室壓力變化來(lái)檢測(cè)甲烷的體積分?jǐn)?shù)。壓力式甲烷測(cè)定儀的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是測(cè)量精度較低。

③甲烷檢定燈法

該法在測(cè)試過(guò)程中，根據(jù)甲烷體積分?jǐn)?shù)不同引起燃燒火焰的長(zhǎng)度變化來(lái)檢測(cè)甲烷體積分?jǐn)?shù)。該法的優(yōu)點(diǎn)是能在缺氧狀態(tài)下測(cè)量甲烷體積分?jǐn)?shù)，并且該類儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但該法的缺點(diǎn)是測(cè)量精度低，不能測(cè)高體積分?jǐn)?shù)的甲烷，而且檢測(cè)時(shí)若操作人員方法控制不當(dāng)，很容易引起爆炸，因此使用該法測(cè)量甲烷時(shí)安全性較差。

④密度差式甲烷測(cè)定法

該法利用甲烷與空氣的密度差產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)翼角速度(本文中指甲烷氣體以回轉(zhuǎn)半徑每秒掃過(guò)的角度)的變化來(lái)測(cè)量甲烷體積分?jǐn)?shù)。該方法具有結(jié)構(gòu)牢固的優(yōu)點(diǎn)，但存在裝置體積較大、測(cè)量精度較低的缺點(diǎn)。

⑤熱導(dǎo)式測(cè)定法

該法利用甲烷體積分?jǐn)?shù)變化所引起的相對(duì)空氣熱導(dǎo)率的變化規(guī)律來(lái)測(cè)定甲烷體積分?jǐn)?shù)。該法測(cè)量低體積分?jǐn)?shù)甲烷精度很低，并且受雜質(zhì)氣體影響大^[15]。

目前，常用的甲烷檢測(cè)儀器主要有兩類：一類是光干涉法甲烷檢測(cè)儀，其利用甲烷與空氣對(duì)光折射率的不同而產(chǎn)生不同的干涉條紋偏移量，而此偏移量的大小與甲烷體積分?jǐn)?shù)成比例的關(guān)系；另一類是光纖吸收法甲烷檢測(cè)儀，其利用甲烷氣體的光譜吸收特性測(cè)定甲烷的體積分?jǐn)?shù)。

光干涉法傳感器是根據(jù)光干涉法的測(cè)量原理制備而成。l930年，日本的遷二郎博士經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究，發(fā)明了第一臺(tái)光干涉法甲烷檢測(cè)儀。1954年，我國(guó)引進(jìn)了該設(shè)備，并研發(fā)了AQG-l型、GWI-1型、AQG-2型等儀器。目前，隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)作為光電轉(zhuǎn)換器件應(yīng)用到甲烷檢測(cè)儀中，提高了測(cè)量的精度。近年來(lái)，隨著嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Process，DSP)、開(kāi)發(fā)板等嵌入式系統(tǒng)被應(yīng)用于儀器儀表中進(jìn)行信號(hào)處理是行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。光干涉法甲烷檢測(cè)儀主要的優(yōu)點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)。但是這種檢測(cè)儀選擇性較差，易受氧氣和二氧化碳含量的影響，還容易受溫度和氣壓影響產(chǎn)生誤差，可靠性、穩(wěn)定性稍差。

在線檢測(cè)(實(shí)時(shí)檢測(cè))儀器研究和應(yīng)用方面，國(guó)外起步較早，并已取得較多成果。其中光纖吸收法甲烷檢測(cè)儀是應(yīng)用最普遍的儀器，該儀器是根據(jù)Beer-Lambert定理進(jìn)行甲烷氣體檢測(cè)。1979年，同本的H．Inaba等提出用長(zhǎng)距離光纖進(jìn)行大氣污染監(jiān)測(cè)的光纖系統(tǒng)，對(duì)甲烷進(jìn)行在線檢測(cè)，可檢測(cè)到的甲烷體積分?jǐn)?shù)下限為甲烷爆炸下限的25％^[16]。T．Nakaya等人于2000年以波長(zhǎng)為1.66×10^-12m的激光器為光源，對(duì)大氣中甲烷體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)研究^[17]。

雖然DFBLD光源大幅提高了氣體傳感器的檢測(cè)精度，但其較高的成本使其難以應(yīng)用。我國(guó)對(duì)這方面的研究始于20世紀(jì)80年代末，起步較晚。1997年，曹茂永等研究了吸收光譜式光纖瓦斯傳感器，并提出了該類傳感器技術(shù)指標(biāo)及基本參數(shù)的確定方法^[18]。2000年，葉險(xiǎn)峰等進(jìn)行了甲烷氣體體積分?jǐn)?shù)檢測(cè)的研究，該研究采用波長(zhǎng)為1.3×10^-6m通信波段LED作為光源，配合閃耀光柵的技術(shù)對(duì)甲烷氣體體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行檢測(cè)^[19]。2005年，林楓等將超輻射發(fā)光二極管應(yīng)用到甲烷的差分吸收測(cè)量研究中，該技術(shù)對(duì)甲烷體積分?jǐn)?shù)的檢測(cè)下限達(dá)到1×10^-3[20]。光纖氣體傳感技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了由寬帶光源到利用窄帶可調(diào)諧光源的過(guò)程。在發(fā)展過(guò)程中，其檢測(cè)下限逐步降低，單點(diǎn)測(cè)量成本也逐漸降低。隨著光纖傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，基于光纖的氣體傳感技術(shù)也會(huì)越來(lái)越完善。

甲烷檢測(cè)方法和技術(shù)的發(fā)展對(duì)我國(guó)天然氣的安全使用具有重大意義?，F(xiàn)有的甲烷檢測(cè)方法中，光干涉法和光纖吸收法由于具有檢測(cè)下限低、響應(yīng)快、不易受其他氣體干擾等優(yōu)點(diǎn)，成為甲烷檢測(cè)的主要方法。光干涉法甲烷檢測(cè)儀和光纖吸收法甲烷檢測(cè)儀是甲烷檢測(cè)儀發(fā)展的主要方向。并且，隨著光電技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是新型光源、探測(cè)器和光學(xué)器件的出現(xiàn)，光干涉法甲烷檢測(cè)儀和光纖吸收法甲烷檢測(cè)儀在甲烷的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)中將得到更廣泛的應(yīng)用。

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