英国科学家开发新一代低成本海洋光纤同位素探测器

Rand Ismaeel博士进行水质检测

据麦姆斯咨询报道，检测海洋甲烷和碳氢化合物水平是新一代低成本光纤同位素探测器的目标，这也是英国南安普顿大学光电子研究中心的一个著名研究项目。

由英国南安普顿大学光电子研究中心Rand Ismaeel博士领导的团队将用英国皇家工程院(Royal Academy of Engineering)提供的五年期研究奖学金开发用于微型水下自动机器人(Autonomous Underwater Vehicles，以下简称：AUVs)的传感器。

甲烷是一种温室效应性能很强的气体，以水合物的形式大量存在于海底的冰状仓库。光电子研究中心成员评论说：“海洋温度升高会导致这些水合物分解并向大气释放出封存多年的甲烷，从而加剧温室效应，导致全球变暖。”

评估甲烷的转化程度

光电子研究中心、英国国家海洋学中心(National Oceanography Centre, NOC)、Planet Ocean和法国里昂大学(Université de Lyon)的联合项目旨在提供一种高效且经济的技术，以了解甲烷在不同深度和温度下的转化程度，以及在大气中的排放模式。除了获得甲烷分布图外，该研究项目还将设计光学传感器，为石油管道故障提供有效的早期预警系统，减轻灾难和严重的环境影响。

Ismaeel博士评论说：“这项研究项目改变了笨重、可靠性低且昂贵的海洋碳氢化合物检测技术现状，带来了适用于低成本海洋勘测的新一代海洋光子传感器。通过引入该类智能工具，将有可能彻底改变石油和天然气公司执行管道检查的方式，或许将出台新的政策及法规，强制石油和天然气公司执行相关检查并提高检查频率。”

“这些新传感器获取有关海洋甲烷生命周期的重要原始数据，将提供有关甲烷、甲烷水合物与全球变暖之间相互作用的新见解。至关重要的是，我们必须提供最新的科学进展来帮助应对此类全球性挑战。”

改进传统方法

市售的甲烷和碳氢化合物传感器均基于从水中提取的气体，响应时间和选择性都会受到影响。并且也不兼容集成到AUVs中，需要固定安装在大型航行器或滑翔机上。

新型探测器将首次实现了无需转换为气态，在近红外光谱测量和区分溶解在海洋中的碳氢化合物。该探测器将被设计得紧凑、高效和低功耗，以匹配水下自动机器人ecoSUB的鼻子，这是Planet Ocean的一部分。Ismaeel博士将与Planet Ocean的项目合作伙伴密切合作，将光纤传感器无缝集成到水下航行器。

这种高效设计采用了Ismaeel博士在光电子研究中心博士及博士后期间研究的光循环技术。几何体中的光将在光纤中来回循环，并在与目标分子吸收的波长相匹配的特定波长下发生共振。

为了进一步提高对甲烷的甄别能力，光电子研究中心将与里昂大学及挪威北极圈大学(Arctic University of Norway)合作开发选择层。该项目将多参数V-lux荧光计集成到由项目合作伙伴Chelsea Technologies Group开发并提供实物的水下自动机器人ecoSUB中。

传感器性能测试将在英国国家海洋学中心的世界级压力和环境测试设施中进行，承受水下6000米的压力，温度为2°C，光电子研究中心与Blue Ocean Monitoring、石油和天然气公司合作进行管道检查的现场测试。