[實用新型]一種微型紅外汽車尾氣分析儀

有效

• 申請號: 201420471113.5
• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN204044057U
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 劉鴻飛
• 申請（專利權）人: 劉鴻飛
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/3504
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本實用新型涉及汽車尾氣成分分析裝置，尤其是涉及采用諧振積分腔技術的一種微型紅外汽車尾氣分析儀。

背景技術

根據國標GBl?8285---2005《點燃式發動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法(雙怠速法及簡易工況法)》，要求在進行汽車尾氣分析測量推薦定容采樣法，進行尾氣取樣。定容采樣法是美國制定的，并在1972年啟用的標準采樣方法。隨后，日本和歐洲分別在1973年和20世紀80年代也采用了這種方法。可以說，定容采樣法是一種世界通行的汽車尾氣樣氣采樣方法。定容采樣法(Constant?Volume?Sampling)是一種稀釋采樣方法，該法有控制地用周圍空氣對汽車排氣進行連續稀釋，因而可以更接近于汽車排氣向大氣中擴散，對大氣進行污染這一實際過程。

該系統要求被測車輛在轉鼓試驗臺上，按規定的工況法，進行循環運轉測試，汽車排氣直接進入稀釋風道中，按規定的比例與空氣混合，稀釋比依排氣流量不同而變化，一般比例為(6～20)∶l(王險峰.汽車尾氣遠程監測系統研究與開發[D].重慶交通大學車輛工程,2011)。然后用定容泵提出定量的部分稀釋尾氣以待測試，其余的排走。定容采樣法，對排氣做了稀釋處理，更接近與排放氣對大氣污染的實際情況，且可以減小由于排放中高沸點物質凝聚、吸附現象的發生而引起的測量誤差。

但是，定容采樣法對汽車排放尾氣進行稀釋，因此待測氣體濃度同比例地降低了，也就是說，汽車尾氣的測量性能需要比以前至少要提高6～20倍。因此，對汽車尾氣分析儀器提出了更高的要求，要求有更高的靈敏度和測量精度。

由于CO、CH、NOx等氣體，對某種特殊波長的紅外光有較強的吸收作用，而對其他波長光的吸收作用則較弱(丁萬山,陳小剛,張健,等.基于光譜吸收法的微型車載尾氣診斷系統[J].傳感器與微系統,2009,28(2):81-83)。因此一般根據朗伯-比爾定律，待測氣體濃度C與吸收度k(λ)、有效光程L、透射比τ有關，待測氣體濃度越高，有效光程L越長，則紅外能量衰減越大(陳志敏.汽車尾氣紅外檢測系統的新技術研究[D].山東理工大學測試計量技術及儀器,2010)。通常地，在氣室兩側分別放置紅外探測器和光源，光源從一端入射，其強度為I₀(λ)，透過待測氣體，另一端的紅外傳感器接收，接收到的光強度為I(λ)，再結合已知的有效光程L，就可以推算出其他濃度(羅青青,周正貴,李慶,等.基于RFID技術的汽車尾氣檢測系統電路設計[J].電子世界,2013(18):21)。

發明內容

本實用新型的目的在于提供可以檢測低濃度汽車尾氣樣品，使光在測量氣室內多次折返，有效測量光程增加了過百次，可提高測量靈敏度、精確度，可顯著減小儀器體積的一種微型紅外汽車尾氣分析儀。

本實用新型設有樣氣前處理裝置、諧振積分腔、紅外LED光源、第1?PD傳感器、第2?PD傳感器、LED驅動電路和信號處理電路；

所述樣氣前處理裝置的樣氣輸入口外接汽車尾氣樣品出口，所述諧振積分腔設有進氣口和出氣口，樣氣前處理裝置的尾氣出口經進氣口進入諧振積分腔，所述諧振積分腔設有紅外光入射孔和紅外光出射孔，紅外LED光源發出的紅外光通過準直鏡形成平行光，平行光再經分光片后一路由紅外光入射孔入射諧振積分腔內，另一路入射到第1?PD傳感器的光敏面上，第1?PD傳感器接收到入射光后，產生對應的光生電流，并由第1?I-V轉換電路將光生電流轉換成電壓信號，第1?I-V轉換電路的電壓信號輸出端接轉換開關的第2輸入端；轉換開關的輸出端接信號采集電路的輸入端，信號采集電路的輸出端接LED驅動電路的輸入端，LED驅動電路的輸出端接紅外LED光源，所述LED驅動電路用于控制紅外LED光源，LED驅動電路與分光片和第1?PD傳感器組成恒功率控制環路，按設定功率輸出恒定的功率；諧振積分腔內設有前平凹反射鏡和后平凹反射鏡，前平凹反射鏡和后平凹反射鏡均鍍全反膜；紅外光進入諧振積分腔后，進行諧振震蕩，途經的氣體分子對紅外光進行吸收，從而對入射的紅外光進行衰減，最后紅外光通過紅外光出射孔，離開諧振積分腔并入射到第2?PD傳感器的光敏面上，第2?PD傳感器接受到入射光后，產生與光強對應的光生電流，并由第2?I-V轉換電路將光生電流轉換成電壓信號，第2?I-V轉換電路的電壓信號輸出端接轉換開關的第1輸入端。

信號處理電路的輸出信號，再數字化，與LED出射光功率比較后，可以計算出光的總衰減量，總的有效光程可以通過設計仿真直接得出，最后計算出對應氣體的濃度。