[發(fā)明專利]可自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測交通車輛尾氣排放的裝置和評估方法

在審

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• 申請日: 2016-06-17
• 公開（公告）號: CN107516420A
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許常樂
• 申請（專利權(quán)）人: 北京利和順達(dá)電子有限公司
• 主分類號: G08G1/017
• 分類號: G08G1/017;G08G1/052;G01N21/3504
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別是可自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測交通車輛尾氣排放的裝置和評估方法。

背景技術(shù)

隨著科技水平的快速發(fā)展和人民生活水平的逐步提高，國內(nèi)大中城市汽車保有量快速增長，交通車輛尾氣的污染問題已逐步成為環(huán)境保護(hù)部門關(guān)注的熱點(diǎn)。對交通車輛排放尾氣濃度的準(zhǔn)確檢測是交通車輛淘汰的重要依據(jù)，目前，主要的交通車輛尾氣檢測技術(shù)有：底盤測功機(jī)測試法、室外遙感檢測法和車載尾氣檢測法。底盤測功機(jī)測試法雖然設(shè)備成本低，但是檢測必須在固定行駛的工況下進(jìn)行，不能真實(shí)的反映實(shí)時(shí)道路上尾氣排放的具體情況。室外遙感檢測法雖然能夠在汽車正常行駛過程中完成定點(diǎn)檢測，但是在檢測過程中對交通狀況和安置地點(diǎn)有苛刻的要求，容易受周圍環(huán)境影響，導(dǎo)致測量精度低。車載尾氣檢測法雖然能模擬實(shí)時(shí)路況，也能夠迅速獲得不同路段、不同車型、不同時(shí)段的尾氣排放數(shù)據(jù)，但是每臺(tái)車輛都必須配置一臺(tái)檢測儀器，安裝使用成本高。

目前，交通車輛尾氣檢測過程中存在三個(gè)急需解決的問題，第一，如何消除周圍環(huán)境因素對交通車輛尾氣檢測精度的影響，提高交通車輛尾氣檢測的精度；第二，如何提高車輛尾氣檢測系統(tǒng)設(shè)備長期工作穩(wěn)定性和設(shè)備升級維護(hù)的便利性；第三，如何對尾氣排放超標(biāo)的交通車輛的實(shí)時(shí)識(shí)別并及時(shí)上報(bào)給環(huán)境保護(hù)部門和交通管理部門。解決這幾個(gè)問題，可以提高交通車輛尾氣檢測的自動(dòng)化程度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決交通車輛尾氣檢測精度不高和尾氣排放超標(biāo)車輛的自動(dòng)識(shí)別問題，提出了可自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測交通車輛尾氣排放的裝置和評估方法，包括控制器、FPGA、發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、云臺(tái)驅(qū)動(dòng)器、照相機(jī)、雷達(dá)測速系統(tǒng)、RFID讀卡器、大氣壓和溫度傳感器、4G無線傳輸模塊和數(shù)據(jù)補(bǔ)償存儲(chǔ)表。所述發(fā)射系統(tǒng)包括射頻驅(qū)動(dòng)器、聲光可調(diào)諧濾波器和紅外光源，所述接收系統(tǒng)包括光電探測器一、信號處理器和光電探測器二。所述的控制器通過FPGA和發(fā)射系統(tǒng)相連接，所述發(fā)射系統(tǒng)中的射頻驅(qū)動(dòng)器和聲光可調(diào)諧濾波器相連接，所述紅外光源通過準(zhǔn)直系統(tǒng)和聲光可調(diào)諧濾波器相連接。所述控制器和接收系統(tǒng)相連接，接收系統(tǒng)中的信號處理器分別連接光電探測器一和光電探測器二。所述雷達(dá)測速系統(tǒng)通過FPGA和控制器相連接。所述照相機(jī)通過云臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和控制器相連接。所述RFID讀卡器通過FPGA和控制器相連接，所述控制器還連接4G無線傳輸模塊。所述控制器還和大氣壓和溫度傳感器、數(shù)據(jù)補(bǔ)償存儲(chǔ)表相連接。

可自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測交通車輛尾氣排放的裝置和評估方法主要利用聲光可調(diào)諧濾波器產(chǎn)生的參考光束和測量光束，穿過車輛尾氣后，參考光束的能量不變，而測量光束能量的變化與汽車尾氣濃度成比例，光電探測器一和光電探測器二將探測的參考光束和測量光束的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，然后送到信號處理器進(jìn)行差分處理得到車輛尾氣含量。聲光可調(diào)諧濾波器產(chǎn)生的單色光波長與射頻驅(qū)動(dòng)器輸出的射頻頻率相對應(yīng)，通過改變射頻驅(qū)動(dòng)器輸出的射頻頻率可以實(shí)現(xiàn)對不同成分汽車尾氣濃度的測量。下面以汽車尾氣中CO為例說明比差法測量汽車尾氣濃度的原理如下：

光電探測器一接收的參考光束的能量，光電探測器二接收的測量光束的能量為，為汽車尾氣CO氣體濃度，為吸收系數(shù)，為汽車排氣管的直徑，信號處理器通過比差法得到汽車尾氣CO氣體濃度為。

由于大氣壓、溫度、光電探測器一和光電探測器二參數(shù)不一致、被測車輛車速會(huì)影響汽車尾氣的測量精度，為了提高汽車尾氣測量精度，將溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)、大氣壓補(bǔ)償數(shù)據(jù)、交通車輛速度補(bǔ)償數(shù)據(jù)、光電探測器一和光電探測器二參數(shù)不一致性補(bǔ)償數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)補(bǔ)償存儲(chǔ)表，實(shí)際使用時(shí)根據(jù)大氣壓和溫度傳感器測量的大氣壓和環(huán)境溫度信息，雷達(dá)測速系統(tǒng)測量的汽車車速信息，通過查表方式補(bǔ)償信號處理器通過比差法得到汽車尾氣的濃度。下面以大氣壓查表為例說明補(bǔ)償?shù)脑砣缦拢?/p>

，,分別為實(shí)際氣體含量和修正前氣體含量檢測值，為氣體含量檢測值的相對誤差，當(dāng)前環(huán)境大氣壓值，當(dāng)在數(shù)據(jù)補(bǔ)償表中，直接可以查表得到，當(dāng)不在數(shù)據(jù)補(bǔ)償表中時(shí)，通過線性插值方法得到。

為了提高測量的精度，F(xiàn)PGA驅(qū)動(dòng)發(fā)射系統(tǒng)中的射頻驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生可調(diào)制頻率的射頻驅(qū)動(dòng)信號的頻譜要求帶寬窄，另一方面，紅外光源通過準(zhǔn)直系統(tǒng)輸入給聲光可調(diào)諧濾波器。為了產(chǎn)生窄帶寬的射頻驅(qū)動(dòng)信號，需要對射頻驅(qū)動(dòng)器輸出信號的能量進(jìn)行自動(dòng)增益控制。自動(dòng)增益控制的原理為：對射頻驅(qū)動(dòng)器輸出信號能量進(jìn)行采樣并和參考電平相比較，如果輸出信號電平太高（低），就把一個(gè)負(fù)（正）的信號反饋回來，減?。ㄔ黾樱┰鲆?。增益的計(jì)算公式如下：

射頻驅(qū)動(dòng)器輸出信號，其中是射頻驅(qū)動(dòng)器輸入信號，為增益參數(shù)。