[發(fā)明專利]基于平頂激光束的汽車尾氣中氨氣濃度分布實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011558938.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN112525842B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙永光;何躍;劉瑩;王占新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/31
• 分類號(hào): G01N21/31
• 代理公司: 北京淮海知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32205
• 代理人: 孟潔

本發(fā)明公開一種基于平頂激光束的汽車尾氣中氨氣濃度分布實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置，該裝置從前到后依次設(shè)置有激光發(fā)射器、準(zhǔn)直透鏡、平頂光束整形器、擴(kuò)束系統(tǒng)、石英玻璃管、窄帶濾光片、成像透鏡、CCD相機(jī)，還包括與CCD相機(jī)相連的計(jì)算機(jī)。激光器發(fā)射特定波長(zhǎng)的激光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡后射入平頂光束整形器，得到的平頂激光束經(jīng)擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)束后橫穿整個(gè)石英玻璃管，石英玻璃管后端與CCD相機(jī)之間設(shè)有窄帶濾光片與成像透鏡，石英玻璃管兩端側(cè)面的管壁上分別開設(shè)有尾氣排入口和尾氣排出口。本發(fā)明能夠?qū)ζ囄矚夤艿罊M截面上相對(duì)氨氣濃度分布進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和單點(diǎn)氨氣濃度值，能夠工作在多種背景噪聲和高溫環(huán)境中，具有高的信噪比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種汽車尾氣檢測(cè)裝置，具體是一種基于平頂激光束的汽車尾氣中氨氣濃度分布實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置，適用于激光技術(shù)與汽車工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

21世紀(jì)以來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)排放問(wèn)題成為了空氣質(zhì)量研究的重點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)排放氣體中NO_X等有害排放物問(wèn)題比較嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)外明確規(guī)定了發(fā)動(dòng)機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)，為了降低氮氧化物等排放量，由于凈化系統(tǒng)技術(shù)限制，國(guó)內(nèi)比較常見(jiàn)的方法是使用SCR系統(tǒng)來(lái)降低NO_X的排放，選擇尿素水溶液作為還原劑，尿素的過(guò)量會(huì)導(dǎo)致氨氣溢出排入大氣中。氨氣無(wú)色刺激性氣體，對(duì)人體呼吸和組織都有刺激和腐蝕作用，若人體吸入過(guò)多，會(huì)引發(fā)心臟暫停甚至危及生命。

目前對(duì)于汽車尾氣中氨氣濃度的檢測(cè)多數(shù)使用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收技術(shù)（TDLAS）或分析儀技術(shù)。使用單點(diǎn)測(cè)量的方法，當(dāng)管道中混合氣體流過(guò)小孔時(shí)，利用光譜儀分析測(cè)量目標(biāo)氣體吸收強(qiáng)度等特性，檢測(cè)出的氨氣濃度只是管道中某單點(diǎn)的值，截面上不同區(qū)域氨氣濃度分布不均，單點(diǎn)檢測(cè)不能實(shí)時(shí)地反映整個(gè)截面的氨氣分布。采用網(wǎng)格式多個(gè)單點(diǎn)取樣進(jìn)行擬合實(shí)現(xiàn)整個(gè)截面氨氣分布檢測(cè)，取樣點(diǎn)不同也會(huì)使測(cè)量數(shù)據(jù)有偏差，取點(diǎn)操作過(guò)程繁瑣，需要高精度儀器，且得不到整個(gè)截面上實(shí)時(shí)變化的氨氣濃度分布情況。測(cè)量整個(gè)截面的氨氣濃度分布技術(shù)較匱乏，在管道尾氣排放時(shí)，如果不能精準(zhǔn)地測(cè)量和防控氨氣的排放，對(duì)空氣質(zhì)量影響和人體健康都存在著巨大的隱患。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種基于平頂激光束的汽車尾氣中氨氣濃度分布實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置，能夠?qū)ζ囄矚夤艿勒麄€(gè)橫截面上相對(duì)氨氣濃度分布進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和單個(gè)點(diǎn)氨氣濃度值，精確反映管道整個(gè)橫截面的氨氣分布情況。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供一種基于平頂激光束的汽車尾氣中氨氣濃度分布實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置，該裝置從前到后依次設(shè)置有激光發(fā)射器、準(zhǔn)直透鏡、平頂光束整形器、擴(kuò)束系統(tǒng)、石英玻璃管，窄帶濾光片，成像透鏡、CCD相機(jī)，包括與CCD相機(jī)相連的計(jì)算機(jī)。

其中，對(duì)汽車尾氣各組分的吸收光譜進(jìn)行對(duì)比分析，激光發(fā)射器發(fā)射特定的波長(zhǎng)激光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡后射入平頂光束整形器，濃度均勻分布的平頂激光束經(jīng)擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)束后從長(zhǎng)焦透鏡射出，穿過(guò)石英玻璃管前端進(jìn)入管道內(nèi)，平頂激光束從石英玻璃管后端射出，石英玻璃管后端與CCD相機(jī)之間設(shè)有窄帶濾光片和成像透鏡。石英玻璃管兩端側(cè)面的管壁上分別開設(shè)有尾氣排入口和尾氣排出口，激光發(fā)射器、準(zhǔn)直透鏡、平頂光束整形器、擴(kuò)束系統(tǒng)和石英玻璃管、窄帶濾光片、成像透鏡以及CCD相機(jī)中心同軸設(shè)置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠?qū)ζ囄矚夤艿罊M截面上相對(duì)氨氣濃度分布進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和單個(gè)點(diǎn)氨氣濃度值，且在多種背景噪聲氣體和高溫下具有更高的信噪比，檢測(cè)精度高、適用范圍廣、操作簡(jiǎn)便、便于集成，能夠精準(zhǔn)反映整個(gè)截面上氨氣分布，且在多種背景噪聲和高溫下，具有高的信噪比，為防控氨氣排放和尾氣管道設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明氨氣吸收峰選擇對(duì)比分析圖。

圖2為本發(fā)明氨氣濃度分布實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置圖。

圖3為平頂激光束光強(qiáng)分布說(shuō)明圖。