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一種柴油機(jī)SCR氨污染光譜檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法

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一種柴油機(jī)SCR 氨污染光譜檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法與工藝

本發(fā)明屬于氣體濃度檢測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域,尤其是一種柴油機(jī)SCR氨污染光譜檢測(cè)系統(tǒng)。



背景技術(shù):

能源和環(huán)境是人類(lèi)社會(huì)生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),發(fā)動(dòng)機(jī)作為與能源和環(huán)境關(guān)系極為密切的載體,已成為與各行業(yè)、家庭密切相關(guān)的生產(chǎn)生活必需品。柴油機(jī)以其油耗低、扭矩大的優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于船舶動(dòng)力、發(fā)電、灌溉、車(chē)輛動(dòng)力等領(lǐng)域,尤其在車(chē)用動(dòng)力方面的發(fā)展優(yōu)勢(shì)最為明顯。近年來(lái)隨著柴油汽車(chē)和工程機(jī)械的快速、持續(xù)增長(zhǎng),柴油機(jī)尾氣排放的主要污染物氮氧化物(NOx)和顆粒物(PM)對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題日益突出,NOx是大氣主要污染物之一,嚴(yán)重危害人體健康,其對(duì)光化學(xué)煙霧的生成具有重要作用,而柴油機(jī)作為移動(dòng)污染源所排放廢氣是城市大氣中NOx的主要來(lái)源之一。據(jù)公安部交管局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,截至2012年6月,我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)2.33億輛,2010年,我國(guó)汽車(chē)氮氧化物NOx的排放量約為600萬(wàn)噸(不包括非道路機(jī)械),其中占汽車(chē)保有總量不到20%的柴油汽車(chē)排放了60%左右的NOx,而“十二五”規(guī)劃要求2015年NOx排放總量比2010年減少10%,作為移動(dòng)污染源的柴油機(jī)NOx排放也應(yīng)承擔(dān)相應(yīng)比例減排任務(wù)??刂撇裼蜋C(jī)的排放是減少大氣中NOx的關(guān)鍵,目前減少柴油機(jī)NOx排放的措施主要分燃燒控制和煙氣脫氨兩種方式,技術(shù)上主要為廢氣再循環(huán)(Exhaust Gas Recirculation-EGR)和選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction-SCR)。研究表明,以尿素水溶液為還原劑的選擇性催化還原(SCR)技術(shù)是唯一能夠滿(mǎn)足國(guó)IV甚至未來(lái)國(guó)V要求的排氣后處理方法,其利用排氣管廢氣的熱量使得還原劑(尿素+水,比例32.5%)熱解生成氨氣(NH3),并在催化器的表面涂層的催化作用下與廢氣中NOx進(jìn)行還原反應(yīng)生成氮?dú)夂退?。然而SCR系統(tǒng)中的尿素劑量最終由發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)控制,尿素的噴入量必須要與NOx的濃度相匹配,在保證降低NOx的同時(shí),不能超過(guò)份量,現(xiàn)實(shí)情況是,尿素的噴入量過(guò)多,多余的氨氣排入大氣,導(dǎo)致新的大氣環(huán)境污染。

氨氣(NH3)是一種堿性、無(wú)色而又強(qiáng)烈刺激性臭味的氣體,會(huì)腐蝕和刺激人體粘膜組織,造成粘膜上皮組織損害,使病原微生物易于侵入,減弱身體對(duì)疾病的抵抗力。大量吸入會(huì)嚴(yán)重傷害人體的心血管、內(nèi)臟、神經(jīng)和免疫系統(tǒng),嚴(yán)重者導(dǎo)致死亡。同時(shí),已有大量研究表明,一定濃度的氨氣會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生嚴(yán)重的傷害,致使葉子出現(xiàn)傷斑,葉片枯焦,甚至死亡。

因此對(duì)基于SCR凈化路線技術(shù)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行氨氣污染濃度排放檢測(cè)成為了一項(xiàng)新的課題,從環(huán)境聯(lián)合防控角度,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)降氮技術(shù)提出了更高的檢測(cè)要求進(jìn)而對(duì)催化轉(zhuǎn)化器制造企業(yè)提出新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。為降低凈化過(guò)程中氨的排放,柴油機(jī)研究中迫切需要新的、高精度的、動(dòng)態(tài)檢測(cè)的技術(shù)手段。

國(guó)際上對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)排放SCR凈化技術(shù)所帶來(lái)的氨氣污染已較為重視,從法規(guī)規(guī)范及儀器條件角度都已開(kāi)展了較多工作,歐IV及歐V標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于車(chē)載OBD系統(tǒng)及汽車(chē)氨氣排放限值都已作出相應(yīng)要求。世界兩大老牌發(fā)動(dòng)機(jī)排放檢測(cè)設(shè)備集成系統(tǒng)提供商日本崛場(chǎng)公司(HORIBA)和奧地利李斯特內(nèi)燃機(jī)研究所(AVL)均已針對(duì)SCR系統(tǒng)帶來(lái)的氨氣污染問(wèn)題推出相應(yīng)檢測(cè)設(shè)備以應(yīng)對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域的檢測(cè)需求。目前以上兩家公司的檢測(cè)路線都為“轉(zhuǎn)換器+HCLD”方式,對(duì)于NH3測(cè)量,是通過(guò)轉(zhuǎn)換器將NH3轉(zhuǎn)換為NO,再用HCLD法對(duì)NO進(jìn)行測(cè)量,同參比通道濃度求差值得出NH3以及NOx的成分濃度,檢測(cè)手段采用熱化學(xué)發(fā)光法(heated-chenmiluminescent detector-HCLD),但由于非直接測(cè)量NH3濃度,因此造成測(cè)量結(jié)果精度較低,儀器響應(yīng)時(shí)間過(guò)慢,不適于尾氣排放中的瞬態(tài)NH3濃度測(cè)量,難以支持凈化過(guò)程中降低氨排放的研究需要。

我國(guó)環(huán)境保護(hù)部門(mén)出臺(tái)的機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)也參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)制定,其中對(duì)于柴油機(jī)NH3濃度排放指標(biāo)的確定,目前還沒(méi)有完整自主的儀器檢測(cè)條件體系和模型評(píng)價(jià)體系給予科學(xué)決策支撐,這使得我國(guó)在國(guó)際環(huán)境保護(hù)經(jīng)濟(jì)政治大環(huán)境下處于了劣勢(shì)地位,也與我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不相稱(chēng),因此亟需研制開(kāi)發(fā)自主的儀器測(cè)量手段和建立儀器評(píng)價(jià)體系。

柴油機(jī)尾氣中氨氣檢測(cè)的難點(diǎn)主要是氨氣的含量較低,而且易被其他物質(zhì)反應(yīng)吸附,很難實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)工況下快速實(shí)時(shí)高精度測(cè)量。如何在現(xiàn)有條件下,克服以上測(cè)量缺陷,建立新的測(cè)量?jī)x器體系及評(píng)價(jià)體系成為了目前要重點(diǎn)完成的方向。

基于直接采樣法的柴油機(jī)凈化技術(shù)氨排放污染檢測(cè)是直接從發(fā)動(dòng)機(jī)排放出口采集氣體進(jìn)行污染物測(cè)量,響應(yīng)時(shí)間短,能實(shí)時(shí)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的瞬時(shí)值,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)污染物排放量的研究具有科學(xué)意義。由于發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下產(chǎn)生的NOx濃度不同,加之SCR凈化系統(tǒng)去除NOx為動(dòng)態(tài)過(guò)程,因此采用直接采樣法對(duì)NH3的實(shí)時(shí)測(cè)量可動(dòng)態(tài)直觀反映出發(fā)動(dòng)機(jī)與SCR凈化系統(tǒng)的工作狀態(tài),既對(duì)氨污染物實(shí)時(shí)排放情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè),也對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)凈化系統(tǒng)控制模式的研究與開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)意義。在基于直接采樣法的氨污染排放研究中,國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始研究可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy-TDLAS)技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)排放的應(yīng)用,Pisano,JT于2009年利用TDLAS技術(shù)測(cè)量了柴油機(jī)排氣中的低濃度NH3,目前國(guó)內(nèi)柴油機(jī)SCR凈化效率評(píng)價(jià)和柴油機(jī)尾氣排放測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域未見(jiàn)同類(lèi)報(bào)道。TDLAS技術(shù)是近20年發(fā)展起來(lái)的一種高靈敏、高分辨的痕量氣體吸收光譜檢測(cè)技術(shù),它是利用半導(dǎo)體激光窄線寬(<10MHz)和快速調(diào)諧特性,通過(guò)檢測(cè)吸收分子的一條孤立振轉(zhuǎn)吸收線實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的快速檢測(cè),通過(guò)與長(zhǎng)光程技術(shù)相結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)10-9甚至10-12量級(jí)的氣體檢測(cè)靈敏度,在不失靈敏度的情況下,其時(shí)間分辨率可以在ms量級(jí)。特別是在近紅外波段,由于光通訊和消費(fèi)電子領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,這個(gè)波段的氣體半導(dǎo)體激光器在技術(shù)上已經(jīng)成熟,可在室溫下工作,并且結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低,只需要改變激光器和標(biāo)準(zhǔn)氣,同樣的儀器可以適應(yīng)其他組分的測(cè)量需求,特別適合于對(duì)痕量氣體的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。國(guó)外較早的開(kāi)展了基于TDLAS技術(shù)的氣體檢測(cè)技術(shù)的研究,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)CO,CO2,CH4,NO2,H2O等氣體的高靈敏檢測(cè),在環(huán)境以及工業(yè)過(guò)程監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域表現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景。中國(guó)科學(xué)院環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所的陳東,劉文清等人利用TDLAS紅外激光光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)北京城區(qū)大氣中氨氣濃度的連續(xù)檢測(cè)。

綜上所述,柴油機(jī)SCR氨污染已經(jīng)逐漸成為構(gòu)成環(huán)境污染的重要因素之一,其特征是為降低柴油機(jī)的氮氧化物排放采取的技術(shù)手段而引入的新型污染。由于柴油車(chē),特別是重型柴油機(jī)械車(chē)輛廢氣排量大,且保有量大,其對(duì)大氣環(huán)境排放污染的貢獻(xiàn)與日俱增,以往PM2.5監(jiān)測(cè)所需控制的銨鹽污染源通常是關(guān)注煤電廠脫硝處理氨氣排放,而國(guó)內(nèi)其他開(kāi)展過(guò)TDLAS測(cè)試系統(tǒng)研究的單位并未針對(duì)柴油機(jī)凈化過(guò)程中帶來(lái)的尾氣排放氨污染檢測(cè)問(wèn)題進(jìn)行過(guò)深入研究,也未有對(duì)柴油機(jī)尾氣中的NH3氣體快速實(shí)時(shí)高精度檢測(cè)的技術(shù)手段進(jìn)行跟進(jìn)解決。

經(jīng)過(guò)檢索,尚未發(fā)現(xiàn)與本專(zhuān)利申請(qǐng)相關(guān)的專(zhuān)利公開(kāi)文獻(xiàn)。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處,提供一種柴油機(jī)SCR氨污染光譜檢測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)以TDLAS技術(shù)為理論基礎(chǔ),結(jié)合反射池及諧波檢測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了氨氣的實(shí)時(shí)濃度監(jiān)測(cè)、濃度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示等功能,該該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單,為柴油機(jī)氨污染檢測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)氨排放中檢測(cè)評(píng)價(jià)體系,大幅提高系統(tǒng)檢測(cè)精度與響應(yīng)速度,為柴油機(jī)減排研究和環(huán)境監(jiān)測(cè)提供新手段。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:

一種柴油機(jī)SCR氨污染光譜檢測(cè)系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括光電器件單元和氣路單元;

所述光電器件單元包括激光器、分路器、準(zhǔn)直器、激光驅(qū)動(dòng)器、信號(hào)發(fā)生器、光電探測(cè)器、前置放大器、鎖相放大器、數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī),所述氣路單元包括氣體池、標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊、SCR凈化系統(tǒng)和過(guò)濾系統(tǒng),所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端與激光驅(qū)動(dòng)器的輸入端相連接設(shè)置,該激光驅(qū)動(dòng)器的輸出端與激光器的輸入端相連接設(shè)置,該激光器的輸出端與分路器的輸入端相連接設(shè)置,該分路器的輸出端分別與標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊、準(zhǔn)直器的輸入端相連接設(shè)置,該標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊的輸出端與一光電探測(cè)器的輸入端相連接設(shè)置,該光電探測(cè)器的輸出端與一前置放大器的輸入端相連接設(shè)置,該前置放大器的輸出端與一鎖相放大器的輸入端相連接設(shè)置,該鎖相放大器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的輸入端相連接設(shè)置,該數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與上位機(jī)的輸入端相連接設(shè)置,該上位機(jī)的輸出端也與激光驅(qū)動(dòng)器的輸入端相連接設(shè)置;

所述準(zhǔn)直器的輸出端與氣體池的輸入端相連接設(shè)置,該氣體池的輸出端與另一光電探測(cè)器的輸入端相連接設(shè)置,該光電探測(cè)器的輸出端與另一前置放大器的輸入端相連接設(shè)置,該前置放大器的輸出端與另一鎖相放大器的輸入端相連接設(shè)置,該鎖相放大器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的輸入端相連接設(shè)置;

所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端也與鎖相放大器的輸入端相連接設(shè)置,所述上位機(jī)的輸出端也與鎖相放大器的輸入端相連接設(shè)置,信號(hào)發(fā)生器輸出正弦波為鎖相放大器提供參考信號(hào),上位機(jī)通過(guò)USB接口設(shè)置鎖相放大器參數(shù);

所述SCR凈化系統(tǒng)的輸出端與過(guò)濾系統(tǒng)的輸入端相連接設(shè)置,該過(guò)濾系統(tǒng)的輸出端也與氣體池的輸入端相連接設(shè)置;

系統(tǒng)在進(jìn)行氣體檢測(cè)時(shí),SCR凈化系統(tǒng)能夠?qū)Ρ粶y(cè)氣體進(jìn)行凈化,凈化后的樣氣輸入過(guò)濾系統(tǒng),過(guò)濾系統(tǒng)能夠?qū)艋蟮臉託鉃V除掉顆粒物及油污,過(guò)濾后的氣體送入氣體池;經(jīng)過(guò)1分鐘穩(wěn)定后,對(duì)樣氣開(kāi)始測(cè)量;

由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)激光器波長(zhǎng)變化的低頻掃描信號(hào)和高頻調(diào)制信號(hào);兩路電壓信號(hào)疊加后輸入激光驅(qū)動(dòng)器后,將其轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)后,控制激光器的電流和溫度;激光器輸出波長(zhǎng)為1512nm的激光,經(jīng)分路器后分別入射到氣體池和標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊,掃描被測(cè)氣體的吸收譜線;激光經(jīng)過(guò)氣體池吸收后,由光電探測(cè)器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào),經(jīng)過(guò)前置放大器放大后變換為電壓信號(hào),然后再由鎖相放大器檢測(cè)諧波信號(hào);最后通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集后利用上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理,得到氣體濃度檢測(cè)結(jié)果。

而且,所述SCR凈化系統(tǒng)通過(guò)膜采樣泵、恒溫加熱管與過(guò)濾系統(tǒng)相連接設(shè)置,所述膜采樣泵能夠?qū)Ρ粶y(cè)氣體進(jìn)行恒流采集,恒溫加熱管道能夠?qū)Ρ粶y(cè)氣體進(jìn)行恒溫加熱,所述SCR凈化系統(tǒng)的輸出端與膜采樣泵的輸入端相連接設(shè)置,該膜采樣泵的輸出端與恒溫加熱管的輸入端相連接設(shè)置,該恒溫加熱管的輸出端與過(guò)濾系統(tǒng)的輸入端相連接設(shè)置。

而且,所述過(guò)濾系統(tǒng)采用以三氧化二鋁與二氧化硅為基質(zhì)的燒結(jié)材料。

而且,所述激光器采用DFB激光器,波長(zhǎng)為1512nm,光強(qiáng)為4.97dB;

或者,所述激光驅(qū)動(dòng)器用來(lái)驅(qū)動(dòng)激光器正常工作和檢測(cè)其工作狀態(tài),為使激光器掃描氣體吸收譜線,所述激光驅(qū)動(dòng)器溫度為29℃,選用ILX Lightwave公司的LDC3900;

或者,所述信號(hào)發(fā)生器選用美國(guó)泰克公司的AFG320兩通道任意波形發(fā)生器,產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)激光器波長(zhǎng)變化的低頻掃描信號(hào),幅度為200mV,頻率為5Hz和高頻調(diào)制信號(hào),幅度為600mV,頻率為30kHz;

或者,所述氣體池為半米長(zhǎng)氣體池,利用單次反射將光程增加為一米,此氣體池設(shè)有進(jìn)氣與出氣口,激光器出射激光經(jīng)準(zhǔn)直器從一端射入,從另一端射出,經(jīng)過(guò)角立方反射鏡后反射回去,實(shí)現(xiàn)光程加倍;

或者,所述光電探測(cè)器是本系統(tǒng)中的信號(hào)探測(cè)部件,可將經(jīng)過(guò)氣體池和標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào),選用武漢歐迪公司的PD500銦鎵砷光電二極管;

或者,所述前置放大器用于將光電探測(cè)器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并進(jìn)行放大,為德國(guó)Femto公司的可變?cè)鲆娴驮肼曤娏鞣糯笃鱀LPCA-200,增益從103-1011V/A可調(diào),精度1%,帶寬為1Hz至500kHz,電壓輸出范圍為10V,輸入噪聲電流密度小于20pA;

或者,所述鎖相放大器利用相敏檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)提取各次諧波信號(hào),輸出與參考信號(hào)頻率的同頻或倍頻的諧波信號(hào),利用低通濾波器濾除與檢測(cè)諧波信號(hào)無(wú)關(guān)的噪聲成分,選用美國(guó)AMETEK公司生產(chǎn)的Model 7270,頻率范圍為0.001Hz-250kHz,靈敏度為2nV-1V,動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量大于100dB,相位分辨率達(dá)到0.01°,探測(cè)諧波范圍為1-127f,時(shí)間常數(shù)范圍為10μs-100ks;

或者,所述數(shù)據(jù)采集卡采用北京阿爾泰科技有限公司的四通道16位同步數(shù)據(jù)采集卡PCI8757,通過(guò)PCI接口與上位機(jī)通信,采樣率最大可達(dá)800kSa/s,輸入電壓范圍為10V;

或者,所述上位機(jī)中軟件采用Labview編程,功能包括參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集與處理、波形顯示以及控制功能;參數(shù)設(shè)置包括采樣模式、采樣率和采樣時(shí)間的設(shè)置;數(shù)據(jù)采集包括兩路二次諧波和一路鋸齒波信號(hào)的采集;波形顯示包括諧波信號(hào)和濃度曲線的顯示;控制功能是指輸出三路控制信號(hào),一路通過(guò)GPIB接口控制激光器的工作溫度,用于改變激光器中心波長(zhǎng),另兩路通過(guò)USB接口控制兩臺(tái)鎖相放大器的探測(cè)相位,這三路控制信號(hào)均用于三臺(tái)設(shè)備的參數(shù)設(shè)置。

而且,所述標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊選用美國(guó)Wavelength公司生產(chǎn)的光進(jìn)光出透射式標(biāo)準(zhǔn)濃度NH3氣體模塊,氣室長(zhǎng)度均為2.5cm,濃度分別為等效每米500ppm。

而且,所述數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法如下:

⑴在系統(tǒng)工作時(shí),數(shù)據(jù)采集卡在采集兩路檢測(cè)信號(hào)的同時(shí)也對(duì)鋸齒波掃描信號(hào)進(jìn)行采集,作為尋找幅值序列起始點(diǎn)的參考信號(hào);本系統(tǒng)共采集3路信號(hào),在采樣率為3kSa/s下,可由掃描頻率計(jì)算每一周期的采樣點(diǎn)數(shù)600個(gè),由此找到第一個(gè)周期的起始點(diǎn),就可按照固定長(zhǎng)度將各周期信號(hào)重新排列,將樣品數(shù)據(jù)和參比數(shù)據(jù)分別存入600行50列的矩陣A和B中,其中600為每周期采樣點(diǎn)數(shù),50為周期數(shù),再進(jìn)行后續(xù)處理;

⑵利用MATLAB最擅長(zhǎng)的矩陣運(yùn)算對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行多周期平均、消除背景信號(hào),由于隨機(jī)噪聲的存在,單一周期信號(hào)存在波動(dòng),在確定平均周期數(shù)后,對(duì)50個(gè)周期求平均值,減小隨機(jī)噪聲的干擾;

⑶消除背景信號(hào)采用非吸收譜線區(qū)域檢測(cè)諧波的背景消除方法:先根據(jù)譜線選取原則進(jìn)行譜線選取,確定氨氣吸收譜線1512nm,依據(jù)激光器不同工作溫度時(shí)的諧波曲線和信號(hào)特征確定激光器工作溫度29.0℃;利用向量分解法提取標(biāo)準(zhǔn)背景信號(hào),進(jìn)行背景分離,再搜索最佳背景位置,其對(duì)應(yīng)的激光器工作溫度為26.5℃,實(shí)現(xiàn)背景消除;

⑷剔除粗大誤差:在進(jìn)行粗大誤差判斷時(shí),將每一周期的殘差絕對(duì)值求和,與整體標(biāo)準(zhǔn)差絕對(duì)值之和的三倍值進(jìn)行比較,若前者大于后者則認(rèn)為此周期為粗大誤差周期并從幅值矩陣中剔除;

⑸小波變換進(jìn)行噪聲濾除與基線校正:在光譜曲線預(yù)處理問(wèn)題上小波變換是唯一可以同時(shí)進(jìn)行噪聲濾除與基線校正的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法;選定小波基函數(shù)為dmey并且確定分解層數(shù),針對(duì)基線分離問(wèn)題,該小波函數(shù)的分解層次均為9層,然后將測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分解;要想提取有用的諧波信號(hào),需要甄別被測(cè)信號(hào)中的噪聲和基線信息,將分解后該頻段上的非顯著的小波系數(shù)去掉;利用之前經(jīng)過(guò)閾值處理后的剩余系數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行一維信號(hào)的小波重構(gòu);重構(gòu)原則為含有盡量少的噪聲和基線信息,而盡量多的保留特征信號(hào);

⑹差分折返算法消除譜峰重疊:采用差分折返算法,對(duì)差分分解得到的兩組譜圖U、V作折返處理,以二次諧波峰寬的1/4距離,以峰谷間距離作為峰寬,對(duì)正向信號(hào)和負(fù)向信號(hào)向中心方向移位疊加可得到新的譜圖S,差分后的正向和反向信號(hào)向彼此靠近,疊加譜圖中A,B兩個(gè)成分的峰寬變窄,從而達(dá)到譜峰分離的目的;

⑺濃度反演和輸出濃度值:二次諧波信號(hào)幅度與氣體濃度成正比,而待測(cè)NH3的濃度不能直接以信號(hào)的幅值計(jì)算得到,這是因?yàn)闄z測(cè)到的信號(hào)幅值還與入射光強(qiáng)以及系統(tǒng)的放大倍數(shù)有關(guān),信號(hào)幅值與濃度的比例關(guān)系無(wú)法得到;因而要選擇500ppm的NH3作為標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊來(lái)傳遞幅值與濃度的比例關(guān)系,根據(jù)兩次測(cè)量幅值之比與濃度之比的相等關(guān)系,解得待測(cè)氣體濃度并輸出濃度值;

采用提取二次諧波峰谷值的方式,在獲得參比數(shù)據(jù)的二次諧波信號(hào)峰谷值信息后結(jié)合參比數(shù)據(jù)的濃度500ppm,在提取樣品數(shù)據(jù)峰谷值信息后,可通過(guò)擬合結(jié)果進(jìn)行樣品數(shù)據(jù)濃度反演,解得待測(cè)氣體濃度并輸出濃度值;峰谷值是指一個(gè)周期內(nèi)峰值和谷值的差值,這里的峰谷值是指左側(cè)峰谷值與右側(cè)峰谷值的平均值。

而且,所述數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法如下:

采用MATLAB Script節(jié)點(diǎn)方式來(lái)進(jìn)行MATLAB調(diào)用,將數(shù)據(jù)運(yùn)算過(guò)程封入MATLAB scrip腳本接入LabVIEW系統(tǒng)中,經(jīng)過(guò)LabVIEW圖形語(yǔ)言編程環(huán)境的整合,成功地將數(shù)據(jù)采集、硬件環(huán)境監(jiān)測(cè)、濃度運(yùn)算、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等眾多功能串聯(lián)到了一起,對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;

系統(tǒng)在打開(kāi)Labview程序后,首先判斷數(shù)據(jù)是否有誤,有誤則結(jié)束,無(wú)誤則開(kāi)始測(cè)量,采集3路數(shù)據(jù)分別為參比數(shù)據(jù)、樣品數(shù)據(jù)和鋸齒波信號(hào);采集后的信號(hào)按照MATLAB處理流程框圖中對(duì)應(yīng)的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和濃度反演,并輸出NH3濃度曲線顯示和數(shù)值顯示。

本發(fā)明取得的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:

1、本系統(tǒng)以TDLAS技術(shù)為理論基礎(chǔ),結(jié)合反射池及諧波檢測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了氨氣的實(shí)時(shí)濃度監(jiān)測(cè)、濃度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示等功能,該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單,為柴油機(jī)氨污染檢測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)氨排放中檢測(cè)評(píng)價(jià)體系,大幅提高系統(tǒng)檢測(cè)精度與響應(yīng)速度,為柴油機(jī)減排研究和環(huán)境監(jiān)測(cè)提供新手段。

2、本系統(tǒng)以可調(diào)諧激光二極管諧波檢測(cè)技術(shù)作為研究對(duì)象,結(jié)合LabVIEW虛擬儀器開(kāi)發(fā)環(huán)境自主開(kāi)發(fā)了一臺(tái)TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了氣體濃度實(shí)時(shí)檢測(cè)與顯示、硬件系統(tǒng)控制等功能;與諧波檢測(cè)及長(zhǎng)光程技術(shù)的結(jié)合更是大大提高了檢測(cè)系統(tǒng)的信噪比,實(shí)現(xiàn)了對(duì)低濃度氣體的檢測(cè)功能;該系統(tǒng)針對(duì)諧波信號(hào)特點(diǎn)就背景、噪聲、漂移、譜線重疊干擾問(wèn)題進(jìn)行了科學(xué)研究及實(shí)驗(yàn)論證,研究表明,針對(duì)氨氣檢測(cè)及其檢測(cè)條件中存在的問(wèn)題,選擇合適的數(shù)據(jù)后處理算法很好的提高了TDLAS系統(tǒng)的檢測(cè)能力。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接示意圖;

圖2為圖1中上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的MATLAB程序流程圖;

圖3為本發(fā)明中消除背景信號(hào)前、后示意圖;

圖4為本發(fā)明中小波變換前、后示意圖;

圖5為本發(fā)明中差分算法對(duì)重疊二次諧波譜線的分離圖,其中圖(a)為分離前圖;圖(b)分離后圖;

圖6為本發(fā)明中LabVIEW程序流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明;下述實(shí)施例是說(shuō)明性的,不是限定性的,不能以下述實(shí)施例來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明中未詳細(xì)描述的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系及方法,均可以理解為本領(lǐng)域內(nèi)的公知常識(shí)。

一種柴油機(jī)SCR氨污染光譜檢測(cè)系統(tǒng),如圖1所示,所述系統(tǒng)包括光電器件單元和氣路單元;

所述光電器件單元包括激光器、分路器、準(zhǔn)直器、激光驅(qū)動(dòng)器、信號(hào)發(fā)生器、光電探測(cè)器、前置放大器、鎖相放大器、數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī),所述氣路單元包括氣體池、標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊、SCR凈化系統(tǒng)和過(guò)濾系統(tǒng),所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端與激光驅(qū)動(dòng)器的輸入端相連接設(shè)置,該激光驅(qū)動(dòng)器的輸出端與激光器的輸入端相連接設(shè)置,該激光器的輸出端與分路器的輸入端相連接設(shè)置,該分路器的輸出端分別與標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊、準(zhǔn)直器的輸入端相連接設(shè)置,該標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊的輸出端與一光電探測(cè)器的輸入端相連接設(shè)置,該光電探測(cè)器的輸出端與一前置放大器的輸入端相連接設(shè)置,該前置放大器的輸出端與一鎖相放大器的輸入端相連接設(shè)置,該鎖相放大器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的輸入端相連接設(shè)置,該數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與上位機(jī)的輸入端相連接設(shè)置,該上位機(jī)的輸出端也與激光驅(qū)動(dòng)器的輸入端相連接設(shè)置;

所述準(zhǔn)直器的輸出端與氣體池的輸入端相連接設(shè)置,該氣體池的輸出端與另一光電探測(cè)器的輸入端相連接設(shè)置,該光電探測(cè)器的輸出端與另一前置放大器的輸入端相連接設(shè)置,該前置放大器的輸出端與另一鎖相放大器的輸入端相連接設(shè)置,該鎖相放大器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的輸入端相連接設(shè)置;

所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端也與鎖相放大器的輸入端相連接設(shè)置,所述上位機(jī)的輸出端也與鎖相放大器的輸入端相連接設(shè)置,信號(hào)發(fā)生器輸出正弦波為鎖相放大器提供參考信號(hào),上位機(jī)通過(guò)USB接口設(shè)置鎖相放大器參數(shù);

所述SCR凈化系統(tǒng)的輸出端與過(guò)濾系統(tǒng)的輸入端相連接設(shè)置,該過(guò)濾系統(tǒng)的輸出端也與氣體池的輸入端相連接設(shè)置;

系統(tǒng)在進(jìn)行氣體檢測(cè)時(shí),SCR凈化系統(tǒng)能夠?qū)Ρ粶y(cè)氣體進(jìn)行凈化,凈化后的樣氣輸入過(guò)濾系統(tǒng),過(guò)濾系統(tǒng)能夠?qū)艋蟮臉託鉃V除掉顆粒物及油污,過(guò)濾后的氣體送入氣體池;經(jīng)過(guò)1分鐘穩(wěn)定后,對(duì)樣氣開(kāi)始測(cè)量;

由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)激光器波長(zhǎng)變化的低頻掃描信號(hào)和高頻調(diào)制信號(hào);兩路電壓信號(hào)疊加后輸入激光驅(qū)動(dòng)器后,將其轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)后,控制激光器的電流和溫度;激光器輸出波長(zhǎng)為1512nm的激光,經(jīng)分路器后分別入射到氣體池和標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊,掃描被測(cè)氣體的吸收譜線;激光經(jīng)過(guò)氣體池吸收后,由光電探測(cè)器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào),經(jīng)過(guò)前置放大器放大后變換為電壓信號(hào),然后再由鎖相放大器檢測(cè)諧波信號(hào);最后通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集后利用上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理,得到氣體濃度檢測(cè)結(jié)果。在本實(shí)施例中,所述SCR凈化系統(tǒng)通過(guò)膜采樣泵、恒溫加熱管與過(guò)濾系統(tǒng)相連接設(shè)置(圖中未示出),所述膜采樣泵能夠?qū)Ρ粶y(cè)氣體進(jìn)行恒流采集,恒溫加熱管道能夠?qū)Ρ粶y(cè)氣體進(jìn)行恒溫加熱,以防止NH3氣體冷凝吸收,所述SCR凈化系統(tǒng)的輸出端與膜采樣泵的輸入端相連接設(shè)置,該膜采樣泵的輸出端與恒溫加熱管的輸入端相連接設(shè)置,該恒溫加熱管的輸出端與過(guò)濾系統(tǒng)的輸入端相連接設(shè)置。

在本實(shí)施例中,所述過(guò)濾系統(tǒng)采用以三氧化二鋁與二氧化硅為主要基質(zhì)的燒結(jié)材料,濾除掉顆粒物及油污的“干凈”樣氣以恒流恒壓送入氣體池。

在本實(shí)施例中,所述激光器是系統(tǒng)中產(chǎn)生光源的器件,采用DFB激光器,波長(zhǎng)為1512nm,光強(qiáng)為4.97dB。該激光器具有良好的穩(wěn)定性,輸出為窄線寬的單縱模激光。目前,DFB激光器技術(shù)比較成熟,并在通信領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,成本較低,基本覆蓋了大部分的近紅外光譜區(qū)域,非常適合應(yīng)用在TDLAS系統(tǒng)中。在系統(tǒng)中為便于安裝連接,所選激光器為14引腳蝶形封裝并帶尾纖輸出。

所述激光驅(qū)動(dòng)器用來(lái)驅(qū)動(dòng)激光器正常工作和檢測(cè)其工作狀態(tài),為使激光器掃描氣體吸收譜線,本系統(tǒng)設(shè)置的激光驅(qū)動(dòng)器溫度為29℃。選用ILX Lightwave公司的LDC3900,具有四通道、八路隔離輸出,帶有通用接口總線(General Purpose Interface Bus,GPIB)接口。內(nèi)置溫度、電流驅(qū)動(dòng)模塊39427,最大輸出電流范圍500mA,TEC最大輸出功率可達(dá)12w,并可測(cè)量電壓。該驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流輸出長(zhǎng)期(24小時(shí))穩(wěn)定性可達(dá)50ppm,溫度控制輸出長(zhǎng)期(24小時(shí))穩(wěn)定性小于±0.1℃,為系統(tǒng)光源的穩(wěn)定性提供了有力保障。

所述信號(hào)發(fā)生器選用美國(guó)泰克公司的AFG320兩通道任意波形發(fā)生器,產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)激光器波長(zhǎng)變化的低頻掃描信號(hào),幅度為200mV,頻率為5Hz和高頻調(diào)制信號(hào),幅度為600mV,頻率為30kHz。

所述氣體池為半米長(zhǎng)氣體池,利用單次反射將光程增加為一米,此氣體池設(shè)有進(jìn)氣與出氣口,激光器出射激光經(jīng)準(zhǔn)直器從一端射入,從另一端射出,經(jīng)過(guò)角立方反射鏡后反射回去,實(shí)現(xiàn)光程加倍。標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊選用美國(guó)Wavelength公司生產(chǎn)的光進(jìn)光出透射式標(biāo)準(zhǔn)濃度NH3氣體模塊,氣室長(zhǎng)度均為2.5cm,濃度分別為等效每米500ppm。

所述光電探測(cè)器是本系統(tǒng)中的信號(hào)探測(cè)部件,可將經(jīng)過(guò)氣體池和標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。本系統(tǒng)選用武漢歐迪公司的PD500銦鎵砷光電二極管,光敏感應(yīng)面直徑為0.3mm,響應(yīng)度在0.9左右。具有光譜響應(yīng)度曲線范圍寬(覆蓋900至1600nm)、暗電流低、可靠性較高等特點(diǎn)。

所述前置放大器用于將光電探測(cè)器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并進(jìn)行放大。系統(tǒng)中選擇德國(guó)Femto公司的可變?cè)鲆娴驮肼曤娏鞣糯笃鱀LPCA-200,增益從103-1011V/A可調(diào),精度1%,帶寬為1Hz至500kHz,電壓輸出范圍為10V,輸入噪聲電流密度小于20pA。

所述鎖相放大器利用相敏檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)提取各次諧波信號(hào),它由主要由信號(hào)與參考通道、相敏檢波器、低通濾波器幾個(gè)部分組成。可以輸出與參考信號(hào)頻率的同頻或倍頻的諧波信號(hào),利用低通濾波器濾除與檢測(cè)諧波信號(hào)無(wú)關(guān)的噪聲成分。系統(tǒng)選用美國(guó)AMETEK公司生產(chǎn)的Model 7270,頻率范圍為0.001Hz-250kHz,靈敏度為2nV-1V,動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量大于100dB,相位分辨率達(dá)到0.01°,探測(cè)諧波范圍為1-127f,時(shí)間常數(shù)范圍為10μs-100ks。

所述數(shù)據(jù)采集卡采用北京阿爾泰科技有限公司的四通道16位同步數(shù)據(jù)采集卡PCI8757,通過(guò)PCI接口與上位機(jī)通信,采樣率最大可達(dá)800kSa/s,輸入電壓范圍為10V,可以達(dá)到系統(tǒng)要求。

所述上位機(jī)中軟件采用Labview編程,功能包括參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集與處理、波形顯示以及控制功能。參數(shù)設(shè)置包括采樣模式、采樣率和采樣時(shí)間的設(shè)置;數(shù)據(jù)采集包括兩路二次諧波和一路鋸齒波信號(hào)的采集;波形顯示包括諧波信號(hào)和濃度曲線的顯示;控制功能是指輸出三路控制信號(hào),一路通過(guò)GPIB接口控制激光器的工作溫度,用于改變激光器中心波長(zhǎng),另兩路通過(guò)USB接口控制兩臺(tái)鎖相放大器的探測(cè)相位,這三路控制信號(hào)均用于三臺(tái)設(shè)備的參數(shù)設(shè)置。

在本實(shí)施例中,所述數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的MATLAB程序流程如2所示:

1、在系統(tǒng)工作時(shí),數(shù)據(jù)采集卡在采集兩路檢測(cè)信號(hào)的同時(shí)也對(duì)鋸齒波掃描信號(hào)進(jìn)行采集,作為尋找幅值序列起始點(diǎn)的參考信號(hào)。本系統(tǒng)共采集3路信號(hào),在采樣率為3kSa/s下,可由掃描頻率計(jì)算每一周期的采樣點(diǎn)數(shù)600個(gè),由此找到第一個(gè)周期的起始點(diǎn),就可按照固定長(zhǎng)度將各周期信號(hào)重新排列,將樣品數(shù)據(jù)和參比數(shù)據(jù)分別存入600行50列的矩陣A和B中(其中600為每周期采樣點(diǎn)數(shù),50為周期數(shù)),再進(jìn)行后續(xù)處理。

2、利用MATLAB最擅長(zhǎng)的矩陣運(yùn)算對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行多周期平均、消除背景信號(hào),由于隨機(jī)噪聲的存在,單一周期信號(hào)通常存在一定的波動(dòng),在確定適宜的平均周期數(shù)后,對(duì)50個(gè)周期求平均值,可以在一定程度上減小隨機(jī)噪聲的干擾。

3、消除背景采用非吸收譜線區(qū)域檢測(cè)諧波的背景消除方法。先根據(jù)譜線選取原則進(jìn)行譜線選取,確定氨氣吸收譜線1512nm,依據(jù)激光器不同工作溫度時(shí)的諧波曲線和信號(hào)特征確定激光器工作溫度29.0℃。利用向量分解法提取標(biāo)準(zhǔn)背景信號(hào),進(jìn)行背景分離,再搜索最佳背景位置,其對(duì)應(yīng)的激光器工作溫度為26.5℃,實(shí)現(xiàn)背景消除。

圖3為二次諧波信號(hào)消除背景前后的結(jié)果。

4、剔除粗大誤差:在進(jìn)行粗大誤差判斷時(shí),將每一周期的殘差絕對(duì)值求和,與整體標(biāo)準(zhǔn)差絕對(duì)值之和的三倍值進(jìn)行比較,若前者大于后者則認(rèn)為此周期為粗大誤差周期并從幅值矩陣中剔除。

5、小波變換進(jìn)行噪聲濾除與基線校正:在光譜曲線預(yù)處理問(wèn)題上小波變換是唯一可以同時(shí)進(jìn)行噪聲濾除與基線校正的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。本申請(qǐng)人根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)以及所測(cè)量實(shí)驗(yàn)信號(hào)的特性,選定小波基函數(shù)為dmey并且確定分解層數(shù),針對(duì)基線分離問(wèn)題,該小波函數(shù)的最佳分解層次均為9層,然后將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分解。要想提取有用的諧波信號(hào),需要甄別被測(cè)信號(hào)中的噪聲和基線信息,將分解后該頻段上的非顯著的小波系數(shù)去掉。利用之前經(jīng)過(guò)閾值處理后的剩余系數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行一維信號(hào)的小波重構(gòu)。重構(gòu)原則為含有盡量少的噪聲和基線信息,而盡量多的保留特征信號(hào)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了對(duì)于微弱噪聲,小波變換的噪聲去除率約為95%;對(duì)于強(qiáng)噪聲,小波變換的濾除效果則更加明顯,去除率高達(dá)98.5%。分析表面,對(duì)于微弱基線漂移系統(tǒng)來(lái)說(shuō)小波變換的校正效果并不明顯,而對(duì)于強(qiáng)基線漂移,小波變換的校正效果則相當(dāng)明顯,最高去除率達(dá)到了95%。

圖4中為二次諧波信號(hào)利用小波分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理的前后示意圖。

6、差分折返算法消除譜峰重疊:為了在譜峰重疊的情況下仍然可以實(shí)現(xiàn)氣體濃度的高靈敏度檢測(cè),避免相鄰譜線對(duì)被測(cè)譜線的干擾,為了能夠更為簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)重疊譜圖的分離并達(dá)到信息提取的最終目的,系統(tǒng)采用差分折返算法。對(duì)差分分解得到的兩組譜圖U、V作折返處理,以二次諧波峰寬的1/4距離,以峰谷間距離作為峰寬,對(duì)正向信號(hào)和負(fù)向信號(hào)向中心方向移位疊加可得到新的譜圖S’差分后的正向和反向信號(hào)向彼此靠近,疊加譜圖中A,B兩個(gè)成分的峰寬變窄,從而達(dá)到譜峰分離的目的。

圖5(a)中為A和B兩個(gè)二次諧波譜圖的疊加,經(jīng)差分折返算法處理后的譜圖如圖(b)所示,重疊信號(hào)得到明顯分離。

7、濃度反演和輸出濃度值:二次諧波信號(hào)幅度與氣體濃度成正比,而待測(cè)NH3的濃度不能直接以信號(hào)的幅值計(jì)算得到,這是因?yàn)闄z測(cè)到的信號(hào)幅值還與入射光強(qiáng)以及系統(tǒng)的放大倍數(shù)有關(guān),信號(hào)幅值與濃度的比例關(guān)系無(wú)法得到。因而要選擇500ppm的NH3作為標(biāo)準(zhǔn)氣體模塊來(lái)傳遞幅值與濃度的比例關(guān)系,根據(jù)兩次測(cè)量幅值之比與濃度之比的相等關(guān)系,解得待測(cè)氣體濃度并輸出濃度值。系統(tǒng)采用提取二次諧波峰谷值的方式,在獲得參比數(shù)據(jù)的二次諧波信號(hào)峰谷值信息后結(jié)合參比數(shù)據(jù)的濃度500ppm,在提取樣品數(shù)據(jù)峰谷值信息后,可通過(guò)擬合結(jié)果進(jìn)行樣品數(shù)據(jù)濃度反演,峰谷值是指一個(gè)周期內(nèi)峰值和谷值的差值,這里的峰谷值是指左側(cè)峰谷值與右側(cè)峰谷值的平均值。

NI公司專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了MATLAB Script節(jié)點(diǎn)方式來(lái)進(jìn)行MATLAB調(diào)用,將數(shù)據(jù)運(yùn)算過(guò)程封入MATLAB scrip腳本接入LabVIEW系統(tǒng)中。經(jīng)過(guò)LabVIEW圖形語(yǔ)言編程環(huán)境的整合,成功的將數(shù)據(jù)采集、硬件環(huán)境監(jiān)測(cè)、濃度運(yùn)算、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等眾多功能串聯(lián)到了一起,對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

如圖6所示,本系統(tǒng)在打開(kāi)Labview程序后,首先判斷數(shù)據(jù)是否有誤,有誤則結(jié)束,無(wú)誤則開(kāi)始測(cè)量,采集3路數(shù)據(jù)分別為參比數(shù)據(jù)、樣品數(shù)據(jù)和鋸齒波信號(hào)。采集后的信號(hào)按照MATLAB處理流程框圖中對(duì)應(yīng)的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和濃度反演,并輸出NH3濃度曲線顯示和數(shù)值顯示。

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