濃度實時檢測系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于基于紅外光譜的氣體濃度檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種機動車尾氣CO 和CO2濃度實時檢測系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，機動車的保有量也隨之迅速增加。機動車的普及給人 民生活帶來極大便利的同時，也造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題，目前機動車尾氣已經(jīng)成為大氣的 主要污染源。CO和CO2是機動車尾氣中主要有害成分之一，據(jù)統(tǒng)計，城市空氣污染中20% 的C0 2,60~70 %的CO來自于機動車尾氣。已頒布的排放標(biāo)準(zhǔn)均對機動車尾氣中CO和CO2 的濃度有嚴(yán)格限制，為了保證這些法規(guī)有效實施，必須發(fā)展精確可靠的機動車尾氣CO和CO2 濃度實時檢測系統(tǒng)。
[0003] 非分散紅外（Nondispersive Infrared，NDIR)檢測系統(tǒng)是一種通過測量待測氣體 分子對紅外光特定波段能量的吸收強度來獲得待測氣體濃度的氣體檢測系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡 單、能同時測量多種氣體，靈敏度高，響應(yīng)快等特點。非分散紅外檢測系統(tǒng)是目前檢測CO和 CO2濃度最為常用的系統(tǒng)。將現(xiàn)有非分散紅外檢測系統(tǒng)用于機動車尾氣CO和CO 2濃度檢測 存在以下不足：（1)非分散紅外檢測系統(tǒng)對某種待測氣體的檢測靈敏度主要取決于吸收光 程，為獲得最佳的檢測靈敏度，吸收光程的選擇應(yīng)根據(jù)待測氣體對紅外光的吸收強度和檢 測濃度范圍決定，現(xiàn)有非分散紅外檢測系統(tǒng)在單一樣品池內(nèi)完成對CO和CO 2濃度的檢測， 即CO和0)2的檢測光程相同，但尾氣中CO濃度一般為1~3 %，CO 2濃度一般大于10 %，且 CO2對紅外光的吸收比CO更強，按照上述檢測光程選擇標(biāo)準(zhǔn)，CO 2的檢測光程應(yīng)大大小于CO 的檢測光程，單一樣品池的設(shè)計不能同時滿足CO和0)2高檢測靈敏度的要求；（2)現(xiàn)有非分 散紅外檢測系統(tǒng)使用的CO測量波段與〇) 2紅外吸收光譜存在重疊，由于尾氣中CO 2濃度很 高，對紅外光吸收強度大，〇)2對CO測量波段內(nèi)紅外光能量變化造成的影響不能忽略，如果 不進(jìn)行校準(zhǔn)，CO濃度檢測結(jié)果誤差會很大。這里只是以CO和CO 2為例，實際上，對于其他 的吸收光譜存在重疊且兩個氣體濃度差異大的其他氣體進(jìn)行檢測時，都會出現(xiàn)誤差大的現(xiàn) 象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的首要目的在于提供一種高靈敏度的機動車尾氣CO和CO2濃度實時檢測 系統(tǒng)，能夠有效、準(zhǔn)確地檢測出吸收光譜存在重疊現(xiàn)象的兩種氣體濃度。
[0005] 為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種機動車尾氣CO和0)2濃度實時 檢測系統(tǒng)，待檢測的第一、二氣體的吸收光譜存在重疊區(qū)域，包括第一氣體檢測單元和第二 氣體檢測單元，所述第一氣體檢測單元的第一樣品池包括第一、二腔室，第一腔室中填充有 100%濃度的第二氣體，第二腔室以及第二氣體檢測單元的第二樣品池中通入待檢測氣體， 光源射出的紅外光經(jīng)過第一、二氣體檢測單元后轉(zhuǎn)換成電信號輸出至處理單元，處理單元 進(jìn)行處理后得到第一、二氣體的濃度。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下技術(shù)效果：通過在其中第一氣體檢測單元中設(shè) 置兩個腔室，其中一個腔室中填充有100%濃度的第二氣體，這樣就能消除第二氣體對第一 氣體檢測的干擾。
[0007] 本發(fā)明的另一個目的在于提供一種高靈敏度的機動車尾氣CO和CO2濃度實時檢 測系統(tǒng)，能夠有效、準(zhǔn)確地檢測出吸收光譜存在重疊現(xiàn)象的兩種氣體濃度。
[0008] 為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種機動車尾氣CO和0)2濃度實時 檢測系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：(A)將檢測系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱；(B)根據(jù)第一氣體的濃度 檢測范圍0彡C彡C maxi選定一組等間隔標(biāo)定濃度C m，其中m = 0、1、2、3、…、X且C。= 0、 Cx= Cmaxi;向第二腔室中依次通入濃度等于標(biāo)定濃度Cm的第一氣體，并根據(jù)每一個標(biāo)定濃 度下第一氣體檢測單元輸出的信號幅值U lni得到x+1組數(shù)據(jù)ICn0UJ ; (C)根據(jù)第二氣體的 濃度檢測范圍〇彡C彡Cmax2選定一組等間隔標(biāo)定濃度Cn，其中η = 0、1、2、3、…、y且C。= 0、Cy= Cmax2;向第三腔室中依次通入濃度等于標(biāo)定濃度Cn的第二氣體，并根據(jù)每一個標(biāo)定 濃度下第二氣體檢測單元輸出的信號幅值U 2n得到y(tǒng)+Ι組數(shù)據(jù){Cn、U2n} ; (D)向第二、三腔室 中通入待檢測的氣體，處理單元根據(jù)第一氣體檢測單元輸出的信號幅值U1以及步驟B中的 數(shù)據(jù){(；、UJ通過線性插值法得到第一氣體濃度；處理單元根據(jù)第二氣體檢測單元輸出的 信號幅值1] 2以及步驟C中的數(shù)據(jù){Cn、U2J通過線性插值法得到第二氣體濃度。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下技術(shù)效果：通過步驟B和步驟C用標(biāo)準(zhǔn)濃度的第 一、二氣體檢測到的數(shù)據(jù)作為參考的基準(zhǔn)，使得后續(xù)的處理只通過線性插值算法就能根據(jù) 檢測到的信號幅值得到相應(yīng)的氣體濃度，處理快速、簡單、準(zhǔn)確。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明的原理框圖；
[0011] 圖2是本發(fā)明分光單元以及第一、二、三氣體檢測單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合圖1至圖2,對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)敘述。
[0013] 參閱圖1、圖2, 一種機動車尾氣CO和CO2濃度實時檢測系統(tǒng)，待檢測的第一、二氣 體的吸收光譜存在重疊區(qū)域，包括第一氣體檢測單元30和第二氣體檢測單元40,所述第一 氣體檢測單元30的第一樣品池31包括第一、二腔室34、35,第一腔室34中填充有100%濃 度的第二氣體，第二腔室35以及第二氣體檢測單元40的第二樣品池41中通入待檢測氣 體，光源10射出的紅外光經(jīng)過第一、二氣體檢測單元30、40后轉(zhuǎn)換成電信號輸出至處理單 元60,處理單元60進(jìn)行處理后得到第一、二氣體的濃度。這里通過在第一氣體檢測單元中 設(shè)置第一腔室34,并在第一腔室34中填充100%濃度的第二氣體，這樣就消除了第二氣體 對第一氣體的影響，提高第一氣體檢測精度。第一、二氣體檢測單元30、40采用現(xiàn)有技術(shù)中 常用的氣體檢測系統(tǒng)即可。
[0014] 氣體檢測系統(tǒng)有多種結(jié)構(gòu)方式，這里提供一種較為具體的實施方式，所述的第一 氣體檢測單元30包括第一紅外濾光片32以及第一探測器33,第二氣體檢測單元40包括 第二紅外濾光片42以及第二探測器43 ;第一、二紅外濾光片32、42的透過光譜分別位于第 一、二氣體紅外吸收波段內(nèi)，透過第一、二樣品池31、41的紅外光分別經(jīng)過第一、二紅外濾 光片32、42后被第一、二探測器33、43所接收。這里的第一、二探測器33、43為熱電偶探測 器，用探測元件吸收入紅外輻射而產(chǎn)生熱、造成溫升，并借助各種物理效應(yīng)把溫升轉(zhuǎn)換成電 信號后輸出。
[0015] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，由于光源10的紅外光源輻射功率存在波動，為了消除這 個波動對結(jié)果造成的影響，本實施例中包括第三氣體檢測單元50,第三氣體檢測單元50包 括第三樣品池51、第三紅外濾光片52以及第三探測器53,第三紅外濾光片52的透過光譜 位于第一、二氣體紅外吸收波段以外，透過第三樣品池51的紅外光經(jīng)過第三紅外濾光片52 后被第三探測器53所接收。設(shè)置第三氣體檢測單元50之后，光源10的波動在第一、二、三 氣體檢測單元30、40、50上均有體現(xiàn)，在處理單元60進(jìn)行處理的時候，不再單獨對第一、二 氣體檢測單元30、40的輸出結(jié)果進(jìn)行處理，而是對第一、三氣體檢測單元30、50的輸出幅值 之比以及第二、三氣體檢測單元40、50的輸出幅值之比進(jìn)行處理，就消除了光源10波動引 起的檢測誤差。
[0016] 具體地，所述的第一、二、三樣品池31、41、51均為等內(nèi)徑的圓管狀池體，將各樣品 池的內(nèi)徑設(shè)置為相等，就能根據(jù)第一、二、三樣品池31、41、51的長度來確定各樣品池的腔 室體積大小。第一樣品池31的兩端以及中間均設(shè)置有可透過紅外輻射的窗片70,窗片70 將第一樣品池31分成所述的第一、二腔室34、35,第二、三樣品池41、51的兩端均用窗片70 密封形成第三、四腔室44、54 ;這里所有的窗片70都是可透過紅外輻射的。為了保證對第 一、二氣體的檢測靈敏度同時達(dá)到最高，這里優(yōu)選地，第三腔室44與第二腔室35長度比值 等于第一、二氣體最大檢測范圍之比，假設(shè)第一氣體