CN212008316U - 一种用于机动车尾气遥测***的在线自动定标装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种机动车尾气遥测***的在线自动定标装置，包括：多个激光束发射单元，用于发射扫描对应气体组分吸收峰的激光束；气体吸收池单元，所述吸收池单元安装于舵机上，所述激光束穿过所述气体吸收池单元，所述气体吸收池单元中的气体吸收所述激光能量，光线汇聚单元，用于对吸收所述激光能量后的激光束进行汇聚，得到汇聚激光束；光电探测单元，用于对所述汇聚激光束进行光电信号转换，得到探测电信号；采集及处理单元，用于对所述探测电信号进行分析处理，并根据分析处理结果调整所述激光束发射单元的相关参数。避免了目前吸收池的密闭难题，以及尾气混合标准气中NO气体化学性质活泼易氧化问题。

Description

一种用于机动车尾气遥测***的在线自动定标装置

技术领域

本实用新型应用于TDLAS全激光法遥测机动车尾气领域，可实现该遥测设备的自动定标流程、自动质控，无需人为操作；同时还可用于TDLAS 技术波长锁定功能。

背景技术

随着国家环境保护与生态部对空气污染的防治，全国各地区陆续加强了对机动车尾气的监管，其中尤其以全激光机动车尾气遥测设备为主，该设备具有响应速度快，激光器输出带宽窄，可定位尾气的吸收峰，排除其他气体例如水蒸气的吸收干扰，测量更准确等特点。

尾气遥测***安装并工作在户外道路旁，因外界环境干扰严重，需定期进行在线标定，通过测量标准气体的重复性及精度，验证遥测***工作是否正常。该技术目前存在在线定标的难点问题：(1)多数厂家采用密闭吸收池转动***激光光路中用于临时标定，而多数密闭吸收池存在密封性问题：使用过程中标准气体浓度逐渐降低，直至浓度降为零，一般使用寿命在一年以内，这是因为混合标气一氧化氮NO的化学成分存在自由基，易发生的化学反应变为NOx，对尾气混合标气的长期密封提出了新的挑战；因遥测设备使用年限一般大于5年，多因密闭吸收池出现渗漏等现象，维持一段时间后出现不能用于正常定标，需要频繁更换密闭吸收池；(2)而国外提供的密闭吸收池自称密闭性可维持＞5年，但价格昂贵，会大大提升尾气遥测设备的成本；(3)且实际标定曲线需要至少3个点完成，也就是需要至少3个密闭吸收池轮流******，这也为***装配带来困难。

有些用防扩散罩将气体直接喷在光路中，因气体扩散较快，难以测量准确，更不能起到在线定标、质控的功能。

本实用新型发明了一种可用于机动车尾气遥测***在线定标及质控的实施方案，可实现较准确的完成在线定标。

实用新型内容

本新型目的是针对现有技术空白，提出了一种机动车尾气遥测***的在线自动定标装置，避免了目前吸收池的密闭难题，以及尾气混合标准气中 NO气体化学性质活泼易氧化问题。

本新型包括：多个激光束发射单元，用于发射扫描对应气体组分吸收峰的激光束；

气体吸收池单元，所述吸收池单元安装于舵机上，所述激光束穿过所述气体吸收池单元，所述气体吸收池单元中的气体吸收所述激光能量；

光线汇聚单元，用于对吸收所述激光能量后的激光束进行汇聚，得到汇聚激光束；

光电探测单元，用于对所述汇聚激光束进行光电信号转换，得到探测电信号；

采集及处理单元，用于对所述探测电信号进行分析处理，并根据分析处理结果调整所述激光束发射单元的相关参数。

在一个示例中，所述激光束发射单元包括半导体激光器、激光器温度控制器和电流驱动器。

在一个示例中，所述气体吸收池单元包括进气口、出气口、窗口片和池壁。

在一个示例中，所述窗口片与所述池壁粘接，所述窗口片的法线与所述池壁的中轴线具有预设夹角。

在一个示例中，所述装置还包括气体产生单元，所述气体产生单元与所述气体吸收池单元中的所述进气口连接。

在一个示例中，所述气体产生单元包括多个高压气瓶、多个三通开关电磁阀、气体管路，所述多个高压气瓶中的每个高压电瓶的瓶口安装减压阀、两通电磁阀。

在一个示例中，采集和处理单元还用于控制所述三通开关电磁阀通断及时长。

本新型技术方案可实现在线定标、校准及质控流程；避免了密闭吸池的长期密封问题；还可用于TDLAS***的激光波长锁定功能。

附图说明

图1为机动车尾气遥测***的在线自动定标装置结构示意图。

图2为气体产生单元结构示意图。

具体实施方式

使本新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本新型实施例中的附图，对本新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参阅图1，本新型实施例中提供了一种机动车尾气遥测***的在线自动定标装置，包括：多个激光束发射单元，用于发射扫描对应气体组分吸收峰的激光束；气体吸收池单元7，所述吸收池单元安装于舵机上，所述激光束穿过所述气体吸收池，所述气体吸收池中的气体吸收所述激光束的能量；光线汇聚单元5，用于对所述吸收所述激光能量后的激光束进行汇聚，得到汇聚激光束；光电探测单元6用于对所述汇聚激光束进行光电信号转换，得到探测电信号；采集及处理单元8，用于对所述探测电信号进行分析处理，并根据分析处理结果调整所述激光束发射单元的相关参数。

在一示例中，所述激光束发射单元包括半导体激光器、激光器温度控制器和电流驱动器。如图1所示，将4种波长的半导体激光器1～4经激光器温度控制和电流驱动模块驱动后，稳定输出扫描对应气体组分吸收峰的激光束，经光束整形后，将多束激光束‘合束’或‘紧凑’平行排列，如图1中的 L11～L14所示，多台激光器的波长输出范围在1um～6um之间。

在一个示例中，所述气体吸收池单元包括进气口7-11、出气口7-12、窗口片7-13和7-14以及池壁。吸收池长度为L，两侧窗口片为避免光学干涉，可由氟化钙或蓝宝石材质加工制成，且每个窗口片的两个面会做有楔角(楔角范围一般在0.5°～2°之间)；在窗口片两侧蒸镀针对穿过光束波长的减反的光学膜层，减反膜可选1um～6um波段。

在一个示例中，所述窗口片与所述池壁粘接，所述窗口片的法线与所述池壁的中轴线具有预设夹角，预设夹角一般在5°～20°之间。

在一个示例中，所述装置还包括气体产生单元，所述气体产生单元与所述气体吸收池单元中的所述进气口连接。

在一个示例中，所述气体产生单元包括多个高压气瓶、多个三通开关电磁阀、气体管路，所述多个高压气瓶中的每个高压电瓶的瓶口安装减压阀、两通电磁阀。如图2所示，四个高压气瓶V-11、V-12、V-13串联组成合并气路***，该合并气路***包多种(＞2种)的标准气体，气瓶内可以是尾气用混合标气(按一定比例混合的NO，C3H8，CO、CO2)，也可以是这4种尾气标准气体中的一种，也可以是纯氮气，用于冲洗气室。

合并气路***经管路P-11～P-17密封连接后，最终可实现控制任何一个气瓶中的标准气体通过管路P-17进入图1吸收池的进气口7-11，标准气体充满整个吸收池后，经吸收池的出气口7-12后经管路排出设备外；值得说明的是，该实用新型保护合并气路包含但不限于4个标准气瓶。实际使用时，与高压气瓶减压阀直接连接的两通电磁阀和三通电磁阀均可由***主控软件其开关，从而达到控制气瓶开关的目的；同时可设定每路气体进入吸收池的顺序，通气时长，间隔时长，从而完成自动定标全过程。

在一个示例中，所述光线汇聚单元可以为氟化钙或蓝宝石材质的凸透镜或凹面镜。

在一个示例中，所述光电探测单元可响应多个激光器的出射波段，汇聚激光束经探测模块放大后被探测。

所述采集与处理单元，可由采集卡采集，该单元根据光强的变化利用调制解调算法对光强做实时的分析运算。根据在线定标所需的标准气体的浓度、通气时长、通气顺序，最终实现将标准气体定时、定量进入吸收池，同时***采集不同浓度下的数据，带入事先植入的算法中运算，得到每种浓度对应的幅值，最终以制作出‘浓度-幅值’的标定曲线，并根据分析运算结果调整激光束发射单元的相关参数，从而实现在线标定的目的。在一个示例中，采集和处理单元还用于控制所述三通开关电磁阀通断及时长。

需要说明的是，该装置中的吸收池可固定***光路中，也可使用类似舵机的装置带动吸收池旋转，从而达到自动控制其***或离开光路；实际使用中，在不做定标时可将吸收池离开光路。

此外，该装置还可通过采集及处理单元的预设程序跟踪吸收峰的位置，发现吸收峰位置漂移后，可通过自动调节激光器的驱动电流扫描区间，固定吸收峰峰位，从而达到‘锁峰’(锁定激光器波长)的作用。具体波长锁定功能的具体实施方式如下：将吸收池***光路中，并在吸收池内通入NO、HC、CO、CO2的标准气体，从而探测器上探测到的信号为有吸收峰的光信号，正常工作时，会将吸收峰对应的波长调节至横轴位置(实际上激光器的波长与驱动电流有一一对应关系就，激光器的驱动电流在时域的扫描，同时也是波长在时域的扫描，这里‘横轴位置’说的是电流参数)的中间区域，通过遥测***中的软件控制锁定每一路信号的吸收峰的横轴位置，当软件发现吸收峰对应的波长发生左右漂移时，采集与处理单元会重新调节电流参数，使得吸收峰波长仍处于横轴位置的中间区域。

对于本领域技术人员而言，显然本新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种用于机动车尾气遥测***的在线自动定标装置，其特征在于，所述装置包括：

多个激光束发射单元，用于发射扫描对应气体组分吸收峰的激光束；

气体吸收池单元，所述吸收池单元安装于舵机上，所述激光束穿过所述气体吸收池单元，所述气体吸收池单元中的气体吸收所述激光束的能量；

光线汇聚单元，用于对吸收所述激光束的能量后的激光束进行汇聚，得到汇聚激光束；

光电探测单元，用于对所述汇聚激光束进行光电信号转换，得到探测电信号；

采集及处理单元，用于对所述探测电信号进行分析处理，并根据分析处理结果调整所述激光束发射单元的相关参数。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光束发射单元包括半导体激光器、激光器温度控制器和电流驱动器。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体吸收池单元包括进气口、出气口、窗口片和池壁。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述窗口片与所述池壁粘接，所述窗口片的法线与所述池壁的中轴线具有预设夹角。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括气体产生单元，所述气体产生单元与所述气体吸收池单元中的所述进气口连接。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述气体产生单元包括多个高压气瓶、多个三通开关电磁阀、气体管路，所述多个高压气瓶中的每个高压电瓶的瓶口安装减压阀、两通电磁阀。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述采集和处理单元还用于控制所述三通开关电磁阀通断及时长。

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