一種微型紅外汽車尾氣分析儀制造技術(shù)

一種微型紅外汽車尾氣分析儀，涉及汽車尾氣成分分析裝置。設(shè)有樣氣前處理裝置、諧振積分腔、紅外LED光源、第1?PD傳感器、第2?PD傳感器、LED驅(qū)動電路和信號處理電路；前處理裝置尾氣出口進入積分腔，紅外LED光源紅外光通過準(zhǔn)直鏡形成平行光，再經(jīng)分光片后一路入射積分腔內(nèi)，另一路入射到第1?PD傳感器上，產(chǎn)生光生電流并由第1?I-V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號并接轉(zhuǎn)換開關(guān)的第2輸入端，轉(zhuǎn)換開關(guān)輸出端經(jīng)采集電路接驅(qū)動電路輸入端，驅(qū)動電路輸出端接光源，諧振積分腔內(nèi)設(shè)有前后平凹反射鏡，離開積分腔并入射到第2?PD傳感器上，產(chǎn)生光生電流并由第2?I-V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，再接轉(zhuǎn)換開關(guān)的第1輸入端。（*該技術(shù)在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】一種微型紅外汽車尾氣分析儀，涉及汽車尾氣成分分析裝置。設(shè)有樣氣前處理裝置、諧振積分腔、紅外LED光源、第1 PD傳感器、第2 PD傳感器、LED驅(qū)動電路和信號處理電路；前處理裝置尾氣出口進入積分腔，紅外LED光源紅外光通過準(zhǔn)直鏡形成平行光，再經(jīng)分光片后一路入射積分腔內(nèi)，另一路入射到第1 PD傳感器上，產(chǎn)生光生電流并由第1 I-V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號并接轉(zhuǎn)換開關(guān)的第2輸入端，轉(zhuǎn)換開關(guān)輸出端經(jīng)采集電路接驅(qū)動電路輸入端，驅(qū)動電路輸出端接光源，諧振積分腔內(nèi)設(shè)有前后平凹反射鏡，離開積分腔并入射到第2 PD傳感器上，產(chǎn)生光生電流并由第2 I-V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，再接轉(zhuǎn)換開關(guān)的第1輸入端?！緦＠f明】一種微型紅外汽車尾氣分析儀
本技術(shù)涉及汽車尾氣成分分析裝置，尤其是涉及采用諧振積分腔技術(shù)的一種 微型紅外汽車尾氣分析儀。
技術(shù)介紹
根據(jù)國標(biāo)GBl 82852005《點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法 (雙怠速法及簡易工況法）》，要求在進行汽車尾氣分析測量推薦定容采樣法，進行尾氣取 樣。定容采樣法是美國制定的，并在1972年啟用的標(biāo)準(zhǔn)采樣方法。隨后，日本和歐洲分別 在1973年和20世紀(jì)80年代也采用了這種方法?？梢哉f，定容采樣法是一種世界通行的汽 車尾氣樣氣采樣方法。定容采樣法（Constant Volume Sampling)是一種稀釋采樣方法，該 法有控制地用周圍空氣對汽車排氣進行連續(xù)稀釋，因而可以更接近于汽車排氣向大氣中擴 散，對大氣進行污染這一實際過程。 該系統(tǒng)要求被測車輛在轉(zhuǎn)鼓試驗臺上，按規(guī)定的工況法，進行循環(huán)運轉(zhuǎn)測試，汽車 排氣直接進入稀釋風(fēng)道中，按規(guī)定的比例與空氣混合，稀釋比依排氣流量不同而變化，一般 比例為（6?20) : 1(王險峰.汽車尾氣遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)研究與開發(fā).重慶交通大學(xué)車 輛工程，2011)。然后用定容泵提出定量的部分稀釋尾氣以待測試，其余的排走。定容采樣 法，對排氣做了稀釋處理，更接近與排放氣對大氣污染的實際情況，且可以減小由于排放中 高沸點物質(zhì)凝聚、吸附現(xiàn)象的發(fā)生而引起的測量誤差。 但是，定容采樣法對汽車排放尾氣進行稀釋，因此待測氣體濃度同比例地降低了， 也就是說，汽車尾氣的測量性能需要比以前至少要提高6?20倍。因此，對汽車尾氣分析 儀器提出了更高的要求，要求有更高的靈敏度和測量精度。 由于CO、CH、NOx等氣體，對某種特殊波長的紅外光有較強的吸收作用，而對其他 波長光的吸收作用則較弱（丁萬山，陳小剛，張健，等.基于光譜吸收法的微型車載尾 氣診斷系統(tǒng).傳感器與微系統(tǒng)，2009, 28(2) :81-83)。因此一般根據(jù)朗伯-比爾定律， f = ^ = ，待測氣體濃度〇與吸收度k(X)、有效光程L、透射比T有關(guān)，待測 氣體濃度越高，有效光程L越長，則紅外能量衰減越大（陳志敏.汽車尾氣紅外檢測系統(tǒng) 的新技術(shù)研究.山東理工大學(xué)測試計量技術(shù)及儀器，2010)。通常地，在氣室兩側(cè)分別 放置紅外探測器和光源，光源從一端入射，其強度為I tl U )，透過待測氣體，另一端的紅外 傳感器接收，接收到的光強度為I ( A )，再結(jié)合已知的有效光程L，就可以推算出其他濃度 (羅青青，周正貴，李慶，等.基于RFID技術(shù)的汽車尾氣檢測系統(tǒng)電路設(shè)計.電子世 界，2013(18) :21)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提供可以檢測低濃度汽車尾氣樣品，使光在測量氣室內(nèi)多 次折返，有效測量光程增加了過百次，可提高測量靈敏度、精確度，可顯著減小儀器體積的 一種微型紅外汽車尾氣分析儀。 本技術(shù)設(shè)有樣氣前處理裝置、諧振積分腔、紅外LED光源、第I H)傳感器、第 2 ro傳感器、LED驅(qū)動電路和信號處理電路； 所述樣氣前處理裝置的樣氣輸入口外接汽車尾氣樣品出口，所述諧振積分腔設(shè)有 進氣口和出氣口，樣氣前處理裝置的尾氣出口經(jīng)進氣口進入諧振積分腔，所述諧振積分腔 設(shè)有紅外光入射孔和紅外光出射孔，紅外LED光源發(fā)出的紅外光通過準(zhǔn)直鏡形成平行光， 平行光再經(jīng)分光片后一路由紅外光入射孔入射諧振積分腔內(nèi)，另一路入射到第I ro傳感器 的光敏面上，第I ro傳感器接收到入射光后，產(chǎn)生對應(yīng)的光生電流，并由第I I-V轉(zhuǎn)換電路 將光生電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，第I I-V轉(zhuǎn)換電路的電壓信號輸出端接轉(zhuǎn)換開關(guān)的第2輸入 端；轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸出端接信號采集電路的輸入端，信號采集電路的輸出端接LED驅(qū)動電路 的輸入端，LED驅(qū)動電路的輸出端接紅外LED光源，所述LED驅(qū)動電路用于控制紅外LED光 源，LED驅(qū)動電路與分光片和第I ro傳感器組成恒功率控制環(huán)路，按設(shè)定功率輸出恒定的 功率；諧振積分腔內(nèi)設(shè)有前平凹反射鏡和后平凹反射鏡，前平凹反射鏡和后平凹反射鏡均 鍍?nèi)茨?；紅外光進入諧振積分腔后，進行諧振震蕩，途經(jīng)的氣體分子對紅外光進行吸收， 從而對入射的紅外光進行衰減，最后紅外光通過紅外光出射孔，離開諧振積分腔并入射到 第2 ro傳感器的光敏面上，第2 ro傳感器接受到入射光后，產(chǎn)生與光強對應(yīng)的光生電流， 并由第2 I-V轉(zhuǎn)換電路將光生電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，第2 I-V轉(zhuǎn)換電路的電壓信號輸出端 接轉(zhuǎn)換開關(guān)的第1輸入端。 信號處理電路的輸出信號，再數(shù)字化，與LED出射光功率比較后，可以計算出光的 總衰減量，總的有效光程可以通過設(shè)計仿真直接得出，最后計算出對應(yīng)氣體的濃度。 所述前平凹反射鏡和后平凹反射鏡均鍍?nèi)茨?，可以對紅外光進行全反射，反射 率 >99%。 所述進氣口上可設(shè)有進氣閥，所述出氣口上可設(shè)有出氣閥。 本技術(shù)采用的諧振積分腔由兩面平凹反射鏡組成，兩面平凹反射鏡，均鍍紅 外全反射膜，對紅外光的反射率大于99 %。兩面平凹反射鏡上有小孔，其中一側(cè)為測量光源 的紅外光入射孔，另一面為測量光源的紅外光出射孔。這樣，測量光源從紅外光入射孔進入 諧振積分腔后，在腔內(nèi)往返震蕩逾百次后，最后從紅外光出射孔離開諧振積分腔。ro傳感器 放置在紅外光出射孔處，測量被尾氣吸收后剩余的光強。信號處理電路將ro傳感器的輸出 電流信號進行i-v轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換后，得到出射光強的數(shù)字量。通過對入射光強和出射光強 的對比，就可以計算出尾氣中相應(yīng)氣體的含量。 本技術(shù)采用諧振積分腔技術(shù)，可以使入射光在待測氣室反射數(shù)百次，增加有 效測量光程數(shù)百倍，從而可以在小體積的情況下，更加精確地計算汽車尾氣中CO、CH、NOx 等氣體成分的含量。本技術(shù)采用諧振積分腔技術(shù)，將測量光源準(zhǔn)直后，入射待測氣室， 入射光在腔內(nèi)諧振，數(shù)百次透過待測氣體后，到達接收傳感器，然后對傳感器接收到的光， 進行能量分析，計算出待測氣體對每種波長光的吸收度，從而可以更加精確地推算出待測 汽車尾氣中的各種氣體組分的含量。 本技術(shù)的有益效果為： 本技術(shù)通過采用諧振積分腔技術(shù)，測量光在積分腔內(nèi)進行多次往返震蕩，從 而使有效測量光程延長數(shù)百倍，從而提高尾氣成分的測量精度和靈敏度，也可以大大降低 尾氣分析儀的體積。 【專利附圖】【附圖說明】 圖1為本技術(shù)實施例的結(jié)構(gòu)組成框圖； 圖2為本技術(shù)中入射光在平凹反射鏡的光斑示意圖。 【具體實施方式】 以下實施例將本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種微型紅外汽車尾氣分析儀，其特征在于設(shè)有樣氣前處理裝置、諧振積分腔、紅外LED光源、第1?PD傳感器、第2?PD傳感器、LED驅(qū)動電路和信號處理電路；所述樣氣前處理裝置的樣氣輸入口外接汽車尾氣樣品出口，所述諧振積分腔設(shè)有進氣口和出氣口，樣氣前處理裝置的尾氣出口經(jīng)進氣口進入諧振積分腔，所述諧振積分腔設(shè)有紅外光入射孔和紅外光出射孔，紅外LED光源發(fā)出的紅外光通過準(zhǔn)直鏡形成平行光，平行光再經(jīng)分光片后一路由紅外光入射孔入射諧振積分腔內(nèi)，另一路入射到第1?PD傳感器的光敏面上，第1?PD傳感器接收到入射光后，產(chǎn)生對應(yīng)的光生電流，并由第1?I?V轉(zhuǎn)換電路將光生電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，第1?I?V轉(zhuǎn)換電路的電壓信號輸出端接轉(zhuǎn)換開關(guān)的第2輸入端；轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸出端接信號采集電路的輸入端，信號采集電路的輸出端接LED驅(qū)動電路的輸入端，LED驅(qū)動電路的輸出端接紅外LED光源，所述LED驅(qū)動電路用于控制紅外LED光源，LED驅(qū)動電路與分光片和第1?PD傳感器組成恒功率控制環(huán)路，按設(shè)定功率輸出恒定的功率；諧振積分腔內(nèi)設(shè)有前平凹反射鏡和后平凹反射鏡，前平凹反射鏡和后平凹反射鏡均鍍?nèi)茨ぃ患t外光進入諧振積分腔后，進行諧振震蕩，途經(jīng)的氣體分子對紅外光進行吸收，從而對入射的紅外光進行衰減，最后紅外光通過紅外光出射孔，離開諧振積分腔并入射到第2?PD傳感器的光敏面上，第2?PD傳感器接受到入射光后，產(chǎn)生與光強對應(yīng)的光生電流，并由第2?I?V轉(zhuǎn)換電路將光生電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，第2?I?V轉(zhuǎn)換電路的電壓信號輸出端接轉(zhuǎn)換開關(guān)的第1輸入端。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉鴻飛，
申請(專利權(quán))人：劉鴻飛，
類型：新型
國別省市：福建;35