本发明专利技术公开了一种基于量子级联激光器的汽车尾气遥感检测系统和方法。本发明专利技术中任意函数发生器产生的信号输入激光器电流脉冲驱动模块，量子级联激光器在激光器电流脉冲驱动模块的驱动下产生中红外或远红外的激光，中红外至远红外经过汽车尾气排放区域后通过斩波器得到调制信号，热释电传感器模块探测经过调制的中红外或远红外的激光信号，同时热释电传感器将探测得到的信号输入锁相放大器运算，锁相放大器的输出数据到计算机，计算机通过数据处理分析方法将汽车尾气中不同排放产物的含量计算出来。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于汽车尾气排放检测
，尤其涉及一种。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，汽车保有量持续增长，汽车排放的有害废气污染已成为我国城市大气污染的主要来源之一。根据环保部门的统计，城市空气污染中20%的CO2,6(Γ70%的CO，40%的NOx和70%的HC来自于汽车尾气。例如，北京市和广州市汽车排放污染物在环境空气中的比率，一氧化碳(CO)占80%以上，氮氧化物(NOx)占40%以上。为控制汽车尾气污染物排放，世界各国和地区都先后制定了限制汽车废气排放的法律法规。我国自2007年7月开始实施相当于欧洲III号法规的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国III，IV阶段)》排放标准。但是，与发达国家相比，我国汽车尾气的排放现状依然不 容乐观汽车排放污染管理起步较晚；重点城市的汽车尾气造成的污染状况非常严重；车辆上与排放相关的组件非常欠缺。为了改善城市环境空气质量，削减和控制汽车尾气的排放污染己经刻不容缓。我国现行的汽车尾气的监测方法主要有工况法和怠速法。目前，这两种方法都主要在汽车生产厂的实验测试平台上或者车辆年检场所中才能完成测试，而对于在行驶过程中的汽车的尾气排放过程却无法实现实时监测。实际行驶过程中，汽车的尾气排放不仅取决于汽车本身的构造，还取决于汽车所使用的燃料组成、负载、驾驶方式和交通的拥挤程度等诸多因素。汽车尾气遥感监测技术是一种先进的汽车尾气监测技术，它能够在汽车正常行驶情况下对汽车尾气的瞬时排放实现监测，识别排放不达标的污染车辆，为城市汽车尾气污染的监测和控制提供了有效手段，因而有着巨大的社会需求受到广泛的研究和关注。传统的汽车尾气的遥感监测方法主要是对于CO2, CO和HC检测的非分光红外法。排放污染物检测条件多是在怠速条件下，无法反映汽车在行驶条件下的有害尾气排放的特性和尾气在空气中可能形成的光化学反应。现有技术的汽车尾气检测装置如专利号为CN2440208Y的“一种多怠速机动车尾气检测装置”需要将软管连接到汽车尾气管口上才能进行尾气中CO和HC的检测分析。专利号为CN1412541A的“对汽车尾气进行实时检测用的红外激光检测系统和方法”所使用的是一种非分光红外分析仪，它没有光谱分辨率，且检测的尾气种类较为单一，只能检测CO和HC的浓度。从单一的CO和HC浓度的检测发展到C0、C02、HC、N0x、NHdP SOx等多种成分的检测是当前汽车尾气遥感检测的方向。目前，汽车尾气遥感检测技术在美国、加拿大、澳大利亚、瑞典、巴西、新加坡和印度等许多国家都在积极研制过程中。量子级联激光器，开创了利用宽带隙材料研制中远红外半导体激光器的先河，是半导体激光理论的里程碑，正成为世界各国争相追踪的前沿技术。量子级联激光器具有单色性好、量子效率高、温度稳定性好、波长设计灵活、固有响应速度快等优点。量子级联激光器在气体检测方面有着广阔的应用前景，尤其是在低浓度气体、大气痕量气体检测方面，量子级联激光器有着传统半导体激光器无可比拟的优势，可广泛应用于煤矿瓦斯气体高灵敏度检测、汽车尾气和工业废气检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种，实现对道路上行驶汽车排放尾气的遥感检测。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下 基于量子级联激光器的汽车尾气遥感检测系统，包括任意函数发生器、电流脉冲驱动模块、量子级联激光器、聚乙烯准直聚焦透镜、分光镜、斩波器、热释电传感器模块、镀金直角反射镜、锁相放大器、计算机； 任意函数发生器产生的电压信号输入到电流脉冲驱动模块，再由电流脉冲驱动模块产生电流脉冲驱动量子级联激光器，量子级联激光器在电流脉冲的驱动下发射出幅值调制的中远红外激光，中远红外激光通过聚乙烯准直聚焦透镜准直平行出射，平行的中远红外激 光经过分光镜分成参考光路和探测光路，参考光路的中远红外激光经过斩波器调制后由参考光路的热释电传感器模块探测，探测光路的中远红外激光穿过行驶中的汽车尾气排放区域由镀金直角反射镜反射，反射后的中远红外激光经过斩波器、聚乙烯准直聚焦透镜后由探测光路的热释电传感器模块检测；探测光路的热释电传感器模块、参考光路的热释电传感器模块和任意函数发生器的正弦波信号分量分别输入锁相放大器内做相关运算，锁相放大器将结果输出到计算机；计算机将参考光路的热释电传感器模块的相关运算输出值和探测光路的热释电传感器模块的相关运算输出值做相减运算，并对计算结果进行数据的处理和光谱的分析，最终得到汽车尾气的测量结果。所述的分光镜设置在聚乙烯准直聚焦透镜正前方，且与聚乙烯准直聚焦透镜准直平行出射的光线成45° ; 所述的任意函数发生器产生三种信号分别是矩形脉冲信号、锯齿波信号和正弦波信号，在任意函数发生器内部将这三种电压信号叠加后输入电流脉冲驱动模块，电流脉冲驱动模块通过电压电流转换后输出经过调制的电流信号来驱动量子级联激光器，任意函数发生器在输出叠加信号到电流脉冲驱动模块的同时将叠加信号中的正弦波信号分量输入到锁相放大器进行信号的相关运算，锁相放大器连接到计算机。所述的热释电传感器模块包括热释电传感器、电阻、滤波电容；热释电传感器的I脚同时接直流电压VCC和滤波电容的一端，2脚接电阻的一端，3脚和电阻的另一端同时接地，滤波电容的另一端与锁相放大器相连接；经过滤波电容后的交流信号输入锁相放大器，同时锁相放大器输出的正弦交流信号驱动斩波器以一定的频率转动，锁相放大器连接到计算机；聚乙烯准直聚焦透镜和斩波器放置在热释电传感器模块正前方。基于量子级联激光器的汽车尾气遥感检测方法，包括如下步骤 步骤(I).锁相放大器输出测量得到的原始光谱数据给计算机； 步骤(2).根据任意函数发生器中锯齿波的频率使用均值滤波函数的方法去除原始光谱数据中的随机噪声，具体采用合成信号中锯齿波信号的周期实现均值滤波，滤波后得到扫频下的不同波长的光谱数据； 步骤(3).滤波后的光谱数据首先用福依特(Voigt)线型函数拟合，拟合函数所采用的福依特(Voigt)线型函数由公式(I)描述。Φ^(ν0) = (I) γΕ ^π π. yc 宜由 β =-- v _」^￡_ . '、’ (Jc + Ysd) ’ — V'ln 2 ’ YD—高斯线性函数光谱宽度； —洛伦兹线性函数光谱宽度； 同时可以获得福依特线性函数光谱宽度Δι> Av1, =0.5 346Δνι；. + ^/(02166Δι +Διξ) (2) 其中Ave是谱线的碰撞线宽；Δνβ是谱线的多普勒线宽； 步骤(4).使用福依特(Voigt)线型函数重复进行η次拟合，可以获得η条不同谱线的光谱分布数据《V，对拟合获得的任意一条光谱线数据根据模糊函数隶属度判断方法得出最可能的吸收谱线，设测量得到的第i条谱线的光谱数据的集合为U= {uiX, ui2, un,…"j，同时第i条谱线的标准光谱数据的集合为V= \vn,vi2,viV，其中i为自然数，且i小于等于m ;m为自然数；然后计算出集合U和集合V的相似度系数‘的 m Σ Ui^ r^(f)= ■, j拔j mV Jfc-IMA-I 如果相似度系数HQ)则对应的谱线判断为吸收谱线，从而得到第i条谱线为有效吸收谱线，其中为事先标定的水平值； 步骤(5).最本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于量子级联激光器的汽车尾气遥感检测系统，包括任意函数发生器（1）、电流脉冲驱动模块（2）、量子级联激光器（3）、聚乙烯准直聚焦透镜（4）、分光镜（5）、斩波器（6）、热释电传感器模块（7）、镀金直角反射镜（8）、锁相放大器（9）、计算机（10）；任意函数发生器（1）产生的电压信号输入到电流脉冲驱动模块（2），再由电流脉冲驱动模块（2）产生电流脉冲驱动量子级联激光器（3），量子级联激光器（3）在电流脉冲的驱动下发射出幅值调制的中远红外激光，中远红外激光通过聚乙烯准直聚焦透镜（4）准直平行出射，平行的中远红外激光经过分光镜（5）分成参考光路和探测光路，参考光路的中远红外激光经过斩波器（6）调制后由参考光路的热释电传感器模块（7）探测，探测光路的中远红外激光穿过行驶中的汽车尾气排放区域由镀金直角反射镜（8）反射，反射后的中远红外激光经过斩波器（6）、聚乙烯准直聚焦透镜（4）后由探测光路的热释电传感器模块（7）检测；探测光路的热释电传感器模块（7）、参考光路的热释电传感器模块（7）和任意函数发生器（1）的正弦波信号分量分别输入锁相放大器（9）内做相关运算，锁相放大器（9）将结果输出到计算机（10）；计算机（10）将参考光路的热释电传感器模块（7）的相关运算输出值和探测光路的热释电传感器模块（7）的相关运算输出值做相减运算，并对计算结果进行数据的处理和光谱的分析，最终得到汽车尾气的测量结果；所述的分光镜（5）设置在聚乙烯准直聚焦透镜（4）正前方，且与聚乙烯准直聚焦透镜（4）准直平行出射的光线成45°；所述的任意函数发生器（1）产生三种信号分别是：矩形脉冲信号、锯齿波信号和正弦波信号，在任意函数发生器（1）内部将这三种电压信号叠加后输入电流脉冲驱动模块（2），电流脉冲驱动模块（2）通过电压电流转换后输出经过调制的电流信号来驱动量子级联激光器（3），任意函数发生器（1）在输出叠加信号到电流脉冲驱动模块（2）的同时将叠加信号中的正弦波信号分量输入到锁相放大器（9）进行信号的相关运算，锁相放大器连接到计算机（10）；所述的热释电传感器模块（7）包括热释电传感器（13）、电阻（12）、滤波电容（11）；热释电传感器（13）的1脚同时接直流电压VCC和滤波电容（11）的一端，2脚接电阻（12）的一端，3脚和电阻（12）的另一端同时接地，滤波电容（11）的另一端与锁相放大器（9）相连接；经过滤波电容（11）后的交流信号输入锁相放大器（9），同时锁相放大器（9）输出的正弦交流信号驱动斩波器（6）以一定的频率转动，锁相放大器（9）连接到计算机（10）；聚乙烯准直聚焦透镜（4）和斩波器（6）放置在热释电传感器模块（7）正前方。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘亦安，王玲，吴开华，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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