基于可调谐半导体激光技术的机动车尾气中CO、CO2遥测

机动车排放尾气成为很多城市大气质量恶化的主要原因之一,机动车尾气遥测系统利用可调谐二极管激光吸收光谱技术及其计算机自动识别技术可以在不影响车辆正常行驶的条件下,在道边对机动车尾气成份中的CO,CO2进行实时遥测.实验表明,基于该技术的尾气遥测系统可以迅速、方便地获得大量机动车的实时尾气排放数据和车辆信息,从而快速筛选出那些高排放的车辆.该系统是传统尾气检测方式的补充.     

基于光纤激光器的机动车尾气CO排放浓度检测方法

传统方法检测CO浓度时,对CO分子激发态限值的判断不够精确,导致浓度检测存在一定误差。为此,提出基于光纤激光器的机动车尾气CO排放浓度检测方法。入射具有一定波长的光束,使CO分子对光子进行选择性吸收,得到CO红外吸收光谱,选取一条具有CO光谱特征的谱线,利用光纤激光器进行光谱检测,计算CO谱线特征参数,划分红外光谱,计算红外光谱产生热能,并将热能转换为声波,检测声波信号,通过声传播波动方程计算CO浓度。此次提出方法与三种传统方法进行对比实验,利用可调谐光纤激光器,获取CO吸收峰位置,分别对该位置的CO浓度进行检测,结果表明,当配制浓度和实验温度不同时,此次方法检测误差都要小于传统方法,提高了CO排放浓度检测灵敏度。     

基于半导体激光吸收谱的在线CO和CO_2浓度同时测量技术

优选了中心频率分别为6338.5895cm-1和6337.99cm-1的CO和CO2吸收谱线,使用一个激光器扫描经过该对谱线,在搭建的实验系统上实现了对CO和CO2的同时测量,实验结果表明,基于半导体激光吸收谱(DLAS)的CO和CO2检测下限分别为3σ=0.042%和3σ=0.022%,CO和CO2的线性相关系数分别为0.9999和0.9996,CO和CO2相互间干扰小于1%。现场测量结果表明,该技术能够较好地满足工业过程、机动车尾气和环保等的CO和CO2浓度同时测量的需要。     

机动车尾气CO检测中神经网络多环境因子在线修正算法研究

分析了温度、湿度、压力对预处理后尾气CO浓度测量的影响, 提出一种机动车尾气CO检测神经网络多环境因子在线修正算法, 首先采用尾气样本数据离线训练得到BP神经网络模型, 然后将实时测得的样品气温度、湿度、压力及小数吸收值代入到模型进行在线修正, 得到修正后CO浓度, 解决了NDIR传感器因环境变化所带来的测量误差影响.通过标样实验、模拟实验, 并和SEMTECH-EcoStar对比检测结果, 在样品气温度30～50℃、相对湿度25～40%、压力95～115kPa、CO浓度0～0.2%范围内的最大相对偏差为4.8%.车载外场实验, 得到修正因子在0.8～1之间, 验证了方法的必要性和可靠性, 为机动车尾气的CO浓度的准确检测提供有效技术支持.     

非制冷焦平面热像仪获取脉冲CO2 激光光斑研究

采用漫射红外成像法对脉冲CO2激光光斑进行了测量，分析了电扫描体制非制冷红外焦平面热像仪获取窄脉冲CO2激光光班的机理，解释了出现半光班现象的原因；并采用同步发射激光技术，保证了单次激光脉冲的完整、稳定捕获，得到了脉冲CO2激光相对光强分布及相关光束质量参数。     

基于气体相关滤波技术的非分散红外CO气体监测系统的研究

介绍了一种有效的测量CO气体浓度的方法一基于气体相关滤波技术(GFC)的非分散红外法(NDIR)，以及该方法在实际测量中的应用．根据该方法设计出新型CO监测仪，实验表明，设计的基于GFC技术的非分散红外CO监测系统在0～200ppm的测量范围内有10ppb的监测精度。     

基于ZigBee技术的无线红外CO检测仪

为了减少一氧化碳( CO)爆炸给国民经济造成了巨大损伤,本文所述CO检测仪能够无线监测环境空气中痕量CO浓度。选择激射中心波长为4.8μm中红外量子级联激光器( QCL )作为光源,再配合长光程herriott气室提高了CO浓度检测下限。同时,采用ZigBee通信技术,可将现场CO浓度数据无线传输给远端设备监控。实验表明,该仪器CO浓度检测下限为2 ppm,并且操作人员可以通过替换在不同波长下运行的中红外QCL来测量其它气体。     

机动车尾气NDIR传感器性能仿真分析

机动车尾气检测在防治机动车尾气污染中起到十分重要的作用,非分散红外法(NDIR)气体传感器作为测量尾气CO、CO_2的核心部件,其性能指标必须满足国家相关标准的要求。为了在设计的初始阶段实现对设计方案的优化和性能评估,本文提出了一种NDIR气体传感器的性能仿真分析方法,通过计算和分析NDIR气体传感器的响应函数来估算传感器可以达到的测量精度。将该方法应用于机动车尾气NDIR气体传感器的设计中,证明该方法具有一定应用价值。     

机动车尾气碳氧化物检测中的非线性修正方法

机动车运行工况复杂多变, 排放的尾气成分浓度范围跨度大。利用常规光学方法检测尾气中污染成分的浓 度时, 由于受限于光学气池的结构固定和系统对光电微弱信号的检测极限, 因此待测气体的量程和精度范围都受到 很大限制。基于朗博比尔定律, 在待测气体浓度变量上增加指数因子修正, 可以在不降低测量精度的同时, 实现尾气 CO、 CO2 大量程检测。用标准气体对便携式机动车尾气检测装置进行标定实验, 结果表明, 传统的线性修正方法得 到的 CO 拟合度为 0.988, CO2 拟合度为 0.998; 而增加了非线性修正因子后得到的 CO 拟合度为 0.999, CO2 拟合度为 0.999。进一步外场对比实验表明, 修正后的仪器测量结果与同类先进仪器的一致性较好, 柴油车实验拟合度为 0.93, 汽油车拟合度为 0.95, 验证了非线性修正方法的必要性和实用性。     

非分散红外CO气体检测系统研究

介绍了用于CO气体检测的非分散红外(NDIR)系统,论述了系统的原理、构成与实现方法.利用CO在红外4.65μm处的特征吸收,通过气体滤波相关技术实现对空气中痕量气体CO的检测,系统响应迅速,测量精度高,并能实现0～50 ppm的测量范围,检测下限10 ppb.     

气动CO_2激光器小信号增益的实验研究

用放大法测量了分别在甲苯和乙醇两种液体燃烧驱动下气动CO2 激光器的小信号增益系数。实验发现 ,用甲苯作为燃料时激光器的平均小信号增益系数可达 0 .62m- 1,远远高于乙醇作燃料时的小信号增益系数。结合甲苯和乙醇分别与空气燃烧后产物组分的配比 ,对实验结果进行了分析 ,得出甲苯是燃烧驱动气动CO2 激光器的一种比较理想的燃料     

中红外差分式CO检测仪的设计与实验

CO分子在4.6 m具有最强吸收峰,以此作为气体吸收的中心波长,结合光源EMS200光源的发光特性,设计开放式的球面反射镜气室,采用单探测器双通的结构,研制了一种中红外差分式CO检测仪。利用模拟混合气站配备标准的CO气体浓度,对该仪器的相关性能开展研究。研究表明:仪器分辨率为20 ppm（1 ppm=10-6）,最低检测下限为18 ppm。CO浓度在30~1 500 ppm范围内,其测量误差不超过8.5%。与激光光谱技术的CO检测仪相比,该系统采用脉冲红外热光源,其性价比高;采用开放球面反射镜气室,光路简单易于实现。所以该CO检测仪在煤矿开采、环境监测、石油化工等领域具有较高的实际应用价值。     

可用于探测大气CO2垂直廓线的无线传感系统

大气CO2是一种温室气体,在气候变化等领域起着关键作用。基于NDIR技术研制了可用于探测大气CO2垂直廓线的无线传感系统。系统采用电调制型的红外辐射光源、双通道探测器并结合超低功耗单片机实现大气CO2信号的采集与控制。提出采用调制信号周期内扣除信号起伏与背景噪声的方法,使得本系统具有0.29%的相对测量误差。通过分时工作的方式解决了数字式无线电探空仪中高频发射机对CO2检测电路运算放大器的电磁辐射干扰,进而实现了气象探空仪与小型化的CO2探测系统的高度集成。通过与地面LI-COR LI7500对比分析,两者表现出较好的一致性,24 h测量数据的相关性达0.89,表明所研制的探测系统的稳定性与准确性。为实现大气CO2垂直廓线的探测提供一种选择。     

用于CO激光TDLAS型气体检测系统的光电检测电路研制

准确检测CO浓度对环境保护和安全生产具有重要的意义,TDLAS技术是一种高效、高精度的CO气体浓度检测方案。设计了一种用于CO激光TDLAS型气体检测系统的光电检测电路。CO气体选择性吸收由激光器发出的特定波长信号,而后光信号经过光电探测电路转换为有效的电压信号,运用TLC4545模数转换芯片进行数据采集,并将其发送到主控芯片STM32F105R8进行处理,使用W25Q128闪存完成对实验数据的存储,最后数据通过串口调试助手进行显示。经过实验表明,该电路可以实时、稳定、精确地将光信号转换为电信号,且灵活性强,可应用于其它气体检测系统。     

基于LIF方法对柴油车尾气羟基总反应性测量（封面文章）

基于激光诱导荧光原理搭建了用于机动车尾气测量的羟基(OH) 自由基总反应性直接测量系统(LP-LIF-k_OH), 并开展了典型柴油车尾气的转鼓测试, 获得了不同排放水平下重型柴油车尾气OH 自由基总反应性的特征。该系统使用中心波长为266 nm的紫外脉冲激光在流动管中光解臭氧产生过量OH 自由基, 使其与采样进入流动管中的活性气体反应发生浓度衰减; 利用中心波长为308 nm 的脉冲激光作为激发光, OH 自由基吸收激发激光能量后释放荧光光子信号, 利用激光诱导荧光技术记录OH 自由基衰减曲线对衰减过程进行测量; 而通过对衰减曲线进行指数拟合, 即可获得采样气的OH 自由基总反应性(k_OH)。在柴油车尾气中的活性有机物闭合测量实验中, 对国三与国五的柴油车尾气进行k_OH 的测量, 发现柴油车尾气k_OH 的值随着国家排放标准的升高而降低, 不同车辆的k_OH 差别较大, 同一车辆冷启动测得的k_OH 值大于热启动测得的k_OH 值。kOH 的主要贡献来自氮氧化物(55%)、一氧化碳(2%) 和一次排放的挥发性有机物(34%)。最后初步建立了一种利用k_OH 估算柴油车尾气碳氢化合物(HC) 排放因子的方法。     

红外吸收光谱型城市路网尾气浓度检测传感器

为了能够集中测量城市路网中CO、NO、NO2和SO2的浓度,利用红外吸收光谱原理和谐波调制技术设计了四向气体浓度检测传感器。将宽带光谱LED作为共用光源,穿过四个方向上特定波长的窄带滤光片后,产生与被测气体吸收光谱一致的光束,再穿过改进的Herriott型长光程吸收气室,并在红外探测器上感应出电信号,最后利用设计的正交锁相放大电路测量出二次谐波系数大小,从而计算出被测气体的浓度。实验结果表明:设计的传感器输出的电压与被气体浓度呈正比例线性关系,平均线性度达到了0.997 85,测量误差均小于2%,可为播报环境质量和制定机动车尾气排放标准提供数据支持。     

Salient video cube guided nighttime vehicle braking event detection

In nighttime driving brake lights are particularly important because they offer a warning signal to prevent potential collisions. In this work, we propose a novel visual-based approach for nighttime brake light detection using three-dimensional Nakagami imaging to analyze tail lights of vehicles in front. Rather than heuristic features, such as symmetry of taillights and appearance of the third brake light, the proposed approach extracts invariant features by modeling the scattering of brake lights, thus allowing detection to proceed in a part-based manner. Experiments from extensive datasets show that the proposed system can effectively detect vehicle braking under different lighting and traffic conditions, making it a realistic option for real-world applications.     

基于CAN总线和MSP430的CO红外检测系统设计

提出一种基于CAN总线接口的红外检测系统的设计思路。该检测系统以MSP430超低功耗单片机为核心,采用SM—COH／M红外线CO气体探测器,结合数字滤波和温度补偿等算法,达到精确测量CO浓度的目的,利用CAN总线接口实现数据的远程传输,同时进行现场和远程监控。     

CO and CO2 dual-gas detection based on mid-infrared wideband absorption spectroscopy

A dual-gas sensor system is developed for CO and CO2 detection using a single broadband light source, pyroelectric detectors and time-division multiplexing (TDM) technique. A stepper motor based rotating system and a single-reflection spherical optical mirror are designed and adopted for realizing and enhancing dual-gas detection. Detailed measurements under static detection mode (without rotation) and dynamic mode (with rotation) are performed to study the performance of the sensor system for the two gas samples. The detection period is 7.9 s in one round of detection by scanning the two detectors. Based on an Allan deviation analysis, the 1σ detection limits under static operation are 3.0 parts per million (ppm) in volume and 2.6 ppm for CO and CO2, respectively, and those under dynamic operation are 9.4 ppm and 10.8 ppm for CO and CO2, respectively. The reported sensor has potential applications in various fields requiring CO and CO2 detection such as in the coal mine.