[实用新型]一种微型红外汽车尾气分析仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及汽车尾气成分分析装置，尤其是涉及采用谐振积分腔技术的一种微型红外汽车尾气分析仪。

背景技术

根据国标GBl 8285---2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法(双怠速法及简易工况法)》，要求在进行汽车尾气分析测量推荐定容采样法，进行尾气取样。定容采样法是美国制定的，并在1972年启用的标准采样方法。随后，日本和欧洲分别在1973年和20世纪80年代也采用了这种方法。可以说，定容采样法是一种世界通行的汽车尾气样气采样方法。定容采样法(Constant Volume Sampling)是一种稀释采样方法，该法有控制地用周围空气对汽车排气进行连续稀释，因而可以更接近于汽车排气向大气中扩散，对大气进行污染这一实际过程。

该系统要求被测车辆在转鼓试验台上，按规定的工况法，进行循环运转测试，汽车排气直接进入稀释风道中，按规定的比例与空气混合，稀释比依排气流量不同而变化，一般比例为(6～20)∶l(王险峰.汽车尾气远程监测系统研究与开发[D].重庆交通大学车辆工程,2011)。然后用定容泵提出定量的部分稀释尾气以待测试，其余的排走。定容采样法，对排气做了稀释处理，更接近与排放气对大气污染的实际情况，且可以减小由于排放中高沸点物质凝聚、吸附现象的发生而引起的测量误差。

但是，定容采样法对汽车排放尾气进行稀释，因此待测气体浓度同比例地降低了，也就是说，汽车尾气的测量性能需要比以前至少要提高6～20倍。因此，对汽车尾气分析仪器提出了更高的要求，要求有更高的灵敏度和测量精度。

由于CO、CH、NOx等气体，对某种特殊波长的红外光有较强的吸收作用，而对其他波长光的吸收作用则较弱(丁万山,陈小刚,张健,等.基于光谱吸收法的微型车载尾气诊断系统[J].传感器与微系统,2009,28(2):81-83)。因此一般根据朗伯-比尔定律，待测气体浓度C与吸收度k(λ)、有效光程L、透射比τ有关，待测气体浓度越高，有效光程L越长，则红外能量衰减越大(陈志敏.汽车尾气红外检测系统的新技术研究[D].山东理工大学测试计量技术及仪器,2010)。通常地，在气室两侧分别放置红外探测器和光源，光源从一端入射，其强度为I₀(λ)，透过待测气体，另一端的红外传感器接收，接收到的光强度为I(λ)，再结合已知的有效光程L，就可以推算出其他浓度(罗青青,周正贵,李庆,等.基于RFID技术的汽车尾气检测系统电路设计[J].电子世界,2013(18):21)。

发明内容

本实用新型的目的在于提供可以检测低浓度汽车尾气样品，使光在测量气室内多次折返，有效测量光程增加了过百次，可提高测量灵敏度、精确度，可显著减小仪器体积的一种微型红外汽车尾气分析仪。

本实用新型设有样气前处理装置、谐振积分腔、红外LED光源、第1 PD传感器、第2 PD传感器、LED驱动电路和信号处理电路；

所述样气前处理装置的样气输入口外接汽车尾气样品出口，所述谐振积分腔设有进气口和出气口，样气前处理装置的尾气出口经进气口进入谐振积分腔，所述谐振积分腔设有红外光入射孔和红外光出射孔，红外LED光源发出的红外光通过准直镜形成平行光，平行光再经分光片后一路由红外光入射孔入射谐振积分腔内，另一路入射到第1 PD传感器的光敏面上，第1 PD传感器接收到入射光后，产生对应的光生电流，并由第1 I-V转换电路将光生电流转换成电压信号，第1 I-V转换电路的电压信号输出端接转换开关的第2输入端；转换开关的输出端接信号采集电路的输入端，信号采集电路的输出端接LED驱动电路的输入端，LED驱动电路的输出端接红外LED光源，所述LED驱动电路用于控制红外LED光源，LED驱动电路与分光片和第1 PD传感器组成恒功率控制环路，按设定功率输出恒定的功率；谐振积分腔内设有前平凹反射镜和后平凹反射镜，前平凹反射镜和后平凹反射镜均镀全反膜；红外光进入谐振积分腔后，进行谐振震荡，途经的气体分子对红外光进行吸收，从而对入射的红外光进行衰减，最后红外光通过红外光出射孔，离开谐振积分腔并入射到第2 PD传感器的光敏面上，第2 PD传感器接受到入射光后，产生与光强对应的光生电流，并由第2 I-V转换电路将光生电流转换成电压信号，第2 I-V转换电路的电压信号输出端接转换开关的第1输入端。

信号处理电路的输出信号，再数字化，与LED出射光功率比较后，可以计算出光的总衰减量，总的有效光程可以通过设计仿真直接得出，最后计算出对应气体的浓度。