[发明专利]利用波长调制光谱技术检测机动车尾气排放的方法

说明书

一种利用波长调制光谱技术检测机动车尾气排放的方法，该方法包括将数字锁相放大器的信号发生模块产生低频锯齿波信号与高频正弦波信号叠加的调制信号输入到激光器驱动模块中，同时信号发生模块产生参考信号至锁相放大器中；信号采集模块采集光电探测器上接收的通过目标气体后的激光的电信号；电信号通过滤波处理之后进入锁相放大模块上；锁相放大模块将电信号与参考信号进行谐波检测，得到目标气体的2f信号；根据目标气体的2f信号得到目标气体的待测浓度。本发明实现了CO、CO₂的同时测量，一次扫描就可以测量两种气体的浓度，大大降低了系统的复杂性，并且由于光路相同，所获得的两种气体的浓度比值也将更加精准。

技术领域

本发明属于环境监测领域，具体涉及一种利用波长调制光谱技术检测机动车尾气排放的方法。

背景技术

随着机动车数量爆炸式增长，机动车尾气中的CO和CO₂成为重要的气体污染源之一，特别是在大型城市中，已成为首要污染源，对人类健康和自然资源造成严重威胁。此外，机动车尾气流速高，极易扩散，因此机动车尾气检测系统需实时准确。在朗伯比尔定律下，当不同分子介质的气体会对相应波长的光产生对应的吸收谱线，基于此，运用TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)可调谐激光二极管吸收光谱技术测量系统可以测量气体中不同介质的浓度，TDLAS测量系统有着极高的灵敏度、精确的分辨率和较高的动态响应速度，结合调制光谱技术为波长调制光谱技术，选用特长波长的激光光源，能实时、同时地在线原位测量机动车尾气中CO和CO₂的浓度。

波长调制光谱技术适用性广，能降低测量系统中低频噪音干扰，在恶劣环境下应用，可有效提高气体浓度的监测精度和测量灵敏度。实际测量中，通过对测量信号用高频信号来调制，保证能够在处理中保留有效测量信号，并在后面的数据处理过程滤除其余信号，继而大大降低了监测系统中外部信号的干扰。

目前，市场上相关产品及方案多选择两支激光器分别测量CO和CO₂，由于尾气扩散速度极快，两束光的测量位置处于尾气不同的扩散状态，导致测量结果产生较大偏差。而另外一种对两束光进行合束的测量方法，易导致光强的能量不足从而影响测量结果的准确度和精度。因此，选择单激光器利用气体浓度与吸收峰值的线性关系通过改进优化的算法实现CO和CO₂浓度的同时测量，可以避免上述问题，降低了系统复杂度，提高了测量的准确性和精确性。此外，本装置已实现模块化，可以适用于不同测量环境下CO和和CO₂的同时测量并且不易受外界干扰能够保证其测量的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种利用波长调制光谱技术检测机动车尾气排放的方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，本发明提供了一种利用波长调制光谱技术检测机动车尾气排放的方法，包括：

将数字锁相放大器的信号发生模块产生低频锯齿波信号与高频正弦波信号叠加的调制信号输入到激光器驱动模块中，同时信号发生模块产生参考信号至锁相放大器中；

信号采集模块采集光电探测器上接收的通过目标气体后的激光的电信号；

电信号通过FIR滤波和Savizkg-Golag滤波处理之后进入锁相放大模块上；

锁相放大模块将电信号与参考信号进行谐波检测，得到目标气体的2f信号；

根据目标气体的2f信号得到目标气体的待测浓度。

基于上述技术方案可知，本发明的利用波长调制光谱技术检测机动车尾气排放的方法相对于现有技术至少具有以下优势之一或一部分：

(1)本发明提供一种基于波长调制光谱技术的用于实时监测机动车尾气的系统及方法；该方法通过选择单激光器，单束光的测量方法有助于消除两支激光器的光路偏差引起的测量误差；