专利名称：机动车尾气光学传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于汽车尾气检测领域，涉及一种机动车尾气光学传感器，用来检测和判断汽车尾气的排放成分的分析测量和汽车故障判断。
背景技术：
汽车尾气是造成空气污染的一个重要元凶，汽车尾气中含有一氧化碳、氮氧化物以及其他一些固体颗粒，对人体的危害极大。随着我国家用汽车不断普及，尾气排放量也随之骤增，采取有效措施监测和降低汽车尾气污染，是未来发展的重要课题。政府将釆取措施大力推广新的检测技术设备，改进
汽车尾气检测手段，有效监控在用车尾气排放。不分光红外线分析仪(NDIR，Nondispersive Iffrared Analyzer)是目前用来试验和评价内燃机排气中有害排放物的一种广泛使用的标准仪器，这种仪器主要用来测定CH、 C0和C02浓度。NDIR通过测定取样气十污染物对红外光的吸收能量，来测定污染物浓度，但测量气室体积大，不易拆洗。同时传统光源的控制方式是靠电机驱动遮光方式，发光机制为红外光源不间断发光，由步进电机控制挡光片以一定的频率遮挡光源。这种光学结构导致了以下缺点1。挡光片面向取样室的一面会发生光的反射对取样室的光照环境发生影响。2.由于采用了步进电机和挡光导致机构体积较大，并且耗电量较大。3.挡光片在移动时，从全遮光到不遮光过程中光源对传感器的照射量不同，导致测量中的干扰出现。4.光源需要预热。实用新型内容本实用新型所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供一种机动车尾气光学传感器，采用独立气室和预先设定的调制频率发出周期性的红外
光，可以实现汽车尾气C02、 CO、 CH等气体的实时精确测量。本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的依据本发明提供的一种机动车尾气光学传感器，包括测量气室、气体传感器、光源控制电路，所述的红外光源l经预先设定的调制频率发出周期性的红外光，通过独立的气室管道2，被NDIR红外传感器3接收，经放大、整形补偿、滤波电路输出给CPU测控系统；独立的气室管道有一个进气口4、 一个出气口5，当汽车尾气经过独立气室管道时，红外传感器信号经过测控系统，并经数字滤波、线性插值及温度补偿，采用非线性校正算法得到测量气体的浓度，并通过RS232通讯方式传输测量数据；在红外传感器前装有分析气体吸收波长的窄带滤光片6。
前述的气室管道包括铝管、左右接头、进气管和出气管，在铝管14的左端装有左接头灯端螺帽7、灯泡座8、左接头9、左接头进气管IO、圓玻璃ll、O型圏12和左接头螺堵13;在铝管的右端装有右接头螺堵15、右接头出气管16、右接头17、 0型圈18;右接头侧出气管19;连接胶管20和固定板21;副电路板22、主电路板23装在气室管道的外侧面。
本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果。
本实用新型采用新的冷光源发生器，无需预热，这样就可以由MCU控制光源的亮灭而不必由挡光片进行移动控制红外光产生的频率。光源和取样室之间可以密封连接。这样就避免了外界光对取样室的光环境的干扰，同时光的亮灭界限清晰。因此这种红外光的产生机制减小了光源发射过程中对测量造成的干扰。另外，由于只有光源，而没有其它的结构辅助光源的发生，使得体积明显缩�。β室布跣�。同时采用了不分光红外吸收法的光学电子平台，用电调制红外光源的新型红外气体传感器，而且采用了高精度干涉滤光片一体化红外传感器技术，配合易拆卸的镀金气室及数据采集系统，可以实
现C02、 C0、 CH等气体的实时精确测量。本发明测量气室体积�。撞鹣矗⑶腋谋浯彻庠吹目刂品绞�。
本实用新型的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
图1是本实用新型的原理结构示意图2是本实用新型的红外信号波形图3是本实用新型的气室管道的内部结构示意图4是本实用新型的气室管道的外部结构示意图5是本实用新型的传感器接收信号功能流程框图
图6是本实用新型的信号处理功能流程框图
图7是本实用新型外接传感器的功能流程框图。
具体实施方式
以下结合附图及较佳的实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
参见图1~7, —种机动车尾气光学传感器，包括测量气室，气体传感器，光源控制电^",所述的红外光源1经预先设定的调制频率发出周期性的红外光，通过独立的气室管道2，被NDIR红外传感器3接收，经放大、整形补偿、滤波电路输出给CPU测控系统；独立的气室管道有一个进气口 4、 一个出气口5，当汽车尾气经过独立气室管道时，红外传感器信号经过测控系统，并经数字滤波、线性插值及温度补偿，采用非线性校正算法得到测量气体的浓度,并通过RS232通讯方式传输测量数据；在红外传感器前装有分析气体吸收波长的窄带滤光片6。
5气室管道包括铝管、左右接头、进气管和出气管，在铝管14的左端装有左接头灯端螺帽7、灯泡座8、左接头9、左接头进气管10、圆玻璃ll、 0型圈12和左接头螺堵13;在铝管的右端装有右接头螺堵15、右接头出气管16、右接头17、 0型圏18;右接头侧出气管19;连接胶管20和固定板21;副电路板22、主电路板23装在气室管道的外侧面。
采用电调制红外光源，通过独立的气室管道，被NDIR红外传感器接收。
当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收
关系服从朗伯一比尔(Lambert-Beer)吸收定律。设入射光是平行光，其强度为
10，出射光的强度为I，气体介质的厚度为L。当由气体介质中的分子数dN的
吸收所造成的光强减弱为dl时，根据朗伯一比尔吸收定律dI/I=-KdN，式中
K为比例常数。经积分得lnI=-KN+a (1)， 式中N为吸收气体介质的分子
总数;a为积分常数。显然有N"cl，c为气体浓度。则式(l)可写成
I=exp (a) exp (_KN) =exp (a) exp (-jxcL) =I0exp (-jicL) (2)
式(2)表明，光强在气体介质中随浓度c及厚度L按指数规律衰减。吸收系数取决于气体特性，各种气体的吸收系数p互不相同。对同一气体，p则随入射波长而变。若吸收介质中含i种吸收气体，则式(2)应改为
I=I0exp(-l^i ci) (3)
因此对于多种混合气体，为了分析特定组分，应该在传感器或红外光源前安装一个适合分析气体吸收波长的窄带滤光片，使传感器的信号变化只反映被测气体浓度变化。
1.气体分析红外传感器技术
由于调制红外光的作用红外传感器输出交流的电信号，通过其后的前置放大电路放大后在一次经过高精密放大整流电路，得到一个与被测气体浓度
对应的直流信号送入CPU测控系统处理。红外传感器内有温度传感器探测其工
作环境温度。红外传感器信号经过测控系统，并经数字滤波、线性插值及温度补偿等处理后，给出气体浓度测量值，其环境参数、温度系数的补偿和放大倍数的确定是经过大量试验数据确定，保证了测量精度。
2.模拟数字和软件运算编程技术
在设计传感器的光学系统部分时，为了减少红外传感器微弱信号的衰减以及外界信号干扰，将前置放大电路也一并放在光学部件上，并釆取了一定的电^兹屏蔽措施。为了使气体红外吸收信号具有较好的分辨率，在进行结构设计时，红外光源、气室、红外探测器设置在同一光轴上。为了使得信号足够强，使用抛物线型反射镜。红外光源由稳流供电，供电电压和电流根据使用的光源不同而不同。工作时，传感器根据预先设定的调制频率发出周期性的红外光，红外光源发出的红外光入射到测量气室，测量气室由采样气泵连续将被测气体通入测量气室，气体吸收特定波长的红外光,透过测量气室的红外光由红外探测器探测。红外探测器接收红外光产生的信号十分微弱，极易受外界的干扰，因此稳定可靠的前置放大电路是关键，所以必须采用高精密、低飘移的模拟放大电路，并采用窄带滤波电路。前置放大电路具有精度高、漂移小、响应快的特点。前置放大出来的信号通过二级放大电路，直接输出一个与气体浓度对应信号，并送入CPU测控系统，经过软件运算，通过非线性校正和补偿后得到精确气体浓度值。
权利要求1. 一种机动车尾气光学传感器，包括测量气室、气体传感器、光源控制电路，其特征在于红外光源(1)经预先设定的调制频率发出周期性的红外光，通过独立的气室管道(2)，被NDIR红外传感器(3)接收，经放大、整形补偿、滤波电路输出给CPU测控系统；独立的气室管道有一个进气口(4)、一个出气口(5)，当汽车尾气经过独立气室管道时，红外传感器信号经过测控系统，并经数字滤波、线性插值及温度补偿，采用非线性校正算法得到测量气体的浓度，并通过RS232通讯方式传输测量数据；在红外传感器前装有分析气体吸收波长的窄带滤光片(6)。
2. 根据权利l所述的机动车尾气光学传感器，其特征在于所述的气室管道 包括铝管、左右接头、进气管和出气管，在铝管(14)的左端装有左接 头灯端螺帽(7)、灯泡座(8)、左接头(9)、左接头进气管(10)、圓 玻璃(ll)、 0型圈(12)和左接头螺堵(13);在铝管的右端装有右接 头螺堵(15)、右接头出气管(16)、右接头(17)、 0型圈(18);右接头 侧出气管(19);连接胶管(20)和固定板(21);副电路板(22)、主电 路板(23)装在气室管道的外侧面。
专利摘要本实用新型涉及一种机动车尾气光学传感器，包括测量气室、气体传感器、光源控制电路，红外光源经预先设定的调制频率发出周期性的红外光，通过独立的气室管道，被NDIR红外传感器接收，经放大、整形补偿、滤波电路输出给CPU测控系统，独立的气室管道有进、出气口，当汽车尾气经过独立气室管道时，红外传感器信号经过测控系统，并经数字滤波、线性插值及温度补偿，采用非线性校正算法得到测量气体的浓度，并通过RS232通讯方式传输测量数据，在红外传感器前装有分析气体吸收波长的窄带滤光片。本实用新型采用电调制红外光源的高精度干涉滤光片一体化红外传感器，可以实现CO<sub>2</sub>、CO、CH等气体的实时精确测量，测量气室体积小，易拆洗。
文档编号G01N21/35GK201269854SQ200820142250
公开日2009年7月8日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者张立强, 魏所库 申请人:天津市圣威科技发展有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
