智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置的制作方法

xiaoxiao2020-7-23  10

专利名称:智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置的制作方法
技术领域
本发明属于气体监测领域,尤其涉及一种智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置。
背景技术
汽车排放的尾气中主要包含C02、 CO和CH化物和NO化物,随着机动车辆的迅速增长,排 放到空气中的C02、 CO和CH化物和NO化物会越来越多,造成的温室效应等负面影响也日益严 重,已经严重威胁到人类的生存。因此,我们制定的废气的排放标准也日益严格。而传统的 气体分析仪只能对排放气体的某类含量进行测量,同一时刻只能获得有限的几种数据,无法 同时获得汽车尾气的多种气体含量浓度和排放气体的多种参数,如流量、压力等,难以对汽 车排放尾气作出全面完善的评判,检测效率低,使用不方便。

发明内容
本发明主要解决原有的汽车尾气分析设备只能对气体中某类含量进行测量,同一时刻只 能获得有限的几种数据,无法同时获得汽车尾气的多种气体含量浓度和排放气体的多种参数 ,如流量、压力等,难以对汽车排放尾气作出全面完善的评判,检测效率低,使用不方便的 技术问题;提供一种在同一时刻可以对汽车尾气的多种气体含量进行检测,并能同时检测排 放尾气的其它参数,如流量、压力等,从而可以对汽车排放尾气作出全面完善的评判,检测 效率高,使用方便的智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的本发明包括内有气流通道 的壳体,气流通道的进气端设于壳体的一侧,气流通道的出气端设于壳体的另一侧,所述的 气流通道内设有气体压力传感器、氮氧化物传感器、气体流量计、氧气传感器、碳氧化物和 碳氢化物传感器,所述的壳体内还设有中央处理单元、无线传输单元,所述的无线传输单元 、气体压力传感器、氮氧化物传感器、气体流量计、氧气传感器、碳氧化物和碳氢化物传感 器均与中央处理单元电连接。使用时,本发明安装在汽车的排气管道和消声器之间,本发明 的气流通道的进气端与汽车排气管相连,气流通道的出气端与消声器相连。排气管道的尾气 进入气流通道,由气体压力传感器探测到气流通道内的气体压强,氮氧化物传感器探测到 NOx的浓度值,气体流量计探测出气体流量值,氧气传感器测出氧气浓度值,由碳氧化物和 碳氢化物传感器测出C02、 CO和CH化物的浓度值,上述数据都送给中央处理单元,中央处理 单元根据各项数值计算出汽车瞬态排气污染物的数值,运算得到质量排放值,并通过无线传输单元将该排放值发送给远处的检测工作人员。使用本发明,同一时刻可以获得汽车尾气的 多种气体含量值及流量、压力等其它参数,从而可以对汽车排放尾气作出全面完善的评判, 检测效率高,使用方便。
作为优选,所述的气体压力传感器比气体流量计、氧气传感器更靠近气流通道的进气端 设置。确保气体压力传感器测得的压强数据较为准确。
作为优选,所述的碳氧化物和碳氢化物传感器包括红外光源、红外源调制单元、反射镜 、热电堆探测器,所述的壳体内设有一个与所述的气流通道垂直的光路通道,所述的红外光 源和热电堆探测器设于光路通道的一端,两个互相对称的反射镜设于光路通道的另一端,红 外源调制单元与红外光源电连接。碳氧化物和碳氢化物传感器是利用不分光红外吸收法探测 尾气中C02、 CO和CH化物浓度值的装置。红外源调制单元发出调制脉冲,控制红外源发出断 续的红外光,红外光穿透气流通道,照射到位于光路通道的另一端的反射镜上,经过两个反 射镜的两次反射后再照射到热电堆探测器上。在这个照射光路中,某些频段的红外光被气流 通道内的C02、 CO和CH气体吸收,光强减弱,热电堆探测器探测到这些频段减弱的光强,红 外探测电路根据Lambert-Beer吸收定律计算出上述三种气体各自的浓度值,最后传送给中央 处理单元。
作为优选,所述的光路通道的长度为气流通道的直径的l. 5 3. 5倍,光路通道的直径小 于或等于气流通道的半径。气流通道是直径始终一致的直通通道,便于气流顺利通过。足够 长的光路通道延长光线通过的路程,也减少干扰,提高碳氧化物和碳氢化物的探测精度。
作为优选,所述的气体流量计包括涡流发生体和压电传感器,压电传感器设于气流通道 的通道壁上,涡流发生体从所述的壳体外部穿入壳体内,涡流发生体的端头露出于气流通道 内且与压电传感器邻近。涡流发生体被用来在稀释气流中产生涡流,这些涡流按照一定的频 率释放到气流中。压电传感器又分为发送压电单元和接收压电单元两部分,用来测量从涡流 发生体释放的涡流的频率。发送压电单元按照一定的频率发送超声波到接收压电单元,超声 波和涡流发生体所产生的涡流发生干涉,接收压电单元就可以根据收到的超声波信号计算出 干涉频率,然后由该频率值计算出涡流的释放频率,发送给中央处理单元。涡流的释放频率 是和气体的体积流量成正比的,据此,由中央处理单元计算出气流的流量值。
作为优选,所述的壳体内设有第一屏蔽室,氧气传感器、中央处理单元、无线传输模块 设于第一屏蔽室内,氧气传感器的进气管、出气管穿透第一屏蔽室且进气管口、出气管口位 于所述的气流通道内。氧气传感器用来测试气流通道中的氧气浓度。气体被强迫进入氧气传 感器的进气管内,与管道内的二氧化锆接触后从出气管排出。在接触过程中会产生微小的电流,根据电流计算出每秒气流中的氧气浓度,再送给中央处理单元。氧气传感器、中央处理 单元、无线传输模块放在第一屏蔽室内,起到很好的屏蔽作用,抵抗外界电磁波的干扰,确 保测量的准确性。
作为优选,所述的进气管口和出气管口都是一个斜口,进气管口的斜口朝向气流通道的 进气端,出气管口的斜口朝向气流通道的出气端。确保流经气流通道的气体能顺利地流入进 气管口,流经氧气传感器后,再顺利地从出气管口流出。
作为优选,所述的壳体内设有第二屏蔽室,红外源调制单元设于所述的第二屏蔽室内。 第二屏蔽室对红外源调制单元起到很好的屏蔽作用,使红外源调制单元不会受到外界电磁波 的干扰,确保调制的准确性和稳定性,确保C02、 CO和CH化物浓度值的准确测量。
作为优选,所述的气流通道内还设有温度传感器,温度传感器的探测顶端位于气流通道 的中心线,温度传感器与所述的中央处理单元电连接。温度传感器测出气流通道中通过的气 体温度,确保测得的温度值更加准确,再送给中央处理单元。
作为优选,所述的无线传输单元与设于汽车上的无线车速传感器无线相连。无线车速传 感器不属于本发明,但本发明对其提供数据通道。无线车速传感器安装在汽车发动机中,测 得的发动机的转速信号通过无线传输单元无线传送给本发明的中央处理单元。无线传输单元 分接收和发送两部分,用来接收汽车车速信息并传送给中央处理单元,中央处理单元分析得 到的质量排放结果再由无线传输单元发送给测试人员或检测单位。
本发明的有益效果是在同一时刻可以获得汽车尾气中所含的氧气、氮氧化物、碳氧化 物和碳氢化物的浓度值及汽车尾气的流量、压力、温度等其它参数,从而可以对汽车排放尾 气作出全面完善的评判,获得汽车尾气的质量排放值,并无线发送给远处的检测人员或检测 单位,检测效率高,使用方便。


图l是本发明的一种电路原理框图。 图2是本发明的一种剖视结构示意图。
图中1.壳体,2.气流通道,21.进气端,22.出气端,3.气体压力传感器,4.氮氧化物传 感器,5.气体流量计,51.涡流发生体,52.压电传感器,6.氧气传感器,61.进气管,62.出 气管,7.光路通道,8.红外光源,9.热电堆探测器,IO.反射镜,ll.中央处理单元,12.无 线传输单元,13.红外源调制单元,14.温度传感器,15.第一屏蔽室,16.第二屏蔽室。
具体实施方式
下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例l:本实施例的智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置,如图2所示,包括内有气 流通道2的壳体1,气流通道2的进气端21位于壳体1的右侧,气流通道2的出气端22位于壳体1 的左侧。壳体1内靠近进气端21处有一个与气流通道2垂直的光路通道7,光路通道7的中分线 与气流通道2的轴线重合,光路通道7的长度为气流通道2的直径的3倍,光路通道7的直径等 于气流通道2的半径,光路通道7的一端安装有红外光源8和热电堆探测器9,光路通道7的另 一端有两个互相对称的反射镜IO,红外光源8右边的壳体内有一个第二屏蔽室16,第二屏蔽 室16内安装有与红外光源8电连接的红外源调制单元13。红外光源8、红外源调制单元13、反 射镜IO、热电堆探测器9构成碳氧化物和碳氢化物传感器。
光路通道7左边的气流通道2内从右到左依次安装有气体压力传感器3、氮氧化物传感器4 、气体流量计5、温度传感器14、氧气传感器6。气体流量计5包括涡流发生体51和压电传感 器52,压电传感器52安装于气流通道2的通道壁上,涡流发生体51从壳体1外部穿入壳体1内 ,涡流发生体51的端头露出于气流通道2内且与压电传感器52邻近。红外光源8左边的壳体内 有一个第一屏蔽室15,第一屏蔽室15内安装有氧气传感器6、中央处理单元ll、无线传输模 块12,氧气传感器6的进气管61、出气管62穿透第一屏蔽室15且进气管口、出气管口位于气 流通道2内,进气管口和出气管口都是一个斜口,进气管口的斜口朝向气流通道2的进气端21 ,出气管口的斜口朝向气流通道2的出气端22,露在气流通道2内的进气管61、出气管62的长 度小于气流通道2的半径且约等于气流通道2的半径。本实施例中温度传感器14采用电热调节 探针,电热调节探针的一端位于第一屏蔽室内,其另一端(即探测顶端)穿透第一屏蔽室15 而位于气流通道2的中心线上。本实施例中,气体压力传感器3、氮氧化物传感器4、构成气 体流量计5的涡流发生体51和压电传感器52、温度传感器14、氧气传感器6的进气管61和出气 管62都呈管状或柱状。除涡流发生体和氧气传感器外,其余的直径都不超过5mm,以有利于气 流顺利通过。如图1所示,无线传输单元12、气体压力传感器3、氮氧化物传感器4、气体流 量计5、氧气传感器6、热电堆探测器9、温度传感器14均与中央处理单元11电连接,无线传 输单元12还与汽车上的无线车速传感器无线相连。
测量过程使用时,本发明安装在汽车的排气管道和消声器之间,本发明的气流通道的 进气端通过内螺纹与汽车排气管相连,气流通道的出气端通过内螺纹与消声器相连。排气管 道的尾气进入气流通道,首先被红外光源照射,经过反射镜的两次反射后再照射到热电堆探 测器上,光路路径如图2中虚线小箭头所示。在这个照射光路中,某些频段的红外光被气流 通道内的C02、 CO和CH气体吸收,光强减弱,热电堆探测器探测到这些频段减弱的光强,红外探测电路根据Lambert-Beer吸收定律计算出上述三种气体各自的浓度值,最后传送给中央 处理单元。
汽车尾气继续流向气流通道的出气端,气流流向如图2中虚线大箭头所示,在这个过程 中,由气体压力传感器探测到气流通道内的气体压强,氮氧化物传感器探测到NOx的浓度值 ,温度传感器测出气流通道中通过的气体温度,均送给中央处理单元。
涡流发生体被用来在稀释气流中产生涡流,这些涡流按照一定的频率释放到气流中。压 电传感器又分为发送压电单元和接收压电单元两部分,用来测量从涡流发生体释放的涡流的 频率。发送压电单元按照一定的频率发送超声波到接收压电单元,超声波和涡流发生体所产 生的涡流发生干涉,接收压电单元就可以根据收到的超声波信号计算出干涉频率,然后由该 频率值计算出涡流的释放频率,发送给中央处理单元。涡流的释放频率是和气体的体积流量 成正比的,据此,由中央处理单元计算出气流的流量值。
氧气传感器用来测试气流通道中的氧气浓度。气体被强迫进入氧气传感器的进气管内, 与管道内的二氧化锆接触后从出气管排出。在接触过程中会产生微小的电流,根据电流计算 出每秒气流中的氧气浓度,再送给中央处理单元。
无线传输单元用来接收汽车上的无线车速传感器发来的汽车车速信息并传送给中央处理 单元。中央处理单元根据获得的各项数值计算出汽车瞬态排气污染物的数值,运算得到质量 排放值,并通过无线传输单元将该排放值及尾气的各种参数、汽车车速值发送给远处的检测 人员或检测单位,从而可以对汽车排放尾气作出全面完善的评判,检测效率高,使用方便。
权利要求
1.一种智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置,包括内有气流通道(2)的壳体(1),气流通道(2)的进气端(21)设于壳体(1)的一侧,气流通道(2)的出气端(22)设于壳体(1)的另一侧,其特征在于所述的气流通道(2)内设有气体压力传感器(3)、氮氧化物传感器(4)、气体流量计(5)、氧气传感器(6)、碳氧化物和碳氢化物传感器,所述的壳体(1)内还设有中央处理单元(11)、无线传输单元(12),所述的无线传输单元(12)、气体压力传感器(3)、氮氧化物传感器(4)、气体流量计、氧气传感器(6)、碳氧化物和碳氢化物传感器均与中央处理单元(11)电连接。
2.根据权利要求l所述的智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置,其 特征在于所述的气体压力传感器(3)比气体流量计(5)、氧气传感器(6)更靠近气流通 道(2)的进气端(21)设置。
3.根据权利要求l所述的智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置,其 特征在于所述的碳氧化物和碳氢化物传感器包括红外光源(8)、红外源调制单元(13)、 反射镜(10)、热电堆探测器(9),所述的壳体(1)内设有一个与所述的气流通道(2) 垂直的光路通道(7),所述的红外光源(8)和热电堆探测器(9)设于光路通道(7)的一 端,两个互相对称的反射镜(10)设于光路通道(7)的另一端,红外源调制单元(13)与 红外光源(8)电连接。
4.根据权利要求3所述的智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置,其 特征在于所述的光路通道(7)的长度为气流通道(2)的直径的1.5 3.5倍,光路通道(7 )的直径小于或等于气流通道(2)的半径。
5.根据权利要求1或2所述的智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置 ,其特征在于所述的气体流量计(5)包括涡流发生体(51)和压电传感器(52),压电传 感器(52)设于气流通道(2)的通道壁上,涡流发生体(51)从所述的壳体(1)外部穿入 壳体(1)内,涡流发生体(51)的端头露出于气流通道(2)内且与压电传感器(52)邻近
6.根据权利要求1或2所述的智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置 ,其特征在于壳体(1)内设有第一屏蔽室(15),氧气传感器(6)、中央处理单元(11) 、无线传输模块(12)设于第一屏蔽室(15)内,氧气传感器(6)的进气管(61)、出气 管(62)穿透第一屏蔽室(15)且进气管口、出气管口位于所述的气流通道(2)内。
7.根据权利要求6所述的智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置,其 特征在所述的进气管口和出气管口都是一个斜口,进气管口的斜口朝向气流通道(2)的进 气端(21),出气管口的斜口朝向气流通道(2)的出气端(22)。
8.根据权利要求3所述的智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置,其 特征在于所述的壳体(1)内设有第二屏蔽室(16),红外源调制单元(13)设于所述的第 二屏蔽室(16)内。
9.根据权利要求1或2或3所述的智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装 置,其特征在于所述的气流通道(2)内还设有温度传感器(14),温度传感器(14)的探 测顶端位于气流通道(2)的中心线,温度传感器(14)与所述的中央处理单元(11)电连 接。
10.根据权利要求l所述的智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置, 其特征在于所述的无线传输单元(12)与设于汽车上的无线车速传感器无线相连。
全文摘要
本发明涉及一种智能无线车载嵌入式汽车尾气分析装置,包括设有气流通道的壳体,壳体内还设有中央处理单元及与中央处理单元电连接的无线传输单元,无线传输单元与设于汽车上的无线车速传感器无线相连。气流通道内设有与中央处理单元电连接的气体压力传感器、氮氧化物传感器、气体流量计、氧气传感器、温度传感器、碳氧化物和碳氢化物传感器。本发明在同一时刻可以获得汽车尾气中所含的氧气、氮氧化物、碳氧化物和碳氢化物的浓度值及汽车尾气的流量、压力、温度等其它参数,从而可以对汽车排放尾气作出全面完善的评判,获得汽车尾气的质量排放值,并无线发送给远处的检测人员或检测单位,检测效率高,使用方便。
文档编号G01F1/56GK101551326SQ20091030139
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月8日 优先权日2009年4月8日
发明者姜炎材, 陈红岩 申请人:中国计量学院

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