CN104764719B - 一种基于吸收峰锁定模式的内燃机排放气体成分测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种基于吸收峰锁定模式的内燃机排放气体成分测量装置，包括第一激光控制器、第二激光控制器、扫频激光器、锁频激光器、第一光电探测器、第二光电探测器、参考池、检测池，内燃机排放的气体分成两路，第一路进入参考池，第二路进入检测池，第一激光控制器连接扫频激光器，扫频激光器输出的激光信号透过参考池，第一光电探测器探测到的参考池的激光光谱通过反馈模块反馈给第二激光控制器，第二激光控制器连接锁频激光器，锁频激光器发出的激光进入检测池，第二光电探测器探测到的检测池的激光光谱发送至计算机。本发明能够很好地避免由于内燃机排放瞬变的环境参数及复杂的气体组分引起的探测误差。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种内燃机排放气体成分测量装置。
背景技术
节能减排是内燃机行业一直追求的目标。特别是近期由于环境因素不断恶化，国际上对内燃机排放的法规日益严格。因此，未来内燃机排除检测技术将沿着实时在线检测的趋势发展，传统的内燃机台架试验检测方式将逐渐被取代。现有内燃机检测方式多属于采样法，且大多方法反应时间较长，很难做到实时在线检测。而相对于传统的方法而言，基于吸收法的光学测试手段无疑是实现内燃机排放气体在线检测的最佳选择。目前，基于可调谐半导体激光吸收光谱的光学测试方法(TDLAS)，已经在众多领域取得了很好的结果。但是，内燃机排放气体有着较为复杂的特性，例如，内燃机排放温度并非恒定的，变化速率较快，排气压力也随时间变化而变化，排气成分复杂，气体吸收峰会随着温度，压力变化而变化，这些对TDLAS方法的测试结果有很大的影响，因此，利用TDLAS方法测量内燃机排放气体成分十分困难，影响因素较多，在具体实施过程中，需引入复杂的修正公式，不仅计算过程复杂，计算结果也不够精确，例如浙江大学张春晓在硕士论文《基于可调谐半导体激光光谱吸收技术的O2和CO气体测量》中提到温度对测试结果影响较大。
发明内容
本发明的目的在于提供解决内燃机排放气体特性复杂引起的检测动态响应差，导致检测精度低等问题的一种基于吸收峰锁定模式的内燃机排放气体成分测量装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种基于吸收峰锁定模式的内燃机排放气体成分测量装置，其特征是：包括第一激光控制器、第二激光控制器、扫频激光器、锁频激光器、第一光电探测器、第二光电探测器、参考池、检测池，内燃机排放的气体分成两路，第一路进入参考池，第二路进入检测池，第一激光控制器连接扫频激光器，扫频激光器输出的激光信号透过参考池，第一光电探测器探测到的参考池的激光光谱通过反馈模块反馈给第二激光控制器，第二激光控制器连接锁频激光器，锁频激光器发出的激光进入检测池，第二光电探测器探测到的检测池的激光光谱发送至计算机。
本发明的优势在于：本发明可以对瞬变的内燃机排放气体的吸收峰值实时探测，用于气体浓度测量的激光器选用了更为简单有效的锁频激光器来实现，采用极为简单的信号处理系统即可获得测量结果。本发明能够很好地避免由于内燃机排放瞬变的环境参数及复杂的气体组分引起的探测误差，使检测精度较单扫频非锁频光谱吸收法提高至少15％以上。本发明适用于参数瞬变的内燃机排气成分测量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明一种基于吸收峰锁定模式的内燃机排放气体成分测量装置包括一号激光控制器1、扫频激光器2、锁频激光器3、二号激光控制器4、一号光电探测器5、参考池6、检测池7、二号光电探测器8、反馈模块9和信号处理系统10；
内燃机排放的气体分成两路，一路进入参考池6，另一路进入检测池8；
一号激光控制器1控制扫频激光器2，使扫频激光器2输出波长周期变换的激光信号，该激光信号透过参考池6，光电探测器5实时探测排参考池6激光的光谱，并将探测信号通过反馈模块9反馈给二号激光控制器4，二号激光控制器4控制锁频激光器3，使其输出的激光的波长锁定在所述的吸收峰的位置，该激光进入检测池7，二号光电探测器8探测检测池7内激光的光谱，并将探测信号发送给信号处理系统10。信号处理系统10采用计算机实现。
实时测量内燃机排放的气体的吸收峰，使激光器输出的激光波长锁定在该吸收峰处，再检测该激光经过待测气体后的能量衰减，进而实现内燃机排放气体成分的实时在线检测，所述的待测气体即为内燃机排放的气体。
以一台扫频激光器输出的激光作为参考光，测量该参考光经过待测气体后的光谱，根据该光谱得到被测气体的吸收峰。
一种基于吸收峰锁定模式的内燃机排放气体成分测量方法，该方法为：将内燃机排放尾气通入检测池和参考池，利用两台可调谐半导体激光器扫频激光器和锁频激光器作为探测光源，两台激光器分别检测检测池和参考池中气体，可调谐半导体激光器的输出波长与控制电路呈线性关系，使扫频激光器控制器电流在一定范围内线性周期变化，此时扫频激光器的输出波长也在一定范围内线性周期变化。参考池中的被捡气体由于温度、压力等因素的变化，导致其吸收峰值在波动，通过扫频激光器的检测可实时检测到此吸收峰值的变化情况，再通过反馈模块将此时吸收谱线的位置传递给锁频激光器控制模块，使锁频激光器输出波长始终稳定在气体吸收峰中心波长处，再检测该激光经过待测气体后的能量衰减，进而实现内燃机排放气体成分的实时在线检测，所述的待测气体即为内燃机排放的气体。
所述的吸收峰的测量方法为，以一台扫频激光器输出的激光作为参考光，测量该参考光经过待测气体后的光谱，根据该光谱得到被测气体的吸收峰。
Claims (1)
1.一种基于吸收峰锁定模式的内燃机排放气体成分测量装置，其特征是：包括第一激光控制器、第二激光控制器、扫频激光器、锁频激光器、第一光电探测器、第二光电探测器、参考池、检测池，内燃机排放的气体分成两路，第一路进入参考池，第二路进入检测池，第一激光控制器连接扫频激光器，扫频激光器输出的激光信号透过参考池，第一光电探测器探测到的参考池的激光光谱通过反馈模块反馈给第二激光控制器，第二激光控制器连接锁频激光器，锁频激光器发出的激光进入检测池，第二光电探测器探测到的检测池的激光光谱发送至计算机。
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