CN109211826A - 一种分光装置和跨波段机动车排放遥测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分光装置和跨波段机动车排放遥测仪。分光装置包括汇聚透镜；位于汇聚透镜的焦点的主探测器；排列于汇聚透镜主光轴上且与主光轴成45°夹角的至少一个分光镜，分光镜的迎光面上镀有一定波长的高反介质膜；与每个分光镜相对应的副探测器，副探测器垂直于主光轴安装，且安装方向延长线通过对应的分光镜中心点。跨波段机动车排放遥测仪包括检测装置和反射装置，检测装置包括检测光线发射端和接收端，发射端设有发射不同波段光束的多个光源、合束装置，接收端设有分光装置。本发明技术方案有效避免了现有技术中机动车依次通过汽油、柴油监测装置的弊端，保证各波段光束测量的同步性和准确度，保障机动车排放测量的有效性。
Description
技术领域
本发明涉及机动车尾气测量装置，特别是一种分光装置和跨波段机动车排放遥测仪。
背景技术
随着人们物质生活水平的提高，机动车已然成为大部分家庭生产和生活的必不可少的一部分。然而随之而产生的机动车排放污染已成为城市最大的流动污染源之一，其中汽油车排放主要污染物为一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物，柴油车排放主要污染物为黑烟颗粒物，机动车排放监管也成为各地环保局的重要工作。现行的机动车排放污染控制手段为机动车年检制度，但是这种方法效率低下，加之受人为因素影响，这种检测方法的效果并不尽如人意。2015年，国家又出台相关政策，新注册机动车6年内免于机动车排放检测，所以近年来所发展的机动车排放遥感检测技术受到各环保主管部门青睐。这种方法可以在车辆正常行驶过程中，对机动车排放进行检测，无需停车检查，不影响交通，且能更加真实的反应机动车的实际工况。
目前机动车排放遥感检测所采用的技术有以下几种：汽油车尾气遥感检测仪主要利用紫外波段的DOS技术和近红外波段的TDLAS技术或非分散红外技术，柴油车颗粒物遥感检测主要是利用530nm-570nm波段的可见光散射测量技术。公开号为CN201788142U的实用新型专利，公开了一种机动车尾气遥测仪及机动车尾气遥测系统，将原本分离的汽油尾气与柴油烟度两套尾气监测装置集成在一套设备上。如图1和图2所示，在一个实施例中，机动车尾气遥测仪由第一监测设备40和第二监测设备50组成，第一监测设备40设置有汽油尾气监测单元41和柴油烟度监测单元42，第二监测设备50设置有与汽油监测单元41相配合的角反射器51，以及与柴油烟度监测单元42相配合的烟度光源52。汽油尾气监测单元41与角反射器51共同组成一套汽油尾气监测装置，柴油烟度监测单元42与烟度光源52共同组成一套柴油烟度监测装置，因此，第一监测设备40与第二监测设备50集成了可用于监测汽油尾气和柴油烟度的两套监测装置。
但是，此种检测设备存在以下弊端。如图1所示，箭头方向指示了车辆行驶方向，汽油尾气监测装置和柴油烟度监测装置沿车辆行驶方向设置，两者之间距离5cm左右，车辆行驶时，必须先后通过汽油监测装置和柴油监测装置。并且如图2所示，两个装置的测量高度范围不一致。由于监测装置无法知晓驶来的是汽油车还是柴油车，只能通过汽油监测装置或柴油监测装置所检测出的光强变化来判断。理想情况下，汽油车通过时排放的尾气会引起汽油监测装置所发射光束的光强变化，柴油车通过时排出的黑烟会引起柴油监测装置所发射光束的光强变化，进而通过计算得到相应的排放数值。但在实际工作中则会出现以下状况，当机动车刚通过汽油监测装置、还未通过柴油监测装置时，数据采集系统马上开始采集尾气数据(如图1所示)。这时，柴油监测装置就可能将车尾保险杠挡住的测量数据作为该车辆的黑烟颗粒物污染数据，由于车尾保险杠可以将光强全部遮挡，此时柴油监测装置测得的光强变化必然较大，系统会将通过车辆判断为柴油车，而且是超标的柴油车，造成误判及误测。另一种状况下，当车辆完全通过柴油监测装置后，由于气体的扩散作用，汽油监测装置所测得尾气排放数据可能就变得微弱，导致数据无效。
发明内容
针对以上不足，本发明提供了一种分光装置和跨波段机动车排放遥测仪，有效避免了现有技术中机动车依次通过汽油监测装置和柴油监测装置的弊端，保证各波段光束测量的同步性和数据的准确度，保障机动车排放测量的有效性。
本发明的技术方案为：
一种分光装置，包括，
汇聚透镜；
位于汇聚透镜的焦点的主探测器；
排列于汇聚透镜主光轴上且与主光轴成45°夹角的至少一个分光镜，所述分光镜的迎光面上镀有一定波长的高反介质膜；
与每个分光镜相对应的副探测器，所述副探测器垂直于主光轴安装，且安装方向延长线通过对应的分光镜中心点；所述副探测器到对应分光镜中心点的距离、与分光镜中心点到汇聚透镜的距离之和等于汇聚透镜的焦距。
所述分光镜和副探测器分别为两个，分别用于接收可见光和紫外光，所述主探测器用于接收红外光。
一种跨波段机动车排放遥测仪，包括设置于道路上方两侧的、位于同一水平高度的检测装置和反射装置，所述检测装置包括检测光线发射端和接收端，所述发射端设有发射不同波段光束的多个光源、合束装置，所述接收端设有分光装置，所述多个光源发射的不同波段光束经过合束装置后成为一束光线，从发射端发出，经过反射装置反射后回到接收端，经过分光装置后再分成多束用于检测排放气体的不同波段光束。
所述合束装置包括准直透镜和排列于准直透镜主光轴上且与主光轴成45°夹角的至少一个反射镜，所述光源包括位于准直透镜的焦点的主光源和与每个反射镜相对应的副光源，所述副光源发出的光束垂直于主光轴，且光束通过对应反射镜中心点，所述反射镜的迎光面上镀有与相应副光源发射的光束波长相同的高反介质膜，所述副光源到对应反射镜中心点的距离、与反射镜中心点到准直透镜的距离之和等于准直透镜的焦距。
所述副光源和反射镜分别为两个，分光镜和副探测器也分别为两个，所述主光源发射红外光，两个副光源分别发射可见光和紫外光。
本发明通过将多个光源和合束装置设置于检测装置发射端，将分光装置设置于检测装置接收端，多个光源发射的不同波段光束被合束装置合并为一束，由发射端发出，经由行驶的机动车路面，被机动车排放的废气吸收，再被反射装置反射回到检测装置接收端。合并检测光束被分光装置再次分成不同波段的多个光束，被相应的探测器接收并检测，实现了单个仪器对不同废气物排放的同时检测，有效避免了现有技术中机动车依次通过汽油监测装置和柴油监测装置的弊端，保证各波段光束测量的同步性和数据的准确度，保障机动车排放测量的有效性。
附图说明
图1为公开号为CN201788142U的机动车尾气遥测仪的结构俯视图；
图2为公开号为CN201788142U的第一监测设备的正视图；
图3为本发明分光装置的结构示意图；
图4为本发明跨波段机动车排放遥测仪的结构示意图；
图5为本发明合束装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
参考图3，本发明的一种分光装置10，包括，汇聚透镜11、主探测器12、若干个分光镜14和与分光镜14数量相对应的副探测器15。主探测器12位于汇聚透镜11的焦点处，分光镜14排列于汇聚透镜11主光轴13上、且与主光轴13呈45°夹角安装，分光镜14的迎光面上镀有一定波长的高反介质膜；副探测器15安装位置与每个分光镜14相对应，安装方向垂直于主光轴13，且安装方向延长线通过对应的分光镜14中心点；副探测器15到对应分光镜14中心点的距离、与分光镜14中心点到汇聚透镜11的距离之和等于汇聚透镜11的焦距。
假设分光镜14和副探测器15的数量为n，含有波长λ1、λ2、λ3、…、λn、λn+1的混合检测光束射入汇聚透镜11窗口，由于透镜的汇聚作用，随着汇聚光束路径的延伸，光斑会变得越来越小。在汇聚透镜11主光轴13上，设有与主光轴13成45°的第一分光镜14，第一分光镜14迎光面上镀有中心波长为λ1的高反介质膜。当含有波长λ1、λ2、λ3、…、λn、λn+1的检测光束到达第一分光镜14时，波长为λ1的光被反射至第一副探测器15，而波长为λ2、λ3、…、λn、λn+1的光束穿透第一分光镜14。
同理，第二分光镜14设置在第一分光镜14后方，中心在主光轴13上，且与主光轴13成-45°(相对于第一分光镜14与主光轴13角度)设置。第二分光镜14迎光面上镀有中心波长为λ2的高反介质膜，当含有波长λ2、λ3、…、λn、λn+1的检测光束到达第二分光镜14时，波长为λ2的光被反射致第二副探测器15，而波长为λ3、…、λn、λn+1的光束穿透第二分光镜14。
以此类推，波长为λ3、…、λn的检测光束依次被分光镜14反射，至相应的副探测器15上，剩下λn+1的光束穿透第n个分光镜14，到达位于汇聚透镜11焦点处的主探测器12上。由此可见，本发明的分光装置10可将不同波段的混合光束分开，至各个相应的探测器，用于检测不同波段光束所对应的排放气体浓度。
参考图4，本发明的跨波段机动车排放遥测仪，包括设置于道路上方两侧的、位于同一水平高度的检测装置100和反射装置200，检测装置100包括检测光线发射端120和接收端110，发射端120设有发送不同波长光束的多个光源和合束装置20，接收端110设有本发明的分光装置10。反射装置200为反射镜，无需供电即可正常工作。
由于不同气体所对应的吸收波段有所不同，例如一氧化碳在近红外波段和中红外波段分别有吸收峰，一氧化氮在紫外波段和中红外波段有吸收峰，二氧化碳在紫外和可见光波段有吸收峰，可见光中的530nm波段对尾气中的颗粒物比较敏感。如果每一种气体都用一个单独的设备来测量，必然会造成成本和设备体积的增加，且不方便操作。本发明的跨波段光束遥测仪将三个波段光束合并起来，由同一设备来检测，既可用于检测汽油车所排放一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等有害气体，也可用于检测柴油车所排放颗粒物。
本发明的光源为三个可发射三种波段光束的光源，箭头所指方向为光束前进方向，三个光源发出的检测光束经过利用合束装置20进行合束，从同一发射端120窗口发射出来，检测光束经过反射装置200反射后，从同一接收端110窗口入射。经过合束的检测光束，包含了从紫外光、可见光以及红外光的光谱，波长从0.2μm-1.8μm。由于目前没有一款探测器或光谱仪能覆盖如此宽的波段，所以需要利用本发明的分光装置10将检测光束中各个波长分离开来，再利用对应波长的探测器或光谱仪进行检测分析。
参考图5，本发明的合束装置20包括准直透镜21和排列于准直透镜21主光轴22上且与主光轴22成45°夹角的至少一个反射镜23，光源包括位于准直透镜21的焦点的主光源301和与每个反射镜23相对应的副光源302，副光源302发出的光束垂直于主光轴22，且光束通过对应反射镜23中心点，反射镜23的迎光面上镀有与相应副光源302发射的光束波长相同的高反介质膜，副光源302到对应反射镜23中心点的距离、与反射镜23中心点到准直透镜21的距离之和等于准直透镜21的焦距。
副光源302和反射镜23分别为两个，主光源301发射红外光，两个副光源302分别发射可见光和紫外光。主光源301位于准直透镜21的焦点处，靠近主光源301的反射镜23和副光源302为可见光反射镜23和可见光副光源302，另一组为紫外光反射镜23和紫外光副光源302。可见光反射镜23和紫外光反射镜23迎光面上分别镀有可见光和紫外光的高反介质膜。可见光反射镜23能透射主光源301发出的红外光，可见光副光源302发出的可见光，被可见光反射镜23反射至与红外光同轴，且方向一致。紫外光反射镜23能透射红外光和可见光，紫外光副光源302发出的紫外光，则被紫外光反射镜23反射至与红外光和可见光同轴、且方向一致。准直透镜21能同时透过红外光、可见光和紫外光。由此，主光源301和副光源302发出的红外光、可见光和紫外光被合束装置20合成一束，从发射端120发出。
与此相应地，图3中的分光镜14和副探测器15也分别为两个，主探测器12用于接收红外光，两个副探测器15分别用于接收可见光和紫外光。这样，合并后的光束被道路上行驶的机动车排放的尾气吸收后，再次回到检测装置100，通过分光后检测各个波长的吸收率，则可以判断所通过的机动车是汽油车或柴油车，也可计算出排放的有害气体浓度。由于合并后的光束由同一发射端120窗口发射，并被同一接收端110窗口接收，合并后的检测光束被排放气体同时吸收，有效避免了现有技术中机动车依次通过汽油监测装置和柴油监测装置的弊端，保证各波段光束测量的同步性和数据的准确度，保障机动车排放测量的有效性。
以上公开的仅为本发明的实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种分光装置(10)，其特征在于包括，
汇聚透镜(11)；
位于汇聚透镜(11)的焦点的主探测器(12)；
排列于汇聚透镜(11)主光轴(13)上且与主光轴(13)成45°夹角的至少一个分光镜(14)，所述分光镜(14)的迎光面上镀有一定波长的高反介质膜；
与每个分光镜(14)相对应的副探测器(15)，所述副探测器(15)垂直于主光轴(13)安装，且安装方向延长线通过对应的分光镜(14)中心点；所述副探测器(15)到对应分光镜(14)中心点的距离、与分光镜(14)中心点到汇聚透镜(11)的距离之和等于汇聚透镜(11)的焦距。
2.根据权利要求1所述的分光装置，其特征在于，所述分光镜(14)和副探测器(15)分别为两个，分别用于接收可见光和紫外光，所述主探测器(12)用于接收红外光。
3.一种跨波段机动车排放遥测仪，其特征在于，包括设置于道路上方两侧的、位于同一水平高度的检测装置(100)和反射装置(200)，所述检测装置(100)包括检测光线发射端(120)和接收端(110)，所述发射端(120)设有发射不同波段光束的多个光源、合束装置(20)，所述接收端(110)设有如权利要求1所述的分光装置(10)，所述多个光源发射的不同波段光束经过合束装置(20)后成为一束光线，从发射端(120)发出，经过反射装置(200)反射后回到接收端(110)，经过分光装置(10)后再分成多束用于检测排放气体的不同波段光束。
4.根据权利要求3所述的跨波段机动车排放遥测仪，其特征在于，所述合束装置(20)包括准直透镜(21)和排列于准直透镜(21)主光轴(22)上且与主光轴(22)成45°夹角的至少一个反射镜(23)，所述光源包括位于准直透镜(21)的焦点的主光源(301)和与每个反射镜(23)相对应的副光源(302)，所述副光源(302)发出的光束垂直于主光轴(22)，且光束通过对应反射镜(23)中心点，所述反射镜(23)的迎光面上镀有与相应副光源(302)发射的光束波长相同的高反介质膜，所述副光源(302)到对应反射镜(23)中心点的距离、与反射镜(23)中心点到准直透镜(21)的距离之和等于准直透镜(21)的焦距。
5.根据权利要求4所述的跨波段机动车排放遥测仪，其特征在于，所述副光源(302)和反射镜(23)分别为两个，分光镜(14)和副探测器(15)也分别为两个，所述主光源(301)发射红外光，两个副光源(302)分别发射可见光和紫外光。
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