CN206710256U - 一种机动车尾气检测装置 - Google Patents

Abstract

一种机动车尾气检测装置，安装于道路面上方的龙门架上，在龙门架下方的道路面上安装有反射板，机动车尾气检测装置包括激光发射器、可旋转的多棱锥镜、聚焦透镜和探测器，其中，激光发射器输出特定波长的激光至多棱锥镜；多棱锥镜包括一个底面和多个反射锥面，反射锥面将激光发射器发出的激光折射射向下方反射板，并将由反射板反射回的反射光反射到聚焦透镜上；聚焦透镜将反射光汇聚形成汇聚光点至探测器；探测器采集汇聚光点并将光信号转换为电信号发送至信号控制及分析单元进行气体分析。本实用新型不需要线阵CCD探测器便可对道路全横截面的废气排放进行检测。

Description

一种机动车尾气检测装置

技术领域

本实用新型属于激光光谱分析技术领域，具体涉及一种机动车尾气检测装置。

背景技术

目前国内的机动车尾气检测方法主要通过非分散红外技术或紫外差分吸收光谱技术进行检测，然而由于非分散红外技术在检测NO时会受到水气的影响，因此目前机动车尾气遥测设备中的检测都是采用紫外差分吸收光谱技术，其工作原理为：以NO为例，利用NO在紫外226nm处具有吸收峰的特点，通过氘灯发出200nm-300nm的紫外光，光路穿过路面并由角反射器返回对应的紫外光谱仪进行接收，当没有机动车通过或没有NO气体时，光谱仪接收到的光谱曲线是平滑的；当尾气中存在NO气体时，对应位置的光谱曲线会根据气体浓度的高低下凹，根据曲线下凹的面积可以计算得出NO的浓度。

然而，上述两种检测技术均是以对射或水平反射的形式测量从光路经过的机动车排放尾气浓度，但是水平对射及水平反射的方式，由于光束集中和不同车型排气管高度的差异，导致光路无法完全涵盖所有尾气，而且水平测量难以分辨出多车道的尾气遥测结果与车辆的对应关系，也无法给出车道上车辆尾气排放随时间的立体变化情况。由此需要将检测光源从沿路面水平发射改为由龙门架朝下立式发射，由路面反射检测光源，而传统的紫外光源由于地面反射效果差，无法实现立式检测应用，给多车道独立检测带来了困难。

公布号为CN105928896A的中国实用新型专利公开了一种基于安全的激光多维扫描的气体检测系统，包括安全的激光发射单元、反射板、线阵激光传感器单元、数据采集和处理单元，激光发射单元包括一个或多个可调制的激光发射器和设置在激光发射器发射口的分光透镜，激光波长设置为2um-10um，激光发射器的功率小于4W，发射出的激光光束透过分光透镜分散折射形成激光平面，反射板设置在激光平面的光路上，线阵激光传感器单元设置在反射板的反射方向上，线阵激光传感器单元与数据采集和处理单元连接，将光信号转换成电信号并传输给数据采集和处理单元。该实用新型采用的光源是安全红外光源，对人体无害，反射效果较好，可以扫描出单车道不同位置的不同尾气成分随时间变化的浓度3D信息并判断车辆状态；同时可以根据需要在多车道架设多个遥测系统实现对多车道测量。但是为了激光经分光透镜分散折射形成的激光平面，若要对道路全横截面的废气排放进行检测，则必须采用线阵的CCD探测器来监测对应位置的气体吸收情况，目前线阵的CCD探测器造价昂贵且不易获得，因此难以大范围的推广使用。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，从而提供一种不需要线阵CCD探测器便可对道路全横截面的废气排放进行检测的机动车尾气检测装置。该机动车尾气检测装置可以扫描出单车道不同位置的不同尾气成分随时间变化的浓度3D信息并判断车辆状态；同时可以根据需要在多车道架设多个遥测系统实现对多车道测量。

一种机动车尾气检测装置，安装于道路面上方的龙门架上，在所述龙门架下方的道路面上安装有反射板，所述机动车尾气检测装置包括：激光发射器、可旋转的多棱锥镜、聚焦透镜和探测器，其中，

所述激光发射器，输出特定波长的激光至所述多棱锥镜；

所述多棱锥镜，包括一个底面和多个反射锥面，所述反射锥面将激光发射器发出的激光折射射向下方反射板，并将由反射板反射回的反射光反射到所述聚焦透镜上；

所述聚焦透镜，将所述反射光汇聚形成汇聚光点至所述探测器；

所述探测器，采集所述汇聚光点并将光信号转换为电信号发送至信号控制及分析单元进行气体分析。

所述多棱锥镜的顶点朝向所述聚焦透镜，每个所述多棱锥镜的反射锥面与底面均呈四十五度夹角。

所述多棱锥镜为五棱锥镜。

所述激光发射器与所述多棱锥镜之间设有反射镜，所述反射镜位于所述激光发射器的正下方，所述反射镜的反射面对应于所述多棱锥镜轴线以下的反射锥面设置。

所述反射镜的反射面与水平面呈四十五度夹角，所述激光发射器所输出特定波长的激光竖直射向所述反射镜的反射面，经所述反射镜的反射面反射后水平射向所述多棱锥轴线以下的反射锥面。

所述探测器为单点探测器。

所述可旋转的多棱锥镜由连接该多棱锥镜的电机带动其作三百六十度连续旋转。

所述机动车尾气检测装置还包括波长锁定装置，所述波长锁定装置主要由分光镜、标准样气池和探测器组成，其中，所述探测器与所述信号控制及分析单元信号连接，所述分光镜安装于所述激光发射器下方，将激光发射器发出的激光分出一部分并反射至标准样气池，所述探测器探测该标准样气池中的波长并反馈至所述信号控制及分析单元，所述信号控制及分析单元判断该激光发射器的波长变化以对激光发射器的波长进行调整并锁定。

所述激光发射器为连续激光发射器或脉冲激光发射器。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1、本实用新型通过可旋转的多棱锥镜将激光发射器发射的激光折射向下方的反射板，形成扇形激光面，实现对道路面全横截面废气排放的检测，然后由反射板反射回的光线通过多棱锥镜形成反射光束反射到聚焦透镜上，通过聚焦透镜的汇聚将反射光束形成汇聚光点至探测器上，由于传送至探测器的为光点，因此本实用新型无需采用价格昂贵且不易获得的线阵CCD探测器，直接利用单点探测器即可实现对道路面全横截面废气的检测，从而降低了机动车尾气检测装置的成本，便于推广使用；

2、本实用新型的多棱锥镜选用五棱锥镜，且五棱锥镜的顶点朝向聚焦透镜，每个多棱锥镜的反射锥面与底面均呈四十五度夹角，当激光发射器发射的激光输送至五棱锥镜后，五棱锥镜的反射锥面可将激光竖直反射向反射板，在旋转机构的带动下，在合理范围内实现对道路面全横截面废气的检测，同时能将由反射板反射的光线水平反射至聚焦透镜，完成进一步的检测；

3、本实用新型还设有波长锁定装置，在激光器工作时波长锁定装置都可对激光进行检测，以使激光发射器发射出稳定的特定波长的激光，保证了本实用新型的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种实施方式的工作原理示意图；

附图标记说明：

1、机动车尾气检测装置；2、激光发射器；3、波长锁定装置；31、分光镜；32、标准样气池；33、参考探测器；4、探测器；5、反射镜；6、多棱锥镜；7、电机；8、道路面；9、反射板；10、机动车；11、尾气；12、聚焦透镜；13、信号控制及分析单元；14、工控机机柜。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1，所示，本实用新型提供了一种机动车尾气检测装置1，安装于道路面8上方的龙门架上，在龙门架下方的道路面8上安装有反射板9，机动车尾气检测装置包括激光发射器2、可旋转的多棱锥镜6、聚焦透镜12和探测器4，其中，激光发射器2输出特定波长的激光至多棱锥镜6；多棱锥镜6包括一个底面和多个反射锥面，反射锥面将激光发射器2发出的激光折射射向下方反射板9，并将由反射板9反射回的反射光反射到聚焦透镜12上；聚焦透镜12将反射光汇聚形成汇聚光点至探测器4；探测器4采集汇聚光点并将光信号转换为电信号发送至信号控制及分析单元13进行气体分析。

本实用新型通过可旋转的多棱锥镜6将激光发射器2发射的激光折射向下方的反射板9，形成扇形激光面，实现对道路面8全横截面废气排放的检测，然后由反射板9反射回的光线通过多棱锥镜6形成反射光束反射到聚焦透镜12上，通过聚焦透镜12的汇聚将反射光束形成汇聚光点至探测器4上，由于传送至探测器4的为光点，因此本实用新型无需采用价格昂贵且不易获得的线阵CCD探测器，直接利用单点探测器4即可实现对道路面8全横截面废气的检测，从而降低了机动车10尾气11检测装置的成本，便于推广使用。

本实用新型的激光发射器2可以为连续激光发射器也可以为脉冲激光发射器，本实施例优选连续激光发射器，连续激光发射器可发送指定波长的激光，例如波长为5.25nm的激光以检测机动车10尾气11中的NO，当然还可以设定其他波长范围的激光以检测不同成分的汽车尾气；为了能使激光发射器稳定的发射指定波长的激光，本实用新型还设置了波长锁定装置3，波长锁定装置包括分光镜31、标准样气池32和参考探测器33，其中分光镜31位于激光发射器2的发射口处，可分出一部分激光用于波长锁定以进行该部分波长的检测，被锁定波长的激光通过分光镜31依次进入标准样气池32和参考探测器33，参考探测器将该锁定波长的激光转换为电信号输送至信号控制及分析单元13进行气体分析，信号控制及分析单元13通过分析判断该锁定波长的激光的波长范围来判断激光发射器2发射激光的稳定性，并实时反馈至脉冲激光发射器2做相应的调整，从而实现激光发射器2发射指定波长激光的稳定性。

激光发射器2经波长锁定装置13调整后所发出的稳定激光垂直地面发射出去，在激光发射器2与多棱锥镜6之间的激光光路上设置有反光镜5，反射镜5位于激光发射器2的正下方，对应于反射镜5的反射面处设置有可旋转的多棱锥镜6，多棱锥镜6包括底面和反射锥面，多棱锥镜6轴线以下的反射锥面对应于反射镜5的反射面设置，多棱锥镜6的顶点指向反射镜5的反射面，每个多棱锥镜6的反射锥面与底面均呈四十五度夹角，反射镜5的反射面与水平面也呈四十五度夹角，激光发射器2所输出特定波长的激光竖直射向反射镜5的反射面，经反射镜5的反射面反射后水平射向多棱锥镜6轴线以下的反射锥面，多棱锥镜6轴线以下的反射锥面通过反射将激光反射至安装于道路面8上的反射板9，由于仅仅静态反射并不能实现对道路面8全横截面废气的检测，为了能够实现机动车尾气检测装置对单车道不同位置的不同尾气成分随时间变化的浓度3D信息捕捉并判断车辆的状态，将多棱锥镜设置为可旋转的状态，其旋转动作可由与多棱锥镜6底面相连接的电机7带动，电机7通过信号控制和分析单元13完成启闭，从而实现360度的旋转，当多棱锥镜6进行360度旋转时，各棱锥面均可对指定波长的激光进行反射，形成扇形的激光扫描面，从而实现对道路面8全横截面废气的扫描，经扫描后的激光由于受到机动车10尾气11的影响被反射板9再次原路返回至多棱锥镜6的锥面上，形成待测光束，(图1中实线为激光发出的光线，虚线代表激光扫描道路面8的宽度范围)进一步地，待测光束被多棱锥镜6反射到聚焦透镜12上，经聚焦透镜12汇聚形成光点，从而不需要线阵CCD探测器进行探测，采用设置在光点光路处的单点探测器4即可捕捉到光信号，单点探测器将捕捉到的光信号转换为电信号输送至信号控制和分析单元13进行分析，然后通过设置在地面机柜里工控机进行数据处理，即可实现机动车10尾气11的监测。

根据通常的安装高度和车道宽度情况，本实施例中的多棱锥6优选为五棱锥镜，五棱锥镜在反射指定波长激光的过程中可以将指定波长的激光竖直向下射向反射板9，减少光线的损耗，同时能将待测光束水平射向聚焦透镜12，更利于在实际操作中进行实施，由于电机7带动多棱锥镜6是360度连续旋转，所以可以实现快速扫描，如果电机7旋转3000r/min，频率50Hz，五棱锥镜就可以实现5*50＝250Hz的扫描频率，当然也可以采用与之功能相似的振镜，但是振镜的工作频率较小，在某些情况下可能存在不满足要求的情况。

其工作原理为：机动车尾气检测装置供电后，该装置处于工作状态，实施检测道路面8的尾气(NO)浓度，当机动车通过时排放了NO气体，由于吸收气体的存在引起了该位置的检测光强度的下降，因此，通过对吸光度的计算即可得出污染气体的浓度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种机动车尾气检测装置，安装于道路面上方的龙门架上，在所述龙门架下方的道路面上安装有反射板，其特征在于，所述机动车尾气检测装置包括：激光发射器、可旋转的多棱锥镜、聚焦透镜和探测器，其中，

所述激光发射器，输出特定波长的激光至所述多棱锥镜；

所述多棱锥镜，包括一个底面和多个反射锥面，所述反射锥面将激光发射器发出的激光折射射向下方反射板，并将由反射板反射回的反射光反射到所述聚焦透镜上；

所述聚焦透镜，将所述反射光汇聚形成汇聚光点至所述探测器；

所述探测器，采集所述汇聚光点并将光信号转换为电信号发送至信号控制及分析单元进行气体分析。

2.根据权利要求1所述的机动车尾气检测装置，其特征在于，所述多棱锥镜的顶点朝向所述聚焦透镜，每个所述多棱锥镜的反射锥面与底面均呈四十五度夹角。

3.根据权利要求2所述的机动车尾气检测装置，其特征在于，所述多棱锥镜为五棱锥镜。

4.根据权利要求3所述的机动车尾气检测装置，其特征在于，所述激光发射器与所述多棱锥镜之间设有反射镜，所述反射镜位于所述激光发射器的正下方，所述反射镜的反射面对应于所述多棱锥镜轴线以下的反射锥面设置。

5.根据权利要求4所述的机动车尾气检测装置，其特征在于，所述反射镜的反射面与水平面呈四十五度夹角，所述激光发射器所输出特定波长的激光竖直射向所述反射镜的反射面，经所述反射镜的反射面反射后水平射向所述多棱锥轴线以下的反射锥面。

6.根据权利要求1所述的机动车尾气检测装置，其特征在于，所述探测器为单点探测器。

7.根据权利要求1所述的机动车尾气检测装置，其特征在于，所述可旋转的多棱锥镜由连接该多棱锥镜的电机带动其作三百六十度连续旋转。

8.根据权利要求1所述的机动车尾气检测装置，其特征在于，所述机动车尾气检测装置还包括波长锁定装置，所述波长锁定装置主要由分光镜、标准样气池和探测器组成，其中，所述探测器与所述信号控制及分析单元信号连接，所述分光镜安装于所述激光发射器下方，将激光发射器发出的激光分出一部分并反射至标准样气池，所述探测器探测该标准样气池中的波长并反馈至所述信号控制及分析单元，所述信号控制及分析单元判断该激光发射器的波长变化以对激光发射器的波长进行调整并锁定。

9.如权利要求1所述的机动车尾气检测装置，其特征在于，所述激光发射器为连续激光发射器或脉冲激光发射器。