安徽師范大學物理與電子信息學院　蔣運超　陳　瑾　朱向冰

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基于無線傳輸?shù)臋C動車尾氣檢測及數(shù)據(jù)分析設(shè)備

安徽師范大學物理與電子信息學院蔣運超陳瑾朱向冰

【摘要】為解決現(xiàn)階段尾氣檢測程序復(fù)雜，所需時間較長的問題，提出本簡易的便攜式尾氣檢測及分析設(shè)備。能夠?qū)崿F(xiàn)機動車正常行駛時的尾氣排放的監(jiān)測，所采取的無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備大大提升了檢測的效率。采取深入的數(shù)據(jù)分析裝置，可以有效的了解尾氣排放量并判斷發(fā)動機的運行狀態(tài)，有故障檢測的能力。

【關(guān)鍵詞】機動車；尾氣；無線傳輸；氣體分析

近年來，我國的汽車保有量逐年上升，大量的尾氣排放造成了日益嚴重的環(huán)境問題。尾氣排放不達標的汽車在造成大量的污染物排放同時，自身的發(fā)動機也存在著嚴重的故障。目前國內(nèi)的主要檢測方式是雙怠速法行業(yè)簡易工況法，由于設(shè)備龐大且價格昂貴，不適合便捷的實際測量[1]。

本文在分析當前檢測現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出一種便攜式的尾氣檢測裝置，將傳感器置于尾氣排放處，利用無線傳輸?shù)姆绞綄⒉杉臍怏w濃度數(shù)據(jù)發(fā)送到手持設(shè)備上進行氣體濃度的實時檢測和分析。實現(xiàn)尾氣監(jiān)測和故障分析的結(jié)合。

1　總體方案

燃油的成分復(fù)雜，燃燒的產(chǎn)物主要是碳氫化合物、氮氧化物。將能夠檢測尾氣主要污染物的傳感器下位機安置在排放處，采集氣體成分并傳送給上位機進行數(shù)據(jù)分析，再根據(jù)數(shù)據(jù)分析得到污染物排放狀況。

圖1　整體框圖

2　傳感器檢測原理

采用不分光紅外吸收法(NDIR)對尾氣中CO、CO2、HC、NOx等進行檢測[2]，由于每種氣體都具有特定的特征吸收譜帶和特征頻率,在特征頻率附近的光譜帶產(chǎn)生強烈的吸收，且服從Langbert-Beer定律，式中E0：入射紅外線能量；E：出射紅外線能量，△E為減少量，C為氣體濃度，k為吸收系數(shù)，l為氣室厚度。下表為幾種常見的氣體的特征波長和吸收系數(shù)[3]，根據(jù)傳感器收集到的數(shù)值變化就可以檢測出不同的尾氣成分。

圖2　氣體的特征波長和吸收系數(shù)

3　裝置設(shè)計

裝置分為上位機和下位機，下位機使用傳感器進行數(shù)據(jù)采集，微處理器接收到傳感器的數(shù)據(jù)并經(jīng)過處理通過無線傳輸設(shè)備發(fā)送給上位機。上位機的工作狀態(tài)如圖3所示。

圖3　接收模塊的軟件框圖

為了上位機得到的數(shù)據(jù)準確，能夠?qū)σ恍┌l(fā)動機故障進行合理的分析，對下位機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準確性要求較高，由于發(fā)動機工作狀態(tài)的不穩(wěn)定，不同的轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的尾氣量也是不一樣，采集到的數(shù)據(jù)會存在很多“壞值”，采用拉依達法對處理數(shù)據(jù)，利用公式：

式中n表示測量的次數(shù)，xi為測量值，如果殘差：說明改組數(shù)據(jù)是壞值，重新采集，采用該算法，可以保證數(shù)據(jù)的精準度[1]。

4　數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上位機接收到的數(shù)據(jù)可以繪制出單位時間內(nèi)尾氣的排放量，根據(jù)國家尾氣排放標準可以得出測試車輛運行時HC和NOx排放超標，同樣，在大量的檢測數(shù)據(jù)后，可以根據(jù)排放氣體的含量判斷機車的故障，可以初步認為該發(fā)動機燃油不完全燃燒，可能是氧氣吸入較少。

圖4　實驗數(shù)據(jù)

5　總結(jié)

本設(shè)備利用無線傳輸?shù)姆绞綄崿F(xiàn)尾氣的實時檢測，大大提升了檢測的效率，在大量數(shù)據(jù)積累的基礎(chǔ)上，可以進行數(shù)據(jù)分析，估測發(fā)動機的運行狀態(tài)。實測驗證，該設(shè)備有便捷，易操作的特點，有一定的實用價值。

參考文獻

[1]方揚.基于國III標準的汽車尾氣檢測分析系統(tǒng)[D].杭州:浙江大學,2008-01-15,P10-25:66-67.

[2]張虹.汽車尾氣檢測技術(shù)研究[D].山東科技大學,2006:10-25.

[3]陳煥江主編.汽車檢測與診斷[M].北京:機械工業(yè)出版社,2001.

蔣運超（1993—），男，大學本科，研究方向：電子信息。

作者簡介：

基金項目：國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃（201410370037）；優(yōu)秀論文培養(yǎng)計劃（pyjh2014206）。