【正文】 單獨的 HC 只有在濃度高的情況下才會對人體產(chǎn)生影響，一般情況下作用不大。 CO2 為無色無毒氣體，對人體無直接危害，但大氣中 CO2 的大幅度增加，因其對紅外熱輻射的吸收而形成的溫室效應(yīng)，會使全球氣溫上升、南北極冰層溶化；海平面上升；大陸腹地沙漠趨勢加劇，使人類和動植物賴以生存的生態(tài)環(huán)境遭到破壞。其測量上限為 100％，下限可進行微量 ( 610? 級 )分析；在一定的量程范圍內(nèi)，即使氣體濃度有極小變化也能檢測出來；當 CO 排放濃度較高時，尾氣中干擾成分對測定值的影響可略去不計：采用連續(xù)取樣系統(tǒng)，能觀察隨發(fā)動機運轉(zhuǎn)條件變化而引起的排氣成分的變化。其吸收能量的紅外線波長稱為特征波長，吸收強度用吸收系數(shù)反映。汽車排放法規(guī)中一般規(guī)定不分光紅外分析儀只用于檢測 CO 和 CO2，但由于它的便攜性，故也被廣泛用于怠速時的HC 的檢測。 2. 紅外氣體分析裝置結(jié)構(gòu)原理圖 根據(jù)上述原理制成的紅外氣體傳感器如圖 21 所示。 電化學(xué)法 電化學(xué)法可用于測量 O NO、 SO2等。 具有對稱結(jié)構(gòu)，振動 中偶極矩不發(fā)生變化的氣體，如氧氣 (O2)、氮氣 (N2)，由于不存在紅外特征波長，就不能采用不分光紅外吸收法 (NDIR)進行測量。 由于溫度對氧傳感器的輸出具有一定的影響， 氧傳感器內(nèi)部一般內(nèi)置有溫度校正電路，以消除溫度變化的影響，通過溫度校正，溫度變化對輸出信號基本不產(chǎn)生影響。壽命接近結(jié)束時，傳感器在空氣中的輸出信號會迅速地降為 10mV。目前在國內(nèi)主要用于汽車與發(fā)動機的研究開發(fā)、汽車與摩托車生產(chǎn)一致性認證與檢查。國外的研究中還有利用聲光檢測汽車尾氣的，J． Cihelka 等人更為關(guān)注光譜的分析，給出了最適合的工作頻域， M． MtCulloch等人則研究使用線形調(diào)頻脈沖光譜儀實時檢測汽車尾氣?？論蹯o止狀態(tài)是：將發(fā)動機置于無負載運轉(zhuǎn)狀態(tài)，即離合器處于接合位置，變速器處于空擋位置 (對于自動變速箱的車處于“停車”或“ P”檔位 )；采用化油器供油系統(tǒng)的車，阻風(fēng)門處于全開位置，油門踏板處于完全松開位置 【 9】 。 2． 3． 2 雙怠速法 雙怠速法是機動車空擋靜止經(jīng)過高怠速、低怠速測試其排放尾氣的各種成分，結(jié)果均是濃度值。將取樣探頭插入排氣管，深度等于 400mm，并固定于排氣管上，發(fā)動機在高怠速范圍內(nèi)維持 15s 后，由分析儀讀出測量平均值。簡而言之，簡易工況法就是利用專業(yè)設(shè)備，使汽車可在保持位置不也得前提瞎動模擬在路面實際的勻速行駛狀況，并通過儀器設(shè)定，給汽車相應(yīng)的加載量，模擬汽車在載 重或爬坡是的狀態(tài)，再檢測這段時間汽車的尾氣排放情況 【 12】 。 基于 虛擬儀器的 汽車尾氣檢測系統(tǒng) 12 圖 22 ASM測試流程圖 Figure 22 ASM test flow chart 2． 3． 4 瞬態(tài)排放檢測 在大、中型城市，導(dǎo)致城區(qū)大氣低層的污染以機動車為首要污染源，機動車行駛也以非穩(wěn)態(tài)工況為主。有一定的時間滯后和幅值畸變。穩(wěn)態(tài)工況時由于受管道流動阻力和分析儀器機理的限制，所測信號與排放參數(shù)的實際變化規(guī)律有一定的時間滯后和幅值畸變。為尾氣分析中對空燃比九和發(fā)動機燃燒情況的研究提供理論依據(jù)。最后介紹了國內(nèi)研究中的瞬態(tài)排放檢測方法。 3． 2 數(shù)據(jù)采集部分的設(shè)計 數(shù)據(jù)采集部分的結(jié)構(gòu)如下圖 32 圖 32 數(shù)據(jù)采集部分的 設(shè)計 Figure 32 Design of the data collection 如圖 32 所示數(shù)據(jù)采集部分主要具體有紅外傳感器、四個信號放大電路、青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 四個濾波電路以及數(shù)據(jù)采集卡等部分構(gòu)成。這主要是電信號較容易地放大、反饋、濾波、積分、微分 、存儲及遠距離傳送等操作。該傳感器可同時檢測 CO、 CO2和 HC 含量，使用壽命長，還提供一個基準信號 Reference[【 13】 。傳感器是完全封閉的， TO5 封裝的金屬外罩里面充滿了干燥的氦氣，金屬外罩有四個透射窗和 6 個金屬引腳，其驅(qū)動電源由數(shù)據(jù)采集卡 +5V 電源提供。 窄帶濾光片參數(shù)如表 31 表 31 紅外窄帶濾光片參數(shù) Table 31 IR narrowband filter parameters 成分 CO CO2 HC 參考光路 型號 中心波長 m m m m 信號調(diào)理電路 信號調(diào)理裝置是通過電子線路來實現(xiàn)模擬信號處理，一般包括放大、濾波、整形、檢波、信號轉(zhuǎn)換等功能環(huán)節(jié)。通用集成運算放大器是一種開環(huán)增益非常大的集成芯片，組成閉環(huán)后 ，其輸出特性和閉環(huán)增益由外接的元器件和結(jié)構(gòu)確定；儀用放大器具有高輸入阻抗、低失調(diào)電壓、低溫度漂移系數(shù)、放大倍數(shù)精確穩(wěn)定、低輸出阻抗等優(yōu)點，因而在智能儀器的小信號放大中得到廣泛應(yīng)用；采用程控增益放大器，通過程序控制選擇不同的增益，能使 A／ D 轉(zhuǎn)換器信號滿量程達到均一化，并提高多路數(shù)據(jù)采集的精度；隔離放大器起到輸入、輸出和電源之間的隔離，它主要有光電隔離和變壓器隔離兩種措施。濾波器的理想特性不可能在物理上實現(xiàn)，然而可以用傳遞函數(shù)對理想特性曲線加以逼近，其逼近的程度取決于階數(shù) n。 圖 34 正相放大器 Figure 34 Inverting amplifier CO 信號先經(jīng)過正相放大 3334 倍 (因為 33 3430010111 60 ??????? RRA fuf )，使用示波器可以測得其輸出波形。 二階 高通 濾波放大后的輸出波形如圖 37 所示。所以低通濾波電路與高通濾波電路具有對偶關(guān)系。 圖 39 二階低通濾波放大后的輸出波形 Figure 39 secondorder lowpass filtering the amplified output waveform 由圖 39 看出，兩次濾波后的波形比較理想，能夠滿足尾氣分析的要求，但為了排除信號源內(nèi)阻的影響，使信號源帶負載能力增強，還需連接一個電壓青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 跟隨器。 CO 信號的調(diào)理電路如圖 410 所示。尤其是目前大多數(shù)的 PCDAQ 卡除了采集的輸入 I／ O 外，還有很多輸出 I／ O，采集卡內(nèi)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將 PC 機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換位模擬量，實現(xiàn)對外界儀器的控制，這樣更加大了 PCDAQ 卡的使用性。一般由多路開關(guān) (MUX)、放大器 (Amplifier)、采樣保持電路 (S／ H)以及 A／D 來實 現(xiàn)，通過這些部分，模擬信號就可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。建立時間和轉(zhuǎn)換率決定了輸出信號幅值改變的快慢。它的重要參數(shù)包括數(shù)字口路數(shù)、接收 (發(fā)送 )率、驅(qū)動能力等。另外一些數(shù)字接口為了同步通信的需要還有“握手”線。門限信號實際上是觸發(fā)信號使計數(shù)器工作或不工作計數(shù)信號 也即信號源，它提供了計數(shù)器操作的時 間 基準輸出是在輸出線上產(chǎn)生脈沖或方波。 【 16】 數(shù) 據(jù)采集卡的安裝 ： (1)在安裝板卡之前首先安裝 NI DAQ 的驅(qū)動程序軟件。 NI 公司還提供了一個數(shù)據(jù)采集卡的配置工具軟件 ——Measurement＆ AutomationExplorer，它可以配置 NI 公司的軟件和硬件。最常見的接地信號源是通過墻上的電源插座接入建筑物地的設(shè)備，例如信號發(fā)生器和電源供電設(shè)備等 【 17】 。 按信號連接方式不同可分為三種測量方式：差分 (DIFF)；參考單端 (RSE)；非參考單端 (NRSE)。 2)單端測試系統(tǒng)：盡管差分測試系統(tǒng)是一種比較理想的選擇，但是單端測試系統(tǒng)可以使用兩倍的測試通道。 A 參考單端 (RSE) 參考單端測試系統(tǒng)用于測試浮地信號，它把信號參考點與儀器模擬輸入地連接起來。 本系統(tǒng)中的傳感器信號是不與任何地 (如大地或建筑物的地 )連接的信號，即浮地信號。 PCI6221 采集卡的引腳定義如圖 314 所示 圖 313 電纜和接線端子 Figure 313 cables and terminals 圖 314 PCI6221采集卡的引腳 Figure 314 PCI6221 acquisition board pin 3． 6 本章小結(jié) 本章主要是對紅外檢測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，檢測系統(tǒng)主要由紅外傳感 器、信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡幾部分組成。 基于 虛擬儀器的 汽車尾氣檢測系統(tǒng) 264 基于虛擬儀器的汽車尾氣檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計 程序員開發(fā)應(yīng)用軟件，每天的目標是在各種情況下提高效率和生產(chǎn)率。 這導(dǎo)致 LabVIEW 的編程效率超越傳統(tǒng)編程語言。使用虛擬儀器，您快速創(chuàng)建用戶界面，讓您交互控制您的軟件系統(tǒng)。虛擬儀器是使用于 Windows 2021/NT/Me/9x、 Mac OS、 Linux、 Sun Solaris 和 HPUX，有三種不同的開發(fā)系統(tǒng)選項 【 19】 。此外，用戶還可配置的虛擬儀器系統(tǒng)足夠的靈活性，從而更好地長期投資的技術(shù)變化與適應(yīng)。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 4） 開放的開發(fā)環(huán)境 用虛擬儀器在開放開發(fā)環(huán)境，您可以連接到通過 ActiveX、 Web、 dll、共享的庫、 SQL（數(shù)據(jù)庫）、 DataSocket、 TCP/IP 和許多其他協(xié)議的其他應(yīng)用程序。這使您可以快速構(gòu)建可定制、魯棒的測量和自動化系統(tǒng)。 檢測系統(tǒng)軟件構(gòu)架 LabVIEW 的圖形化程序設(shè)計是基于現(xiàn)代軟件的面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)流技術(shù)而發(fā)展起來的，數(shù)據(jù)流程序表示只有在所有輸入都有效時，一個對象才開始執(zhí)行。 LabVIEW 設(shè)計虛擬儀器的方法 1） 建立方案 利用 LabVIEW 軟件可以構(gòu)建虛擬儀器而不是編寫程序，有了交互式控制的軟件系統(tǒng)，用戶可以很方便地建立其前面板接口，為了實現(xiàn)具體的功能，用戶利用向?qū)О蚜鞒虉D組合在一起。從功能模板上 選擇對象 (用圖標表示 )，并用連線將它們連接基于 虛擬儀器的 汽車尾氣檢測系統(tǒng) 28起來以便數(shù)據(jù)行傳遞，功能模塊上的對象包括：簡單的數(shù)學(xué)運算，高級數(shù)據(jù)采集和分析方法以及網(wǎng)和文件輸入、輸出操作等。并可以改變它和其它虛擬儀器的交換和連接，以滿足不斷變化的應(yīng)用需要。因為檢測系統(tǒng)軟件的主要功能如數(shù) 據(jù)的采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、信息顯示都是由軟件來體現(xiàn)的。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。測量服務(wù)是快速的應(yīng)用程序開發(fā)中最為重要的部分之一。 NI 在 20 世紀 90 年代首次發(fā)布了傳統(tǒng) NIDAQ 驅(qū)動。 DAQ 助手提供了一個對話框式的向?qū)в糜跍y量任務(wù)的配置、測試和自動代碼生成。選擇Dev1(PCI6221)所需的物理通道 (ai0ai3)如圖 42 所示界面。為了分別對四個通道的數(shù)據(jù)進行處理，就需要將四個通道的數(shù)據(jù)分離開，并分別進行保存。利用 Queue 技術(shù)，可以將一個有序的的消息 (或者數(shù)據(jù) )從一個應(yīng)用程序中傳遞到另一個與之相獨立的并行運行的應(yīng)用程序中。由朗伯一比 爾定律可知，氣體的吸收率和氣體濃度呈線性關(guān)系，通過往氣體池內(nèi)通入標準的不同濃度的待測氣體，對紅外光的吸收不同，紅外傳感器的信號也就不同。這里用到的是線性擬臺，擬合程序前面板如圖 46，擬合程序圖如圖 47 所示。由于采集來的數(shù)據(jù)為原始的電壓幅值數(shù)據(jù)，所以要對其進行標定，標定后的數(shù)值才是尾氣中相應(yīng)氣體組分的濃度值。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 圖 49 汽車尾氣檢測系統(tǒng)顯示界面 Figure 49 the display interface automobile exhaust testing system 本章小結(jié) 該系統(tǒng)的軟件設(shè)計是基于 LabVIEW 軟件開發(fā)平臺的， LabVIEW 是眾多虛擬儀器技術(shù)中的一種開發(fā)環(huán)境，具有自己的特點。 基于 虛擬儀器的 汽車尾氣檢測系統(tǒng) 385 總結(jié)與展望 本文主要研究的內(nèi)容是基于虛擬儀器技術(shù)的汽車尾氣檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要功能是檢測汽車排放氣體中的一氧化碳（ CO）、二氧化碳（ CO2）和碳氫化合物（ HC）有害氣體的濃度。 考慮到裝置的實際應(yīng)用忽然更新，在將來的完善中，仍有很多待改進的地方： 1） 考慮到實際的應(yīng)用環(huán)境的差異和環(huán)境因素的影響，如大氣壓力的影響溫度的