【正文】 單獨(dú)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(dòng)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(jìn)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(dāng) CO 排放濃度較高時(shí)，尾氣中干擾成分對測定值的影響可略去不計(jì)：采用連續(xù)取樣系統(tǒng)，能觀察隨發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)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(qiáng)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(shí)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(dòng) 中偶極矩不發(fā)生變化的氣體，如氧氣 (O2)、氮?dú)?(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(jìn)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(shí)，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(dòng)機(jī)的研究開發(fā)、汽車與摩托車生產(chǎn)一致性認(rèn)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(shí)時(shí)檢測汽車尾氣。空擋靜止?fàn)顟B(tài)是：將發(fā)動(dòng)機(jī)置于無負(fù)載運(yùn)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(dòng)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(jī)動(dòng)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(dòng)機(jī)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(dòng)模擬在路面實(shí)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(shí)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(jī)動(dòng)車為首要污染源，機(jī)動(dòng)車行駛也以非穩(wěn)態(tài)工況為主。有一定的時(shí)間滯后和幅值畸變。穩(wěn)態(tài)工況時(shí)由于受管道流動(dòng)阻力和分析儀器機(jī)理的限制，所測信號與排放參數(shù)的實(shí)際變化規(guī)律有一定的時(shí)間滯后和幅值畸變。為尾氣分析中對空燃比九和發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì) 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(jì) 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(gè)信號放大電路、青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 四個(gè)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(yuǎn)距離傳送等操作。該傳感器可同時(shí)檢測 CO、 CO2和 HC 含量，使用壽命長，還提供一個(gè)基準(zhǔn)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(gè)透射窗和 6 個(gè)金屬引腳，其驅(qū)動(dòng)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(shí)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(yùn)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(diǎn)，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(dá)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(shí)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?yàn)?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(fù)載能力增強(qiáng)，還需連接一個(gè)電壓青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換位模擬量，實(shí)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(shí) 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(shí)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(dòng)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(shí)際上是觸發(fā)信號使計(jì)數(shù)器工作或不工作計(jì)數(shù)信號 也即信號源，它提供了計(jì)數(shù)器操作的時(shí) 間 基準(zhǔn)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(dòng)程序軟件。 NI 公司還提供了一個(gè)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(diǎn)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(jìn)行了設(shè)計(jì)，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(jì) 程序員開發(fā)應(yīng)用軟件，每天的目標(biāo)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(xiàng) 【 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(jì)（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(dòng)化系統(tǒng)。 檢測系統(tǒng)軟件構(gòu)架 LabVIEW 的圖形化程序設(shè)計(jì)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(shí)，一個(gè)對象才開始執(zhí)行。 LabVIEW 設(shè)計(jì)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(shí)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(biāo)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(yùn)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?yàn)闄z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(jì)算機(jī)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(jì) 90 年代首次發(fā)布了傳統(tǒng) NIDAQ 驅(qū)動(dòng)。 DAQ 助手提供了一個(gè)對話框式的向?qū)в糜跍y量任務(wù)的配置、測試和自動(dòng)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(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，就需要將四個(gè)通道的數(shù)據(jù)分離開，并分別進(jìn)行保存。利用 Queue 技術(shù)，可以將一個(gè)有序的的消息 (或者數(shù)據(jù) )從一個(gè)應(yīng)用程序中傳遞到另一個(gè)與之相獨(dú)立的并行運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)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(jì)（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(jì)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(diǎn)。 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?xì)浠衔铮?HC）有害氣體的濃度。 考慮到裝置的實(shí)際應(yīng)用忽然更新，在將來的完善中，仍有很多待改進(jìn)的地方： 1） 考慮到實(shí)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