【正文】 圖 310 CO信號調(diào)理電路 Figure 310 CO signal conditioning circuit 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)采集卡通常都是插卡式結(jié)構(gòu)，一般采用計算機本身的 PCI 總線或 ISA總線。 A／ D 的性能和參數(shù)直接影響著模擬輸入的質(zhì)量，要根據(jù)實際需要的精度來選擇合適的 A／ D。路數(shù)要能同控制對象配合，而且需 要的電流要小于采集卡所能提供的驅(qū)動電流。計數(shù)器最重要的參數(shù)是分辨率和時鐘頻率，高分辨率意味青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 著計數(shù)器可以計更多的數(shù)，時鐘頻率決定了計數(shù)的快慢，頻率越高，計數(shù)速度就越快。 信號類型及測量方式 根據(jù)信號的參考情況，一個電壓源可以分為兩類：接地信號、浮地信號。 按測量方式分類可以分為以下兩大類測試系統(tǒng)： 1)差分測試系統(tǒng) (DIFF)： 在差分測試系統(tǒng)中信號的正負極分別接入兩個通道，所有輸入信號各自有自己的參考點。 B．非參考單端 (NRSE) 可避免接地回路干擾。根據(jù)傳感器的輸出特性設(shè)計了信號調(diào)理電路。 美國國家儀器主要產(chǎn)品 定位于測試與測量 （ T＆ M）， 這使他們很好的洞察到了 LabVIEW 的發(fā)展。 虛擬儀器的特點 1）更快的發(fā)展 虛擬儀器通過加快發(fā)展了對傳統(tǒng)的編程提升了 4 至 10 倍！使用模塊化和層次結(jié)構(gòu)的虛擬儀器，可以原型，設(shè)計，并且在一個短時間內(nèi)修改系統(tǒng)。虛擬儀器用于快速創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)的測量和 Web 發(fā)布和遠程數(shù)據(jù)共享最新的科技集成的自動化系統(tǒng)。同樣，只有當(dāng)對象的功能完成以后，對象輸出才有效。 4） 數(shù)據(jù)流程設(shè)計 LabVIEW 采用一種精巧的數(shù)據(jù)流程序設(shè)計模式，程序中的執(zhí)行順序由各方塊中的數(shù)據(jù)流決定，因此，可以把用戶從文本式語言的線性化方式構(gòu)建程序的辦法中解放出來。為實現(xiàn)測試系統(tǒng)軟件的可擴展和易維護性，需要在系統(tǒng)軟件的設(shè)計階段仔細地進行軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。這個軟件提供了虛擬儀器軟件和硬件之間的連通性以用于測量和控制。配合 Express VI，通過 DAQ Assistant 可以很快搭建一個專業(yè)的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。 LabVIEW 提供了索引數(shù)組的控件，可以二維數(shù)組的數(shù)據(jù)按行分離開，保存成四個二維的數(shù)組，然后分別對單個通道的數(shù)據(jù)進行處理。利用不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣氣來對吸收曲線進行定標(biāo)，通過增加標(biāo)定的點數(shù)來提高吸收曲線的精度 【 22】 。標(biāo)定公式為擬合后直線公式的反函數(shù)即： 5850 ??? xy 同理其他的氣體組分的標(biāo)定公式也由這種方法來完成。主要研究目的是通過檢測這些有害氣體的濃度，控制汽車尾氣中有害氣體的排放，使其控制在被允許的限定值內(nèi)，已達到保護生態(tài)環(huán)境和自然生態(tài)平衡的目的。 。至此 檢測系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件設(shè)計已完成。 基于 虛擬儀器的 汽車尾氣檢測系統(tǒng) 36 3）尾氣檢測顯示模塊的設(shè)計 尾氣檢測顯示模塊主要用來顯示由數(shù)據(jù)采集卡送 來并存儲在緩存中的離散的數(shù)據(jù)。 2)標(biāo)定模塊設(shè)計 該檢測系統(tǒng)在正式進行檢測實驗之前要進行標(biāo)定，該系統(tǒng)標(biāo)定是否準(zhǔn)確關(guān)系到整個系統(tǒng)最后得到的結(jié)果的準(zhǔn)確性。 圖 41 DAQ助手界面 Figure 41 DAQ Assistant interface 基于 虛擬儀器的 汽車尾氣檢測系統(tǒng) 30 圖 42物理通道的選擇界面 Figure 42 Physical channel selection interface 圖 43模擬輸入設(shè)置界面 Figure 43 Setting the analog input interface 通過 PCI6221 采集卡直接采集到的是四個通道的數(shù)據(jù)，在波形圖上顯示是四條曲線，在數(shù)組中存儲是個四行的二維數(shù)組，列數(shù)和采樣點數(shù)一致。NI 測量＆自動化瀏覽器 (MAX)和 DAQAssistant(DAQ 助手 )是 NIDAQmx 測量服務(wù)軟件體現(xiàn)它無限價值的其中兩個例子 【 21】 。 NI 提供 了一些測量服務(wù)軟件，可以把測量服務(wù)軟件看做 I／ O 驅(qū)動軟件層，然而它不僅僅是一個驅(qū)動。美國 NI 公司提出的“軟件就是儀器”的口號，已為學(xué)術(shù)界和工程界所接受。 3)構(gòu)建流程圖 對虛擬儀器進行程序設(shè)計，不必擔(dān)心很多傳統(tǒng)程序設(shè)計所需的語法細節(jié)就可自己構(gòu)建流程圖。利用虛擬儀器在整個組織您可以節(jié)省時間和金錢的共享信息和軟件。您甚至可以創(chuàng)建共享的庫或從其他編程語言中調(diào)用虛擬儀器代碼的 dll。虛擬儀器包含強大的內(nèi)置度量分析和一個圖形的編輯器實現(xiàn)最佳性能。 它的圖形特性使它非常適合 測試與測量（ T＆ M），自動化，儀器控制，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。接線端子和電纜如圖 313 所示。 單端測試系統(tǒng)分為參考單端測試系統(tǒng)和非參考單端測試系統(tǒng)。如果使用 DAQ 板做信號源， 它輸出的也是浮動信號。 一般說來，數(shù)據(jù)采集卡都有自己的驅(qū)動程序，該程序控制采集卡的硬件操作，當(dāng)然這個驅(qū)動程序是由采集卡的供應(yīng)商提供，用戶一般無須通過低層才能與采集卡硬件打交道。計數(shù)器包括三個重要信號：門限信號、計數(shù)信號、輸出。 數(shù)字 I/O 通常用來控制過程、產(chǎn)生測試信號、與外設(shè)通信等。模擬輸入是采集最基本的功能。 至此，紅外傳感器的信號調(diào)理電路設(shè)計完畢，較好的完成了信號的放大、濾波等功能。 圖 38二階有源低通濾波器 Figure 38 secondorder active lowpass filter 從圖 38，可以看出，電路上僅當(dāng)把電阻和電容交換位置，即用電阻 取代高通濾波電路中的電容，用電容取代高通濾波中電阻，高通濾波電路就轉(zhuǎn)換成了低通濾波電路。這四路信號的調(diào)理電路相似，不同之處在與放大系數(shù)稍有不同，本系統(tǒng)僅 以 CO 信號的調(diào)理電路為例進行分析。 放大部分的放大器包括通用集成運算放大器、儀用放大器、程控增益放大器、隔離放大器。每個熱電堆芯片都有 的感應(yīng)區(qū)來接收紅外輻射。傳感器能轉(zhuǎn)換信息存在的能量形式，通常是將其它能量形式轉(zhuǎn)換成電量形式，以便進一步加工處理，傳感器的輸出往往總是電信號。 第 3 節(jié)介紹了國家法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)下的排放檢測方法，包括怠速法、雙怠速法和簡易工況法的測試要求和流程。按照排放取樣部位的不同有缸內(nèi)測量和排氣管測量兩類。檢測時如果第一種狀態(tài)達標(biāo)，第二種狀態(tài)可免試，兩種狀態(tài)檢測時間共為 6 分鐘，如圖 24 所示。 根據(jù)法規(guī)要求，雙怠速測量的具體檢測流程是： 1．高怠速測量廢氣： 發(fā)動機從怠速狀態(tài)加速至 70％額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn) 30s 后，用油門踏板將發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制在 50％額定功率轉(zhuǎn)速或制造廠技術(shù)文件中規(guī)定的高怠速轉(zhuǎn)速。 2． 3． 1 怠速法 怠速法是機動車空擋靜止在怠速下測試其排放尾氣的各種成分，結(jié)果均是濃度值。此類儀器可以連續(xù)長時間工作，但是配套價格昂貴。經(jīng)試驗其輸出的電壓信號與環(huán)境壓力之間的關(guān)系是線性的，以在儀器氣路設(shè)計時，要盡量將氧傳感器安裝在儀器的出氣口，使該處的氣體壓力與環(huán)境大氣的壓力盡量接近以得到穩(wěn)定可靠的輸出結(jié)果。根據(jù)通入氣體前后的幅值變化，可以得到尾氣各組分含量的檢測結(jié)果。 基于 虛擬儀器的 汽車尾氣檢測系統(tǒng) 8 表 21不同氣體的特征波長和吸收系數(shù) Table 21 the characteristics of different gases wavelength and absorption coefficient 氣體種類 CO CO2 CH4 C6H14 NO 特征波長（ μ m） 吸收系數(shù) K 110 60 90 不分光紅外分析儀，可測量 CO、 CO CH C6H1 NO 等多種氣體成分，當(dāng)然測量時需在檢測室內(nèi)充入相應(yīng)的氣體。 用不分光紅外分析 (NDIR) NDIR 是英文 Non． Dispersive Infrared Analyzer 的簡稱，是目前測定 CO 的最好的方法。汽車排放污染物中， HC 的 20％～ 25％來自曲軸箱竄氣， 20％來自化油器和燃油箱中的蒸發(fā)，其余則由發(fā)動機排氣管排出。 本章小結(jié) 本章首先回顧了汽車紅外分析檢測技術(shù)的目的和意義，介紹了其在國內(nèi)外發(fā)展的研究和發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了汽車尾氣檢測的必要性。通過紅外吸收光譜的理論和氣體的紅外吸收光譜分析，根據(jù) CO、 CO2 和 HC 的吸收差異確定 CO、 CO2 和 HC 的特征吸收峰。本課題僅討論研究三氣分析儀。同時，人們對汽車尾氣排放造成的環(huán)境污染日益重視，按照環(huán)保法規(guī)要求，汽車必須定期進行尾氣檢測。它們都具有小型化，交直流兩用供電，可多參數(shù)測量，數(shù)據(jù)精確等優(yōu)點。有代表性的產(chǎn)品是 Kent公司生產(chǎn)的 IR500 型紅外氣體分析儀。常用的氣體分析方法有：電化學(xué)法；電氣法，如熱導(dǎo)式和半導(dǎo)體式；色譜法 (層析法 )：光學(xué)吸收法 (紅外吸收法和紫外吸收法 )等。 為貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護法》和《中華人民共和國大氣污染防治法》，控制發(fā)動機排氣污染物對環(huán)境的污染，以及配合當(dāng)前我國機動車行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和企業(yè)認證，國家要求各機動車生產(chǎn)企業(yè)必須加強對發(fā)動機污染物排放量的檢測和控制。為此，如何應(yīng)用汽車新技術(shù)降低機動車排放尾氣污染，正成為科研工作者、汽車生產(chǎn)商、政府有關(guān)管理部門的重 要工作。 CO 的容許限度規(guī)定為 8h 內(nèi) 100ppm。據(jù)調(diào)查全國五分之一的大城市由于汽車尾 氣排放，空氣污染嚴(yán)重。 中國人口眾多，能源和土地資源相對短缺，如此汽車保有量，已經(jīng)對能源供應(yīng)、環(huán)境保護、交通通暢和城市秩序帶來巨大壓力。因此，肺里的血紅蛋白不與氧結(jié)合而與 CO 結(jié)合，致使人體缺氧，引起頭痛、頭暈、嘔吐等中毒癥狀，嚴(yán)重時造成死亡。人們期待著可以更加自由地享受經(jīng)濟發(fā)展帶來的舒適便利的生活，而又不被空氣污染所困擾。 如何保證抽測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，政府出臺了各種政策、法規(guī)和辦法，其中各級環(huán)境監(jiān)測部門所進行的尾氣抽測工作充分利用抽測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析、整理、匯總、統(tǒng)計，找出規(guī)律，為汽車尾氣防治管理工作提供科學(xué)依據(jù)，是一項非常有意義的工作。它推動了汽車工業(yè)的革命：同時帶動了燃料、凈化技術(shù)及監(jiān)測儀器等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。最初的產(chǎn)品采用光譜響應(yīng)寬的半導(dǎo)體紅外探測器和有許多不同波長濾光片的切光輪結(jié)合，設(shè)計成時間多光束系統(tǒng)。瑞典汽車故障診斷設(shè)備公司生產(chǎn)的 “ MULTI— GAS—PRO”五氣分析儀，英國凱恩梅公司生產(chǎn)的 AUTO 系列二氣，四氣及五氣分析基于 虛擬儀器的 汽車尾氣檢測系統(tǒng) 4 儀，美國 OTC 公司生產(chǎn)的五氣分析儀等。尾氣分析儀為診斷維修結(jié)構(gòu)復(fù)雜的現(xiàn)代汽車帶來了極大的便利，很多維修企業(yè)都開始引進尾氣分析儀，以適應(yīng)現(xiàn)代汽車維修的需要。因為一般情況下三氣分析儀就能滿足基本的檢測檢測需求，所以我們通常用選用三氣檢測分析儀。通過對檢測方法的分析比較最終確定采用非分光紅外檢測技術(shù)，并根據(jù)該技術(shù)進行了理論分析。按模塊功能 設(shè)計軟件包括：數(shù)據(jù)采集模塊，系統(tǒng)標(biāo)定模塊和各氣體組分濃度的顯示界面。 2. HC 汽車尾氣中的 HC 是多種碳氫化合物的總稱，是發(fā)動機未燃盡的燃料分解或供油系中燃料的蒸發(fā)所產(chǎn)生的氣體。根據(jù)不同的原理，就相應(yīng)有不同結(jié)構(gòu)的傳感器，分別適合測試不同氣體成分。 汽車尾氣中不同氣體的特征波長和吸收系數(shù)見表 21。氣體的濃度越高，波形幅值越小，反之越大。在實際應(yīng)用中由于氧傳感器的電信號受氣體擴散率的影響，外界壓力的變化會引起氧氣分壓的改變，輸出電壓號也會隨之變化。 2． 2． 3 其它方法 氫火焰離子化法用于 HC 的測量，它的輸出與碳原子數(shù)成良好線性關(guān)系，具有測試精度高、反應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、易維護的優(yōu)點，多用于高精度測量試驗。國家 相關(guān)法規(guī)中有如下排放檢測方法 【 8】 。雖然不能完全反映機動車的實際運行狀況，但其操作簡單、快捷和費用低廉而被廣泛應(yīng)用 【 10】 。5024 指的是對汽車按照發(fā)動機儲備功率的 50％進行加載，速度為 24km／ h，檢測 90 秒； 2540 指的是對汽車按照發(fā)動機儲備功率的 25％進行加載，速度為 40km／ h，檢測 90 秒。 直接測量是基于快速排放取樣技術(shù)和高采樣頻率的分析儀器。重點闡述了不分光紅外吸收法和電化學(xué)方法，同時介紹了國內(nèi)外其它的研究方法。它作為信息獲取的工具和手段，在測量控制型智能儀器中占據(jù)了極其重要的地位。它是在一個 TO5 封裝的探測室內(nèi)使用了 4 個熱電堆， 4 個熱電堆探測器規(guī)則的排列在 TPS4339 圓形外殼中心點周圍， 4