【正文】 排放數(shù)據(jù)。 怠速法是我國(guó)早期排放標(biāo)準(zhǔn)中采用的一種方法，相比于雙怠速法、模擬工青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 況法來(lái)說(shuō)，檢測(cè)要求并不嚴(yán)格，國(guó) III 標(biāo)準(zhǔn)等測(cè)試規(guī)程已經(jīng)不采用這 類檢測(cè)方法。氧傳感器的壽命由與氧氣接觸的反應(yīng)量決定，較高的溫度和氧濃度會(huì)增加傳感器的輸出，從而縮短其有效時(shí)間。故在要求高精度 測(cè)量時(shí)，不分光紅外分析儀不能用來(lái)測(cè)量 HC【 7】 。其中約 30％來(lái)自汽 車尾氣。再次，選擇一款數(shù)據(jù)采集卡完成其與計(jì)算機(jī)以及輸入信號(hào)的連接，并在在上為計(jì)算機(jī)中利用 LabVIEW 軟件完成對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的相關(guān)配置。這主要表現(xiàn)為：紅外氣體分析理論的基礎(chǔ)研究不完善、不系統(tǒng) 、不深入：產(chǎn)品受環(huán)境影響比較嚴(yán)重；可靠性差；自動(dòng)他水平低；智能化水平低；某些高性能產(chǎn)品沒有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)等。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)在紅外吸收光譜分析中發(fā)揮了重要作用，不但用來(lái)數(shù)據(jù)處理，記錄分析結(jié)果，通過(guò)求解線性方程對(duì)多組分混合物進(jìn)行定量分析，而且承擔(dān)紅外氣體 分析儀的其它許多自動(dòng)化、多功能的任務(wù)?！皺C(jī)動(dòng)車尾氣紅外檢測(cè)系統(tǒng)的研究”的研究課題正是在此背景下產(chǎn)生的。其中約 30％來(lái)自汽車排氣。青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前言 隨著中國(guó)的經(jīng)濟(jì)迅速增長(zhǎng)，汽車普及率越來(lái)越高，汽車的設(shè)計(jì)開發(fā)、生產(chǎn)、銷售也進(jìn)入了發(fā)展的快車道。 世界工業(yè)化進(jìn)程引起的能源大 量消耗，導(dǎo)致大氣 CO2的劇增。面對(duì)這種現(xiàn)狀，研制出適合我國(guó)國(guó)情的機(jī)動(dòng)車尾氣檢測(cè)系統(tǒng)是加快推行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)快速健康發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一。 80 年代以來(lái)，紅外氣體分析技術(shù)在不斷地完善，對(duì)于一些問(wèn)題，如精確測(cè)量低濃度氣體，提高儀器抗干擾性等，人們正在尋求解決的方法。 盡管如此，我國(guó)紅外汽車尾氣分析儀技術(shù)水平與國(guó)外還存在很大差距。其次，設(shè)計(jì)完成紅外氣體分析儀輸出信號(hào)的調(diào)理電路，包括信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)的放大電路、信號(hào)的抗干擾濾波電路等的設(shè)計(jì)。 世界工業(yè)化進(jìn)程引起的能源大量消耗，導(dǎo)致大氣 CO2的劇增。該分析儀，對(duì)飽和烴敏感，而對(duì)非飽和烴和芳香烴不敏感，因此，其測(cè)量結(jié)果主要反映了飽和烴的含量，而不代表排氣中各種烴類的總含量。正常情況時(shí)可穩(wěn)定地輸出 9mV～ 13mV 的電壓值，在儀器中應(yīng)用的典型的漂移值每年低于 5％，即在 1 個(gè)大氣壓的空氣中，輸出為 12mV 的傳感器在壽命結(jié)束時(shí)的輸出信號(hào)仍大于 10mV。測(cè)量前，先將發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水和潤(rùn)滑油的溫度達(dá)到汽車使用說(shuō)明書所規(guī)定的“熱狀態(tài) ，并按規(guī)定進(jìn)行怠 速調(diào)整，然后將發(fā)動(dòng)機(jī)由怠速工況加速至 倍額定轉(zhuǎn)速下，維持 60 秒后降至怠速狀態(tài)，再將排氣分析儀的取樣探頭插入排氣管中 400mm 并固定，發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速狀態(tài)維持 15 秒后開始讀數(shù)據(jù)，取 30 秒內(nèi)的最高值和最低值，其平均值即為測(cè)量結(jié)果。在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于符號(hào)時(shí)間序列方法的汽油機(jī)瞬態(tài)排放特征分析”中，提出一種瞬態(tài)工況下汽車尾氣排放檢測(cè)的方法。由于采用了虛擬儀器技術(shù)，充分的利用上位機(jī)的硬件資源，以前需要用單片機(jī)、 PLC 等硬件技術(shù)實(shí)現(xiàn)的功能改為在上位機(jī)（ PC 機(jī)）上實(shí)現(xiàn)，可見，虛擬儀器技術(shù)的采用大大簡(jiǎn)化了硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 在每個(gè)熱電堆探測(cè)器前面的入射窗口處可以安裝不同的紅外窄帶濾 光片，作為 CO、 CO2.、 HC 和參考光路的分光。 圖 35 CO信號(hào)放大 3334倍后的輸出波形 Figure 35 CO signal amplification 3334 times the output waveform 用示波器觀察輸出波形，我們 可以得出該波形的頻率約為 2Hz，電位差約為 500mV，由于波形中有較多的毛刺，需要經(jīng)過(guò)具有放大功能的二階高通 有源濾波電 路 ，對(duì)信號(hào)作進(jìn)一步處理。其充分利用 TPC 機(jī)的機(jī)箱、總線、電源及軟件資源，但也受 PC 機(jī)機(jī)箱環(huán)境和計(jì)算機(jī)總線的 限制，存在諸多的不足，如電源功率不足、機(jī)箱內(nèi)噪聲干擾、總線面向計(jì)算機(jī)而非面向儀器、插卡尺寸較小、插槽之 間 無(wú)屏蔽、散熱差等。但加上合適 的數(shù)字信號(hào)調(diào)理設(shè) 備，仍可以用采集卡輸出的低電流的 TTL 電平信號(hào)去監(jiān)控高電壓，大電流的工業(yè)設(shè)備。接地信號(hào)：接地信號(hào)是信號(hào)的～端直接接地的電壓信號(hào)。非參考單端測(cè)試系統(tǒng)用于測(cè)試接地信號(hào)。本章主要是介紹基于虛擬儀器技術(shù)的軟件系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，軟件的實(shí)現(xiàn)是在 LabVIEW 的軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的 【 18】 。虛擬儀器也可以用于插件數(shù)據(jù)采集、信號(hào)調(diào)理、 GPIB、 VXI、PXI、基于計(jì)算機(jī)的儀器、串行協(xié)議、圖像采集和運(yùn)動(dòng)控制的驅(qū)動(dòng)程序。 LabVIEW 軟件是一個(gè)具有多線功能和能夠運(yùn)行多個(gè)虛擬儀器的多任務(wù)系統(tǒng)。直觀的應(yīng)用程序編程接口青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 (API)、儀器驅(qū)動(dòng)、配置工具、快速 I／ O 助手和其他包含在所購(gòu)買的 NI 硬件中的軟件是它的特色。圖 44 為數(shù)據(jù)采青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 集的程序框圖。 相應(yīng)數(shù)據(jù)標(biāo)定與顯示的程序圖如 48 所示。 3） 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，要統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，給環(huán)境治理提供有效的幫助。 圖 46 擬合程序前面板圖 Figure 46 Front panel fitting procedure 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 圖 47 擬合程序圖 Figure 47 Fitting procedure diagram 擬合后的直線公式為： ??? xy 根據(jù)擬合直線計(jì)算的數(shù)據(jù)如表 42 所示 表 42擬合后數(shù)據(jù) Table 42 After fitting the data 濃度 C（ %） Δ U（ V） 0 3 6 9 12 15 同理根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其他氣體組分的擬合直線公式也由此方法來(lái)完成。從中可以自定義通道的名稱，數(shù)據(jù)采集卡輸入信號(hào)的上下限，采集的類型等。 一提到虛擬儀器軟件的組成，大多數(shù)人首先想到的就是應(yīng)用程序?qū)?，就是主要的開發(fā)環(huán)境，往往忽略了與硬件通信的驅(qū)動(dòng)程序。當(dāng)虛擬儀器完成后，就能夠在虛擬儀器工作時(shí)利用前面板去控制整個(gè)系統(tǒng)。用虛擬儀器專業(yè)開發(fā)系統(tǒng)或應(yīng)用程序生成器，可為您的代碼的安全通訊生成獨(dú)立可執(zhí)行文件或 dll。LabVIEW（ 實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程工作臺(tái) ），是一種由美國(guó)國(guó)家儀器公司開發(fā)的圖形化編程語(yǔ)言。當(dāng)輸入信號(hào)符合以下條件時(shí)可以使用單端測(cè)試系統(tǒng)： 高電平信號(hào) (通常大于 1V)； 距離比較短 (通常小于 5 米 )或電纜的屏蔽性能較好，環(huán)境無(wú)噪聲； 所有信號(hào)可以共享一個(gè)公共參考點(diǎn)。 (2)NI DAQ 驅(qū)動(dòng)軟件正確安裝后，請(qǐng)關(guān)閉計(jì)算機(jī)，插入數(shù)據(jù)采集板卡，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，即可自動(dòng)找到板卡并安裝好，完成整個(gè)安裝過(guò)程。應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要選擇的參數(shù)指標(biāo)。電壓跟隨器的輸出幅度及相位和輸入完全相同。 本系統(tǒng)采用的紅外傳感器 產(chǎn)生 CO、 CO2和 HC(特別是 C2H C3H8)信號(hào)．還提供一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)。它是在一個(gè) TO5 封裝的探測(cè)室內(nèi)使用了 4 個(gè)熱電堆， 4 個(gè)熱電堆探測(cè)器規(guī)則的排列在 TPS4339 圓形外殼中心點(diǎn)周圍， 4 個(gè)熱電堆探測(cè)器分別擁有獨(dú)立的紅外窗口。重點(diǎn)闡述了不分光紅外吸收法和電化學(xué)方法，同時(shí)介紹了國(guó)內(nèi)外其它的研究方法。5024 指的是對(duì)汽車按照發(fā)動(dòng)機(jī)儲(chǔ)備功率的 50％進(jìn)行加載，速度為 24km／ h，檢測(cè) 90 秒； 2540 指的是對(duì)汽車按照發(fā)動(dòng)機(jī)儲(chǔ)備功率的 25％進(jìn)行加載，速度為 40km／ h，檢測(cè) 90 秒。國(guó)家 相關(guān)法規(guī)中有如下排放檢測(cè)方法 【 8】 。在實(shí)際應(yīng)用中由于氧傳感器的電信號(hào)受氣體擴(kuò)散率的影響，外界壓力的變化會(huì)引起氧氣分壓的改變，輸出電壓號(hào)也會(huì)隨之變化。 汽車尾氣中不同氣體的特征波長(zhǎng)和吸收系數(shù)見表 21。 2. HC 汽車尾氣中的 HC 是多種碳?xì)浠衔锏目偡Q，是發(fā)動(dòng)機(jī)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。通過(guò)對(duì)檢測(cè)方法的分析比較最終確定采用非分光紅外檢測(cè)技術(shù)，并根據(jù)該技術(shù)進(jìn)行了理論分析。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(lái)了極大的便利，很多維修企業(yè)都開始引進(jìn)尾氣分析儀，以適應(yīng)現(xiàn)代汽車維修的需要。最初的產(chǎn)品采用光譜響應(yīng)寬的半導(dǎo)體紅外探測(cè)器和有許多不同波長(zhǎng)濾光片的切光輪結(jié)合，設(shè)計(jì)成時(shí)間多光束系統(tǒng)。 如何保證抽測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，政府出臺(tái)了各種政策、法規(guī)和辦法，其中各級(jí)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門所進(jìn)行的尾氣抽測(cè)工作充分利用抽測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理、匯總、統(tǒng)計(jì)，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(xiàng)非常有意義的工作。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(shí)造成死亡。據(jù)調(diào)查全國(guó)五分之一的大城市由于汽車尾 氣排放，空氣污染嚴(yán)重。為此，如何應(yīng)用汽車新技術(shù)降低機(jī)動(dòng)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。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。它們都具有小型化，交直流兩用供電，可多參數(shù)測(cè)量，數(shù)據(jù)精確等優(yōu)點(diǎn)。本課題僅討論研究三氣分析儀。 本章小結(jié) 本章首先回顧了汽車紅外分析檢測(cè)技術(shù)的目的和意義，介紹了其在國(guó)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(cè)的必要性。 用不分光紅外分析 (NDIR) NDIR 是英文 Non． Dispersive Infrared Analyzer 的簡(jiǎn)稱，是目前測(cè)定 CO 的最好的方法。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(cè)結(jié)果。此類儀器可以連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作，但是配套價(jià)格昂貴。 根據(jù)法規(guī)要求，雙怠速測(cè)量的具體檢測(cè)流程是： 1．高怠速測(cè)量廢氣： 發(fā)動(dòng)機(jī)從怠速狀態(tài)加速至 70％額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn) 30s 后，用油門踏板將發(fā)動(dòng)機(jī)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。按照排放取樣部位的不同有缸內(nèi)測(cè)量和排氣管測(cè)量?jī)深悺鞲衅髂苻D(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(jìn)一步加工處理，傳感器的輸出往往總是電信號(hào)。 放大部分的放大器包括通用集成運(yùn)算放大器、儀用放大器、程控增益放大器、隔離放大器。 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。模擬輸入是采集最基本的功能。計(jì)數(shù)器包括三個(gè)重要信號(hào)：門限信號(hào)、計(jì)數(shù)信號(hào)、輸出。如果使用 DAQ 板做信號(hào)源， 它輸出的也是浮動(dòng)信號(hào)。接線端子和電纜如圖 313 所示。虛擬儀器包含強(qiáng)大的內(nèi)置度量分析和一個(gè)圖形的編輯器實(shí)現(xiàn)最佳性能。利用虛擬儀器在整個(gè)組織您可以節(jié)省時(shí)間和金錢的共享信息和軟件。美國(guó) NI 公司提出的“軟件就是儀器”的口號(hào)，已為學(xué)術(shù)界和工程界所接受。NI 測(cè)量＆自動(dòng)化瀏覽器 (MAX)和 DAQAssistant(DAQ 助手 )是 NIDAQmx 測(cè)量服務(wù)軟件體現(xiàn)它無(wú)限價(jià)值的其中兩個(gè)例子 【 21】 。 2)標(biāo)定模塊設(shè)計(jì) 該檢測(cè)系統(tǒng)在正式進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn)之前要進(jìn)行標(biāo)定，該系統(tǒng)標(biāo)定是否準(zhǔn)確關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)最后得到的結(jié)果的準(zhǔn)確性。至此 檢測(cè)系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)已完成。主要研究目的是通過(guò)檢測(cè)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(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境和自然生態(tài)平衡的目的。利用不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣氣來(lái)對(duì)吸收曲線進(jìn)行定標(biāo)，通過(guò)增加標(biāo)定的點(diǎn)數(shù)來(lái)提高吸收曲線的精度 【 22】 。配合 Express VI，通過(guò) DAQ Assistant 可以很快搭建一個(gè)專業(yè)的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)軟件的可擴(kuò)展和易維護(hù)性，需要在系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)階段仔細(xì)地進(jìn)行軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同樣，只有當(dāng)對(duì)象的功能完成以后，對(duì)象輸出才有效。 虛擬儀器的特點(diǎn) 1）更快的發(fā)展 虛擬儀器通過(guò)加快發(fā)展了對(duì)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(jì)，并且在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)修改系統(tǒng)。根據(jù)傳感器的輸出特性設(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理電路。 按測(cè)量方式分類可以分為以下兩大類測(cè)試系統(tǒng)： 1)差分測(cè)試系統(tǒng) (DIFF)： 在差分測(cè)試系統(tǒng)中信號(hào)的正負(fù)極分別接入兩個(gè)通道，所有輸入信號(hào)各自有自己的參考點(diǎn)。計(jì)