基于红外光谱的汽车废气排放诊断技术.pdfVIP

第36卷第4期 机械工程学报 V01．36No．4 CHINESE OFMECHANICALENG小砸ER【NG 2000 2000年4月 JOURNAL Apr． 基于红外光谱的汽车废气排放诊断技术* 杨振中 楚书华 李径定 (浙江大学机械与能源工程学院杭州310027) 摘要提出了红外光谱诊断技术用于诊断汽车废气排放物的温度和组分浓度。进而以分子光谱辐射吸收指数宽 带模型为基础，分析研究了火焰温度和组分浓度的红外光谱诊断原理和计算方法，并且进行了试验研究。结果表 明该诊断技术不仅可以同步诊断火焰温度和组分浓度，而且实时性和诊断精度也较好。 叙词：火焰温度组分浓度红外光谱诊断 中图分类号：’Ⅸ16 平面预混合稳定火焰发生器或定容燃烧弹。光学系 O前言 统用来按要求传递辐射信号和滤出所希望的红外辐 射信号。主要有斩光器，红外透镜和红外滤光片，红 汽车废气污染是造成空气污染的主要因素之 外透镜采用JG熔融石英材料制作，红外滤光片采 一。不断降低车辆的排污程度是人们一直追求的目 用窄带通滤光片。红外探测器是用来将红外辐射信 标，对废气排放物的温度和组分浓度的测试也历来 号转变为电压信号的传感器。采用光伏型H妒d％ 受到关注。常规的测试技术实时性较差，而且不能 红外探测器。数据采集、数据处理及输出系统主要 同时对温度和各组分浓度进行测量。内燃机的燃烧 有信号前置放大器、数据采集接口卡、微机及输出设 过程极短，燃烧产物瞬息变化。因此，无论从测量精 备等。其作用是把上述微弱电压信号放大并数值 度还是对燃烧直至排放全过程的实时跟踪监测来 化，对数据处理后输出诊断值。其中数据采集接口 看，均迫切需要研究开发能对燃烧火焰温度和组分 卡是整个数据采集系统的核心部件。图2给出了本 浓度进行同步测量的先进测试手段。以便更准确地 系统采用的数据采集接口卡。该接口板采用mM— 反映燃烧过程的本质，从而改善燃烧及其排放。红 PC总线标准，可以直接插入Pc及其兼容机的机箱 外光谱诊断技术以其较高的测量精度和时空分辨 内使用。其工作原理是：模拟信号由选定的某一通 率、较低的费用等优点，正在为人们所瞩目【1qJ。而 道输入，经高速运放AD381加到采样保持输入端， 已有的以辐射吸收窄带模型为基础的红外光谱诊断 技术，也有只能保证个别组分浓度的诊断精度的不 数据总线，提供给主机处理。视诊断对象不同(比如 足。从我们的研究情况来看，以辐射吸收指数宽带 为稳态火焰和非稳态火焰)A／D转换启动方式有两 模型为基础的红外光谱诊断技术，不仅可以同步诊 种：一是软件触发启动方式，另一种为外部脉冲触发 断燃烧火焰温度和组分浓度，而且可以对燃烧过程 启动方式。A／D转换数据的传送方式采用DMA传 的中间产物及排放的有害物进行实时跟踪监测。同 送方式，该方式传送的数据保存在微机内存中，可以 时，它的测试精度也较高。 适应快速燃烧过程诊断的要求。数据采集软件采用 8086汇编语言编写，以提高程序运行速度。采样次 1红外光谱诊断系统 图1给出了对燃烧火焰温度和组分浓度的红外 光谱诊断系统总体示意图。系统的主要部分作用简 述如下：参考辐射源用来产生参考光源。包括黑体 炉和温度控制系统，黑体炉是特制的，采用双螺纹的 sic管。火