本公开涉及防治大气污染的环保行业与分子、原子的光谱吸收的监测技术领域，尤其涉及一种尾气检测装置及其方法。
背景技术：
随着工业发展，大气污染程度日益加深，空气环境质量日益下降，对人类居住及生存环境构成了巨大威胁，其中机动车尾气的排放作为主要污染物来源已成为不可忽视的问题。这其中部分高排放车辆的污染最为严重。
在机动车尾气检测中，尾气污染物吸收光谱的捕获与反演浓度的准确性测量是该领域的最大技术难点。现有的测量设备多是单光程或双光程检测，检测维持在二维层面，实际烟团的捕获率低，并且对风向的要求很严格，车速的适用范围小，只能满足20～30km/h以下的车速测量，测量污染物浓度不确定性大，对外界干扰因素反馈敏感等问题，都成为限制现有测量设备精度的技术问题。
因此，为能够保证在测量的复杂环境中，最大程度捕捉到机动车排放尾气的数据，以使数据更加真实，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种尾气检测装置及其方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种尾气检测装置，包括：矩阵反射板，矩阵反射板成对且平行相对设置；每个阵列反射板上的布点数量为q；每个阵列反射板上的布点形式为w*r，其中w为列数量，r为行数量；直角反射镜，直角反射镜在矩阵反射板的布点上设置；直角反射镜数量为q’，直角反射镜的布设形式为m*n，其中m为列数量，n为行数量；q≥q’，w≥m，r≥n；光源发射器，其设置在一矩阵反射板的点(w1，r1)上，光源发射器发射光束通过设置在两矩阵反射板上的直角反射镜反射至(w1，m)，通过旋转该点位设置的直角反射镜改变反射光的出射方向至(w2，rn)，使光束顺次通过w1至wm；光源接收器，其设置在另一矩阵反射板的点(wm，rn)上，光源通过，光源接收器接收通过直角反射镜反射出的光束；控制平台，对光源接收器采集到的通过了机动车尾气烟团的光束数据进行数据分析及计算。
在本公开的一些实施例中，矩阵反射面板上布点数量q的取值范围为9＜q＜100；列数量的取值范围为3＜w＜10，行数量的取值范围为3＜r＜10。
在本公开的一些实施例中，直角反射镜的旋转角度为-90°～90°。
在本公开的一些实施例中，矩阵反射板的面积为s，其中，400cm2＜s＜800cm2；矩阵反射板距地面的高度为h，其中，h＞20cm。
在本公开的一些实施例中，每对矩阵反射板的间距为1，其中1＞30cm。
在本公开的一些实施例中，光源发射器的发射光束为红外光/可见光/紫外光。
在本公开的一些实施例中，控制平台的数据分析计算中包括：
叠加处理，分别采集在等量的时间间隔下，不同时刻的吸收强度，通过等列关系计算气体排放浓度。
在本公开的一些实施例中，对直角反射镜进行镀膜处理。
在本公开的一些实施例中，当检测装置的数据采集间隔为2ms，车速在100km/h的情况下经过，经过矩阵反射板的间距1＞30cm的区间，能在检测范围内捕捉到有效光谱吸收图次数为k，其中k＞2。
根据本公开的一个方面，提供了一种尾气检测方法，包括以下步骤：步骤a：通过摄像头对被检测车辆进行拍照，再通过测速系统对被检测车辆的行驶速度进行检测；步骤b：尾气检测装置读取此时的气象空气站检测到的气象数据；步骤c：开启尾气检测装置，自被检测车辆驶入矩阵反射板上设置的直角反射镜的光学覆盖范围内起，开始记录保存数据，直至被检测车辆驶出矩阵反射板上设置的直角反射镜的光学覆盖范围，停止数据采集；步骤d：控制平台对尾气检测装置采集到的数据进行分析计算，得到各污染排放物的浓度；并与国家及行业标准进行对比，以判断是否符合国家及行业标准。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开尾气检测装置及其方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)由多个直角反射镜构成的镜组结构，多路反射增加至既有竖直平面内反射也有水平平面内反射的复合结构，保证了在较高车速下可获得较高的尾气烟团捕获率。
(2)矩阵反射板成对平行相对设置，在有侧风且风速不大的情况下，能够保证尾气烟团的捕获率，装置能够应对环境干扰因素。
(3)矩阵反射板的设置高度，面积以及两板间的距离等数据，适应机动车制造的国家标准，矩阵反射板构成的反射覆盖面能够有效捕捉尾气烟团，避免因不同车型而产生的漏捕问题，造成测量误差。
(4)对直角反射镜进行镀膜处理，增加反射镜对特定波长的反射率，以实现在多次反射后的剩余光强满足要求，延长装置的使用寿命。
附图说明
图1为本公开实施例尾气检测装置检测汽车尾气的结构示意图。
图2为本公开实施例图1中光束通过直角反射镜的放大光路示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1-光源发射器2-光束
3-直角反射镜4-矩阵反射板
5-被检测车辆6-光源接收器
具体实施方式
本公开提供了一种尾气检测装置及其方法，包括光源发射器、直角反射镜、矩阵反射板、光源接收器和控制平台；在矩阵反射板上进行有序布点并设置多个直角反射镜，开启光源发射器发射光束通过直角反射镜反射至光源接收器，对光源接收器采集到的通过机动车尾气烟团的光束数据进行数据分析及计算。利用多维度多光程光路，在水平方向和垂直方向上的多次反射使得测量光束在空间上形成一个截面为矩形的光场方阵，在此光学覆盖面内机动车可以以较高速度行驶过光束覆盖区，由于光束在空间高度与宽度上都有了大幅度的增加，使得连续捕捉能力提高，检测精确度高。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种尾气检测装置。图1为本公开实施例尾气检测装置检测汽车尾气的结构示意图。如图1所示，本公开包括光源发射器1、直角反射镜3、矩阵反射板4、光源接收器6和控制平台；矩阵反射板4成对且平行相对设置；每个阵列反射板4上的布点数量为q；每个阵列反射板4上的布点形式为w*r，其中w为列数量，r为行数量。直角反射镜3在矩阵反射板4的布点上设置；直角反射镜3数量为q’，直角反射镜3的布设形式为m*n，其中m为列数量，n为行数量；q≥q’，w≥m，r≥n。光源发射器1设置在一矩阵反射板4的点(w1，r1)上，光源发射器1发射光束通过设置在两矩阵反射板4上的直角反射镜3反射至(w1，rn)，通过旋转该点位设置的直角反射镜3改变反射光的出射方向至(w2，rn)，使光束顺次通过1列、2列…m列。光源接收器6设置在另一矩阵反射板4的点(wm，rn)上，光源通过光源接收器6接收通过直角反射镜3反射出的光束。控制平台对光源接收器6采集到的通过了机动车尾气烟团的光束数据进行数据分析及计算。
关于矩阵反射面板4面积的设置，考虑到检测效果和经济效益等问题，建议设置在400cm2＜s＜800cm2范围内，基于同样原因，直角反射镜3在矩阵反射板4上的设置数量也建议控制在9＜p＜100的范围内，相对的列数量的取值范围为3＜w＜10，行数量的取值范围为3＜r＜10。这里直角反射镜3在矩阵发射板4布置数量应综合考虑直角反射镜3射面积以及矩阵反射板4面积等问题。直角反射镜3旋转角度可以为-90°～90°，优选值为±90°。
矩阵反射板4设置高度距地面距离为h，建议设置在h＞20cm的范围内，由于根据数据统计，国内普通轿车车型及小型货运车型的尾气排放管高度基本在距地20cm～35cm之间，根据此前提条件，建议将矩阵反射板4的高度设置为不高与20cm的位置，以能够覆盖所有汽车尾气排放的烟团。基于同样考虑，每对矩阵反射板4的间距建议为1＞30cm的范围内。
叠加处理，分别采集在灯亮的时间间隔下，不同时刻的吸收强度，通过等列关系计算气体排放浓度。以提高尾气烟团的有效捕获率，提高检测精度。
以上设置主要是为使被检测机动车即使在较高速度下通过检测装置，检测装置仍可获得较高的捕获率，以保证检测精度。以一具体检测数据为例：当检测装置的数据采集间隔为2ms，车速在100km/h的情况下经过，经过矩阵反射板4的间距1＞30cm的区间，能在检测范围内捕捉到有效光谱吸收图次数为k，其中k＞2。可见本公开提供的尾气检测装置即使在车速为100km/h的情况下通过检测装置仍可获得较高的捕获率。
在本公开的一个示例性实施例中，还提供了一种尾气检测方法，具体包括以下步骤：步骤a：通过摄像头对被检测车辆进行拍照，再通过测速系统对被检测车辆的行驶速度进行检测；步骤b：尾气检测装置读取此时的气象空气站检测到的气象数据；步骤c：开启尾气检测装置，自被检测车辆驶入矩阵反射板4上设置的直角反射镜3的光学覆盖范围内起，开始记录保存数据，直至被检测车辆驶出矩阵反射板4上设置的直角反射镜3的光学覆盖范围，停止数据采集；步骤d：控制平台对尾气检测装置采集到的数据进行分析计算，得到各污染排放物的浓度；并与国家及行业标准进行对比，以判断是否符合国家及行业标准。
以一具体检测为例作为参考，一辆车体长在4.5m间的普通家用轿车，车尾气管排放高度距地面30cm。当该轿车驶入尾气检测装置时，通过摄像头对被检测车辆进行拍照，再通过测速系统对被检测车辆的行驶速度进行检测。尾气检测装置读取此时的气象空气站检测到的气象数据如温度、湿度、大气压力、风向、风速等参数。开启尾气检测装置，自被检测车辆驶入矩阵反射板4上设置的直角反射镜3的光学覆盖范围内起，开始记录保存数据，直至被检测车辆驶出矩阵反射板4上设置的直角反射镜3的光学覆盖范围，停止数据采集。控制平台对尾气检测装置采集到的数据进行分析计算，得到各污染排放物的浓度；并与国家及行业标准进行对比，以判断是否符合国家及行业标准。
本发明的技术难点在于多个直角反射镜的排列位置和摆放角度，这些问题需要专业光学工作人员出厂前进行具体调试，固定后再在现场使用时只需简单的位置调整。对于光束反射途中的损耗问题，可通过选择大功率光源，以提高光源的发光功率的方法；为直角反射镜3进行镀膜处理，以提高直角反射镜组的反射率；增加零点基准调试；后期平台数据的叠加及数据处理等方法进行解决。其中零点基准调试方法是通过每小时一次的数据整合，通过摄像头监控，计算出某地在无机动车通过可移动机动车尾气空间矩阵遥测监测系统时的平均空气浓度的基准值，通过与有机动车通过时的空气浓度值做减量计算得到的。
至此，本公开一实施例尾气检测装置及其方法介绍完毕。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
直角反射镜3可以被角锥棱镜或者直角反射棱镜替代。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开尾气检测装置及其方法有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供一种尾气检测装置及其方法，利用多维度多光程光路，在水平方向和垂直方向上的多次反射使得测量光束在空间上形成一个截面为矩形的光场方阵，在此光学覆盖面内机动车可以以较高速度行驶过光束覆盖区，由于光束在空间高度与宽度上都有了大幅度的增加，使得连续捕捉能力提高，检测精确度高。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的启示一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本公开也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本公开的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本公开的最佳实施方式。
本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本公开实施例的相关设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。