船舶尾气嗅探仪的制作方法

本实用新型涉及船舶尾气监测技术领域，特别涉及一种船舶尾气嗅探仪。

背景技术：

在机动车尾气控制力度不断加大且成效显著的当下，船舶尾气这一大气污染控制的盲点日益突显，而船舶尾气排放控制的呼声则日益高涨。然而，上船难以及在船舶烟囱上开孔监测难是船舶尾气之所以是监管盲点的重要原因，也是加强船舶尾气排放控制必须要解决的难题。

目前国际上主流的办法是在船舶下风向监测经过扩散稀释后的尾气，基于污染物和二氧化碳稀释比例不变的事实，以二氧化碳浓度为分母反推烟囱内的尾气浓度。然而，这种方法的科学依据是：由于燃油内的主要元素碳和氢燃烧后基本生成二氧化碳和水蒸气，充斥着整个烟囱内，而污染物只占极小部分，因此烟囱内的二氧化碳浓度比较稳定。然而，由于船舶尾气监测工作需要户外24小时连续监测，因此依靠检测人员人力进行监测不仅劳动强度大，成本也过高。

因此有必要开发一种能够解决目前存在的数据远程传输、尾气自动识别、船舶自动锁定等问题，且实现无人值守的户外24小时连续监测的能力的船舶尾气嗅探仪。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种无需登船且无人值守即可实现户外连续船舶尾气监测的船舶尾气嗅探仪。

为此，本实用新型技术方案如下：

一种船舶尾气嗅探仪，包括尾气采集装置、尾气分析装置、被测船舶识别装置、工控机和网络传输装置；其中，

尾气采集装置包括设置在机柜内的进气柱和与进气柱底端连接的抽气泵，在进气柱的侧壁还上设有至少两条支管；

尾气分析装置包括设置在机柜内的二氧化碳分析仪和至少一台气态污染物或颗粒污染物浓度分析仪，二氧化碳分析仪和每台气态污染物或颗粒污染物浓度分析仪的进气管分别与进气柱的支管一一对应连接；

被测船舶识别装置包括具有AIS接收天线的AIS接收器和风速传感器；AIS 接收器设置在机柜内，其AIS接收天线和风速传感器均设置在机柜上方，且设置在互补干扰的位置上；

工控机设置在机柜内，其分别与每台气体浓度分析仪、AIS接收器和风速传感器通过数据传输线连接，用于对每台气体浓度分析仪、AIS接收器和风速传感器输出的数据进行分析和计算；

网络传输装置与工控机连接，用于将经工控机分析和计算得到的数据结果通过网络传输至监控中心。

进一步地，气态污染物或颗粒污染物浓度分析仪包括二氧化硫分析仪、氮氧化物分析仪、臭氧分析仪、空气颗粒物分析仪中至少一种。

进一步地，进气柱上部柱体自机柜顶面开孔沿轴向伸出至机柜外部，且进气柱顶端至机柜顶面的距离不小于30cm。

进一步地，在进气柱顶端上方设置有防雨盖。

进一步地，风速传感器竖直设置且其顶端距离机柜顶面的距离不小于50cm。

进一步地，设置在机柜上方的AIS接收天线顶端至机柜顶面的距离不小于 30cm。

进一步地，机柜内还设置有嵌入式冷暖空调；冷暖空调的室外机设置在机柜底层，且机柜底层的至少一面侧壁上开设有多个散热孔。

进一步地，在机柜内设置有为抽气泵、每台气体浓度分析仪、AIS接收器、风速传感器、工控机和网络传输装置供电的48V电压电源和为嵌入式空调供电的 12V电压电源，在机柜外壁上设置分别用于控制48V电压电源和12V电压电源开闭的控制面板10。

进一步地，在机柜的开孔和接缝处均设置有防水密封橡胶，且在机柜底面的四角处各设置有一个底角。

与现有技术相比，该船舶尾气嗅探仪解决了连续的排放尾气浓度自动监测和不合格尾气排放船舶准确定位的问题，通过尾气采集装置和尾气分析装置对污染物连续采集和分析，被测船舶识别装置和工控机对排放污染超标尾气的船舶进行定位，以及不间断供电供和防水恒温机柜对内部设备的保护，实现了户外24小时连续监测功能，有效节省了人力成本的同时提高了工作效率。

附图说明

图1为本实用新型的船舶尾气嗅探仪的柜体及其内部结构的侧视图；

图2为本实用新型的船舶尾气嗅探仪的柜体内部结构的俯视图；

图3为本实用新型的船舶尾气嗅探仪实现船舶定位的工作原理示意图；

图4为本实用新型的船舶尾气嗅探仪的用于船舶尾气监测的使用状态示意图。

图中，1.机柜，2.二氧化硫分析仪，3.二氧化碳分析仪，4.工控机，5.空调， 6.进气柱，7.4G路由器，8.AIS接收器，9.风速传感器，10.控制面板，10-1.48V 电压电源，10-2.12V电压电源，11.散热孔，12.抽气泵。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。

如图1～2所示，一种适用于对船舶尾气含硫量进行连续监测的船舶尾气嗅探仪，其包括尾气采集装置、尾气分析装置、被测船舶识别装置、工控机4和4G 路由器7；具体地，

尾气采集装置包括竖直设置的进气柱6和设置在机柜1中层的抽气泵12；其中，进气柱6的内径为3cm，其下部设置在机柜1内，上部自机柜1顶部开孔伸出至机柜1外侧，且进气柱6顶端距离机柜1顶面的间隔距离为35cm；抽气泵 12的风机流量为400m³/h，其与进气柱6的底端通过连接管路连接，使抽气泵产生吸力将进气柱顶部周边的空气吸入至进气柱中，并能够从柜体1顶端进入；在进气柱6的侧壁上设有两条用于与尾气分析装置中的气体浓度分析仪连接的支管；

为了使该尾气采集装置同样适用于雨雪天气，在进气柱6顶部还安装有一个防雨盖；具体地，防雨盖包括位于进气柱6顶端上方的直径为100mm的圆形盖体和自盖体边缘向下延伸并固定在进气柱6顶端侧壁上的长度为120mm的支架；

尾气分析装置包括设置在机柜1内的二氧化硫分析仪2和二氧化碳分析仪3；由于二氧化硫分析仪2体积较大，因此，将二氧化硫分析仪2通过固定支架设置并固定在机柜1的上层，二氧化碳分析仪2则通过固定支架设置并固定在机柜1 的中层；两台分析仪的进气管分别与进气柱6的两根支管连接，将抽入进气柱6 的空气样品分别送入二氧化硫分析仪2和二氧化碳分析仪3进行气体浓度检测；

具体地，二氧化硫分析仪2选用Thermo43i型二氧化硫分析仪，其外观尺寸为610mm(L)×480mm(W)×220mm(H)，进气流量为：1.0L/min；二氧化碳分析仪3选用Licor850型二氧化碳分析仪，其外观尺寸为222mm(L)×153mm(W)× 76mm(H)，进气流量为：0.7L/min；

被测船舶识别装置包括具有AIS接收天线的AIS接收器8和风速传感器9；

AIS接收器8通过固定支架设置并固定在机柜1的中层，其AIS接收天线则通过开设在机柜1侧壁上的通孔伸出并设置在位于机柜1上方距离机柜1顶面 50cm处，使AIS接收器8能够通过其外设的AIS接收天线接收船舶广播信号，以确定附近船舶的所在坐标；

风速传感器9竖直设置并固定在位于AIS接收天线对侧的机柜1外壁上，以指示尾气来源方位和扩散速度；风速传感器9顶端距离机柜1顶面50cm处，保证所测位置相对空旷，风场不受机柜1和AIS接收天线的干扰；

具体地，AIS接收器8选用NAR-1000型AIS接收器，其外观尺寸为150mm(L) ×170mm(W)×81mm(H)；风速传感器9选用VaisalaWXT520型风速风向传感器，其传感器端的外观尺寸为115mm(L)×239mm(W)，杆长为1000mm；

工控机4通过固定支架设置并固定在机柜1中层，其采用Intel双核处理器， 2G内存，500GB硬盘，保证数据的采集、分析和计算的处理速度和对全部数据的储存能力；工控机4包括依次连接的数据分析计算模块、存储模块和数据传送模块，工控机4分别与二氧化硫分析仪2、二氧化碳分析仪3、AIS接收器8和风速传感器9通过数据传输线连接，通过依次进行地，由数据分析计算模块接收二氧化硫分析仪2、二氧化碳分析仪3、AIS接收器8和风速传感器9获取的数据、对获取数据进行分析和计算并判断出其监测到的船舶是否存在尾气排放超标的问题，由存储模块对数据分析计算模块接收到的原始数据、经过分析计算的数据以及判断结果进行储存，最后由数据传送模块将存储模块存储的数据与网络传输装置连接进行数据输出；

4G路由器7邻近工控机4设置，并固定在柜体1中层侧壁上，4G路由器7 与工控机4连接，用于将经工控机4采集、分析、计算和判断得到的数据结果均通过4G路由器7传输至指定监控中心，由监控中心作出下一步举措。

在机柜顶1内还设置有嵌入式冷暖空调5，其室内机设置在机柜1中层，室外机设置在机柜1下层；空调5内设有恒温控制器，恒温控制器设置为25℃，以保证当空调5开启后，机柜1内温度始终恒定为25℃，满足各种尾气污染物浓度分析仪等精密仪器对工作环境的苛刻要求。为了满足机柜内空调5的散热要求，机柜1下层的四周侧壁上均开设有多排散热孔11，便于空调5散热同时也可用于排放抽气泵抽入的多余空气；其中，机柜1下层空间的层高为10cm。

在机柜中层还设置有为抽气泵、每台气体浓度分析仪、AIS接收器、风速传感器、工控机和网络传输装置供电的48V电压电源10-1和为嵌入式空调5供电的12V电压电源10-2，在机柜外壁上设置分别用于控制48V电压电源10-1和12V 电压电源10-2开闭的控制面板10，以控制机柜内用电部件的开闭状态。

由于该装置的工作环境为海上监测位置，如狭长航道岸边的灯塔或跨越航道的桥梁某处，因此为了保证其在户外的连续运行，在机柜1的进气柱的开孔处和构成机柜1的组合部件的接缝处均设置有防水密封橡胶以作防水处理；另外，由于在机柜1的侧壁上还开设有用于穿装连接AIS接收天线和风速传感器9的数据传输线的开孔，为保证雨水不会内流和夏季热气在管路中冷凝形成的水滴能从管路流出，该两处的开孔均自外向内斜向向上开设，确保软管有一定程度的倾斜。同时，在机柜底面的四角处各设置有一个高度为10cm的底角以抬高机柜1底面，确保暴雨天气下地面的临时积水不会进入机柜。

如图3和图4所示，该船舶尾气嗅探仪的工作原理如下：

根据对所监测航道和环境进行分析，将该船舶尾气嗅探仪固定在最佳监测位置上，如图4所示，该船舶尾气嗅探仪固定在跨越航道的大桥的桥墩上，即可开始对航道内往来船舶进行实时监测；

工作时，二氧化硫分析仪2对尾气采集装置采集的空气样品进行连续检测并将得到的“时刻-二氧化硫浓度”数据传输至工控机；二氧化碳分析仪3对尾气采集装置采集的空气样品进行连续检测并将得到的“时刻-二氧化碳浓度”数据传输至工控机进行判断，当某时刻T的二氧化碳浓度小于设定阈值时则判断为该空气样品中无船舶尾气，作为背景空气，而当某时刻T的二氧化碳浓度大于设定阈值时则判断为该空气样品中有船舶尾气，此时工控机调出相同时刻T下的“时刻-二氧化硫浓度”数据，判断二氧化硫浓度是否存在排放超标问题；

如图3所示，当监测到有船舶后，工控机同时对待测船舶进行锁定，即通过工控机调出检测出船舶尾气时刻T前3min的平均风速V，平均风向和AIS船舶行驶轨迹，其中，平均风速和平均风向的数据来自风速传感器，AIS船舶行驶轨迹来自AIS接收器8；接着，按照时序依次进行判断以锁定船舶，具体地，将该嗅探仪的设置位置定位原点(X0，Y0)利用平均风向和AIS船舶行驶轨迹确定第 n艘船舶经过上风向时的时刻Tn、位置(Xn，Yn)，进而得到该嗅探仪与该第n 艘船舶之间的距离：再利用平均风速和上述确定的第n艘船舶经过上风向时的时刻Tn、位置(Xn，Yn)得到尾气扩散的距离：V×(T-Tn)；最后比较尾气扩散的距离与该嗅探仪与该第n艘船舶之间的距离之间的偏差值，当偏差值小于设定阈值L时，判断该第n艘船舶为排污超标船，而当偏差值大于设定阈值L时，则判断该第n艘船舶为排污超标船。

上述过程中的所有测定数据、计算数据以及结果数据均首先实时存储在工控机中，再通过4G路由器7传送至监控中心，避免数据传输中途因为网络故障或接收端口故障等问题造成数据损失。