一种重型车PM快速手持式检测装置及检测方法与流程

本发明涉及车辆pm检测技术领域，更具体的说是涉及一种重型车pm快速手持式检测装置及其检测方法。

背景技术：

随着机动车保有量快速增加，机动车污染已成为我国空气污染的重要来源，部分城市呈现出以机动车尾气污染为主的特点，直接影响人类健康。北京、天津、上海等15个城市大气pm2.5源分析工作结果显示，本地排放源中移动源对pm2.5浓度的贡献范围为13.5％-52.1％；北京市发布的pm2.5来源解析表明，北京市全年pm2.5主要来源中本地排放占三分之二，移动源占比达到45％，其中在京行驶的柴油车贡献最大。按车型分类，重型货车排放的pm明显高于轻型车，其中重型柴油车是主要贡献者；按燃料分类，柴油车排放的pm超过汽车排放总量的90％。只占汽车保有量7.8％的柴油货车却排放了77.8％的pm，所以说重型柴油车的pm污染防治是重中之重。

目前尚未有成熟的pm质量浓度传感器可用于实车测试，故pm传感器无法运用到pm检测仪上，为了实现颗粒物质量浓度的检测，可使用电荷法、震荡天平、激光散射三种方法。震荡天平法成本较高，在使用过程中易受外界干扰，并且震荡天平核心部件需要频繁清洗以保证检测精度，不能实现快速检测；激光散射法能测量的主要颗粒物的直径为>70nm，而重型柴油车新车排放法规要求的粒径检测范围为>23nm，并且国五、国六柴油车主要排放小粒径的颗粒物，故其使用条件受限，不能满足较大的量程，同时其检测稳定性较差，不能满足较小的测量误差。

电荷法测量pm质量浓度是重型车车载排放推荐方法，已有成熟的电荷法传感器供选择，但目前，电荷法测量pm质量浓度的一些装置或设备，仍成本较高，能耗和体积较大，不利于实现轻量化，手持式的要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种重型车pm快速手持式检测装置，该装置检测pm质量浓度响应速度快，能够适应重型车排量大，浓度高的测试环境。

为了实现上述目的，第一方面，本发明采用如下技术方案：

一种重型车pm快速手持式检测装置，包括：

气体采集模块，用于采集重型车的尾气以及用于计量所采集尾气的浓度；

分析模块，用于进行pm数量浓度分析，生成浓度电信号；

信号处理模块，用于接收分析模块发送的浓度电信号；将所述浓度电信号进行转换和放大，并进行处理和运算，生成数量浓度结果和质量浓度结果；

存储模块，用于存储pm数量浓度结果和pm质量浓度结果的测试数据；

人机交互模块，用于输入操作员控制指令、显示测试结果信息以及显示故障信息；

电源模块，用于为所述检测装置的各个模块供电；并配备电池管理系统，对电源模块自身的充放电、老化和剩余寿命进行检测。

在一个实施例中，还包括信息传输模块，用于将所述存储模块中的数据传输至外设。

在一个实施例中，所述信息传输模块包括下述一项或多项：wifi模块、公众移动通信网通信模块、蓝牙模块、近场通信模块。该重型车pm快速手持式检测装置同时具备存储和传输的功能，可以写入和记录大量数据，并且传输方式多样化，符合多种环境条件下的传输要求。

在一个实施例中，所述气体采集模块包括探头、流量计和泵；

所述探头与所述流量计的一端连接，所述探头用于采集重型车的尾气；

所述流量计的另一端与所述泵连接，所述流量计用于计量所述探头所采集尾气的浓度；

所述泵用于提供动力，将尾气从所述流量计的另一端吸入，输入到所述分析模块。

在一个实施例中，所述分析模块由电荷传感器组成；

所述电荷传感器的法拉第杯内依次设有电晕充电器、喷射稀释器和静电计。

第二方面，本发明还提供如下技术方案：

一种重型车pm快速检测方法，使用如上述实施例任一项所述的检测装置，包括：

采集待检测重型车的尾气，并计算所采集尾气的浓度；

根据所述尾气的浓度，生成浓度电信号；

对所述浓度电信号进行预处理，并生成数量浓度结果；

将所述数量浓度结果，输入预设的计算公式；

输出pm质量浓度的检测结果。

在一个实施例中，所述预设的计算公式为：

其中m表示pm质量；n表示pm数量；ρ0＝2g/cm³；d0＝～20nm，表示主要粒子直径；df＝2.3，表示质量迁移率指数；μg表示几何平均直径；σg＝1.7，表示几何标准偏差。

在一个实施例中，所述对所述浓度电信号进行预处理，并生成数量浓度结果，包括：

对所述浓度电信号进行转换和放大；

再进行运算、滤波、分析，生成数量浓度结果。

在一个实施例中，还包括：

判断所述pm质量浓度是否超过预设的pm质量浓度阈值；

当超过所述阈值时，显示超标结果和/或pm质量浓度。

本发明的有益效果是：本发明提供的重型车pm快速手持式检测装置，包括：气体采集模块、分析模块、信号处理模块、存储模块、人机交互模块和电源模块，作为核心部分的分析模块具有实时连续监测，对微粒及超细微粒高灵敏度，无需微粒样本采集及稀释，宽工作温度范围，响应快速，测量值不受流量、压力及温度变化影响。

相比目前进行台架试验或车载测试的测试仪器，该重型车pm快速手持式检测装置，可设计成更加精巧，便携，且方便使用的装置；且该重型车pm快速手持式检测装置响应速度快，能够适应重型车排量大，浓度高的测试环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种重型车pm快速手持式检测装置整体结构模块化示意图；

图2为本发明提供的分析模块中法拉第杯工作流程示意图；

图3为本发明提供的重型车pm快速手持式检测装置的软件流程图；

图4为本发明提供的一种重型车pm快速检测方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1，本发明实施例公开了一种重型车pm快速手持式检测装置，该装置包括：

气体采集模块1，主要由探头，流量计和泵三部分组成，探头用于采集重型车的尾气，流量计用于计量探头所采集尾气的浓度，泵提供动力，将重型车排气吸入检测仪的电荷传感器中。

分析模块2，用于电荷法分析，主要由电荷传感器组成，其中电荷传感器主要进行pm数量浓度分析。工作原理是当正离子被推动通过喷射器喉部时，此处产生的负压用于抽吸含有微粒的样气，喷射泵产生恒定的流量通过传感器，此流量不受废气管中的流量变化影响，故对废气管流量进行不同的气路设计，可以实现较低的取样流量控制，此外预热时间和响应时间可以通过对充电功率与充电率的控制来实现时间的变化。

参照图2所示，电荷传感器的法拉第杯内有电晕充电器，微粒在此法拉第杯内被充电并被传感器内部的喷射稀释器推动。新鲜洁净的空气被铂电晕针产生的大约2千伏高压放电电离，正离子被推动通过喷射器喉部，此处产生的负压用于抽吸含有微粒的样气，喷射泵产生恒定的流量通过传感器，此流量并不受废气管中的流量变化影响。在喷射泵后，紊流混合确保了离子、微粒及微粒表面一定数量离子沉积之间的最佳接触。正自由离子(不沉积在微粒表面)被来自中央电极的正捕集电压从样气中去除，产生的电场推动自由离子向传感器壁聚集，此处仅仅离子化粒子离开传感器。传感器中的静电计用于测量法拉第杯在充电前(进口)与充电后(出口)的电流差，此差额与废气中微粒的质量及数量浓度成比例。

信号处理模块3：分析模块2通过电荷法传感器将得到的浓度电信号传输给信号处理模块3，信号处理模块3对信号进行转换和放大，把信号转化成更适合于进一步传输和处理的信号，再进行运算、滤波、分析，将数量浓度结果输出至存储模块4和液晶显示屏，最后将浓度代入颗粒物质量浓度转换公式得到pm质量浓度，并将结果输出至存储模块4和液晶显示屏。

其中：上述质量浓度转换公式为：

其中m表示pm质量；n表示pm数量；ρ0＝2g/cm³；d0＝～20nm，表示主要粒子直径；df＝2.3，表示质量迁移率指数；μg表示几何平均直径；σg＝1.7，表示几何标准偏差。μg可参照表1所示。

表1几何平均直径分布表

存储模块4，用于存储系统加载、运行所需要的数据，并记录运行过程中的一些必要信息，便于进行日常保养和故障维修，最重要的功能是存储pm质量浓度的测试数据，以便于后期进行数据传输和数据共享。

人机交互模块5，比如包括按钮和液晶显示屏，按钮用于输入操作员控制指令，比如选择排气pm合格的标准；液晶显示屏用于显示测试结果信息，在该重型车pm快速手持式检测装置存在故障时还需要显示故障信息，包括故障类型、故障点位置。

数据传输模块7，包括下述一项或多项：wifi模块、公众移动通信网通信模块、蓝牙模块、近场通信模块。

当需要使用存储模块存储的测试数据时，需要进行数据传输，比如在无网络状态可使用蓝牙模块，在接收数据的设备不具备蓝牙功能时可使用wifi模块、公众移动通信网通信模块或进场通信模块。

比如当使用wifi模块时需要该检测装置与接收数据的外设设备连接同一个无线网。外设设备，比如包括：智能手机、显示屏或其他用于显示、存储数据的设备。

电源模块6，为该检测装置提供电能，保证检测装置正常运作，因为其性能会直接影响整个检测装置的工作稳定性，所以需要配备电池管理系统，对其充放电、老化和剩余寿命进行检测，若出现故障，故障信息会在液晶显示屏上显示。

本发明提供的重型车pm快速手持式检测装置，主要组成部分有气体采集模块，分析模块，信号处理模块，存储模块，人机交互模块，信息传输模块和电源模块，可采用不锈钢材质外壳，做成具有体积小，重量轻，携带方便，操作简单，响应快和快速检测pm等特点。

下面介绍一种重型车pm快速手持式检测装置的软件设计流程：

重型车pm快速手持式检测装置，可以手动选择理想的pm排放标准，当测试得到一辆车的pm总量后，该软件不仅会在液晶显示屏上显示pm数量和质量浓度，还会将数据和选择的排放标准进行对比，若测试数值符合选择的排放标准，则液晶显示屏显示合格，若测试数值超过了选择的排放法规限定的浓度，则液晶显示屏显示不合格，实现流程如图3所示。

首先进行准备工作并对数据进行初始化，接着采集数据并对数据进行处理，并将处理后得到的pm质量浓度输出，同时用户设定浓度标准值，系统软件根据预设标准值与实测浓度数据进行比对，判断实测浓度是否超标，并将判断结果在显示器上进行显示，整个软件流程执行结束。

本实施例中可选择的pm排放标准(即用户预设的浓度标准值)是按照末尾百分数划定的，即对5000辆在用重型车采用车载排放测试的方法测定pm的浓度，将得到的数据按照末位5％、10％、15％、50％、80％分成5个档位，末位5％、10％、15％属于不合格排放，具体的选择应根据当地的环境状况而定，如北京的汽车尾气污染情况比较严重，则应该选择末位15％排放标准，超标的车辆均不允许进入北京，实现环境的治理，像云南、广西等地可适当放宽标准，采用末位5％或者末位10％排放标准；末位50％排放标准属于中等标准，末位80％排放标准属于良好标准。因为5000辆重型车的pm排放数据均存储在存储模块中，也可以进行手动确定末尾百分数排放标准，以适应多变的环境。为了保证排放标准的可靠性，需要3-5年重新对在用重型车进行车载排放测试并更新检测装置存储模块中试验数据。

下面对上述重型车pm快速手持式检测装置的使用过程做具体介绍：在进行pm检测时，首先打开电源，启动抽取新鲜空气和样气的两个泵，样气将通过探头进入法拉第杯并和空气电离出的负离子相结合，其次产生的电流差信号将进入信号处理模块得到pm数量浓度，再将浓度值代入pm质量转换公式即得到pm质量浓度，最后数量和质量浓度数据将存储在存储模块中以备使用，同时液晶显示屏显示数量数值和质量数据，若使用者选择了一个排放标准，液晶显示屏还会显示合格与否，若需要将数据导出，只需进行蓝牙传输或者和检测器连接同一个无线网络即可以操作。

本实施例提供的重型车pm快速手持式检测装置相比目前进行台架试验或车载测试的测试仪器，具有如下优点：

1.设置紧凑、集成度高，因此更加精巧、便携、方便使用；且该重型车手持式检测仪响应速度快，能够适应重型车排量大，浓度高的测试环境。

2.该重型车pm快速手持式检测装置检测方法采用电荷法，该方法具有实时连续监测，对微粒及超细微粒高灵敏度，无需微粒样本采集及稀释，宽工作温度范围，响应快速(最大频率100hz)，测量值不受流量、压力及温度变化影响；分析模块的电荷传感器高度灵活、即插即用，

整个检测装置可采用坚固耐用的不锈钢结构，具有免维护操作等优点，检测过程无论从质量浓度检测、响应时间，还是检测精度、灵敏度等方面均适合适用于对重型柴油pm值的检测，且测量值不受流量、压力及温度变化的影响。

3.该重型车pm快速手持式检测装置同时具备存储和传输的功能，可以写入和记录大量数据，并且传输方式多样化，符合多种环境条件下的传输要求。

4.该重型车pm快速手持式检测装置的电源模块配有电池管理系统，对电池的健康状态可以实时显示，以免影响正常使用，同时电池管理系统会对电池进行充放电管理、均衡管理和热管理，提高电池的使用寿命，同时提高检测器的耐用性。

5.该重型车pm快速手持式检测装置的使用的软件系统具有良好的可选择性，可满足不同地区，不同道路，不同用户对不同在用重型车的测试需求，操作简单，灵活，可以定期更新写入的数据，具有极高的可靠性。

第二方面，本发明还提供如下技术方案：

一种重型车pm快速检测方法，使用如上述实施例任一项所述的检测装置，参照图4所示，包括：

s41、采集待检测重型车的尾气，并计算所采集尾气的浓度；

s42、根据所述尾气的浓度，生成浓度电信号；

s43、对所述浓度电信号进行预处理，并生成数量浓度结果；

s44、将所述数量浓度结果，输入预设的计算公式；

s45、输出pm质量浓度的检测结果。

在一个实施例中，所述预设的计算公式为：

其中m表示pm质量；n表示pm数量；ρ0＝2g/cm³；d0＝～20nm，表示主要粒子直径；df＝2.3，表示质量迁移率指数；μg表示几何平均直径；σg＝1.7，表示几何标准偏差。

在一个实施例中，所述s43步骤对所述浓度电信号进行预处理，并生成数量浓度结果，包括：

对所述浓度电信号进行转换和放大；

再进行运算、滤波、分析，生成数量浓度结果。

在一个实施例中，还包括：

s46、判断所述pm质量浓度是否超过预设的pm质量浓度阈值；当超过所述阈值时，显示超标结果和/或pm质量浓度。

该方法具有实时连续监测，对微粒及超细微粒高灵敏度，无需微粒样本采集及稀释，宽工作温度范围，响应快速，测量值不受流量、压力及温度变化影响等优点。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。