机动车尾气实时检测系统的制作方法

本发明涉及环境监测技术应用领域，特别涉及一种基于动态稀释法的机动车尾气实时检测系统。

背景技术：

近年来，我国机动车保有量迅速增长，机动车在给人类生活带来便利的同时也对大气环境和人体健康造成重要影响。目前对于机动车尾气检测主要通过机动车台架实验进行，主要关注污染物为co、co2、no、no2、thc和pm等常规污染物。由于台架实验不能完全模拟实际道路行驶过程中的道路坡度信息、风速信息、机动车负载等重要工况参数，所以台架测试不能完全反映出机动车实际道路行驶工况排放。甲醛(hcho)和亚硝酸(hono)是大气自由基重要前体物，而机动车尾气排放是甲醛和亚硝酸的主要一次来源之一。在大气环境中甲醛和二氧化硫反应产生的羟基甲磺酸盐是重要空气污染物来源之一，也是导致灰霾重污染事件发生的原因之一。目前对机动车排放甲醛和亚硝酸特征了解十分欠缺，中国专利(公开号cn103076429a)设计了移动源在线检测与污染物采样系统，该系统实现了对气态污染物和颗粒物的在线检测，但在该系统中无法实现vocs样品的在线检测，只能将vocs样品采集到不锈钢罐或特氟隆袋中再进行离线分析。并且该车载尾气测试系统存在着耗能大，系统操作性差，无法实现实时数据诊断分析等问题。另外，由于机动车尾气排放具有高温高湿的特点，甲醛和亚硝酸为高活性组分，不同于常规污染物组分，更容易在采样管路及前处理过程中造成损失。目前机动车尾气前处理技术无法实现对甲醛和亚硝酸的准确检测，且尚无实时测量机动车尾气实际道路排放甲醛和亚硝酸等关键活性组分的技术与设备。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种机动车尾气实时检测系统，此系统可实现机动车实际道路尾气排放成分的测量，精确检测机动车尾气排放各成分的浓度变化特征，首次实现了实际道路行驶机动车排放甲醛和亚硝酸成分及含量的在线测量。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

机动车尾气实时检测系统，包括机动车尾气流量实时测量子系统、机动车尾气稀释采样子系统和机动车尾气组分测量子系统；

所述机动车尾气流量实时测量子系统加装于机动车尾气管上，测量机动车尾气排气温度和流量，利用机动车排气余热对尾气进行保温处理，减少尾气在内壁的凝结损失；

所述机动车尾气稀释采样子系统连接机动车尾气流量实时测量子系统，用于采集并稀释机动车尾气；

所述机动车尾气组分测量子系统，用于测量稀释后的尾气成分和成分含量。

优选的，所述机动车尾气流量实时测量子系统即尾气质量流量计，包括两个温度传感器、皮托管流量计、压差传感器、采样口；所述机动车尾气质量流量计与机动车尾气管连接，利用机动车排气余热对尾气质量流量计进行保温处理，减少尾气在内壁的凝结损失，在尾气质量流量计的尾气进样口和采样口附近分别安装温度传感器，监控尾气进入采集系统前与尾气排气温度一致，通过皮托管流量计和压差传感器测量尾气流量；所述采样口连接机动车尾气稀释采样子系统。

更进一步的，所述尾气质量流量计内壁为惰性材质，不易吸附污染物，利用机动车排气余热保温防止尾气污染组分冷凝损失。

更进一步的，所述机动车尾气质量流量计通过不锈钢卡箍固定于机动车排气管尾端。

优选的，所述机动车尾气稀释采样子系统为两级稀释结构，第一级稀释结构包括一级稀释器，安装于加热采样管与采样口连接处，在采样口即对尾气进行一级稀释，减少尾气进入稀释系统前的保温能耗和凝结损失；第二级稀释结构包括稀释混合室、加热保温采样管，一级稀释后的尾气在二级稀释混合室进行二级稀释。

更进一步的，所述第二级稀释结构还包括温湿度传感器、两个质量流量计和混合高压空气；混合高压空气瓶向稀释混合室中输入高压零气，尾气在稀释混合室中被高压零气稀释，两个质量流量计分别安装于一级和二稀释结构的零气入口处，实现流量精准控制；温湿度传感器用于监控一级稀释后样气温度和湿度，保证一级稀释后的温湿度可以满足检测仪器需求；所述机动车尾气稀释采样子系统通过二级逐步降温和降湿来模拟尾气排放大气环境中的自然扩散过程，实现污染组分的准确测量，尤其是甲醛和亚硝酸等活性组分的测量。

更进一步的，尾气经一级稀释器稀释后直接进入机动车尾气组分测量子系统进行常规气体检测。

优选的，所述机动车尾气组分测量子系统，包括甲醛测量子系统、亚硝酸测量子系统、常规气态污染物测量子系统(co、co2、thc、no、no2)的至少一种。所述的甲醛实时检测系统和亚硝酸检测系统均采用湿化学和光学相结合检测技术，不受机动车震动对测试的影响，并提高了仪器的检测时间分辨率，实现了气态甲醛与亚硝酸的高效捕集与实时准确测量。

优选的，所述机动车尾气实时检测系统还包括行驶参数与环境气象参数检测子系统，具体包括obd解码器、gps接收器、环境气象参数检测仪、行车记录仪，所述obd解码器用于采集机动车发动机参数；所述gps接收器用于检测车辆实时地理位置信息；所述环境气象参数检测仪安装于车身外侧，用于检测机动车行驶过程中实时大气温度、湿度和大气压信息；所述行车记录仪用于视频记录车辆行驶的路况信息，检测子系统与机动车尾气组分测量子系统数据连接，机动车尾气组分测量子系统根据检测到的行驶参数与环境参数校正尾气成分含量结果。

更进一步的，所述发动机参数、gps信息和行车记录仪用于分析机动车行驶的工况计算，环境气象参数数据用于校正标况下机动车尾气排放质量流量；其中发动机参数包括速度、发动机转速、燃油消耗量、发动机进气量等，gps信息包括实时经纬度和高程信息，环境气象参数包括空气温度、湿度、大气压等。

优选的，所述机动车尾气实时检测系统还包括数据采集和模块控制子系统，具体包括移动设备、嵌入式软件系统、无线传输模块、双电源输入接口、电池组系统；所述移动设备用于操作嵌入式软件并进行检测仪采集信号的可视化；所述嵌入式软件用于对检测仪采集信号的处理和检测仪的功能设置，通过有线或者无线方式对软件系统进行ip访问，软件可实现多用户同时访问，从而实现控制接入软件系统中的各台检测仪器，实现检测仪器统一开启关闭与采样标定操作；所述无线传输模块用于对嵌入式软件与远程服务器之间的通讯。

优选的，所述机动车尾气实时检测系统还包括数据存储分析反馈子系统，具体包括远程服务器、操作显示终端、智能数据处理模块；所述远程服务器用于与数据采集和模块控制系统的嵌入式软件进行远程通讯与数据交换，进行数据的存储与显示终端页面的更新；所述操作显示终端用于对数据的可视化展示与操作；所述智能数据处理模块用于对所上传的数据进行智能算法分析，识别数据的相关性与可靠性。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明首次实现了实际道路行驶机动车排放甲醛和亚硝酸成分和含量的在线测量。

2、本发明能够通过尾气流量计与两级稀释系统对机动车尾气进行实时动态检测与稀释，实现模拟机动车尾气排放到大气中自然混合过程，使污染物待测组分保持原位状态。

3、本发明能够实现甲醛和亚硝酸的高效捕集和快速检测，实现机动车实际道路排放活性组分甲醛和亚硝酸浓度的准确实时测量。

4、本发明中仅对采样管部分进行60℃加热保温处理，整套系统能耗低更有利于实际道路中长时间测量，且各个模块与主机通过航空接口通讯和供电，方便安装和各个模块自由组合使用。

5、本发明的数据采集与主控制系统能够通过串口方式接入不同的检测仪器，即插即用，可热拔插，实现供电与通讯一体化，使用嵌入式软件系统，通过无线移动设备控制仪器状态，显示端无需安装任何软件，使仪器操作更加的便携。

6、本发明行驶参数与环境气象参数检测子系统能够实时获取机动车发动机内部参数、环境气象参数、gps信息，可以用来计算机动车实时运行工况，结合排放数据计算基于实际工况的机动车排放因子。

7、本发明的数据采集和模块控制子系统，将各个模块数据和控制命令通过嵌入式软件系统统一采集和控制，并通过无线传输技术转接到显示端，实现整套系统的便携操作与控制。

8、本发明可通过远程传输，将现场采集数据传输到远程服务器进行后台诊断分析，即时发现测试中的问题并将诊断结果反馈给使用端进行维护。

附图说明

图1为机动车尾气实时检测系统的系统结构示意图。

1-尾气质量流量计：2-皮托管流量计：3-温湿度传感器：4-压差传感器：5-保温采样管：6-两级稀释结构：7-特氟龙采样管：8-尾气组分分析仪(包括甲醛检测仪、亚硝酸检测仪和常规组分气体检测仪)：9-数据采集与模块控制子系统：10-行车记录仪：11-环境气象参数检测仪：12-gps接收器：13-obd解码器：14-220v电源线：15-电池组：16-无线路由器：17-移动设备：18-pc：19-应用服务器。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图详细描述本发明提供的实施例，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种机动车尾气实时检测系统，包括机动车尾气流量实时测量子系统、机动车尾气稀释采样子系统和机动车尾气组分测量子系统、行驶参数与环境气象参数检测子系统、数据采集和模块控制子系统9和数据存储分析反馈子系统。

所述机动车尾气流量实时测量子系统即尾气质量流量计1通过不锈钢卡箍固定于机动车尾气管上，先利用机动车排气余热对尾气进行保温处理，减少尾气在内壁的凝结损失；具体包括两个温度传感器3、皮托管流量计2、压差传感器4、采样口。所述机动车尾气质量流量计与机动车尾气管连接，利用机动车排气余热对尾气质量流量计进行保温处理，减少尾气在内壁的凝结损失，在尾气质量流量计的尾气进样口和采样口附近分别安装温度传感器，监控尾气进入采集系统前与尾气排气温度一致，通过皮托管流量计和压差传感器测量尾气流量；所述采样口连接机动车尾气稀释采样子系统；所述尾气质量流量计内壁为惰性材质，不易吸附污染物。

所述机动车尾气稀释采样子系统为两级稀释结构6，第一级稀释结构包括一级稀释器，安装于加热采样管与采样口连接处，在采样口即对尾气进行一级稀释，减少尾气进入稀释系统前的保温能耗和凝结损失；第二级稀释结构包括稀释混合室、加热保温采样管5，一级稀释后样气经加热保温采样管进入二次稀释混合室进行二级稀释。

所述两级稀释结构还包括温湿度传感器、两个质量流量计和混合高压空气；混合高压空气瓶向稀释混合室中输入高压零气，尾气在稀释混合室中被高压零气稀释，两个质量流量计分别安装于一级稀释器和零气入口处，实现流量精准控制，温湿度传感器用于监控一级稀释后样气温度和湿度，保证一级稀释后的温湿度可以满足检测仪器需求；所述机动车尾气稀释采样子系统通过二级逐步降温和降湿来模拟尾气排放大气环境中的自然扩散过程，实现污染组分的准确测量，尤其是甲醛和亚硝酸等活性组分的测量。本实施例参考专利201910048424.8。

上述机动车尾气稀释采样子系统也可为一级稀释结构，尾气经一级稀释器稀释后直接进入机动车尾气组分测量子系统进行常规气体检测。

所述机动车尾气组分测量子系统，包括甲醛测量子系统、亚硝酸测量子系统、常规气态污染物测量子系统(co、co2、thc、no、no2)。所述的甲醛实时检测系统和亚硝酸检测系统均采用湿化学和光学相结合检测技术，不受机动车震动对测试的影响，并提高了仪器的检测时间分辨率，实现了气态甲醛与亚硝酸的高效捕集与实时准确测量，本发明的甲醛测量检测子系统和亚硝酸测量子系统参考专利201910001239.3。

所述行驶参数与环境气象参数检测子系统具体包括obd解码器13、gps接收器12、环境气象参数检测仪11、行车记录仪10，所述obd解码器用于采集机动车发动机参数；所述gps接收器用于检测车辆实时地理位置信息；所述环境气象参数检测仪安装于车身外侧，用于检测机动车行驶过程中实时大气温度、湿度和大气压信息；所述行车记录仪用于视频记录车辆行驶的路况信息。

所述机动车尾气实时检测系统还包括数据采集和模块控制子系统，具体包括移动设备、嵌入式软件系统、无线传输模块、双电源输入接口、电池组系统。所述移动设备用于操作嵌入式软件并进行检测仪采集信号的可视化；所述嵌入式软件用于对检测仪采集信号的处理和检测仪的功能设置，通过有线或者无线方式对软件系统进行ip访问，软件可实现多用户同时访问，从而实现控制接入软件系统中的各台检测仪器，实现检测仪器统一开启关闭与采样标定操作；所述无线传输模块用于对嵌入式软件与远程服务器之间的通讯。

所述数据存储分析反馈子系统，具体包括远程服务器、操作显示终端、智能数据处理模块。所述远程服务器用于与数据采集和模块控制系统的嵌入式软件进行远程通讯与数据交换，进行数据的存储与显示终端页面的更新。所述操作显示终端用于对数据的可视化展示与操作。所述智能数据处理模块用于对所上传的数据进行智能算法分析，识别数据的相关性与可靠性。。

机动车尾气实时检测系统检测过程如下：

在机动车上连接各系统，由于尾气检测仪8都需预热标定，可以选择使用220v电源14或蓄电池电池组15对系统进行供电，数据采集与模块控制子系统开机会自动识别连接上线的各测试模块，并显示该测试模块状态是否正常，通电后，gps接收器会自动接收地理位置信息，利用差分gps可以达到厘米级别的位置精度，获取速度、经纬度和高程位置信息。同时激活无线路由器16与远程应用服务19器通信进行数据的传输的反馈，同时在远程pc端通过网页进行服务器访问可在网页中的地图上显示车辆的实时位置信息，使用移动设备17或者pc18对数据采集与模块控制系统软件进行访问，对各系统进行标定工作。标定工作完成可开始机动车实际道路测试，实际道路测试需使用电池组供电，由于使用双通道电源输入，220v电源与蓄电池之前切换时不会使系统断电。在进行实际道路测试时，机动车启动会自动激活obd解码器，能够对机动车速度、发动起转速、燃油消耗、发动机进气量等参数进行实时获取。机动车尾气全流经过尾气质量流量计，通过皮托管流量计、温度传感器对尾气进行流量与温湿度进行检测，部分尾气由保温采样管进入稀释系统，使用合成空气对尾气进行两级稀释，混合空气进气量使用质量流量计调节，从而可通过软件调节稀释比，稀释比范围为1:1—1:50，稀释之后的尾气可通过采样总管由特氟龙采样管7进入各尾气分析仪8进行浓度分析。各检测系统可通过软件控制同时开启与关闭，由于尾气检测数据与其他系统数据获取存在时间的差异性，数据采集与模块控制系统可自动校正时间的差异性，同步显示各项检测数据。无线路由器实时对各项检测数据上传到应用服务器，服务器通过不同的路由器识别码对数据进行分类存储，应用服务器对各项检测数据进行相关排放统计分析，对现场测试人员进行反馈。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。