船舶尾气自动采集与计量监测系统的制作方法

本发明属于船舶尾气监测，具体是船舶尾气自动采集与计量监测系统。

背景技术：

1、海运是全球公认的大气污染物的主要来源。近年来，随着国际海事贸易的快速发展，越来越多的人开始关心大气污染物对全球的影响，由于船舶尾气排放很容易在大气中长距离传输，从海洋到陆地，甚至从一个大陆向另一个大陆，所以船舶尾气排放会对地方和区域范围内的空气质量产生重大影响。此外，部分船舶排放发生在沿海地区，尾气污染物会直接扩散到大陆，造成影响人类健康和生态系统的环境问题。据欧盟环境署统计，全球船舶每年向大气排放的氮氧化物（nox）约为2500万吨、硫氧化物（sox）约为1500万吨、颗粒物（pm）约为130万吨。因此需要一种船舶尾气自动采集与计量监测系统，检测船舶排放数据。

2、为了解决上述问题，专利公开号cn108548785a公开了船舶尾气在线监测系统，包括设于船舶上的尾气分析设备和设于岸上的尾气监测设备；尾气分析设备包括尾气采集分析仪、光线发射器、光线接收器、温度补偿装置和第一通信装置；尾气监测设备包括信息显示及报警装置、电子海图系统和第二通信装置；电子海图系统和第二通信装置分别连接于信息显示及报警装置；第一通信装置和第二通信装置通过无线通信方式进行数据通信。

3、上述船舶尾气在线监测系统，通过光线发射器和光线接收器利用光谱检测分析尾气成分含量，但尾气排放的烟囱内会逐渐积碳，积碳会影响光线发射器和光线接收器的检测结果，使成分分析不准确，同时船舶使用的燃油多为重油，尾气中颗粒物含量较多，颗粒物同样会对大气产生污染并危害人体健康，对颗粒物含量的检测同样重要。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中光谱检测会受到积碳影响的问题，本发明的目的是提供船舶尾气自动采集与计量监测系统，能够对积碳进行清洁，确保检测的准确性。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：船舶尾气自动采集系统，包括光谱检测箱，光谱检测箱上连通有进气管和排气管，光谱检测箱内设有检测腔，光谱检测箱内固定连接有第一控制器、电源、光束发射器和光束接收器，光束发射器和光束接收器分别位于检测腔两侧，光束发射器和光束接收器与检测腔之间设有玻璃板；

3、进气管连通有第一支路管，排气管连通有第二支路管，进气管和排气管内设有第一气阀，第一支路管和第二支路管设有第二气阀，第一支路管连通有高压储气罐。

4、采用上述方案后实现了以下有益效果：将光谱检测箱安装在船舶的尾气排放口内，尾气会从进气管进入检测腔，检测箱内的光束发射器会发射光束穿过尾气并击打在光束接收器上，根据光谱检测原理，气体分子会对特定波长的光吸收，光束接收器接收光束后，根据吸收光的减弱程度，确定气体的浓度和存在与否，采集尾气中各物质的浓度值。

5、发动机存在不完全燃烧的概率，因此在尾气中会带来积碳，积碳会附着在玻璃板表面，影响光束穿透。此时关闭第一气阀开启第二气阀，使尾气无法进入检测腔内，而高压储气罐会向检测腔释放高压气体，高压气体的流速快，会对积碳进行冲刷，使积碳被带走并从第二支路管排出，减少积碳对光束发射器和光束接收器的影响。使用者能够通过将第二支路管连接收纳容器将积碳收集处理，减少对外界环境的污染。

6、与现有技术相比，通过高压储气罐释放高压气体对检测腔进行清洁，气体能够进入各种角落，清洁效率高，同时相比于机械活动结构清洁，在积碳环境下，机械活动结构极容易发生研磨性磨损从而损坏，且难以将积碳排出光谱检测箱外，气体冲刷更适宜在积碳环境下进行清洁。

7、进一步，高压储气罐用于放出固定物质浓度的校准气体；

8、控制器用于在高压储气罐释放校准气体清理检测腔后，控制光束发射器和光束接收器检测校准气体物质浓度，将检测结果与校准气体的标准浓度进行对比，校准光束发射器和光束接收器的检测浮动值。

9、有益效果：光谱检测容易在老化后发生零值漂移，使检测数据发送整体上浮或下降。高压储气罐在清洁完成后，此时检测腔内环境干净，杂质或杂气的影响很小，光束发射器和光束接收器检测校准气体浓度，由于校准气体的浓度为固定值，因此与检测结果进行对比便能够得知零值漂移量，从而修订光谱检测的零值标准，稳定精度。

10、进一步，检测腔内设有温度传感器。

11、有益效果：尾气通常带有温度，而温度会使气体发生热胀冷缩，影响浓度检测。通过温度传感器，能够检测检测腔内的温度，根据温度值对检测数值进行温度修正，保持检测的准确度。

12、进一步，检测腔顶壁固定连接有第一带电板，检测腔底部固定连接有第二带电板，第一带电板和第二带电板均与电源连接，第二带电板底部设有用于检测颗粒物重量的压敏传感器。

13、有益效果：颗粒物通常带有电荷，而第二带电板和第一带电板之间能够形成电势差，使颗粒物沿电势吸附在第二带电板上，同时通过压敏传感器检测颗粒物的重量增加量进而获取尾气内的颗粒物数量变化趋势。

14、进一步，检测腔底部设有温差发电板，温差发电板的冷端位于远离检测腔的一侧。

15、有益效果：温差发电板能够通过尾气与外界环境的温度差进行发电，为装置提供清洁的电力。

16、进一步，玻璃板底部设有用于驱动玻璃板震动的震动马达，震动马达与玻璃板固定连接。

17、有益效果：震动马达能够驱动玻璃板震动，使玻璃板上的积碳快速脱落。

18、船舶尾气计量监测系统，包括第二控制器和风速检测器；

19、第二控制器用于获取第一控制器获取的尾气内各物质浓度和风速检测器采集的风速数据，计算尾气内各物质浓度×风速数据×单位时间×尾气排放口截面面积得出尾气内各物质在单位时间内的排放量，将各单位时间内的排放量相加，得到总排放量。

20、有益效果：船舶的尾气排放量较大，难以通过存储进行计量。通过风速检测器，采集尾气的流速，根据流量计算公式计算排放的气体的体积。但尾气中的物质含量会随各种情况变化，同样体积的尾气内各物质浓度不同，造成的污染也不同，体积难以表现污染量。通过将光谱检测箱采集的各物质浓度结合排放体积，得到更符合污染评估的总排放量。

21、进一步，第二控制器还用于记录船舶的航速随时间变化信息、船舶燃油型号和船舶载货量，以时间为x轴，绘制分别以尾气内各物质浓度、风速数据和船舶航速为y轴的函数图像，计算在不同船舶燃油型号和船舶载货量下，单位时间内污染物的排放量随船舶航速的函数图像。

22、有益效果：船舶的尾气排放量受各种因素影响，将人为可控的因素变化记录并结合各物质浓度、风速数据和船舶航速的函数图像，获取单位时间内污染物的排放量随船舶航速的函数图像，方便使用者设计更低排放量的船舶航行规划。

技术特征：

1.船舶尾气自动采集系统，其特征在于：包括光谱检测箱，光谱检测箱上连通有进气管和排气管，光谱检测箱内设有检测腔，光谱检测箱内固定连接有第一控制器、电源、光束发射器和光束接收器，光束发射器和光束接收器分别位于检测腔两侧，光束发射器和光束接收器与检测腔之间设有玻璃板；

2.根据权利要求1所述的船舶尾气自动采集系统，其特征在于：高压储气罐用于放出固定物质浓度的校准气体；

3.根据权利要求2所述的船舶尾气自动采集系统，其特征在于：检测腔内设有温度传感器。

4.根据权利要求3所述的船舶尾气自动采集系统，其特征在于：检测腔顶壁固定连接有第一带电板，检测腔底部固定连接有第二带电板，第二带电板底部设有用于检测颗粒物重量的压敏传感器。

5.根据权利要求4所述的船舶尾气自动采集系统，其特征在于：检测腔底部设有温差发电板。

6.根据权利要求5所述的船舶尾气自动采集系统，其特征在于：玻璃板底部设有驱动玻璃板震动的震动马达。

7.船舶尾气计量监测系统，其特征在于：基于权利要求1至权利要求6的船舶尾气自动采集系统的计量监测系统，包括第二控制器和风速检测器；

8.根据权利要求7所述的船舶尾气计量监测系统，其特征在于：第二控制器还用于记录船舶的航速随时间变化信息、船舶燃油型号和船舶载货量，以时间为x轴，绘制分别以尾气内各物质浓度、风速数据和船舶航速为y轴的函数图像，计算在不同船舶燃油型号和船舶载货量下，单位时间内污染物的排放量随船舶航速的函数图像。

技术总结
本发明公开了船舶尾气监测技术领域的船舶尾气自动采集与计量监测系统，包括光谱检测箱，光谱检测箱上连通有进气管和排气管，光谱检测箱内设有检测腔，光谱检测箱内固定连接有第一控制器、光束发射器和光束接收器，光束发射器和光束接收器分别位于检测腔两侧，光束发射器和光束接收器与检测腔之间设有玻璃板；进气管连通有第一支路管，排气管连通有第二支路管，进气管和排气管内设有第一气阀，第一支路管和第二支路管设有第二气阀，第一支路管连通有高压储气罐。采用本发明的技术方案，能够对积碳进行清洁，确保检测的准确性。

技术研发人员：蔡迪韦,訾亮,李宏
受保护的技术使用者：海南中南标质量科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10