RSD5000汽车尾气遥感监测系统技术方案

RSD5000汽车尾气遥感监测系统技术方案

1.1 工作原理

汽车尾气的遥感监测可以看作是实验室光谱分析技术的延伸，可称之为长光程吸收光谱法。这种技术适合在道路上用于监测正常行驶的汽车排放的污染物浓度，采用非分散红外光和紫外光，由光源直接发射到道路对面的光学反光镜，再反射到检测器中。当在道路上行驶的汽车通过光束时，排放的尾气对光线有吸收作用，透射光的强度发生变化，光强的变化指示出被测气体如一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、二氧化碳（CO2）、烟度（OP）、烟度因子（SF）、二氧化硫（SO2）、氨气（NH3）、水（H2O）的浓度。汽车尾气从排气管排出后，立即扩散到周围环境空气中，并被稀释，其浓度不断变化，这取决于气体的扰动和风向风速等因素。在这种情况下，通过汽车排放到大气中的尾气烟羽直接测量排气管中污染物的排放浓度是不可能的。为此，将CO2作为参比气体，分别用Q CO、Q HC、Q NO、Q NO2、Q SO2、Q NH3、Q H2O表示CO、HC、NO、NO2、SO2、NH3、H2O对CO2浓度的比率，即Q CO=CO/CO2、Q HC=HC/CO2、Q NO=NO/CO2、Q NO2=NO2/CO2、Q SO2=SO2/CO2、Q NH3=NH3/CO2、Q H2O=H2O/CO2对于某一给定的尾气烟羽，Q CO、Q HC、Q NO、Q NO2、Q SO2、Q NH3、Q H2O是基本恒定的，不会因尾气的稀释而变化，因此也不受气流的扰动和风向风速的影响。当汽车驶过遥测仪时，遥感仪器在不到1秒的时间内对其排放的烟羽即时进行数十次检测，尾气浓度从高逐次降低，分析仪随即将测得的CO、HC、NO、NO2、SO2、NH3、H2O浓度对CO2浓度作图，并检查其线性度，由此测出Q CO、Q HC、Q NO、Q NO2、Q SO2、Q NH3、Q H2O。实际监测过程中，遥测仪在汽车经过前的极短时间内，对环境空气中的CO、HC、NO、NO2、SO2、NH3、H2O背景值进行监测，随后在对汽车排放的烟羽监测时自动扣除背景值。因此，在一般情况下前面汽车排放的尾气对后面汽车的遥感监测不会造成影响。

1.2 设备组成

设备组件及通信连接示意图

1.2.1 系统控制单元

系统控制单元（SCU ）包含了电脑控制台、Wi-Fi 通信连接器、GPS 模块和电源分配模块等。系统控制单元通过电源线和通信线分别给光源发射/接受器、速度/加速度探测器和摄像机提供电源和通信连接。系统控制单元具备采集、整合和存储尾气排放数据、车辆速度/加速度数据和车辆牌照捕捉照片的功能。笔记本电脑通过Wi-Fi 和RSD NextGen 软件可与系统控制单元建立远程连接和控制来完成整个遥感尾气排放监测工作。

1.2.2 尾气分析系统-光源发射/接受器

光源发射/接受器（SDM ）包括光源发射器和接受器，光源发出一束红外光和一束紫外光，通过光源反射器反射回来，接受器通过探测反射回来的红外光和紫外光光强衰减来检测汽车排放气体。光源发射/接受器通过采用蓝宝石窗口，使设备能够更好地被密封以防止外界环境对内部光学和电子元件的造成影响。蓝宝石窗口容易清洗且不易被刮伤。在封闭的仪器内部具备了用于自动校正的气室，以此可以省去麻烦的气瓶标定并且可以在汽车正常通行的状态下进行标定。安装在光源发射/接受器内部的气阀是为了审核系统。

光源发射/接受器

光源反射器

系统控制单元

速度/加速度探测器

摄像机

电脑

Wi-Fi

1.2.3 尾气分析系统-光源反射器

光源反射器（CMM）包括了两面互成90 度的固定反射镜直角反射镜用于将来自光源的红外光/紫外光光束平行反射至接受器。在反射镜前面增加两个蓝宝石窗口，可以方便清洗及延长反射镜的寿命。

1.2.4 速度/加速度探测器

可见激光单元为一个635nm4.2mwClassIIIa的激光。速度测量值为两束激光束被通过车辆的前轮和后轮分别遮挡时的时间差计算后的结果。加速度值的测量值为前轮遮挡时间差和后轮遮挡时间差的差别计算后的结果。速度/加速度探测器采用了以太网通信技术，测量数据可以直接传输至笔记本电脑。基于这个功能，操作人员可以快速检测车辆行驶状态，以确认合适的测试点。速度/加速度探测器和RSD5000其他一些部件配合将为操作人员决定选点是否能够获得更精确有效的尾气排放读数提供有效参考。

1.2.5 摄像机

高速摄像机用于拍摄一张车尾的JPG格式照片。通过RSD NextGen软件可以控制视场、倾斜角、焦距，并且根据全天光强度的变化自动进行补偿。

1.3 技术规格

1.3.1 环境条件

工作温度：-7~49℃

储存温度：-30~60℃

工作湿度：0~95%（无冷凝）

工作海拔：-300~3000米

道路宽度：4.6~9.0米

1.3.2 电源要求

48VDC（36~56VDC）

1.3.3 尾气分析系统测量精度

静态背景条件和尾气中CO2成份的均值大于20%-cm：

CO读数的±10%或浓度值±0.1%，取较大值

C3H8读数的±10%或浓度值±100ppm，取较大值

NO读数的±10%或浓度值±150ppm，取较大值

SF烟度因子读数的±10%或±0.05，取较大值（单位为每100克燃油中柴油颗粒的克重）Opacity不透光度读数的±5%或±0.5%，取较大值

静态背景条件和尾气中CO2成份的均值小于20%-cm：

CO读数的±15%或浓度值±0.15%，取较大值

C3H8读数的±15%或浓度值±150ppm，取较大值

NO读数的±15%或浓度值±225ppm，取较大值

SF烟度因子读数的±15%或±0.1，取较大值（单位为每100克燃油中柴油颗粒的克重）Opacity不透光度读数的±7.5%或±0.75%，取较大值

1.3.4 速度/加速度探测器测量精度

速度：±1mph

加速度：±0.5mph/s（mph为英里/小时）

1.3.5 摄像机

高变焦比自动对焦镜头：18x光学变焦及12x数字变焦

低照度下优越的性能：最低照度1Lux

大范围方向调整：60度到50度倾斜