專利名稱：基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車尾氣排放檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車保有量持續(xù)增長，汽車排放的有害廢氣污染已成為我國城市大氣污染的主要來源之一。根據(jù)環(huán)保部門的統(tǒng)計，城市空氣污染中20%的CO2,6(Γ70%的CO，40%的NOx和70%的HC來自于汽車尾氣。例如，北京市和廣州市汽車排放污染物在環(huán)境空氣中的比率，一氧化碳(CO)占80%以上，氮氧化物(NOx)占40%以上。為控制汽車尾氣污染物排放，世界各國和地區(qū)都先后制定了限制汽車廢氣排放的法律法規(guī)。我國自2007年7月開始實施相當(dāng)于歐洲III號法規(guī)的《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國III，IV階段)》排放標(biāo)準(zhǔn)。但是，與發(fā)達(dá)國家相比，我國汽車尾氣的排放現(xiàn)狀依然不 容樂觀汽車排放污染管理起步較晚；重點城市的汽車尾氣造成的污染狀況非常嚴(yán)重；車輛上與排放相關(guān)的組件非常欠缺。為了改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量，削減和控制汽車尾氣的排放污染己經(jīng)刻不容緩。我國現(xiàn)行的汽車尾氣的監(jiān)測方法主要有工況法和怠速法。目前，這兩種方法都主要在汽車生產(chǎn)廠的實驗測試平臺上或者車輛年檢場所中才能完成測試，而對于在行駛過程中的汽車的尾氣排放過程卻無法實現(xiàn)實時監(jiān)測。實際行駛過程中，汽車的尾氣排放不僅取決于汽車本身的構(gòu)造，還取決于汽車所使用的燃料組成、負(fù)載、駕駛方式和交通的擁擠程度等諸多因素。汽車尾氣遙感監(jiān)測技術(shù)是一種先進(jìn)的汽車尾氣監(jiān)測技術(shù)，它能夠在汽車正常行駛情況下對汽車尾氣的瞬時排放實現(xiàn)監(jiān)測，識別排放不達(dá)標(biāo)的污染車輛，為城市汽車尾氣污染的監(jiān)測和控制提供了有效手段，因而有著巨大的社會需求受到廣泛的研究和關(guān)注。傳統(tǒng)的汽車尾氣的遙感監(jiān)測方法主要是對于CO2, CO和HC檢測的非分光紅外法。排放污染物檢測條件多是在怠速條件下，無法反映汽車在行駛條件下的有害尾氣排放的特性和尾氣在空氣中可能形成的光化學(xué)反應(yīng)。現(xiàn)有技術(shù)的汽車尾氣檢測裝置如專利號為CN2440208Y的“一種多怠速機動車尾氣檢測裝置”需要將軟管連接到汽車尾氣管口上才能進(jìn)行尾氣中CO和HC的檢測分析。專利號為CN1412541A的“對汽車尾氣進(jìn)行實時檢測用的紅外激光檢測系統(tǒng)和方法”所使用的是一種非分光紅外分析儀，它沒有光譜分辨率，且檢測的尾氣種類較為單一，只能檢測CO和HC的濃度。從單一的CO和HC濃度的檢測發(fā)展到C0、C02、HC、N0x、NHdP SOx等多種成分的檢測是當(dāng)前汽車尾氣遙感檢測的方向。目前，汽車尾氣遙感檢測技術(shù)在美國、加拿大、澳大利亞、瑞典、巴西、新加坡和印度等許多國家都在積極研制過程中。量子級聯(lián)激光器，開創(chuàng)了利用寬帶隙材料研制中遠(yuǎn)紅外半導(dǎo)體激光器的先河，是半導(dǎo)體激光理論的里程碑，正成為世界各國爭相追蹤的前沿技術(shù)。量子級聯(lián)激光器具有單色性好、量子效率高、溫度穩(wěn)定性好、波長設(shè)計靈活、固有響應(yīng)速度快等優(yōu)點。量子級聯(lián)激光器在氣體檢測方面有著廣闊的應(yīng)用前景，尤其是在低濃度氣體、大氣痕量氣體檢測方面，量子級聯(lián)激光器有著傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器無可比擬的優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于煤礦瓦斯氣體高靈敏度檢測、汽車尾氣和工業(yè)廢氣檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測系統(tǒng)和方法，實現(xiàn)對道路上行駛汽車排放尾氣的遙感檢測。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下
基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測系統(tǒng)，包括任意函數(shù)發(fā)生器、電流脈沖驅(qū)動模塊、量子級聯(lián)激光器、聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡、分光鏡、斬波器、熱釋電傳感器模塊、鍍金直角反射鏡、鎖相放大器、計算機；
任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的電壓信號輸入到電流脈沖驅(qū)動模塊，再由電流脈沖驅(qū)動模塊產(chǎn)生電流脈沖驅(qū)動量子級聯(lián)激光器，量子級聯(lián)激光器在電流脈沖的驅(qū)動下發(fā)射出幅值調(diào)制的中遠(yuǎn)紅外激光，中遠(yuǎn)紅外激光通過聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡準(zhǔn)直平行出射，平行的中遠(yuǎn)紅外激 光經(jīng)過分光鏡分成參考光路和探測光路，參考光路的中遠(yuǎn)紅外激光經(jīng)過斬波器調(diào)制后由參考光路的熱釋電傳感器模塊探測，探測光路的中遠(yuǎn)紅外激光穿過行駛中的汽車尾氣排放區(qū)域由鍍金直角反射鏡反射，反射后的中遠(yuǎn)紅外激光經(jīng)過斬波器、聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡后由探測光路的熱釋電傳感器模塊檢測；探測光路的熱釋電傳感器模塊、參考光路的熱釋電傳感器模塊和任意函數(shù)發(fā)生器的正弦波信號分量分別輸入鎖相放大器內(nèi)做相關(guān)運算，鎖相放大器將結(jié)果輸出到計算機；計算機將參考光路的熱釋電傳感器模塊的相關(guān)運算輸出值和探測光路的熱釋電傳感器模塊的相關(guān)運算輸出值做相減運算，并對計算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和光譜的分析，最終得到汽車尾氣的測量結(jié)果。所述的分光鏡設(shè)置在聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡正前方，且與聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡準(zhǔn)直平行出射的光線成45° ;
所述的任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生三種信號分別是矩形脈沖信號、鋸齒波信號和正弦波信號，在任意函數(shù)發(fā)生器內(nèi)部將這三種電壓信號疊加后輸入電流脈沖驅(qū)動模塊，電流脈沖驅(qū)動模塊通過電壓電流轉(zhuǎn)換后輸出經(jīng)過調(diào)制的電流信號來驅(qū)動量子級聯(lián)激光器，任意函數(shù)發(fā)生器在輸出疊加信號到電流脈沖驅(qū)動模塊的同時將疊加信號中的正弦波信號分量輸入到鎖相放大器進(jìn)行信號的相關(guān)運算，鎖相放大器連接到計算機。所述的熱釋電傳感器模塊包括熱釋電傳感器、電阻、濾波電容；熱釋電傳感器的I腳同時接直流電壓VCC和濾波電容的一端，2腳接電阻的一端，3腳和電阻的另一端同時接地，濾波電容的另一端與鎖相放大器相連接；經(jīng)過濾波電容后的交流信號輸入鎖相放大器，同時鎖相放大器輸出的正弦交流信號驅(qū)動斬波器以一定的頻率轉(zhuǎn)動，鎖相放大器連接到計算機；聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡和斬波器放置在熱釋電傳感器模塊正前方?；诹孔蛹壜?lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測方法，包括如下步驟
步驟(I).鎖相放大器輸出測量得到的原始光譜數(shù)據(jù)給計算機；
步驟(2).根據(jù)任意函數(shù)發(fā)生器中鋸齒波的頻率使用均值濾波函數(shù)的方法去除原始光譜數(shù)據(jù)中的隨機噪聲，具體采用合成信號中鋸齒波信號的周期實現(xiàn)均值濾波，濾波后得到掃頻下的不同波長的光譜數(shù)據(jù)；
步驟(3).濾波后的光譜數(shù)據(jù)首先用福依特(Voigt)線型函數(shù)擬合，擬合函數(shù)所采用的福依特(Voigt)線型函數(shù)由公式(I)描述。Φ^(ν0) = [(^^) + (—)](I)
γΕ ^π π. yc
宜由 β =-- v _」^￡_ .
'、’ (Jc + Ysd) ’ — V'ln 2 ’
YD—高斯線性函數(shù)光譜寬度；
—洛倫茲線性函數(shù)光譜寬度；
同時可以獲得福依特線性函數(shù)光譜寬度Δι> Av1, =0.5 346Δνι；. + ^/(02166Δι +Διξ) (2)
其中Ave是譜線的碰撞線寬；Δνβ是譜線的多普勒線寬；
步驟(4).使用福依特(Voigt)線型函數(shù)重復(fù)進(jìn)行η次擬合，可以獲得η條不同譜線
的光譜分布數(shù)據(jù)《V，對擬合獲得的任意一條光譜線數(shù)據(jù)根據(jù)模糊函數(shù)隸屬度判斷方法得
出最可能的吸收譜線，設(shè)測量得到的第i條譜線的光譜數(shù)據(jù)的集合為U= {uiX, ui2, un,…"j，同時第i條譜線的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)的集合為V= \vn,vi2,viV，其中i為自然數(shù)，
且i小于等于m ;m為自然數(shù)；然后計算出集合U和集合V的相似度系數(shù)‘的
m
Σ Ui^
r^(f)= ■,
j拔j m
V Jfc-IMA-I
如果相似度系數(shù)HQ)則對應(yīng)的譜線判斷為吸收譜線，從而得到第i條譜線為
有效吸收譜線，其中為事先標(biāo)定的水平值；
步驟(5).最后將有效吸收譜線的光譜數(shù)據(jù)輸入事先訓(xùn)練和標(biāo)定的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算得出汽車尾氣中不同氣體的濃度&(I)，其中
X 二 d AV ·、名}是有效吸收譜線的光譜數(shù)據(jù)。所述的步驟(4)、步驟(5)中模糊函數(shù)隸屬度判別函數(shù)中水平值Λ .(0和人工神經(jīng)
網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)標(biāo)定流程具體如下
(a)固定鍍金平面反射鏡、量子級聯(lián)激光器和熱釋電探測器的角度和位置；固定長光程氣體池的位置和加熱裝置；采集室溫條件下潔凈空氣的光譜輸出數(shù)值；
(b)通過將純凈氣體以不同比例混合從而模擬出不同工況下的汽車尾氣，標(biāo)定過程中將模擬的汽車尾氣充入長光程氣體池作為待標(biāo)定的氣體；
所述的純凈氣體的種類包括CO、CO2, NO、NO2, NH3和SO2 ；
(C)在長光程氣體池的周圍繞上加熱線圈給長光程氣體池中的空氣均勻加熱，使得長光程氣體池中的空氣溫度隨著設(shè)置條件的改變而改變，采集不同溫度下的光譜數(shù)據(jù)輸出值；
所述的長光程氣體池的一端設(shè)置鍍金直角反射鏡，另一端設(shè)置量子級聯(lián)激光器和探測光路的熱釋電傳感器模塊。(d)根據(jù)光譜數(shù)據(jù)輸出值和模擬的汽車尾氣的實際混合比例，訓(xùn)練得到模糊函數(shù)隸屬度水平值和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，根據(jù)N次不同測量結(jié)果的平均值得到模糊函
數(shù)隸屬度水平值44),同時利用該數(shù)據(jù)樣本訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；若標(biāo)定的結(jié)果誤差大于
20%，則需要重新標(biāo)定；否則結(jié)束標(biāo)定過程。本發(fā)明有益效果如下 第一，基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測系統(tǒng)使用任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的電壓信號驅(qū)動量子級聯(lián)激光器，量子級聯(lián)激光器發(fā)射出不同波長的中遠(yuǎn)紅外激光。通過改變電壓信號中鋸齒波信號的重復(fù)頻率和幅值可以得到掃描速度很快的光譜掃頻信號，從而快速得到光譜測量結(jié)果。由于一次測量的速度較快，因此基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測系統(tǒng)能夠在汽車中速和低速的行駛過程中，在不干擾汽車正常行駛的條件下采用非接觸的方式測量得到汽車尾氣濃度數(shù)據(jù)。第二，量子級聯(lián)激光器能夠發(fā)射出波長能夠大范圍調(diào)節(jié)的中遠(yuǎn)紅外激光，由于發(fā)射出的激光頻譜覆蓋范圍廣，因此可以測量的氣體種類較多，能夠在一次測量過程完成對CO、CO2、NO、NO2、NH3和SO2等氣體的濃度監(jiān)測。由于只需要一個量子級聯(lián)激光器作為光譜輻射源，因此基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡單緊湊。同時由于中遠(yuǎn)紅外激光對于汽車尾氣成分非常高的靈敏度，因此能夠?qū)崿F(xiàn)汽車尾氣成分靈敏的檢測。第三，基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測系統(tǒng)可以根據(jù)道路實際情況靈活設(shè)置在寬度不同的道路兩邊。調(diào)整放置在道路一邊的鍍金直角反射鏡的角度，使得量子級聯(lián)激光器發(fā)出的中遠(yuǎn)紅外激光平行反射回來被熱釋電傳感器模塊探測接收。所采用的光譜原始數(shù)據(jù)處理方法，能夠通過模糊函數(shù)隸屬度判斷和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能算法實現(xiàn)對復(fù)雜路況和車輛尾氣排放情況下的數(shù)據(jù)處理和分析。


圖I是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意 圖2是量子級聯(lián)激光器驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)示意 圖3是熱釋電傳感器模塊檢測電路結(jié)構(gòu)示意 圖4是光譜數(shù)據(jù)處理程序流程 圖5是模糊函數(shù)隸屬度判別函數(shù)中水平值4,Θ和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)標(biāo)定流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖I所示，基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測系統(tǒng)，包括任意函數(shù)發(fā)生器I、電流脈沖驅(qū)動模塊2、量子級聯(lián)激光器3、聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡4、分光鏡5、斬波器6、熱釋電傳感器模塊7、鍍金直角反射鏡8、鎖相放大器9、計算機10 ；
任意函數(shù)發(fā)生器I產(chǎn)生的電壓信號輸入到電流脈沖驅(qū)動模塊2，再由電流脈沖驅(qū)動模塊2產(chǎn)生電流脈沖驅(qū)動量子級聯(lián)激光器3，量子級聯(lián)激光器3在電流脈沖的驅(qū)動下發(fā)射出幅值調(diào)制的中遠(yuǎn)紅外激光，中遠(yuǎn)紅外激光通過聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡4準(zhǔn)直平行出射，平行的中遠(yuǎn)紅外激光經(jīng)過分光鏡5分成參考光路和探測光路，參考光路的中遠(yuǎn)紅外激光經(jīng)過斬波器6調(diào)制后由參考光路的熱釋電傳感器模塊7探測，探測光路的中遠(yuǎn)紅外激光穿過行駛中的汽車尾氣排放區(qū)域由鍍金直角反射鏡8反射，反射后的中遠(yuǎn)紅外激光經(jīng)過斬波器6、聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡4后由探測光路的熱釋電傳感器模塊7檢測。探測光路的熱釋電傳感器模塊7、參考光路的熱釋電傳感器模塊7和任意函數(shù)發(fā)生器I的正弦波信號分量分別輸入鎖相放大器9內(nèi)做相關(guān)運算，鎖相放大器9將結(jié)果輸出到計算機10。計算機10將參考光路的熱釋電傳感器模塊7的相關(guān)運算輸出值和探測光路的熱釋電傳感器模塊7的相關(guān)運算輸出值做相減運算，并對計算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和光譜的分析，最終得到汽車尾氣的測量結(jié)果。所述的分光鏡5設(shè)置在聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡4正前方，且與聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡4準(zhǔn)直平行出射的光線成45° ;
如圖2所示，任意函數(shù)發(fā)生器I產(chǎn)生的電壓信號由計算機控制，且產(chǎn)生三種信號分別 是矩形脈沖信號、鋸齒波信號和正弦波信號；首先，矩形脈沖使量子級聯(lián)激光器工作在脈沖狀態(tài)下，這樣能夠保證激光器的工作溫度不會太高；其次，鋸齒波使得量子級聯(lián)激光器的輸出波長受到調(diào)制，量子級聯(lián)激光器輸出的中遠(yuǎn)紅外的波長變化范圍和矩形波的幅值成正比；最后，正弦波對輸出的中遠(yuǎn)紅外激光進(jìn)行正弦調(diào)制，使得激光能夠通過相關(guān)探測的方法探測其光強，從而提高探測的信噪比和靈敏度；在任意函數(shù)發(fā)生器I內(nèi)部將這三種信號疊加后輸入電流脈沖驅(qū)動模塊2，電流脈沖驅(qū)動模塊2通過電壓電流轉(zhuǎn)換后輸出經(jīng)過調(diào)制的電流信號來驅(qū)動量子級聯(lián)激光器3，任意函數(shù)發(fā)生器I在輸出疊加信號到電流脈沖驅(qū)動模塊2的同時將疊加信號中的正弦波信號分量輸入到鎖相放大器9進(jìn)行信號的相關(guān)運算，鎖相放大器連接到計算機10。如圖3所示，熱釋電傳感器模塊7包括熱釋電傳感器13、電阻12、濾波電容11 ;熱釋電傳感器13的I腳同時接直流電壓VCC和濾波電容11的一端，2腳接電阻12的一端，3腳和電阻12的另一端同時接地，濾波電容11的另一端與鎖相放大器9相連接；經(jīng)過濾波電容11后的交流信號輸入鎖相放大器9,同時鎖相放大器9輸出的正弦交流信號驅(qū)動斬波器6以一定的頻率轉(zhuǎn)動，鎖相放大器9連接到計算機10 ;聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡4和斬波器6放置在熱釋電傳感器模塊7正前方。如圖4所示，基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測方法，包括步驟410 460，且步驟410 460是光譜數(shù)據(jù)處理通過均值濾波、譜線線型擬合、模糊算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等實現(xiàn)的步驟。鎖相放大器輸出的是測量得到的原始光譜數(shù)據(jù)(步驟410)，根據(jù)任意函數(shù)發(fā)生器中鋸齒波的頻率使用均值濾波函數(shù)的方法去除原始光譜數(shù)據(jù)中的隨機噪聲(步驟420)，濾波后得到掃頻下的不同波長的光譜數(shù)據(jù)，該均值濾波函數(shù)采用合成信號中鋸齒波信號的周期實現(xiàn)均值濾波；濾波后的光譜數(shù)據(jù)首先用福依特(Voigt)線型函數(shù)擬合(步驟430)，擬合函數(shù)采用福依特(Voigt)線型函數(shù)由公式I描述。 V (V。) = [(^H + C-^)]I
y MD ^ ^ ^
苴中，β=--，Yvn =―― .
(JeW) -Jhl，其中
Yd-高斯線性函數(shù)光譜寬度；
一洛倫茲線性函數(shù)光譜寬度；
同時可以獲得福依特線性函數(shù)光譜寬度
權(quán)利要求
1.基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測系統(tǒng)，包括任意函數(shù)發(fā)生器(I)、電流脈沖驅(qū)動模塊(2)、量子級聯(lián)激光器(3)、聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡(4)、分光鏡(5)、斬波器(6)、熱釋電傳感器模塊(7)、鍍金直角反射鏡(8)、鎖相放大器(9)、計算機(10)； 任意函數(shù)發(fā)生器(I)產(chǎn)生的電壓信號輸入到電流脈沖驅(qū)動模塊(2)，再由電流脈沖驅(qū)動模塊(2 )產(chǎn)生電流脈沖驅(qū)動量子級聯(lián)激光器(3 )，量子級聯(lián)激光器(3 )在電流脈沖的驅(qū)動下發(fā)射出幅值調(diào)制的中遠(yuǎn)紅外激光，中遠(yuǎn)紅外激光通過聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡(4)準(zhǔn)直平行出射，平行的中遠(yuǎn)紅外激光經(jīng)過分光鏡(5)分成參考光路和探測光路，參考光路的中遠(yuǎn)紅外激光經(jīng)過斬波器(6)調(diào)制后由參考光路的熱釋電傳感器模塊(7)探測，探測光路的中遠(yuǎn)紅外激光穿過行駛中的汽車尾氣排放區(qū)域由鍍金直角反射鏡(8)反射，反射后的中遠(yuǎn)紅外激光經(jīng)過斬波器(6)、聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡(4)后由探測光路的熱釋電傳感器模塊(7)檢測；探測光路的熱釋電傳感器模塊(7)、參考光路的熱釋電傳感器模塊(7)和任意函數(shù)發(fā)生器(I)的正弦波信號分量分別輸入鎖相放大器(9)內(nèi)做相關(guān)運算，鎖相放大器(9)將結(jié)果輸出到計算機(10);計算機(10)將參考光路的熱釋電傳感器模塊(7)的相關(guān)運算輸出值和探測光路的熱釋電傳感器模塊(7)的相關(guān)運算輸出值做相減運算，并對計算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和光譜的分析，最終得到汽車尾氣的測量結(jié)果； 所述的分光鏡(5)設(shè)置在聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡(4)正前方，且與聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡(4)準(zhǔn)直平行出射的光線成45° ; 所述的任意函數(shù)發(fā)生器(I)產(chǎn)生三種信號分別是矩形脈沖信號、鋸齒波信號和正弦波信號，在任意函數(shù)發(fā)生器(I)內(nèi)部將這三種電壓信號疊加后輸入電流脈沖驅(qū)動模塊(2)，電流脈沖驅(qū)動模塊(2 )通過電壓電流轉(zhuǎn)換后輸出經(jīng)過調(diào)制的電流信號來驅(qū)動量子級聯(lián)激光器(3)，任意函數(shù)發(fā)生器(I)在輸出疊加信號到電流脈沖驅(qū)動模塊(2)的同時將疊加信號中的正弦波信號分量輸入到鎖相放大器(9)進(jìn)行信號的相關(guān)運算，鎖相放大器連接到計算機(10)； 所述的熱釋電傳感器模塊(7)包括熱釋電傳感器(13)、電阻(12)、濾波電容(11);熱釋電傳感器(13)的I腳同時接直流電壓VCC和濾波電容(11)的一端，2腳接電阻(12)的一端，3腳和電阻(12)的另一端同時接地，濾波電容(11)的另一端與鎖相放大器(9)相連接；經(jīng)過濾波電容(11)后的交流信號輸入鎖相放大器(9)，同時鎖相放大器(9)輸出的正弦交流信號驅(qū)動斬波器(6)以一定的頻率轉(zhuǎn)動，鎖相放大器(9)連接到計算機(10);聚乙烯準(zhǔn)直聚焦透鏡(4 )和斬波器(6 )放置在熱釋電傳感器模塊(7 )正前方。
2.使用權(quán)利要求I所述的基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測系統(tǒng)的方法，具體包括如下步驟 基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測方法，包括如下步驟 步驟(I).鎖相放大器輸出測量得到的原始光譜數(shù)據(jù)給計算機(10)； 步驟(2).根據(jù)任意函數(shù)發(fā)生器中鋸齒波的頻率使用均值濾波函數(shù)的方法去除原始光譜數(shù)據(jù)中的隨機噪聲，具體采用合成信號中鋸齒波信號的周期實現(xiàn)均值濾波，濾波后得到掃頻下的不同波長的光譜數(shù)據(jù)； 步驟(3).濾波后的光譜數(shù)據(jù)首先用福依特(Voigt)線型函數(shù)擬合，擬合函數(shù)所采用的福依特(Voigt)線型函數(shù)由公式(I)描述；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于量子級聯(lián)激光器的汽車尾氣遙感檢測系統(tǒng)和方法。本發(fā)明中任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號輸入激光器電流脈沖驅(qū)動模塊，量子級聯(lián)激光器在激光器電流脈沖驅(qū)動模塊的驅(qū)動下產(chǎn)生中紅外或遠(yuǎn)紅外的激光，中紅外至遠(yuǎn)紅外經(jīng)過汽車尾氣排放區(qū)域后通過斬波器得到調(diào)制信號，熱釋電傳感器模塊探測經(jīng)過調(diào)制的中紅外或遠(yuǎn)紅外的激光信號，同時熱釋電傳感器將探測得到的信號輸入鎖相放大器運算，鎖相放大器的輸出數(shù)據(jù)到計算機，計算機通過數(shù)據(jù)處理分析方法將汽車尾氣中不同排放產(chǎn)物的含量計算出來。
文檔編號G01N21/35GK102798609SQ20121029585
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者劉亦安, 王玲, 吳開華 申請人:杭州電子科技大學(xué)