便携式FTIR的机动车尾气检测方法

摘要：

随着汽车排放标准的提高,相关VOC标准从总烃检测变为非甲烷碳氢化合物(NMHC)检测;随着含氧燃料的增加,增加了非甲烷有机气体(NMOG)测量.针对国内汽车尾气分析仪分析组分单一、精度有限、VOCs检测过程复杂等问题,提出了基于便携式FTIR的机动车尾气检测方法,基于立体角镜优化FTIR光学系统结构,提高动镜扫描速度,设计便携式且满足抗振动需求的快速FTIR光谱仪.FTIR红外光源输出波段范围为2～20μm,分辨率为0.5cm-1,扫描速度1Hz,气体池光程为10m,采用斯特林探测器,其光谱响应范围为600～6000cm-1.选择CH4,C2H2,C2H4,C2H6,C3H6,n-C5H12,i-C5H12,C7H8,HCHO,C2H5OH,CH3CHO这些典型HC化合物作为VOC气体检测的替代物.通过标准谱确定尾气成分的波段为900～1100和2700～3100cm-1,涵盖所有待测气体吸收波段.基于AVL台架测试,开展NEDC和WLTC工况实验测试,测试车辆为丰田威驰,测试油品为92号国五.便携式FTIR采用抽取方式进行尾气测量,原始的废气样本来自安装在排气管延长部分的多孔探头,前端安装样气取样装置,主要包括颗粒物过滤和除水汽装置,以防止污染FTIR光学系统.实验表明FTIR可以有效快速测量汽车尾气中CO,CH4,NO和主要HC化合物,在FTIR检测限0.5μmol?mol-1下会引入噪声信号,浓度可信度降低.通过分析可以看出输出气体平均浓度降级排列依次是:CO,C2H4,CH4,NO,i-C5H12,C2H6,C7H8,n-C5H12,C2H5OH,CH3CHO.从3个循环的NEDC工况可以看出,每种气体排放呈现一致的规律性变化.针对CO进行了SEMTECH-DS与FTIR测量数据的时间序列比较,结果呈现了较好的规律一致性,但是由于FTIR和SEMTECH-DS测量技术和取样稀释系统不同导致二者浓度差异较大.与传统尾气检测技术相比,便携式FTIR测量系统对瞬态事件有良好的响应,可以在线进行多组分浓度实时测量获取机动车的瞬时排放数据,在满足新规测试要求下,也可以为后期的机动车在实际道路上的排放特征分析和模拟提供可靠的数据支持.

关键词：尾气检测、FTIR、VOC、红外光谱

所属期刊栏目：41

分类号：TN219(光电子技术、激光技术)

资助基金：中国科学院前沿科学重点研究计划项目;安徽省重点研究;开发计划项目;国家自然科学基金

在线出版日期：2021-06-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：1751-1757