Розробка електронної системи контролю викидів автомобільного транспорту

Структурная схема системи

Структурна схема системи контролю викидів транспортних засобів, заснована  на оптичному методі, показана на рисунку 2.

Рисунок 2 - Структурна схема системи  контролю викидів автомобільного транспорту

Джерелом випромінювання є світлодіод СД, довжина хвилі якого вибирається  виходячи з того, концентрацію якого  газу необхідно визначити. Виходячи із спектру поглинання СО (див. рис. 3), діапазон ІК випромінювання повинен лежати в межах (4.5-4.9) мкм. [9] Для того щоб мінімізувати вплив інших газів, що становлять вихлоп і навколишню атмосферу, довжина хвилі джерела випромінювання вибирається в районі максимум спектра поглинання або обмежується оптичним фільтром в районі λ = 4,67 мкм. ІЧ-промінь проходить через об'єктив О2, призначений для фокусування, потрапляє у відкритий оптичний канал, де знаходиться аналізована суміш газів. Багаторазово відбиваючись від системи оптичних дзеркал ОД, потрапляє в об'єктив О1 і фокусується на фотодіод ФД. Багаторазове відображення променя необхідно для перекриття визначеної просторової області, де може знаходитися або куди може поширюватися викид від автотранспорту. Діапазон цієї області залежить від висоти розташування вихлопної труби транспортного засобу і визначається в процесі моделювання системи за умови досягнення певних метрологічних характеристик електронної системи.

Рисунок 3 - Спектр поглинання оксиду вуглецю

На виході фотодіода формується струм, певної величини, який пропорційний потужності ІЧ-випромінювання, що потрапляє  у вікно фотоприймача.

Основні математичні вирази

Робота системи заснована на поглинанні ІЧ випромінювання при проходженні аналізованого середовища, тобто крізь вихлопний газ. Послаблення випромінювання в газі описується законом Бугера-Ламберта-Бера:

де Ф (l) - потужність вихідного випромінювання;

Ф₀ - потужність вхідного випромінювання;

D - оптична щільність речовини.

Оптична щільність речовини визначається за формулою:

l - оптична довжина шляху променя;

С(l,t) - концентрація газу, що знаходиться;

k (λ) - показник поглинання.

Показник поглинання характеризує властивості речовини і залежить від спектра поглинання речовини.

Таким чином, на вході приймача випромінювання отримуємо ІЧ-промінь з меншою потужністю, ніж на виході джерела  випромінювання. Аналізуючи ступінь  ослаблення потужності випромінювання, можна визначити концентрацію  невідомого газу. Якісний графік залежності струму фотоприймача від концентрації СО показаний на рисунку 3.

Рисунок 3 - Якісний графік залежності струму фотоприймача від концентрації СО

Огляд дестабілізуючих параметрів оптичної системи

При проходженні ІЧ випромінювання по оптичному каналу існує ряд  дестабілізуючих величин, які також  зменшують потужність ІК променя. Тому їх також необхідно враховувати  при моделюванні систему.

Одним з таких факторів є відображення променя від елементів оптичної системи. При проходженні крізь об'єктиви, захисні стекла системи, частина променя відбивається від них. Це відбиття можна врахувати шляхом знаходження коефіцієнта пропускання кожного оптичного елемента. При нормальному падінні променя коефіцієнт пропускання можна визначити за формулою:

де К_проп - коефіцієнт пропускання оптичного елемента;

К_від - коефіцієнт відбиття оптичного елемента;

n_c - показник переломлення матеріалу з якого виготовлений оптичний елемент;

n_в - показник переломлення повітря.

Наступним фактором є розбіжність  оптичного променя. Проходячи певний шлях у просторі ІЧ промінь починає  розходитися в просторі. Ця розбіжність показано на рисунку 4. Його можна врахувати за допомогою коефіцієнта введення в об'єктив О1 - це відношення площі променя, що потрапила в об'єктив, до всієї площі променя.

Рисунок 4 - Розбіжність оптичного  променя в просторі

Аналогічно враховується коефіцієнт введення в об'єктив О2.

Перелік основних напрямів у дослідженні

Основними напрямками досліджень є  наступні:

• облік впливу кожної газової компоненти, що входить до складу вихлопу, і оцінка їх впливу на метрологічні характеристики електронної системи;
• облік впливу погодних умов на роботу системи і вироблення оптимальних вимог до них для забезпечення заданої точності вимірювання електронної системи;
• пошук підстроювальних коефіцієнтів, які дозволили б врахувати вплив швидкості транспорту, що рухається, на точність вимірювання.

Перелік посилань

1. Экология: учебник для ВУЗов/ В. И. Коробкин, Л. В. Передельский. – изд. 12-е, доп. и перераб. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 602 с.
2. Экологические карты Украины [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.rav.com.ua/ecological_cards,свободный. — Загл. с экрана;
3. Донецкий экологический портал [Электронный ресурс] / Работа управления - экологическая политика города. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://doneco.org.ua/showwork.php?id=11, свободный. — Загл. с экрана;
4. Доклад на конференции в Бельгии «Study on the Future Options for Roadworthiness Enforcement in the European Union» [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - Режим доступа:http://www.cita-vehicleinspection.org/Portals/cita/autofore_study/LinkedDocuments/Actual%20Situation%20of%20Remote%20Sensing.pdf, свободный. — Загл. с экрана;
5. Выхлопные газы автомобилей [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://autonotes.info/vyhlopnye-gazy/, свободный. — Загл. с экрана;
6. Диагностика двигателя по составу выхлопных газов [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.autodiagnos.com.ua/Diagnos/gaz.htm, свободный. — Загл. с экрана;
7. От Euro 0 к Euro 5 [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.autocentre.ua/tr/tracks/new-technologies/2378.html, свободный. — Загл. с экрана;
8. Раздел 8. Газовый анализ [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/02_analiticheskaya_khimiya_chast_I/4820, свободный. — Загл. с экрана;
9. The HITRAN Database [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.cfa.harvard.edu/HITRAN/, свободный. — Загл. с экрана;
10. Методические указания к лабораторным работам по курсу « Современные направления электроники » ( для студентов направлений 6.0908 « Электроника », 6.0909 «Приборы») / Хламов М.Г. - Донецк: ДонНТУ, 2006 – Ч.1. – 45с.