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   机动车尾气污染是空气质量问题的主要影响因素之一，伴随着城市中汽车保有量暴增，汽车尾气造成的城市气候问题日益显现。尾气成分中化合物种类繁多，其中，导致环境污染的主要为碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳和二氧化碳等。

      汽(qi)车(che)尾(wei)(wei)气(qi)的检测(ce)(ce)(ce)目前(qian)主要措施为(wei)机动车(che)尾(wei)(wei)气(qi)年(nian)检和日常路检，但在实际检测(ce)(ce)(ce)过程中(zhong)，仍然存(cun)在诸(zhu)多问题(ti)。首(shou)先是年(nian)检周期长，数据不(bu)具备(bei)实时性; 其次(ci)是道路中(zhong)车(che)流(liu)量因素，停车(che)检测(ce)(ce)(ce)会造成拥堵(du)问题(ti)，车(che)辆怠速或低(di)速慢行导致更多污染源排(pai)放，给监管(guan)部门和车(che)主均带来不(bu)便。气(qi)体遥感检测(ce)(ce)(ce)技术(shu)可以更好地进行汽(qi)车(che)尾(wei)(wei)气(qi)检测(ce)(ce)(ce)，并(bing)可实现道路现场化、不(bu)停车(che)流(liu)动式(shi)检测(ce)(ce)(ce)，检测(ce)(ce)(ce)精度满足(zu)行业标准。气(qi)体遥感检测(ce)(ce)(ce)技术(shu)在当今机动车(che)尾(wei)(wei)气(qi)排(pai)放监测(ce)(ce)(ce)领域中(zhong)，能够展现出非(fei)常重要的作用(yong)。

       从(cong) 20 世纪(ji) 60 年代起，气(qi)(qi)(qi)体(ti)遥感监测(ce)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)(shu)开始(shi)蓬勃发(fa)(fa)展(zhan)(zhan)，国内(nei)外从(cong)理论(lun)研究(jiu)(jiu)到技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)(shu)验(yan)证，对(dui)其进(jin)行逐渐深入的(de)(de)研究(jiu)(jiu)并不断取得(de)进(jin)展(zhan)(zhan)，并将气(qi)(qi)(qi)体(ti)遥测(ce)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)(shu)在(zai)机动(dong)车(che)尾(wei)气(qi)(qi)(qi)检测(ce)场景中的(de)(de)实际(ji)应用(yong)(yong)做了大量研究(jiu)(jiu)。本文综述(shu)了用(yong)(yong)于机动(dong)车(che)尾(wei)气(qi)(qi)(qi)遥感监测(ce)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)(shu)的(de)(de)不同方法，包括(kuo)非分光红外技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)(shu)、差(cha)分光谱技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)(shu)、激(ji)光吸(xi)收光谱技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)(shu)在(zai)汽车(che)尾(wei)气(qi)(qi)(qi)遥测(ce)中的(de)(de)应用(yong)(yong)，对(dui)其从(cong)原理、特(te)点等方面进(jin)行评述(shu)，并总结(jie)了机动(dong)车(che)尾(wei)气(qi)(qi)(qi)遥测(ce)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)(shu)目前存在(zai)的(de)(de)问题及发(fa)(fa)展(zhan)(zhan)方向。  

1 机动车(che)尾气遥感检测技术

       气体(ti)(ti)遥感(gan)检测是(shi)用仪器对一(yi)段距离以外的(de)气体(ti)(ti)进(jin)(jin)(jin)行(xing)检测，是(shi)一(yi)种不(bu)直(zhi)接(jie)(jie)接(jie)(jie)触气体(ti)(ti)而能进(jin)(jin)(jin)行(xing)气体(ti)(ti)成分(fen)有效(xiao)分(fen)析检测的(de)手段。当机(ji)动(dong)车通(tong)过监测光(guang)(guang)路，相(xiang)关气体(ti)(ti)信(xin)息(xi)就会(hui)被采集，并进(jin)(jin)(jin)一(yi)步进(jin)(jin)(jin)行(xing)识别(bie)、分(fen)析和判断。目前机(ji)动(dong)车尾气遥感(gan)检测技(ji)(ji)术(shu)依(yi)据原(yuan)理不(bu)同主要采用非分(fen)光(guang)(guang)红外光(guang)(guang)谱(pu)技(ji)(ji)术(shu) 、差分(fen)吸(xi)收(shou)光(guang)(guang)谱(pu)技(ji)(ji)术(shu)和激光(guang)(guang)吸(xi)收(shou)光(guang)(guang)谱(pu)技(ji)(ji)术(shu)等。

       上述三种技术是以(yi)吸收(shou)光谱原理(li)和(he) Beer －Lambert 定(ding)律(lv)为基础(chu)，当光路(lu)从待测(ce)气(qi)体介质中(zhong)(zhong)经过，气(qi)体分子会发(fa)生能量跃迁(qian)。不(bu)(bu)同能级之(zhi)间(jian)的跃迁(qian)所需能量不(bu)(bu)同，因此(ci)不(bu)(bu)同气(qi)体分子需要吸收(shou)不(bu)(bu)同波(bo)长的红外光跃迁(qian)，产生红外吸收(shou)光谱。在中(zhong)(zhong)红外波(bo)段，基频(pin)吸收(shou)带和(he)吸收(shou)幅度(du)较大，可以(yi)对(dui)汽车尾气(qi)中(zhong)(zhong)的 CO2、CO、NO、HC 等气(qi)体进行(xing)定(ding)性定(ding)量检(jian)测(ce)。

1. 1 非分光红外(wai)机动车(che)尾气遥测技(ji)术(shu)

       非分散红外(wai)(wai)线 ( NDIＲ) 技(ji)(ji)术(shu)利用宽(kuan)频红外(wai)(wai)线( IＲ) 发射体(ti)(ti)，即覆盖(gai)既定(ding)系(xi)列拟(ni)测(ce)(ce)(ce)量的(de)气(qi)体(ti)(ti)全(quan)部关(guan)注的(de)波长，是气(qi)体(ti)(ti)遥(yao)感检(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)领域的(de)一种(zhong)常用技(ji)(ji)术(shu)。机动车(che)尾气(qi)遥(yao)感检(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)基于(yu)该(gai)技(ji)(ji)术(shu)的(de)测(ce)(ce)(ce)量，特点为采用单(dan)光束双波长的(de)检(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)方(fang)法(fa)。对(dui)于(yu)一束红外(wai)(wai)光，探(tan)测(ce)(ce)(ce)器有(you)两(liang)个独立的(de)探(tan)测(ce)(ce)(ce)单(dan)元，探(tan)测(ce)(ce)(ce)窗(chuang)(chuang)口与参考(kao)(kao)窗(chuang)(chuang)口。探(tan)测(ce)(ce)(ce)窗(chuang)(chuang)口透射频带(dai)的(de)选择(ze)是待测(ce)(ce)(ce)气(qi)体(ti)(ti)吸(xi)收中心(xin)，参考(kao)(kao)窗(chuang)(chuang)口选择(ze)其他区域并且无另(ling)外(wai)(wai)气(qi)体(ti)(ti)吸(xi)收。使用非分散红外(wai)(wai)技(ji)(ji)术(shu)进行尾气(qi)检(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)，精度可以(yi)达(da)到 ppm 级别。检(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)下限可以(yi)满足 HC、NO 等(deng)含量微(wei)小成分的(de)检(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)要求(qiu)。

      NDIＲ 技(ji)术自 20 世纪(ji) 60 年代发(fa)展成(cheng)熟以(yi)(yi)来(lai)，首先在工业烟气(qi)(qi)(qi)(qi)检(jian)(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)领域(yu)应(ying)用广泛。使(shi)用 NDIＲ 技(ji)术进行机动车尾(wei)气(qi)(qi)(qi)(qi)检(jian)(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)，可以(yi)(yi)获得较(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)选择(ze)性(xing)(xing)，在检(jian)(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)汽车尾(wei)气(qi)(qi)(qi)(qi)时，各气(qi)(qi)(qi)(qi)体(ti)成(cheng)分之间是相(xiang)互独(du)立(li)、互不干扰(rao)的(de)(de)(de)，如(ru)果其(qi)中的(de)(de)(de)一种(zhong)甚至多(duo)种(zhong)气(qi)(qi)(qi)(qi)体(ti)的(de)(de)(de)浓(nong)度发(fa)生变化时，不会(hui)对(dui)其(qi)他气(qi)(qi)(qi)(qi)体(ti)的(de)(de)(de)检(jian)(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)造成(cheng)影(ying)响; 可测(ce)(ce)(ce)量气(qi)(qi)(qi)(qi)体(ti)种(zhong)类较(jiao)多(duo)，除了(le)无红(hong)外活性(xing)(xing)的(de)(de)(de)分子气(qi)(qi)(qi)(qi)体(ti)外，大多(duo)数气(qi)(qi)(qi)(qi)体(ti)都能够根据红(hong)外吸收光(guang)谱原理进行检(jian)(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)，对(dui)于(yu)汽车尾(wei)气(qi)(qi)(qi)(qi)成(cheng)分都可以(yi)(yi)进行很好(hao)的(de)(de)(de)测(ce)(ce)(ce)量; 同(tong)时设(she)备不易受到有害气(qi)(qi)(qi)(qi)体(ti)影(ying)响，使(shi)用寿(shou)命比较(jiao)长; 由(you)于(yu)长期稳定(ding)性(xing)(xing)较(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)缘故，对(dui)于(yu)设(she)备的(de)(de)(de)维护成(cheng)本也比较(jiao)低(di)。但(dan)其(qi)检(jian)(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)下(xia)限(xian)相(xiang)对(dui)较(jiao)高，测(ce)(ce)(ce)量精度相(xiang)比于(yu)其(qi)他光(guang)谱检(jian)(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)技(ji)术并(bing)不突出，通常(chang)用来(lai)检(jian)(jian)(jian)测(ce)(ce)(ce)单组份气(qi)(qi)(qi)(qi)体(ti)。

1. 2 差分吸收光谱机动车尾气遥(yao)测(ce)技术(shu)

       差分(fen)(fen)(fen)吸收光(guang)(guang)谱技(ji)术 ( DOAS) 最早是 20 世纪80 年代由 Noxon 和 Platt 等人提(ti)出，其是依据尾气中(zhong)的待测(ce)(ce)气体分(fen)(fen)(fen)子对(dui)光(guang)(guang)辐射的吸收特(te)性(xing)来(lai)定(ding)性(xing)定(ding)量检(jian)(jian)测(ce)(ce)尾气成分(fen)(fen)(fen)的一种遥感(gan)检(jian)(jian)测(ce)(ce)技(ji)术，近年来(lai)逐渐在机(ji)动车尾气检(jian)(jian)测(ce)(ce)中(zhong)得(de)到应用(yong)。为(wei)解决初(chu)始光(guang)(guang)强度(du)极难测(ce)(ce)量的问题，引入了差分(fen)(fen)(fen)吸收技(ji)术。将波(bo)长变化(hua)当作刻度(du)，使吸收截(jie)面分(fen)(fen)(fen)成快、慢变化(hua)两部(bu)分(fen)(fen)(fen)。其中(zhong)慢变化(hua)由散(san)射引起(qi)，通过(guo)滤波(bo)消(xiao)除; 使用(yong)快变化(hua)部(bu)分(fen)(fen)(fen)进行多项(xiang)式拟合从而(er)实现(xian)对(dui)机(ji)动车尾气成分(fen)(fen)(fen)进行检(jian)(jian)测(ce)(ce)。

      差分吸收光(guang)谱(pu)作(zuo)为气(qi)体遥感检(jian)测(ce)典型方法，应用于(yu)机动车(che)尾气(qi)尾气(qi)检(jian)测(ce)近年来在国内逐渐引(yin)起重视。

       DOAS 技术在(zai)机动车尾(wei)气(qi)(qi)遥测(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)应用(yong)中体现(xian)(xian)(xian)出了许多(duo)优(you)势(shi)，比如可以实现(xian)(xian)(xian)多(duo)组分(fen)(fen)气(qi)(qi)体同(tong)时测(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)，这大(da)(da)大(da)(da)降低了设备(bei)的复杂(za)程度(du); 且(qie)设备(bei)维护成本(ben)低; 具有(you)较好的测(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)精度(du)，同(tong)时也有(you)不错的灵敏度(du)，满足(zu)实际道路现(xian)(xian)(xian)场化测(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)需求(qiu); 作为一种遥感(gan)检测(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)技术，在(zai)实际测(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)环境(jing)中，可以实现(xian)(xian)(xian)非接触性(xing)测(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)。但所检测(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)的气(qi)(qi)体分(fen)(fen)子必须具有(you)差(cha)分(fen)(fen)吸收特性(xing); 监测(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)装置抗干扰性(xing)不是(shi)很(hen)强。

      目前(qian)，对(dui)(dui)于 DOAS 技(ji)术在机动车尾气检(jian)测之中应用的(de)研(yan)究(jiu)仍有很(hen)大空间(jian)。其一是对(dui)(dui)理论(lun)层面的(de)研(yan)究(jiu)，更(geng)(geng)加(jia)优化的(de)算法(fa)可(ke)以更(geng)(geng)好的(de)提(ti)升测量(liang)精确(que)性、减少误差(cha)。此外，是对(dui)(dui) DOAS 技(ji)术相关(guan)的(de)光学、电子学器件的(de)研(yan)发，获得更(geng)(geng)好性能的(de)光电器件，更(geng)(geng)加(jia)合理的(de)搭(da)建、使用检(jian)测装置，提(ti)高尾气检(jian)测精度。

1. 3 激光(guang)(guang)吸收(shou)光(guang)(guang)谱机动车尾(wei)气(qi)遥测技术

      激(ji)光吸收(shou)(shou)光谱(pu) ( LAS) 技(ji)术(shu)最早由(you) Hinkley 与Ｒeid 在(zai) 20 世(shi)纪 70 年代提出，是一种新型的(de)气(qi)体检测技(ji)术(shu)。与传统光谱(pu)技(ji)术(shu)相比，激(ji)光线宽度极窄，发射激(ji)光的(de)激(ji)光功率密(mi)度高。通过(guo)对激(ji)光器件的(de)温度和注入(ru)电流(liu)进行控制，调(diao)(diao)整所需要的(de)出射激(ji)光波长(zhang)(zhang)，扫描待测气(qi)体，得(de)到气(qi)体吸收(shou)(shou)光谱(pu)。通过(guo)吸收(shou)(shou)光谱(pu)对待测气(qi)体进行分析。利用 LAS 技(ji)术(shu)进行尾气(qi)检测可(ke)由(you)直接吸收(shou)(shou)法(fa)或波长(zhang)(zhang)调(diao)(diao)制法(fa)实现。 

在激光(guang)(guang)吸(xi)收光(guang)(guang)谱(pu)(pu)技(ji)术(shu)中，可调谐二极管激光(guang)(guang)吸(xi)收光(guang)(guang)谱(pu)(pu)技(ji)术(shu) ( TDLAS，Tunable Diode Laser Ab-sorption Spectroscopy) 在气体遥测(ce)方面(mian)的(de)研(yan)究已较(jiao)为成(cheng)熟，其应(ying)用也比较(jiao)广(guang)泛。此外，量子(zi)级联激光(guang)(guang)吸(xi)收光(guang)(guang)谱(pu)(pu)技(ji)术(shu) ( QCLAS，Quantum Cascade Laser Absorption Spectroscopy) 也成(cheng)为了近年来的(de)热(re)点，逐渐被研(yan)究和应(ying)用于机动车尾(wei)气检(jian)测(ce)等各类气体遥测(ce)当中。

        激光(guang)吸收光(guang)谱(pu)技(ji)术(shu)因其高(gao)检(jian)测(ce)(ce)灵敏度和灵活(huo)性的(de)(de)优势，已(yi)大量运用在环(huan)境监测(ce)(ce)和机动车尾(wei)气(qi)检(jian)测(ce)(ce)等(deng)(deng)方面。激光(guang)吸收光(guang)谱(pu)技(ji)术(shu)可检(jian)测(ce)(ce)极(ji)低浓(nong)度的(de)(de)气(qi)体，检(jian)测(ce)(ce)限可以(yi)达到低 ppm 水平，某些气(qi)体分子(zi)甚至(zhi)可达到 ppb 量级。基于该(gai)技(ji)术(shu)的(de)(de)气(qi)体测(ce)(ce)量系(xi)统能够进行非接触测(ce)(ce)量，实时在线监测(ce)(ce)待测(ce)(ce)气(qi)体。目前该(gai)技(ji)术(shu)使(shi)用的(de)(de)激光(guang)器在调谐范围上(shang)仍(reng)有较大的(de)(de)发(fa)展空间。因此，如何使(shi)用 LAS 技(ji)术(shu)检(jian)测(ce)(ce)更(geng)(geng)多种类(lei)的(de)(de)气(qi)体分子(zi)需要进一(yi)步(bu)研(yan)究。LAS技(ji)术(shu)也将向着环(huan)境适应性更(geng)(geng)强、持久(jiu)的(de)(de)系(xi)统稳定性、更(geng)(geng)成熟更(geng)(geng)高(gao)效率的(de)(de)优化测(ce)(ce)量算(suan)法以(yi)及小型化智(zhi)能化等(deng)(deng)等(deng)(deng)方向不(bu)断发(fa)展进步(bu)。

2 结语

       机(ji)动车(che)(che)尾(wei)气(qi)遥(yao)测(ce)(ce)技术蓬勃发(fa)(fa)展(zhan)(zhan)，进(jin)步(bu)焦点(dian)(dian)主(zhu)要集中在(zai)(zai)(zai)光(guang)(guang)源选择和(he)光(guang)(guang)谱(pu)分析(xi)技术上。本文(wen)综述(shu)了机(ji)动车(che)(che)尾(wei)气(qi)遥(yao)感(gan)检(jian)测(ce)(ce)技术的(de)(de)(de)研究发(fa)(fa)展(zhan)(zhan)现状(zhuang)，并介(jie)绍了不同机(ji)动车(che)(che)气(qi)体(ti)遥(yao)感(gan)检(jian)测(ce)(ce)技术的(de)(de)(de)原理(li)与特点(dian)(dian)。未来(lai)气(qi)体(ti)遥(yao)感(gan)检(jian)测(ce)(ce)技术在(zai)(zai)(zai)机(ji)动车(che)(che)尾(wei)气(qi)检(jian)测(ce)(ce)领域的(de)(de)(de)应用(yong)中仍然面临着一(yi)些(xie)问题及挑战(zhan)，如(ru)在(zai)(zai)(zai)使用(yong)过(guo)(guo)(guo)程(cheng)中如(ru)何降(jiang)低诸(zhu)如(ru)天气(qi)、风速、地(di)形等自然因(yin)(yin)素的(de)(de)(de)影(ying)响，在(zai)(zai)(zai)检(jian)测(ce)(ce)过(guo)(guo)(guo)程(cheng)中车(che)(che)流量过(guo)(guo)(guo)密影(ying)响检(jian)测(ce)(ce)结果或者气(qi)体(ti)组分过(guo)(guo)(guo)于(yu)复杂等因(yin)(yin)素。以(yi)光(guang)(guang)谱(pu)检(jian)测(ce)(ce)技术为核心(xin)的(de)(de)(de)机(ji)动车(che)(che)尾(wei)气(qi)遥(yao)感(gan)检(jian)测(ce)(ce)技术未来(lai)的(de)(de)(de)发(fa)(fa)展(zhan)(zhan)在(zai)(zai)(zai)以(yi)下(xia)几个方面值得期待(dai): ( 1) 环(huan)境适应性更(geng)(geng)(geng)(geng)强，整体(ti)光(guang)(guang)学结构和(he)电子系统能(neng)长期稳定工作，即可(ke)以(yi)进(jin)行长期持续(xu)不断的(de)(de)(de)在(zai)(zai)(zai)线检(jian)测(ce)(ce); ( 2) 算法更(geng)(geng)(geng)(geng)加(jia)高效成(cheng)熟，更(geng)(geng)(geng)(geng)优化的(de)(de)(de)算法可(ke)以(yi)带来(lai)更(geng)(geng)(geng)(geng)加(jia)精确的(de)(de)(de)检(jian)测(ce)(ce)效果; ( 3) 仪器更(geng)(geng)(geng)(geng)加(jia)小型智能(neng)、检(jian)测(ce)(ce)限更(geng)(geng)(geng)(geng)低以(yi)及测(ce)(ce)量参数(shu)逐(zhu)渐增多以(yi)满足(zu)更(geng)(geng)(geng)(geng)复杂的(de)(de)(de)检(jian)测(ce)(ce)需求(qiu)等。

总(zong)之(zhi)，精度高、重复性良好(hao)、稳定可靠、计(ji)算速(su)度快是机动车尾(wei)气遥测(ce)(ce)技术未来(lai)发展方向(xiang)。相信将(jiang)来(lai)会有越(yue)来(lai)越(yue)多功能更加完善的尾(wei)气遥测(ce)(ce)设备(bei)得(de)到应用，为(wei)大气环境污(wu)染治理做出突出贡(gong)献。

文(wen)章来源(yuan)： 豫环协机动(dong)车(che)污防委