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   機動車尾氣污染是空氣質量問題的主要影響因素之一，伴隨著城市中汽車保有量暴增，汽車尾氣造成的城市氣候問題日益顯現。尾氣成分中化合物種類繁多，其中，導致環(huán)境污染的主要為碳氫化合物、氮氧化合物、一氧化碳和二氧化碳等。

      汽車尾氣的檢測目前主要措施為機動車尾氣年檢和日常路檢，但在實際檢測過程中，仍然存在諸多問題。首先是年檢周期長，數據不具備實時性; 其次是道路中車流量因素，停車檢測會造成擁堵問題，車輛怠速或低速慢行導致更多污染源排放，給監(jiān)管部門和車主均帶來不便。氣體遙感檢測技術可以更好地進行汽車尾氣檢測，并可實現道路現場化、不停車流動式檢測，檢測精度滿足行業(yè)標準。氣體遙感檢測技術在當今機動車尾氣排放監(jiān)測領域中，能夠展現出非常重要的作用。

       從 20 世紀 60 年代起，氣體遙感監(jiān)測技術開始蓬勃發(fā)展，國內外從理論研究到技術驗證，對其進行逐漸深入的研究并不斷取得進展，并將氣體遙測技術在機動車尾氣檢測場景中的實際應用做了大量研究。本文綜述了用于機動車尾氣遙感監(jiān)測技術的不同方法，包括非分光紅外技術、差分光譜技術、激光吸收光譜技術在汽車尾氣遙測中的應用，對其從原理、特點等方面進行評述，并總結了機動車尾氣遙測技術目前存在的問題及發(fā)展方向。  

1 機動車尾氣遙感檢測技術

       氣體遙感檢測是用儀器對一段距離以外的氣體進行檢測，是一種不直接接觸氣體而能進行氣體成分有效分析檢測的手段。當機動車通過監(jiān)測光路，相關氣體信息就會被采集，并進一步進行識別、分析和判斷。目前機動車尾氣遙感檢測技術依據原理不同主要采用非分光紅外光譜技術 、差分吸收光譜技術和激光吸收光譜技術等。

       上述三種技術是以吸收光譜原理和 Beer －Lambert 定律為基礎，當光路從待測氣體介質中經過，氣體分子會發(fā)生能量躍遷。不同能級之間的躍遷所需能量不同，因此不同氣體分子需要吸收不同波長的紅外光躍遷，產生紅外吸收光譜。在中紅外波段，基頻吸收帶和吸收幅度較大，可以對汽車尾氣中的 CO2、CO、NO、HC 等氣體進行定性定量檢測。

1. 1 非分光紅外機動車尾氣遙測技術

       非分散紅外線 ( NDIＲ) 技術利用寬頻紅外線( IＲ) 發(fā)射體，即覆蓋既定系列擬測量的氣體全部關注的波長，是氣體遙感檢測領域的一種常用技術。機動車尾氣遙感檢測基于該技術的測量，特點為采用單光束雙波長的檢測方法。對于一束紅外光，探測器有兩個獨立的探測單元，探測窗口與參考窗口。探測窗口透射頻帶的選擇是待測氣體吸收中心，參考窗口選擇其他區(qū)域并且無另外氣體吸收。使用非分散紅外技術進行尾氣檢測，精度可以達到 ppm 級別。檢測下限可以滿足 HC、NO 等含量微小成分的檢測要求。

      NDIＲ 技術自 20 世紀 60 年代發(fā)展成熟以來，首先在工業(yè)煙氣檢測領域應用廣泛。使用 NDIＲ 技術進行機動車尾氣檢測，可以獲得較好的選擇性，在檢測汽車尾氣時，各氣體成分之間是相互獨立、互不干擾的，如果其中的一種甚至多種氣體的濃度發(fā)生變化時，不會對其他氣體的檢測造成影響; 可測量氣體種類較多，除了無紅外活性的分子氣體外，大多數氣體都能夠根據紅外吸收光譜原理進行檢測，對于汽車尾氣成分都可以進行很好的測量; 同時設備不易受到有害氣體影響，使用壽命比較長; 由于長期穩(wěn)定性較好的緣故，對于設備的維護成本也比較低。但其檢測下限相對較高，測量精度相比于其他光譜檢測技術并不突出，通常用來檢測單組份氣體。

1. 2 差分吸收光譜機動車尾氣遙測技術

       差分吸收光譜技術 ( DOAS) 最早是 20 世紀80 年代由 Noxon 和 Platt 等人提出，其是依據尾氣中的待測氣體分子對光輻射的吸收特性來定性定量檢測尾氣成分的一種遙感檢測技術，近年來逐漸在機動車尾氣檢測中得到應用。為解決初始光強度極難測量的問題，引入了差分吸收技術。將波長變化當作刻度，使吸收截面分成快、慢變化兩部分。其中慢變化由散射引起，通過濾波消除; 使用快變化部分進行多項式擬合從而實現對機動車尾氣成分進行檢測。

      差分吸收光譜作為氣體遙感檢測典型方法，應用于機動車尾氣尾氣檢測近年來在國內逐漸引起重視。

       DOAS 技術在機動車尾氣遙測應用中體現出了許多優(yōu)勢，比如可以實現多組分氣體同時測量，這大大降低了設備的復雜程度; 且設備維護成本低; 具有較好的測量精度，同時也有不錯的靈敏度，滿足實際道路現場化測量需求; 作為一種遙感檢測技術，在實際測量環(huán)境中，可以實現非接觸性測量。但所檢測的氣體分子必須具有差分吸收特性; 監(jiān)測裝置抗干擾性不是很強。

      目前，對于 DOAS 技術在機動車尾氣檢測之中應用的研究仍有很大空間。其一是對理論層面的研究，更加優(yōu)化的算法可以更好的提升測量精確性、減少誤差。此外，是對 DOAS 技術相關的光學、電子學器件的研發(fā)，獲得更好性能的光電器件，更加合理的搭建、使用檢測裝置，提高尾氣檢測精度。

1. 3 激光吸收光譜機動車尾氣遙測技術

      激光吸收光譜 ( LAS) 技術最早由 Hinkley 與Ｒeid 在 20 世紀 70 年代提出，是一種新型的氣體檢測技術。與傳統光譜技術相比，激光線寬度極窄，發(fā)射激光的激光功率密度高。通過對激光器件的溫度和注入電流進行控制，調整所需要的出射激光波長，掃描待測氣體，得到氣體吸收光譜。通過吸收光譜對待測氣體進行分析。利用 LAS 技術進行尾氣檢測可由直接吸收法或波長調制法實現。 

在激光吸收光譜技術中，可調諧二極管激光吸收光譜技術 ( TDLAS，Tunable Diode Laser Ab-sorption Spectroscopy) 在氣體遙測方面的研究已較為成熟，其應用也比較廣泛。此外，量子級聯激光吸收光譜技術 ( QCLAS，Quantum Cascade Laser Absorption Spectroscopy) 也成為了近年來的熱點，逐漸被研究和應用于機動車尾氣檢測等各類氣體遙測當中。

        激光吸收光譜技術因其高檢測靈敏度和靈活性的優(yōu)勢，已大量運用在環(huán)境監(jiān)測和機動車尾氣檢測等方面。激光吸收光譜技術可檢測極低濃度的氣體，檢測限可以達到低 ppm 水平，某些氣體分子甚至可達到 ppb 量級?；谠摷夹g的氣體測量系統能夠進行非接觸測量，實時在線監(jiān)測待測氣體。目前該技術使用的激光器在調諧范圍上仍有較大的發(fā)展空間。因此，如何使用 LAS 技術檢測更多種類的氣體分子需要進一步研究。LAS技術也將向著環(huán)境適應性更強、持久的系統穩(wěn)定性、更成熟更高效率的優(yōu)化測量算法以及小型化智能化等等方向不斷發(fā)展進步。

2 結語

       機動車尾氣遙測技術蓬勃發(fā)展，進步焦點主要集中在光源選擇和光譜分析技術上。本文綜述了機動車尾氣遙感檢測技術的研究發(fā)展現狀，并介紹了不同機動車氣體遙感檢測技術的原理與特點。未來氣體遙感檢測技術在機動車尾氣檢測領域的應用中仍然面臨著一些問題及挑戰(zhàn)，如在使用過程中如何降低諸如天氣、風速、地形等自然因素的影響，在檢測過程中車流量過密影響檢測結果或者氣體組分過于復雜等因素。以光譜檢測技術為核心的機動車尾氣遙感檢測技術未來的發(fā)展在以下幾個方面值得期待: ( 1) 環(huán)境適應性更強，整體光學結構和電子系統能長期穩(wěn)定工作，即可以進行長期持續(xù)不斷的在線檢測; ( 2) 算法更加高效成熟，更優(yōu)化的算法可以帶來更加精確的檢測效果; ( 3) 儀器更加小型智能、檢測限更低以及測量參數逐漸增多以滿足更復雜的檢測需求等。

總之，精度高、重復性良好、穩(wěn)定可靠、計算速度快是機動車尾氣遙測技術未來發(fā)展方向。相信將來會有越來越多功能更加完善的尾氣遙測設備得到應用，為大氣環(huán)境污染治理做出突出貢獻。

文章來源： 豫環(huán)協機動車污防委