車內(nèi)酒精氣體激光檢測方法及系統(tǒng)研究

1、分類號： 密級：衛(wèi)坌 ： 編號： 車內(nèi)酒精氣體激光檢測方法及系統(tǒng)研究 學(xué)位授于單位及代碼：量鲞壁工盍堂 ！豎學(xué)科爭業(yè)名稱駛代碼：熊型蕉丕皇且麴絲蓮矍！ 研究方向：超生建捌翌壘生垂熊 申請學(xué)位級別：恥指導(dǎo)教師：堂匭墓塾蝗 研 究 生：韭立論文起時叫：墊?。海《|！ 長春理工大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的碩士學(xué)位論文，車內(nèi)酒精氣體激光檢測方法及系統(tǒng)研究是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法

2、律結(jié)糶由本人承擔(dān)。 作者簽名 翌竺，必酉 長春理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解“長春理工大學(xué)碩士、博士學(xué)位論文版權(quán)使用規(guī)定”同意長春理工大學(xué)保留并向中國科學(xué)信息研究所、中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)掘庫和系列數(shù)據(jù)庫及其它國家有關(guān)部門或機構(gòu)送變學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版，允許侖文被奩閱和借闋。本人授權(quán)長春理：大學(xué)以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，也可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。 作者簽名 張章 坦堡：蘭笪 導(dǎo)師箍名 ；立殛蕊 ：塑壘年三月旦 摘 要 針對打擊酒后駕車行為的要求，設(shè)計了一種基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)的車內(nèi)酒

3、精濃度檢測系統(tǒng)系統(tǒng)采用波長調(diào)制技術(shù)，能夠非接觸、快速檢測車內(nèi)酒精氣體的濃度。 分析了可調(diào)諧二極管激光吸收光譜的基本原理指出二次諧波信號與氣體濃度成比，次諧波信號與一次諧波信號的比值能夠克服激光波動的影響。根據(jù)應(yīng)用的實際要求設(shè)訓(xùn)了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，選擇酒精氣體位于 處吸收峰作為激光掃描區(qū)域。為提高信噪比，設(shè)計拋物線集光器增加系統(tǒng)對漫反射光線的接收效率。設(shè)計了以雙相鎖梢放大器電路為中心的信號處理部分，對關(guān)鍵電路進(jìn)行了仿真研究，選擇單片機作為鎖相放大電路的運算啦元?？刂茊卧捎脝纹瑱C，與運算單元構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)。按照撿測要求對單片機硬件接口和軟件程序進(jìn)行了設(shè)計。 在實驗室條件下，對系統(tǒng)進(jìn)行了驗證：拋物線集光

4、器可以有效提高系統(tǒng)的接收效率，信號處理電路能夠從微弱信號中提取出二次諧波和次諧波信號，系統(tǒng)對濃度大于酒精氣體檢測效果良好。關(guān)鍵詞：酒精 激光 波長調(diào)制 ！ （） 】 西髑 一曲 ： “： 目 錄摘 要目 錄第一章緒論 研究的目的和意義 酒后駕車的危害 研究酒駕檢測方法的意義 灑駕檢測常用技術(shù) 血液化驗法 呼氣檢測法 酒精試紙法 紅外檢測法 常用方法比較 酒駕激光檢測技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展 主要研究內(nèi)容 第二章檢測原理與系統(tǒng)總體設(shè)計 吸收光譜學(xué)理論 吸收光譜的成因 譜線強度 吸收譜線 波掃描直接吸收光譜基本原理 波睦調(diào)制光譜基本原理 系統(tǒng)總體設(shè)計 方案選擇 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述 本章小結(jié) 第三章光學(xué)部分設(shè)計 激

5、光器及其驅(qū)動和溫度控制電路 激光器的選擇 激光器驅(qū)動和溫度控制電路 接收郭分光學(xué)器件 本章小結(jié) 一 第四章信號處理電路設(shè)計 光電轉(zhuǎn)換部分 微弱信號檢測部分 帶通濾波器 乘法器 移十電路 低通電路 運算單元 本章小結(jié) 第五章系統(tǒng)控制單元設(shè)計 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 單片機簡介 單片機外圍電路設(shè)計 按鍵電路 液晶顯示電路 主從單片機通信接口 串行通信接口 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件主程序流程 標(biāo)定子程序 數(shù)據(jù)處理子程序 串口通信程序 主從通信程序 本章小結(jié) 第六章實驗結(jié)果及分析諧波仿真與實驗結(jié)果對比 酒精敢度測量 拋物線集光器性能分析 本章小結(jié) 第七章總結(jié)與展望 總結(jié) 展望致 謝 參考文獻(xiàn) 第一章緒論 研究的目的

6、和意義 酒后駕車的危害 目前，我國汽車數(shù)量正在隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而迅速增長，越來越便捷的交通促進(jìn)了生產(chǎn)，提高了人們的生話品質(zhì)，但同時由交通事故造成的生命財產(chǎn)損失也在不斷增加。交通事故是由多方面因素造成的在人為因素中，酒后駕車占有較大比例。我國每年由于酒后駕車引起的交通事故多達(dá)數(shù)萬起，據(jù)統(tǒng)計，年第一季度北京市酒后駕車致死率達(dá)。酒后駕車問題在世界范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。世界衛(wèi)生組織（）于年對各個國家灑后駕車現(xiàn)象進(jìn)行了調(diào)查研究統(tǒng)計結(jié)果如圖 所示。從圖中可以看出，在西方主要國家中，超過的致死性交通事故是由酒后駕車造成的。酒后駕車極易引發(fā)嚴(yán)重交通事故，同時部分人缺乏自覺性，飲酒后駕駛車輛上路。據(jù)歐洲道路交通安

7、全委員會的專家評估，在歐洲約有的司機是在酒后狀態(tài)下駕車。在俄羅斯，每起交通事故中就有一起是由酒后駕車造成，在美國的嚴(yán)重交通事故中至少有一名司機為醉灑狀態(tài)，而在中國，自從年起酒后駕車造成的死亡人數(shù)一直位于世界首位。因此必須嚴(yán)厲打擊酒后駕車現(xiàn)象，通過嚴(yán)格的法規(guī)和有效的措施來創(chuàng)造 安全的交通出行環(huán)境。 ￥要與，齷導(dǎo)藉曩限齲匝雄性抖莉怛呼 幽酒后弼年住各國致死性事故中所一比例 酒是餐桌的常見飲料，對人體具有一定毒性，人體吸收酒精的速度很快。飲酒后，人體腸胃直接吸收酒精酒精在分鐘內(nèi)就能進(jìn)入血液， 小時就可通過血液循?廢低成傅交甯鞲霾課弧憑勻頌甯鞲銎鞴倬杏跋歟閱圓康淖饔糜任饗浴誥憑淖饔茫疲吮淶寐楸浴枷牖炻

8、搖形！窕秀保谷說納砘芊罰癱浠憑胙漢筧司突岢魷侄模簦梢歡鞠衷擔(dān)菅芯浚焯迥冢保埃埃保褐瀉憑課常啊擔(dān)埃?？r保嘶岣械驕裼淇歟泳醯雀芯蹩急瀆薹既吠瓿勺既返募記尚栽碩擔(dān)啊歟希希恚縭保嘶崍澈歟镅贊泳惺啾淶茫?；易控制情婿嵄００一１?dān)埃?？r保說撓镅閱芰髂芰約芭卸夏芰嵫現(xiàn)叵陸擔(dān)保擔(dān)啊玻埃埃?？r保嘶岣械蕉裥模煌攏硪餉饗裕玻埃啊常埃埃?？r保說囊饈痘炻?lián)u魷致樽硐窒螅常埃啊矗埃埃?？r保嘶嶠牖杳宰刺橛猩硤邐露冉檔汀螻認(rèn)窒螅矗埃埃?？夒E鮮保訟萑肷疃然杳災(zāi)小饈丁惺嗌窬宦楸裕興勞鑫鍘啊雹蟆?酒精對生理的影響僅僅威脅個人的健康，但是在許多多的情況中，人們要控制巨大的能量用于交通、生產(chǎn)，酒精麻痹作用的危險會被這些機器成倍放大。以交

9、通安全為例在酒精的作用下，人的感覺、知覺靈敏度下降，判斷力和控制力減弱，無法對快速變化的環(huán)境做出反應(yīng)失去有效控制的快速運動車輛給駕駛員自身和其它交通參與者帶來巨大風(fēng)險。酒后駕車的危害主要表現(xiàn)在： 視覺下降：對于顏色和圖形的分辨能力降低，不易分辨出信號燈和各種交通標(biāo)志；視覺的立體感出現(xiàn)誤差，反應(yīng)時州延長至倍。 控制力下降；大腦對身體的控制能力下降，難以對方向盤、油門、剎車實施及時有效操作，手腳動作不協(xié)調(diào)。 酒精影響人的注意、判斷。由于酒精的作用，人會感知模糊，注意力不集中，無法進(jìn)行正常判斷。交通環(huán)境變化迅速，飲酒后注意力減弱，駕駛員容易忽視其他交通參與者和各種信號無法做出正確判斷而發(fā)生危險。 駕

10、駛員對交通情況做出有效反應(yīng)、保證行車安全包括個環(huán)節(jié)“，首先要看清楚變通狀況包括車輛、行人、道路、交通信號，而后駕駛員對各種情況做出迅速判斷，最后協(xié)調(diào)手腳完成駕駛動作。酒精會麻痹人的神經(jīng)系統(tǒng)使人變得視覺模糊，思維遲鈍，動作緩慢而不協(xié)調(diào)，嚴(yán)重威脅交通安全。我國規(guī)定，酒駕的標(biāo)準(zhǔn)為血液中酒精含量大于，醉駕標(biāo)準(zhǔn)為每血液中含有酒精。在人的每百毫升血液中酒精臺量達(dá)到時人的注意力就會明顯降，無法協(xié)調(diào)手腳運動酒精含量大于時。就會激動或者瞌睡，在這樣的情況下發(fā)生交通事故的概率大大增加。綜合分析酒后駕車發(fā)生事故的概率是正常行車的倍。 研究酒駕檢測方法的意義 為了保護(hù)人民群眾的生命財產(chǎn)安全，必須加大對酒后駕車行為的治

11、理力度，對酒駕處以重罰，提高酒駕的成本。在美國。酒后駕車行為會被記錄在個人檔案中，并町被判個徒刑。在南非，第一次酒駕會被處以萬美元蹄款，第一次酒駕則會被判年徒刑。嚴(yán)厲的懲罰措施減少了酒駕現(xiàn)象但是有部分司機存在僥幸心理，在飲酒后駕駛機動車輛。提高法規(guī)對酒后駕牟行為的治理效果需要多方面的努力，其中的一個關(guān)鍵問題就是對駕駛嶷是古飲酒進(jìn)行有效檢測，作為判斷的依據(jù)。經(jīng)常性的酒駕檢查與嚴(yán)厲的懲罰措施帽配臺，能夠打擊酒駕者的僥幸心理，有效制酒駕現(xiàn)象。因此，研究灑駕檢測技術(shù)，提高檢測的精度和速度，對保障交通安全，促進(jìn)社會和諧具有重要意義。 酒駕檢測常用技術(shù) 國內(nèi)和國際上均以人體內(nèi)血液中酒精的濃度作為判斷酒后駕

12、車醉酒駕車的標(biāo)準(zhǔn)，因此檢測酒精的目的是直接或者間接得到血液中酒精濃度值，將此值與酒駕和醉駕標(biāo)準(zhǔn)相比較，作為交通執(zhí)法的重要依掘。目前酒精的檢測方法主要包括血液化驗法（血檢），呼氣檢測法（氣檢）酒精試紙檢測法以及紅外檢測法。下面對各種方法逐一加以介紹： 血液化驗法 血液化驗法利用氣相色譜技術(shù)直接測量血液中酒精的濃度，精度高，已經(jīng)成為各地交警及執(zhí)法部門檢測酒駕的標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)威方法“。按照規(guī)定，如果駕駛員對氣檢結(jié)果有異議，就需要進(jìn)行血液化驗檢測。氣相色譜的原理是利用物質(zhì)之問在相同氣壓的沸點、極性以及對同一物質(zhì)的吸附性的差異，實現(xiàn)復(fù)雜混合物的分離和每一組分濃度的測量。樣品在待測池中被汽化，之后運動的惰性氣體

13、（載氣也稱為流動相）進(jìn)入待測池，汽化的樣品在惰性氣體的帶動下也丌始運動并進(jìn)入色譜柱。色譜柱是檢測的中心設(shè)備其內(nèi)含有一定物質(zhì)作為固相，與惰性氣體相對應(yīng)，每種物質(zhì)都傾向于在固帽吸收和液相吸收之問達(dá)到動態(tài)的平衡。但是由于流動相是運動的，這種平衡很難建立樣品在氣相和液相之間不斷轉(zhuǎn)換，這帶柬的結(jié)果是在氣相中濃度大的組分先于濃度小的組分流出色譜柱。樣品的不同組分流出色譜柱后會被送入檢測裝罱。檢測裝置的作用是將某一組分氣體的濃度信息轉(zhuǎn)換為電信息。樣品組分進(jìn)入檢測裝置后，檢測裝置的輸出與氣體濃度成詎比根據(jù)檢測裝置的輸出信號便可得出相應(yīng)氣體的濃度值。血液檢測法流程圖如下所示： 血液樣品 載氣流量調(diào)節(jié)閥塾芝 信

14、息 載 流 色 檢 處 氣 鼉 譜 測 理 鋼 計 柱 器 盟 瓶 凹 血液檢測法流群圖 呼氣檢測法 呼氣檢測法是通過測量人呼出的氣體中酒精含量間接獲得血液中酒精濃度的酒駕檢測方法。此方法的依據(jù)是血液在肺泡處與空氣完成氣體交換，血液中的酒精會進(jìn)入肺泡而被呼出體外，呼出氣體中所含的酒精量與血液中的酒精量存在比例關(guān)系。呼氣檢測法的敏感器件是酒精氣體傳感器。氣體傳感器也被稱為氣體敏感元件，能夠?qū)⒖諝庵心撤N特定氣體的濃度轉(zhuǎn)換為電信號。根據(jù)傳感器的不同呼氣檢測法可分為半導(dǎo)體酒精檢測技術(shù)和燃料電池酒精檢測技術(shù)。半導(dǎo)體型傳感器由躍遷型金屬氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成，在攝氏度條件下，若對傳感器施加一定電壓便會產(chǎn)生一定的電流。半導(dǎo)體表面的導(dǎo)電性能決定電流的強度。半導(dǎo)體表面吸附物質(zhì)的濃度影響其表面的導(dǎo)電性能當(dāng)酒精氣體與半導(dǎo)體接觸，會被吸附于半導(dǎo)體表面改變半導(dǎo)體表面的導(dǎo)電能力，從而改變流過半導(dǎo)體表面的電流的大小，電流的改變量與呼氣樣品中酒精濃度存在比例關(guān)系山此可得出待測濃度。半導(dǎo)體式傳感器的缺點是其它吸附于半導(dǎo)體表面的物質(zhì)也會引起電流的變化，造成測量的誤差。同時，此類傳感器的使用壽命較短，一般為年。傳感器的靈敏度會隨著大氣中的氧分壓的變化而變化，這種變化在高海拔地區(qū)尤為明顯。燃料電池型酒精傳感器利用電化學(xué)原理，使其電極周圍的酒精氣體在催化劑的作