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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。

      汽车尾气的检测目前主要措施为机动车尾气年检和日常路检，但在实际检测过程中，仍然存在诸多问题。首先是年检周期长，数据不具备实时性; 其次是道路中车流量因素，停车检测会造成拥堵问题，车辆怠速或低速慢行导致更多污染源排放，给监管部门和车主均带来不便。气体遥感检测技术可以更好地进行汽车尾气检测，并可实现道路现场化、不停车流动式检测，检测精度满足行业标准。气体遥感检测技术在当今机动车尾气排放监测领域中，能够展现出非常重要的作用。

       从 20 世纪 60 年代起，气体遥感监测技术开始蓬勃发展，国内外从理论研究到技术验证，对其进行逐渐深入的研究并不断取得进展，并将气体遥测技术在机动车尾气检测场景中的实际应用做了大量研究。本文综述了用于机动车尾气遥感监测技术的不同方法，包括非分光红外技术、差分光谱技术、激光吸收光谱技术在汽车尾气遥测中的应用，对其从原理、特点等方面进行评述，并总结了机动车尾气遥测技术目前存在的问题及发展方向。  

1 机动车尾气遥感检测技术

       气体遥感检测是用仪器对一段距离以外的气体进行检测，是一种不直接接触气体而能进行气体成分有效分析检测的手段。当机动车通过监测光路，相关气体信息就会被采集，并进一步进行识别、分析和判断。目前机动车尾气遥感检测技术依据原理不同主要采用非分光红外光谱技术 、差分吸收光谱技术和激光吸收光谱技术等。

       上述三种技术是以吸收光谱原理和 Beer －Lambert 定律为基础，当光路从待测气体介质中经过，气体分子会发生能量跃迁。不同能级之间的跃迁所需能量不同，因此不同气体分子需要吸收不同波长的红外光跃迁，产生红外吸收光谱。在中红外波段，基频吸收带和吸收幅度较大，可以对汽车尾气中的 CO2、CO、NO、HC 等气体进行定性定量检测。

1. 1 非分光红外机动车尾气遥测技术

       非分散红外线 ( NDIＲ) 技术利用宽频红外线( IＲ) 发射体，即覆盖既定系列拟测量的气体全部关注的波长，是气体遥感检测领域的一种常用技术。机动车尾气遥感检测基于该技术的测量，特点为采用单光束双波长的检测方法。对于一束红外光，探测器有两个独立的探测单元，探测窗口与参考窗口。探测窗口透射频带的选择是待测气体吸收中心，参考窗口选择其他区域并且无另外气体吸收。使用非分散红外技术进行尾气检测，精度可以达到 ppm 级别。检测下限可以满足 HC、NO 等含量微小成分的检测要求。

      NDIＲ 技术自 20 世纪 60 年代发展成熟以来，首先在工业烟气检测领域应用广泛。使用 NDIＲ 技术进行机动车尾气检测，可以获得较好的选择性，在检测汽车尾气时，各气体成分之间是相互独立、互不干扰的，如果其中的一种甚至多种气体的浓度发生变化时，不会对其他气体的检测造成影响; 可测量气体种类较多，除了无红外活性的分子气体外，大多数气体都能够根据红外吸收光谱原理进行检测，对于汽车尾气成分都可以进行很好的测量; 同时设备不易受到有害气体影响，使用寿命比较长; 由于长期稳定性较好的缘故，对于设备的维护成本也比较低。但其检测下限相对较高，测量精度相比于其他光谱检测技术并不突出，通常用来检测单组份气体。

1. 2 差分吸收光谱机动车尾气遥测技术

       差分吸收光谱技术 ( DOAS) 最早是 20 世纪80 年代由 Noxon 和 Platt 等人提出，其是依据尾气中的待测气体分子对光辐射的吸收特性来定性定量检测尾气成分的一种遥感检测技术，近年来逐渐在机动车尾气检测中得到应用。为解决初始光强度极难测量的问题，引入了差分吸收技术。将波长变化当作刻度，使吸收截面分成快、慢变化两部分。其中慢变化由散射引起，通过滤波消除; 使用快变化部分进行多项式拟合从而实现对机动车尾气成分进行检测。

      差分吸收光谱作为气体遥感检测典型方法，应用于机动车尾气尾气检测近年来在国内逐渐引起重视。

       DOAS 技术在机动车尾气遥测应用中体现出了许多优势，比如可以实现多组分气体同时测量，这大大降低了设备的复杂程度; 且设备维护成本低; 具有较好的测量精度，同时也有不错的灵敏度，满足实际道路现场化测量需求; 作为一种遥感检测技术，在实际测量环境中，可以实现非接触性测量。但所检测的气体分子必须具有差分吸收特性; 监测装置抗干扰性不是很强。

      目前，对于 DOAS 技术在机动车尾气检测之中应用的研究仍有很大空间。其一是对理论层面的研究，更加优化的算法可以更好的提升测量精确性、减少误差。此外，是对 DOAS 技术相关的光学、电子学器件的研发，获得更好性能的光电器件，更加合理的搭建、使用检测装置，提高尾气检测精度。

1. 3 激光吸收光谱机动车尾气遥测技术

      激光吸收光谱 ( LAS) 技术最早由 Hinkley 与Ｒeid 在 20 世纪 70 年代提出，是一种新型的气体检测技术。与传统光谱技术相比，激光线宽度极窄，发射激光的激光功率密度高。通过对激光器件的温度和注入电流进行控制，调整所需要的出射激光波长，扫描待测气体，得到气体吸收光谱。通过吸收光谱对待测气体进行分析。利用 LAS 技术进行尾气检测可由直接吸收法或波长调制法实现。 

在激光吸收光谱技术中，可调谐二极管激光吸收光谱技术 ( TDLAS，Tunable Diode Laser Ab-sorption Spectroscopy) 在气体遥测方面的研究已较为成熟，其应用也比较广泛。此外，量子级联激光吸收光谱技术 ( QCLAS，Quantum Cascade Laser Absorption Spectroscopy) 也成为了近年来的热点，逐渐被研究和应用于机动车尾气检测等各类气体遥测当中。

        激光吸收光谱技术因其高检测灵敏度和灵活性的优势，已大量运用在环境监测和机动车尾气检测等方面。激光吸收光谱技术可检测极低浓度的气体，检测限可以达到低 ppm 水平，某些气体分子甚至可达到 ppb 量级。基于该技术的气体测量系统能够进行非接触测量，实时在线监测待测气体。目前该技术使用的激光器在调谐范围上仍有较大的发展空间。因此，如何使用 LAS 技术检测更多种类的气体分子需要进一步研究。LAS技术也将向着环境适应性更强、持久的系统稳定性、更成熟更高效率的优化测量算法以及小型化智能化等等方向不断发展进步。

2 结语

       机动车尾气遥测技术蓬勃发展，进步焦点主要集中在光源选择和光谱分析技术上。本文综述了机动车尾气遥感检测技术的研究发展现状，并介绍了不同机动车气体遥感检测技术的原理与特点。未来气体遥感检测技术在机动车尾气检测领域的应用中仍然面临着一些问题及挑战，如在使用过程中如何降低诸如天气、风速、地形等自然因素的影响，在检测过程中车流量过密影响检测结果或者气体组分过于复杂等因素。以光谱检测技术为核心的机动车尾气遥感检测技术未来的发展在以下几个方面值得期待: ( 1) 环境适应性更强，整体光学结构和电子系统能长期稳定工作，即可以进行长期持续不断的在线检测; ( 2) 算法更加高效成熟，更优化的算法可以带来更加精确的检测效果; ( 3) 仪器更加小型智能、检测限更低以及测量参数逐渐增多以满足更复杂的检测需求等。

总之，精度高、重复性良好、稳定可靠、计算速度快是机动车尾气遥测技术未来发展方向。相信将来会有越来越多功能更加完善的尾气遥测设备得到应用，为大气环境污染治理做出突出贡献。

文章来源： 豫环协机动车污防委