隨著交通運輸業(yè)不斷發(fā)展，中長型隧道在公路建設中發(fā)揮越來越大的作用。隧道作為一個半封閉的柱狀空間，具有縱深長、封閉性強等特點。機動車輪胎與地面的摩擦和排放的尾氣，如不及時合理的排放出去，極易造成CO和懸浮顆粒物的聚集，將直接關系到行經(jīng)隧道的車輛司乘人員和維護工作人員的人身安全。COVI檢測器是用來在線采集VI(隧道能見度)和CO濃度的設備，可以實時監(jiān)測隧道內(nèi)的相關數(shù)據(jù)，提供給隧道相關的監(jiān)管部門，為隧道通風及道路安全通行提供決策依據(jù)。

XF-CQ15隧道COVI檢測器利用光學透射原理，實時檢測隧道環(huán)境內(nèi)的一氧化碳濃度和VI值，可以反應出隧道內(nèi)車輛排放廢氣在隧道內(nèi)的聚集程度。提供不同輸出方式，當數(shù)據(jù)較高時，及時數(shù)據(jù)報警。

1.1原理介紹

按照檢測原理不同，能見度檢測儀主要分為透射測量儀和散射測量儀。散射型測量儀根據(jù)其測量原理分為前向散射法與后向散射法。前向散射法取樣空間較小，測量結(jié)果的代表性較差；后向散射法取樣空間大，但要求采樣空間內(nèi)無障礙物，因此無法適用于隧道狹窄空間。透射類測量儀因其測量直接、計算簡單、易于實現(xiàn)且更加適用于對低能見度檢測，針對數(shù)據(jù)精度要求較高但對儀器體積要求不高的場所，因而更適合隧道特殊環(huán)境。

氣象學中，能見度被定義為在一定的大氣透明度下，人眼能發(fā)現(xiàn)的以水平天空為背景的黑色目標物的zui大距離。水平大氣能見度Koschmieder定律：

XF-CQ15隧道COVI檢測器

式中：V 為以水平天空為背景的黑色目標物能見度，σ為觀測方向大氣水平消光系數(shù)，ε為視覺反應閾值，取推薦值 0.05。能見度測量的關鍵即為如何準確測量大氣消光系數(shù)σ。

設光源初始光強為I0，在光學路徑L處探測器接收到的光強為I假設在光的傳輸路徑上大氣均勻分布，則光輻射在大氣中的衰減遵循比爾朗博定律，即：

XF-CQ15隧道COVI檢測器

聯(lián)立式(1)、(2)兩式即可推導出能見度 V、光學路徑長度L、透過率τ三者之間關系：

XF-CQ15隧道COVI檢測器

由式(3)可知，能見度距離只與大氣透過率相關，而大氣透過率由I0和I 計算得到。因此，準確測得光源發(fā)光的始末光強值，即可計算得到能見度。由于不同人群在不同環(huán)境下的視覺反應閾值不同，由此計算得到的能見度計算結(jié)果并不準確，因此能見度計算以消

光系數(shù)為標準。

依據(jù)上述理論，COVI檢測器根據(jù)透射原理工作，發(fā)射/接收器和反射器對向安裝，在固定好支架并對準后，光學部件發(fā)出的高聚焦檢測光束。發(fā)射/接收器和反射器安裝距離間隔3米（往返光路，實際檢測光程為6米），由存在懸浮顆粒物，接收到的光信號會有所衰減。接收器根據(jù)得到的光信號值，通過計算，處理為相應的VI值。

1.2產(chǎn)品結(jié)構

XF-CQ15隧道COVI檢測器由發(fā)射接收端、反射端，安裝調(diào)節(jié)支架以及接線盒四部分組成。根據(jù)我國《公路隧道通風照明設計規(guī)范》要求，安裝在隧道頂部或者側(cè)壁上。如下圖所示：

XF-CQ15隧道COVI檢測器

1.3產(chǎn)品尺寸 mm

圖片6.png

圖片7.png

圖片8.png

1.4技術參數(shù)

供電電壓220V±15%V AC 50Hz

整機功耗非加熱 ≤5W

加熱 ≤10W

測量范圍VI：0 － 3.5E-2 1/m

CO: 0 － 500 PPM

測量精度VI：0.0001 1/m

CO: ±1 PPM

通信接口1路RS485標準modbus協(xié)議輸出

兩路4-20mA輸出，對應當前CO和VI值，zui大負載200歐姆

兩路開關量輸出，可定制，默認為CO和VI超限報警輸出

防護等級IP65

數(shù)據(jù)更新間隔1-120秒可選，默認30s。

整機重量＜ 20KG

1.5環(huán)境要求

工作溫度-40－60℃

工作濕度0－100*RH

儲存溫度-50－85℃

二、測試和安裝

2.1接線盒接口定義

接線盒內(nèi)為P12端子排，標號為1至12，定義如下：

1RS485 A7RelayA2

2RS485 B8RelayB1

3CO+ (4-20mA)9RelayB2

4SGND (4-20mA,公共地)10L(火線)

5VI+ (4-20mA)11N(零線)

6RelayA112PE(地線)

2.2安裝說明

COVI檢測器在出廠前所有部件均裝配成套，分為發(fā)射/接收端+支架、反射端+支架、接線盒。其中發(fā)射/接收端+支架部分和接線盒已經(jīng)用線纜連接好。現(xiàn)場安裝時只需要固定支架部分，然后進行調(diào)試對準即可。安裝時要注意以下幾點：

1) 支架安裝要求上表面在同一水平面，而且要與地面平行。在完成安裝后要保證不會產(chǎn)生位移。支架間距為3米。支架由8顆鋼膨脹螺栓固定于隧道墻面，建議安裝高度為3米(如下圖所示)。

XF-CQ15隧道COVI檢測器

2) 分為發(fā)射/接收端和反射端視線內(nèi)沒有障礙物。

3）建議將COVI檢測器安裝到隧道側(cè)墻壁上，且安裝方向和車行進方向一致。。

2.3安裝圖

安裝支架底板孔位圖如下

XF-CQ15隧道COVI檢測器

整體效果圖如下：

圖片11.png

圖片12.png

2.4設備調(diào)試

1) 初步觀測，適當調(diào)節(jié)接收機/發(fā)射機和反射機支架底座上的螺栓，使接收機/發(fā)射機和反射機的鏡筒大致在一條直線上，固定緊兩邊的螺栓。

2) 再次確認接線無誤后，給設備接通電源。設備上電初始化后，接收機/發(fā)射機端鏡筒會發(fā)射出白色可見光(光亮較強，最hao帶一個太陽鏡觀測)，光束進入反射端。首先調(diào)節(jié)接收機/發(fā)射機支架底座上的調(diào)節(jié)螺栓，使光斑均勻分布在接收機鏡筒周圍后，固定該端的螺栓。接下來需要兩人分工合作，一人調(diào)節(jié)反射機端支架底座上的螺栓，大致觀測到發(fā)射光斑均勻分布在接收機/發(fā)射機端鏡筒周圍，微鎖緊螺栓。另一個人開始在接收機/發(fā)射機端機箱上的觀測鏡口觀測(最hao帶太陽鏡)，繼續(xù)調(diào)整接收機/發(fā)射機端螺栓，直至觀測窗口的光束恰好為觀測窗的十字準心zhong央，鎖緊收機/發(fā)射機端螺栓。至此，設備VI光路部分調(diào)試基本完成。此部分最hao由專業(yè)人員來操作。

3) 支架底座上的調(diào)節(jié)結(jié)構如下圖所示。

XF-CQ15隧道COVI檢測器

三、通訊協(xié)議

3.1 RS485總線

缺省串口設置：

波特率9600；

校驗位無；

數(shù)據(jù)位8；

停止位1。

3.2 MODBUS協(xié)議

采用標準的MODBUS通訊協(xié)議，一幀完整命令地址字節(jié)、命令字節(jié)、數(shù)據(jù)起始地址字節(jié)，數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)，校驗。

地址：每臺設備都可以設置自己的地址1-255（0x00ff），上位機通過不同地址可方位不同設備。

命令：即功能碼，本軟件中用到的包括03（讀取多個寄存器），06（寫單個寄存器）。

數(shù)據(jù)起始地址：即要讀的數(shù)據(jù)地址（注一）。

數(shù)據(jù)長度：本次要讀的數(shù)據(jù)個數(shù)。

數(shù)據(jù)：有效數(shù)據(jù)，采用高字節(jié)在前，低字節(jié)在后的格式。

校驗：用于判斷接收信息是否出錯，校驗方法采用的是16位冗余循環(huán)碼（CRC16），校驗對象為除去檢驗字節(jié)本身的所有字節(jié)。校驗碼采用低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。

校驗計算方式代碼如下：

int CRC_Check(unsigned char *m_Data,short m_Size)

{

int i0,i1;

char CRC16Lo,CRC16Hi, SaveHi,SaveLo;

CRC16Lo = 0xFF; CRC16Hi = 0XFF;

for(i0=0;i0<m_Size;i0++)

{

CRC16Lo = CRC16Lo ^ *(m_Data+i0);

for(i1=0;i1<8;i1++)

{

SaveHi = CRC16Hi;

SaveLo = CRC16Lo;

CRC16Hi >>=1;

CRC16Lo >>=1; if((SaveHi & 1) == 1)

{

CRC16Lo |=0x80;

}

if((SaveLo & 1) == 1) {

CRC16Hi ^=0XA0;

CRC16Lo ^=1;

}

return ( CRC16Hi << 8 )| CRC16Lo;

}

3.2.1、讀取傳感器地址指令

發(fā)送：00 03 00 00 00 01 85 DB

000300 0000 0185 DB

保留地址功能碼寄存器地址寄存器數(shù)量CRC16 校驗位

回復：00 03 02 00 FF C5 C4

0003 0200 FFC5 C4

保留地址功能碼寄存器數(shù)量寄存器數(shù)據(jù)CRC16 校驗位

數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)為 0x00FF，表示傳感器地址為 0xFF，當前傳感器地址取值范圍為 0x01-0xFF，其中 0xFF為默認地址。

3.2.2、修改傳感器地址指令（改為 0x01）

發(fā)送：00 06 00 00 00 01 49 DB

000600 0000 0149 DB

保留地址功能碼寄存器地址新di址CRC16 校驗位

回復：00 06 00 00 00 01 49 DB

0006 00 0000 0149 DB

保留地址功能碼寄存器地址新di址CRC16 校驗位

回復與發(fā)送數(shù)據(jù)相同，表示地址修改成功，當前傳感器地址為 0x01。

3.2.3、修改傳感器波特率（改為 9600）

設置波特率為9600，非專業(yè)人士請勿自行更改?。。?/span>

發(fā)送：00 06 01 02 00 02 A9 E6

000601 0200 02A9 E6

保留地址功能碼寄存器地址新波特率CRC16 校驗位

回復：00 06 01 02 00 02 A9 E6

000601 0200 02A9 E6

保留地址功能碼寄存器地址新波特率CRC16 校驗位

回復與發(fā)送數(shù)據(jù)相同，表示波特率修改成功，需重啟后生效。

00-06分別代表2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200

3.2.4、讀取傳感器數(shù)據(jù)指令（默認地址為0xFF）

發(fā)送：FF 03 00 01 00 03 41 D5

FF0300 0100 0341 D5

傳感器地址功能碼寄存器地址寄存器數(shù)量CRC16 校驗位

回復：FF 03 06 00 64 9B A6 3C 44 C6 ED

FF03 0600 64 9B A6 3C 44C6 ED

傳感器地址功能碼寄存器數(shù)量寄存器數(shù)據(jù)CRC16 校驗位

CO濃度：

取數(shù)據(jù)區(qū)的前兩個字節(jié)。十六進制為：0x0064 轉(zhuǎn)換為10進制數(shù)為100，即當前CO的濃度為100PPM。15s能見度為 5620m。

VI值：

取數(shù)據(jù)區(qū)的后四個字節(jié)。每個寄存器數(shù)據(jù)高位在前，組合為3C449BA6，轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)為0.012，即當前的VI值為0.012 1/m。

注：

地址操作內(nèi)容備注

0x0001只讀CO濃度值，直讀，單位PPM。

0x0002

0x0003只讀VI值，四字節(jié)浮點格式，只讀，單位 1/m。

Ox004只讀CO濃度超限報警，數(shù)據(jù)0x0001表示報警，0x0表示無報警。

0x0005只讀VI超限報警，數(shù)據(jù)0x0001表示報警，0x0表示無報警。

CO和VI的報警值默認為zui大值，可通過指令配置修改。

3.3 配置協(xié)議(ASCII格式)

3.3.1 CO和VI的報警設置

CO報警值設置：

發(fā)送：

ALMCO=300\r\n

回復：

OK\r\n

注：\r\n 表示回車換行符。設置CO的報警值為300ppm，報警值的取值范圍為0-500PPM，報警值設置成功回復OK。

CO報警值設置：

發(fā)送：

ALMVI=0.015\r\n

回復：

OK\r\n

注：\r\n 表示回車換行符。設置VI的報警值為0.015 1/m，報警值的取值范圍為0-0.035 1/m，報警值設置成功回復OK。

3.3.2讀取報警參數(shù)設置

發(fā)送：

ALM?\r\n

回復：

CO:300,VI:0.012\r\n

注：\r\n 表示回車換行符。當前CO的報警值為300 ppm，VI的報警為0.012 1/m

四、設備常見問題及解決辦法

現(xiàn)象解決方法

沒有通訊檢查電源

檢查電纜

檢查通訊配置參數(shù)

數(shù)據(jù)異常檢查鏡頭是否被異物污染

檢查周圍是否有平行的發(fā)光源

檢查設備是否發(fā)出白色可見光

如故障仍無法排除請聯(lián)系廠家

私自拆開設備將不再享受質(zhì)保，涉及侵權必將追究法律責任！

關鍵詞：傳感器

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