一、產(chǎn)品簡(jiǎn)介
隨著交通運(yùn)輸業(yè)不斷發(fā)展，中長(zhǎng)型隧道在公路建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。隧道作為一個(gè)半封閉的柱狀空間，具有縱深長(zhǎng)、封閉性強(qiáng)等特點(diǎn)。機(jī)動(dòng)車(chē)輪胎與地面的摩擦和排放的尾氣，如不及時(shí)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(guān)系到行經(jīng)隧道的車(chē)輛司乘人員和維護(hù)工作人員的人身安全。COVI檢測(cè)器是用來(lái)在線采集VI(隧道能見(jiàn)度)和CO濃度的設(shè)備，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，提供給隧道相關(guān)的監(jiān)管部門(mén)，為隧道通風(fēng)及道路安全通行提供決策依據(jù)。
XF-CQ15隧道COVI檢測(cè)器利用光學(xué)透射原理，實(shí)時(shí)檢測(cè)隧道環(huán)境內(nèi)的一氧化碳濃度和VI值，可以反應(yīng)出隧道內(nèi)車(chē)輛排放廢氣在隧道內(nèi)的聚集程度。提供不同輸出方式，當(dāng)數(shù)據(jù)較高時(shí)，及時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)警。
1.1原理介紹
按照檢測(cè)原理不同，能見(jiàn)度檢測(cè)儀主要分為透射測(cè)量?jī)x和散射測(cè)量?jī)x。散射型測(cè)量?jī)x根據(jù)其測(cè)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(cè)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(wú)障礙物，因此無(wú)法適用于隧道狹窄空間。透射類(lèi)測(cè)量?jī)x因其測(cè)量直接、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且更加適用于對(duì)低能見(jiàn)度檢測(cè)，針對(duì)數(shù)據(jù)精度要求較高但對(duì)儀器體積要求不高的場(chǎng)所，因而更適合隧道特殊環(huán)境。
氣象學(xué)中，能見(jiàn)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(biāo)物的最大距離。水平大氣能見(jiàn)度Koschmieder定律：
式中：V 為以水平天空為背景的黑色目標(biāo)物能見(jiàn)度，σ為觀測(cè)方向大氣水平消光系數(shù)，ε為視覺(jué)反應(yīng)閾值，取推薦值 0.05。能見(jiàn)度測(cè)量的關(guān)鍵即為如何準(zhǔn)確測(cè)量大氣消光系數(shù)σ。
設(shè)光源初始光強(qiáng)為I0，在光學(xué)路徑L處探測(cè)器接收到的光強(qiáng)為I假設(shè)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：
聯(lián)立式(1)、(2)兩式即可推導(dǎo)出能見(jiàn)度 V、光學(xué)路徑長(zhǎng)度L、透過(guò)率τ三者之間關(guān)系：
由式(3)可知，能見(jiàn)度距離只與大氣透過(guò)率相關(guān)，而大氣透過(guò)率由I0和I 計(jì)算得到。因此，準(zhǔn)確測(cè)得光源發(fā)光的始末光強(qiáng)值，即可計(jì)算得到能見(jiàn)度。由于不同人群在不同環(huán)境下的視覺(jué)反應(yīng)閾值不同，由此計(jì)算得到的能見(jiàn)度計(jì)算結(jié)果并不準(zhǔn)確，因此能見(jiàn)度計(jì)算以消
光系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)。
依據(jù)上述理論，COVI檢測(cè)器根據(jù)透射原理工作，發(fā)射/接收器和反射器對(duì)向安裝，在固定好支架并對(duì)準(zhǔn)后，光學(xué)部件發(fā)出的高聚焦檢測(cè)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(shí)際檢測(cè)光程為6米），由存在懸浮顆粒物，接收到的光信號(hào)會(huì)有所衰減。接收器根據(jù)得到的光信號(hào)值，通過(guò)計(jì)算，處理為相應(yīng)的VI值。
1.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
XF-CQ15隧道COVI檢測(cè)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(guó)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，安裝在隧道頂部或者側(cè)壁上。如下圖所示：
1.3產(chǎn)品尺寸 mm
1.4技術(shù)參數(shù)
供電電壓 220V±15%V AC 50Hz
整機(jī)功耗 非加熱 ≤5W
加熱 ≤10W
測(cè)量范圍 VI：0 － 3.5E-2 1/m
CO: 0 － 500 PPM
測(cè)量精度 VI：0.0001 1/m
CO: ±1 PPM
通信接口 1路RS485標(biāo)準(zhǔn)modbus協(xié)議 輸出
兩路4-20mA輸出，對(duì)應(yīng)當(dāng)前CO和VI值，最大負(fù)載200歐姆
兩路開(kāi)關(guān)量輸出，可定制，默認(rèn)為CO和VI超限報(bào)警輸出
防護(hù)等級(jí) IP65
數(shù)據(jù)更新間隔 1-120秒可選，默認(rèn)30s。
整機(jī)重量 ＜ 20KG
1.5環(huán)境要求
工作溫度 -40－60℃
工作濕度 0－100%RH
儲(chǔ)存溫度 -50－85℃
二、測(cè)試和安裝
2.1接線盒接口定義
接線盒內(nèi)為P12端子排，標(biāo)號(hào)為1至12，定義如下：
1 RS485 A 7 RelayA2
2 RS485 B 8 RelayB1
3 CO+ (4-20mA) 9 RelayB2
4 SGND (4-20mA,公共地) 10 L(火線)
5 VI+ (4-20mA) 11 N(零線)
6 RelayA1 12 PE(地線)
2.2安裝說(shuō)明
COVI檢測(cè)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(chǎng)安裝時(shí)只需要固定支架部分，然后進(jìn)行調(diào)試對(duì)準(zhǔn)即可。安裝時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：
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(huì)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)。
2) 分為發(fā)射/接收端和反射端視線內(nèi)沒(méi)有障礙物 。
3）建議將COVI檢測(cè)器安裝到隧道側(cè)墻壁上，且安裝方向和車(chē)行進(jìn)方向一致。。
2.3安裝圖
安裝支架底板孔位圖如下
整體效果圖如下：
2.4設(shè)備調(diào)試
1) 初步觀測(cè)，適當(dāng)調(diào)節(jié)接收機(jī)/發(fā)射機(jī)和反射機(jī)支架底座上的螺栓，使接收機(jī)/發(fā)射機(jī)和反射機(jī)的鏡筒大致在一條直線上，固定緊兩邊的螺栓。
2) 再次確認(rèn)接線無(wú)誤后，給設(shè)備接通電源。設(shè)備上電初始化后，接收機(jī)/發(fā)射機(jī)端鏡筒會(huì)發(fā)射出白色可見(jiàn)光(光亮較強(qiáng)，最好帶一個(gè)太陽(yáng)鏡觀測(cè))，光束進(jìn)入反射端。首先調(diào)節(jié)接收機(jī)/發(fā)射機(jī)支架底座上的調(diào)節(jié)螺栓，使光斑均勻分布在接收機(jī)鏡筒周?chē)螅潭ㄔ摱说穆菟ā＝酉聛?lái)需要兩人分工合作，一人調(diào)節(jié)反射機(jī)端支架底座上的螺栓，大致觀測(cè)到發(fā)射光斑均勻分布在接收機(jī)/發(fā)射機(jī)端鏡筒周?chē)㈡i緊螺栓。另一個(gè)人開(kāi)始在接收機(jī)/發(fā)射機(jī)端機(jī)箱上的觀測(cè)鏡口觀測(cè)(最好帶太陽(yáng)鏡)，繼續(xù)調(diào)整接收機(jī)/發(fā)射機(jī)端螺栓，直至觀測(cè)窗口的光束恰好為觀測(cè)窗的十字準(zhǔn)心中央，鎖緊收機(jī)/發(fā)射機(jī)端螺栓。至此，設(shè)備VI光路部分調(diào)試基本完成。此部分最好由專(zhuān)業(yè)人員來(lái)操作。
3) 支架底座上的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)如下圖所示。
三、通訊協(xié)議
3.1 RS485總線
缺省串口設(shè)置：
波特率9600；
校驗(yàn)位 無(wú)；
數(shù)據(jù)位8；
停止位1。
3.2 MODBUS協(xié)議
采用標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)度、數(shù)據(jù)，校驗(yàn)。
地址：每臺(tái)設(shè)備都可以設(shè)置自己的地址1-255（0x00ff），上位機(jī)通過(guò)不同地址可方位不同設(shè)備。
命令：即功能碼，本軟件中用到的包括03（讀取多個(gè)寄存器），06（寫(xiě)單個(gè)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(zhǎng)度：本次要讀的數(shù)據(jù)個(gè)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(yàn)：用于判斷接收信息是否出錯(cuò)，校驗(yàn)方法采用的是16位冗余循環(huán)碼（CRC16），校驗(yàn)對(duì)象為除去檢驗(yàn)字節(jié)本身的所有字節(jié)。校驗(yàn)碼采用低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。
校驗(yàn)計(jì)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
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