随着交通运输业不断发展，中长型隧道在公路建设中发挥越来越大的作用。隧道作为一个半封闭的柱状空间，具有纵深长、封闭性强等特点。机动车轮胎与地面的摩擦和排放的尾气，如不及时合理的排放出去，极易造成CO和悬浮颗粒物的聚集，将直接关系到行经隧道的车辆司乘人员和维护工作人员的人身安全。COVI检测器是用来在线采集VI(隧道能见度)和CO浓度的设备，可以实时监测隧道内的相关数据，提供给隧道相关的监管部门，为隧道通风及道路安全通行提供决策依据。

XF-CQ15隧道COVI检测器利用光学透射原理，实时检测隧道环境内的一氧化碳浓度和VI值，可以反应出隧道内车辆排放废气在隧道内的聚集程度。提供不同输出方式，当数据较高时，及时数据报警。

  1.1原理介绍

按照检测原理不同，能见度检测仪主要分为透射测量仪和散射测量仪。散射型测量仪根据其测量原理分为前向散射法与后向散射法。前向散射法取样空间较小，测量结果的代表性较差；后向散射法取样空间大，但要求采样空间内无障碍物，因此无法适用于隧道狭窄空间。透射类测量仪因其测量直接、计算简单、易于实现且更加适用于对低能见度检测，针对数据精度要求较高但对仪器体积要求不高的场所，因而更适合隧道特殊环境。

气象学中，能见度被定义为在一定的大气透明度下，人眼能发现的以水平天空为背景的黑色目标物的最大距离。水平大气能见度Koschmieder定律：

                        

式中：V 为以水平天空为背景的黑色目标物能见度，σ为观测方向大气水平消光系数，ε为视觉反应阈值，取推荐值 0.05。能见度测量的关键即为如何准确测量大气消光系数σ。

设光源初始光强为I0，在光学路径L处探测器接收到的光强为I假设在光的传输路径上大气均匀分布，则光辐射在大气中的衰减遵循比尔朗博定律，即：

                         

联立式(1)、(2)两式即可推导出能见度 V、光学路径长度L、透过率τ三者之间关系：

                             

由式(3)可知，能见度距离只与大气透过率相关，而大气透过率由I0和I 计算得到。因此，准确测得光源发光的始末光强值，即可计算得到能见度。由于不同人群在不同环境下的视觉反应阈值不同，由此计算得到的能见度计算结果并不准确，因此能见度计算以消

光系数为标准。

依据上述理论，COVI检测器根据透射原理工作，发射/接收器和反射器对向安装，在固定好支架并对准后，光学部件发出的高聚焦检测光束。发射/接收器和反射器安装距离间隔3米（往返光路，实际检测光程为6米），由存在悬浮颗粒物，接收到的光信号会有所衰减。接收器根据得到的光信号值，通过计算，处理为相应的VI值。

1.2产品结构

XF-CQ15隧道COVI检测器由发射接收端、反射端，安装调节支架以及接线盒四部分组成。根据我国《公路隧道通风照明设计规范》要求，安装在隧道顶部或者侧壁上。如下图所示：

1.3产品尺寸  mm

 

 1.4技术参数

供电电压 220V±15%V AC 50Hz

整机功耗 非加热 ≤5W

加热  ≤10W

测量范围 VI：0 － 3.5E-2 1/m

CO: 0 － 500 PPM

测量精度 VI：0.0001 1/m

CO: ±1 PPM

通信接口 1路RS485标准modbus协议 输出

两路4-20mA输出，对应当前CO和VI值，最大负载200欧姆

两路开关量输出，可定制，默认为CO和VI超限报警输出

防护等级 IP65

数据更新间隔 1-120秒可选，默认30s。

整机重量 ＜ 20KG

1.5环境要求

工作温度 -40－60℃

工作湿度 0－100%RH

储存温度 -50－85℃

 

二、测试和安装

2.1接线盒接口定义

接线盒内为P12端子排，标号为1至12，定义如下：

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(火线)

5 VI+ (4-20mA) 11 N(零线)

6 RelayA1 12 PE(地线)

 

2.2安装说明

COVI检测器在出厂前所有部件均装配成套，分为发射/接收端+支架、反射端+支架、接线盒。其中发射/接收端+支架部分和接线盒已经用线缆连接好。现场安装时只需要固定支架部分，然后进行调试对准即可。安装时要注意以下几点： 

  1) 支架安装要求上表面在同一水平面，而且要与地面平行。在完成安装后要保证不会产生位移。支架间距为3米。支架由8颗钢膨胀螺栓固定于隧道墙面，建议安装高度为3米(如下图所示)。

 

2) 分为发射/接收端和反射端视线内没有障碍物 。

3）建议将COVI检测器安装到隧道侧墙壁上，且安装方向和车行进方向一致。。

 

2.3安装图

安装支架底板孔位图如下

 

整体效果图如下：

 

2.4设备调试

1) 初步观测，适当调节接收机/发射机和反射机支架底座上的螺栓，使接收机/发射机和反射机的镜筒大致在一条直线上，固定紧两边的螺栓。

2) 再次确认接线无误后，给设备接通电源。设备上电初始化后，接收机/发射机端镜筒会发射出白色可见光(光亮较强，最好带一个太阳镜观测)，光束进入反射端。首先调节接收机/发射机支架底座上的调节螺栓，使光斑均匀分布在接收机镜筒周围后，固定该端的螺栓。接下来需要两人分工合作，一人调节反射机端支架底座上的螺栓，大致观测到发射光斑均匀分布在接收机/发射机端镜筒周围，微锁紧螺栓。另一个人开始在接收机/发射机端机箱上的观测镜口观测(最好带太阳镜)，继续调整接收机/发射机端螺栓，直至观测窗口的光束恰好为观测窗的十字准心中央，锁紧收机/发射机端螺栓。至此，设备VI光路部分调试基本完成。此部分最好由专业人员来操作。

    3) 支架底座上的调节结构如下图所示。

 

三、通讯协议

3.1 RS485总线

缺省串口设置：

波特率9600；

校验位 无；

数据位8；

停止位1。

3.2 MODBUS协议

采用标准的MODBUS通讯协议，一帧完整命令地址字节、命令字节、数据起始地址字节，数据长度、数据，校验。

   地址：每台设备都可以设置自己的地址1-255（0x00ff），上位机通过不同地址可方位不同设备。

   命令：即功能码，本软件中用到的包括03（读取多个寄存器），06（写单个寄存器）。

   数据起始地址：即要读的数据地址（注一）。

   数据长度：本次要读的数据个数。

   数据：有效数据，采用高字节在前，低字节在后的格式。

   校验：用于判断接收信息是否出错，校验方法采用的是16位冗余循环码（CRC16），校验对象为除去检验字节本身的所有字节。校验码采用低字节在前，高字节在后。

   校验计算方式代码如下：

  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