BR9913697B1 - método e sistema sensor de emissões remotas com um feixe composto de radiação infravermelha e ultravioleta não dividido para detecção. - Google Patents

Description

MÉTODO E SISTEMA SENSOR DE EMISSÕES REMOTAS COM UM FEIXECOMPOSTO DE RADIAÇÃO INFRAVERMELHA E ULTRAVIOLETA NÃO

DIVIDIDO PARA DETECÇÃO

Campo da Invenção

A invenção refere-se a um sistema e método depercepção remota de descargas que utiliza um feixe detectorcomposto de radiação infravermelha (IR) e ultravioleta(UV) . O feixe detector é utilizado para realizar mediçõesespectroscópicas em uma fonte de descargas e o feixe não édividido durante detecção.

Fundamentos da Invenção

São conhecidos de um modo geral sistemas de percepçãoremota de descargas. Um tal sistema compreende uma fonte deradiação eletromagnética posicionada para fazer passar umfeixe de radiação através da coluna de fumaça de exaustãode um veículo motorizado, quando o veículo motorizadoatravessa o sistema, e um ou mais detectores posicionadospara receber a radiação após a mesma atravessar a coluna defumaça de exaustão do veículo. Filtros podem estarassociados a um ou mais detectores para detectar aintensidade da radiação eletromagnética em um comprimentode onda específico ou faixa de comprimentos de onda. Oscomprimentos de onda podem ser selecionados paracorresponder a comprimentos de onda absorvidos por espéciesmoleculares de interesse em uma coluna de fumaça deexaustão (por exemplo, HC, CO, CO2, NOx, ou outras espéciesmoleculares). A tensão de saída do detector representa aintensidade da radiação eletromagnética medida por aqueledetector. As tensões são enviadas para um processador. 0processador calcula a diferença entre a intensidadeconhecida da fonte de radiação eletromagnética e aintensidade detectada pelos detectores para determinar aquantidade de absorção por espécies moleculares específicas(com base em comprimentos de onda predeterminadosassociados àquela espécie). Com base na(s) absorção(ões)medida(s), pode ser determinada de um modo conhecido aconcentração de uma ou mais espécies moleculares nasdescargas. Tais sistemas geralmente realizam diversasmedições (por exemplo, 50) durante um período de tempopredeterminado (por exemplo, 0,5 segundo). Estas mediçõessão em seguida registradas em gráfico e analisadas paradeterminar as concentrações de descargas alvo. Quandoutilizando diversas medições, contudo, se uma ou maismedições são imprecisas, os cálculos das concentraçõespodem ser errôneos ou inválidos. Por várias razões, podemocorrer imprecisões quando detectando remotamentedescargas.

Alguns sistemas de percepção remota de descargas nãotêm a capacidade de detectar óxidos nítricos (NOx) . Outrossistemas detectam NOx com um feixe UV e outras espéciesmoleculares com um feixe IR. Em um tal sistema, os feixesUV e IR dividem-se em feixes separados no módulo detector.Uma razão para esta separação é que se acredita que sãonecessários tempos de detecção desiguais para as porções UVe IR do feixe. Por exemplo, acredita-se que é necessário umtempo de detecção de UV maior para garantir sinal dedetector de NOx apropriado. Um problema com tal sistema éque tempos de detecção desiguais exigem elementosadicionais de sistema que aumentam a dificuldade paraalinhar o sistema. Existem outros inconvenientes.Sumário da Invenção

Um objetivo da invenção é superar estes e outrosinconvenientes de sistemas existentes.

Outro objetivo da invenção é propiciar um sistema emétodo de percepção remota de descargas com um feixecomposto de radiação IR e UV que detecte NOx e pelo menosuma outra espécie molecular, onde o alinhamento do sistemaseja relativamente mais fácil do que o alinhamento de umsistema em que os feixes de UV e IR são divididos paradetecção.

Outro objetivo da invenção é propiciar um sistema emétodo de percepção remota de descargas com um feixecomposto de radiação IR e UV que não seja dividido paradetecção.

Outro objetivo da invenção é propiciar um sistema emétodo de percepção remota de descargas com um feixecomposto de radiação IR e UV que detecte NOx e pelo menosuma outra espécie molecular, onde o feixe composto sejaalternadamente incidente sobre um detector de NOx e umdetector para pelo menos uma outra espécie molecular.

Breve Descrição dos Desenhos

A FIG. 1 é um diagrama de blocos esquemático querepresenta o sistema global de percepção remota dedescargas de acordo com uma modalidade da presente invençãoe

a FIG. 2 é um diagrama esquemático do módulo ótico dodetector utilizado no sistema de percepção remota de acordocom uma modalidade da invenção.

Descrição Detalhada da Modalidade Preferida

A FIG. 1 representa uma modalidade de um sistemadetector de descargas de exaustão de percepção remota deacordo com a presente invenção. De acordo com estamodalidade, o sistema detector de descargas de exaustãoinclui: módulo ótico de fonte 1, módulo ótico detector 2,módulo ótico de transferência 3 e processador 4. De acordocom uma modalidade da invenção, o processador 4 estáoperativamente conectado a ambos os módulos ótico de fonte1 e módulo ótico detector 2.

O módulo ótico de fonte 1 pode incluir uma ou maisfontes de radiação eletromagnética que gerem e emitam umfeixe de radiação 5 que pode ser colimado. De acordo comuma modalidade da invenção, o feixe 5 emitido no móduloótico de fonte 1 pode incluir pelo menos radiaçãoinfravermelha (IR) e ultravioleta (UV). São possíveisoutros tipos de feixes.

Como mostrado na FIG. 1, o feixe 5 pode serdirecionado através de uma estrada 6 ao longo de umatrajetória predeterminada onde pode incidir sobre o móduloótico de transferência 3 localizado oposto ao módulo óticode fonte 1. O módulo de transferência 3 orienta o feixe 5de volta através da estrada 6 para o módulo ótico detector2. Podem ser usadas outras configurações de sistema. Porexemplo, de acordo com uma modalidade da invenção, o móduloótico de transferência 3 nunca é usado. Por outro lado, osmódulos óticos de fonte 1 e detector 2 podem estarposicionados em lados opostos de uma estrada de modo que omódulo ótico 2 receba o feixe 5 diretamente do módulo óticode fonte 1. Em qualquer caso, o feixe 5 está alinhado parapercorrer uma determinada trajetória que intercepte pelomenos uma porção de uma fonte de descargas. Em algumasmodalidades, a fonte de descargas pode compreender umacoluna de fumaça de exaustão de um carro ou outro veículomotorizado 8 que trafegue pela estrada 6. Quando o veículo8 percorre a estrada 6, o feixe 5 pode estar alinhado paraatravessar a coluna de fumaça de exaustão 7 do veículo.

A FIG. 2 é uma ilustração de uma modalidade do móduloótico detector 2. 0 módulo ótico detector 2 pode ser usadopara orientar o feixe 5 para os detectores apropriados. 0feixe 5 pode ser orientado por qualquer configuraçãoadequada de guias de feixe. Por exemplo, podem ser usadoslentes, espelhos, fibras óticas e outros elementos paraorientar o feixe 5. De acordo com uma modalidade dainvenção, o feixe de entrada 5 pode ser inicialmenteorientado para um espelho principal de focaiização 10, comomostrado na FIG. 2. O espelho principal de focalização 10pode ser montado de modo articulável e rotativo em umsuporte que está fixado à base (não mostrada) do móduloótico detector 2. Além disso, o espelho principal defocalização 10 pode, por exemplo, ser articulado em umângulo tal que o espelho 10 reflita o feixe de entrada 5sobre a superfície espelhada 13 de um conjunto rotativo deespelho 9. São também possíveis outras configurações domódulo ótico detector 2. Por exemplo, o espelho principalde focalização 10 pode ser eliminado se o feixe 5 forconfigurado para incidir diretamente sobre detectoresapropriados. Alternativamente, podem ser usados espelhos defocalização ou aparelhos óticos adicionais (por exemplo,lentes, fibras óticas, etc.) em conjunto com o espelhoprincipal de focalização 10.

O módulo ótico detector 2 pode também incluirelementos adicionais para orientar o feixe 5. Por exemplo,pode ser usado um espelho rotativo 9. 0 mecanismo deespelho rotativo 9 pode estar localizado no topo de ummecanismo de montagem (não mostrado) que pode conter ummotor de acionamento para fazer com que o mecanismo deespelho rotativo 9 gire. Tal mecanismo de montagem podeestar fixado à base do módulo ótico detector. Embora apenasseja mostrado um espelho na FIG. 2, o mecanismo de espelhorotativo 9 pode também tomar a forma de uma estruturamultifacetada, tal como um dodecágono, onde um ou maislados da estrutura podem ter uma superfície refletora.

Como mencionado acima, o módulo ótico detector 2 podeser utilizado para orientar o feixe 5 para detectoresapropriados. O módulo ótico detector 2 orienta o feixe 5 detal modo que o feixe 5 não se divida durante a detecção. Anão divisão do feixe 5, ente outras coisas, simplifica oalinhamento dos componentes do sistema. Em uma modalidade,o feixe 5 é orientado sem divisão, mediante o uso deelementos de guia que orientam seqüencialmente o feixe 5para localizações predeterminadas de detector. Por exemplo,pode ser utilizado um espelho rotativo 9 para orientar ofeixe 5 sem divisão. Como mostrado na FIG. 2, o mecanismode espelho rotativo 9 gira de tal modo que quando o feixe 5incide sobre a superfície espelhada do mecanismo de espelhorotativo 9, o feixe 5 é refletido do mecanismo de espelhorotativo 9 sobre um ou mais espelhos de focalizaçãosecundários lla-lln, de um modo seqüencial. De acordo comuma modalidade da invenção, um ou mais destes espelhossecundários pode estar alinhado horizontalmente com omecanismo de espelho rotativo 9 de modo que os espelhossecundários 11a-11n reflitam e focalizem o feixe 5 sobre umou mais detectores 12a-12n. Alternativamente, podem serusados outros sistemas óticos para separar espacialmente ofeixe incidente 5 para entrega aos diversos detectores 12a-12n. Por exemplo, podem ser usados lentes, espelhos, fibrasóticas, etc., para entregar o feixe incidente 5 aosdetectores 12a-12n.

Pelo menos um dos detectores 12a-12n é capaz dedetectar e medir óxidos nitrosos (NOx) sem necessitar que ofeixe 5 seja dividido. De preferência, o detectorespecífico de NOx usado é capaz de detectar adequadamenteconcentrações de NOx (de um modo conhecido) mesmo quandofor um dos η detectores que são irradiados seqüencialmentepelo feixe 5 por meio do espelho rotativo 9. Um exemplo deum detector que é adequado para uso nesta modalidade é umfotoespectrômetro de tempo real. Em uma modalidade, um tubode luz de fibra ótica pode ser posicionado em 12a e usadopara orientar luz incidente sobre um fotoespectrômetro. Sãopossíveis outros esquemas de detectores.

Como mostrado na FIG. 2, de acordo com uma modalidadeda invenção, o detector de NOx 12a é operativo paradeterminar a quantidade de oxido nitroso na coluna defumaça de exaustão 7 mediante medição da absorção do feixe5 em um comprimento de onda correspondente acaracterísticas conhecidas de absorção de N0x. Estedetector pode, por exemplo, tomar a forma de um tubofotomultiplicador, detector de fotodiodo, umfotoespectrômetro que utiliza dispositivos acopladoscarregados, ou outro detector de radiação adequado. Depreferência, pode ser usado um detector com sensibilidade aradiação na faixa de comprimentos de onda de 220-230 nmpara detectar NOx. Tal detector de NOx pode também operarem conjunto com um filtro ótico de passagem de banda de UV,não mostrado.

Os outros detectores 12b-12n podem também incluir umdetector de HC, um detector de CO, um detector de CO2 e umdetector de referência. Podem também ser incluídos outrosdetectores operáveis para medir vários componentes dedescargas de uma coluna de fumaça de exaustão. Estesdetectores são de preferência selecionados com a capacidadede detectar radiação na faixa apropriada para cadacomponente de exaustão.

Outras modalidades e utilizações da invenção serãoevidentes para aqueles versados na técnica a partir daconsideração da especificação e prática da invençãorevelada aqui. A especificação e exemplos devem serconsiderados apenas como exemplificativos. 0 âmbito dainvenção deve ser determinado a partir das reivindicaçõesjuntas em anexo.

Claims (7)

1. Sistema para detectar remotamente emissõescompreendendo:uma fonte de radiação para gerar um feixe combinado deradiação ultravioleta e infravermelha que se propaga aolongo de uma trajetória predeterminada;um módulo detector para receber o feixe combinado deradiação e medir pelo menos um parâmetro indicativo daconcentração relativa de pelo menos um constituinte deemissão;ο módulo detector compreendendo ainda:pelo menos um detector configurado para produzir umasaída proporcional a pelo menos uma característica do feixecombinado recebido;um primeiro direcionador de feixe que direciona ofeixe combinado em direção a um segundo direcionador defeixe caracterizado pelo fato de que:o segundo direcionador de feixe seqüencialmentedireciona o feixe combinado para uma pluralidade dedirecionadores de focalização de feixe sem dividir o feixecombinado; eonde um dos direcionadores de focalização de feixedireciona o feixe combinado para pelo menos um detector.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do segundo direcionador de feixecompreender um espelho giratório.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de pelo menos um constituinte deemissão compreender óxidos nitrosos.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do segundo direcionador de feixecompreender um espelho giratório e pelo menos um detectorcompreender um fotoespectrômetro em tempo real.

5. Método de detectar remotamente emissõescompreendendo as etapas de:gerar um feixe combinado de radiação ultravioleta einfravermelha que se propaga ao longo de uma trajetóriapredeterminada, onde a trajetória predeterminada éescolhida para se cruzar com pelo menos uma parte de umapluma de emissões;receber o feixe combinado em um módulo detectorcaracterizado por compreender ainda:seqüencialmente direcionar o feixe combinado para umapluralidade de direcionadores de focalização de feixe semdividir o feixe combinado;focalizar o feixe combinado em pelo menos um detectorde radiação; emedir pelo menos um parâmetro indicativo daconcentração relativa de pelo menos um constituinte depluma de emissão.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato da etapa de seqüencialmentedirecionar o feixe combinado incluir usar um espelhogiratório para direcionar o feixe combinado sem divisão dofeixe combinado.

7. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de pelo menos um detector deradiação compreender um fotoespectrômetro de tempo real.