BRPI0822511B1 - Processo para a detecção e identificação de gases em áreas internas de aeronaves - Google Patents
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Abstract
processo e dispositivo para a detecção e identificação de gases em áreas internas de aeronaves a invenção tem por objetivo desenvolver um processo, de acordo com o tipo, para detectar e identificar gases nas áreas internas da aeronave, bem como um dispositivo apropriado, que seja pequeno e manuseável, que apresente uma construção simples e que permita uma detecção e identificação rápidas e simultâneas dos- gases a- serem- analisados. isto é obtido pelo fato de que o ar de suprimento da área interna na aeronave (20) é alimentado em um dispositivo de medição (1) e os resultados da medição do dispo si ti vo de medição ( 1) são analisados por meio de métodos matemáticos. os processos deste tipo e os dispositivos apropriados para detectar e identificar gases nas áreas internas de aeronaves são utilizados na identificação e comprovação de gases, em especial, de odores e gases explosivos e/ou nocivos à saúde.
Description
PROCESSO PARA A DETECÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DE GASES EM ÁREAS INTERNAS DE AERONAVES [0001] A invenção se refere a um processo para a detecção e identificação de gases em áreas internas de aeronaves de acordo com o conceito genérico da reivindicação 1, bem como a um dispositivo apropriado para a aplicação desse processo de acordo com o conceito genérico da reivindicação 13.
[0002] Os processos desse tipo e os dispositivos apropriados para a detecção e identificação de gases em áreas internas de aeronaves são utilizados para identificar e comprovar gases, especialmente odores e gases explosivos e/ou nocivos à saúde.
[0003] Os odores são gases odoriferos. Uma vez que a impressão do odor é subjetiva e distinta de pessoa para pessoa, introduz-se um valor limite de odor, no qual mais de 50% dos voluntários perceberam a substância odorifera. As concentrações de substância odorifera quanto ao valor limite do odor foram avaliadas e tabuladas para uma série de substâncias odorantes (por exemplo, em: Mills, B.: Review of Methods of Odour Control, Filtration & Separation 2 (1995), pág. 147-152).
[0004] A detecção e a identificação de odores e gases explosivos e/ou nocivos à saúde requerem processos de medição com limites de comprovação na área de ppt-ppb. Por isso, para identificar e comprovar esses gases são utilizados frequentemente os espectrômetros. Neste caso, deve ser preferível a utilização de espectrômetros de mobilidade iônica, que também são denominados de cromatografias de plasma, pois elas não necessitam de uma bomba de vácuo para gerar uma vácuo para a detecção dos gases, em
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2/28 comparação com outros espectrômetros, como por exemplo, um espectrômetro de massas. Por isso, os espectrômetros de mobilidade iônica são pequenos e de custos favoráveis em relação a outros espectrômetros quanto à sua construção.
[0005] A área de aplicação dos espectrômetros de mobilidade iônica é muito grande. Ela abrange desde a área medicinal, por exemplo, no exame do ar de expiração de pacientes, sendo utilizado para monitoramento de produção, por exemplo, no controle de qualidade de um torrador de café, até a área militar, por exemplo, na comprovação de agentes de combate. Um resumo geral sobre os espectrômetros de mobilidade iônica e suas aplicações poderá ser encontrado, por exemplo, em: G.A. Eiceman e Z. Karpar, Ion Mobility Spectrometry (2nd. Edition, CRC, Boca Raton, 2005).
[0006] Os odores e gases explosivos e/ou nocivos à saúde também poderão ser registrados por sistemas de medição, que consistem basicamente de detectores individuais de gases ou combinações de diversos detectores de gases. Os sinais de medição dos detectores individuais de gases podem ser comparados aos sinais medidos anteriormente ou também armazenados, e descrito o estado medido. Como detectores poderão ser utilizados, por exemplo, detectores de fotoionização, células eletroquimicas e sensores de óxido de metal. Também é possível a utilização de aparelhos de medição, que fornecem informações bidimensionais, como espectros. São exemplos disso os espectrômetros de massas, espectrômetros de infravermelho de transformada de Fourier ou espectrômetros de mobilidade iônica.
[0007] Os detectores simples, exemplificando, detector de fotoionização, células eletromagnéticas e sensores de óxido de
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3/28 metal, não são muito sensíveis para comprovar alguns gases devido aos seus limites de comprovação na área superior de ppb e inferior de ppm. Além disso, sua seletividade freguentemente não é suficiente para comprovar as substâncias nocivas com a segurança necessária.
| [0008] | Do texto de patente US 2959677 são conhecidas as |
características substanciais das funções de um detector de fotoionização. Por meio de uma lâmpada de UV, o gás a ser
| comprovado | é ionizado e comprovado eletricamente em seguida. É |
| decisivo, | em primeira linha, o potencial de ionização da |
| composição | a ser comprovada. Se a energia da irradiação de UV for |
| superior à | energia de ionização da composição, essas poderão ser |
detectadas. É desvantajoso o fato de que muitas substâncias nocivas não podem ser registradas. Não são fornecidas informações
| espectrais | . Também é desvantajoso o fato de que as lâmpadas do |
| detector | de fotoionização podem se contaminar, implicando |
| resultados | mais complicados de sinal. |
| [0009] | Do texto de patente US3631436 são conhecidas as |
características substanciais das funções dos sensores de óxido de metal. Esses sensores reagem com gases redutores e oxidantes. Eles apresentam uma sensibilidade transversal relativamente forte e não podem ser utilizados para a identificação de substâncias individuais ou como sinal de advertência devido à grande taxa de alarme falho. Os sensores de óxido de metal se destacam pelos tempos de operação muito rápidos após uma exposição aos gases, mas têm a desvantagem de que os tempos de intervalo são substancialmente mais longos.
| [0010] | As células eletroquímicas são mais seletivas do |
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4/28 que os sensores de óxido de metal. Apesar disso, não é possível uma determinação de substâncias individuais com os detectores, visto que também neste caso se manifestam sensibilidades transversais, ou não são disponibilizadas células eletroquímicas para todas as substâncias. Do texto de patente
US3925183 são conhecidas as características substanciais das funções das células eletroquímicas.
[0011] O espectrômetro de mobilidade iônica ou o cromatóqrafo de plasma é conhecido há muito tempo. Ao contrário de outros espectrômetros, não são necessárias peças individuais móveis ou dispendiosas no espectrômetro de mobilidade iônica, de modo que esses sistemas podem ser desenvolvidos com tamanho pequeno e custos favoráveis. Uma descrição dos componentes individuais de um espectrômetro de mobilidade iônica poderá ser encontrada, por exemplo, em US 3621240. A aqilidade distinta de íons é aproveitada no espectrômetro de mobilidade iônica. Esses aparelhos consistem em um sistema de admissão, uma fonte de íons, sendo que são utilizadas folhas Ni63 radioativas típicas, de um tubo de corrente elétrica, onde os íons são separados, após uma partida definida, por meio de uma qrade eletricamente acionada de acordo com a sua mobilidade, na pressão ambiente, bem como de um sensor de medição para comprovar as correntes elétricas pequenas, que são qeradas pelos íons manifestados. Na fonte de íons são ionizadas, sobretudo, as moléculas de ar, no caso de pressão atmosférica, que ionizam em seguida o grupo de água, que também são denominados íons reagentes. As substâncias nocivas são ionizadas em seguida por meio das reações de transferência de prótons, transferência de elétrons ou de abstração de prótons. Com
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5/28 a alteração da polaridade dos vias da corrente poderão ser comprovados íons positivos no modo de operação positivo ou íons negativos no modo de operação negativo.
[0012]
No caso de sistemas móveis, a admissão consiste, em geral, de uma membrana. No texto de patente US 4311669, está descrito um sistema de admissão de membrana para espectrômetros de mobilidade iônica.
É vantajoso que, por meio da membrana, devem ser reduzidas as influências do sinal de medição com as interferências variáveis, como por exemplo, umidade, pressão e temperatura, e que devem ser gerados sistemas IMS de tamanho pequeno e portáteis.
É desvantajoso que a membrana faça com que os sistemas de medição reajam com um pouco mais intensidade em seu tempo de resposta.
[0013]
Do texto de patente DE 102
612 Al é conhecido um processo e um dispositivo apropriado para monitorar a qualidade de óleos lubrificantes, no qual retira-se uma amostra do óleo lubrificante de uma engrenagem ou do vapor que manifesta o óleo lubrificante, alimentando essa amostra, em seguida, em um espectrômetro de mobilidade iônica e analisando assim a amostra quanto às substâncias existentes na fase de vapor no óleo lubrificante. Neste caso, deverão ser analisadas as alterações do teor e do tipo das substâncias na amostra e avaliadas por comparação em relação às substâncias predeterminadas na fase de vapor do óleo lubrificante não consumido como estado efetivo para o envelhecimento do óleo lubrificante. Neste caso, o espectrômetro de mobilidade iônica está associado, na lateral do dispositivo, a um condutor de coleta de amostra, de um lado, e a uma unidade de avaliação, do outro lado.
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6/28 [0014] Mas é desvantajoso nessa solução o fato de que o processo e o dispositivo apropriado possam ser utilizados exclusivamente para o monitoramento da qualidade de óleos lubrificantes em engrenagens, pois esse dispositivo é calibrado somente quanto a óleos lubrificantes de engrenagens. Deste modo, não é possível uma detecção e uma identificação da substância analisada, caso ela não seja um óleo lubrificante de engrenagem. Sendo assim, também não é adequada uma utilização dessa solução em uma área interna de aeronaves e/ou para analisar gases de uma aeronave, em especial, para analisar o estado de manutenção de mecanismos de operação de uma aeronave.
[0015] É ainda especialmente desvantajoso para os espectrômetro de mobilidade iônica o longo tempo que se deve aguardar até que o sistema esteja novamente pronto para medir depois de ligar o aparelho. O detector do espectrômetro de mobilidade iônica necessita desse tempo, uma vez que ele deverá lavar para fora do sistema substâncias de interferência, que se concentram durante o estado desligado. Também é desvantajoso que, no caso de uma superdosagem a curto prazo, os sistemas não estarão mais disponíveis para medição e deverão ser lavados durante vários minutos, até mesmo horas. É perturbador ainda o fato de que os espectros dependem das concentrações. Um outro problema é a seletividade parcialmente pequena do espectrômetro de mobilidade iônica. Um motivo para tanto é que, devido às reações concorrentes na área de ionização frequentemente, as substâncias nocivas de interesse não são ionizadas e, deste modo, não poderá ser possível proceder a uma comprovação. As reações concorrentes poderão implicar o fato de que, por exemplo, no caso de presença de gases,
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7/28 exemplificando, amoníaco, muitas substâncias nocivas com menor afinidade de prótons, como por exemplo, muitos solventes, quase não aparecem mais no espectro.
[0016] Mas reciprocamente devido à presença de solventes em concentrações mais elevadas (ppm), dificulta-se a comprovação das composições de interesse ou até mesmo se tornam impossíveis. Devido aos espectros armazenados em uma mistura de gases, aumentase a taxa de alarme falso.
[0017] As substâncias nocivas com pequena afinidade de prótons ou afinidade de elétrons também não são avaliadas com os limites de comprovação necessários.
[0018] Uma outra desvantagem do espectrômetro de mobilidade iônica é a área de medição restrita, que é tipicamente de no máximo duas ordens de grandeza, por exemplo, no caso de um
| emissor | de | raios beta como fonte de ionização. | Portanto, é difícil | |||
| prestar | uma | declaração | quantitativa. | |||
| [0019] | Sendo | assim, a | invenção | tem | por objetivo | |
| desenvolver | um processo de acordo | com o tipo | para | a detecção e |
identificação de gases em áreas internas de aeronaves, bem como um dispositivo apropriado, que seja pequeno e manuseável, que apresente uma construção simples e que permita uma detecção e uma identificação imediata e simultânea dos gases a serem analisados.
[0020] Esse objetivo é solucionado, da parte do processo, com as características identificáveis da reivindicação 1 e, da parte do dispositivo, com as características identificáveis da reivindicação 13. As configurações adequadas são resultado das sub-reivindicações 2 a 12 e 14 a 19.
[0021] O novo processo para detectar e identificar gases
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8/28 nas áreas internas de aeronaves, bem como um dispositivo apropriado, eliminam as desvantagens citadas da tecnologia atual. [0022] É vantajoso, na aplicação do novo processo para detectar e identificar gases nas áreas internas de aeronaves, que o ar de suprimento da área interna da aeronave seja abastecido em um dispositivo de medição e os resultados da medição do dispositivo de medição sejam analisados por métodos matemáticos. Por isso, é permitida uma detecção e identificação imediata e simultânea dos gases a serem analisados. Assim, é vantajoso quando os métodos matemáticos estão subdivididos em uma calibragem e uma medição de gás, sendo que a calibragem abrange uma divisão da área de medição do dispositivo de medição em classes de gases e uma classificação de valores limites para cada classe de gás, bem como a medição de gases envolve uma identificação das classes de gases e uma avaliação da intensidade do gás. Neste caso, a calibragem é utilizada para os gases desconhecidos no dispositivo de medição, sendo que o dispositivo de medição é instruído quanto aos gases desconhecidos e a classificação de valor limite para cada classe de gás é elaborada com um banco de dados com algumas disposições de diversos sinais de medição do dispositivo de medição e valores limites. Neste caso, esse processo também poderá ser utilizado para gases desconhecidos, pois os gases desconhecidos podem ser instruídos. Por isso, a área de emprego da invenção pode ser facilmente ampliada.
[0023] É de vantagem especial quando, no caso de gases odoríferos, é realizada a calibragem do dispositivo de medição para cada odor desconhecido, sendo que a classificação do valor limite para cada classe de gás é elaborada com um banco de dados
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9/28 com uma disposição de diversos sinais de medição do dispositivo de medição e valores limites de odor. Neste caso, garante-se, com a utilização de valores limites de odor, que esse processo possa ser utilizado na análise de importunações de odor.
[0024] Também é vantajoso quando, na medição de gás, é selecionada uma classe de gás com a identificação das classes de gás, para a qual será realizada, em seguida, a avaliação da intensidade do gás, sendo que, na medição do gás, os resultados de medição avaliados do dispositivo de medição serão comparados com os resultados de medição obtidos anteriormente e conclusões quanto ao gás medido serão extraídas da comparação.
[0025] É de vantagem especial quando é concluída uma alteração do canal de aspiração do ar de suprimento da área interna da aeronave, ou devido a uma alteração dos parâmetros operacionais diante do canal de aspiração, conclusões quanto às fontes de gás do gás medido na área de aspiração do canal de aspiração, sendo que as conclusão são especialmente o tipo da fonte de gás e o local da fonte de gás. Por meio da alteração do canal de aspiração do ar fresco da área interna da aeronave, ou por meio de uma alteração dos parâmetros de operação de um mecanismo de propulsão da aeronave, podem ser tiradas conclusões, por exemplo, sobre o estado de manutenção de um mecanismo de propulsão da aeronave, que se encontra dentro da área de aspiração do canal de aspiração. Por isso, é indicado um tipo simples e mais seguro da localização da fonte do gás. Visto que habitualmente a maior parte da quantidade de ar da ventilação da área interna da aeronave passa pela circulação, poderá ser localizada ou também excluída uma fonte de gás ou de odor dentro da área interna da
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10/28 aeronave por meio do bloqueio intencional dos canais de ventilação da área interna da aeronave, no caso de bloqueio simultâneo da alimentação de ar fresco e consequentemente na operação do ar de circulação da ventilação. Deste modo, também podem ser localizados, além das fontes de odor, incêndios na área interna da aeronave, em especial, incêndios de cabos sob o revestimento da área interna da aeronave. A parte residual da quantidade de ar da ventilação da área interna da aeronave, que não passa pela circulação, é o ar fresco, que chega até a área interna da aeronave pelos mecanismos de propulsão da aeronave e do qual poderão ser tiradas conclusões quanto ao estado de manutenção de um mecanismo de propulsão da aeronave que se encontra na área de aspiração do canal de aspiração, devido a uma alteração do canal de aspiração do ar fresco da área interna da aeronave. Se, neste caso, a intensidade do gás ou do odor do gás medido, por exemplo, tiver excedido o valor limite de odor ou um valor limite inferior ou superior ao valor limite de odor, e por isso, se for preciso contar com uma considerável importunação odorífera dos passageiros que se encontram dentro da área interna da aeronave, o canal de aspiração desse mecanismo de propulsão da aeronave o mecanismo de propulsão localizado da aeronave serão submetidos a uma manutenção na próxima paralisação da aeronave, e neste caso, vedado o respectivo vazamento.
[0026] Também é vantajoso quando a divisão da área de medição do dispositivo de medição é realizada por uma rede de neurônios artificiais, em especial, por uma rede de Kohonen, e a classificação dos valores limites para cada classe de gás é realizada por uma rede de neurônios artificiais, em especial, por
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11/28 uma rede de Multilayer Perceptron. Neste caso, essas redes de neurônios artificiais são especialmente bem apropriadas para a identificação de amostras e, por isso, pequena insegurança na medição.
Também é vantajoso quando apresentam apenas uma o gás a ser medido é aspirado por uma bomba de alimentação e distribuído por um distribuidor, e em seguida, alimentado paralelamente em um espectrômetro de mobilidade iônica, uma célula eletroquímica, um detector de fotoionização e/ou dois sensores de óxido de metal.
Por isso, continuam sendo ampliadas a largura de banda dos gases identificáveis e consequentemente a amplitude de utilização, de modo que essa solução também poderá ser aplicada às mais diversas misturas de gases. Neste caso, poderão ser detectados e identificados simultaneamente diversos gases existentes na mistura de gás analisada.
[0028] É especialmente vantajoso ainda quando o gás a
| ser medido é | misturado com um | gás de | referência | antes | de chegar ao |
| espectrômetro | de mobilidade | iônica, | à célula | eletroquímica, ao | |
| detector de | fotoionização e | aos sensores de | óxido | de metal e, |
alternativamente, também apenas antes de chegar ao espectrômetro de mobilidade iônica. Neste caso, o gás de referência é alimentado no gás a ser medido, em quantidades definidas, sendo que, por exemplo, inicia-se com a quantidade de fluxo máxima possível do gás de referência, reduzindo-a posteriormente. Sendo assim, o sinal de medição do espectrômetro de mobilidade iônica, da célula eletroquímica, do detector de fotoionização e/ou dos sensores de óxido de metal é utilizado para regular a dosagem do gás de referência, à medida que é utilizado diretamente o nível de sinal
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12/28 relativo dos sensores do óxido de metal, com o objetivo de aumentar a curto prazo o fluxo de gás da bomba de alimentação, caso os sinais de medição dos sensores de óxido de metal venham a aumentar, ou com o objetivo de reduzir a curto prazo o fluxo de gás da bomba de alimentação, caso o sinal de medição do detector venha a reduzir, e/ou para ajustar, a partir do sinal de medição do espectrômetro de mobilidade iônica, as áreas absolutas da quantidade do fluxo de gás do gás de referência, à medida que são utilizados os níveis de sinal absolutos durante um período mais longo, com o objetivo de permitir a regulagem bruta, em especial, uma regulagem da área máxima e mínima da quantidade de alimentação do gás de referência do fluxo de gás. Por isso, os detectores são poupados, de um lado, pois será evitada uma intoxicação dos detectores. Por outro lado, é possível ampliar a área de medição com essa solução, de modo que será ampliada adicionalmente a área de utilização. 0 gás de referência poderá consistir, por exemplo,
| de carvão ativo | do ar filtrado, mas também | poderá consistir | do ar | |
| purificado com | substâncias especiais, os | assim | chamados | gases |
| contaminados. | ||||
| [0029] | Também é vantajoso quando | o gás | a ser medido é |
conduzido por uma combinação do espectrômetro de mobilidade iônica e detector de fotoionização para comprovar compostos aromáticos, e adicionalmente com a célula eletroquímica para comprovar substâncias individuais, como por exemplo, fosgênio, e adicionalmente aos sensores de óxido de metal para comprovar hidrocarbonetos ou monóxidos de carbono.
[0030] É vantajoso, na aplicação do novo dispositivo para detecção e identificação de gases em áreas internas de
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13/28 aeronaves, que um dispositivo de medição apresente externamente um suporte de aspiração, um suporte de exaustão e uma unidade de operação e leitura, sendo que um espectrômetro de mobilidade iônica e uma bomba de alimentação se encontram no dispositivo de medição, entre o suporte de aspiração e o suporte de exaustão, bem como está integrado um computador eletrônico. Neste caso, a bomba de alimentação está associada ao suporte de aspiração, da parte de aspiração, por meio de um condutor de gás, do espectrômetro de mobilidade iônica e de um outro condutor de gás, bem como por meio de um condutor de gás, da parte de pressão, a um suporte de exaustão aberto para a atmosfera. Além disso, o computador está associado eletricamente ao espectrômetro de mobilidade iônica, por meio de um condutor, e eletricamente a uma unidade de operação e de leitura, por meio de um condutor. Neste caso, esse dispositivo para a detecção e identificação de gases nas áreas internas de aeronaves é pequeno e manuseável, bem como de construção simples. É especialmente vantajoso quando o dispositivo de medição apresenta adicionalmente pelo menos um detector de fotoionização, no mínimo um sensor de óxido de metal e/ou pelo menos uma célula eletroquímica, sendo que cada detector de fotoionização, sensor de óxido de metal e/ou cada célula eletroquímica estejam dispostos, sob os aspectos técnicos da corrente, paralelamente ao espectrômetro de mobilidade iônica. Mas, neste caso, o detector de fotoionização também poderá estar disposto, segundo a tecnologia das correntes, em série com o sensor de óxido de metal. Com essa disposição dos detectores, garante-se uma detecção simultânea, abreviando o tempo de medição desse dispositivo.
[0031] Também é vantajoso quando métodos matemáticos
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14/28 estão integrados ao computador, sendo que esses métodos matemáticos servem para uma calibragem e para uma medição do gás. Neste caso, a calibragem compreende uma divisão da área de medição do dispositivo de medição em classes de gás e uma classificação de valores limites para cada classe de gás. A medição do gás abrange, por sua vez, uma identificação das classes de gás e uma avaliação da intensidade do gás.
[0032] É de vantagem especial também quando o dispositivo de medição é instalado de forma móvel ou estacionária no sistema de alimentação de ar da área interna da aeronave. Com um dispositivo de medição móvel, as fontes de gás dentro da área interna da aeronave podem ser localizadas com mais facilidade. Mas também se garante, com o dispositivo de medição móvel, uma utilização do dispositivo fora da aeronave, por exemplo, para analisar uma poça de líquido sob uma aeronave ou mecanismo de propulsão da aeronave.
[0033] Também é vantajoso quando o dispositivo de medição está associado ao espectrômetro de mobilidade iônica, à célula eletroquímica, ao detector de fotoionização e/ou a dois sensores de óxido de metal, que estão conectados a uma bomba de alimentação por meio de condutores de gás, sendo que está anteposta ao espectrômetro de mobilidade iônica, à célula eletroquímica, ao detector de fotoionização e/ou aos dois sensores de óxido de metal, uma disposição para a dosagem controlada de um gás de referência por meio de uma bomba de alimentação, segundo a tecnologia das correntes, apresentando um sistema eletrônico com computadores eletrônicos, bem como uma unidade de operação e de leitura com emissores de sinais de advertência ópticos e
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15/28
O novo dispositivo para detectar e identificar acústicos .
[0034] gases, bem como o processo apropriado para utilizar o dispositivo, deverão ser esclarecidos em três exemplos de configuração.
| [0035] | Mostram-se: | ||||
| [0036] | Figura | 1: | Representação | esquemática | do |
| dispositivo | em um primeiro | exemplo de configuração. | |||
| [0037] | Figura | 2: | Representação | esquemática | do |
dispositivo em um segundo exemplo de configuração.
[0038] Figura 3: Representação esguemática do dispositivo em um terceiro exemplo de configuração.
[0039] Figura 4: Representação simplificada do dispositivo de medição e diagrama de bloco da medição de um gás em uma área interna da aeronave.
[0040]
O novo dispositivo para identificar gases consiste substancialmente, em um primeiro exemplo de configuração de acordo com a figura 1, em um dispositivo de medição 1 com uma bomba de alimentação 2, um espectrômetro de mobilidade iônica um computador eletrônico com uma unidade de operação e de leitura 5.
[0041]
Neste caso, a bomba de alimentação 2 está associada, da parte de pressão, por meio de um condutor de gás
6, a um suporte de exaustão 2 aberto para a atmosfera. Da parte de aspiração, a bomba de alimentação está associada ao espectrômetro de mobilidade iônica 3, por meio de um condutor de gás 8, da parte de aspiração, sendo que o espectrômetro de mobilidade iônica está associado, por sua vez, a um suporte de aspiração 10, na lateral de entrada, por meio de um condutor de
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16/28 gás 9 .
[0042] computador 4 ainda está associado eletricamente ao espectrômetro de mobilidade iônica
3, por meio de um condutor
11, bem como associado eletricamente à unidade de operação e de leitura 5, por meio de um condutor 12.
[0043]
A unidade de operação e de leitura oferece uma representação gráfica e acústica dos resultados de medição. Além disso, a unidade operação e de leitura 5 possui elementos de operação típicos, como por exemplo, um interruptor para ligar/desligar ou uma tecla de inicio/parada para o controle manual de um ciclo da medição.
[0044] novo dispositivo para identificar gases apresenta adicionalmente, em um segundo exemplo de configuração de acordo com a figura 2, um detector de fotoionização
13, dois sensores de óxido de metal 14 e uma célula eletroquimica
15.
[0045]
Neste caso, o detector de fotoionização
13, com o sensor de óxido de metal 14 e a célula eletroquimica 15, segundo a tecnologia das correntes, estão dispostos paralelamente ao espectrômetro de mobilidade iônica 3. Assim, os canais de corrente e 9 apresentam dois distribuidores
16. O detector de fotoionização
13, os sensores de óxido de metal 14 e a célula eletroquimica ainda estão associados eletricamente ao computador 4, por meio de um outro condutor 11.
[0046]
Também é imaginável, no lugar do sensor de óxido de metal 14, utilizar uma matriz de sensores com sensores de óxido de metal 14 idênticos e/ou diferentes.
[0047]
O novo dispositivo para identificar gases apresenta adicionalmente, em um terceiro exemplo de configuração
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17/28 de acordo com a figura 3, uma bomba de alimentação 17 para a
| dosagem | controlada | de | um gás | de referência, | que | desemboca | no |
| condutor | de gás 9, | diretamente | atrás | do suporte | de | aspiração | 10, |
| por meio | de um outro | distribuidor | 16, com o | qual um gás | de |
referência poderá ser alimentado, por meio do suporte de aspiração 18, no espectrômetro de mobilidade iônica 3, detector de fotoionização 13, sensor de óxido de metal 14 e célula eletroquímica 15.
[0048] Também é possível utilizar a bomba de alimentação 17, mostrada na figura 3, para a dosagem controlada de um gás de referência apenas em combinação com o espectrômetro de mobilidade iônica, sem sensores adicionais.
[0049] No computador 4 estão instalados, em todos os exemplos de configuração citados anteriormente, programas de computador com diversos métodos matemáticos. Esses métodos matemáticos abrangem uma calibragem e uma medição de gás, sendo que a calibragem compreende uma divisão da área de medição do dispositivo de medição 1 em classes de gás e uma classificação de valores limites para cada classe de gás, bem como a medição de gás compreende uma identificação das classes de gás e uma avaliação da intensidade do gás. Neste caso, realiza-se uma divisão da área de medição do dispositivo de medição 1 em classes de gás, assim como uma classificação de valores limite par cada classe de gás, por meio de uma rede de neurônios artificiais, sendo que para a divisão da área de medição do dispositivo de medição 1 em classes de gás poderá ser utilizada especialmente uma rede de Kohonen e para a classificação dos valores limite para cada classe de gás poderá ser utilizada especialmente uma rede Multilayer Perceptron.
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18/28
Mas também, por princípio, poderá ser utilizada uma outra rede de neurônios artificiais apropriada ou um outro método matemático para a identificação de amostra e para a quantificação.
[0050] Na divisão da área de medição, todo o espectro dos gases a serem medidos com o dispositivo de medição 1 será dividido em classes de gases. Neste caso, será utilizada a rede de Kohonen. Essa divisão é realizado em uma fase de treinamento ou aprendizagem. Na fase de treinamento ou de aprendizagem, a função de peso dos neurônios individuais da rede de Kohonen é adaptada a um registro de dados de treinamento ou de aprendizagem. Desta foram, são medidos com o dispositivo de medição 1 gases conhecidos a serem medidos, bem como armazenados os sinais de medição obtidos, reunidos nos registros de dados para cada gás. A partir dos registros de dados, são calculadas as classes de gás para a rede de Kohonen, por meio de um algoritmo de aprendizagem, sendo que cada classe de gás interpreta respectivamente um gás a ser medido.
[0051] Na classificação dos valores limite para cada classe de gás, atribui-se pelo menos um valor limite para cada classe de gás, sendo que, neste caso, será utilizada a rede Multilayer Perceptron. Esses valores limite representam, por exemplo, concentrações de gases odoríferos e/ou nocivos à saúde. Sendo assim, também é imaginável gue o valor limite para os gases odoríferos ou odores sejam o valor limítrofe do odor.
[0052] A classificação de valores limite para cada classe de gás é realizada, por sua vez, em uma fase de treinamento ou de aprendizagem da rede Multilayer Perceptron, sendo gue essa classificação é realizada para cada gás. Nesses termos, são
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19/28 medidas com o dispositivo de medição 1 as concentrações de gás pré-definidas do gás conhecido a ser medido. Os sinais e medição obtidos são armazenados nos registros de dados para cada concentração de gás. A partir dos registros de gás é calculada a classificação de valores limite para cada gás por meio de um algoritmo de aprendizagem.
[0053] Como o algoritmo de aprendizagem para a divisão da área de medição do dispositivo de medição 1 em classes de gás e para a classificação de valores limite para cada classe de gás, será utilizado o quadrado imperfeito de Gauô, sendo que também poderá ser utilizado um outro método apropriado para a minimização de falhas.
[0054] A funcionalidade do novo dispositivo para identificar gases em áreas internas de aeronaves deverá ser esclarecida, por exemplo, no segundo exemplo de configuração. O dispositivo de medição 1, que apresenta, correspondentemente à figura 2, um espectrômetro de mobilidade iônica 3, um detector de fotoionização 13, dois sensores de óxido de metal 14 e uma célula eletroquimica 15, é posicionado com o seu suporte de aspiração 10 em frente ao escape do ar de suprimento 19 da alimentação de ar em uma área interna da aeronave 20, de tal modo que exclusivamente o ar ou o gás do escape de ar de suprimento 19 chegue ao suporte de aspiração 10.
[0055] Durante o processo de medição, o gás a ser medido é aspirado pela bomba de alimentação 2 e chega, neste caso, pelo suporte de aspiração 10, ao condutor de gás 9 e, pelos distribuidores 16, respectivamente ao espectrômetro de mobilidade iônica 3, à célula eletroquimica 15 e subsequentemente ao detector
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20/28 de fotoionização 13 e aos sensores de óxido de metal 14. Segundo a tecnologia das correntes, esses fluxos de gases individuais são novamente reunidos pelos distribuidores 16 após o espectrômetro de mobilidade iônica 3, da célula eletroquímica 15 e do detector de fotoionização 13, e são associados à bomba de alimentação 2 por meio do condutor de gás 9.
[0056] O computador eletrônico 4 prepara individualmente os dados de medição do espectrômetro de mobilidade iônica 3, da célula eletroquímica 15, do detector de fotoionização 13 e dos sensores de óxido de metal 14 e os representa, gráfica e acusticamente, pela unidade de operação e de leitura 5.
[0057] Exemplificando, no caso do espectrômetro de mobilidade iônica 3, poderão ser utilizados somente os sinais de medição integrados antes e após o pico de íons reagentes. Uma vez que o sistema pode operar tanto no modo de operação negativo como no positivo, surgem consequentemente quatro canais de medição. Com os sinais da célula eletroquímica 15 do detector de fotoionização 13 e dos sensores de óxido de metal 14, são disponibilizados oito canais de medição na configuração descrita acima. Eventualmente, os espectros do espectrômetro de mobilidade iônica 3 também poderão ser subdivididos mais precisamente, de modo que poderão ser aproveitados substancialmente mais que quatro canais para a avaliação.
[0058] Os canais poderão ser utilizados como sinais de entrada para uma identificação de amostra posterior. Também é possível a avaliação dos espectros de mobilidade iônica de tal modo que os picos manifestados no espectro poderão ser aproveitados para uma avaliação posterior.
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21/28 [0059]
Os classificadores de distância simples, como por exemplo, o classificador de distância segundo Euklid, até os classificadores de discriminância ou ainda as redes neurais podem ser utilizados neste caso.
[0060]
Também é possível uma representação dos espectros de mobilidade iônica, na qual o sinal de medição do espectrômetro de mobilidade iônica 3 seja representado como função do tempo.
De acordo com o terceiro exemplo de configuração conforme a figura 3, o dispositivo de medição 1 poderá apresentar uma outra bomba de alimentação para misturar um gás de referência no condutor de gás 9, sendo que o gás de referência misturado também será aspirado pela bomba de alimentação 2 descrita acima. Para poupar o espectrômetro de mobilidade iônica
3, a célula eletroquímica 15, o detector de fotoionização 13 e os sensores de óxido de metal 14, o dispositivo de medição 1 será operado de modo que será medido sobretudo o gás de referência. No caso de sinais de medição baixos, a quantidade de alimentação da bomba de alimentação 17 será reduzida, aumentado a cota do gás a ser medido. A dosagem do gás de referência poderá ser realizada pelos níveis definidos, mas também ser regulada pelo sinal de medição de um detector.
[0062]
Também é imaginável que o gás a ser medido seja misturado alternativamente com um gás de referência somente antes de chegar ao espectrômetro de mobilidade iônica 3, e antes dos outros detectores, bem como da célula eletroquímica 15, do detector de fotoionização 13 e dos sensores de óxido de metal
14, para alimentar o gás a ser medido em um estado não diluído com o gás de referência.
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22/28 [0063] Também é possível armazenar o dispositivo de medição 1 não utilizado em uma estação de preparação especial. Nesse local, a bomba de alimentação na estação de preparação fará com que o dispositivo de medição 1 seja continuamente banhado com o gás de referência. Deste modo, será evitado que componentes prejudiciais se acumulem no dispositivo de medição 1. Além disso, o dispositivo de medição 1 estará pronto para ser utilizado dentro de poucos minutos. A estação de preparação também poderá ser utilizada para o carregamento de acumuladores e para a leitura dos dados de medição armazenados no dispositivo de medição 1.
[0064] Na utilização do novo dispositivo para identificar gases em áreas internas de aeronaves, poderão ser tiradas conclusões, por meio da alteração do ar de suprimento da área interna da aeronave, sobre as fontes de gás do gás a ser medido na área de aspiração do canal de aspiração. Neste caso, poderão ser analisados, em especial, o tipo da fonte de gás e o local da fonte de gás.
[0065] Em uma instalação estacionária de acordo com a figura 4 do dispositivo de medição 1, no escape do suprimento de ar 19 da ventilação da área interna da aeronave 20, ocorrerá o seguinte processo na manifestação de uma importunação de gás ou odor.
[0066] O ar de suprimento na área interna da aeronave 20 é aspirado pelo suporte de aspiração 10 do dispositivo de medição 1, sendo que o ar de suprimento deverá conter uma parte de ar fresco, que chegará ao ar de suprimento em porções idênticas por meio dos mecanismos de propulsão da aeronave 21, 22, 23, 24.
[0067] No caso de manifestação de uma importunação de
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23/28 gás ou de odor, a identificação da classe de gás será realizada primeiramente com o dispositivo de medição 1 calibrado, no caso de medição de gás no computador 4. Consequentemente, será realizada uma classificação do gás medido em um classe de gás. Por exemplo, essas classes de gás poderão ser:
- Óleos e substâncias lubrificantes de mecanismos propulsores (classe de gás A),
- Querosene (classe de gás B) ,
- Gases de exaustão do mecanismo de propulsão da aeronave (classe de gás C),
Odor de combustão, sobretudo, monóxido de carbono, dióxido de carbono e composições da combustão não integral (classe de gás D).
[0068] A cada uma dessas classes de gás está consignada uma avaliação calibrada nessa classe de gás referente à intensidade do gás ou do odor. Neste caso, por exemplo, os óleos e as substâncias lubrificantes do mecanismo de propulsão poderão ser naturalmente subdivididos em várias classes de gás. Para as classes de gás indicadas anteriormente a titulo de exemplo, surgem quatro avaliações distintas. Cada classe de gás requer a sua avaliação da intensidade de gás ou de odor, a saber:
| - Avaliação | da | intensidade | de | gás | ou | de | odor | 26 | ||||
| para | a | classe | de | gás A, | ||||||||
| - Avaliação | da | intensidade | de | gás | ou | de | odor | 27 | ||||
| para | a | classe | de | gás B, | ||||||||
| - Avaliação | da | intensidade | de | gás | ou | de | odor | 28 | ||||
| para | a | classe | de | gás C e | ||||||||
| - Avaliação | da | intensidade | de | gás | ou | de | odor | 29 |
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24/28 para a classe de gás D.
[0069] Se o gás medido for classificado, por exemplo, na classe de gás A, como óleos e substâncias lubrificantes do mecanismo de propulsão, poderá ser localizada primeiramente a origem do gás medido com os mecanismos de propulsão da aeronave, de modo que poderão ser considerados um ou vários mecanismos de propulsão da aeronave 21, 22, 23, 24. Ao exceder o valor limite de odor para os óleos e lubrificantes do mecanismo de propulsão, ocorrerá, em determinadas circunstâncias, uma considerável importunação odorifera para os passageiros.
[0070] Uma vez que a cabine não pode ser ventilada e ficar isenta da intensidade do odor suficientemente devido ao tamanho, não é possível supor nem determinar um mecanismo propulsor para a importunação odorifera. A avaliação ou o processo
| de | exclusão | dos | mecanismos de | propulsão da aeronave | 21, 22, 23, | 24 |
| é | realizada | em | seguida, sendo | que os resultados da | avaliação | das |
| classes de | gás | e intensidade | de odor serão lidos | de imediato | na |
unidade de operação e de leitura 5.
[0071] Deste modo, os mecanismos de propulsão da aeronave 21 e 24 ou os mecanismos de propulsão da aeronave 22 e 23 são levados ao mesmo número de rotações. Se, por exemplo, os mecanismos de propulsão da aeronave 21 e 24 forem levados ao mesmo número de rotações, ocorrerá a ativação do ar de suprimento para o
| mecanismo | de | propulsão | da aeronave | 21 | e a desativação do ar | de |
| suprimento | do | mecanismo | de propulsão | da | aeronave 24. | |
| [0072] | Com a | medição do ar | de | suprimento do mecanismo | de | |
| propulsão | da | aeronave | 21 por meio | do | dispositivo de medição | 1, |
poderá ser analisado se podem ser identificadas classes de gás e
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25/28 intensidade de odor no ar de suprimento. Neste caso, realiza-se primeiramente a avaliação dos sinais de medição pela identificação das classes de gás 25. Se, por exemplo, for identificada a classe de gás A para óleos e lubrificantes do mecanismo de propulsão,
| será realizada | em seguida a avaliação da intensidade de | gás | ou | de | ||
| odor 26 para a | classe de gás A. | |||||
| [0073] | Posteriormente, realizam- | -se a | ativação | do | ar | de |
| suprimento do | mecanismo de propulsão | da | aeronave | 24 | e | a |
desativação do ar de suprimento do mecanismo de propulsão da aeronave 21. Nesse momento, o primeiro registro da classe de odor podería ser realizado, sob determinadas circunstâncias, por meio do órgão humano, entretanto, não seria possível uma classificação da intensidade do odor. Após esse primeiro registro da intensidade do odor pelo nariz humano, essa impressão odorífera permanecerá e são impossíveis outros reqistros da mesma classe de odor e intensidade de odor.
[0074]
Procede-se, então, à medição do ar de suprimento do mecanismo de propulsão da aeronave 24 por meio do dispositivo de medição 1 com o objetivo de determinar também a classe de odor e eventualmente a intensidade do odor.
mecanismos de desse método,
Em seguida, procede-se propulsão da aeronave 22 da mesma forma com os e 23. Após a poderá ser feita uma declaração, por resultados do dispositivo de medição 1, conclusão meio sobre da em qual ar de suprimento puderam ser determinadas classes de gás com qual intensidade de odor.
[0076]
Também é imaginável que, no lugar de uma ativação ou desativação do ar de suprimento dos mecanismos de propulsão
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26/28 individuais, seja obtida uma intensidade de odor aumentada, à medida que os mecanismos de propulsão individuais são levados a números de rotações mais elevados a partir de um estado de ponto morto, aumentando as concentrações das combinações odoríferas. Os mecanismos de propulsão com defeito apresentam concentrações substancialmente mais elevadas de substâncias odorantes ou de lubrificantes ou óleos hidráulicos.
[0077] As intensidades de odor estão frequentemente abaixo dos limites de odor perceptíveis aos seres humanos, de modo que uma impressão subjetiva não implicaria um êxito desejado. Por meio da alimentação do ar de suprimento pelos mecanismos de propulsão da aeronave 21, 22, 23, 24 e pela medição contínua do ar de suprimento no dispositivo de medição 1, poderá ser identificado e determinado o aumento ou a redução das intensidades de odor.
[0078] Na avaliação das classes de odor e intensidades de odor pelos resultados do dispositivo de medição 1, são frequentemente determinadas as intensidades de odor, que não implicam forçosamente odores prejudiciais na área interna da aeronave 20 e/ou não são perceptíveis ainda ao nariz humano. Mas, apesar disso, essas intensidades de gás ou de odor fornecem conclusões sobre o estado do mecanismo de propulsão, podendo ser constatado, já antes da origem das intensidades do odor e da percepção dessas pelos passageiros, se deverão ser atribuídas classes de odor ou intensidades de odor ao ar de suprimento para determinados mecanismos de propulsão da aeronave.
[0079] No caso de uma instalação estacionária do dispositivo de medição 1 no escape de ar de suprimento 19 da ventilação da área interna da aeronave 20, também é possível
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27/28 conectar eletricamente o computador 4 e/ou a unidade de operação e de leitura 5 a uma unidade de operação e de leitura externa, que está instalada, por exemplo, na cabine do piloto da aeronave.
[0080] No caso de um dispositivo de medição 1 móvel, o local da fonte do gás e do odor poderá ficar restrita adicionalmente pela alteração do local de medição.
[0081] Deste modo, poderão ser localizados, por exemplo, por meio da alteração do local de medição, pelo revestimento da área interna da aeronave, incêndios nos cabos abaixo do revestimento da área interna da aeronave.
[0082] Também poderão ser analisados com um dispositivo de medição 1 móvel líquidos desconhecidos, como por exemplo, na forma de uma poça, abaixo da área interna da aeronave ou também fora da aeronave, por exemplo, abaixo dos mecanismos de propulsão da aeronave.
[0083] Também é imaginável utilizar o dispositivo de medição 1 individualmente ou adicionalmente a um Differential Mobility Spectrometer (DMS) ou Field Asymetric Ion Mobility Spectrometer (espectrômetro FAIMS) ou outros detectores apropriados para detectar os gases analisados.
Lista de Números de Referência
Dispositivo de medição
Bomba de alimentação
Espectrômetro de mobilidade iônica
Computador
Unidade de operação e de leitura
Condutor de gás
Suporte de exaustão
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28/28
Condutor de gás
Condutor de gás
Suporte de aspiração
Condutor
Condutor
Detector de fotoionização
Sensor de óxido de metal
Célula eletroquimica
Distribuidor
Bomba de alimentação
Suporte de aspiração
Escape do ar de suprimento
Área interna da aeronave
Mecanismo
Mecanismo
Mecanismo
Mecanismo
| de | propulsão | da | aeronave | I |
| de | propulsão | da | aeronave | II |
| de | propulsão | da | aeronave | III |
| de | propulsão | da | aeronave | IV |
Identificação da classe de gás
Avaliação da intensidade de gás ou de odor para a classe de gás A
Avaliação da intensidade de gás ou de odor para a classe de gás B
Avaliação da intensidade de gás ou de odor para a classe de gás C
Avaliação da intensidade de gás ou de odor para a classe de gás D
Claims (6)
1. Processo para detecção e identificação de gases em áreas internas de aeronaves, sendo que o ar de suprimento da área interna da aeronave (20) a ser alimentado em um dispositivo de medição (1), que abrange um espectrômetro de mobilidade iônica, caracterizado pelo fato de que os resultados de medição do dispositivo de medição (1) são analisados por meio de métodos matemáticos, e os métodos matemáticos subdivididos em uma calibragem e uma medição de gás, onde:
- a calibragem compreende uma divisão da área de medição do dispositivo de medição (1) em classes de gás e uma classificação de valores limites para cada classe de gás, no qual a calibragem para o dispositivo de medição (1) utiliza gases desconhecidos, sendo que o dispositivo de medição (1) é instruído quanto aos gases desconhecidos, e a classificação de valores limites para cada classe de gás é elaborada com um banco de dados com algumas disposições de diversos sinais de medição do dispositivo de medição (1) e valores limite para cada classe de gás.
a medição de gás compreende uma identificação das classes de gás e uma avaliação da intensidade do gás, onde, durante a medição de gás com identificação das classes de gás, seleciona-se uma classe de gás para a qual será realizada posteriormente a avaliação da intensidade do gás, sendo que, no caso de medição de gás, os
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2/4 resultados de medição avaliados do dispositivo de medição (1) serão comparados com os resultados de medição obtidos anteriormente e tiradas conclusões da comparação quanto ao gás medido, e
- serão tiradas conclusões sobre o estado de manutenção de um mecanismo de propulsão da aeronave, que se encontra dentro da área de aspiração do canal por meio de uma alteração do canal de aspiração do ar fresco da área interna da aeronave (20), ou por meio de uma alteração dos parâmetros de operação de um mecanismo de propulsão da aeronave.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:
- a divisão da área de medição do dispositivo de medição (1) em classes de gás é realizada por uma rede de neurônios artificiais, em especial, por uma rede de Kohonen; e
- a classificação dos valores limite para cada classe de gás é realizada por uma rede de neurônios artificiais, em especial, por uma rede Multilayer Perceptron.
3. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o gás a ser medido é aspirado por uma bomba de alimentação (2) e distribuído por distribuidores (16), e em seguida alimentado paralelamente em um espectrômetro de mobilidade iônica (3), uma célula eletroquimica (15), um detector de fotoionização (13) e/ou dois sensores de óxido de metal (14).
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3/4
4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o gás a ser medido é misturado com um gás de referência antes de chegar ao espectrômetro de mobilidade iônica (3), à célula eletroquímica (15), ao detector de fotoionização (13) e aos sensores de óxido de metal (14), alternativamente também apenas antes de chegar ao espectrômetro de mobilidade iônica (3), à medida que o gás de referência é alimentado no gás a ser medido, em quantidades definidas, sendo que, por exemplo, inicia-se com a quantidade de fluxo máxima possível do gás de referência, reduzindo-a posteriormente.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o sinal de medição do espectrômetro de mobilidade iônica (3), da célula eletromagnética (15), do detector de fotoionização (13) e/ou os sensores de óxido de metal (14) é utilizada para regular a dosagem do gás de referência, à medida que:
- é utilizado diretamente o nível de sinal relativo dos sensores do óxido de metal (14), com o objetivo de aumentar a curto prazo o fluxo de gás da bomba de alimentação (17), caso os sinais de medição dos sensores de óxido de metal (14) venham a aumentar, ou com o objetivo de reduzir a curto prazo o fluxo de gás da bomba de alimentação (17), caso o sinal de medição do detector venha a reduzir; e/ou
- para ajustar, a partir do sinal de medição
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4/4 do espectrômetro de mobilidade iônica (3), as áreas absolutas da quantidade do fluxo de gás do gás de referência, à medida que são utilizados os níveis de sinal absolutos durante um período mais longo, com o objetivo de permitir a regulagem bruta, em especial, uma regulagem da área máxima e mínima da quantidade de alimentação do gás de referência do fluxo de gás.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o gás a ser medido é conduzido por uma combinação do espectrômetro de mobilidade iônica (3) e o detector de fotoionização (13) para comprovar compostos aromáticos, e adicionalmente com a célula eletroquímica (15) para comprovar substâncias individuais, como por exemplo, fosgênio, e adicionalmente aos sensores de óxido de metal (14) para comprovar, por exemplo, hidrocarbonetos ou monóxidos de carbono.
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