CN1930466A - 采用温度和温度补偿的远程排放物感测 - Google Patents
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Abstract
提供远程排放物感测(RES)系统和测量机动车辆的废气组合物的方法,包括补偿环境温度和/或压力影响的校正方法。
Description
相关申请的交叉参考
[001]本申请要求2004年2月9日提交的U.S.临时专利申请系列No.60/542,402的优先权,该文献在此全文引入作为参考。
发明领域
[002]本发明一般地涉及包括补偿温度和压力影响的计算和校准技术(或方法)的远程排放物感测(RES)系统和方法。
发明背景
[003]远程监测机动车辆的废气组合物的系统和方法是已知的。这样系统和方法的例子描述于,例如U.S.专利No.5,210,702,No.5,319,199,No.5,401,967,No.5,591,975,No.5,726,450,No.5,797,682和No.5,831,267,每个文献在此全文引入作为参考。商业系统如由Environmental Systems Products,Inc.提供的AccuScanTMRemote Sensing Device(RSD)3000和AccuScanTM Remote SensingDevice(RSD)4000也是已知的。
[004]不管远程排放物感测(RES)系统的复杂和稳健的稳态进步,许多RES系统易受错误读数或不一致结果的影响。令人遗憾地,这样的缺点可有时导致相对高的抛弃数据发生率或相对高的“标记”测试结果发生率,它指示不可信的结果。这些和其它问题可降低RES系统的益处。
发明概述
[005]在此公开的本发明的各个方面通过如下方式克服了与各种现有RES系统相关的缺点:确定当气体的温度和压力变化时气体(如CO和CO2)吸收系数变化,和然后补偿那些变化。换言之,当环境条件,特别地温度和压力变化时,测量路径中固定数量的气体分子(如CO2分子)将不同地测量。同样地,不同的气体曲线(如分子数目对透光度)在每个环境温度和压力条件下存在。此确定意味着从用于已知RES系统的常规校准方法和计算技术的背离。
[006]确定了环境条件的变化对气体吸收系数的影响,通过校正或补偿当测量气体时环境压力和/或温度中的变化,在此公开的本发明进一步克服与现有RES系统相关的缺点。
[007]由本发明提供的一个优点是校准或补偿曲线(如分子数目对透光度)的改进精度,它确定在各种气体温度和/或压力条件下的气体关系。同样地,排气尾气(exhaust plume)中感兴趣的一种或多种分子物质的数量可以精确地测量。
[008]本发明的这些和其它目的,特征,和优点通过优选实施方案及其附图的详细描述是显然的。也理解以上通用描述和以下详细描述是例示的和不限制本发明的范围。
附图简述
[009]图1是根据本发明的实施方案的远程排放物感测(RES)系统的例示说明。
[010]图2是描述相对于根据本发明的实施方案的远程排放物感测(RES)系统的各个位置的例示说明,其中温度和/或压力测量值可以记录。
[011]图3是根据本发明的实施方案,可以呈现给用户的视觉显示屏的例示说明。
[012]图4说明在一方面根据本发明的加工流程图。
[013]图5说明在一方面根据本发明的加工流程图。
发明详述
[014]首先提供远程排放物感测(RES)系统的综述,随后是本发明的计算和校准技术(或方法)的讨论,该方法用于被偿温度和压力影响。
[015]图1是根据本发明的实施方案的RES系统的例示说明。在此公开的补偿技术可用于此或其它系统配置。本发明的实施方案可包括一些或所有以下所述的RES系统组件,或其它组件。
[016]根据一个实施,RES系统测量道路20上测量路径40中排气尾气30(来自机动车辆10)中的排放物。道路20可包括单或多车道道路,或在各种操作条件下适于车辆10安全通过的任何其它道路或驾驶表面。或者,道路20可包括设计用于车辆排放物测试的测试车道,其中车辆10可以在各种操作条件下测试。
[017]在一个实施方案中,RES系统可包括电磁辐射(ER)的一个或多个来源50,它以已知方式用于车辆排气排放物的各个组分的吸收光谱测量。来源50可包括红外(IR)辐射源。在替代的实施方案中,可以使用其它类型的辐射源,包括,例如紫外(UV)来源,可见光来源,或本领域技术人员已知和理解的其它合适来源。在一些实施方案中,可以使用辐射源的组合。
[018]RES系统可包括采用已知方式检测辐射的一个或多个检测器或检测器阵列70。优选选择检测器阵列70以允许检测由来源50发射的电磁辐射。例如,检测器阵列70可包括光检测器(如光电二极管),光电倍增管(PMT),分光计,或任何其它合适的辐射检测器。在一个实施方案中,汞镉碲化物(Hg-Cd-Te)光检测器可用于检测IR辐射。其它合适的检测器或检测器阵列或其组合也可以使用。
[019]根据本发明的实施方案,RES系统可包括具有多个过滤器的单一检测器代替采用多个检测器的阵列。多个过滤器可以是可脱除的,如纺丝过滤器以允许检测多个组分。在此方面,单一检测器可用于检测多个不同的排气组分,这是由于设计每个可脱除过滤器以仅允许由特定排气组分感兴趣的波长带通到检测器。根据本发明的仍然另一个实施方案,RES系统可包括分光计,或可用于检测多于一种组分的其它检测设备。
[020]根据一个实施方案,RES系统可包括以一定方式安装以允许来自来源50的辐射反射到检测器阵列70用于分析的传送光学设备60。传送光学设备60可包括镜子、平面镜、侧传送镜(LTM)、垂直传送镜(VIM)、向后反射体、或其它设备。在一个实施方案中,依赖于从入射方向的取向,传送光学设备60可包括侧传送镜以沿侧向或垂直布置的路径反射来自来源50的辐射。可以使用其它配置。
[021]在各种实施方案中,RES系统可包括成像单元80以采用已知方式捕集和/或记录经过(或通过)RES系统的车辆10的图像。可以布置成像单元80以在任何预定数目位置记录车辆10的图像。成像单元80可包括,例如膜照片机、摄影机、或数字照相机。也可以使用其它成像设备。
[022]在一个实施方案中,成像单元80可记录车辆10的识别标记(如执照板)的图像。标记信息可以使用合适的处理器110(下述)加工以提供关于车辆的另外信息。例如,可以访问机动车辆部门数据库可提取拥有者信息,档案,型号类型,型号年份,或其它信息。在一些实施方案中,此另外的信息可引入排放物感测数据分析中。例如,车辆的档案和型号年份可用于确定某些加工步骤的输入信息,包括如车辆是否包括增碳器或燃料注射器的信息,汽车使用柴油燃料或汽油的信息等。
[023]根据本发明的实施方案,RES系统可包括速度和加速度单元90。优选,可以当车辆通过RES系统时使用速度和加速度单元90以已知方式测量车辆10的速度和/或加速度。
[024]在一个实施方案中,速度和加速度单元90可包括激光束或与计量电路学相关的其它光束的布置。可以布置激光或光束以在各个点经过车辆10的路径。当车辆10通过时,它引起激光或光束的中断。在其下束中断的时间可用于计算车辆的速度和/或加速度。
[025]或者,可以布置激光或光束以在车辆路径中的单一点经过车辆10的路径。例如,雷达系统可用于测定车辆速度和加速度。或者,传感器,压电元件,或其它“驾驶上”检测器可以在道路中的位置布置以监测车辆通过。测定车辆速度和/或加速度的其它方法也可以使用或引入RES系统中。速度和/或加速度数据可以输入处理器110(下述)以帮助表征车辆操作条件(如加速或减速),或确定哪个车辆要与特定的传感器测量相关。速度和加速度数据的其它配置和使用也是可能的。
[026]本发明的一些实施方案可引入热检测单元100。在一个实施方案中,热检测单元100可包括非接触温度计系统。例如,IR温度计可用于光学检测远程目标的温度。其它温度检测系统也可以使用。热检测单元100可以,例如用于检测通过RES系统的车辆一部分的温度。一些实施方案可以使用感兴趣区域的直接感测。例如,IR温度计的目标可以在于通过的车辆的外侧以检测车辆组件(如发动机,催化转换器,消音器等)的温度。也可以使用间接感测。例如,IR温度计的目标可在于道路以测量通过车辆的热量,它从道路表面反射。
[027]由热检测单元100检测的热信息可用于指示发动机近来刚刚启动(如发动机“冷”或没有达到正常操作温度)。这样的冷发动机读数可用于,例如启动替代的数据加工途径。通过也检测车辆其它部分的温度,本发明的某些实施方案可降低潜在误导读数的机会。收集的热数据的其它用途也是可能的。
[028]车辆的排气尾气的热检测,以及在排放物测试之前,期间或之后的环境温度也可以与本发明的各个方面相关使用。
[029]根据本发明的实施方案,压力检测单元130可用于在排放物测试之前,期间或之后在相对于RES系统的各个位置获得环境压力测量值。压力检测单元130可包括气压计或任何其它合适的压力测量设备。
[030]根据本发明的一个实施方案,可以读取车辆10上的识别标记以识别车辆和与车辆相关的特定的感测的车辆排放物信息。识别标记(定义为以上的执照板)也可包括位于车辆10之上或之中(如从后视镜悬挂,在扫泥板上布置等),或是车辆中整体的(如全球定位系统(“GPS”)的一部分,位于车辆的发动机中,或在别处布置或安装)的询答机。询答机可传递关于车辆10的信息,包括车辆10的档案和型号,发动机特性,燃料类型,车辆10拥有者,或可以相关的其它信息。根据本发明的实施方案,询答机可以与其它功能结合使用。通过例子,询答机也可以与收费站结合使用,因此驾驶者可通过询答机电子缴费而不停车辆。
[031]识别标记也可包括要求阅读器的标记或贴花纸。通过例子,识别标记可包括具有识别标志的贴花纸(如条形码,红外标志等),该标志包含关于车辆10的信息。贴花纸可以位于车辆10外部,如在前或后保险杠上,在车辆10的下侧上,或车辆10上的任何其它位置,其中可以合适地读取贴花纸。阅读器可观察贴花纸和因此获得关于车辆10的信息。一个实施方案采用布置在车辆10顶盖上的条形码,它可以由在车辆10上布置的阅读器读取。
[032]接收器可用于从识别标记获得信息。根据本发明的实施方案,天然可接收从包含识别标记的询答机传递的信号。任何类型的常规接收器可用于接收信号。根据本发明的实施方案,一个阅读器和/或接收器可以与多个车道结合使用。根据信号接收的或贴花纸读取,接收器或阅读器可确定在该车道中特定的车辆在特定时间的位置。
[033]处理器110(下述)可以从阅读器和/或接收器接收关于车辆10的信息。根据本发明的实施方案,处理器110可接收车辆信息。可以存储车辆信息和通过感测车辆排放物获得的信息。处理器110可以将从识别标记接收的车辆信息与来自车辆排放物感测的结果关联。处理器110可升级车辆记录以解释通过处理车辆排放物数据,如关于哪个车辆通过或未通过预定排放物标准的信息获得的结果。
[034]根据本发明的实施方案,RES系统包括处理器110。处理器110可包括合适的处理设备,例如计算机或其它微处理器,和可干扰在此所述的任何或所有RES系统组件。处理器110可含有存储数据的相关存储器(未说明)和,在一些实施方案中,可进一步接口到数据库(未说明)。处理器110可任选地采用软件采用已知的方式完成收集和/或存储的数据的所需分析(经历在此所述的改进)。例如,和如以上简要所述,软件可用于计算各种废气组分的相对数量,各种废气组分(如HC,CO2,NOx,CO等)的浓度,排气组分的衰减速率(如时间的耗散),排气尾气的不透明性,温度,车辆的速度和加速度,和也确定其它所需的信息。
[035]根据本发明的实施方案,和如以上详细所述,处理器110可通过计算特定的废气组分对CO2气体组分的吸收比例,计算各种废气组分的相对数量。例如,在一个实施方案中,来源50可以配置以当车辆10经过(或通过)RES系统时,将EM辐射束通过车辆10的排气尾气30。束可以由传送光学设备60导此到检测器阵列70,它可以配置以在它通过排气尾气30之后接收辐射。一个或多个过滤器(未说明)可以与检测器阵列70联合以使检测器阵列70能够确定具有特定波长或波长范围的EM辐射的强度。可以选择波长以对应于由排气尾气中感兴趣的分子物质(如烃(HC),一氧化碳(CO),二氧化碳(CO2)和氮氧化物(NOx)如NO和NO2)吸收的波长。一个或多个检测器输出电压表示由那个检测器测量的EM辐射的强度。
[036]然后将这些电压输入处理器110。处理器110可计算在来源50的已知强度和由检测器检测的强度之间的差异以确定由特定分子物质吸收的数量(基于与那个物质相关的预定波长)。根据测量的吸收,可以采用已知的方式确定排放物中一种或多种分子物质在测量路径中的分子数目。
[037]此例示方法消除了计算存在的排气尾气总数量的需要,这是由于计算的比例可提供足够的信息以识别不满足预定污染标准的车辆。另外,如果需要各种组分的绝对浓度的计算,根据车辆类型的CO2浓度的预测值,燃料类型,校准读数或其它方法可用于此目的。
[038]处理器110也可包括软件以完成其它数据分析功能。例如,可以检查车辆排放物数据用于运行损失。运行损失可典型地包括由于车辆上燃料系统泄漏的排放物读数(如漏燃料罐填料盖,燃料管线等),漏气排放物(如活塞环漏气的曲柄箱排放物),由于附近其它车辆的排放物,或其它系统损失。
[039]处理器110也可包括软件以完成各种车辆拥有者提示功能。例如,记录为按照某些预定排放物水平的车辆的拥有者可接收提示。可以安排与地方当局的协调以当接收这样的提示时授予车辆拥有者地主排放物证明的放弃或通过。同样,未能满足预定排放物水平的车辆可接收要求拥有者的提示以补救非屈从。其它数据处理功能也是可能的。
[040]处理器110可进一步包括执行以下详细描述的温度和压力补偿计算的软件。根据本发明的实施方案,处理器110可进一步包括图形用户界面(GUI)以使用户(如排放物测试管理者或其它个体)访问,操纵,和另外采用各种上述软件处理功能。也可以进行其它处理技术。
[041]根据本发明的实施方案,RES系统可进一步包括通信装置120。通信装置120可以采用已知方式传达信息,例如来自RES系统的测量的车辆排放物和识别标记信息到各种其它位置(如机动车辆部门,中央数据仓库,服务器等)用于存储,处理,察看或其它用途。通信装置120可通过线连接,如电缆或电话线,或无线连接,如由无线电,蜂窝或卫星发送器,或通过任何其它类型的合适无线通信传送和/或接收信息。
[042]在一些实施方案中,通信装置120可包括适当的硬件和/或软件以使处理器110能够在网络(未说明)上通过通信连接(未说明)远程访问。网络可包括如下的任何一个或多个:互联网,企业内部互联网,PAN(个人区域网),LAN(局域网),WAN(宽域网),SAN(存储域网),或MAN(都市区域网)。通信连接可包括如下的一个或多个:例如铜电话线,数字订户线(DSL)连接,数字数据服务(DDS)连接,以太网连接,集成服务数字网(ISDN)线,模拟现代连接,电缆现代连接,或无线连接。在此方面,用户(如排放物测试管理者或其它个体)在远程计算机终端可管理排放物测试,和/或分析或处理数据。因此,RES系统在各种实施方案中,可包括有人或无人系统。
[043]RES系统的校准(它以下更详细描述)可以由校准池(未说明),或通过吹气校准(通过校准气体罐)实现,如本领域已知的那样。
[044]如上所述,替代的RES系统配置可引入一些或所有上述系统组件。因此,图1中说明的RES系统不应当看成是限制性的。
[045]作为例子,在某些实施方案(未说明)中,来源50和检测器70可以布置在道路20的相对侧。速度和加速度单元90和热检测单元100的各种组件也可以布置在道路20的相对侧。
[046]在另一个实施方案(未说明)中,RES系统可包括紧凑,无人系统,该系统可用于车辆排放物数据的无孔不人监测(也称为“装填”单元)。在这样的实施方案中,来源50,检测器70,成像单元80,处理器110,通信装置120,和速度和加速度单元90和热检测单元100的各种组件可以在道路20的第一侧容纳在一起,而传送光学设备60和速度和加速度单元90和热检测单元100的各种其它组件可以在道路20的相对侧容纳在一起。其它配置是可能的。排放物和其它测量的数据可由以上详细所述的通信装置120传递。
[047]提供了构成RES系统的各种组件的详细描述,现在说明计算和校准方法。为更好理解本发明的计算和校准方法如何补偿环境温度和压力中的变化,值得做的是首先提供一些先前校准方法的简要解释和这些环境条件中的变化如何先前既不被认识,也不被理解。讨论Environmental Systems Products,Inc.的两个远程感测产品-AccuScanTM Remote Sensing Device(RSD)3000和AccuScanTM RemoteSensing Device(RSD)4000。
[048]对于RSD 3000,通过将已知的气体比例注入途径和获得比例的原气体比例测量值而确定校准因子。校准因子包括校正测量比(如由中央瓶比例定义)的乘法器。因此,作为例子,CO,HC,和NO的基础场校准可以表示为:
原CO/原CO2*calCO=校正的CO/CO2 (1)
原HC/原CO2*calHC=校正的HC/CO2 (2)
原NO/原CO2calNO=校正的NO/CO2 (3)
其中:
“原”数值表示测量的气体数量,典型地槽电压,或按比例到参考槽电压的槽电压,然后通过存储曲线关系将它转化成气体值;和“cal”值表示校准因子。
[049]与此校准方案相关的一个缺点在于如果不在与校准那些相同的温度和压力下进行测量,精度可不利地受影响。吹气校准应当报导“按定义”的完好回答,由于校准乘法器得到输入的瓶子比。相同尺寸和形状的检查吹气得到精确的回答,只要环境条件不改变。然而,当环境CO2条件改变时,精度倾向于劣化(即,方案不跟踪变化的环境CO2)。换言之,采用此方案,在校准条件下在校准中埋藏(解释)吸收系数变化效果。
[050]对于RSD 4000,每个气体测量值具有它自身的单个校准因子和因此独立地校准,而不是计算气体比例的校准因子(如以上参考RSD 3000所述)。
[051]将校准因子(用于每种气体)应用于原电压比例测量值而不应用于气体曲线输出(即,到气体测量曲线而不是输出的因素效果),如以下所示:
nCO=气体曲线CO(测量的电压比例CO*calCO) (4)
nCO2=气体曲线CO2(测量的电压比例CO2*calCO2) (5)
nHC=气体曲线HC(测量的电压比例HC*calHC) (6)
nNO=气体曲线NO(测量的分光计数值*calNO) (7)
其中:
“n”是测量的气体数量(如分子数目);
“气体曲线”是在气体数量和校准的测量数量之间的关系;
“测量的电压比”是分析物槽电压除以参考槽(非吸收)槽电压;
“测量的分光计值”典型地是来自分光计的象素电压,它对应于已知的波长;和
“cal”是校准因子,它转化测量的电压比到气体曲线关系输出,典型地透光度。
[052]采用上述方案,测量比可以对于所有的气体数量是正确的和测量值可跟踪环境CO2变化,条件是气体曲线关系正确。如果气体曲线不正确,例如由于环境温度和/或压力的变化,则测量误差同样出现。
[053]另外,RSD 4000的影响可进一步依赖于如何确定校准因子(如calCO,calCO2等)而有阴影,和特别地它们独立地确定,或如果它们依赖于其它气体。
[054]采用吹气校准(如采用RSD 4000),例如HC的校准因子,表示为“calHC”,独立地确定(仅依赖于HC)。CO的校准因子,表示为“calCO”,对于1-点校准是独立的,但依赖2点校准的HC,如已知的那样。CO2的校准因子,表示为“calCO2”和NO的校准因子,表示为“calNO”依赖于测量的HC数量。HC依赖性意味着HC测量用于确定吹气中其它气体的数量(如测量的HC乘以CO2/HC瓶值以确定测量的CO2)。有效地,这意味着HC/CO2应当总是在校准期间精确报导(如RSD3000),和NO/HC比例精确地报导。
[055]对于RSD 4000吹气校准(没有温度和压力中变化的补偿),本发明认识到HC/CO2比例通常在校准条件下是精确的,但当环境CO2变化时可能跟踪不好。本发明进一步认识到CO/CO2比例倾向于在低环境压力下(如在高海拨下)测量低,和倾向于在低温下测量高。另外,本发明认识到CO/CO2比例倾向于在低压力(如高海拨)下测量高,和倾向于在低温下测量高。以上内容假定采用在环境条件下注入的吹气气体,和不使用热校准延长管进行校准,这是由于注入热延长管的气体可导致不适当的校准。
[056]对于采用已知方式使用内部池校准的RSD 4000校准,校准因子是独立的(但注意到NO不在池校准期间校正)。其它系统和校准技术是已知的和导致相似的问题。
[057]提供了由两种不同远程感测产品(RSD 3000和RSD 4000)采用的不同校准方法的概要综述,和根据如下认识确定每个的缺点:环境温度和/或压力的变化影响车辆排放物的远程感测,现在描述补偿这样变化的本发明的方案。尽管如下描述主要提及CO和CO2,应当理解CO和CO2仅用作例示气体和同样地,如下描述不应当看成限制性的。
[058]在此公开的本发明认识和考虑到当气体的温度和压力变化时,CO和CO2的吸收系数显著变化。因此,当环境条件,如温度和压力变化时,测量路径中固定数目的气体分子不同地测量(如提供不同的透光度)。同样地,不同的气体曲线(如分子数量对透光度)在每个环境温度和压力条件下存在。据本发明人的最好知识,当远程感测机动车辆的废气组合物时,先前未完全认识到和/或考虑这些因素。
[059]根据本发明的实施方案,对于CO认识到(测量)的近似温度和压力灵敏度的大小分别是0.05%每℃,和2.0%每psi。对于CO2测量的近似温度和压力灵敏度的大小分别是0.6%每℃,和1.0%每psi。这些灵敏度不必须随测量路径中气体数量是恒定的和可以随对于每个气体测量选择的光学过滤器的带宽度和中心而变化。例如,压力的环境操作范围典型地为大约1.0psia到14.7psia(对于从海平面到海平面以上大约8000英尺的海拨),而温度的环境操作范围典型地为0.0℃-48.0℃。另外,例如,对其建立气体曲线的典型工厂条件是大约25.0℃和13.6psia(对于海平面以上大约2500英尺的海拨)。
[060]这些灵敏度的识别和补偿预示着与常规校准方法和计算技术的背离。为解释识别的灵敏度对排放物测量的影响,本发明采用新颖的计算和校准方法以补偿温度和压力影响。
[061]车辆排放物的基础远程感测测量值是气体比例,例如CO/CO2,HC/CO2,和NO/CO2。然而,测量单个气体数量以形成比例。根据本发明的各种实施方案,本发明的计算和校准方法可以应用到单个气体数量测量值,应用到测量的气体比例,或应用到两者的组合。根据本发明的实施方案,温度和压力补偿计算可以由在处理器110上运行的软件程序实现。在根据一个实施的排放物测试期间,在程序中的点其中计算CO或CO2气体数量(如通常每个池CO和CO2气体多项式函数),正常计算的气体数量可以通过压力的校正数量和/或温度的另一个校正数量而改进。
[062]如图2中所说明,温度和压力测量值可以在排放物测试之前,期间或之后在相对于RES系统的各个位置使用任何合适的,已知温度和压力测量设备和/或技术(如三维温度记录技术,气压计等)获得。这些测量值可以使用,例如图1中说明的热检测单元100和压力检测单元130获得。环境温度和压力可以在测量路径中的位置“A”获得。环境温度和压力也可以在相对于RES系统的任何数目的位置测量。尾气温度和压力可以在排气尾气30中的位置“B”测量。校准池温度和压力可以在位置“C”测量,其中布置校准池(例如在外壳内部)。在一个实施方案中,校准池可以在“掩蔽”单元中与图1中说明的各种系统组件一起容纳。
[063]另外的温度和压力测量值可以在排放物测试之前,期间或之后从RES系统中(或相对于RES系统)的位置取样。在某些实施方案中,温度和压力测量值可以从环境路径(位置“A”),排气尾气(位置“B”),或校准池(位置“C”)的一个或多个(或所有)获得。在一些实施方案中,仅压力可以在一个或多个(或所有)这些位置获得,仅温度可以在一个或多个(或所有)这些位置获得,或压力和/或温度或其它环境因素的任意组合可以在一个或多个(或所有)这些位置获得。
[064]在相对于RES系统的各个位置测量温度和/或压力的能力为解释各种不同的测试条件是重要的。例如,校准池(如在一些实施方案中的外壳中)中气体的温度(或压力)可以不同于环境路径中的那个(经历气候条件),它可不同于排气尾气中的那个(依赖于车辆的大小,类型和/或运行条件)。
[065]根据一个实施方案,压力和温度测量值可以一次在车辆排放物测试场所获得,和校正因子可以仅在校准期间计算。或者,压力和温度测量值可以在预定的时间间隔下监测和校正因子可以连续改进,或当进行测量时可以获得它们。
[066]根据本发明的实施方案,有人或无人排放物测试可以根据以上详细描述,和图1中说明的RES系统的配置实现。访问和/或执行处理器110上排放物测试程序(图1)的系统管理者或其它用户可通过与处理器110相关的图形用户界面,被呈现显示屏或视图1000,如图3中所说明。尽管如下描述提及与处理器110相关的可电擦除可编程只读存储器(EEPROM),应当理解由于可以使用任何类型的存储器,这仅是例示的,和不限制本发明的范围。
[067]根据一个实施方案,视图1000可呈现各种校准选项给用户和/或提示用户各种输入。例如,可以提示用户输入环境路径,内部校准池,或另外测量位置的温度和/或压力测量值。尽管视图1000包括输入尾气温度和压力的数据字段,如果在某些实施方案中测量,这些字段可自动填上通过使用以上所述的已知温度和压力测量设备和/或技术(如三维温度记录技术,气压计等)实时获得的测量值。
[068]如果不能获得实际的测量值,在一个或多个数据字段输入缺省值。例如,以“tamb”呈现和以℃(℃)测量的环境路径温度可以设定到缺省值20.0℃。呈现为“Pamb”和以psia测量的环境路径压力可以设定到缺省值13.6psia。可以使用其它缺省值。作为另一个例子,呈现为“t池”和以℃(℃)测量的内部校准池温度可以设定到缺省值tamb+8.0(℃)。可以采用其它缺省值。在一个实施方案中,另外的数据读数可以从地方气象站通过通信装置120(图1)获得。根据本发明的一个实施方案,视图1000可进一步包括如下方面的EEPROM字段:CO2温度(A2,A1,A0),CO2压力(A2,A1,A0),CO温度(A0),和CO压力(A2,A1,A0)。可以提供其它字段。
[069]根据本发明的实施方案,和参考图1,车辆10的排气尾气30中(在测量路径40中)存在的CO,CO2或任何其它选择的气体组分的数量可以在其它组件中,使用上述来源50,传送光学设备60,检测器70,和处理器120获得。然后使用压力和温度补偿的许多可能方案之一,校正CO和CO2的测量数量以解释环境压力和环境温度的影响。
[070]例如,CO和CO2两者的压力校正值可以部分根据环境压力产生,和CO和CO2两者的温度校正值可以部分根据环境温度产生。然后将CO的压力校正值和温度校正值应用到CO的测量数量以产生CO的校正数量。同样,将CO2的压力校正值和温度校正值应用到CO2的测量数量以产生CO2的校正数量。然后也可确定CO校正数量对CO2校正数量的气体比例。
[071]一种例示方案采用按经验确定的多项式校正曲线,它是气体测量值的函数而没有校正。例如,对于压力,压力校正值可包括压力校正曲线多项式值,它表示从对其建立存储的基础曲线的基础压力,每单位压力差异要求的存储的基础曲线的校正百分比(%)。存储的基础曲线可包括对于选择的气体(如CO,CO2等)“气体数量对透光度”的工厂基线曲线,和它可以在与处理器110相关的存储器或数据库中存储(图1)。
[072]相似地对于温度,温度校正值可包括温度校正曲线多项式值,它表示从对其建立存储的基础曲线的基础温度的每单位温度差异要求的存储的基础曲线的温度校正百分比(%)。存储的基础曲线可包括对于选择的气体(如CO,CO2等)“气体数量对透光度”的工厂基线曲线,和它可以在与处理器110相关的存储器或数据库中存储(图1)。
[073]作为例子,使用CO和CO2,EEPROM输入可以预编程或由用户输入,和可用于计算以下说明的CO和CO2校正曲线多项式。
[074]压力的CO校正曲线多项式可以使用如下公式计算:
[(dn/n)/dp]CO(nmCO)=A2pCO*nmCO 2+A1pCO*nmCO+A0pCO (8)
其中:
“[(dn/n)/dp]CO(nmCO)”表示从基线压力条件每单位压力差异要求的对CO基础曲线的压力校正百分比;
“nm”是基线气体数量测量值;和
“A2pCO,”“A1pCO,”和“A0pCO”是按经验确定的系数。
[075]温度的CO校正曲线多项式可以使用如下公式计算:
[(dn/n)/dt]CO(nmCO)=A2tCO*nmCO 2+A1tCO*nmCO+A0tCO (9)
其中:
“[(dn/n)/dt]CO(nmCO)”表示从基线压力条件每单位温度差异要求的对CO基础曲线的温度校正百分比;
“nm”是基线气体数量测量值;和
“A2tCO,”“A1tCO,”和“A0tCO”是按经验确定的系数。
[076]压力的CO2校正曲线多项式可以使用如下公式计算:
[(dn/n)/dp]CO2(nmCO2)=A2pCO2*nmCO 2+A1pCO2*nmCO2+A0pCO2 (10)
其中:
“[(dn/n)/dp]CO2(nmCO2)”表示从基线压力条件每单位压力差异要求的对CO2基础曲线的压力校正百分比;
“nm”是基线气体数量测量值;和
“A2pCO2,”“A1pCO2,”和“A0pCO2”是按经验确定的系数。
[077]温度的CO2校正曲线多项式可以使用如下公式计算:
[(dt/n)/dt]CO2(nmCO2)=A2tCO2*nmCO2 2+A1tCO2*nmCO2+A0tCO2 (11)
其中:
“[(dt/n)/dt]CO2(nmCO2)”表示从基线压力条件每单位温度差异要求的对CO基础曲线的温度校正百分比;
“nm”是基线气体数量测量值;和
“A2tCO2,”“A1tCO2,”和“A0tCO2”是按经验确定的系数。
[078]CO和CO2校正曲线多项式值可用于以下说明的公式,它用于计算CO和CO2对于温度和压力中变化校正的气体数量。
[079]CO校正曲线多项式值可用于计算校正的CO气体数量如下:
TmCO=RmCO*calCO (12)
其中:
“TmCO”是透光度。
“RmCO”是测量的CO槽电压降低比;槽电压降低比表示由于测量路径存在的分析物气体的光吸收数量。当不存在分析物气体时,CO槽上的电压可以称为VCO零,和参考电压为VREF。测量比是VCO零除以VREF。当存在气体时,分析物电压小于VCO零,而VREF相同。
“calCO”是按顺序确定的校准因子,它将槽测量值与透光度关联。
[080]来自公式(12)的“TmCO”数值可用于如下公式:
nmCO=多项式CO(1/TmCO) (13)
其中:
“nmCO”是从在基础温度和基础压力下建立的基线气体关系曲线的CO测量数量;和
“多项式CO”典型地是按经验确定的幂数级,它将气体数量与透光度的倒数关联。
[081]来自公式(8)的“[(dn/n)/dp]CO(nmCO)”数值和来自公式(13)的“nmCO”数值可用于如下公式:
ΔnpCO=[(dn/n)/dp]CO(nmCO)*nmCO*(P基础-Pamb) (14)
其中:
“ΔnpCO”是由于压力从基线曲线的气体数量校正影响;
“P基础”是用于建立基线曲线的压力条件;和
“Pamb”是现有的气压(环境)压力。
[082]来自公式(9)的“[(dn/n)/dt]CO(nmCO)”数值和来自公式(13)的“nmCO”数值可用于如下公式:
ΔntCO=[(dn/n)/dp]CO(nmCO)*nmCO*(t基础-tamb) (15)
其中:
“ΔntCO”是由于温度从基线曲线的气体数量校正影响;
“t基础”是用于建立基线曲线的温度条件;和
“tamb”是目前的环境温度。
[083]来自公式(14)的ΔnpCO数值和来自公式(15)的ΔntCO数值可用于如下公式:
ncorCO=nmCO+ΔnpCO+ΔntCO (16)
其中:
“ncorCO”是CO校正的气体数量,它对于温度和压力中的变化校正。
[084]CO2校正曲线多项式值可用于计算校正的CO2气体数量如下:
TmCO2=RmCO2*calCO2 (17)
其中:
“TmCO2”是测量的CO2透光度;
“RmCO2”是测量的CO2电压比;和
“calCO2”是校准因子,它转化测量的电压比成透光度。
[085]来自公式(17)的“TmCO2”数值可用于如下公式:
nmCO2=多项CO2(1/TmCO2) (18)
其中:
“nmCO2”是从在基础温度和基础压力下建立的基线气体关系曲线的CO2测量数量;和
“多项式CO2”典型地是按经验确定的幂数级,它将气体数量与透光度的倒数关联。
[086]来自公式(10)的“[(dn/n)/dp]CO2(nmCO2)”数值和来自公式(18)的“nmCO2”数值可用于如下公式:
ΔnpCO2=[(dn/n)/dp]CO2(nmCO2)*nmCO2*(P基础-Pamb) (19)
其中:
“ΔnpCO2”是由于温度从基线曲线的气体数量校正影响;
“P基础”是用于建立基线曲线的压力条件;和
“Pamb”是现有的气压(环境)压力。
[087]来自公式(11)的“[(dn/n)/dt]CO2(nmCO2)”数值和来自公式(18)的“nmCO2”数值可用于如下公式:
ΔntCO2=[(dn/n)/dp]CO2(nmCO2)*nmCO2*(t基础-tamb) (20)
其中:
“ΔntCO2”是由于温度从基线曲线的气体数量校正影响;
“t基础”是用于建立基线曲线的温度条件;和
“tamb”是目前的环境温度。
[088]来自公式(19)的ΔnpCO2数值和来自公式(20)的ΔntCO2数值可用于如下公式:
ncorCO2=nmCO2+ΔnpCO2+ΔntCO2 (21)
其中:
“ncorCO2”是CO2校正的气体数量,它对于温度和压力中的变化校正。
[089]以上例子表示压力和温度校正的许多实施方案之一,认识到基础气体测量值是透光度,气体温度,和气体压力的函数。
[090]根据本发明的实施方案,CO2池校准可以如本领域先前已知那样进行,区别在于可以使用校准池压力和温度而不是环境压力(Pamb)和环境温度(tamb)。由于密封校准气体池,理想气体定律用于确定池压力为当前池温度和当填充它时它的条件的函数:
P池=t池(deg K)*(P填充/t填充) (22)
其中:
“t池”是在校准时的池温度;
“P填充”是当它密封时校准气体池的压力;和
“t填充”是当它密封时校准气体池的温度。
[091]除以上描述以外,图4说明在一方面根据本发明的加工流程图。如下操作可以使用以上描述和附图中说明的本发明的一些或所有方面完成。
[092]在操作4010中,可以获得在各种温度和/或压力下已知数量气体(如CO和CO2)的透光度测量值。这些测量值可以在工厂设定值中获得,或者,在相对RES系统的各个位置获得(如图1-2)。
[093]在操作4020中,可以产生和存储在操作4010中测量的气体的校准或补偿曲线(如分子数目对透光度)。
[094]在操作4030中,在相对于RES系统的各个位置(如图2)使用任何合适的,已知温度和压力测量设备和/或技术(如三维温度记录技术,气压计等)在排放物测试期间获得温度和/或压力测量值。例如,环境温度和/或压力可以在测量路径中的点获得。环境温度和/或压力也可以在相对于RES系统的任何数目位置测量。尾气温度和/或压力可以在补测试的车辆排气尾气中的点“B”测量。校准池温度和/或压力可以在其中布置校准池的位置获得(例如在外壳内部)。在相对于RES系统的各个位置测量温度和/或压力的能力为解释各种不同的测试条件是重要的。例如,校准池(如在一些实施方案中的外壳中)中气体的温度(或压力)可以不同于环境路径中的那个(经历气候条件),它可不同于排气尾气中的那个(依赖于车辆的大小,类型和/或运行条件)。
[095]在操作4040中,可以将校正或校准因子应用到在排放物测试期间,例如通过选择性应用那些温度和/或压力校准曲线(在操作4020中产生)获得的气体的透光度测量值,它对应于在排放物测试期间测量的温度和/或压力(在操作4030中)。
[096]图5说明在一方面根据本发明的加工流程图。如下操作可以使用以上描述和附图中说明的本发明的一些或所有方面完成。
[097]在操作5010中,环境温度和环境压力可以在车辆排放物测试场所测量。温度和压力测量值可以在排放物测试之前,期间或之后在相对于RES系统的各个位置使用任何合适的,已知温度和压力测量设备和/或技术(如三维温度记录技术,气压计等)获得。
[098]在操作5020中,可以采用上述RES组件测量经过的机动车辆的排气尾气中存在的选择的气体组分(如CO,CO2,HC,NOx,NH3,SO2等)数量。
[099]在操作5030中,可对部分根据在操作5010中测量的环境温度产生选择的气体组分的温度校正值。在一个实施方案中,温度校正值可包括温度校正曲线多项式值,它表示从对其建立存储的基础曲线的基础温度的每单位温度差异要求的存储的基础曲线的温度校正百分比(%)。在一个实施方案中,对其建立存储的基础曲线的基础温度可以是大约25.0℃。
[100]另外,在操作5030中(或在单独的操作中),可对部分根据在操作5010中测量的环境压力产生选择的气体组分的压力校正值。在一个实施方案中,压力校正值可包括压力校正曲线多项式值,它表示从对其建立存储的基础曲线的基础压力,每单位压力差异要求的存储的基础曲线的压力校正百分比(%)。在一个实施方案中,对其建立存储的基础曲线的基础压力可以是大约13.6psia。
[101]在操作5040中,可以将温度校正值和压力校正值应用到选择的气体组分的测量数量以使用以上详细说明的计算方法产生选择的气体组分的校正的气体数量。
[102]考虑在此公开的本发明的说明和实施,本发明的其它实施方案,用途和优点对本领域技术人员显然的。例如,尽管说明主要提及CO和CO2,应当理解CO和CO2仅用作例示气体和同样地,本发明的实施方案同样适用于来自任何车辆的任何废气组分,包括但不限于HC,NOx,NH3,SO2等。另外,尽管在此关于远程排放物感测描述了本发明的实施方案,应当认识到本发明的技术(或方法)可应用于其它类型的排放物感测。
[103]考虑在此公开的本发明的说明和实施,本发明的其它实施方案,用途和优点对本领域技术人员显然的。说明应当仅考虑为例示的,和本发明的范围因此希望仅由如下权利要求限制。
Claims (22)
1.一种校正温度和压力对在排放物测试期间从机动车辆排放的在测量路径中的排气尾气的一种或多种废气组分的影响的方法,方法包括:
测量车辆排放物测试场所的环境温度和环境压力;
从经过的机动车辆的排气尾气测量在测量路径中排气尾气中存在的选择的气体组分数量;
对于选择的气体组分产生部分基于测量的环境温度的温度校正值;
对于选择的气体组分产生部分基于测量的环境压力的压力校正值;和
应用温度校正值和压力校正值到选择的气体组分的测量数量以产生选择的气体组分的校正的气体数量。
2.权利要求1的方法,进一步包括:
从经过的机动车辆的排气尾气测量排气尾气中存在的CO2数量;
对于CO2的测量数量产生部分基于测量的环境温度的温度校正值;
对于CO2的测量数量产生部分基于测量的环境压力的压力校正值;
应用温度校正值和压力校正值到CO2的测量数量以产生CO2的校正数量;和
产生选择的气体组分的校正的气体数量对CO2的校正数量的气体吸收比。
3.权利要求2的方法,其中选择的气体组分包括CO、HC、或NO的一种。
4.权利要求1的方法,其中温度校正值包括温度校正曲线多项式值,和其中产生温度校正值的步骤包括:
访问选择的气体组分的存储的基础曲线,其中存储的基础曲线将选择的气体组分的分子数对在基础温度下的选择的气体组分的透光度作图;和
产生温度校正曲线多项式值,它表示从对其建立存储的基础曲线的基础温度的每单位温度差异要求的存储的基础曲线的温度校正百分比。
5.权利要求4的方法,其中对其建立存储的基础曲线的基础温度是大约25.0℃。
6.权利要求4的方法,其中选择的气体组分包括CO,和其中从基础温度的每单位温度差异要求的存储的基础曲线的温度校正百分比是大约0.05%每℃。
7.权利要求4的方法,其中选择的气体组分包括CO2,和其中从基础温度的每单位温度差异要求的存储的基础曲线的温度校正百分比是大约0.6%每℃。
8.权利要求1的方法,其中压力校正值包括压力校正曲线多项式值,和其中产生压力校正值的步骤包括:
访问选择的气体组分的存储的基础曲线,其中存储的基础曲线将选择的气体组分的分子数对在基础压力下的选择的气体组分的透光度作图;和
产生压力校正曲线多项式值,它表示从对其建立存储的基础曲线的基础压力,每单位压力差异要求的存储的基础曲线的压力校正百分比。
9.权利要求8的方法,其中对其建立存储的基础曲线的基础压力是大约13.6psia。
10.权利要求8的方法,其中选择的气体组分包括CO,和其中从基础压力的每单位压力差异要求的存储的基础曲线的压力校正百分比是大约2.0%每psi。
11.权利要求8的方法,其中选择的气体组分包括CO2,和其中从基础压力的每单位压力差异要求的存储的基础曲线的压力校正百分比是大约1.0%每psi。
12.权利要求1的方法,其中测量车辆排放物测试场所的环境温度和环境压力的步骤进一步包括:
在开始排放物测试之前测量在测量路径中的环境温度和环境压力。
13.权利要求1的方法,其中测量在测量路径中排气尾气中存在的选择的气体组分数量的步骤进一步包括:
从至少一个辐射源穿过车辆行进车道通过经过的机动车辆的排气尾气发射已知强度的辐射束,辐射束的波长对应于由选择的气体组分吸收的波长;
通过至少一个辐射检测器接收辐射束;
输出表示接收的辐射束的强度的检测器输出电压到至少一个处理器,所述至少一个处理器计算在辐射束的已知强度和由所述至少一个检测器检测的强度之间的差异以测量由选择的气体组分吸收的数量;和
根据测量的吸收确定测量路径中的选择的气体组分的数量。
14.一种校正温度和压力对在排放物测试期间从机动车辆排放的在测量路径中的排气尾气的一种或多种废气组分的影响的系统,包括:
测量车辆排放物测试场所的环境温度和环境压力的机构;
从经过的机动车辆的排气尾气测量在测量路径中排气尾气中存在的选择的气体组分数量的机构;
对于选择的气体组分产生部分基于测量的环境温度的温度校正值的机构;
对于选择的气体组分产生部分基于测量的环境压力的压力校正值的机构;和
应用温度校正值和压力校正值到选择的气体组分的测量数量以产生选择的气体组分的校正的气体数量的机构。
15.权利要求14的系统,其中温度校正值包括温度校正曲线多项式值,和其中产生温度校正值的机构进一步包括:
访问选择的气体组分的存储的基础曲线的机构,其中存储的基础曲线将选择的气体组分的分子数对在基础温度下的选择的气体组分的透光度作图;和
产生温度校正曲线多项式值的机构,该多项式值表示从对其建立存储的基础曲线的基础温度的每单位温度差异要求的存储的基础曲线的温度校正百分比。
16.权利要求15的系统,其中对其建立存储的基础曲线的基础温度是大约25.0℃。
17.权利要求15的系统,其中选择的气体组分包括CO,和从基础温度的每单位温度差异要求的存储的基础曲线的温度校正百分比是大约0.05%每℃。
18.权利要求15的系统,其中选择的气体组分包括CO2,和其中从基础温度的每单位温度差异要求的存储的基础曲线的温度校正百分比是大约0.6%每℃。
19.权利要求14的系统,其中压力校正值包括压力校正曲线多项式值,和其中产生压力校正值的机构包括:
访问选择的气体组分的存储的基础曲线的机构,其中存储的基础曲线将选择的气体组分的分子数对在基础压力下的选择的气体组分的透光度作图;和
产生压力校正曲线多项式值的机构,该多项式值表示从对其建立存储的基础曲线的基础压力,每单位压力差异要求的存储的基础曲线的压力校正百分比。
20.权利要求19的系统,其中对其建立存储的基础曲线的基础压力是大约13.6psia。
21.权利要求19的系统,其中选择的气体组分包括CO,和其中从基础压力的每单位压力差异要求的存储的基础曲线的压力校正百分比是大约2.0%每psi。
22.权利要求19的系统,其中选择的气体组分包括CO2,和其中从基础压力的每单位压力差异要求的存储的基础曲线的压力校正百分比是大约1.0%每psi。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |