ES2199229T3 - Detector de oxido nitrico basado en infrarrojos con compensacion del vapor de agua. - Google Patents
Detector de oxido nitrico basado en infrarrojos con compensacion del vapor de agua.Info
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Abstract
UN SISTEMA (10) PARA DETECTAR OXIDO NITRICO (NO) DENTRO DE UNA PLUMA DE ESCAPE (14), QUE INCLUYE UNA FUENTE (18) PARA GENERAR UN RAYO OPTICO (20) Y PARA DIRIGIR (20,24) ESTE A TRAVES DE LA PLUMA DE ESCAPE, TENIENDO EL RAYO OPTICO LONGITUDES DE ONDA DENTRO DE UNA BANDA PREDETERMINADA DE LONGITUDES DE ONDA DENTRO DEL ESPECTRO DE RADIACION DE INFRARROJOS (IR). EL SISTEMA INCLUYE UN MONTAJE DE SENSOR (32)/FILTRO (30) QUE TIENE UN PRIMER CANAL PARA DETERMINAR UN VALOR DE TRANSMISION NO MEDIDO, PARA UNA PRIMERA BANDA PREDETERMINADA DE LONGITUDES DE ONDA; UN SEGUNDO CANAL PARA DETERMINAR EL VALOR DE TRANSMISION DE AGUA MEDIDO PARA UNA SEGUNDA BANDA PREDETERMINADA DE LONGITUDES DE ONDA; UN TERCER CANAL PARA DETERMINAR UN VALOR DE TRANSMISION DE REFERENCIA MEDIDO PARA UNA TERCERA BANDA DE LONGITUDES DE ONDA SELECCIONADA PARA QUE NO SEA ABSORBIDA SIGNIFICANTEMENTE POR LA PLUMA DE ESCAPE; Y UN CUARTO CANAL PARA DETERMINAR UN VALOR DE TRANSMISION SUBPRODUCTO DE LA COMBUSTION MEDIDO, PARA UNA CUARTA BANDA PREDETERMINADA DE LONGITUDES DE ONDA. UN PROCESADOR DE DATOS (38) QUE RESPONDE A LAS PRODUCCIONES DE LOS CANALES PARA DETERMINAR UN VALOR DE TRANSMISION NO EFECTIVO DESDE EL VALOR DE TRANSMISION NO MEDIDO, QUE ES ESTIMADO MEDIANTE (A) EL VALOR DE TRANSMISION DE AGUA MEDIDO, (B) UN FACTOR PREDETERMIANDO QUE COMPENSA LA ABSORCION POR AGUA DENTRO DE LA PRIMERA BANDA PREDETERMINADA DE LONGITUDES DE ONDA, Y (C) EL VALOR DE TRANSMISION DE REFERENCIA. EL PROCESADOR DE DATOS ES ADEMAS OPERABLE PARA CONVERTIR EL VALOR DE TRANSMISION NO EFECTIVO A UNA CONCENTRACION DE NO RELATIVA, UTILIZANDO UN FACTOR DE CALIBRACION PREDETERMINADO Y PARA CONVERTIR EL VALOR DE TRANSMISION NO RELATIVO A UN VALOR DE CONCENTRACION NO UTILIZANDO EL VALOR MEDIDO DE TRANSMISION DEL SUBPRODUCTO DE COMBUSTION.
Description
Detector de óxido nítrico basado en infrarrojos
con compensación del vapor de agua.
Este invento se refiere en general a sensores que
responden a especies químicas determinadas y, en particular, a un
sensor óptico para detectar una concentración de óxido nítrico (en
adelante NO) en una emisión de un vehículo, de una chimenea y de un
origen similar.
La polución ambiental es un grave problema que se
agudiza especialmente en zonas urbanas. Una causa importante de
esta polución son las emisiones de los gases de escape de los
vehículos automotores. Se han establecido normas oficiales para
regular las cantidades admisibles de especies polucionantes en los
gases de escape de automóviles y en algunas zonas, se requieren
inspecciones periódicas y "comprobaciones de humos tóxicos"
para asegurar que los vehículos cumplen estas normas.
Sin embargo, todavía existen grandes cantidades
de vehículos que circulan por autopistas públicas que no cumplen
las normas. Asimismo, se ha determinado que se genera una cantidad
desproporcionadamente grande de polución por un número
relativamente pequeño de vehículos.
Los vehículos muy polucionantes pueden funcionar
aún en zonas en las que se requieran inspecciones periódicas de
emisiones. Hay algunos vehículos más antiguos y tipos especiales de
vehículos que están exentos de inspecciones.
Los dispositivos antipolución que constituyen un
equipo requerido en los vehículos más modernos cumplen su fin
previsto de reducir la polución en los gases de escape del vehículo
hasta dentro de niveles prescritos. Sin embargo, algunos
propietarios de vehículos han observado que el equipo antipolución
reduce las prestaciones del motor.
Por esta razón, algunos propietarios de vehículos
con experiencia mecánica pueden llevar a cabo cualquier servicio
que sea necesario para poner a sus vehículos en condición de pasar
las inspecciones requeridas, y subsiguientemente desmontar los
dispositivos antipolución y/o volver a los vehículos a su situación
anterior con un aumento concomitante en las emisiones polucionantes
para uso normal.
Por tanto, un programa antipolución que dependa
totalmente de inspecciones periódicas obligatorias realizadas en
instalaciones fijas resulta inadecuado. Es necesario identificar
los vehículos que están funcionando realmente violando las normas
de emisión prescritas, y o bien exigir que se pongan en condiciones
de cumplir las normas o bien retirarlos del servicio.
Un sistema para la detección a distancia de las
emisiones de los gases de escape de automóviles se describe en un
artículo titulado "SOLUCIÓN ANALÍTICA - Fotometría de infrarrojos
de largo camino: Una herramienta sensible a distancia para
emisiones de automóviles": por G. Bishop y colaboradores,
publicado en Química Analítica 1989, 61, 617A. Un haz de
infrarrojos se transmite a través de la masa de gases de escape de
un vehículo automóvil a una unidad sensora que incluye un divisor
de haz que divide el haz en un canal de dióxido de carbono
(CO_{2}) y un canal de monóxido de carbono (CO).
El haz contenido en el canal de CO_{2}
atraviesa un filtro de paso de banda que aísla la región espectral
de absorción del dióxido de carbono e incide en un detector
fotovoltaico. El haz contenido en el canal de CO atraviesa una rueda
de filtro rotativo de gas, una de cuyas mitades contiene una mezcla
de CO e hidrógeno (H_{2}), y cuya otra mitad contiene nitrógeno
(N_{2}). De la rueda filtro, el haz del canal de CO atraviesa
otro filtro de paso de banda que aísla la región espectral de
absorción de monóxido de carbono e incide sobre otro detector
fotovoltaico.
Las señales de salida de los detectores varían de
acuerdo con la transmitancia de la masa de gases de escape del
vehículo en las respectivas longitudes de onda, y por tanto las
concentraciones de CO y CO_{2} en la masa de gases. La fracción
CO/H_{2} de la rueda filtro proporciona una salida de referencia,
mientras que la fracción de N_{2} proporciona una salida de
monóxido de carbono.
Las salidas de sensor de línea base se obtienen
sin ningún vehículo que atraviese el haz, y con el haz bloqueado
por un vehículo antes de la detección de la masa de gases. Estos
valores se usan como referencias para calibrar las salidas de los
detectores cuando la masa de gases se detecta realmente. Las
salidas de los detectores, que corresponden a las transmitancias en
las respectivas longitudes de onda, se tratan luego de acuerdo con
funciones predeterminadas para determinar los porcentajes relativos
de CO_{2} y CO en la masa de gases de escape del vehículo.
Se dice que este sistema es capaz de detectar la
composición de los gases del escape de vehículos en movimiento, y
que es útil para identificar vehículos polucionantes para fines de
cumplimiento de una norma. Sin embargo, adolece de ciertos
inconvenientes.
Por ejemplo, se requiere una alineación precisa
para asegurar que los haces en los dos caminos inciden en los
detectores de una manera idéntica. Un pequeño error de
desalineación puede degradar seriamente la precisión de la medida.
Los dos detectores fotovoltaicos están distantes entre sí, y
requieren unidades separadas de enfriamiento para regular la
temperatura. Una pequeña diferencia en temperatura, así como
pequeñas desigualdades en las características de los detectores,
pueden degradar también gravemente la precisión de la medida.
La rueda filtro rotativa es una unidad mecánica
que es cara y propensa a fallos de funcionamiento mecánico. Las
concentraciones de los gases en el filtro se deben mantener en
valores precisos con el fin de obtener medidas precisas. El sistema
también resulta difícil de ampliarse para detectar especies
polucionantes adicionales, puesto que cada canal nuevo requerirá
otro divisor de haz, otro detector, etc., e implicará los problemas
antes descritos.
La solicitud de patente de EE.UU. número de serie
08/119.788, expedida el 9/10/93, asignada comúnmente y titulada
"Aparato de sensor óptico para medir a distancia la composición
de los gases de escape de vehículos móviles a motor", por
Michael D. Jack y colaboradores, posteriormente abandonada, enseña
un sistema basado en infrarrojos que soluciona los problemas
anteriormente expuestos. Este sistema emplea un número de
fotodetectores espaciados adyacentemente que son sensibles a las
diferentes longitudes de onda correspondientes a los picos
espectrales de absorción de los constituyentes de la composición de
la masa de gases de escape, incluyendo monóxido de carbono, dióxido
de carbono e hidrocarburos.
Sin embargo, un polucionante particularmente
nocivo que no es detectado en absoluto por tipos conocidos de
sistemas, o que solamente se detecta con falta de precisión, es el
óxido nítrico (NO).
Las técnicas estándar de infrarrojos tales como
la FTIR no son capaces de cuantificar el NO presente en la
atmósfera debido a la interferencia significativa que resulta de la
absorción de agua en las bandas de absorción en la región alrededor
de 5,2 \mum y 6,2 \mum en la que el NO absorbe. Los intentos de
sustraer la banda de absorción de agua no han sido satisfactorios
debido a la precisión limitada con que se puede modelar la firma de
absorción de agua en toda la región espectral en la que los FTIR,
por su propia naturaleza, pueden explorar.
Los conceptos alternativos de láser con
infrarrojos que usan técnicas de sobretono tampoco resultan
adecuados, debido, al menos en parte, al requisito de compensar por
la absorción de vapor de agua, y al requisito de proporcionar un
control muy preciso de la temperatura.
Una solución alternativa utiliza la absorción con
radiación ultravioleta (UV) en la región espectral alrededor de 270
nm. Aunque la absorción de NO es intensa en esta región espectral,
la aplicación de esta solución a los vehículos en movimiento es
difícil debido a la interferencia de los polucionantes naturales
presentes en los gases de escape de los automóviles, a saber, los
hidrocarburos aromáticos benceno y tolueno. La multiplicidad de
hidrocarburos aromáticos emitidos en una masa típica de gases de
escape, y la absorción causada por los mismos, hace muy difícil la
compensación por dichos hidrocarburos aromáticos, y también limita
la precisión de la medida.
El documento
WO-A-89 03029 describe un analizador
de gases que determina la concentración de NO, H_{2}O, y CO_{2}
en una muestra que se introduce en una célula de muestra en el
analizador. Usa una etapa de refrigeración para eliminar el
H_{2}0.
En el documento
WO-A-92 12411 se usa una combinación
de radiaciones infrarrojas y ultravioleta para distinguir el NO del
H_{2}0.
Debe hacerse notar que muchos de estos problemas
se complican cuando se requiere que el sistema de detección de
polución en gases de escape sea portátil, y también que sea capaz
de funcionar en entornos de condiciones menores que las ideales,
tal como cuando se desee controlar vehículos que están rodando por
una calzada, como una autopista o una carretera.
Por tanto, un objeto de este invento es
proporcionar un sistema para cuantificar con precisión una cantidad
de NO en una masa de gases que soluciona los problemas
anteriormente expuestos y otros problemas inherentes a las diversas
soluciones antes descritas.
Un objeto adicional de este invento es
proporcionar un sistema y un método basados en radiación infrarroja
para cuantificar con precisión una concentración de NO en una masa
de gases, en el que el sistema y el método compensan el vapor de
agua del ambiente y también el vapor de agua que esté presente en la
masa de gases.
Un objeto adicional de este invento es proveer
una célula de gas obturada que tiene una capacidad para variar un
producto de longitud de camino para su uso en la calibración de un
sistema de emisión de gases de escape.
Los anteriores y otros problemas se solucionan y
los objetos del invento se realizan mediante un sistema (10) para
determinar la concentración de NO en una masa de gases (14) de
escape, que comprende:
una fuente (18, 22, 24) de radiación
electromagnética para dirigir una radiación que tiene una
pluralidad de longitudes de onda a lo largo de una trayectoria
óptica que pasa a través de la masa de gases;
primeros medios de sensor (32, 32a) que dan una
salida para indicar la cantidad de absorción de la radiación,
dentro de una banda de primeras longitudes de onda, que se debe a
la presencia de NO en la masa de gases incluyendo un primer
fotodetector (32) y un primer filtro (30) de banda estrecha
interpuesto entre el primer fotodetector y la masa de gases, en el
que el primer filtro tiene una banda de paso de longitud de onda de
anchura predeterminada que incluye una longitud de onda de 5,26
micras;
segundos medios de sensor (32, 32b) que dan una
salida para indicar una cantidad de absorción de la radiación,
dentro de una banda de segundas longitudes de onda, que se debe a
la presencia de agua a lo largo del camino óptico que incluyen un
segundo fotodetector y un segundo filtro (30) de banda estrecha
interpuesto entre el segundo fotodetector (32) y la masa de gases,
en el que el segundo filtro tiene una banda de paso de longitud de
onda de anchura predeterminada que incluye una longitud de onda de
5,02 micras; y
medios (38,42), que tienen entradas acopladas a
las salidas de dichos primeros medios de sensor y de dichos
segundos medios de sensor, para compensar la absorción indicada
dentro de la primera banda de longitudes de onda de acuerdo con la
absorción indicada dentro de la segunda banda de longitudes de onda
y de acuerdo con un factor predeterminado modificativo de absorción
de NO.
Una manipulación algorítmica de las señales
obtenidas de los detectores de infrarrojos, en conjunción con un
canal de referencia, compensa por las variaciones en una fuente de
infrarrojos, y además permite una compensación precisa, en tiempo
real, del agua presente tanto en la atmósfera como la emitida en
los gases de escape del automóvil. En este invento la concentración
de agua como fondo, debida a la humedad relativa (H.R) y en los
gases del escape emitidos por un vehículo se determina mediante la
medida en una banda apropiada de absorción de agua, por ejemplo
bandas centradas en 1998 cm^{-1} ó 2003 cm^{-1}, utilizando un
filtro de banda estrecha que selecciona la radiación contenida
solamente dentro de una región espectral estrecha que está muy
cerca del pico (o picos) resonante de absorción de NO.
La compensación por la presencia de vapor de agua
se consigue utilizando una tabla de consulta que se confecciona
mediante modelos y medidas. Se ha demostrado que la precisión de
esta técnica de tabla de consulta es igual o mayor del 2%. Se ha
demostrado que con la compensación precisa por la absorción por la
banda de agua, la sensibilidad final del sistema está limitada
solamente por la anchura del filtro espectral alrededor de la línea
de NO. Por ejemplo, con un filtro espectral que tiene una anchura
del 1% se puede detectar una concentración de NO que es igual o
menor de 500 ppm, aún con altos niveles de agua en los gases de
escape y con elevados niveles de humedad relativa (hasta
aproximadamente un 60% de H.R.).
De este modo, esta solución proporciona una
medida cuantitativa precisa de NO y vapor de agua usando canales de
radiación infrarroja conjuntamente con filtros de banda estrecha.
La compensación de banda estrecha permite sensibilidades de hasta
100 ppm para los gases de escape de automóviles.
La enseñanza de este invento supera las
deficiencias descritas anteriormente en las técnicas de medida con
FTIR (infrarrojos) y ultravioleta, que están limitadas por
imprecisiones debidas a la compensación incompleta de agua entre
toda la banda espectral, y por la compensación imprecisa de especies
absorbentes de ultravioleta que interfieren (por ejemplo,
hidrocarburos aromáticos) que no se pueden compensar a priori,
respectivamente.
De este modo, este invento proporciona en un
primer aspecto del mismo un sistema para detectar NO dentro de una
masa de gases de escape. El sistema incluye una fuente para generar
un haz óptico y para dirigir el haz óptico a través de la masa de
gases de escape, cuyo haz óptico tiene longitudes de onda dentro de
una banda predeterminada de longitudes de onda contenida en el
espectro de la radiación infrarroja (IR). El sistema incluye además
un conjunto de sensor/filtro de radiación que tiene un primer canal
para determinar un valor medido de transmisión de NO para una
primera banda predeterminada de longitudes de onda; un segundo
canal para determinar un valor medido de transmisión de agua para
una segunda banda predeterminada de longitudes de onda; un tercer
canal para determinar un valor medido de transmisión de referencia
para una tercera banda predeterminada de longitudes de onda
seleccionada de tal manera que no sea absorbida significativamente
por la masa de gases de gases de escape; y un cuarto canal para
determinar un valor medido de transmisión de subproducto de
combustión para una cuarta banda predeterminada de longitudes de
onda. Un equipo de tratamiento de datos proporciona respuesta a las
salidas de los canales con el fin de determinar un valor efectivo
de transmisión de NO a partir del valor medido de transmisión de NO
que es modificado mediante (a) el valor medido de transmisión de
agua, (b) un factor predeterminado que compensa la absorción por
agua dentro de la primera banda predeterminada de longitudes de
onda, y (c) el valor de transmisión de referencia. El equipo de
tratamiento de datos puede funcionar además para convertir el valor
efectivo de transmisión de NO en una concentración relativa de NO
usando un factor de calibración predeterminado, y para convertir el
valor relativo de transmisión de NO en un valor de concentración de
NO utilizando el valor medido de transmisión de subproducto de
combustión.
Además, de acuerdo con este invento una celda
obturada de calibración está constituida por un alojamiento que
está dividido en dos compartimentos mediante un par de pistones
transparentes a la radiación infrarroja. El alojamiento tiene dos
ventanas transparentes a la radiación infrarroja en los extremos
opuestos del mismo para permitir el paso de un haz a través del
alojamiento, y también a través de los pistones transparentes. Un
primer compartimento contiene una mezcla caliente de gases de
interés (por ejemplo, NO, CO_{2} y H_{2}0) en un porcentaje
previsto. La mezcla se mantiene a una temperatura deseada. El
producto de longitud de camino de concentración contenido en la
celda obturada se varía redistribuyendo la mezcla de gases entre el
primer compartimento y un depósito hermético anexo de gas caliente,
que también puede contener una fuente de agua en estado
líquido.
La variación mecánica del producto de longitud de
camino a través de la celda de calibración se realiza impulsando
magnéticamente a un primer pistón con un segundo pistón por medio
de dos imanes anulares permanentes o activados eléctricamente. Esto
se realiza con una fuente de gas presurizado que está conectada a un
segundo compartimento dentro del alojamiento. La presurización del
segundo compartimento produce un movimiento del segundo pistón que,
ejerciendo una fuerza magnética sobre el primer pistón, causa un
desplazamiento del primer pistón y reduce el volumen de la mezcla
gaseosa contenida en la primera cámara. Se aplica una fuerza de
recuperación por la acción de unos muelles.
Otras realizaciones de la celda obturada con
doble cámara emplean un fuelle para desplazar el primer pistón, o
un desplazamiento del primer pistón accionado electrostáticamente.
Una realización adicional utiliza el fuelle o el desplazamiento
electrostático en combinación con un depósito hinchable.
El uso de la celda obturada de calibración
permite calibrar rápidamente in situ a los detectores de NO,
H_{2}O y CO_{2}. Significativamente, y dado que la celda es un
sistema obturado, no se liberan gases a la atmósfera, y en
consecuencia no es necesario comprar y transportar cartuchos de
repuesto de gas de calibración.
Las características anteriormente expuestas y
otras características del invento resultarán más aparentes en la
siguiente descripción detallada del mismo, leída conjuntamente con
los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 es un diagrama de bloques de un
sistema de detección de polución de gases de escape que incluye la
realización de sensor multicanal de NO de este invento;
La Figura 2 ilustra gráficamente la estrecha
proximidad del espectro de absorción de vapor de agua al espectro
previsto de absorción de NO;
La Figura 3 ilustra gráficamente el efecto de
diferentes filtros ideales sobre la medida de la banda de absorción
de NO;
La Figura 4 ilustra gráficamente dos líneas
candidatas espectrales de NO (5,2617 \mum y 5,2629 \mum) por
encima de líneas de fondo de vapor de agua para diferentes niveles
de humedad relativa, y hace evidente un requisito para sustraer el
fondo de vapor de agua;
La Figura 5 es una vista simplificada en corte
transversal (no a escala) de una celda de calibración de gas de
acuerdo con un aspecto de este invento;
La Figura 6 es un diagrama lógico de flujo que
ilustra un método de este invento para determinar la concentración
de NO en una masa de gases de escape;
La Figura 7 es un diagrama lógico de flujo que
ilustra un método de este invento para vigilar las emisiones del
escape de vehículos que se mueven por una calzada;
Las Figuras 8A y 8B son gráficos que ilustran el
uso de este invento en la medida de una emisión procedente de un
vehículo de gran emisión (1.875 ppm) y de un vehículo con una
emisión relativamente pequeña, respectivamente, mostrando además la
Figura 8B la compensación del vapor de agua contenido en la masa de
gases de escape; y
Las Figuras 9A a 9C ilustran cada una vista en
corte transversal de una realización diferente de una celda
obturada de calibración.
La Figura 1 es un diagrama global del sistema que
ilustra un sistema multicanal 10 de sensor de NO de este invento
para uso con un vehículo 12 que emite una masa 14 de gases de
escape cuando el vehículo se desplaza por una calzada 16. Debe
entenderse que el vehículo 12 no forma parte del sistema 10. Además,
debe entenderse que este invento se puede usar también para
cuantificar una emisión de NO de una chimenea y equipo similar, y
que su uso no se limita únicamente a los vehículos que tienen
motores de combustión interna que emiten NO como un constituyente
de sus gases de escape. En general, este invento es aplicable a la
determinación de la concentración de NO en una masa de gases
emitidos por cualquier fuente natural o artificial.
Debe observarse además que la enseñanza de este
invento se puede emplear de una manera autónoma para cuantificar
solamente la concentración de NO en una emisión, o bien puede
incluirse o usarse conjuntamente con un sistema del tipo que se
describe en la solicitud de patente de EE.UU. anteriormente citada y
asignada comúnmente con número de serie 08/119.788, expedida el
9/10/93, titulada "Aparato de detección óptica para medir a
distancia la composición de los gases de escape de vehículos
móviles a motor", por Michael D. Jack y colaboradores.
El sistema 10 incluye una fuente 18 de
infrarrojos, preferiblemente una fuente de infrarrojos de banda
ancha tal como una barra luminiscente, que tiene una salida
significativa de radiación de infrarrojos en el intervalo de
aproximadamente 3 micrómetros hasta aproximadamente 6 micrómetros.
La fuente 18 de infrarrojos proporciona un haz 20 que opcionalmente
se puede hacer pasar a través de un recortador 22 (nominalmente de
200 ciclos por segundo) y un formador 24 de haz, tal como un
reflector. El haz 20 está dispuesto de manera que pase a través de
la masa 14 de gases de escape del vehículo 12 cuando el vehículo se
está moviendo por la calzada 16. El paso del haz 20 de infrarrojos a
través de la masa 14 de gases de escape resulta en la absorción
parcial selectiva de diversas longitudes de onda dentro del haz de
banda ancha, cuya absorción selectiva se produce como consecuencia
de la presencia de NO, vapor de agua, CO_{2}, y otras especies
moleculares contenidas en los gases de escape.
Después de pasar a través de la masa 14 de gases,
el haz 20 atraviesa una celda opcional 26 de gas transparente a la
radiación infrarroja (Figura 5), utilizada para fines de
calibración, y luego pasa a través de un integrador o difusor 28 de
haz. El haz difuso se aplica a una pluralidad n de filtros 30 de
banda estrecha, donde n es igual a un número de canales de medida
del sistema 10. Cada filtro 30 se selecciona de manera que deje
pasar una banda estrecha predeterminada de longitudes de onda a un
detector asociado de una pluralidad de detectores 32 de
infrarrojos. Cada detector 32 da como salida una señal eléctrica a
una entrada de un canal de medida correspondiente constituido por
elementos electrónicos analógicos adecuados 34 (por ejemplo
amplificadores), un convertidor analógico-digital
(A/D) 36 de n canales, y un equipo de tratamiento de datos 38 que
tiene un dispositivo asociado 40 de salida. El equipo de
tratamiento de datos 38 proporciona el tratamiento requerido de
señal de las salidas del convertidor A/D 36. El equipo de
tratamiento de datos 38 está acoplado a una tabla de consulta 42
(en adelante LUT), cuyo uso se describe con detalle más adelante.
La LUT 42 se implementa más fácilmente como una región de memoria
(de semiconductor y/o de disco) que es accesible por el equipo de
tratamiento de datos 38. Un enfriador adecuado 44, tal como un
dispositivo termoeléctrico (TE), se emplea para enfriar a los tipos
de detectores de infrarrojos 32 que necesiten enfriarse hasta un
punto de funcionamiento inferior a la temperatura ambiente.
En una realización actualmente preferida de este
invento, hay cuatro canales espectrales de medida. Son éstos un
canal espectral 32a de NO (que tiene un filtro 30 con una banda de
paso centrada en 5,26 \mum), un canal espectral 32b de H_{2}O
(que tiene un filtro 30 con una banda de paso centrada en 5,02
\mum), un primer canal de referencia, o canal espectral 32c de
CO_{2} (que tiene un filtro 30 con una banda de paso centrada en
4,2 \mum), y un segundo canal espectral de referencia 32d (REF)
(que tiene un filtro 30 con una banda de paso centrada en 3,8
\mum). Si se desea se pueden añadir canales adicionales para
medir otros polucionantes.
En general, el canal espectral 32a de NO está
situado cerca de los picos resonantes de absorción en la proximidad
de 5,2 \mum; el canal espectral 32b de vapor de agua está en una
región de intensa absorción de agua donde las líneas fundamentales
no saturan; el primer canal espectral 32c de referencia se emplea
para normalizar los polucionantes a los productos normales de
combustión, es decir, CO_{2}; y el segundo canal espectral de
referencia 32d (REF) se instala en una región en la que no se
absorben gases atmosféricos o de emisiones de automóviles.
El canal espectral REF se instala para compensar
a los otros tres canales espectrales por las variaciones causadas
por: (a) fluctuaciones en la salida de la fuente 18 de infrarrojos;
(b) partículas en la forma de polvo de la carretera; y (c)
partículas en la masa 14 de gases de escape, y por cualesquiera
otros factores que puedan reducir la cantidad de iluminación que
llega a los detectores 32. De ese modo, el canal espectral REF
funciona para suministrar una salida de línea base que es
independiente de las especies moleculares (NO, H_{2}O y CO_{2})
que se están midiendo. La salida del canal espectral 32d REF se usa
para normalizar, tal como por división, los tres canales espectrales
de especies moleculares 32a hasta 32c.
Los detectores 32 están preferiblemente
constituidos por materiales de gran detectividad (sensibilidad), y
también preferiblemente se fabrican sobre un sustrato común o
unidos a un sustrato común. Entre ejemplos adecuados se incluyen,
pero sin carácter limitativo, un fotoconductor de HgCdTe (enfriado
por un dispositivo termoeléctrico, TE); InSb que se enfría hasta
77ºK (temperaturas de nitrógeno líquido); o detectores sin enfriar
tales como los basados en bolómetros, pilas termoeléctricas,
detectores piroeléctricos y detectores de sales de Pb. Cada
detector 32 está configurado con los circuitos electrónicos 34 para
amplificación, y como tal suministra una señal eléctrica a uno de
los cuatro canales espectrales de medida. También se pueden usar
detectores fotovoltaicos.
Preferiblemente, los detectores 32 están aislados
ópticamente entre sí con un material opaco, tal como alúmina, para
minimizar las diafonías ópticas. Los filtros ópticos 30 tienen las
bandas de paso predeterminadas y preferiblemente se han formado
sobre un sustrato transparente y luego adherido a los elementos de
los detectores 32 mediante un adhesivo ópticamente transparente. Por
ejemplo, los filtros 30 se forman sobre un sustrato constituido por
germanio (Ge), formándose los filtros 30 como apilamientos
dieléctricos multicapas que incluyen múltiples capas de sulfuro de
cinc (ZnS).
Ejemplos de dimensiones para cada uno de los
detectores 30 son aproximadamente de 1 x 1 milímetros, aunque sin
carácter limitativo. Estas dimensiones son suficientemente amplias
para que acomoden a los filtros 32 y todavía conseguir una elevada
relación señal/ruido. El diseño integral del conjunto fotodetector
(detectores y filtros) asegura que los fotodetectores funcionen
isotérmicamente, eliminando de ese modo las imprecisiones debidas a
las diferencias de temperatura. Si se requiere, la temperatura de
los detectores 32 se regula mediante el enfriador 44.
\newpage
El integrador 28 de haz incluye preferiblemente
una parte de lente plano-convexa 28a. En una
superficie convexa de la lente 28a está formado un conjunto ordenado
rectangular de facetas planas. Las facetas refractan segmentos de
luz de las partes respectivas del haz incidente 20 hacia un eje
central de simetría, de tal manera que los segmentos de luz
refractada se superponen entre sí en los fotodetectores 32. La
imagen superpuesta que incide en los detectores 32 es una imagen
homogeneizada o promediada refractada de las facetas, y de ese modo
representa la intensidad media del haz 20. Se puede emplear
opcionalmente una lente convergente para reducir el tamaño de la
imagen homogeneizada en los fotodetectores 32.
Los principios de una realización preferida del
integrador 28 de haz se describen en la patente de EE.UU. Nº
4.195.913, titulada "INTEGRACIÓN ÓPTICA CON SOPORTES
ROSCADOS", expedida el 1 de abril de 1.980 a D. Dourte. Un
integrador de haz que es adecuado para llevar a la práctica el
invento se encuentra disponible comercialmente en Spawr Optical
Research, Inc. de Corona, CA.
Debe observarse que la configuración del
integrador 28 de haz adecuado para llevar a la práctica el invento
no se limita a la realización con multifacetas que se acaba de
describir. Por ejemplo, se puede realizar el integrador 28 de haz
mediante una lente convergente o divergente que produzca una imagen
desenfocada del haz 20 sobre los fotodetectores 32. El integrador 28
de haz se puede realizar también usando una implementación
reflejante en lugar de refractante.
Un método de este invento, ilustrado en la Figura
6, incluye las etapas siguientes:
(A) calibración del sistema 10 usando la célula
26; (B) medida de la concentración de vapor de agua de fondo
utilizando la absorción de banda de agua (por ejemplo, a longitudes
de onda tales como 1.998 cm^{-1} ó 2.023 cm^{-1}); (C)
normalización del fondo para absorción de vapor de agua en la banda
de NO; y (D) medidas en tiempo real de la transmisión de gases de
escape de automóviles en los canales espectrales 32a hasta 32c de
NO, vapor de agua y CO_{2}, aumentada por una etapa siguiente (E)
de compensar algorítmicamente el agua emitida por el vehículo 12
mediante el uso de la tabla 42 de consulta. Como se ha descrito
anteriormente, la tabla 42 de consulta contiene entradas que
relacionan la absorción por vapor de agua en el canal espectral de
agua 32b con la absorción por vapor de agua en la banda (o bandas)
espectral seleccionada de NO.
En este sentido, la Figura 2 muestra una región
espectral de interés alrededor de 5,26 \mum, una de las líneas
preferidas de absorción de NO. La banda de absorción de agua se
muestra aproximadamente en 5,02 \mum. No se ha mostrado la región
REF, en aproximadamente 3,8 \mum.
La Figura 3 muestra un espectro ampliado
alrededor de la línea de NO de 5,26 \mum e ilustra el uso de
varias anchuras espectrales diferentes (0,1%, 0,3%, y 1%) para el
filtro 30 de NO. La línea gruesa (designada con "A") ilustra un
caso de 60% de humedad relativa con cero ppm de NO en la masa 14 de
gases de escape, mientras que la línea más fina (designada con
"B") ilustra el caso del 60% de humedad relativa con 1.000 ppm
de NO en la masa 14 de gases de escape. El gráfico de la Figura 3
supone unos filtros 30 de banda de paso "perfectos" que tienen
caras verticales y transmitancia del 100%. El término "diferencia
en %" es una medida del efecto del NO sobre el área comprendida
debajo de la curva.
En la Tabla 1 se muestra una fracción de la
absorción de NO dividida por la absorción de agua en función de la
humedad relativa y de la banda de paso espectral (determinada por
el filtro de los filtros 30 que se utilice en particular).
| Humedad relativa a 32ºC (90ºF) | ||||
| 0% | 30% | 60% | 90% | |
| Anchura de filtro | ||||
| 0,1% | 184% | 54% | 29% | 18% |
| 0,3% | 33% | 12% | 8% | 5% |
| 1,0% | 15% | 5% | 4% | 3% |
Las entradas de la tabla 1 también tienen en
cuenta la presencia de vapor de agua en la masa 14 de gases de
escape. Como se muestra, y para una humedad relativa del 60% entre,
por ejemplo, una longitud de camino óptico de 9 metros (30 pies) y
una concentración de NO de 1.000 ppm, la relación entre la
absorción relativa de la línea del agua y la absorción relativa
debida al NO varía desde el 29% para un filtro del 0,1% hasta el 4%
para un filtro del 1%. Esta relación determina así la precisión de
la calibración campo/laboratorio necesaria para medir NO a una
sensibilidad dada. Por ejemplo, en el caso de un filtro del 1%, la
relación entre la absorción integrada de NO y la absorción
espectral de agua es del 4%. Por tanto, con una precisión del 2% en
la corrección de la tabla de consulta, 500 ppm de NO es el límite
de detección al 60% de humedad relativa en una separación de 9
metros entre la fuente de infrarrojos 18 y los detectores 32. En
contraste, con un filtro 30 de NO que tiene una banda de paso del
0,1% la relación entre concentraciones es el 29%. Para este caso,
con una precisión del 2% en la corrección de la tabla de consulta,
100 ppm de NO es el límite de detección al 60% de humedad relativa
y una separación de 9 metros (30 pies).
A continuación se expone un ejemplo de la tabla
42 de consulta para NO.
\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
% \+ Absorción C _{H_{2}O} (Banda 1) \+ Función de transferencia
\+ Absorción C _{H_{2}O} (Banda 1)\cr \+ \+ T = C _{H_{2}O}
(Banda 1)/C _{H_{2}O} (Banda 2)\+\cr 1,0 \+ 0,0011014 \+ 3,205 \+
0,00353012\cr 2,0 \+ 0,00210755 \+ 3,205 \+
0,00673933\cr 3,0 \+ 0,0030484 \+ 3,205 \+
0,00977024\cr}
El gráfico de la Figura 4 ilustra la importancia
de sustraer o de compensar por la absorción debida al fondo de
vapor de agua. En la Figura 4, las representaciones gráficas
espectrales para diferentes cantidades de humedad relativa ilustran
la desviación monotónica en la línea de base de NO en función de
la humedad relativa. Este cambio lineal, que corresponde a una
integral de absorción de parte superior plana, se compensa con mucha
precisión si se utiliza un filtro 30 de NO de banda estrecha.
La calibración con respecto a las variaciones en
la iluminación provistas por la fuente 18 entre los diversos
detectores 32 se lleva a cabo preferiblemente usando la célula
caliente 26 de calibración que se representa en la
\hbox{Figura 5.}
De acuerdo con un aspecto de este invento, la
célula 26 de calibración está constituida por un alojamiento 50 que
está dividido en dos compartimentos 26a y 26b por un par de
pistones 52 y 54 transparentes a la radiación infrarroja. El
alojamiento 50 tiene unas ventanas 50a y 50b transparentes a la
radiación infrarroja en los extremos opuestos del mismo para
permitir el paso del haz 20 a través del alojamiento, y también a
través de los pistones transparentes 52 y 54. El compartimento 26b
contiene una mezcla caliente de los gases de interés (por ejemplo,
NO, CO_{2} y H_{2}O) en un porcentaje previsto tal, como, por
ejemplo, 2%, 15% y 15%, respectivamente. Se proveen típicamente
otros gases, tales como CO (15%) y diversos hidrocarburos (2%). La
mezcla de calibración de gases se mantiene a una temperatura, por
ejemplo, de aproximadamente 100ºC. El producto de longitud de
camino de concentración dentro de la célula obturada 26 se varía
redistribuyendo la mezcla de gases entre el compartimento 26b
ópticamente transparente y un depósito hermético anexo 56, que
también puede contener una fuente de agua en estado líquido. El
depósito 56 incluye un calentador 56a, y el compartimento 26a
incluye también un calentador 26c para mantener la temperatura
prevista.
La variación mecánica de la longitud de camino a
través de la célula 26 se lleva cabo impulsando magnéticamente el
pistón 54 con el pistón 52 por medio de dos imanes anulares
permanentes o activados eléctricamente (52a y 52b). Esto se realiza
con un depósito 50 de gas presurizado (aire) y un conducto 60 que
está conectado a la cámara 26a. La presurización del compartimento
26a hace que el pistón 52 se desplace hacia la derecha en el
dibujo, ejerciendo de ese modo una fuerza magnética de repulsión
sobre el pistón 54 por medio de los imanes 52a y 52b. Esto hace
que el pistón 54 se mueva también hacia la derecha, reduciendo así
el volumen de la mezcla de gases contenida en la cámara 26a a
través del conducto 26a y depósito obturado 56, y de ese modo
variando el producto de longitud de camino dentro de la célula 26.
Por la acción de unos muelles 64 y 66 que trabajan a compresión
se aplica una fuerza de recuperación.
El uso de la célula 26 de calibración permite que
los detectores 32 de NO, H_{2}O y CO_{2} se calibren
rápidamente in situ entre sí. Significativamente, dado que
la célula 26 es un sistema obturado, no se liberan gases a la
atmósfera, y, como resultado, no es necesario comprar y
transportar cartuchos de repuesto de gases de calibración. Puesto
que el NO se considera como una sustancia tóxica, esto representa
una ventaja significativa.
Durante la medida real de una o varias masas de
gases de escape, se puede retirar del haz la célula 26 de
calibración. Como alternativa, se puede controlar la célula 26 de
calibración para reducir el volumen de la cámara 26a hasta cero. La
absorción mínima del haz 20 cuando pasa a través de la célula 26 se
compensa por la medida de canal espectral REF, como se ha descrito
anteriormente.
También se encuentra dentro del alcance de este
invento el uso de otras soluciones, tales como un fuelle o
elementos rotativos para alimentaciones lineales.
Como un ejemplo, se hace referencia a las Figuras
9A a 9C par ilustrar realizaciones adicionales de la célula de
calibración.
La Figura 9A ilustra una célula 70 de calibración
que incluye un fuelle 72 que se impulsa desde un cilindro 74 de
aire comprimido a través de válvulas 76a y 76b. La válvula 76b se
abre para ventilar al fuelle 72. El fuelle 72 impulsa, por medio de
un acoplamiento 78 transparente a la radiación infrarroja, a un
pistón 80. El pistón 80 funciona de manera que varía la longitud
del camino a través de un compartimento 82 para la radiación que se
propaga desde una fuente 84 hasta un detector 86. Esta realización
incluye un depósito ensanchable 88 para suministrar la mezcla
prevista de gases y también, preferiblemente, vapor de agua al
compartimento 82.
La Figura 9B muestra una realización de una
célula 90 de calibración que emplea electroimanes 92 para variar la
longitud de camino óptico a través de un compartimento 94. El
conjunto de electroimán 92a es capaz de moverse y es atraído y
repelido de forma regulable por el electroimán 92b. El conjunto
móvil de electroimán 92a está cargado con muelles 96. El depósito
ensanchable 88 se usa, como en la realización de la Figura 9A, para
suministrar la mezcla prevista de gases al compartimento 94.
La Figura 9C muestra una realización de una
célula 100 de calibración que funciona con un electroimán 102 de
polaridad reversible y con un imán permanente anular 104. Por
ejemplo, el imán permanente anular 104 puede ser un disco de
cobalto y samario magnetizado que tiene una ventana 104 transparente
a la radiación infrarroja y dispuesta centralmente. El imán 104
está contenido dentro de un conjunto 106 de cojinete. Al invertir
la polaridad del electroimán 102, se origina un movimiento del imán
104 que varía la longitud del camino óptico a través del
compartimento 108 que contiene los gases. El compartimento 108
está acoplado también al depósito ensanchable 88, como en las
realizaciones de las Figuras 9A y 9B.
En el funcionamiento del sistema 10, una rutina
de tratamiento de señal ejecutada por el equipo de tratamiento de
datos 38 de la Figura 1 lleva a cabo el método representado en la
Figura 6. El equipo de tratamiento de datos normaliza la señal en
la banda del NO tanto por la transmisión determinada en el canal
REF como por la transmisión determinada en el canal de vapor de
agua, convertida por el uso de la tabla 42 de consulta a una
transmisión residual de agua en la banda del NO. Esta normalización
se realiza continuamente tanto para las medidas de fondo como para
las medidas de emisión dinámica aplicando la expresión
funcional:
T (NO)_{eff} = T (NO)/T
(H_{2}O) x [Consulta (banda de H_{2}O con respecto a banda de
NO)] x T
(REF),
donde T (NO)_{eff} es la transmisión
efectiva de NO, T (NO) es la transmisión medida de NO, T (H_{2}O)
es la transmisión medida de agua, Consulta (Banda de H2 = con
respecto a banda de NO) es una corrección predeterminada de
absorción agua/NO obtenida de la tabla 42 de consulta, y T (REF)
es la transmisión medida del canal espectral REF.
La concentración relativa de NO en la masa 14 de
gases de escape se obtiene a partir de la expresión anterior usando
la transmisión en función de la concentración del detector 32 de NO
establecida durante la calibración en fábrica y actualizada
durante la calibración de campo utilizando la célula 26. La
concentración real de NO en la masa 14 de gases de escape se
determina como la relación entre el NO en la masa 14 de gases y la
concentración medida del CO_{2} en la masa de gases, multiplicada
por la concentración relativa de CO_{2} en los gases de escape
determinada usando una relación efectiva C:H para un combustible
"medio". Por ejemplo, una concentración de CO_{2} del 15% es
un valor razonable para una masa de gases de escape que resulte de
la combustión de un combustible "medio".
En otras palabras, el método primero determina la
transmisión efectiva de NO a partir de la transmisión medida de NO
modificada por (a) la transmisión medida de agua, (b), el factor de
corrección de la tabla de consulta, y (c) la salida del canal REF
que compensa por partículas, polvo y materiales similares que
puedan oscurecer el haz 20. Una vez determinada la transmisión
efectiva de NO, este valor se convierte a una concentración
relativa de NO usando los resultados obtenidos de calibraciones en
fábrica, actualizados por último mediante el uso de la concentración
conocida de NO dentro de la célula 26 de calibración. Una vez
determinada la concentración relativa de NO, este valor se
convierte en una concentración real de NO usando la concentración
medida de CO_{2}, y asumiendo la relación efectiva C:H para un
combustible típico.
Las Figuras 8A y 8B son gráficos que ilustran el
uso de este invento en la medida de una emisión de un vehículo de
alta emisión (1.875 ppm) y en un vehículo de emisión relativamente
baja, respectivamente, mostrando además la Figura 8B la
compensación por el vapor de agua presente en la masa de gases de
escape.
En el diagrama de flujo de la Figura 7 se ilustra
el funcionamiento global del sistema 10. El sistema 10 es adecuado
para funcionar solo o con personal que lo atienda, una vez que se
han configurado y calibrado los componentes.
El sistema 10 espera que un vehículo 12 atraviese
el haz 20. Esto se indica por un descenso agudo en las amplitudes
de las señales de salida de los fotodetectores 32 cuando el
vehículo 12 bloquea el haz 20. Ello genera un disparo que inicia la
medida de la concentración de NO de la masa 14 de los gases de
escape del vehículo.
Las amplitudes de las señales emitidas por los
detectores 32 aumentarán abruptamente cuando el extremo trasero del
vehículo 12 sale del haz 20. Esto indica que el haz 20 está
desbloqueado y se propaga a través de la masa de los gases de
escape del vehículo 12.
El equipo de tratamiento de datos 38 integra las
señales de salida de los detectores 32 durante los intervalos en
que los fotodetectores 32 están desbloqueados por el recortador 22.
De esta manera, las salidas de los fotodetectores 32 se muestrean
y tratan periódicamente.
Luego, el equipo de tratamiento de datos 38
calcula la composición de la masa 14 de gases en función de al
menos el porcentaje o concentración del constituyente NO, basándose
en las amplitudes de las señales de los fotodetectores 32. Estos
datos se pueden presentar visualmente, junto con el vídeo de la
cámara 46, en el monitor 40 como se ilustra en la Figura 1. Esta
operación se realiza durante un período predeterminado de tiempo,
por ejemplo medio segundo, que es suficiente para que el sistema
produzca una medida precisa. El equipo de tratamiento de datos 38
determina luego si la composición está dentro de las tolerancias
especificadas en las normas. Si es así, el aparato 10 se
reconfigura y espera al siguiente vehículo. Si no lo es, lo que
indica que el vehículo 12 está produciendo una polución excesiva,
el equipo de tratamiento de datos da entrada a un cuadro de vídeo
de la cámara 46, cuya señal de vídeo incluye una característica de
identificación del vehículo, tal como una imagen de la placa de
matrícula, sobreimpone al menos los datos de concentración de NO en
el cuadro de vídeo, y guarda el cuadro de datos y de vídeo
combinados en un dispositivo de memoria masiva tal como un disco
duro.
Los datos se pueden recuperar posteriormente para
uso ejecutivo, tal como el envío de un aviso de infracción al dueño
del vehículo. También está dentro del alcance del invento guardar
un cuadro combinado de datos y de vídeo para cada vehículo que
atraviese el haz 20, más bien que sólo para vehículos polucionantes,
para aplicaciones tales como generar una base de datos de la
composición de los gases de escape para diferentes tipos y marcas
de vehículos.
Se pueden hacer una serie de modificaciones al
sistema 10 que entrarán en el alcance de este invento. Como un
ejemplo, puede que no se requiera la célula 26 de calibración si se
ha considerado suficiente la calibración inicial de los detectores
en laboratorio. Asimismo, se pueden emplear otros detectores, con
filtros adecuados, para medir otras especies moleculares de
interés, tales como CO y/o hidrocarburos.
De este modo, aunque el invento se ha mostrado en
y descrito en particular con respecto a una realización preferida
del mismo, los expertos en la técnica entenderán que se pueden
hacer variaciones en forma y detalles en el mismo sin apartarse del
alcance del invento.
Claims (9)
1. Un sistema (10) para determinar la
concentración de NO en una masa (14) de gases de escape, que
comprende:
una fuente (18, 22, 24) de radiación
electromagnética para dirigir radiación que tiene una pluralidad de
longitudes de onda a lo largo de un camino óptico que pasa a través
de la masa de gases;
primeros medios de sensor (32, 32a) que dan una
salida para indicar una cantidad de absorción de la radiación,
dentro de una banda de primeras longitudes de onda, que se debe a
la presencia de NO en la masa de gases, que incluye un primer
fotodetector (32) y un primer filtro (30) de banda estrecha
interpuesto entre el primer fotodetector y la masa de gases, en el
que el primer filtro tiene una banda de paso de longitud de onda de
anchura predeterminada que incluye una longitud de onda de 5,26
micras;
segundos medios de sensor (32, 32b) que dan una
salida para indicar una cantidad de absorción de la radiación,
dentro de una banda de segundas longitudes de onda, que se debe a
la presencia de agua a lo largo del camino óptico que incluyen un
segundo fotodetector y un segundo filtro (30) de banda
estrecha interpuesto entre el segundo fotodetector (32) y la
masa de gases, en el que el segundo filtro tiene una banda de paso
de longitud de onda de anchura predeterminada que incluye una
longitud de onda de 5,02 micras; y
medios (38,42) que tienen entradas acopladas a
las salidas de dichos primeros medios de sensor y de dichos
segundos medios de sensor, para compensar la absorción indicada
dentro de la primera banda de longitudes de onda de acuerdo con la
absorción indicada dentro de la segunda banda de longitudes de onda
y de acuerdo con un factor predeterminado de modificación de
absorción de NO.
2. Un sistema como se ha expuesto en la
reivindicación 1, en el que el factor predeterminado de
modificación de la absorción de NO se almacena en unos medios de
tabla de consulta (42).
3. Un sistema como se ha expuesto en las
reivindicaciones 1 ó 2, y que además comprende:
terceros medios de sensor (32, 32c) que dan una
salida para indicar una cantidad de absorción de la radiación
dentro de una banda de terceras longitudes de onda, que es debida a
la presencia en la masa de gases de un producto predeterminado de
combustión; y en el que
dichos medios determinantes incluyen medios para
determinar una concentración de NO en la masa de gases a partir de
la absorción indicada compensada dentro de la primera banda de
longitudes de onda y de acuerdo con la indicación de dicha salida
de los citados terceros medios de sensor.
4. Un sistema como se ha expuesto en la
reivindicación 3, en el que el producto predeterminado de
combustión
\hbox{es CO _{2} .} 5. Un sistema como se ha expuesto en las
reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, y que además comprende:
cuartos medios de sensor (32, 32d) que dan una
salida para indicar una variación en la intensidad de la radiación
dentro de una banda de cuartas longitudes de onda que se
seleccionan de tal manera que no sean significativamente absorbidas
dentro de la masa de gases; y en el que
dichos medios determinantes responden a dicha
salida a dichos cuartos medios de sensor para compensar la
absorción indicada dentro de la primera banda de longitudes de onda
y también la absorción indicada dentro de la segunda banda de
longitudes de onda de acuerdo con la salida de indicación por
dichos cuartos medios de sensor.
6. Un sistema como se ha expuesto en las
reivindicaciones 1, 2, 3, 4 ó 5, en el que dicha fuente de
radiación electromagnética da como salida una radiación dentro de
una banda de longitudes de onda que incluye una banda desde
aproximadamente 3 micras hasta aproximadamente 6 micras, en el que
dicha primera banda de longitudes de onda incluye una longitud de
onda de aproximadamente 5,26 micras, y en el que dicha segunda
banda de longitudes de onda incluye una longitud de onda de
aproximadamente 5,02 micras.
7. Un sistema como se ha expuesto en una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, y que además comprende
medios para homogeneizar (28) la radiación después que la radiación
haya atravesado la masa de gases, cuyos medios de homogeneización
están interpuestos entre cada uno de dichos filtros primero y
segundo y dicha masa de gases.
8. Un sistema como se ha expuesto en la
reivindicación 3, y que además comprende una célula (26) de
calibración que está interpuesta entre dichos medios de sensor
primero, segundo y tercero y la masa de gases de tal manera que la
radiación atraviesa dicha célula de calibración, cuya célula de
calibración comprende un compartimento que tiene un volumen que
contiene NO, agua, y al menos un producto de combustión en una
concentración predeterminada, cuya célula de calibración incluye
además medios para variar de forma regulable el volumen de dicho
compartimento.
\newpage
9. Un método para determinar la concentración de
NO en una masa de gases de escape, que comprende las
\hbox{etapas de:} hacer pasar un haz óptico (20) a través de una
masa (14) de gases de escape, cuyo haz óptico tiene longitudes de
onda dentro de una banda predeterminada de longitudes de onda
dentro del espectro de la radiación infrarroja;
determinar un valor medido de transmisión de NO
para una primera banda predeterminada de longitudes de onda;
determinar un valor medido de transmisión de agua
para una segunda banda predeterminada de longitudes de onda;
determinar un valor medido de transmisión de
referencia para una tercera banda predeterminada de longitudes de
onda seleccionado de tal manera que no sea significativamente
absorbida por la masa de gases de escape;
determinar un valor medido de transmisión de
subproducto de combustión para una cuarta banda predeterminada de
longitudes de onda;
determinar un valor efectivo de transmisión de NO
a partir del valor medido de transmisión de NO que es modificado
por (a) el valor medido de transmisión de agua; (b) un factor
predeterminado que compensa la absorción por agua dentro de la
primera banda predeterminada de longitudes de onda, y (c) el valor
de transmisión de referencia;
convertir el valor efectivo de transmisión de NO
en una concentración relativa de NO usando un factor predeterminado
de calibración; y
convertir el valor relativo de transmisión de NO
en un valor de concentración de NO utilizando el valor medido de
transmisión de subproducto de combustión.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/239,151 US5418366A (en) | 1994-05-05 | 1994-05-05 | IR-based nitric oxide sensor having water vapor compensation |
| US239151 | 1994-05-05 |
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| ES2199229T3 true ES2199229T3 (es) | 2004-02-16 |
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Family Applications (1)
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