ES2255308T3 - Sistema y procedimiento de deteccion a distancia de emisiones con un haz compuesto de radiacion infrarroja y ultravioleta que no se divide para la deteccion. - Google Patents
Sistema y procedimiento de deteccion a distancia de emisiones con un haz compuesto de radiacion infrarroja y ultravioleta que no se divide para la deteccion.Info
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Abstract
Un sistema para detectar a distancia emisiones, comprendiendo el sistema: una fuente de radiación (1) para generar un haz combinado de radiación ultravioleta e infrarroja que se propaga a lo largo de una trayectoria predeterminada; un módulo detector (2) para recibir el haz combinado de radiación y medir al menos un parámetro indicativo de la concentración relativa de al menos un constituyente de emisión; comprendiendo el módulo detector al menos un detector dispuesto para producir una salida proporcional a al menos una característica del haz combinado recibido; un primer director de haz (10) que dirige el haz combinado sin dividir el haz combinado hacia un segundo director de haz (13) que dirige secuencialmente el haz combinado (5) hacia una pluralidad de espejos de enfoque (11a, 11b, 11c, 11d) que dirigen el haz combinado a un detector respectivo (12a, 12b, 12c, 12d) en el que el haz combinado no se divide durante la detección de manera que el haz combinado se dirige secuencialmente a losdetectores (12a, 12b, 12c, 12d) sin dividir el haz combinado.
Description
Sistema y procedimiento de detección a distancia
de emisiones con un haz compuesto de radiación infrarroja y
ultravioleta que no se divide para la detección.
La invención se refiere a un sistema de detección
a distancia de emisiones y procedimiento que utiliza un haz detector
de radiación infrarroja (IR) y ultravioleta (UV). El haz detector se
utiliza para llevar a cabo mediciones espectroscópicas sobre una
fuente de emisiones y el haz no se divide durante la detección.
De manera general se conocen los sistemas de
detección a distancia de emisiones. Tal sistema comprende una fuente
de radiación electromagnética dispuesta para hacer pasar un haz de
radiación a través del penacho de humo del vehículo. Se pueden
asociar filtros a uno o más detectores para detectar la intensidad
de radiación electromagnética a una longitud de onda particular o
una gama particular de longitudes de onda. Las longitudes de onda
se pueden seleccionar para corresponder a las longitudes de ondas
absorbidas por especies moleculares de interés en un penacho de humo
(por ejemplo, HC, CO, CO_{2}, NO_{x}, u otras especies
moleculares). La tensión de salida del detector representa la
intensidad de la fuente de radiación electromagnética medida por
este detector. Las tensiones se introducen en un procesador. El
procesador calcula la diferencia entre la intensidad conocida de la
fuente de radiación electromagnética y la intensidad detectada por
los detectores para determinar la cantidad de absorción por la
especie molecular particular (basado en longitudes de onda
predeterminadas asociadas a esta especie). Basado en la(s)
absorción(es) medida(s), se puede determinar de una
manera conocida la concentración de una o más especies moleculares
en las emisiones. Tales sistemas toman generalmente una pluralidad
de mediciones (por ejemplo, 50) a lo largo de un periodo de tiempo
predeterminado (por ejemplo 0,5 segundos). A continuación, estas
mediciones se apuntan y se analizan para determinar las
concentraciones de las emisiones diana. Sin embargo, cuando se usa
una pluralidad de mediciones, si una o más de las mediciones son
imprecisas, los cálculos de concentración pueden ser erróneos o
inválidos. Por diversas razones, se pueden producir imprecisiones
cuando se detectan a distancia emisiones.
Algunos sistemas de detección a distancia de
emisiones no tienen la capacidad de detectar óxidos nitrosos
(NO_{x}). Otros sistemas detectan NO_{x} con un haz UV y otras
especies moleculares con un haz IR. En tal sistema, los haces UV e
IR se dividen en haces separados en el módulo detector. Una razón
para esta división es que se han creído necesarios tiempos de
detección desiguales para las porciones UV e IR del haz. Por
ejemplo, se ha creído necesario un mayor tiempo de detección de UV
para garantizar una señal adecuada de detección de NO_{x}. Un
problema con tal sistema es que tiempos de detección desiguales
requieren elementos de sistema adicionales que incrementan la
dificultad de alinear el sistema. Existen otros inconvenientes. Un
sistema de este tipo se describe en el documento US 5.498.872.
De acuerdo con el primer aspecto de la presente
invención se proporciona un sistema para detectar a distancia
emisiones, comprendiendo el sistema: una fuente de radiación para
generar un haz combinado de radiación ultravioleta e infrarroja que
se propaga a lo largo de una trayectoria predeterminada; un módulo
detector para recibir el haz combinado de radiación y medir al menos
un parámetro indicativo de la concentración relativa de al menos un
constituyente de emisión; comprendiendo el módulo detector al menos
un detector dispuesto para producir una salida proporcional a al
menos una característica del haz combinado recibido; un primer
director de haz que dirige el haz combinado sin dividir el haz
combinado hacia un segundo director de haz que dirige
secuencialmente el haz combinado hacia una pluralidad de espejos de
enfoque que dirigen el haz combinado a un detector respectivo
caracterizado porque el haz combinado no se divide durante la
detección de manera que el haz combinado se dirige secuencialmente a
los detectores sin dividir el haz
combinado.
combinado.
Es posible proporcionar un sistema de detección a
distancia de emisiones y un procedimiento con un haz compuesto de
radiación IR y UV que detecta NO_{x} y al menos otra especie
molecular, donde el alineamiento del sistema es relativamente más
fácil que el alineamiento de un sistema en el cual los haces UV e IR
se dividen para la detección.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención se proporciona un procedimiento para detectar a distancia
emisiones, comprendiendo el procedimiento: generar un haz combinado
de radiación ultravioleta e infrarroja que se propaga a lo largo de
una trayectoria predeterminada, en el cual la trayectoria
predeterminada es elegida para cortar al menos una porción de un
penacho de emisiones; recibir el haz combinado en un módulo
detector; dirigir secuencialmente el haz combinado mediante un
espejo giratorio hacia una pluralidad de directores de haces de
enfoque, sin dividir el haz combinado; enfocar el haz combinado
hacia una pluralidad de detectores de radiación sin dividir el haz
combinado; y medir al menos un parámetro indicativo de la
concentración relativa de al menos un constituyente de penacho de
emisiones.
La figura 1 es un diagrama esquemático de bloques
que describe el sistema global de detección a distancia de emisiones
de acuerdo con una realización de la presente invención; y
La figura 2 es un diagrama esquemático del módulo
de detector óptico usado en el sistema de detección a distancia de
acuerdo con una realización de la invención.
La figura 1 describe una realización de un
sistema detector a distancia de emisiones de acuerdo con la presente
invención. De acuerdo con esta realización, el sistema detector de
emisiones de humo incluye: el módulo de fuente óptica 1, el módulo
de detector óptico 2, el módulo de transferencia óptica 3 y el
procesador 4. De acuerdo con una realización de la invención, el
procesador 4 está operativamente conectado tanto al módulo de fuente
óptica 1 como al módulo de detector óptico 2.
El módulo de fuente óptica 1 puede incluir una o
más fuentes de radiación electromagnética que genera y emite un haz
de radiación 5 que se puede colimar. De acuerdo con una realización
de la invención, el haz 5 emitido en el módulo de fuente óptica 1
puede incluir al menos radiación infrarroja (IR) y ultravioleta
(UV). Otros tipos de haces son posibles.
Como se muestra en la figura 1, el haz 5 puede
ser dirigido a través de una carretera 6 a lo largo de una
trayectoria predeterminada donde puede incidir sobre el módulo de
transferencia óptica 3 situado en oposición al módulo de fuente
óptica 1. El módulo de transferencia 3 vuelve a dirigir el haz 5 a
través de la carretera 6 al módulo de detector óptico 2. Se pueden
usar otras configuraciones de sistema. Por ejemplo, de acuerdo con
una realización de la invención, no se usa en absoluto el módulo de
transferencia óptica 3. En su lugar, la fuente óptica 1 y el
detector óptico 2 pueden estar dispuestos en lados opuestos de la
carretera de tal manera que el módulo de detector óptico 2 recibe el
haz 5 directamente a partir del módulo de fuente óptica 1. En
cualquier caso, el haz 5 está alineado para atravesar una
trayectoria predeterminada que corta al menos una porción de una
fuente de emisiones. En algunas realizaciones, la fuente de
emisiones puede comprender un penacho de humo emitido a partir de un
coche u otro vehículo a motor 8 que viaja sobre una carretera 6.
Cuando el vehículo 8 pasa a lo largo de la carretera 6, el haz 5
puede estar alineado para pasar a través del penacho de humo 7 del
vehículo.
La figura 2 es una ilustración de una realización
del módulo detector óptico 2. El módulo detector óptico 2 se puede
usar para guiar el haz 5 hacia los detectores apropiados. El haz 5
puede ser guiado por cualquier configuración apropiada de guías de
haces. Por ejemplo, se pueden usar lentes, espejos, fibras ópticas
y otros elementos para guiar el haz 5. Según una realización de la
invención, el haz entrante 5 puede ser dirigido inicialmente sobre
un espejo de enfoque primario 10, como se muestra en la figura 2. El
espejo de enfoque primario 10 se puede montar con pivoteo o con
rotación sobre un soporte que está fijado a la base (no mostrada)
del módulo de detector óptico 2. Además, el espejo de enfoque
primario 10 puede, por ejemplo, pivotar formando un ángulo tal que
el espejo 10 refleje el haz entrante 5 sobre la superficie reflejada
13 de un conjunto de espejos giratorios. Por ejemplo, el espejo de
enfoque primario 10 se puede eliminar si el haz 5 está configurada
para incidir directamente sobre los detectores apropiados.
Alternativamente, se pueden usar espejos de enfoque y ópticas
adicionales (por ejemplo, lentes, fibras ópticas, etc.) en
conjunción con el espejo de enfoque primario 10.
El módulo de detector óptico 2 puede igualmente
incluir elementos adicionales para guiar el haz 5. Por ejemplo, se
puede usar un espejo giratorio 9. El conjunto de espejo giratorio 9
puede estar situado sobre la parte superior de un conjunto de
montaje (no mostrado) que puede contener un motor de mando para
hacer que el conjunto de espejo 9 gire. Tal conjunto de montaje
puede estar fijado a la base del módulo de detector óptico. Aunque
sólo se muestra un espejo en la figura 2, el conjunto de espejo
giratorio 9 también puede adoptar la forma de una estructura
multifacetas, tal como un dodecágono, donde uno o más lados de la
estructura pueden tener una superficie
reflectante.
reflectante.
Tal como se ha expuesto anteriormente, el módulo
de detector óptico 2 se puede emplear para guiar el haz 5 hacia los
detectores apropiados. El módulo de detector óptico guía el haz 5 de
tal manera que el haz 5 para que de este modo no se divida durante
la detección. La no división del haz 5, entre otras cosas simplifica
el alineamiento de los componentes del sistema. En una realización,
el haz 5 es guiado, sin división, usando elementos de guiado que
dirigen secuencialmente el haz 5 a localizaciones predeterminadas de
detección. Por ejemplo, se puede emplear un espejo giratorio para
guiar el haz 5 sin división. Como se muestra en la figura 2, el
conjunto de espejo giratorio 9 gira de tal manera que cuando el haz
5 incide sobre la superficie reflejada del conjunto de espejos
giratorios 9, el haz 5 es reflejado desde el conjunto de espejos
giratorios 9 sobre uno o más espejos de enfoque secundarios
11a-11n, de una manera secuencial. Según una
realización de la invención, uno o más de estos espejos secundarios
puede estar alineado horizontalmente con el conjunto de espejos
giratorios 9 de manera que los espejos secundarios
11a-11n reflejen y enfoquen el haz 5 sobre uno o más
detectores 12a-12n. Alternativamente, se pueden usar
otros sistemas ópticos para separar espacialmente el haz incidente 5
para suministrarlo a los diversos detectores
12a-12n. Por ejemplo, se pueden usar lentes,
espejos, fibras ópticas, etc para proporcionar el haz incidente 5 a
los detectores 12a-12n.
Al menos uno de los detectores
12a-12n es capaz de detectar y medir óxidos nitrosos
(NO_{x}) sin la necesidad de que el haz 5 se divida.
Preferiblemente, el detector particular de NO_{x} usado es capaz
de detectar adecuadamente concentraciones de NO_{x} (de una
manera conocida) incluso cuando es uno de los n detectores
que están irradiados secuencialmente por el haz 5 por el espejo
giratorio 9. Un espejo de un detector que es apropiado para ser
usado en esta realización es un fotoespectrómetro de tiempo real. En
una realización, se puede posicionar un tubo luminoso de fibra
óptica en 12a y se puede usar para guiar la luz incidente dentro de
un fotoespectrómetro. Son posibles otros esquemas de detectores.
Como se muestra en la Figura 2, se acuerdo con
una realización de la invención, el detector de NO_{x} 12a es
operativo para determinar la cantidad de óxido nitroso en el penacho
de humo 7 midiendo la absorción del haz 5 con una longitud de onda
que corresponde a características de absorción conocidas de
NO_{x}. Este detector puede, por ejemplo, adoptar la forma de un
tubo fotomultiplicador, detector de fotodiodo, un fotoespectrómetro
que utiliza dispositivos acoplados de carga, u otro detector
apropiado de radiación. Preferiblemente, se puede utilizar un
detector con sensibilidad a la radiación en el intervalo de
longitudes de onda de 220-230 nm para detectar
NO_{x}. Tal detector de NO_{x} puede igualmente funcionar junto
con un filtro pasabanda UV, no representado.
Los otros detectores 12b-12n
también pueden incluir un detector de HC, un detector de CO, un
detector de CO_{2}, y un detector de referencia. Se pueden incluir
otros detectores aptos para medir diversos componentes de emisiones
de un penacho de humo. Estos detectores se eligen preferiblemente
con la capacidad de detectar radiación en la gama apropiada para
cada constituyente de humo.
Otras realizaciones y usos de la invención se
harán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la
consideración de la especificación y la práctica de la invención
descrita en la presente memoria descriptiva. La especificación y los
ejemplos deberían ser considerados únicamente a título de ejemplo.
El alcance de la invención ha de ser determinado a partir de las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (6)
1. Un sistema para detectar a distancia
emisiones, comprendiendo el sistema:
una fuente de radiación (1) para generar un haz
combinado de radiación ultravioleta e infrarroja que se propaga a lo
largo de una trayectoria predeterminada;
un módulo detector (2) para recibir el haz
combinado de radiación y medir al menos un parámetro indicativo de
la concentración relativa de al menos un constituyente de emisión;
comprendiendo el módulo detector al menos un detector dispuesto para
producir una salida proporcional a al menos una característica del
haz combinado recibido;
un primer director de haz (10) que dirige el haz
combinado sin dividir el haz combinado hacia un segundo director de
haz (13) que dirige secuencialmente el haz combinado (5) hacia una
pluralidad de espejos de enfoque (11a, 11b, 11c, 11d) que dirigen el
haz combinado a un detector respectivo (12a, 12b, 12c, 12d) en el
que el haz combinado no se divide durante la detección de manera que
el haz combinado se dirige secuencialmente a los detectores (12a,
12b, 12c, 12d) sin dividir el haz combinado.
2. El sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque el segundo director de haz (13)
comprende un espejo giratorio.
3. El sistema según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque al menos un constituyente de emisión
comprende óxidos nitrosos.
4. El sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un
detector (12a, 12b, 12c, 12d) comprende un fotoespectrómetro de
tiempo real.
5. Un procedimiento para detectar a distancia
emisiones, comprendiendo el procedimiento:
generar un haz combinado de radiación
ultravioleta e infrarroja que se propaga a lo largo de una
trayectoria predeterminada, en el cual la trayectoria predeterminada
es elegida para cortar al menos una porción de un penacho de
emisiones;
recibir el haz combinado en un módulo detector;
en el que dicho módulo detector guía dicho haz combinado para de
este modo:
medir al menos un parámetro indicativo de la
concentración relativa de al menos un constituyente de penacho de
emisiones.
dirigir secuencialmente el haz combinado mediante
un espejo giratorio hacia una pluralidad de directores de haz de
enfoque, sin dividir el haz combinado; y
enfocar el haz combinado hacia una pluralidad de
detectores de radiación sin dividir el haz combinado;
6. El procedimiento según la reivindicación 5, en
el que la etapa de enfocar el haz combinado incluye dirigir el haz
combinado a al menos un detector que comprende un fotoespectrómetro
de tiempo real.
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