ES3051623T3 - Apparatus and method for determining a concentration of a substance in a measuring volume - Google Patents

Apparatus and method for determining a concentration of a substance in a measuring volume

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Abstract

Según la invención, para permitir mediciones fiables de la concentración de un material gaseoso o sólido en un volumen de medición, al menos una parte de una nube de gas de escape (9) en el volumen de medición (VM) es capturada por una unidad de formación de imágenes (29) y se determina una distancia de paso total (x) del haz de luz (6) a través de la nube de gas de escape (9) en el volumen de medición (VM) a partir de la imagen capturada de al menos una parte de la nube de gas de escape (9), y se determina una concentración del material gaseoso o sólido en el volumen de medición (VM) a partir de la disminución determinada en la intensidad de la luz y de la distancia de paso total (x). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0003] Dispositivo y procedimiento para determinar la concentración de una sustancia en un volumen de medición
[0004] La presente invención se refiere a un dispositivo para determinar la concentración de al menos una sustancia gaseosa o sólida en al menos un volumen de medición en un punto de medición estacionario, por lo que se prevé al menos una unidad de medición, para emitir un haz de luz con una intensidad de luz predeterminada a través del volumen de medición, y se prevé al menos un detector, para detectar el haz de luz después de que haya pasado a través del volumen de medición, por lo que el al menos un detector está diseñado para determinar una disminución de la intensidad de la luz debido a la al menos una sustancia gaseosa o sólida en el volumen de medición.
[0006] La invención se refiere además a un procedimiento correspondiente para determinar la concentración de al menos una sustancia gaseosa o sólida en una nube de gases de escape en al menos un volumen de medición.
[0007] Las emisiones de sustancias en los gases de escape, especialmente en el transporte privado, son un tema muy debatido debido al creciente número de vehículos, no solo como consecuencia del calentamiento global, sino también por los riesgos para la salud que representan los óxidos de nitrógeno, los componentes de combustible parcialmente quemados y las partículas en suspensión. Los avances de las últimas décadas han tenido como objetivo, por un lado, prevenir la emisión de compuestos parcialmente quemados mediante la instalación obligatoria de convertidores catalíticos en los motores de gasolina y, por otro, prevenir la emisión de óxidos de nitrógeno a través de convertidores catalíticos en los motores diésel. Los niveles admisibles de sustancias emitidas suelen estar determinados por normas nacionales y supranacionales.
[0009] Sin embargo, aún existen vehículos en circulación que, si bien cumplieron con las normas legales de reducción de emisiones al momento de su matriculación, se consideran altamente emisores tras un uso prolongado. Esto se puede deber, por ejemplo, a la falta de adaptación de un convertidor catalítico o a la falta de mantenimiento, como cuando se descuida la recarga de urea en un catalizador diésel, lo que impide el correcto funcionamiento de un catalizador SCR (reducción catalítica selectiva). Entre otras cosas, esto también se puede deber a la falta de conocimiento sobre la (no) funcionalidad de estos componentes durante la conducción.
[0011] Las mediciones de gases de escape se limitan en gran medida a sistemas, que miden sustancias presentes en los gases de escape, como gases o partículas, dentro del propio vehículo, por ejemplo, en el escape o después de él. Sin embargo, estos sistemas se limitan a un pequeño número de vehículos de prueba y, por lo tanto, no pueden proporcionar una imagen representativa de un gran número de vehículos diferentes en condiciones reales de funcionamiento. Las mediciones de gases de escape durante las inspecciones periódicas de vehículos en un taller tampoco son representativas, ya que dichas inspecciones solo se realizan a intervalos largos. Por lo tanto, se está intentando facilitar la medición de gases de escape de vehículos en condiciones reales de funcionamiento en espacios públicos. Esta denominada "detección remota", también en el sentido de mediciones de "emisiones reales en conducción" (RDE real driving emissions), se realiza en un punto de medición estacionario y se puede instalar, por ejemplo, en infraestructuras preinstaladas, como, por ejemplo, peajes, farolas, puentes o incluso fachadas de edificios urbanos. Esto se podría utilizar, por ejemplo, para notificar a los propietarios de vehículos con altas emisiones y/o para programar el mantenimiento obligatorio. Sin embargo, se debe tener cuidado al instalar los dispositivos en un punto de medición adecuado, para obtener resultados representativos. En general, se deben evitar las intersecciones con semáforos, que podrían causar la detención de los vehículos. Además, se ha demostrado que una ligera pendiente en la carretera en el punto de medición es adecuada, para generar una carga positiva del motor.
[0013] La detección remota suele utilizar una fuente de luz, que emite una longitud de onda o un rango de longitudes de onda característicos para detectar una sustancia gaseosa, como el monóxido de carbono o los óxidos de nitrógeno. Un detector, por ejemplo, permite medir la atenuación de la luz emitida por la nube de gases de escape. Esta determinación de la concentración mediante espectroscopia de absorción es conocido del documento US 4,924,095 A. El documento US 4,924,095 A describe un dispositivo analítico, para la monitorización de las emisiones de gases de escape de vehículos motorizados en un punto de medición estacionario. Una disposición planar de analizadores de gases, con sus correspondientes fuentes de radiación y detectores, mide la variación de la intensidad de haces de longitudes de onda específicas al atravesar la sección transversal de una columna de gases de escape, para determinar la concentración de contaminantes en el gas de escape. Una disposición tridimensional de haces se posiciona de tal manera, que la columna de gases de escape pase a través de la disposición. En este caso, esta disposición puede determinar la variación relativa de la cantidad de contaminantes por unidad de volumen emitidos por un vehículo motorizado, que pasa a través de la disposición.
[0015] Sin embargo, también puede estar destinado a medir partículas, como partículas de hollín, como una sustancia. Esto se puede lograr, por ejemplo, mediante la dispersión de la luz o midiendo la atenuación del haz reflejado en relación con la luz incidente. Sin embargo, la medición fiable de dichas sustancias en las nubes de gases de escape puede conllevar diversas dificultades. Por un lado, las emisiones de sustancias de diferentes motores u otros sistemas de energía, como las pilas de combustible, son consistentemente diferentes y deben ser medibles utilizando el mismo sistema. Además, el rango de concentración a medir varía considerablemente y depende de la clase de vehículo que se esté midiendo (por ejemplo, camión vs. motocicleta). Las concentraciones bajas, en particular, causan problemas durante la evaluación. Las diferencias en la temperatura de funcionamiento de un motor también pueden provocar diferencias en las sustancias a medir.
[0016] Si bien este procedimiento permite determinar los valores de absorción, su comparación es difícil o incluso imposible debido a las diferencias mencionadas. En particular, no permite determinar la concentración de una sustancia gaseosa o sólida en la nube de gases de escape.
[0018] Los sistemas de última generación disponibles hoy en día detectan sustancias gaseosas o sólidas como masa óptica (OM), que generalmente se puede relacionar con una concentración de referencia constante de una segunda sustancia en la nube de gases de escape, por ejemplo, dióxido de carbono (CO2).
[0020] Este valor de referencia puede proporcionar valores representativos para algunas nubes de gases de escape. Por ejemplo, se puede utilizar para nubes de gases de escape de motores de combustión interna de gasolina, para determinar con fiabilidad los diferentes OM de diferentes sustancias presentes en las nubes de gases de escape. Si, por ejemplo, la absorción de una sustancia difiere en diferentes nubes de gases de escape, la absorción del valor de referencia es proporcional y puede estar relacionada. En consecuencia, la concentración de la sustancia se puede calcular utilizando la concentración conocida del valor de referencia y la absorción del valor de referencia y la concentración de la sustancia. Este tipo de cálculo puede funcionar con relativa fiabilidad en motores de combustión interna de gasolina, ya que el valor de concentración es relativamente constante gracias a la combustión estequiométrica. Sin embargo, este tipo de cálculo de concentración no se puede utilizar en vehículos diésel, ya que el proceso de combustión no estequiométrica puede provocar fluctuaciones muy pronunciadas en la concentración de referencia, por ejemplo, una concentración de CO2. Por lo tanto, este enfoque no es fiable.
[0022] El documento CN 103712929 A1 describe un sistema para localizar y medir una nube de gases de escape mediante una cámara óptica, una cámara infrarroja y una unidad espectroscópica. En este caso, la cámara óptica mide la velocidad del vehículo y determina el número de matrícula. La cámara infrarroja localiza la posición de la nube de gases de escape y la unidad de medición espectroscópica se alinea para medir la nube de gases de escape. Si bien la divulgación mejora la localización de la nube de gases de escape, no permite determinar el valor de la concentración de un componente de los gases de escape.
[0024] El documento EP 3789 755 describe un procedimiento para medir las nubes de gases de escape mediante análisis multiespectral con varias cámaras infrarrojas. Las cámaras infrarrojas se colocan sobre o junto a la carretera y, mediante filtros adecuados, pueden medir, por ejemplo, monóxido de carbono y/o dióxido de carbono. Esta disposición presenta la desventaja de no utilizar análisis espectroscópico, lo que limita la capacidad de medir los componentes de gases de escape. Además, estos procedimientos tienen una sensibilidad muy baja y no permiten medir directamente las concentraciones absolutas.
[0026] La presente invención se define en las reivindicaciones 1 y 14.
[0028] Un objetivo de la presente invención es permitir mediciones de concentración confiables de una sustancia gaseosa o sólida en un volumen de medición, en una medición de detección remota.
[0030] Este objetivo se consigue, de acuerdo con la invención, mediante un dispositivo mencionado al principio, en que, en el dispositivo está prevista una unidad de imágenes, para registrar al menos una parte de la nube de gases de escape en el volumen de medición, cuando hay una nube de gases de escape parcial o totalmente presente, en que, en el dispositivo está prevista una unidad de evaluación, para determinar la trayectoria del paso total del haz de luz a través de la nube de gases de escape en el volumen de medición, a partir de al menos una imagen registrada de al menos una parte de la nube de gases de escape, y en que, la unidad de evaluación está prevista para determinar la concentración de la sustancia gaseosa o sólida en el volumen de medición, a partir de la disminución determinada de la intensidad de la luz y de la trayectoria del paso total.
[0031] La determinación de la concentración de acuerdo con la invención, a partir de la trayectoria del paso total del haz de luz a través de una nube de gases de escape en el volumen de medición y a partir de una disminución determinada de la intensidad de la luz del haz de luz, debido a la presencia de al menos una sustancia gaseosa o sólida, permite determinar la concentración de la sustancia de manera directa, fiable y precisa. Esta determinación de la concentración también es independiente de la expansión o la composición de la nube de gases de escape.
[0033] En una configuración ventajosa, la unidad de medición está dispuesta a una distancia de al menos una primera unidad de reflexión, por lo que el volumen de medición se forma entre la al menos una unidad de medición y la al menos primera unidad de reflexión, y la al menos una unidad de medición emite un haz de luz en dirección a la al menos una unidad de reflexión, y por lo que la al menos primera unidad de reflexión refleja el haz de luz tras atravesar el volumen de medición y lo transmite a al menos un detector. Una dicha configuración simplifica la disposición del detector en el dispositivo, ya que ya no es necesario disponer el detector frente a la unidad de medición. Esto aumenta la flexibilidad de uso del dispositivo. En este caso, resulta particularmente ventajoso que el haz de luz reflejado por la unidad de reflexión pasa a través del volumen de medición al menos una vez más, antes de alcanzar el detector. Al atravesar el volumen de medición dos veces, se puede aumentar la sensibilidad de la medición de la concentración y medir concentraciones más bajas de la sustancia gaseosa o sólida.
[0035] Ventajosamente, la trayectoria de paso total es la suma de las trayectorias de paso parciales de todos los pasos del haz de luz a través de la nube de gases de escape.
[0037] En una variante de la invención, en la unidad de medición se prevé una unidad multiplexora, que genera una pluralidad de haces de luz. La unidad de medición emite la pluralidad de haces de luz en diferentes puntos del volumen de medición, y al menos un detector detecta cada uno de la pluralidad de haces de luz, preferentemente después de su reflexión por una unidad de reflexión. Esto permite realizar de manera sencilla una medición de la concentración con resolución espacial en el volumen de medición. Esto permite determinar la concentración de la sustancia gaseosa o sólida en diferentes puntos de una nube de gases de escape dentro del volumen de medición.
[0039] Si al menos dos de la pluralidad de haces de luz de la unidad de medición son guiados cada uno a través de una trayectoria óptica, por lo que preferentemente las trayectorias ópticas presentan longitudes de trayectorias ópticas al menos parcialmente diferentes, la detección de estos haces de luz en un detector se puede simplificar, porque los haces de luz llegan al detector con un retraso de tiempo debido a los diferentes tiempos de viaje resultantes.
[0041] Para lograr una resolución bidimensional del volumen de medición, en una variante de la invención, la unidad de medición emite al menos un primer haz de luz de la pluralidad de haces de luz en una primera dirección a través del volumen de medición, y un segundo haz de luz de la pluralidad de haces de luz en una segunda dirección a través del volumen de medición, por lo que la primera dirección difiere de la segunda dirección. Esto permite medir la concentración de la sustancia gaseosa o sólida en diferentes dimensiones. Al combinarse con una medición de concentración con resolución espacial, es posible una reconstrucción muy precisa de la distribución de la concentración en la nube de gases de escape.
[0043] El número de veces que el haz de luz atraviesa el volumen de medición se puede aumentar aún más, si en el dispositivo se prevé una segunda unidad de reflexión dispuesta a una distancia y opuesta a la primera unidad de reflexión, y la unidad de medición emite el haz de luz en un ángulo que se desvía de la normal a un primer plano de reflexión de la primera unidad de reflexión. La primera unidad de reflexión refleja el haz de luz emitido por la unidad de medición hacia la segunda unidad de reflexión opuesta, y la segunda unidad de reflexión opuesta lo refleja de vuelta hacia la primera unidad de reflexión. El detector detecta el haz de luz después de una pluralidad de estas reflexiones. De manera particularmente ventajosa, en este caso el ángulo del haz de luz se puede ajustar, para poder seleccionar y ajustar el número de reflexiones según la aplicación. En esta variante, en la unidad de medición se prevé una unidad óptica de posicionamiento, que permite ajustar el ángulo del haz de luz.
[0045] En el dispositivo también se pueden prever varias unidades de medición, de las cuales al menos dos de las unidades de medición emiten un haz de luz a través de diferentes volúmenes de medición. En una variante adicional, se pueden prever en el dispositivo varias unidades de medición, por lo que dos de las unidades de medición emiten un haz de luz en direcciones diferentes a través del mismo volumen de medición. Esto permite una gran flexibilidad y fácil adaptación del dispositivo a diferentes aplicaciones.
[0047] Preferentemente, la unidad de imágenes comprende al menos una cámara y/o al menos una unidad lidar.
[0048] Para proteger las unidades de reflexión sensibles de la contaminación o de los daños, se aplica una película protectora reemplazable sobre la unidad de reflexión. Esto puede reducir los intervalos de mantenimiento necesarios.
[0050] El objetivo de la invención se consigue también mediante un procedimiento mencionado al principio, en el que la al menos una unidad de medición emite un haz de luz con una intensidad de luz predeterminada a través de la nube de gases de escape en el volumen de medición, el haz de luz es detectado por un detector después de pasar a través de la nube de gases de escape, y el detector determina una disminución de la intensidad de luz del haz de luz debido a la al menos una sustancia gaseosa o sólida, por lo que, de acuerdo con la invención, al menos una parte de la nube de gases de escape en el volumen de medición es registrada por una unidad de imágenes, y se determina una trayectoria de paso total del haz de luz a través de la nube de gases de escape en el volumen de medición, a partir de la imagen registrada de la al menos parte de la nube de gases de escape, y que una concentración de la sustancia gaseosa o sólida en el volumen de medición se determina, a partir de la disminución determinada de la intensidad de la luz y de la trayectoria de paso total.
[0051] La presente invención se explicará con más detalle a continuación con referencia a las figuras 1 a 6, que muestran configuraciones ventajosas, ejemplares y no limitativas de la invención.
[0052] En este caso, se muestran en:
[0054] la Fig. 1 el principio de una medición remota de gases de escape (detección remota),
[0056] la Fig. 2 una forma de realización de acuerdo con la invención, de la determinación de la concentración en una nube de gases de escape,
[0058] la Fig. 3 una forma de realización ventajosa de una unidad de medición,
[0060] la Fig. 4 una forma de realización del dispositivo con una unidad lidar como unidad de imágenes,
[0061] la Fig. 5 una forma de realización del dispositivo con un paso múltiple del haz de luz a través de la nube de gases de escape, y
[0063] la Fig. 6 una forma de realización para la protección de una unidad de reflexión.
[0065] La Fig. 1 muestra un dispositivo 1, según el estado de la técnica, para medir sustancias gaseosas o sólidas en una nube de gases de escape 9, emitida por una fuente de emisión, como un vehículo en un espacio público. En la nube de gases de escape 9 puede haber una amplia variedad de componentes gaseosos y sólidos (por ejemplo, partículas). Las sustancias en la nube de gases de escape 9 pueden provenir de cualquier tipo de fuente de emisión, por ejemplo, de una superficie 7, por ejemplo, de un vehículo como un vehículo turismo (automóviles), un camión (camioneta) o incluso un vehículo de una sola vía, como una motocicleta, un ciclomotor o similar, con motor de combustión interna. Las emisiones de otras fuentes de emisión, como las pilas de combustible, que generalmente solo emiten vapor de agua y no contaminantes, también se pueden medir utilizando dicho dispositivo 1. La detección de estas fuentes de emisión puede ser útil, por ejemplo, para determinar la proporción de vehículos con valores de emisiones bajos o altos en el tráfico rodado. La medición se puede realizar en una superficie 7, por ejemplo, de una carretera, preferentemente a cierta distancia sobre dicha superficie 7. Sin embargo, también es posible disponer el dispositivo 1 junto a una nube de gases de escape 9 y realizar la medición en paralelo a la superficie 7, o bien instalar el dispositivo 1 en la propia superficie 7. También se pueden realizar mediciones combinadas desde varios lados.
[0067] El dispositivo 1 también puede medir una nube de gases de escape 9, por ejemplo, en otros lugares alejados de una superficie 7. Es posible que el dispositivo 1 mida una nube de gases de escape 9 de una aeronave durante el despegue o el aterrizaje en la pista de un aeropuerto. También es posible que mida una nube de gases de escape 9 de un barco, por ejemplo, en una dársena portuaria o en una esclusa.
[0069] Además de la industria automotriz, también son posibles otras aplicaciones que involucran nubes de gases de escape 9 que contienen sustancias gaseosas o sólidas, por ejemplo, en la industria de procesos. Por ejemplo, en este caso, las emisiones se pueden medir en chimeneas, que pueden presentar diámetros de varios metros. El volumen de medición Vm se formarían, en este caso, en la chimenea.
[0071] La invención no se limita a las aplicaciones mencionadas anteriormente; sino se pueden concebir todos los usos posibles que resulten evidentes para un experto en la materia. Sin embargo, la nube de gases de escape 9 no tiene por qué provenir necesariamente de un vehículo; sino en principio, puede provenir de cualquier fuente de emisión. Un ejemplo es una nube de gases de escape de un proceso industrial, por ejemplo, emitida por una chimenea.
[0073] Las sustancias en una nube de gases de escape 9 pueden ser sustancias gaseosas como el dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), dióxido de azufre (SO2), hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) gaseosos y similares. Sin embargo, también es posible medir sustancias sólidas en una nube de gases de escape 9, como partículas de hollín. Las sustancias y sus concentraciones en la nube de gases de escape 9 de un vehículo suelen depender del tipo de combustible, el motor de combustión, el estado de funcionamiento del motor de combustión y el estado del convertidor catalítico o del sistema de postratamiento de gases de escape (si lo hay). Por ejemplo, un motor de combustión interna que aún no ha alcanzado la temperatura de funcionamiento suele emitir una mayor concentración de sustancias parcialmente quemadas, como hidrocarburos aromáticos policíclicos, que a temperatura de funcionamiento normal. Asimismo, se emiten diferentes sustancias en diferentes condiciones de funcionamiento (por ejemplo, según la velocidad de rotación y el par motor actuales).
[0075] De acuerdo con la invención, se debe medir la concentración de dicha sustancia gaseosa o sólida en la nube de gases de escape 9.
[0077] Dependiendo de la disposición de la unidad de medición 4 del dispositivo 1, un haz de luz 6 puede penetrar la nube de gases de escape 9 a lo largo de diferentes trayectorias de paso x. Tras pasar a través de la nube de gases de escape 9, el haz de luz 6 se detecta y se evalúa en un detector 3. Por ejemplo, con diferentes disposiciones, como se muestra en la Fig. 1, la trayectoria de paso x del haz de luz 6, normal a la superficie 7, puede ser diferente de la trayectoria de paso x' de otro haz de luz 6, paralelo a la superficie 7, y, por lo tanto, depende de la disposición de las unidades de medición 4, 4' con respecto a la nube de gases de escape 9. Esto puede dar lugar a diferentes resultados de medición de la sustancia en la nube de gases de escape 9 para una concentración nominalmente idéntica, ya que la absorción suele ser mayor cuanto mayor sea la trayectoria de paso x, x'.
[0079] La Fig. 2 muestra una forma de realización del dispositivo 1, de acuerdo con la invención, que permite medir con fiabilidad la concentración de una sustancia gaseosa o sólida en una nube de gases de escape 9. En esta forma de realización, el dispositivo 1 está provisto de al menos una fuente de luz 2, que genera luz con una intensidad de luz predeterminada. La fuente de luz 2 puede, por ejemplo, emitir luz monocromática, como una luz láser con una longitud de onda definida con una intensidad de luz predeterminada. En particular, se pueden utilizar láseres de cascada cuántica (QCL), pero también son posibles otros tipos y combinaciones de fuentes de luz y láseres, para cubrir diferentes rangos de longitud de onda. También es posible que la fuente de luz 2 presente una lámpara de emisión policromática, como una lámpara en el rango ultravioleta (UV) o infrarrojo (IR). También es posible incorporar un monocromador en la fuente de luz 2, para seleccionar específicamente las longitudes de onda. La fuente de luz 2 genera un haz de luz primario 17 con una intensidad de luz específica y al menos una longitud de onda. El haz de luz primario 17 se puede guiar hasta al menos una unidad de medición 4, por ejemplo, mediante una guía de luz, como un cable de fibra óptica, un sistema de reflexiones u otro sistema óptico adecuado. Sin embargo, la fuente de luz 2 también se puede integrar en la unidad de medición 4 y generar el haz de luz primario 17 en la unidad de medición 4.
[0081] La unidad de medición 4 genera un haz de luz 6 con al menos una longitud de onda e intensidad de luz definidas I a partir del haz de luz primario 17 de la fuente de luz 2, emitido por la unidad de medición 4. Preferentemente, la longitud de onda e intensidad de luz I del haz de luz 6 corresponden a la longitud de onda e intensidad de luz del haz de luz primario 17. Sin embargo, la unidad de medición también puede modificar las propiedades de luz del haz de luz primario 17 (por ejemplo, longitud de onda o intensidad de luz), por ejemplo, utilizando un monocromador o un divisor de haz, para generar el haz de luz 6. El haz de luz 6 también se puede generar, en este caso, de manera pulsada, por ejemplo, en forma de paquetes de luz individuales.
[0083] Para llevar a cabo la medición de concentración, la unidad de medición 4 irradia el haz de luz 6 directa o indirectamente en la dirección del volumen de medición V<m>, de modo que el haz de luz 6 penetre el volumen de medición VM y una nube de gases de escape 9 ubicada parcial o totalmente. El haz de luz 6 tras pasar a través de la nube de gases de escape 9 en el volumen de medición VM, es detectado por un detector 3.
[0084] En la configuración de la invención según la Fig. 2, la unidad de medición 4 está dispuesta a una distancia L de una unidad de reflexión 8 con un plano de reflexión 8.1, por ejemplo, sobre la superficie 7. En este caso, el plano de reflexión 8.1 de la unidad de reflexión 8 está dispuesto frente a la unidad de medición 4. En este caso, el volumen de medición V<m>se forma entre la unidad de medición 4 y la unidad de reflexión 8, en el que, en este caso, cuando el dispositivo 1 se utiliza según lo previsto, se puede localizar parcial o totalmente una nube de gases de escape 9 a medir. Un haz de luz incidente se refleja en la unidad de reflexión 8 o en el plano de reflexión 8.1.
[0086] La distancia L puede depender de la aplicación, por ejemplo, del número de vehículos que pasan, pero también de la dirección de la medición. Por ejemplo, la distancia L puede ser menor si la medición se lleva a cabo en paralelo a la superficie 7 y mayor si se lleva a cabo en perpendicular a la superficie 7. En cualquier caso, la distancia L se puede seleccionar según la aplicación.
[0088] La orientación y alineación de la unidad de reflexión 8 se puede elegir de manera arbitraria y específica para cada aplicación. Por ejemplo, la unidad de reflexión 8 se puede montar paralela al plano de la superficie 7, perpendicular al plano de la superficie 7 o en cualquier ángulo con respecto al plano de la superficie 7. Ventajosamente, la unidad de reflexión 8 también se puede integrar en una superficie 7 y se puede proteger de daños y contaminación, por ejemplo, por vehículos, que circulan sobre la superficie 7, mediante un revestimiento o una estructura adecuados.
[0090] La disposición de la unidad de reflexión 8 y la orientación del haz de luz 6 emitido por la unidad de medición 4 se seleccionan en cualquier caso de tal manera, que el haz de luz 6 penetre el volumen de medición V<m>e incide en la unidad de reflexión 8. Sin embargo, el haz de luz 6 no tiene por qué dirigirse directamente a la unidad de reflexión 8, sino que también se puede dirigir hacia la unidad de reflexión 8 a través de un sistema óptico, por ejemplo, una disposición de reflexiones.
[0092] Las dimensiones exactas del volumen de medición V<m>puede ser predefinido o seleccionado por un usuario y, por ejemplo, depender de la expansión esperada de una nube de gases de escape 9. El volumen de medición Vm, por ejemplo, también se puede seleccionar que sea más pequeño que una nube de gases de escape esperada 9, para medir las mezclas de diferentes nubes de gases de escape 9 en un volumen de medición Vm de diferentes fuentes de emisión.
[0094] Para llevar a cabo la medición de concentración con un dispositivo 1 en la forma de realización según la Fig. 2, la unidad de medición 4 emite el haz de luz 6 directa o indirectamente en dirección a la unidad de reflexión 8. El haz de luz emitido 6 penetra el volumen de medición Vm y se refleja en la unidad de reflexión 8. En este caso, el haz de luz reflejado 6 se guía a al menos un detector 3, que detecta el haz de luz reflejado 6. El haz de luz reflejado 6 puede, en este caso, penetrar el volumen de medición Vm, dependiendo de las características de reflexión, una segunda vez. Así, por lo tanto, el haz de luz 6 penetra el volumen de medición V<m>y una nube de gases de escape 9 ubicada parcial o totalmente en la nube de gases de escape, al menos una vez. Preferentemente, el haz de luz reflejado 6 se refleja en la unidad de reflexión 8 de tal manera que el haz de luz reflejado 6, que también penetra el volumen de medición V<m>y una nube de gases de escape 9 ubicada en él. Al penetrar repetidamente la nube de gases de escape 9 con el haz de luz 6, se puede aumentar la sensibilidad de la medición de la concentración, ya que la luz es influenciada varias veces a lo largo de la trayectoria del haz por las sustancias gaseosas o sólidas, presentes en el volumen de medición Vm y, por lo tanto, son posibles señales de medición más claras.
[0096] El detector 3 puede estar dispuesto cerca de la fuente de luz 2, por ejemplo, en una carcasa compartida con la fuente de luz 2, pero también puede estar dispuesto, por ejemplo, en la unidad de medición 4 o en cualquier otra ubicación del dispositivo 1. En el dispositivo 1, según la Fig. 2, el detector 3 se instala con la fuente de luz 2 en una carcasa, y se guía el haz de luz reflejado 6 a lo largo de la misma trayectoria óptica que el haz de luz primario 17.
[0098] De acuerdo con la invención, el detector 3 mide una atenuación de la intensidad de la luz I del haz luminoso detectado 6 debido a una sustancia gaseosa o sólida en el volumen de medición V<m>. Esta atenuación de la intensidad de la luz I se puede relacionar con una medición de referencia, que se lleva a cabo en ausencia de sustancias en el volumen de medición Vm, y que conduce a una intensidad de luz de referencia I0. Esto permite, por ejemplo, calcular una absorción de 1 -(I/I0), abreviado como A, o una transmisión I/I0 de una longitud de onda específica, o incluso varias longitudes de onda diferentes. La transmisión y la absorción A se pueden convertir entre sí y se pueden considerar equivalentes.
[0100] Para sustancias sólidas en el volumen de medición Vm la pérdida de intensidad de la luz se puede deber a la dispersión de la luz, como la dispersión frontal o lateral. Por ejemplo, el detector 3 también puede detectar la dispersión de la luz de partículas sólidas en el volumen de medición VM y, por lo tanto, medir una disminución de la intensidad de la luz debido a la dispersión. Esto también permite estimar el tamaño de las partículas sólidas en el detector 3. También es posible registrar un espectro en diferentes longitudes de onda y llevar a cabo un análisis espectroscópico, por ejemplo, mediante análisis multivariados o la identificación de una sustancia. Esto permite medir varias sustancias simultáneamente. Esto también se puede lograr utilizando filtros ópticos o monocromadores adecuados.
[0102] La disminución de la intensidad de la luz I del haz de luz 6 detectada por el detector 3, depende de la trayectoria de paso total x del haz de luz 6 a través de una nube de gases de escape 9 en el volumen de medición VM y también pueden variar dependiendo de la disposición de la unidad de medición 4 y/o de la unidad de reflexión 8. Los diferentes tamaños de la nube de gases de escape 9, dependiendo del vehículo, también pueden conducir a diferentes valores de medición en el detector 3.
[0104] Se conoce que la medición de la absorción de una sustancia gaseosa o sólida depende de la frecuencia y, por lo tanto, se debe realizar en o cerca del máximo de absorción, para obtener un resultado fiable. Por ejemplo, el CO2 tiene oscilaciones de vibración características en un número de onda (recíproco de la longitud de onda) de 1388 cm-1 (vibración de estiramiento asimétrico) y a 667 cm-1 (vibración por flexión). Según la ley de Lambert-Beer, la absorción A depende de la trayectoria de paso total x, la concentración c y un coeficiente de absorción k (como parámetro conocido de la sustancia). Esta relación se puede especificar mediante la fórmula
[0106] ln— = k * x * c
[0108] Para determinar una concentración fiable c de una sustancia, se requiere conocer la trayectoria de paso total x y la absorción A. La absorción A (o, equivalentemente, una disminución de la intensidad de la luz) se puede determinar mediante el detector 3. Sin embargo, la trayectoria de paso total x depende de la expansión de la nube de gases de escape 9 en el volumen de medición VM y de la trayectoria de la luz a través de la nube de gases de escape 9, y normalmente no se conoce.
[0110] Para una medición de la concentración fiable de una amplia variedad de nubes de gases de escape 9, resulta ventajoso conocer la trayectoria de paso total x de la luz que atraviesa la nube de gases de escape 9, ya que esto elimina la necesidad de recurrir al cálculo con una masa óptica, mencionado anteriormente, con las limitaciones ya mencionadas. La trayectoria de paso total x depende de la trayectoria del haz de luz 6 y, por lo tanto, de la frecuencia y el punto en que el haz de luz 6 penetra la nube de gases de escape 9.
[0111] Para detectar la trayectoria de paso total x, en el dispositivo 1, de acuerdo con la invención, se ha previsto una unidad de imágenes 29, para registrar al menos una parte del volumen de medición Vm preferentemente desde diferentes direcciones (por ejemplo, ángulos w, p). La unidad de imágenes 29 genera al menos una imagen de una parte de una nube de gases de escape 9 en el volumen de medición V<m>, preferentemente, varias imágenes desde diferentes direcciones, que se procesan en una unidad de evaluación 11. Esta unidad de evaluación 11 puede determinar la trayectoria de paso total x del haz de luz 6 a través de la nube de gases de escape 9 a partir de la al menos una imagen obtenida. Para ello, la unidad de evaluación 11 puede reconstruir al menos una parte de una imagen de la nube de gases de escape 9 en el volumen de medición V<m>. A partir de la imagen de la parte de la nube de gases de escape 9, basándose en la trayectoria conocida del haz de luz (que está determinada por la disposición de la unidad de reflexión 8 y la orientación del haz de luz 6) a través del volumen de medición VM, se puede determinar la trayectoria de paso total x a través de la nube de gases de escape 9.
[0112] La trayectoria de paso total x comprende al menos la trayectoria de paso parcial x1 del haz de luz 6 a través de la nube de gases de escape 9. Si el haz de luz 6 se refleja y se dirige de nuevo a través de la nube de gases de escape 9, se suma la trayectoria de paso parcial x2 del haz de luz reflejado 6. Por lo tanto, la trayectoria de paso total x es la suma de las trayectorias de paso parciales individuales del haz de luz 6 a través de la nube de gases de escape 9.
[0114] Por ejemplo, basándose en las dimensiones conocidas del volumen de medición Vm se puede recalcular a las dimensiones de al menos una parte reconstruida de la nube de gases de escape 9 en el volumen de medición V<m>y, por lo tanto, a una trayectoria de paso parcial x 1 , x2.
[0116] En una disposición como la de la Fig. 2, en la que el haz de luz 6 se dirige esencialmente perpendicular al plano de reflexión 8.1 de la unidad de reflexión 8, las trayectorias de paso parcial x 1 y x2 del haz de luz emitido 6 y del haz de luz reflejado 6 son iguales, ya que el haz de luz 6 se refleja en la dirección opuesta. Por lo tanto, puede ser suficiente determinar solo la trayectorias de paso parcial x1 del haz de luz emitido 6 o la trayectoria de paso parcial x2 del haz de luz reflejado 6 y duplicarla, para obtener la trayectoria de paso total x.
[0118] Para determinar las trayectorias de paso parciales x1, x2, o la trayectoria de paso total x derivada de ellas, se puede generar una proyección 2D de la nube de gases de escape 9 en el plano del haz de luz 6 y/o del haz de luz reflejado 6 a partir de las imágenes registradas con la unidad de imágenes 29, determinando así directamente las trayectorias de paso parciales x1, x2. Ventajosamente, la unidad de evaluación 11 crea una reconstrucción espacial de la nube de gases de escape 9, que requiere imágenes de la nube de gases de escape 9 desde diferentes direcciones. Esta reconstrucción puede, por ejemplo, depender de una variable de control, como el tiempo. Por ejemplo, se puede determinar la expansión temporal de una nube de gases de escape 9.
[0120] En una forma de realización ventajosa, la unidad de evaluación 11 puede recibir datos sobre la temperatura exterior y la humedad del aire. Dependiendo de la temperatura exterior y la humedad del aire, se pueden producir diferencias en la evaluación y reconstrucción de una nube de gases de escape 9. Por ejemplo, las diferencias de temperatura entre el entorno y la nube de gases de escape 9 son menos pronunciadas en verano que en invierno. Esto puede provocar que una trayectoria de paso parcial determinada x1, x2 presente diferencias estacionales. Para evitar o al menos limitar esta fuente de error, se puede proporcionar un factor de corrección para calcular la reconstrucción, en función de la temperatura exterior y la humedad del aire. Esto permite a la unidad de evaluación 11 llevar a cabo un cálculo más fiable de la trayectoria de paso total x, independientemente de las condiciones ambientales.
[0122] La unidad de evaluación 11, normalmente un ordenador con el software de evaluación adecuado, también puede recibir datos sobre la absorción A (o la intensidad de la luz del haz de luz detectado 6) de al menos un detector 3. En la unidad de evaluación 11 se puede almacenar una intensidad de la luz de referencia I0, que se puede asumir como conocida. La unidad de evaluación 11 utiliza la trayectoria de paso total de paso x y la disminución de la intensidad de la luz, o una absorción A, para determinar la concentración c de una sustancia gaseosa o sólida, por ejemplo, según la ley de Lambert-Beer mencionada anteriormente. En una forma de realización ventajosa, también se pueden utilizar diferentes absorciones A, a diferentes longitudes de onda del haz de luz 6, para determinar las concentraciones c de diferentes sustancias gaseosas o sólidas. Esto se puede realizar secuencialmente a una longitud de onda cada vez o mediante una evaluación espectroscópica a varias longitudes de onda simultáneamente.
[0124] La unidad de imágenes 29 se puede realizar con al menos una cámara 5, preferentemente varias cámaras 5 (como se muestra en la Fig. 2). También es posible realizar la unidad de imágenes 29 con una o más unidades lidar, una o más unidades de radar, o combinaciones de estas unidades o con cámaras. También son posibles otras realizaciones de la unidad de imágenes 29.
[0126] La unidad de imágenes 29, por ejemplo, la al menos una cámara 5, se puede disponer, por ejemplo, en la unidad de medición 4. En una variante, la unidad de imágenes 29 se instala en un dispositivo independiente, o se utiliza la infraestructura existente en la zona del dispositivo 1, como puentes, casas, farolas, etc. Con una pluralidad de volúmenes de medición Vm, la unidad de imágenes 29 también puede estar dispuesta de tal manera que pueda, por ejemplo, detectar varios volúmenes de medición Vm simultáneamente. Esto mantiene bajo el número de unidades de imágenes (29) requeridas.
[0128] En una realización de la unidad de imágenes 29 con varias cámaras 5, estas se instalan en diferentes ubicaciones, para medir el volumen de medición Vm desde diferentes direcciones w, p. Al registrar el volumen de medición Vm desde diferentes direcciones, se puede facilitar o mejorar la reconstrucción de la nube de gases de escape 9.
[0130] La al menos una cámara 5 puede registrar imágenes del volumen de medición Vm, y, por lo tanto, también una nube de gases de escape 9 presente en el volumen de medición V<m>. Sin embargo, la cámara 5 también puede registrar metadatos adicionales de un vehículo, como el tamaño, el tipo o la matrícula. Al utilizar la cámara 5 como unidad de imágenes 29, se puede usar el software de procesamiento de imágenes disponible, por ejemplo, para reconstruir la nube de gases de escape 9 o una parte de ella, a partir de las imágenes.
[0132] La al menos una cámara 5 puede ser, por ejemplo, una cámara infrarroja, que registra imágenes térmicas de la nube de gases de escape presente en el volumen de medición Vm. Esto también permite detectar la distribución de calor en la nube de gases de escape 9, lo que puede influir en las sustancias gaseosas o sólidas o en el coeficiente de absorción k. Debido a las diferencias de temperatura, se pueden producir fenómenos de convección y difusión, lo que provoca una distribución de sustancias a lo largo del tiempo. Las concentraciones individuales c de sustancias también pueden depender de la temperatura, ya que algunas reacciones solo ocurren a temperaturas más altas o dependen de la temperatura.
[0134] Sin embargo, la cámara 5 también puede operar, por ejemplo, en el rango ultravioleta (UV) o visible (VIS), o incluso en ambos rangos (cámaras UV/VIS). La radiación UV o VIS es de mayor energía que la IR y estimula las transiciones electrónicas en las moléculas, lo que puede ser más ventajoso para la medición.
[0136] En una forma de realización, la cámara 5 se puede realizar como una cámara multiespectral e hiperespectral. En este caso, en lugar de la grabación simple clásica en un solo rango espectral, se utiliza un gran número de bandas espectrales. Esto puede ser ventajoso para detectar una calidad de color y diferencias de color significativamente mayores, ya que cada píxel ya contiene un espectro de color completo. En una cámara 5 de este tipo, por ejemplo, se utiliza la técnica de mosaico de instantáneas.
[0138] El punto de medición, en particular el volumen de medición Vm, es estacionario durante la medición con el dispositivo 1 , por lo que se realiza una medición estacionaria en un punto de medición estacionario específico con el dispositivo 1. Por lo tanto, la nube de gases de escape 9 se puede mover o cambiar durante la medición en relación con el volumen de medición V<m>, pero sin embargo el dispositivo 1 , en concreto las unidades individuales del dispositivo 1, permanecen dispuestos estacionarios en el punto de medición. En particular, la fuente de luz 2, la unidad de medición 4, el detector 3, la unidad de reflexión 8 y la unidad de imágenes 29 permanecen estacionarias durante la medición. Si existen unidades adicionales en el dispositivo 1, como una unidad multiplexora 10 , estas también permanecen estacionarias durante la medición.
[0140] Por lo tanto, el dispositivo 1 de acuerdo con la invención no es en particular una unidad de medición, que se instala en un vehículo en movimiento para medir los gases de escape y que se mueve con el vehículo durante la medición.
[0142] Sin embargo, el dispositivo 1 solo permanece dispuesto necesariamente estacionario durante la medición. Entre dos mediciones, el dispositivo 1 o partes del mismo también se pueden mover. Durante las mediciones por detección remota, por ejemplo, puede ser necesario que el dispositivo 1 cambie entre diferentes puntos de medición, por ejemplo, para registrar una mayor parte de vehículos que circulan en una región más extensa (por ejemplo, una ciudad). En este contexto, también se puede prever montar el dispositivo 1 parcial o totalmente en un remolque, para poder cambiar el dispositivo 1 entre los puntos de medición de manera móvil. La parte principal del dispositivo 1, en particular una fuente de luz 2, una unidad de medición 4, un detector 3 y una unidad de imágenes 29, se puede montar previamente en un bastidor extensible en el remolque. Las partes del dispositivo 1 que se pueden fijar al punto de medición, como, por ejemplo, la unidad de reflexión 8, se disponen en el punto de medición de manera adecuada. Durante la medición, sin embargo, todas las unidades permanecen estacionarias.
[0144] Puede ocurrir que en el volumen de medición Vm estén presentes diferentes nubes de gases de escape 9 procedentes de fuentes de emisión situadas una detrás de otra o una al lado de la otra, como por ejemplo vehículos. La medición se puede ajustar entonces en consecuencia, por ejemplo, posicionando o alineando la unidad de imágenes 29, en particular la al menos una cámara 5.
[0146] En una variante, el dispositivo 1, de acuerdo con la invención, dispone de una pluralidad de unidades de medición 4, también a diferentes distancias L de la respectiva unidad de reflexión 8 asignada. También se pueden prever varias unidades de reflexión 8, por ejemplo, una para cada unidad de medición 4 o una para diferentes grupos de unidades de medición. Disponer de varias unidades de medición 4 resulta ventajoso para realizar mediciones con resolución espacial de una nube de gases de escape 9 en un volumen de medición Vm o también para medir varias nubes de gases de escape 9 en diferentes volúmenes de medición V<m>simultáneamente. Para ello, un haz de luz primario 17 procedente de una fuente de luz 2 puede, si es necesario, dividir mediante sistemas ópticos, por ejemplo, divisores de haz, unidades de deflexión, espejos, multiplexores, etc., para suministrar luz a cada una de las unidades de medición 4. No obstante, también se puede prever una fuente de luz 2 para generar un haz de luz primario 17 en cada unidad de medición 4, o en algunas de ellas.
[0147] Mediante múltiples mediciones de una nube de gases de escape 9, se puede determinar un valor promedio de la concentración de una sustancia gaseosa o sólida en dicha nube de gases de escape 9. Sin embargo, también es posible determinar una medición con resolución espacial de la concentración en dicha nube de gases de escape 9. Con una disposición adecuada de las unidades de medición 4 y las unidades de reflexión 8, también se puede determinar una resolución espacial bidimensional de la concentración de una sustancia gaseosa o sólida en dicha nube de gases de escape 9. Para ello, por ejemplo, un primer grupo de haces de luz 6 podría penetrar la nube de gases de escape en una primera dirección, y un segundo grupo de haces de luz 6 podría penetrar la nube de gases de escape en una segunda dirección diferente a la primera, por ejemplo, perpendicular a la primera dirección.
[0149] La Fig. 3 muestra una forma de realización ventajosa de la unidad de medición 4 con múltiples mediciones de una nube de gases de escape 9. En esta forma de realización, la fuente de luz 2 y el detector 3 están dispuestos en la unidad de medición 4. Como una variante, la fuente de luz 2 y/o el detector 3 también se pueden disponer externamente a la unidad de medición 4 en cualquier ubicación adecuada. La unidad de imágenes 29 solo se indica en la Fig. 3 y se puede diseñar como se explicó anteriormente en relación con la Fig. 2 o como se explica a continuación en relación con la Fig. 4. La unidad de imágenes 29 genera las imágenes del volumen de medición Vm, que se procesan en la unidad de evaluación 11. En la unidad de medición 4 se prevé una unidad multiplexora 10 , que genera una pluralidad de haces de luz 6 (solo algunos de ellos se indican con números de referencia en la Fig. 3 para mayor claridad). La unidad multiplexora 10 genera, en este caso, la pluralidad de haces de luz 6 a partir del haz de luz primario 17 (no indicado en la Fig. 3) de la fuente de luz 2.
[0151] La unidad multiplexora 10 se puede realizar, por ejemplo, como multiplexor de fibra óptica, acoplador óptico o divisor óptico. También es posible realizar la unidad multiplexora 10 como red de conmutación de fibra óptica. Se conocen diversas realizaciones de unidades multiplexoras 10, y un experto en la materia puede seleccionar la más adecuada para cada aplicación.
[0153] Los haces de luz individuales emitidos 6 se guían a través de diferentes ubicaciones o zonas del volumen de medición V<m>, con lo que los haces de luz 6 penetran una nube de gases de escape 9, que se encuentra en un volumen de medición Vm, en diferentes puntos. Esto permite detectar la nube de gases de escape 9 con resolución espacial. Los haces de luz individuales 6 pueden ser detectados por al menos un detector 3 o reflejados por al menos una unidad de reflexión 8 (como en la Fig. 3), como se describió anteriormente, y dirigidos como haces de luz reflejados 6 a al menos un detector 3 (que, en la realización de la Fig. 3, está dispuesto en la unidad de medición 4) para su detección.
[0155] Por supuesto, para cada haz de luz 6 o para un grupo de haces de luz 6 se puede prever una unidad de reflexión 8. Asimismo, se puede prever un detector 3 para cada haz de luz reflejado 6 o para un grupo de haces de luz reflejados 6.
[0157] El al menos un detector 3 puede ahora, como se ha descrito, determinar una disminución de la intensidad de la luz, o una absorción A, para cada haz de luz detectado 6 y transmitirla a la unidad de evaluación 11. De la misma manera, la unidad de evaluación 11 puede, a partir de la al menos una imagen del volumen de medición V<m>registrada por la unidad de imágenes 29, para cada haz de luz 6 y cualquier haz de luz reflejado asignado 6 (siempre que penetre la nube de gases de escape 9), determinar la trayectoria de paso total x, como se describe. Esto permite determinar la concentración c de una sustancia gaseosa o sólida en diversos puntos de la nube de gases de escape 9.
[0159] Es evidente que también es posible obtener una resolución espacial bidimensional de la nube de gases de escape 9, si el dispositivo 1 está realizado de tal manera, que al menos dos grupos de haces de luz 6 penetren la nube de gases de escape 9 en direcciones diferentes (preferentemente perpendiculares). Si se realiza esta resolución bidimensional varias veces consecutivas, también se puede determinar una distribución de concentración tridimensional (en el caso de una nube de gases de escape 9 en movimiento) o una progresión temporal de la distribución de concentración en una nube de gases de escape 9.
[0161] En el ejemplo de realización según la Fig. 3, los haces de luz 6 individuales se guían en la unidad de medición 4 a través de trayectorias ópticas 13, por ejemplo, guías de ondas ópticas, en cuyos extremos se emiten los haces de luz 6 mediante una unidad de acoplamiento de salida 12. Si al menos dos de estas trayectorias ópticas 13 tienen diferentes longitudes de trayectorias, los haces de retorno 6 asignados a dichas trayectorias llegan a un detector 3 en momentos diferentes, debido a los distintos tiempos de trayectoria de la luz. Esto puede simplificar o facilitar la detección de diferentes haces de luz 6 con un solo detector 3.
[0162] Por supuesto, también se pueden prever una pluralidad de unidades de medición 4 con unidades multiplexoras 10 en el dispositivo 1, como se describe con referencia a la Fig. 3. Esto permite nuevamente múltiples mediciones en un volumen de medición VM, preferentemente para lograr una resolución bidimensional del volumen de medición VM, o la medición de diferentes volúmenes de medición VM.
[0164] Una determinación con resolución espacial de la concentración c en una nube de gases de escape 9 (por ejemplo, con una unidad de medición según la Fig. 3 o con varias unidades de medición 4 como en la Fig. 2, o incluso una combinación de estas disposiciones) se puede utilizar, por ejemplo, para simular una distribución continua de una sustancia gaseosa o sólida en la nube de gases de escape 9, por ejemplo, mediante modelado basado en datos o híbrido. El modelado híbrido se entiende como una combinación de términos discretos, como, por ejemplo, los valores de concentración medidos, y términos continuos, como la dinámica de fluidos/gases en una nube de gases de escape 9.
[0166] La Fig. 4 muestra otra forma de realización del dispositivo 1 de acuerdo con la invención. En esta forma de realización, se disponen varias unidades de medición 4 (dos de las cuales se indican en la Fig. 4 para mayor claridad), que se pueden realizar como se ha descrito anteriormente, y para cada una de las cuales se proporciona un detector 3. Las varias unidades de medición 4 se utilizan para medir en diferentes volúmenes de medición V<m>mediciones de concentración de una sustancia gaseosa o sólida en una nube de gases de escape 9 en el respectivo volumen de medición V<m>. Los volúmenes de medición V<m>pueden variar, en este caso, el volumen, dependiendo de la disposición de medición de las unidades de medición 4. Las trayectorias del haz para la medición de la concentración no se muestran completamente o solo se indican parcialmente en la Fig. 4 para mayor claridad. En la forma de realización de la Fig. 4, se prevé una unidad de imágenes 29, que registra imágenes de todas las nubes de gases de escape 9 en los diversos volúmenes de medición Vm, y se envían a una unidad de evaluación 11. La unidad de evaluación 11 también recibe valores de las absorciones A determinadas por los detectores 3.
[0168] En esta realización del dispositivo 1, la unidad de imágenes 29 está realizada como una unidad lidar 14. La unidad lidar 14 se puede disponer localmente cerca de las unidades de medición 4, pero también se puede disponer, por ejemplo, a una determinada altura por encima de las unidades de medición 4, o se puede controlar de manera móvil mediante un dron, para llevar a cabo una campaña de medición.
[0170] Se puede utilizar una unidad lidar 14 para llevar a cabo una medición muy precisa de una nube de gases de escape 9, por lo que la unidad lidar 14 registra imágenes de al menos una parte de la nube de gases de escape 9, para determinar la trayectoria de paso total x como se describió anteriormente.
[0172] La unidad lidar 14 se basa en un láser, por ejemplo, un láser YAG con una longitud de onda de 1064 nm o 532 nm, o diseños similares que los expertos en la materia consideren adecuados. También se pueden utilizar láseres IR, aunque puede ser necesario una protección adecuada, para evitar daños oculares.
[0174] Una unidad lidar 14 en el rango UV o NIR también se puede utilizar, por ejemplo, para medir directamente sustancias gaseosas o sólidas. El lidar se utiliza, entre otras cosas, para medir dióxido de carbono (CO2), dióxido de azufre (SO2) y metano (CH4). Esto se puede utilizar, por ejemplo, para llevar a cabo estimaciones aproximadas de sustancias gaseosas o sólidas en la nube de gases de escape medida 9 o para obtener una medición de concentración, que sea redundante con respecto a la medición de concentración de acuerdo con la invención.
[0176] La unidad lidar 14 se puede mover a lo largo de al menos un eje o pivotar sobre al menos un eje, para emitir la luz láser en diferentes direcciones, de modo que se pueda registrar una imagen del entorno y de cualquier nube de gases de escape 9 presente. En la realización de la Fig. 4, la unidad lidar 14 se utiliza para medir diferentes nubes de gases de escape 9 en diferentes volúmenes de medición Vm, para obtener imágenes. Para ello, la unidad lidar 14 escanea el entorno 15 (representado en la Fig. 4 por un círculo alrededor de la unidad lidar 14) y, en función del tiempo de reflexión del pulso láser emitido, se toman imágenes del entorno 15. En la Fig. 4 se representa un ejemplo del funcionamiento bidimensional de la unidad lidar 14. La unidad lidar 14 gira sobre un eje que atraviesa la unidad lidar 14, perpendicular al plano de dibujo de la Fig. 4, y escanea el entorno 15 a una frecuencia angular w. En el proceso, se detectan secciones 16 de las nubes de gases de escape 9, se combinan para formar imágenes de la nube de gases de escape 9 y, por lo tanto, la unidad de evaluación 11 puede reconstruirlas para formar parte de una imagen de la nube de gases de escape 9.
[0178] Por supuesto, una unidad lidar 14 de este tipo también se puede utilizar únicamente para un único volumen de medición Vm, por ejemplo, como en la Fig. 2 o 3. Asimismo, en el dispositivo 1 pueden estar presentes varias unidades lidar 14, que permiten obtener una imagen más precisa y posiblemente más grande de la nube de gases de escape 9.
[0180] También son posibles combinaciones de unidades lidar 14 y cámaras 5. Esto permite, por ejemplo, medir las concentraciones de sustancias gaseosas mediante la unidad lidar 14, mientras que la concentración de una sustancia sólida en la nube de gases de escape 9 se puede detectar mediante una unidad de medición 4, de acuerdo con la invención. Esto permite realizar una medición representativa de la concentración de varias sustancias gaseosas y sólidas críticas, en la nube de gases de escape 9.
[0182] La Fig. 5 muestra una forma de realización ventajosa adicional de la invención. En esta forma de realización, se proporcionan dos unidades de reflexión 8 y 8', dispuestas a una distancia entre sí. Los respectivos planos de reflexión 8.1 y 8.1' de ambas unidades de reflexión 8 y 8' están enfrentados entre sí. La unidad de medición 4 emite el haz de luz 6 con un ángulo a que se desvía de la normal al primer plano de reflexión 8.1 de la primera unidad de reflexión 8. El haz de luz 6 se refleja en el primer plano de reflexión 8.1 y se dirige al segundo plano de reflexión 8.1' de la segunda unidad de reflexión 8'. En este punto, el haz de luz 6 se refleja de nuevo de vuelta hacia la primera unidad de reflexión 8. De este modo, el haz de luz 6 se desplaza entre la primera unidad de reflexión 8 y la segunda unidad de reflexión 8' en una pluralidad de reflexiones y se desplaza longitudinalmente a lo largo de los planos de reflexión 8.1 y 8.1'. Dependiendo del ángulo a, se pueden lograr una pluralidad de reflexiones. Tras la última reflexión en el extremo de las unidades de reflexión 8 y 8', el haz de luz 6 se dirige, en la forma de realización de la Fig. 5, a un detector 3, que detecta el haz de luz 6.
[0184] Tras la última reflexión en el extremo de las unidades de reflexión 8 y 8', el haz de luz 6 también se puede desviar en una forma de realización no representada, por ejemplo, mediante un espejo deflector, y regresar en varias reflexiones adicionales entre la primera unidad de reflexión 8 y la segunda unidad de reflexión 8' a lo largo de la extensión longitudinal de los planos de reflexión 8.1 y 8.1'. En este caso, el detector 3 se puede disponer en la unidad de medición 4. Sin embargo, en principio, el detector 3 se puede disponer en cualquier ubicación adecuada del dispositivo 1 , que permita detectar el haz de luz 6 después de una pluralidad de reflexiones de luz entre la primera unidad de reflexión 8 y la segunda unidad de reflexión 8'.
[0186] Debido a las múltiples reflexiones, se producen una pluralidad n de pasos del haz de luz 6 a través de una nube de gases de escape 9 en el volumen de medición V<m>. Las trayectorias de paso parciales xn resultantes de la luz a través de la nube de gases de escape 9 se pueden determinar cómo se describió anteriormente, utilizando la unidad de imágenes 29, de la cual se deriva la trayectoria de paso total x como la suma de las trayectorias de paso parciales xn (en este caso, n = 1,2, 3). Esto, a su vez, permite determinar la concentración de al menos una sustancia gaseosa o sólida en la nube de gases de escape 9.
[0188] Gracias a la pluralidad n de pasos del haz de luz 6 a través de la nube de gases de escape 9, se puede aumentar aún más la sensibilidad de la medición de la concentración y se pueden determinar incluso concentraciones muy bajas de una sustancia gaseosa o sólida en la nube de gases de escape 9.
[0190] Para ajustar selectivamente y según sea necesario la pluralidad n de pasos del haz de luz 6 a través de la nube de gases de escape 9, se puede prever una unidad óptica de posicionamiento 18 en la unidad de medición 4, que permite ajustar el ángulo a del haz de luz emitido 6. Una unidad óptica de posicionamiento 18 de este tipo puede ser, por ejemplo, un galvanómetro x-y o un espejo ajustable.
[0192] Una forma de realización ventajosa adicional para proteger una unidad de reflexión 8 es una unidad de película protectora 24, que se representa en la Fig. 6. Esta permite disponer una película protectora 23 reemplazable sobre la unidad de reflexión 8, para protegerla de contaminación o daños (por ejemplo, arañazos). La película protectora 23 está diseñada para ser suficientemente transparente. Una película protectora 23 contaminada se puede sustituir por una película protectora 23 limpia si es necesario. Una posible forma de realización de una unidad de película protectora 24 consiste, según la Fig. 6, en un primer rollo 20, sobre el que se enrolla la película protectora 23 limpia. La película protectora 23 limpia se puede desenrollar de este primer rollo 20 y se puede disponer sobre la unidad de reflexión 8. Se puede prever un segundo rollo 21, sobre el que se enrolla la película protectora 23 contaminada. En el uso previsto, la película protectora limpia 23 se desenrolla del primer rollo 20 según sea necesario y, al mismo tiempo, la película protectora contaminada 23 se enrolla del segundo rollo 21. En esta forma de realización ventajosa, la unidad de reflexión 8 está dispuesta por debajo de la superficie 7.
[0194] La película protectora 23 desenrollada se dispone, en este caso, sobre la unidad de reflexión 8, para proteger la unidad de reflexión 8 de contaminación o daños. Por razones de estabilidad, también se puede prever una protección mecánica 22 entre la unidad de reflexión 8 y la película protectora 23, que, sin embargo, debe presentar suficiente transparencia óptica. Uno de los dos rollos 20 y 21 se puede accionar para que la película protectora 23 se desplace sobre la unidad de reflexión 8 según sea necesario. Para ello, también se puede prever una unidad de automatización, que controla el accionamiento de los rollos accionados 20 y 21. Ventajosamente, los rollos 20 y 21 se pueden accionar cuando se alcanza un valor límite, por ejemplo, una pérdida de intensidad de la luz del haz de luz 6 detectada por un detector 3. La unidad de automatización puede entonces controlar automáticamente los rollos accionados 20 y 21 , para que desplacen la película protectora 23. Esto permite reemplazar fácilmente la película protectora 23 contaminada sobre la unidad de reflexión 8 por una limpia, según sea necesario. Esto puede resultar ventajoso si la unidad de reflexión 8 está generalmente expuesta a altos niveles de contaminación.
[0196] También se puede integrar un dispositivo de calentamiento, por ejemplo, un calentador eléctrico, en la unidad de película protectora 24, preferentemente en la protección mecánica 22. El dispositivo de calentamiento puede evitar, que el sistema óptico del dispositivo 1 se vea afectado por la formación de hielo o charcos en la superficie de la película protectora 23 en condiciones de humedad, como, por ejemplo, lluvia, niebla o nieve.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo para determinar la concentración de al menos una sustancia gaseosa o sólida, en al menos un volumen de medición (V<m>) en un punto de medición estacionario, por lo que se prevé al menos una unidad de medición (4), para emitir un haz de luz (6) con una intensidad de luz predeterminada (I) a través del volumen de medición (V<m>), y se prevé al menos un detector (3), para detectar el haz de luz (6) después de que haya pasado a través del volumen de medición (V<m>), por lo que el al menos un detector (3) está diseñado para determinar una disminución de la intensidad de la luz debido a la al menos una sustancia gaseosa o sólida, en el volumen de medición (Vm), por lo que en el dispositivo (1) se prevé una unidad de imágenes (29), para registrar al menos una parte de una nube de gases de escape (9) en el caso de localizar parcial o totalmente una nube de gases de escape (9), en el volumen de medición (V<m>), por lo que en el dispositivo (1) se prevé una unidad de evaluación (11), que está configurada para determinar una trayectoria de paso total (x) del haz de luz (6) a través de la nube de gases de escape (9) en el volumen de medición (Vm) a partir de al menos una imagen registrada de al menos una parte de la nube de gases de escape (9), y por lo que la unidad de evaluación (11) está configurada además para determinar una concentración de la sustancia gaseosa o sólida en el volumen de medición (V<m>), a partir de la disminución determinada de la intensidad de la luz y de la trayectoria de paso total (x).
2. El dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que la al menos una unidad de medición (4) está dispuesta a una distancia de al menos una primera unidad de reflexión (8), por lo que el volumen de medición (Vm) se forma entre la al menos una unidad de medición (4) y la al menos una primera unidad de reflexión (8), y la al menos una unidad de medición (4) está configurada, para emitir un haz de luz (6) en la dirección de la al menos una unidad de reflexión (8), y la al menos una primera unidad de reflexión (8) está prevista para reflejar el haz de luz (6) después de que haya pasado a través del volumen de medición (V<m>) y transmitirlo a al menos un detector (3).
3. El dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado por que el haz de luz (6) reflejado en la unidad de reflexión (8) pasa a través del volumen de medición (VM) al menos una vez más, antes de alcanzar al menos un detector (3).
4. El dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado por que la trayectoria del paso total (x) es la suma de las trayectorias de paso parciales de todos los pasos del haz de luz (6) a través de la nube de gases de escape (9).
5. El dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que en la unidad de medición (4) está prevista una unidad multiplexora (10), que genera una pluralidad de haces de luz (6), y la unidad de medición (4) emite la pluralidad de haces de luz (6) en diferentes puntos a través del volumen de medición (V<m>), y al menos un detector (3), que detecta cada uno de la pluralidad de haces de luz (6), preferentemente después de una reflexión en una unidad de reflexión (8).
6. El dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado por que al menos dos de la pluralidad de haces de luz (6) son guiados respectivamente en la unidad de medición (4) a través de una trayectoria óptica (13), por lo que las trayectorias ópticas (13) presentan preferentemente longitudes de trayectorias ópticas diferentes, al menos parcialmente.
7. El dispositivo según la reivindicación 5 o 6, caracterizado por que la unidad de medición (4) emite al menos un primer haz de luz (6) de la pluralidad de haces de luz (6) en una primera dirección a través del volumen de medición (V<m>), y la unidad de medición (4) emite un segundo haz de luz (6) de la pluralidad de haces de luz (6) en una segunda dirección a través del volumen de medición (V<m>), siendo la primera dirección diferente de la segunda dirección.
8. El dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado por que en el dispositivo se prevé una segunda unidad de reflexión (8'), que está dispuesta a una distancia y opuesta a la al menos una primera unidad de reflexión (8), y la unidad de medición (4) emite el haz de luz (6) en un ángulo que se desvía de una normal a un primer plano de reflexión (8.1) de la primera unidad de reflexión (8), por lo que la primera unidad de reflexión (8) refleja el haz de luz (6), emitido por la unidad de medición (4), a la segunda unidad de reflexión opuesta (8'), y la segunda unidad de reflexión opuesta (8') refleja el haz de luz (6) de vuelta hacia la primera unidad de reflexión (8), por lo que el al menos un detector (5) está configurado para detectar el haz de luz (6) después de una pluralidad de estas reflexiones.
9. El dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado por que en la unidad de medición (4) se prevé una unidad óptica de posicionamiento (18), con la que se puede ajustar el ángulo del haz de luz (6).
10. El dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que en el dispositivo (1) se prevén varias unidades de medición (4), por lo que al menos dos de las unidades de medición (4) emiten un haz de luz (6) a través de diferentes volúmenes de medición (VM).
11. El dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que en el dispositivo (1) se prevén varias unidades de medición (4), por lo que al menos dos de las unidades de medición (4) emiten un haz de luz (6) con diferentes direcciones a través del mismo volumen de medición (V<m>).
12. El dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que la unidad de imágenes (29) presenta al menos una cámara (5) y/o al menos una unidad lidar (14).
13. El dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12, caracterizado por que sobre la al menos una unidad de reflexión (8) está dispuesta de manera reemplazable una película protectora (23).
14. Un procedimiento para determinar la concentración (1) de al menos una sustancia gaseosa o sólida en una nube de gases de escape (9) en al menos un volumen de medición (VM) en un punto de medición estacionario, por lo que al menos una unidad de medición (4) emite un haz de luz (6) con una intensidad de luz predeterminada (I) a través de la nube de gases de escape (9) en el volumen de medición (V<m>), el haz de luz (6) es detectado por un detector (3) después de pasar a través de la nube de gases de escape (9) y el detector (3) determina una disminución de la intensidad de la luz del haz de luz (6) debido a la al menos una sustancia gaseosa o sólida, por lo que al menos una parte de la nube de gases de escape (9) en el volumen de medición (V<m>) es registrada por una unidad de imágenes (29), y una trayectoria de paso total (x) del haz de luz (6) a través de la nube de gases de escape (9) en el volumen de medición (V<m>) se determina a partir de la imagen registrada de al menos una parte de la nube de gases de escape (9), y por lo que se determina una concentración de la sustancia gaseosa o sólida en el volumen de medición (VM), a partir de la disminución determinada de la intensidad de la luz y de la trayectoria de paso total (x).
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT526924B1 (de) * 2023-06-13 2024-09-15 Avl List Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Konzentrationsbestimmung eines Stoffes in einem Messvolumen
US20260056120A1 (en) * 2024-08-23 2026-02-26 Schlumberger Technology Corporation Measurement of multiple gas concentrations

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3677652A (en) * 1971-06-15 1972-07-18 Gte Sylvania Inc Fluid analyzer apparatus
US4924095A (en) * 1987-06-02 1990-05-08 West Lodge Research Remote gas analyzer for motor vehicle exhaust emissions surveillance
HK1049205B (en) * 1999-12-29 2014-05-16 Envirotest Systems Holdings Corp System and method for remote analysis of small engine vehicle emissions
WO2004079427A1 (fr) * 2003-03-07 2004-09-16 Ismeca Semiconductor Holding Sa Dispositif optique et module d'inspection
CN101620181B (zh) * 2008-07-02 2011-01-12 佛山分析仪有限公司 透射式烟度计及测量透射式烟度计有效烟柱长度的方法
US9228938B2 (en) * 2009-06-29 2016-01-05 Hager Environmental And Atmospheric Technologies, Llc Method and device for remote sensing of amount of ingredients and temperature of gases
US8330957B2 (en) * 2009-06-29 2012-12-11 Hager Enviromental and Atmospheric Technologies, LLC Device and method for quantification of gases in plumes by remote sensing
JP2012220313A (ja) * 2011-04-07 2012-11-12 Mitsubishi Electric Corp 気体検出装置
US8854223B2 (en) * 2012-01-18 2014-10-07 Xerox Corporation Image-based determination of CO and CO2 concentrations in vehicle exhaust gas emissions
JP6148836B2 (ja) * 2012-09-12 2017-06-14 東京都下水道サービス株式会社 ガス濃度測定装置
EP2819112B1 (en) * 2013-06-28 2020-03-11 Fujitsu Limited Detecting operating mode of hybrid vehicles
CN103712929B (zh) 2013-12-23 2017-01-11 南京新远见智能科技有限公司 一种机动车尾气监测系统
CN206531778U (zh) * 2016-11-09 2017-09-29 浙江多普勒环保科技有限公司 一种多光程尾气遥感测试装置
CN106383097B (zh) * 2016-11-16 2024-01-19 大连中汇达科学仪器有限公司 基于可调谐激光器的机动车尾气遥感检测系统及方法
CN107884345B (zh) * 2017-11-17 2020-09-22 南京新远见智能科技有限公司 一种双向机动车尾气遥感检测系统及其检测方法
CN208224072U (zh) * 2018-06-08 2018-12-11 广东泓胜科技股份有限公司 一种垂直式多光程汽车尾气测试遥感装置
EP3789755A1 (en) 2019-09-06 2021-03-10 Josefina de la Fuente Egido Measuring of polluntants emitted by motor vehicles using a multispectral infrared camera system
CN110672476B (zh) * 2019-09-27 2021-11-19 上海理工大学 餐饮油烟颗粒物浓度和粒度在线测量方法
CN111537157A (zh) * 2020-05-11 2020-08-14 嘉兴极光物联网科技有限公司 直观定性和精确定量协同高效检测气体泄漏的方法及系统

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