MX2007002213A - Sistema y metodo para calibrar instrumentos detectores de emisiones remotas. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a un sistema y metodo para obtener curvas de calibracion para CO y CO2 durante la calibracion en laboratorio de uno o mas instrumentos detectores de emisiones remotas (RES), y para auto-calibracion de instrumentos RES en carreteras para compensar cambios en las densidades de columnas de fondo de CO y CO2.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA CALIBRAR INSTRUMENTOS DETECTORES DE EMISIONES REMOTAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere en general, a sistemas y métodos detectores de emisión remota (RES) , y más particularmente, a un sistema y método para obtener curvas de calibración para CO, C02 y otros gases durante la calibración en laboratorio de uno o más instrumentos RES, y para auto-calibración de instrumentos RES en carreteras, para compensar cambios en concentraciones de fondo de CO y C02.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se conocen sistemas detectores de emisiones remotas (RES) . Tales sistemas son en general, utilizados para monitorear remotamente la composición de gases de escape de vehículos de motor. Ejemplos de sistemas y métodos RES, se describen en, por ejemplo, Patentes Estadounidenses Nos. 5,210,702, 5,319,199, 5,401,967, 5,591,975, 5,726,450, 5,797,682, y 5,831,267, cada una de las cuales está por este medio incorporada aquí por referencia en su totalidad. A pesar de avances estables en su sofisticación y robustez, la manufactura y/o calibración de algunos instrumentos (por ejemplo, detectores o arreglos de detectores) , utilizados en sistemas RES, puede sufrir de varias desventajas. Por ejemplo, una desventaja asociada con la manufactura del instrumento, es la necesidad de calibrar separadamente cada canal detector con densidades de columnas conocidas de gases contaminantes relevantes. Adicionalmente, cuando se monitorea remotamente la composición de gases de escape de vehículos de motor en una carretera o superficie de manejo bajo varias condiciones de operación, puede ser costoso y/o inconveniente tener que recalibrar repetidamente, instrumentos en carretera usando cilindros de gas certificados, costosos, de contaminantes de escape sustitutos. Tal recalibración puede ser necesaria para instrumentos convencionales, para compensar cambios en concentraciones de fondo (o ambientales) de CO y C02 con el tiempo. El C02, por ejemplo, es razonablemente abundante en la trayectoria óptica atmosférica usada para medición, y puede variar con la velocidad del viento, dirección del viento, y volumen de tráfico, entre otros factores. Estas y otras desventajas existen con métodos de calibración conocidos .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La invención resuelve estos y otros problemas relacionados con un sistema y método para obtener curvas de calibración para CO, C02 y otros gases, durante la calibración en laboratorio de uno o más instrumentos RES, y para auto-calibración de instrumentos RES en carreteras para compensar cambios en concentraciones de fondo de CO y C02. Como se usa en este documento, un sistema RES puede comprender cualquiera de los componentes presentes, cuando se monitorea remotamente, la composición de gases de escape de vehículos de motor en una carretera o superficie de manejo a un sitio de prueba dado (o en el "campo"), bajo varias condiciones de operación. Ejemplos de tales componentes pueden incluir, pero no se limitan a, una fuente, detector (o arreglo de detector) , ópticas de transferencia, cilindro de gas certificado, unidad de imagen, unidad de detección de velocidad y aceleración, unidad de detección térmica, procesador, comunicador u otros componentes. Adicionalmente, se pueden referir en este documento, a uno o más componentes RES, intercambiablemente como instrumentos RES. Sin embargo, como se usa en este documento, un analizador de gases múltiples a base de absorción óptica (OABMGA) , puede comprender uno o más componentes (o instrumentos) RES, que incluyen por ejemplo, una fuente, detector (o arreglo de detector) , ópticas de transferencia, procesador u otros componentes . Un aspecto de la invención, se refiere a obtener curvas de calibración por CO, C02, y otros gases durante la calibración en laboratorio de uno o más instrumentos RES. En una modalidad, una curva de absorción lineal puede ser generada por al menos, un gas en un establecimiento en laboratorio. En una implementación, por ejemplo, se puede realizar la calibración de celdas de gas para un canal detector de HC, insertando una celda de gas que tiene una concentración conocida de propano en una trayectoria de medición óptica. Se puede usar propano como el HC sustituto. En un establecimiento en laboratorio, puede asumirse razonablemente, que la concentración ambiental de propano es cero. La calibración de celda de gas de HC, resulta en una correlación lineal entre la absorción y densidad de columna de HC . Una vez que la correlación lineal entre la absorción y densidad de columna de HC se ha obtenido vía calibración de celda de gas de HC, se pueden aislar uno o más componentes RES (por ejemplo, fuente y detector) , del aire exterior (o ambiental) en el establecimiento de laboratorio, para realizar una calibración de pulso de gas único (o descarga) . En particular, una mezcla de gas conocido de CO, C02, HC, N2 u otros gases, puede ser inyectada en la trayectoria de medición óptica de un cilindro de gas y se pueden adquirir datos de voltaje puros para cada gas, a partir de un canal detector correspondiente . La curva de absorción lineal que se correlaciona con la absorción y densidad de columna de HC, puede ser usada en conjunto con la descarga de gas variable con el tiempo, a partir del cilindro que contiene una pluralidad de gases a relaciones de concentraciones conocidas, para derivar curvas de calibración para CO, C02, y otros gases, como se describe en detalle en este documento. De esta manera, se puede evitar la necesidad de calibrar separadamente cada canal detector con densidades de columna conocidas de gases contaminantes relevantes. Un aspecto adicional de la invención, se refiere a la auto-calibración de instrumentos RES en carreteras, para compensar cambios en las concentraciones de fondo de CO y C02. De conformidad con una modalidad de la invención, para ser "auto-calibrantes", los instrumentos RES pueden ser adaptados para monitorear continuamente los cambios en las concentraciones de fondo (o ambientales) de estos contaminantes, los cuales tienen curvas de calibración dependientes de fondo, no lineales, para permanecer correctamente calibrados. En particular, el sistema y método pueden utilizar una combinación de señales de canales detectores, los cuales responden a los contaminantes en cuestión y canales detectores, los cuales proporcionan señales de referencia. Se pueden proporcionar canales detectores por ya sea una pluralidad de detectores con diferentes filtros ópticos, o un detector único que observa a través de una pluralidad de filtros ópticos. En una implementación, los filtros ópticos pueden incluir celdas de gas como en el método conocido como espectroscopia de correlación de filtro de gas. En una modalidad, un primer canal detector puede monitorear C02 a una longitud de onda IR de aproximadamente 4.3 micrones de absorción, y un canal de referencia puede monitorear una longitud de onda IR de aproximadamente 3.9 micrones, en los cuales no se espera absorción de gas. Con esta capacidad, puede ser calibrado un instrumento RES una vez en el laboratorio (como se describe anteriormente) , y después usado para obtener lecturas correctas en virtualmente cualquier ubicación en el campo sin recalibración. De conformidad con una implementación, las concentraciones de fondo de contaminantes locales en un sitio de prueba de emisiones vehiculares, se pueden determinar usando una descarga de gas a partir de un cilindro de calibración, o la inserción de una celda de gas con concentraciones de contaminantes conocidos. En este sentido, cualquier cambio de ganancia de canal individual podría haber tomado lugar, puesto que la calibración en laboratorio puede ser contada (o corregida) . Los niveles de fondo pueden ser continuamente actualizados, basados en señales de voltaje colectadas en frente del paso de vehículos de motor, cuyas emisiones son detectadas cuantitativamente. Los cambios de contaminantes de fondo como una función de tiempo, pueden ser evaluados para identificar cambios tanto lentos como rápidos, y se pueden ajustar software que aceptan lecturas de emisiones vehiculares, dependiendo de cuan estable sean medidas las concentraciones de fondo. De esta manera, se pueden evitar los costos y/o inconveniencias asociadas por tener que calibrar repetidamente instrumentos en carretera usando cilindros de gas certificados, costosos, de contaminantes de gases de escape sustitutos. Los varios objetos, características y ventajas de la invención, serán aparentes a través de la descripción detallada de las modalidades preferidas y los dibujos adjuntos a esta. También se entiende que tanto la descripción general mencionada anteriormente como la siguiente descripción detallada, son ejemplares y no restrictivas del alcance de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura ÍA es una ilustración ejemplar de un analizador de gases múltiples a base de absorción óptica (OABMGA) , en un ambiente de laboratorio, de conformidad con una modalidad de la invención. La Figura IB es una ilustración ejemplar de un analizador de gases múltiples a base de absorción óptica (OABMGA) , colocado bajo (o dentro) de un anexo en un ambiente de laboratorio, de conformidad con una modalidad de la invención. La Figura 2 representa una curva de calibración que ilustra la calibración lineal de un canal de HC . La Figura 3 ilustra una curva de calibración no lineal para CO. La Figura 4 ilustra voltajes puros obtenidos usando un método de calibración, de conformidad con una modalidad de la invención. La Figura 5 ilustra curvas de calibración para CO y C02, de conformidad con una modalidad de la invención. La Figura 6 es una ilustración ejemplar de un sistema detector de emisiones remotas (RES) , de conformidad con una modalidad de la invención. La Figura 7 ilustra una curva de calibración, de conformidad con una modalidad de la invención. La Figura 8 ilustra una gráfica de correlación, de conformidad con una modalidad de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se describirá primero, un aspecto de la invención que se refiere a obtener curvas de calibración para CO, C02 y otros gases durante la calibración en laboratorio de uno o más instrumentos RES. Entonces, se proporcionará una descripción del sistema RES ejemplar para monitorear remotamente la composición de gases de escape de vehículos de motor en una carretera o superficie de manejo en un sitio de prueba dado (o en el "campo"), bajo varias condiciones de operación, seguida por una descripción detallada de la auto-calibración de instrumentos RES en carreteras, para compensar cambios en las concentraciones de fondo de CO y C02.

I. Calibración en Laboratorio De conformidad con una modalidad de la invención ilustrada en la Figura ÍA, se proporciona un analizador de gases múltiples a base de absorción óptica (OABMGA) 100, en un ambiente de laboratorio que comprende una fuente 50, uno o más detectores o un arreglo de detector 70, y procesador 110. En varias implementaciones, como se describe en detalle abajo, se pueden proporcionar componentes adicionales . La fuente 50, puede comprender una o más fuentes de radiación electromagnética (ER) , las cuales pueden ser usadas en la medición de espectroscopia de absorción de varios gases en una trayectoria óptica (que incluye, por ejemplo, componentes de emisiones de gases de vehículos) , de una manera conocida. La fuente 50 puede comprender una fuente de radiación infrarroja (IR) . En modalidades alternativas, se pueden usar otros tipos de radiación que incluyen, por ejemplo, una fuente ultravioleta (UV) , una fuente de luz visible, u otras fuentes adecuadas como se conoce y entiende por aquellos que tienen habilidad en la técnica. En algunas modalidades, se puede usar una combinación de fuentes de radiación. El arreglo de detector 70 es preferiblemente elegido para permitir detección de radiación electromagnética emitida por la fuente 50. Por ejemplo, el arreglo de detector 70, puede comprender un fotodetector (por ejemplo, un fotodiodo) , un tubo fotomultiplicador (PMT), un espectrómetro, o cualquier otro detector de radiación adecuado. Se puede usar también un fotodetector de seleniuro de plata o telururo de cadmio y mercurio (Hg-Cd-Te) , para detectar radiación IR. Otros detectores o arreglos de detectores adecuados o combinaciones de los mismos, se pueden usar también. Por ejemplo, en algunas implementaciones, un detector único con filtros múltiples, se puede utilizar en lugar de un arreglo que emplea múltiples detectores. Los filtros múltiples pueden ser movibles, tales como filtros recambiables, para permitir a componentes múltiples de una muestra de gas (por ejemplo, componentes de escape de vehículo) , en una trayectoria óptica 40, ser detectados. En este sentido, se puede emplear un detector único para detectar una pluralidad de diferentes componentes, debido a que cada uno de los filtros movibles está diseñado para permitir solamente a la banda de longitud de onda de interés por un componente particular, pasar en el detector. De conformidad con una modalidad de la invención, el procesador 110 puede comprender un dispositivo de procesamiento adecuado, tal como, por ejemplo, un ordenador u otro microprocesador. El procesador 110 puede opcionalmente, emplear software para realizar análisis deseado de datos colectados y/o almacenados en una manera conocida (sometidos a los mejoramientos descritos en este documento) . Por ejemplo, con respecto a una muestra de gas presente en una trayectoria óptica 40, el software puede ser usado para calcular las cantidades relativas de varios constituyentes de la muestra de gas, concentraciones de varios constituyentes de la muestra de gas (por ejemplo, HC, C02, N0X, CO, etc.), y la relación de disminución (por ejemplo disipación en tiempo) de los constituyentes, entre otras cosas. El procesador 110 puede además, comprender o ser interfaz a una interfaz de usuario gráfica (GUI) para permitir a un usuario, accesar, navegar y de otro modo, utilizar las varias funciones de procesamiento de software descritas en este documento. De conformidad con una modalidad de la invención, la fuente 50 puede ser configurada para pasar un haz de radiación EM a través de una muestra de gas en una trayectoria óptica. El arreglo de detector 79, puede ser configurado para recibir el haz después de pasar a través de la muestra de gas. Uno o más filtros (no ilustrados), pueden estar asociados con un arreglo de detector 70, para permitir al arreglo de detector 70, determinar la intensidad de la radiación EM que tiene una longitud de onda particular o intervalo de longitudes de onda. Las longitudes de onda pueden ser seleccionadas para corresponder a longitudes de onda absorbidas por las especies moleculares de interés en la muestra de gas (por ejemplo, hidrocarburos (HC) , monóxido de carbono (CO) ; dióxido de carbono (C02) , y óxidos de nitrógeno (NOx) , tales como NO y N02) . Uno o más detectores de voltajes de salida, representan la intensidad de la radiación EM medida por tal detector. El arreglo de detector 70, puede ser configurado de manera tal que cada especie molecular de interés en la muestra de gas, tiene un canal detector único. Los voltajes de salida del detector, pueden entonces ser ingresados al procesador 110. El procesador 110 puede calcular la diferencia entre la intensidad conocida de fuente 50, y la intensidad detectada por los detectores, para determinar la cantidad de absorción por las especies moleculares particulares (basadas en las longitudes de onda predeterminadas, asociadas con tales especies). Basados en la(s) absorción (es) medida(s), la densidad de columna de una o más especies moleculares en la muestra de gas, se puede determinar en una manera conocida. Como se mencionó anteriormente, uno de los aspectos menos satisfactorios de la manufactura de instrumentos RES, es la necesidad de calibrar separadamente cada canal detector con densidades de columnas conocidas de gases contaminantes relevantes. De conformidad con una modalidad de la invención, se proporciona un sistema y método para superar esta desventaja, en donde al menos, un canal detector de hidrocarburo es cuidadosamente calibrado con propano (u otro gas adecuado) , y la curva de calibración lineal resultante, se usa para establecer ecuaciones de calibración por un número predeterminado de otros canales detectores vía un pulso único (o descarga) de gas, con una mezcla certificada de concentraciones conocidas. Se pueden utilizar también concentraciones alternas (por ejemplo, una o más descargas para variar los periodos de tiempo predeterminados) .

De conformidad con una modalidad de la invención, para calibración, se puede generar una curva de absorción lineal predeterminada, por al menos, un gas. Por ejemplo, en una implementación, la calibración de celda de gas para un canal detector de HC, se puede realizar insertando una celda de gas (No ilustrada) , que tiene una concentración conocida de propano (u otro gas adecuado) , en la trayectoria óptica 40. El propano puede ser usado como el HC sustituto. La calibración de celda de gas para un canal detector de HC, se puede realizar con mayor confiabilidad, como se puede asumir razonablemente que, en un establecimiento de laboratorio, la concentración ambiental de propano es cero. La calibración de la celda de gas de HC, resulta en una correlación lineal entre la absorción y la concentración de HC . La Figura 2, por ejemplo, representa una curva de calibración que ilustra, la calibración lineal de un canal detector de HC . La respuesta lineal ilustrada, proporciona la clave para identificar las densidades de columna instantáneas de CO y C02, durante una calibración de pulso de gas único (o descarga) , en un establecimiento de laboratorio, como se describe en detalle abajo. El uso de calibración de pulso de gas único, puede asistir en evitar el esfuerzo explicado previamente, para obtener las curvas de calibración no lineales para CO y C02. La Figura 3, por ejemplo, es una ilustración de una curva de calibración no lineal para CO. La curva ilustrada se ajustó con un segundo orden polinominal. En una modalidad, una vez que la correlación lineal entre la absorción y concentración de HC se ha obtenido vía calibración de celda de gas de'HC, la fuente 50, el detector 70, y la trayectoria óptica 40, se pueden aislar del aire exterior (o ambiental), en un establecimiento de laboratorio para realizar la calibración de pulso (o descarga) de gas único. Como se ilustra en la Figura IB, por ejemplo, la fuente 50 y el detector 70, pueden ser colocadas bajo (o dentro) un anexo 150. El anexo 150 puede comprender un anexo plástico u otro dispositivo o mecanismo de cubierta adecuado, para aislar la fuente 50 y el detector 70 del exterior (o aire ambiental) . En varias implementaciones, el procesador 110 puede ser localizado ya sea dentro o fuera del anexo 150. De conformidad con una modalidad de la invención, previo a la calibración de pulso único, el anexo 150 puede ser purgado con un gas a partir de la fuente de gas de purga 160, sobre un periodo de tiempo predeterminado, para purgar todo el CO, C02, HC u otros gases dentro de la trayectoria óptica 40. En una implementación el gas de purga puede comprender N2, y el anexo 150 puede ser purgado con N2 durante un periodo de tiempo durante la noche, a una velocidad de aproximadamente 1.0 l/min. Se pueden utilizar otros periodos de tiempo y relaciones de purga. En una implementación, las líneas de gas de una fuente de gas 170 (la cual puede comprender un cilindro que contiene, por ejemplo, una mezcla de gas conocida de CO, C02, HC, N2 u otros gases) , pueden también ser cuidadosamente purgadas con gas fresco que no entra en el anexo 150. En la conclusión del periodo de tiempo de "purga" predeterminado, la fuente 50 y el detector 70, pueden ser energizados, y el procesador 110 puede ser configurado para adquirir datos de voltajes puros a partir del detector 70, por una duración de adquisición predeterminada. En una modalidad, la duración de adquisición predeterminada puede comprender diez segundos. Una vez que la duración de adquisición predeterminada ha comenzado, se puede abrir la fuente de gas (o cilindro) 170 (por ejemplo, a través del uso de un solenoide u otra válvula) y una mezcla de gas conocido de CO, C02, HC y N2, u otros gases, puede pasar en la trayectoria óptica 40, dentro del anexo 150. Cualquiera de las válvulas ilustradas en la Figura IB, puede ser controlada manualmente, o en una manera automatizada, vía el procesador 110. De conformidad con una modalidad de la invención, la mezcla de gas puede ser introducida en una trayectoria óptica 40, hasta profundidades ópticas (el producto de longitud de trayectoria de tiempos de concentración, también llamado densidad de columna) , comparables con aquellos vistas en una carretera u otra superficie de prueba en un estudio real (de emisiones vehiculares) . Esto se puede hacer, de manera tal que los datos en carreteras pueden ser interpolados dentro de la calibración en laboratorio, en lugar de extrapolados fuera de los límites de la calibración. La Figura 4 es una ilustración ejemplar de voltajes puros obtenidos a partir de un canal detector de referencia, además de los canales detectores de CO, HC y C02, sobre una duración de adquisición de diez segundos. En esta modalidad, las salidas de voltaje fueron muestreadas cada diez milisegundos por el periodo de tiempo de diez segundos. Se pueden utilizar otras relaciones de muestreo. Como se muestra, la mezcla de gas parece haber sido introducida en una descarga única en la trayectoria óptica 40 a partir de aproximadamente 1.7 segundos a 5 segundos, durante el periodo de tiempo de diez segundos totales. Una vez que se han colectado los datos, el procesador 110 puede procesar los datos para producir una gráfica de concentración de absorbancia contra el gas en la siguiente manera. En una implementación, todos los voltajes puros pueden ser proporcionados en el voltaje de referencia para negar cualquier efecto de ruido eléctrico o fluctuación de fuente usando la siguiente ecuación: Rn = -^ña _ (1) Referencia en donde Rn es el voltaje de señal proporcionada de referencia; señai/ es el voltaje observado en el canal detector de interés (CO, C02, o HC) ; y Referenciaf es el voltaje en el canal de referencia. En una implementación, todos los voltajes pueden haber sustraído un voltaje "oscuro" obtenido de las lecturas cuando el haz "cero" IR de la fuente 50 es bloqueado. El aire más limpio (por ejemplo, las lecturas de voltaje al comienzo en la Figura 4 antes que inicie el pulso (o descarga) del gas) , puede ser asumido cuando la concentración del gas es igual a cero. De este modo, estos son referidos como los valores "Ro"/ o los voltajes proporcionados de referencia, cuando el aire está libre de contaminantes. La absorbancia del sistema puede ser calculada usando la siguiente ecuación: ?=ln^ (2) en donde A es absorbancia; lo es el contaminante ausente de intensidad de luz; y I es la intensidad de luz medida cuando el contaminante está presente. En una modalidad, los datos de absorbancia y los datos de concentración, pueden ser establecidos en una relación matemática para formar una ecuación de calibración. Las relaciones de concentración HC/C02 y HC/CO, pueden ser leídas a partir de la fuente de gas 170 (o cilindro) , representado en la Figura IB, usado para calibración. Estas relaciones pueden ser usadas para el cálculo de concentraciones en tiempo real de gases de CO y C02, debido a que la calibración de HC previamente realizada permite el cálculo directo de los niveles instantáneos de HC durante el pulso (o descarga) . La calibración de HC es la línea cuya pendiente es usada para calcular la concentración de HC instantánea, y de este modo, los valores de concentración de CO y concentración de C02 con la ayuda de relaciones del cilindro de gas (o fuente de gas 170) . De los datos previos, las curvas de calibración para C02 y CO, se pueden obtener directamente - calibradas usando los valores de concentración conocidos, a partir del cilindro de gas (o fuente de gas 170) . La Figura 5 es una ilustración ejemplar de las curvas de calibración generadas para C02 y CO.

De conformidad con una modalidad de la invención, con esta representación gráfica de los datos (por ejemplo, Figura 5), se puede aplicar una línea de mejor ajuste a los datos, para relacionar matemáticamente, los dos ejes y generar una ecuación de calibración para CO y una ecuación de calibración para C02. Este ajuste se puede llevar a cabo en al menos dos formas; la primera es un ajuste polinominal de segundo orden (ecuación cuadrática) , y el otro es una curva de crecimiento exponencial (en la forma de y = a + eb+cx) . Otras ecuaciones de ajuste de curvas aritméticas pueden ser usadas como se conoce y entiende por aquellos que tienen habilidad en la técnica. Cuando se completa la calibración en laboratorio, se puede actualizar software de instrumentos específicos con la ecuación de calibración de laboratorio apropiada para CO y la ecuación de calibración de laboratorio apropiada para C02, y mover en una medición de campo. El sistema y método mencionados anteriormente, se basan en una calibración de pulso (o descarga) única, son menos costosos de trabajar que la calibración realizada en un gas a un tiempo. Aunque la descripción mencionada anteriormente se dirige principalmente a obtener curvas de calibración para CO y C02, se debe reconocer que el sistema y método descrito, pueden ser usados para obtener curvas de calibración de otros gases de interés en la misma manera, de este modo, evitando la necesidad de calibrar separadamente, cada canal detector con densidades de columna conocidas (profundidades ópticas) de gases contaminantes relevantes. Como tal, la descripción mencionada anteriormente no debe ser revisada como limitante.

II. Sistema Detector de Emisiones Remotas Ejemplares (RES). Antes de establecer una descripción de la auto-calibración de instrumentos RES en carretera, para compensar cambios en las concentraciones de fondo de CO y C02, se proporciona una descripción de un sistema RES ejemplar, con referencia a la Figura 6. Los métodos de calibración descritos en este documento, pueden ser usados con estas u otras configuraciones del sistema. Modalidades de la invención pueden incluir algunos o todos los componentes del sistema RES, como se describe abajo, u otros componentes. De conformidad con una implementación, el sistema RES mide emisiones en una pluma de escape 30 (de un vehículo de motor 10) en una trayectoria óptica (o medición) 40 en una carretera 20. La carretera 20 puede comprender una carretera única o de carriles múltiples, o cualquier otra carretera o superficie de manejo adecuada para el paso seguro del vehículo 10 bajo varias condiciones de operación. Alternativamente, la carretera 20 puede comprender un carril de prueba designado para pruebas de emisiones vehiculares, en donde el vehículo 10 puede ser probado bajo una variedad de condiciones de operación. Como se mencionó previamente, la fuente 50 puede comprender una o más fuentes de radiación electromagnética (ER) y un arreglo de detector 70 se elige preferiblemente, para permitir la detección de radiación electromagnética emitida por la fuente 50. De conformidad con una modalidad, el sistema RES puede comprender ópticas de transferencia 60, montados en una manera para permitir la radiación de la fuente 50 a ser reflejada en el arreglo de detector 70 para análisis. Las ópticas de transferencia 60, pueden comprender un espejo, espejo plano, espejo de transferencia lateral (LTM) , espejo de transferencia vertical (VIM) , retroflector, u otro dispositivo. En una modalidad, las ópticas de transferencia 60 pueden comprender un espejo de transferencia lateral para reflejar radiación de la fuente 50 a lo largo de una trayectoria desplazada lateralmente o verticalmente, dependiendo de la orientación, a partir de la dirección incidente. Se pueden usar otras configuraciones . El procesador 110, como se describe en detalle anteriormente, puede emplear software para realizar análisis deseado de datos colectados y/o almacenados, y llevar a cabo uno o más de los cálculos descritos en los métodos de calibración de laboratorio y métodos de auto-calibración expuestos en este documento. Con respecto a una muestra de gases de escape presentes en la trayectoria óptica 40, se puede usar software para calcular las cantidades relativas de varios constituyentes de gases de escape, concentraciones de varios constituyentes de gases de escape (por ejemplo, HC, C02, N0X, CO, etc.), la relación de disminución (por ejemplo, disipación en tiempo) de los constituyentes de escape, y la opacidad de la pluma de escape. De conformidad con una modalidad de la invención, el procesador 110 puede calcular las cantidades relativas de varios constituyentes de gases de escape en la pluma de escape 30 del vehículo 10 (conforme el vehículo 10 pasa (o a traviesa) el sistema RES) , computando la relación de la absorción para un constituyente de gas de escape particular a las absorciones de C02, en una manera conocida. Esto elimina la necesidad de calcular la cantidad total de plumas de escape presentes, puesto que las relaciones calculadas pueden proporcionar información suficiente para identificar vehículos los cuales no cubren el criterio de contaminación predeterminado.

El procesador 110 puede también comprender software para realizar otras funciones de análisis de datos. Por ejemplo, los datos de emisión vehicular pueden ser verificados por pérdidas de corridas. Las pérdidas de corridas pueden incluir típicamente, lecturas de emisión debido a que el sistema combustible se fuga en un vehículo (por ejemplo, tapa llenadora de depósito de combustible agujereada, línea de combustible, etc.), emisiones por soplado (por ejemplo, emisiones de gases de cárter sopladas por anillos del pistón) , emisiones debido a otros vehículos en las cercanías, u otras pérdidas sistemáticas. El procesador 110 puede también incluir software para realizar varias funciones de notificación a varios propietarios de vehículos. Por ejemplo, el propietario de un vehículo que ha sido registrado por estar de acuerdo con ciertos niveles de emisión predeterminados, puede recibir una notificación. La coordinación con autoridades locales se puede arreglar para garantizar a los propietarios de vehículos, una derogación o paso de procedimientos de certificación de emisiones locales después de recibir tal notificación. Del mismo modo, los vehículos que fallan al cubrir los niveles de emisión predeterminados, pueden recibir una notificación que requiere que el propietario remedie el incumplimiento. También son posibles otras funciones de procesamiento de datos. Por ejemplo, el procesador 110 puede controlar la liberación de gas del cilindro de gas certificado 140 para calibración en campo, como se describe en más detalle abajo. El procesador 110 puede también ser de interfaz, control, y/o colectar y reducir datos a partir de una unidad de imagen 80, una unidad de detección de velocidad y aceleración 90, y unidad de detección térmica 130. En varias modalidades, el sistema RES puede comprender una unidad de imagen 80, para capturar y/o registrar una imagen del vehículo 10 que pasa (o a traviesa) el sistema RES en una manera conocida. La unidad de imagen 80, puede ser posicionada para registrar una imagen del vehículo 10 en cualquier número predeterminado de ubicaciones. La unidad de imagen 80, puede comprender por ejemplo, una cámara de película, video cámara o cámara digital. Otros dispositivos que forman imagen también se pueden usar. Preferiblemente, la unidad de imagen 80 puede registrar una imagen de una etiqueta de identificación (por ejemplo, placa de licencia) del vehículo 10. La información de la etiqueta puede ser procesada por el procesador 110, para proporcionar información adicional acerca del vehículo. Por ejemplo, las bases de datos del Departamento de Vehículos de Motor, puede ser accesada para recuperar información de propietarios, marca, tipo de modelo, año de modelo, u otra información. En algunas modalidades, esta información adicional puede ser incorporada en el análisis de datos de detección de emisiones. Por ejemplo, la marca y año de modelo del vehículo, puede ser usado para determinar información de entrada para ciertas etapas de procesamiento, que incluyen, información tal como si el vehículo incluye un carburador o inyector de combustible, si el carro corre en combustible diesel o gasolina, etc. De conformidad con una modalidad de la invención, el sistema RES puede incluir una unidad de detección de velocidad y aceleración 90. Preferiblemente, la velocidad y/o aceleración del vehículo 10, puede ser medida conforme pasa a través del sistema RES, usando unidad de detección de velocidad y aceleración 90 en una manera conocida. En una modalidad, la unidad de detección de velocidad y aceleración 90, puede comprender un arreglo de haces láser u otros haces de luz, asociados con la sincronización de los circuitos. El láser o haz de luz, pueden ser arreglados para atravesar la trayectoria del vehículo 10 en varios puntos. Conforme el vehículo 10 pasa, causará interrupciones en los haces de luz o láser. Los tiempos en los cuales ocurre la interrupción de haz, se pueden usar para calcular la velocidad y/o aceleración del vehículo. Se pueden usar también, otros métodos para determinar la velocidad y/o aceleración del vehículo, o incorporarse en el sistema RES. Alternativamente, el láser o haces de luz, pueden ser arreglados para atravesar la trayectoria del vehículo 10 en un punto único en la trayectoria del vehículo. Por ejemplo, los sistemas radares pueden ser usados para determinar la velocidad y aceleración del vehículo. Alternativamente, pueden ser colocados transductores, elementos piezoeléctricos u otros detectores de "sobre carga", en ubicaciones en la carretera, para monitorear el paso de vehículos. Preferiblemente, los datos de velocidad y/o aceleración pueden estar ingresando en el procesador 110, para ayudar a caracterizar las condiciones de operación del vehículo (por ejemplo, aceleración o desaceleración) , o determinar cual vehículo está asociado con una medición de detección particular. Otras configuraciones y usos de datos de velocidad también son posibles . Algunas modalidades de la invención pueden incorporar una unidad de detección térmica 130. Preferiblemente, la unidad de detección térmica 130, puede comprender un sistema termométrico sin contacto. Por ejemplo, un termómetro IR puede ser usado para detectar ópticamente la temperatura de objetos remotos. También se pueden usar otros sistemas de detección de temperatura. La unidad de detección térmica 130 puede, por ejemplo, ser usada para detectar la temperatura de porciones del vehículo que pasan a través del sistema RES. Algunas modalidades pueden usar detectores directos del área de interés. Por ejemplo, un termómetro IR puede ser dirigido en la parte de abajo de un vehículo que pasa para detectar la(s) temperatura (s) de los componentes del vehículo (por ejemplo, motor, convertidor catalítico, silenciador, etc.). También se puede usar detector indirecto. Por ejemplo, un termómetro IR puede ser dirigido en la carretera para medir el calor del paso de vehículos, el cual se refleja de la superficie de la carretera. Información térmica que es detectada por la unidad de detección térmica 130, puede ser usada para indicar que un motor ha sido solo recientemente iniciado (por ejemplo, el motor esta "frío" o no ha alcanzado la temperatura normal de operación) . Tal lectura del motor frío puede ser usada, por ejemplo, para iniciar una rutina de procesamiento de datos alternativos. Ciertas modalidades de la invención, pueden reducir la oportunidad de una lectura potencialmente engañosa, pueden también detectar la temperatura de otras porciones del vehículo. Otros usos para los datos térmicos colectados también son posibles. La detección térmica de la pluma de escape de temperaturas del vehículo y/o ambientales, también se puede usar en conjunto con varios aspectos de la invención.

De conformidad con una modalidad de la invención, se puede leer una etiqueta de identificación en el vehículo 10, para identificar el vehículo y la información asociada con el vehículo, de emisión del vehículo detectado particular. Una etiqueta de identificación, definida como una placa de licencia anteriormente, puede también comprender un transpondedor localizado sobre o dentro del vehículo 10 (por ejemplo, colgada de un espejo retrovisor, colocadas en el tablero de mandos, etc.), o que está integral dentro del vehículo (por ejemplo, parte del sistema de posicionamiento global ("GPS") , localizado dentro del motor del vehículo, o colocado o montado en otra parte) . El transpondedor puede transmitir información acerca del vehículo 10, que incluye marca y modelo del vehículo 10, características del motor, tipo de combustible, propietario del vehículo 10, u otra información la cual puede ser pertinente. De conformidad con una modalidad de la invención, se puede usar un transpondedor en conjunto con otras funciones. Por ejemplo, un transpondedor puede también ser usado en conjunto con un pago de peaje, por medio del cual, un conductor puede pagar electrónicamente el peaje vía el transpondedor sin detener el vehículo. Una etiqueta de identificación también puede comprender una etiqueta o calcomanía que requiere un lector. Por medio del ejemplo, una etiqueta de identificación puede comprender una calcomanía con marcas de identificación (por ejemplo, código de barras, marcas infrarrojas, etc.), que contienen información acerca del vehículo 10. La calcomanía puede ser localizada fuera del vehículo 10, tal como en el parachoques frontal o trasero, o parte inferior del vehículo 10, o cualquier otra ubicación del vehículo 10, en donde la calcomanía puede ser adecuada mente leída. Un lector puede observar la calcomanía y con ello, obtener información acerca del vehículo 10. Una modalidad emplea un código de barras colocado en el techo del vehículo 10, el cual puede ser leído por un lector colocado por debajo del vehículo 10. Se puede usar un receptor para obtener información de una etiqueta de identificación. De conformidad con una modalidad de la invención, una antena puede recibir señales transmitidas de una etiqueta de identificación que contiene un transpondedor. Cualquier tipo de receptor convencional puede ser usado para recibir señales. De conformidad con una modalidad de la invención, un lector y/o receptor, puede ser usado en conjunto con carriles múltiples. Basados en la señal recibida o la lectura de la calcomanía, un receptor o lector puede determinar en cual carril particular está localizado un vehículo en un tiempo particular.

El procesador 110 puede recibir información acerca del vehículo 10 a partir de un lector y/o un receptor. De conformidad con una modalidad de la invención, el procesador 110 puede recibir información del vehículo. La información del vehículo y la información obtenida por las emisiones del vehículo detectadas, se puede almacenar. El procesador 110 puede correlacionar la información del vehículo recibida de una etiqueta de identificación con los resultados de la detección de emisiones del vehículo. El procesador 110 puede actualizar un registro del vehículo contando los resultados obtenidos por el procesamiento de datos de emisión del vehículo, tal como la lectura de información si un vehículo ha pasado o fallado criterios de emisiones predeterminados. De conformidad con una modalidad de la invención, el sistema RES puede además, comprender un comunicador 120. El comunicador 120 puede comunicar información tal como, por ejemplo, emisiones del vehículo medidas e información de la etiqueta de información a partir del sistema RES a varias otras ubicaciones (por ejemplo, Departamentos de Vehículos de Motor, un depósito de datos centrales, servidores, etc.), para almacenamiento, procesamiento, revisión u otro uso en una manera conocida. El comunicador 120 puede transmitir y/o recibir información vía una conexión alámbrica, tal como un cable o línea telefónica, o 3 una conexión inalámbrica, tal como por un radio, celular o trasmisor satelital, o vía cualquier otro tipo de comunicación inalámbrica adecuada. En algunas modalidades, el comunicador 120 puede comprender hardware y/o software apropiado, para permitir al procesador 110 ser accesado remotamente sobre una red (no ilustrada) vía un enlace de comunicaciones (no ilustrado) . La red puede incluir cualquiera o más de por ejemplo, la Internet, una intranet, una PAN (Red de Área Personal), una LAN (Red de Área Local), una WAN (Red de Área Amplia) , una SAN (Red de Área de Almacenamiento) , o una MAN (Red de Área Metropolitana) . El enlace de telecomunicaciones puede incluir uno o más de, por ejemplo, una línea telefónica de cobre, una conexión de Línea Suscriptora Digital (DSL), una conexión de Servicio de Datos Digitales (DDS) , una conexión de Eternet, una línea de Red Digital de Servicios Integrado (ISDN), una conexión de módem análogo, una conexión de módem de cable, o una conexión inalámbrica. En este sentido, un usuario (por ejemplo, un administrador de pruebas de emisiones u otro individuo) , en una terminal de ordenador remoto, puede administrar pruebas de emisiones, y/o analizar o procesador los datos. De este modo, el sistema RES puede, en varias modalidades, comprender sistemas ya sea manejados o no manejados.

Como se menciona anteriormente, las configuraciones alternativas del sistema RES, pueden existir incorporando algunos o todos los componentes del sistema mencionados anteriormente. Por consiguiente, el sistema RES ilustrado en la Figura 6, no debe ser visto como limitante. Como un ejemplo, en ciertas modalidades (no ilustradas) , la fuente 50 y el detector 70, pueden ser colocados en lados opuestos de la carretera 20. Varios componentes de unidad de detección de velocidad y aceleración 90 y unidad de detección térmica 100, pueden también ser posicionados en lados opuestos de la carretera 20. En otra modalidad (no ilustrada) , el sistema RES puede comprender un sistema no manejado, compacto, que puede ser usado para monitorear desatendidamente datos de emisiones vehiculares (también referido como una unidad "fortificada") . En tal modalidad, la fuente 50, el detector 70, la unidad de imagen 80, procesador 110, comunicador 120 y varios componentes de la unidad de detección de velocidad y aceleración 90 y la unidad de detección térmica 100, pueden ser alojados en conjunto en un primer lado de la carretera 20, mientras las ópticas de transferencia 60 y varios otros componentes de la unidad de detección de velocidad y aceleración 90 y unidad de detección térmica 100, pueden ser alojados en conjunto en los lados opuestos de la carretera 20. Son posibles otras configuraciones. Las emisiones y otros datos medidos, pueden ser transmitidos por el comunicador 120 como se describe en detalle anteriormente.

III. Auto-Calibración En ciertas circunstancias, cuando se monitorea remotamente la composición de gases de escape de vehículos de motor en una carretera o superficie de manejo bajo varias condiciones de operación usando un sistema RES similar a aquel descrito en la Figura 6, puede ser costoso y/o inconveniente, tener que recalibrar repetidamente, instrumentos RES en la carretera usando cilindros de gas certificados, costosos, de contaminantes de escape sustitutos . Tal recalibración puede ser requerida para instrumentos convencionales, debido a que el mismo cambio de voltaje medido (aún cuando se convierte a absorbancia) en los canales de C02 y CO, puede corresponder a una cantidad diferente de gas en diferentes tiempo del día, debido a que la gráfica de densidad de columna contra absorbancia no es lineal (por ejemplo, no se mantiene la ley de absorción de Lambert-Beer) . Como se declara en otra forma, un problema es que, en donde fallan las señales en las curvas de absorción referenciadas anteriormente, depende de las concentraciones de fondo del contaminante relevante. El C02 en particular, es razonablemente abundante en la trayectoria óptica atmosférica usada para medición, y puede variar con la velocidad del viento, dirección del viento y volumen de tráfico, entre otros factores . De conformidad con una modalidad de la invención, para ser "auto-calibrante", los instrumentos RES pueden ser adaptados para monitorear continuamente los cambios en las concentraciones de fondo (o ambientales) de estos contaminantes, los cuales tienen curvas de calibración dependientes del fondo, no lineales, para permanecer correctamente calibrados. En particular, se puede utilizar una combinación de señales de los canales detectores, los cuales responden a los contaminantes en cuestión y canales detectores los cuales proporcionan señales de referencia. Los canales detectores pueden ser proporcionados por ya sea, una pluralidad de detectores con diferentes filtros ópticos, o un detector único que observa a través de una pluralidad de filtros ópticos. En una implementación, los filtros ópticos pueden incluir celdas de gas como en el método conocido como espectroscopia de correlación de filtro de gas. En una modalidad, un primer canal detector puede monitorear C02 a una longitud de onda IR de aproximadamente 4.3 micrones de absorción, y un canal de referencia puede monitorear una longitud de onda IR de aproximadamente 3.9 micrones en la cual, no se espera absorción de gas. Con esta capacidad, un instrumento RES puede ser calibrado una vez en el laboratorio (como se describe anteriormente) , y después ser usado para obtener lecturas correctas en virtualmente cualquier ubicación en el campo sin recalibración. De conformidad con una implementación, las concentraciones de contaminantes de fondo locales en un sitio de prueba de emisiones vehiculares, pueden ser determinadas usando una descarga de gas del cilindro 140, o la inserción de celdas de gas con concentraciones de contaminantes conocidos. En este sentido, cualquier cambio de ganancia de canal individual, el cual podría haber tomado lugar puesto que la calibración en laboratorio se puede contar (o corregida) . Los niveles de fondo pueden ser continuamente actualizados, basados en señales de voltaje colectadas en frente del paso de vehículos de motor, cuyas emisiones son cuantitativamente detectadas. Los cambios de fondo de contaminantes como una función de tiempo, pueden ser evaluados para identificar cambios tanto lentos como rápidos, y el software que acepta las lecturas de emisiones vehiculares, se puede ajustar dependiendo de cuan estable son las concentraciones de fondo que están siendo medidas.

De conformidad con una modalidad de la invención, el arreglo detector 70 puede ser configurado de manera tal que cada gas (o constituyente) de la pluma de escape 30, tiene un canal detector único. Para un gas de interés, se puede configurar un filtro de paso de banda para pasar radiación que tiene una longitud de onda particular o intervalo de longitudes de onda en un detector. La longitud de onda particular o intervalo de longitudes de onda, pueden ser seleccionados para corresponder a longitudes de onda absorbidas por el gas de interés. Para un canal de filtro de paso de banda dado, para un gas, existe una curva de calibración absoluta de absorción contra densidad de columna de gas (por ejemplo, similar a aquella mostrada en la Figura 5, para tanto CO como C02) . En un establecimiento de laboratorio, el filtro puede ser calibrado de todas las formas, que no pueda estar presente gas en la carretera, en la trayectoria óptica, hasta un límite práctico de densidad de columna de gas factible. Actualmente en el campo, se puede usar una calibración de descarga de gas única, para determinar la concentración de fondo de C02, y el valor teórico "Ro". Como se menciona anteriormente, el valor de R0 puede comprender el voltaje proporcionado referenciado, cuando el aire está libre de contaminante. Aunque no se ilustra, una celda de gas con una mezcla conocida de contaminantes, puede también ser usada para esta aplicación. Aunque un valor de Ro se calcula en la calibración en laboratorio, la relación de voltaje de C02 a voltaje de referencia, puede también cambiar irrespectiva de otra si se cambian potenciómetros de ganancia en el conjunto de circuitos del instrumento, o si se hacen otros cambios al hardware. Por consiguiente, es algunas veces apropiado que el nuevo Ro sea calculado en el campo. Esta recalibración puede negar cualquiera de los cambios mencionados anteriormente (u otros cambios) de afectar adversamente, la calibración absoluta, y puede permitir libertad de las modificaciones de hardware sin la necesidad de reiniciar la calibración en laboratorio. En una implementación, para realizar esta calibración en campo única, se puede hacer una descarga de gas de medio segundo (u otra duración) , del cilindro de gas certificado 140, en la trayectoria óptica 40 (en el campo), y usando curvas de calibración absolutas, conocidas, el procesador 110 puede calcular que el R0 y C02 de fondo "C02B", está en el sitio de prueba (en el campo) . El cilindro de gas certificado 140, puede contener, por ejemplo, una mezcla conocida de CO, C02 y HC (similar a la calibración en laboratorio descrita anteriormente) . El procedimiento de cálculo, de conformidad con una modalidad, se expone posteriormente.

De conformidad con una modalidad de la invención, una presunción preliminar es que todas las densidades de columnas (en el caso de medio segundo, pueden ser por ejemplo, cincuenta lecturas, una por cada 10 ms, de periodo promedio) calculadas, son asumidas por estar en una celda de 8 cm, aunque la longitud de trayectoria actual puede ser mucho más larga. Todos los voltajes pueden ser primero normalizados a referencia, proporcionando RnS para todos los canales y lecturas, en donde RnS es (V-medido-Obscuro) / (Vref-Vrefobscuro) para cada tiempo (n) y sustancia/contaminante (s) [véase ecuación 1] . Las lecturas de Vobscuro, pueden ser medidas ya sea cuando el haz óptico es bloqueado por un vehículo, o al comienzo del día cuando es bloqueado por un operador. Después, el "aire limpio" o aire con las absorciones más pequeñas aparentes en la descarga, puede ser localizado en tiempo. Este tiempo puede comprender el tiempo del voltaje de C02 más alto de las cincuenta lecturas (última absorción) . Estas relaciones "más pequeñas", pueden ser llamadas RHcienta/ Rcoienta/ y Rco2ienta. El tiempo de estas puede ser definido como Tmn. El voltaje de HC más bajo de las cincuenta lecturas puede ser entonces identificado, el cual corresponde a la densidad de columna de HC más alta, y es l lamado RHCaita # RHCaita / j unto con RCoaita y Rco2aita / pueden establecerse en tal mismo punto de tiempo, Tmax . ?HC puede entonces ser calculado usando la siguiente ecuación : en donde ?HC es el cambio aparente en la densidad de columna de HC; Hi es la pendiente de laboratorio para la calibración de HC lineal (por ejemplo, Figura 2); y RHcienta y son como se definen anteriormente . Este cálculo puede ser realizado para cada punto a lo largo de los datos de descarga, en donde Rn ? Ro/ y en donde Rn es como se define anteriormente (Rns) • Después, usando las relaciones de CO/HC y C0/HC del cilindro de gas certificado 140, usado durante la calibración en campo, se pueden calcular las densidades de columnas "verdaderas", de CO y C02 en la trayectoria óptica 40 al tiempo de calibración en campo. Esto se puede lograr, debido a que los datos de ?HC y las relaciones del cilindro, el ?CO y ?C02, se pueden calcular en cada uno de los cincuenta puntos de tiempo durante la descarga de calibración. En total, el ?C02 es igual a la densidad de columna de C02 a Tmax menos la densidad de columna de C02 en m?n • ?CO2 = CO2Max - CO2Mia (4) en donde C02Max es la densidad de columna de C02 a Tmax ; y C02M?n es la densidad de columna de C02 a Tm?n . Sabiendo que hubo C02 o "C02B" de fondo aún en lo que se asume es la densidad de columna de "aire limpio" a Tmín/ se asume que C02B es igual a la densidad de columna de C02 en Tm?n : CO2B = CO2Min (5) La descarga en campo ha dado un ?C02 conocido y una absorbancia aparente para cada uno de los 50 puntos durante la descarga de medio segundo. El procesador 110 puede entonces, determinar en cual ubicación a lo largo de la curva de calibración en laboratorio absoluta está operando actualmente el instrumento. En el caso en donde la ecuación de calibración absoluta es cuadrática en forma, se puede usar la siguiente algebra: CO2Max - - C,abS-1 + C2abSah2 (6) CO2B = C-abs10 + C2abs1(/ (7) CO2B + ?CO2 = C1(^ -1) + C2( =- -1)2 (8) Los términos Ci y C2, son coeficientes derivados de la calibración en laboratorio. Se debe reconocer que A* ha sido reemplazada anteriormente con "abs" (que permanece para absorbancia) . Estos números de absorbancia son una función de los valores de Rn conocidos en la calibración y el desconocido, pero calculable R0. En las ecuaciones (6) -(8): abSa?ta es ( Ro/Ralta - 1 ) ; absienta es ( Ro/Rlenta - 1 ) /' y Rienta es como se define anteriormente. La derivación anterior resulta en dos ecuaciones simultáneas con dos valores desconocidos (R0 y C02B) . Se deben resolver por ambas variables. La derivación algebraica proporciona una solución cuadrática: -4ac R0=-b±? (9) 2a en donde c = -R^R^C02 (12) En las ecuaciones (10) -(12), Rienta es como se define para R?enta anteriormente. La solución numérica para R0 (la relación de C02 teórico a voltaje de referencia que podría haberse observado, tiene la densidad de columna de C02 igualada a cero) , puede ser usada para resolver para C02B en el tiempo de la calibración en cambo. La solución llega a ser: CO2B = C1(^¿^) + C2(R° "R-)2 (13) Los valores de C02B y Ro, pueden ser almacenados en una base de datos o archivo de datos (no ilustrado) , operativamente conectados al procesador 110. Se usa el R0 y se actualiza el C02B hasta que el instrumento es recalibrado, lo cual puede ocurrir por ejemplo, cuando es después establecido en otro sitio. De conformidad con una modalidad de la invención, el "aire más limpio" de C02 con referencia a la relación de voltaje, se usa para determinar un C0B específico para cada lectura de una emisión de escape de un vehículo. De este modo, el C02B puede cambiar conforme cada carro pasa. Esto permite una ecuación cuadrática u otra no lineal, ser usadas para corregir el C02 para cada vehículo que pasa. Esto permite un método empírico. Los datos de densidad de columna contra absorción, pueden ser manipulados en cualquier ecuación matemática para relacionar convenientemente las dos. Una ecuación cuadrática puede no siempre, ser un buen ajuste a los datos empíricos. Una curva de crecimiento exponencial, por ejemplo, puede cambiar para ser un mejor ajuste. La Figura 7 ilustra una curva de calibración en donde la curva de crecimiento exponencial usada como el ajuste empírico, es casi indistinguible de los datos de calibración, mientras el ajuste cuadrático de los datos, fuertemente sobre estima la densidad de columna de C02 cercana a x = 0. El escaso ajuste cuadrático puede originarse parcialmente debido a que la mayoría de los 1000 puntos de datos están arriba de una densidad de columna de 0.4 atm*cm de C02. De conformidad con una modalidad de la invención, una curva de crecimiento exponencial se puede ajustar con el cambio de la absorbancia y la concentración de entrada del cilindro de gas certificado 140, e iterativamente resuelta para un C02B y un R0 en el campo, mucho más rápidamente y efectivamente que con las soluciones de forma cerradas. Como tal, el procesador 110 puede ser ingresado con las curvas calculadas en laboratorio, y puede ajustar iterativamente, los datos de calibración en campo, para resolver el C02B y R0. El tratamiento de los datos es casi similar en los métodos tanto cuadráticos como exponenciales, en que los datos del voltaje corregido a cero pueden ser proporcionados referenciados, para adquirir valores Rn. De estos valores Rn, los puntos de datos de aire "más limpio" y "más sucio", se pueden encontrar y establecer como los valores Rienta y Raita respectivos. Se puede calcular entonces, el log natural (Rienta/Rn) como el valor de absorbancia para ser usado en la calibración. Se pueden usar los datos de HC, y calcular nuevamente contra la línea de laboratorio. Se pude calcular el ?HC en cada punto, dando así, la cantidad de HC agregada durante la descarga de calibración. Usando las relaciones del cilindro de HC/C02 y HC/CO, también se pueden calcular los ?C02 y ?CO.

En la primera iteración a ser probada, se puede asumir que Rienta = Ro para el instrumento. Usando la curva de crecimiento exponencial del laboratorio y los Ra?ta y Rienta conocidos (se asumen temporalmente por ser Ro) , la primera aproximación de ?C02 puede ser calculada usando la ecuación: b+c(In^==) [CO2] = a+e ** (14) en donde [C02] es la densidad de columna de C02.

Puesto que se asume que C02B es cero, CO2a?ta-?CO2-CO2B<0. Si tal respuesta que sale, como se espera, es negativa, la iteración se continúa, y se puede iniciar una nueva iteración en el punto C02B = C02BpreVio + 0 . 0064 atm*cm.

Usando este nuevo C02B, se resuelve la ecuación de calibración inversa: , ln([CO2]-a)-b ^ R0 c Se determina así, un nuevo Ro. Usando estos Ro, Rienta y Raita se puede calcular el ?C02. Nuevamente, si C02a?ta _ C02B - C02agregado < 0, se continua la iteración, y un nuevo comienzo de 0.0064 atm*cm se agrega al C02B inicial. Esta iteración se puede continuar hasta que C02a?ta _ C02B - C02agregac.o > . En este punto, la iteración se puede detener y el R0 usado para tal iteración es registrado en un archivo de calibración por ordenador, conforme se acepta el valor para Ro . Una vez que se calcula el Ro apropiado, una presentación de pantalla exhibida puede ilustrar la curva completa de [C02] calculado contra [C02]de entrada- Puesto que los instrumentos calculan la densidad de columna de C02 basados en el Ro calculado, el lado "calculado", representa el análisis del instrumento del que está en el cilindro. El eje de "entrada", se puede obtener usando el HC y las relaciones del cilindro conocidas, para determinar cuando C02 se coloca actualmente en el instrumento. Por lo tanto, las gráficas (tanto para C02 como CO) , deben ser lineales con una pendiente de uno. La Figura 8 es una ilustración ejemplar de una gráfica de correlación que puede aparecer en pantalla durante una calibración exitosa de descarga de gas en carretera. Si tal gráfica no aparece lineal, con una pendiente de uno, un operador puede ser alertado de que existe un problema a ser ajustado. El operador puede, por consiguiente, ajustar y recalibrar el instrumento antes de que se tomen las mediciones. Una vez que esta calibración en campo es aceptada y se toman los datos, para cada lectura de vehículo, se calcula un nuevo C02B a partir de la relación de C02 al voltaje de referencia. En este sentido, el procesador 110 puede usar apropiadamente los datos de absorción para derivar el ?C02 para la pluma de escape vista. Se puede usar un proceso similar para CO. Otras modalidades, usos y ventajas de la invención, serán aparentes para aquellos expertos en la técnica, a partir de la consideración de la especificación y práctica de la invención descrita en este documento. La especificación debe ser considerada solamente ejemplar, y el alcance de la invención está por consiguiente, propuesto para ser limitado solamente por las siguientes reivindicaciones.

Claims (24)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiéndose descrito la presente se considera como novedad, y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes. REIVINDICACIONES

1. Un método de calibración de un analizador de gases múltiples a base de absorción óptica (OABMGA) , caracterizado porque comprende: inyectar, en una trayectoria óptica entre una fuente de radiación electromagnética y un detector, una descarga de gas de tiempo variable de un cilindro, en donde el cilindro comprende una mezcla de gases a relaciones de concentraciones conocidas, y en donde la mezcla de gases incluye un primer gas y otros gases; determinar una concentración del primer gas en la descarga de gas en la trayectoria óptica a base de una curva de calibración predeterminada para el primer gas; determinar una concentración de uno o más de otros gases en la trayectoria óptica en base a la concentración determinada del primer gas en la trayectoria óptica y las relaciones de concentraciones conocidas para la mezcla de gases; y generar curvas de calibración para uno o más de otros gases en base a las concentraciones determinadas de uno o más de otros gases.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer gas comprende propano, el cual se usa como un hidrocarburo sustituto.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la curva de calibración predeterminada para el primer gas se obtiene insertando en una trayectoria óptica, una celda de gas que tiene una concentración conocida del primer gas.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los otros gases en la mezcla de gases incluyen al menos CO y C02.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de radiación electromagnética, detector y la trayectoria óptica entre estos, son aislados del aire ambiental vía un anexo, y en donde la descarga de gas de tiempo variable es inyectada en la trayectoria óptica dentro del anexo.

6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el anexo es primero purgado con un gas de purga por un periodo de tiempo predeterminado para purgar cualquiera de los gases presentes dentro de la trayectoria óptica antes de inyectar la descarga de gas de tiempo variable en la trayectoria óptica.

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el gas de purga comprende N2.

8. Un sistema para calibrar un analizador de gases múltiples a base de absorción óptica (OABMGA) , caracterizado porque comprende: una trayectoria óptica que se extiende entre una fuente de radiación electromagnética y un detector; un cilindro que inyecta una descarga de gas de tiempo variable en la trayectoria óptica, en donde el cilindro comprende una mezcla de gases a relaciones de concentraciones conocidas, y en donde la mezcla de gases incluye un primer gas y otros gases; y un procesador que es configurado para: determinar una concentración del primer gas en la descarga de gas en la trayectoria óptica a base de una curva de calibración predeterminada para el primer gas; determinar una concentración de uno o más de otros gases en la trayectoria óptica en base a la concentración determinada del primer gas en la trayectoria óptica y las relaciones de concentraciones conocidas para la mezcla de gases; y generar curvas de calibración para uno o más de otros gases en base a las concentraciones determinadas de uno o más de otros gases.

9. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el primer gas comprende propano, el cual se usa como un hidrocarburo sustituto.

10. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la curva de calibración predeterminada para el primer gas se obtiene insertando en la trayectoria óptica, una celda de gas que tiene una concentración conocida del primer gas.

11. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque los otros gases en la mezcla de gases incluyen al menos CO y C02.

12. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la fuente de radiación electromagnética, detector y la trayectoria óptica entre eso, se aislan de aire ambiental vía un anexo, y en donde la descarga de gas de tiempo variable se inyecta en la trayectoria óptica dentro del anexo.

13. El sistema de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el anexo es primero purgado con un gas de purga por un periodo de tiempo predeterminado para purgar cualquiera de los gases presentes dentro de la trayectoria óptica antes de inyectar ' la descarga de gas de tiempo variable en la trayectoria óptica .

14. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el gas de purga comprende N2.

15. Un método para calibrar un analizador de gases múltiples a base de absorción óptica (OABMGA) , caracterizado porque comprende: inyectar, en una trayectoria óptica entre una fuente de radiación electromagnético y un detector, una descarga de gas de un cilindro, en donde el cilindro comprende un primer gas y un segundo gas a una relación de concentración predeterminada, y en donde el detector genera una primera señal que corresponde al primer gas y una segunda señal que corresponde al segundo gas; determinar, en base a la señal, un cambio en una densidad de columna del primer gas en la trayectoria óptica entre un primer punto de tiempo y un segundo punto de tiempo; determinar, en base a la relación de concentración predeterminada y el cambio en la densidad de columna del primer gas en la trayectoria óptica entre el primer punto de tiempo y el segundo punto de tiempo, un cambio en una densidad de columna del segundo gas entre el primer punto de tiempo y el segundo punto de tiempo; determinar, a base de una segunda señal y el cambio en la densidad de columna del segundo gas en la trayectoria óptica entre el primer punto de tiempo y el segundo punto de tiempo, un valor de calibración que corresponde al segundo gas; e implementar el valor de calibración para determinar la densidad de columna del segundo gas en la trayectoria óptica basada en la segunda señal.

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el valor de calibración comprende un nivel de señal en el cual, la segunda señal se genera cuando sustancialmente nada del segundo gas está presente en la trayectoria óptica.

17. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque determinar el cambio en la densidad de columna del primer gas en la trayectoria óptica entre el primer punto de tiempo y el segundo punto de tiempo, comprende determinar el cambio en la densidad de columna del primer gas en la trayectoria óptica entre el primer punto de tiempo y el segundo punto de tiempo en base a la primera señal y un valor de pendiente constante de una curva de calibración predeterminada para el primer gas.

18. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque determinar el valor de calibración que corresponde al segundo gas, comprende determinar el valor de calibración que corresponde al segundo gas en base a la segunda señal, el cambio en la densidad de columna del segundo gas presente en la trayectoria óptica entre el primer punto de tiempo y el segundo punto de tiempo, y uno o más valores coeficientes de una curva de calibración predeterminada para el segundo gas .

19. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque implementar el valor de calibración para determinar la densidad de columna del segundo gas en la trayectoria óptica, comprende implementar el valor de calibración para determinar una densidad de columna de fondo del segundo gas en la trayectoria óptica.

20. Un sistema para calibrar un analizador de gases múltiples a base de absorción óptica (OABMGA) , caracterizado porque comprende: una trayectoria óptica que se extiende entre una fuente de radiación electromagnética y un detector; un cilindro que inyecta una descarga de gas en la trayectoria óptica, en donde el cilindro comprende un primer gas y un segundo gas a una relación de concentración predeterminada, y en donde el detector genera una primera señal que corresponde al primer gas y una segunda señal que corresponde al segundo gas; y un procesador que es configurado para: determinar un cambio en una densidad de columna del primer gas en la trayectoria óptica entre un primer punto de tiempo y un segundo punto de tiempo en base a la primera señal; determinar un cambio en una densidad de columna del segundo gas entre el primer punto de tiempo y el segundo punto de tiempo en base a la relación de concentración predeterminada y el cambio en la densidad de columna del primer gas en la trayectoria óptica entre el primer punto de tiempo y el segundo punto de tiempo; determinar un valor de calibración que corresponde al segundo gas en base a la segunda señal y el cambio en la densidad de columna del segundo gas en la trayectoria óptica entre el primer punto de tiempo y el segundo punto de tiempo; e implementar el valor de calibración para determinar la densidad de columna del segundo gas en la trayectoria óptica en base a la segunda señal .

21. El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el valor de calibración comprende un nivel de señal en el cual, la segunda señal se genera cuando sustancialmente nada del segundo gas está presente en la trayectoria óptica.

22. El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el procesador se configura para determinar el cambio en la densidad de columna del primer gas en la trayectoria óptica entre el primer punto de tiempo y el segundo punto de tiempo en base a la primera señal y un valor de pendiente constante de una curva de calibración predeterminada para el primer gas.

23. El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el procesador se configura para determinar el valor de calibración que corresponde al segundo gas en base a la segunda señal, el cambio en la densidad de columna del segundo gas presente en la trayectoria óptica entre el primer punto de tiempo y el segundo punto de tiempo, y uno o más coeficientes de valores de una curva de calibración predeterminada para el segundo gas.

24. El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el procesador se configura para implementar el valor de calibración para determinar una densidad de columna de fondo del segundo gas en la trayectoria óptica.