MX2007008445A - Detector de material particulado. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un aparato que detecta la presencia de material particulado transitorio en gas dentro de un conducto (1) que comprende (i) al menos un emisor (3) de iluminacion (4) con la capacidad de ser barrido esencialmente a traves de la totalidad de la seccion transversal del conducto desde el exterior y el conducto, y (ii) al menos un detector (6) que percibe la presencia y la posicion de cualquier destello de la iluminacion de cualquier material particulado dentro de la iluminacion a medida que el haz esta siendo barrido a traves de la seccion transversal del conducto, en donde el detector es configurado de manera que sea montado en posicion externa de un conducto conforme el has esta siendo barrido a traves de la seccion transversal del conducto y fuera de la zona que proyecta el area de barrido del conducto.

Description

DETECTOR DE MATERIAL PARTICULADO Campo de la Invención Esta invención se refiere a un aparato y método para la detección de material particulado, que incluyen el monitoreo de material particulado y a sistemas de canalización .

Antecedentes de la Invención La presencia del material particulado es molesta en muchas situaciones y en el peor de los casos es una situación catastrófica o ilegal. El material particulado puede llevar impurezas hacia las ubicaciones en donde su presencia sea indeseable. Estas ubicaciones incluyen una planta industrial y el entorno que incluye el monitoreo de la calidad de aire. En las estaciones de generación de electricidad, por ejemplo, el material particulado en las entradas a las turbinas debe mantenerse en un mínimo con el fin de disminuir la acumulación de material particulado sobre las paletas o alabes de la turbina, esta acumulación tiene que ser eliminada, de manera general mediante el rociado de agua, o si no fuera realizado, conduciría a la reducción del funcionamiento o rendimiento de la turbina y finalmente a la desintegración de la paleta con resultados obvios destructivos. En cualquier caso, el tiempo de generación es REF. 183511 reducido . Las condiciones libres de material particulado en los ejemplos dados con anterioridad deben existir en la entrada de gas, a menudo de aire, hacia la zona relevante. No obstante, el material particulado no debe ser alimentado a través de la salida de una zona. Por ejemplo, los gases de escape de las estaciones de generación de energía eléctrica, el procesamiento industrial que incluye los procesos químicos de planta, no deben emitir material particulado hacia la atmósfera. Esta práctica es inaceptable en términos ambientales y las emisiones de material particulado deben ser mantenidas dentro de los límites máximos o legales aprobados. Durante la verificación de diseño y el uso de muchos sistemas de motor, la cantidad y el tipo de material particulados que son emitidos están en función de la eficiencia del motor. Esta eficiencia podría ser afectada por muchos factores que incluyen la temperatura y la presión del aire ambiental. La operación ineficiente podría ser el desperdicio de combustible que pudiera conducir a daños al motor creando una ineficiencia adicional, y podría ser dañino para el entorno o para la salud de los operadores del sistema de motor. Por lo tanto, sería útil tener la capacidad para analizar la emisión de material particulado de un motor con el fin de optimizar su rendimiento. También sería benéfico si este sistema fuera operado en tiempo real. Sería un beneficio si este sistema fuera capaz de proporcionar una retroalimentación al sistema de manejo del motor que permita que sea optimizado el rendimiento. El material particulado que entra o abandona una zona es generalmente reducido por el uso de un intervalo de sistemas de eliminación o abatimiento, que a menudo se encuentran situados en un conducto a través del cual el gas es suministrado a una zona o es removido de la misma. Estos sistemas de abatimiento incluyen por ejemplo, filtros, una combinación de filtros, precipitadores electrostáticos, supresores o captadores de humedad. Si el sistema de abatimiento hubiera sido colocado en forma incorrecta o errónea en el tiempo que se degrada el sistema de abatimiento, sería disminuida la eficiencia del sistema de abatimiento para reducir el material particulado que pasa a través del sistema de abatimiento. Es común poner en práctica el reemplazo de un sistema de abatimiento después de un periodo dado que es determinado por la experiencia del rendimiento aceptable del sistema de abatimiento. Sin embargo, también se encontró que un sistema de eliminación o abatimiento podría fallar de manera catastrófica antes que este período se hubiera agotado y podría permitir el paso inaceptable de material particulado a través del sistema de filtro. Este es un problema particular en donde, por ejemplo, el flujo de gas es muy alto o en donde el sistema de abatimiento comprenda un conjunto de filtros y un filtro en este conjunto fallara de manera prematura. En donde la falla de abatimiento o eliminación sea inaceptable, el sistema de abatimiento, o uno o más filtros con falla, tienen que ser remplazados antes de que la vida útil del sistema sea alcanzada. Esta carencia de reemplazo podría ser asociada con: • Desventajas de costo puesto que esto reduce el uso adecuado del filtro. • Desperdicio de recursos y por lo tanto daño al medio ambiente . • Desventajas de costo puesto que los paros de planta se presentarán de manera más regular. • En algunos ejemplos, aumenta la posibilidad de una pérdida de contención de las partículas y gas que han pasado a través del sistema de abatimiento de modo que se incrementa el riesgo para los humanos o el entorno o el proceso protegido por el sistema de abatimiento. En los sistemas de eliminación o abatimiento, existe frecuentemente un límite para el tamaño mínimo de partícula que es excluido puesto que las partículas de un tamaño más pequeño no podrían provocar problema al proceso que está siendo protegido. De esta manera, las técnicas de conteo de partícula o de integración de señal podrían fallar puesto que todas las partículas son contadas incluyendo aquellas que no sean de consecuencia. En muchas aplicaciones, la situación es adicionalmente complicada puesto que las partículas que no deben ser analizadas podrían no tener un nivel continuo, estable o conocido. Su producción podría estar en función de muchos parámetros complejos y podría ser o parecer un caos. Por ejemplo, el polen podría ser de poca o ninguna significancia que pase a través de un filtro aunque la variación en el polen en una base diaria produciría un conteo de partícula o una medición total de oclusión de poco uso. El análisis de la falla total del filtro a través de medios convencionales es limitado a este daño que ya ha ocurrido. En el transcurso de la falla, las partículas que pasan a través del filtro podrían ser más grandes que las supuestas para ser excluidas y los medios convencionales no podrían ser capaces de discernir que ésta falla es inminente. Por lo tanto, existe un requerimiento de un aparato y un método para la detección de material particulado suspendida en el gas en conductos a través de una sección transversal del conducto. La detección de material particulado en una base regular también conduce a un monitoreo continuo o regular de un conducto con el objeto de detectar la presencia de material particulado transitorio por encima de su nivel aceptable normal de cero o más bajo y el aparato de la invención proporciona esta facilidad. En estos conductos, el nivel normal de material particulado es esencialmente de cero (es decir, libre de material particulado) o en un nivel muy bajo y aceptable cuando el sistema de abatimiento esté funcionando de manera eficiente. El aparato de las modalidades preferidas de la presente invención evita la suposición que una muestra pequeña de la sección transversal representa la totalidad de la misma. Un problema que es particularmente crítico es asociado en donde el sistema de eliminación o abatimiento comprenda un conjunto de filtros situados a través de un conducto de una gran área de sección transversal. Estos conductos pueden ser de 20 metros cuadrados, aunque de una manera más normal se encuentran en la región de 5m cuadrados. Estos conjuntos de filtros podrían ser encontrados por ejemplo, en las entradas de una turbina hacia las estaciones de generación de electricidad, aunque también son bien conocidos en otras áreas. Otros detectores de material particulado descritos con anterioridad generan información acerca del nivel de material particulado con respecto a la totalidad de la sección transversal de un conducto, si fuera encontrado un nivel inaceptable de material particulado, entonces, el sistema completo de abatimiento tiene que ser sustituido. Este reemplazo total es costoso y probablemente sea innecesario en el caso de un conjunto de filtros debido a que sólo un filtro en el conjunto podría estar dañado. Por lo tanto, existe la necesidad de un detector de material particulado que no sólo detectará el nivel inaceptable de material particulado dentro de un conducto, sino también determinará en donde está fallando el sistema de abatimiento, por ejemplo, cual filtro en el conjunto de filtros esta dañado y por lo tanto, está originando un nivel inaceptable de material particulado. No obstante, los problemas de material particulado han sido encontrados con la implementación de detectores de material particulado para estos entornos debido a las dificultades encontradas cuando el equipo necesita ser mantenido u operado en el conducto.

Sumario de la Invención De acuerdo con la presente invención, se proporciona un aparato que detecta la presencia de material particulado transitorio en un gas dentro de un conducto, el aparato comprende : (i) al menos un emisor de iluminación con la capacidad de ser barrido a través esencialmente de la totalidad de la sección transversal del conducto desde el exterior y el conducto, y (ii) al menos un detector que percibe la presencia y la posición de cualquier destello de la iluminación de cualquier material particulado dentro de la iluminación a medida que el haz está siendo barrido a través de la sección transversal del conducto, en donde el detector es configurado de manera que sea montado en posición externa de un conducto y fuera de la zona que proyecta el área de barrido del conducto. Normalmente, esto significará que el ángulo de observación se encuentra sustancialmente desplazado de la dirección perpendicular al plano de la sección transversal de barrido del conducto. De esta manera, para los conductos en los cuales la cámara no puede ser situada en la zona que proyecta el área de barrido, se proporciona una solución. En algunos conductos, el cambio del ángulo del conducto puede permitir que la cámara sea ubicada en la zona que proyecta el área de barrido, aunque en muchas aplicaciones esta no es una condición práctica. El término "esencialmente la totalidad" con respecto de la sección transversal del conducto significa que una parte suficiente de la sección transversal del conducto es iluminada, de modo que es obtenido el muestreo de las porciones seleccionadas de la sección transversal de la tubería y no se requiere la suposición de una homogeneidad aproximada de la concentración de material particulado y por lo tanto, la invención proporciona una detección exacta y actual de la presencia de material particulado a través de la totalidad de la sección transversal del conducto. El término "esencialmente la totalidad" se prefiere que requiera que la totalidad de la sección transversal del conducto sea iluminada aunque podrían tolerarse unos cuantos vacíos. El intervalo del ángulo de la iluminación debe exceder el 50%, de preferencia, el 80%, de la manera más preferible, el 90% de la sección transversal del conducto. De esta manera, el ángulo de observación se encuentra sustancialmente desplazado de la dirección de flujo del gas, en uso. Por lo tanto, el aparato y método de la invención son útiles no sólo para detectar la presencia de material particulado transitorio en el gas en la entrada o en la salida de un proceso industrial, de manera adecuada después que el gas ha pasado a través de un sistema de eliminación o abatimiento, y en particular, corriente arriba en una entrada o corriente abajo en una salida de este proceso, por ejemplo, antes o después, de manera respectiva, por ejemplo de una turbina, sino que también para determinar en donde se sitúa una falla en el sistema de abatimiento que permite que pase el material particulado. El término "material particulado" en esta especificación significa uno o más centros de dispersión como material animal, vegetal o mineral en forma de partícula. En particular, el término incluye un material particulado mínimo que es encontrado en la atmósfera y generado dentro de los procesos y motores industriales. El término "gas" en esta especificación significa cualquier material gaseoso, en particular, aire que no reacciona de manera significativamente química con el material utilizado en el sistema de abatimiento. El aparato y método de la presente invención dependen de la detección del destello del material particulado de iluminación a la cual son sometidos. El término "destello" significa el parpadeo o el resplandor de la iluminación de un material particulado. El destello podría ser en cualquier dirección puesto que la iluminación es reflejada a partir del material particulado; al menos alguna cantidad del destello estará en la dirección del detector. En una zona de flujo de gas, el aparato de la invención y su método permite la determinación más exacta del material particulado suspendido en el flujo de gas sustancialmente a través de la totalidad de la sección transversal del conducto. Si el gas que se encuentra cerca a la salida del filtro fuera esencialmente laminar, se prefiere que el aparato de la invención sea ubicado en la zona del flujo laminar. En el aparato y método de la presente invención, la sincronización del detector con el haz emitido permite en esencia que sólo sea detectado el destello a lo largo de este haz. Esto tiene la ventaja que sea detectada la posición del destello en el haz y por lo tanto, la falla de una región particular del sistema de abatimiento, por ejemplo, un filtro en una serie de filtros. Además, el destello que se genera a partir del material particulado en cualquier otra área de un conducto no será detectado y por lo tanto, no producirá una detección no deseada del destello. De esta manera, es conseguida la determinación precisa de la ubicación de una falla en un filtro particular en una serie plana de filtros. Se apreciará que la iluminación es esencialmente invisible en el gas en el cual no existe material particulado presente. El aparato de la invención será ubicado dentro de un conducto de entrada o salida que dirige el gas dentro o fuera de una ubicación. El conducto podría ser cualquier espacio cerrado o semi-encerrado a través del cual podría fluir el gas, tal como por ejemplo, una tubería, una chimenea, un túnel, un eje, motores de aeronave. El conducto podría ser construido a partir de cualquier material adecuado que sea conocido en la técnica. Los ejemplos de sistemas de conducción o canalización incluyen el metal, normalmente, el acero que podría ser revestido o no revestido (por ejemplo, galvanizado) , acero inoxidable, aluminio; materiales plásticos por ejemplo, cloruro de polivinilo rígido o flexible, polipropileno, vidrio, poliestireno, polietileno de baja o de alta densidad, ABS y similares; y la canalización podría estar en una forma de concertina. La canalización podría ser transparente u opaca. La canalización podría ser de cualquier sección transversal conveniente o adecuada tal como por ejemplo, rectangular (por ejemplo cuadrada) , circular, ovalada y podría tener cualquier tamaño de sección transversal con la condición que la sección transversal pueda acomodar el emisor y el detector. El área de sección transversal del conducto es relativamente no importante y el aparato y método de la invención pueden ser utilizados con cualquier tamaño o forma del conducto, aunque la salida del emisor y la sensitividad del detector tengan que ser optimizados en parámetros de conducto. El emisor y/o el detector podrían ser ubicados dentro de la sección transversal de la canalización; sin embargo, en donde exista una muy alta producción de gas, se prefiere que el emisor y el detector sean situados en la pared de la canalización o adyacentes a una ventana (transparentes a la iluminación) en la pared de la canalización, de modo que el emisor o el detector no reduzcan la producción de gas y por lo tanto, es reducido el riesgo de cualquier parte del emisor o detector que está siendo desalojado y también el daño al conducto o al aparato . La iluminación que tiene una longitud de onda de 300nm a 1.5 µm es la preferida. El uso de longitudes de onda más cortas es benéfico puesto que la dispersión es maximizada. La eficiencia de la dispersión de una partícula se incrementa en forma inversa con la cuarta potencia de la longitud de onda de la iluminación. No obstante, la longitud de onda tiene que ser seleccionada para disminuir los efectos de la absorción. En entornos en donde un vapor o gotitas significantes de agua estén presentes, esto podría impedir el uso de iluminación IR y UV. Además de la eficiencia de la dispersión, la iluminación debe ser detectada y los detectores deben tener una sensitividad de longitud de onda. Cuando se utilicen detectores de estado sólido, es común que los detectores sean más eficientes hacia el extremo de color rojo del espectro. Cuando se utilicen detectores en base de fósforos y la multiplicación de electrones de los detectores es común que los detectores sean más eficientes hacia al extremo de color azul del espectro. La iluminación infrarroja tiende a ser considerada como más segura para el ojo que los láseres visibles/UV puesto que esta iluminación es atenuada en gran medida antes de la retina y el ojo es ineficiente en el enfoque de la iluminación IR en la retina. La iluminación infrarroja tiene un límite de seguridad en el que el usuario no puede observar con facilidad el haz y podría ignorar su posición o su estado de energización. Cuando se utilizan detectores a base de un material semiconductor sería benéfico si el detector fuera enfriado para reducir el ruido térmico. El detector, aún enfriado, podría experimentar un aumento de los efectos térmicos si fuera formada una muestra caliente puesto que los objetos calientes proporcionan una radiación IR. Sería benéfico si la cámara tuviera un filtro que pudiera bloquear toda la iluminación IR por encima de la longitud de onda que está utilizando el láser. Sería benéfico si la cámara tuviera un filtro que sólo pudiera permitir la iluminación del intervalo de longitud de onda del emisor que será detectado. De esta manera, esta invención no es limitada a una longitud de onda o tipo de detector específico. Existe una pluralidad de fuentes que podrían ser utilizadas en la presente. Estas incluyen las fuentes de diodo de láser que se encuentran disponibles en muchas longitudes de onda entre 633nm y unas cuantas mieras. Además, los láseres basados en cristales de itrio (el granate de aluminio de itrio y materiales similares) podrían ser bombeados por láseres de diodo con una alta eficiencia y podrían producir haces estables de alta potencia en la región de 1000-llOOnm. El emisor podría incluir la fuente luminosa generada de manera armónica. Los láseres YAG pueden ser utilizados para producir una emisión en longitudes de onda del orden de 532 y 355nm utilizando estas tecnologías. La generación armónica es un efecto no lineal y las fuentes de impulsos normalmente proporcionan una eficiencia más grande. Además de los diodos de emisión de iluminación y los diodos súper-luminiscentes podrían ser utilizados para producir fuentes ópticas en un intervalo amplio de longitudes de onda. Las fuentes ópticas térmicas tal como las lámparas de arco podrían ser utilizadas para producir impulsos de alta intensidad de haces de luz o continuos. Para la operación estable utilizando láseres, es preferible emplear una fuente polarizada de láser. Para la operación estable que utiliza láseres y para conseguir un haz colimado de alta calidad, se prefiere entonces la utilización de láseres sólo de un modo único o un modo único transversal predominante. Un haz de láser colimado es uno que ha sido ajustado de manera que tenga una divergencia mínima. En la práctica, el arreglo de los dispositivos ópticos para un haz colimado debe ser estable y la colimación verdadera nunca podría ser conseguida. Sin embargo, se conoce en esta técnica que un haz de láser enfocado en una distancia que sea significativamente más grande que la distancia explorada proporciona un haz que en términos de esta invención podría ser considerado como colimado. El haz colimado podría ser esférico o no esférico. La forma del haz de un láser es una función de la cavidad de láser. El método de producción de láseres de diodo proporciona una cavidad que se presenta en un empalme eléctrico y por lo tanto, la cavidad no es simétrica alrededor del eje de emisión de luz y por lo tanto, el haz emitido no es simétrico, sino que tiene una elipse. Normalmente, la elipse tiene una relación entre dimensiones de 1:2 o más grande. Esta invención no se limita a los haces esféricos y elípticos u otras formas de haz podrían ser utilizadas. La alineación del eje mayor de la elipse con la dirección de flujo maximiza el tiempo que la partícula se encuentra dentro del haz. La alineación del eje mayor del haz transversal al flujo de aire maximiza la sección transversal del conducto analizado en una etapa única. Los dispositivos ópticos que cambien un haz elíptico a un haz redondo podrían ser utilizados aunque estos disminuyen la intensidad total del láser y no proporcionan una ventaja significante para la invención. Otras formas de haz de láser podrían ser definidas mediante el modo transversal natural del láser. Los láseres de modo único proporcionan una divergencia mínima y de esta manera un haz óptimo colimado. En aplicaciones en donde sea requerida una potencia significante de láser y/o en aplicaciones en donde sean utilizados láseres económicos, entonces, podrían ser empleados láseres de múltiples modos. Los haces de láser podrían ser diseñados a fin de proporcionar un perfil definido de intensidad mediante el control de los modos transversales. Un patrón de modo es conocido en la técnica como un perfil de sombrero y éste tiene la ventaja de que la intensidad de la iluminación es sustancialmente constante a través del diámetro del haz disminuyendo la variación en la medición debido a la posición de las partículas dentro del haz. La utilización de un haz colimado tiene la ventaja de la generación de una densidad de alta potencia dentro del haz. La dispersión es un fenómeno lineal y de esta manera una densidad de potencia más alta genera una dispersión más grande y una señal mejorada con respecto al ruido. La utilización de un haz colimado permite que sean utilizados dispositivos ópticos más pequeños lo cual proporciona ahorros de costo. La utilización de un haz colimado amplio tiene la ventaja que la divergencia del haz colimado es inversamente proporcional al diámetro del haz y por lo tanto, el haz de diámetro amplio se dispersa con menos rapidez con la distancia a partir del láser y es reducida la variación de iluminación a través de la imagen. El tamaño del haz debe ser optimizado para el tamaño del conducto, para conductos más grandes tienen que utilizarse diámetros más grandes de haz y por lo tanto, se prefiere la divergencia reducida. Los láseres comerciales a menudo son producidos con cavidades de láser que proporcionan un haz colimado próximo en la salida. Los diámetros comunes de los láseres comerciales estándar se encuentran en el intervalo de 0.5-5mm. Los diámetros de haz en este intervalo son adecuados para la mayoría de conductos excepto para conductos más grandes en el que podría utilizarse un expansor de haz (conocido en la técnica) para incrementar el tamaño del haz. Los láseres de diodo no proporcionan una salida colimada y podría utilizarse un lente único para definir un haz elíptico colimado. La reducción de la longitud focal del lente único disminuye el diámetro del haz colimado y de esta manera, podría ser utilizado un módulo de diodo de láser que permita numerosos diámetros de haz mediante la alteración de un lente. Los emisores que incluyen láseres podrían ser pulsados y en el modo de impulsos la energía picó puede ser incrementada de manera que la energía total emitida sea constante o incluso sería incrementada mediante la pulsación. La dispersión es un efecto lineal y la cantidad de iluminación detectada es una función de la cantidad de luz suministrada a la partícula que es opuesto a qué tanto tiempo fue excitada la partícula. El ruido térmico en una cámara es una función del tiempo de exposición. Por medio de la pulsación del láser, es posible reducir el tiempo actual de exposición de la cámara (utilizando un circuito de retroalimentación) y de esta manera, se reduce el ruido térmico sin disminuir la intensidad dispersada de una partícula y esto proporciona beneficios. Mediante el suministro de la potencia a la partícula en un tiempo corto, la partícula dispersa la iluminación sólo a través de una longitud reducida de una trayectoria de vuelo y esto incrementa la resolución de la imagen de la partícula y mejora el análisis y esto también proporciona beneficio.

El láser debe entrar una cantidad suficiente de iluminación a una partícula durante su tránsito para que se distinga del ruido térmico. El uso de un láser de impulsos permite que el láser pueda entrar una mayor cantidad de luz en un tiempo único de exposición que normalmente sería el caso cuando se utilice un láser CW de la misma potencia promedio y esto proporciona una ventaja. Los láseres podrían ser seleccionados, los cuales se modulan por sí mismos debido a sus características internas o son modulados en forma externa mediante el control del bombeo de láser o de la calidad de la cavidad (la calidad de la cavidad es un término técnico conocido por una persona experta en la técnica) . Se prefiere la utilización de un láser modulado en forma externa tal como un dispositivo de control que podría regular el láser, el obturador de la cámara y el medio de exploración del láser. Muchos láseres son definidos por medio del tiempo de vida útil de operación en horas. Por medio de la utilización de un láser modulado que es desactivado durante la exploración del haz de láser y cuando el sistema no está adquiriendo datos este reivindica que la vida útil del láser podría ser incrementada y esto proporciona una ventaja. La operación podría ser adicionalmente reducida a través de mediciones de interconexión. Por ejemplo, una imagen podría estar compuesta de muchas exposiciones en cada uno de 100 ángulos. Sin embargo, la totalidad de 100 ángulos no necesita ser medida para actualizar la imagen y un sistema de fluctuación y entrelazado podría ser utilizado, de manera que a medida que cada nuevo ángulo sea analizado este reemplace la parte previa de imagen en este ángulo y la imagen es nuevamente visualizada y analizada con estos nuevos datos y las 99 mediciones anteriores. La imagen podría ser realizada sólo de unos cuantos ángulos que cubran el intervalo de volumen de medición cuando no hubiera sido detectado polvo y el cambio en muchos ángulos sólo cuando el sistema detecte el material particulado. Esto permite un tiempo más rápido de actualización o el sistema/láser tiene un mayor tiempo muerto. La retroalimentación podría ser incluida, de modo que un conjunto específico de ángulos sea medido a menos que el material particulado sea detectado y posteriormente, el sistema incrementa el número de exploraciones dentro de este intervalo. Un emisor preferido es un láser. Se ha encontrado que los láseres producen un destello intenso del material particulado y los dispositivos de láser tienen una vida de operación comparativamente más grande. La salida adecuada de láser podría ser determinada con respecto al tamaño prospectivo del material particulado y la sensitividad requerida del aparato. La iluminación visible en el extremo más corto del espectro visible, por ejemplo, de 532nm es preferida puesto que es menos susceptible a la interferencia de humedad que por ejemplo, la iluminación en el extremo más largo del espectro visible, por ejemplo, de 780nm, aunque la iluminación en la totalidad del espectro puede ser utilizada. La coincidencia del emisor de frecuencia única con un detector específico para esta frecuencia origina una relación más grande de señal a ruido en la detección y por lo tanto una sensitividad más grande del aparato de la invención. El conducto podría ser proporcionado con un amortiguador de haz que absorba la iluminación, en particular, la iluminación de un láser, en el lado del conducto opuesto al emisor, de modo que la iluminación no sea reflejada hacia atrás desde el lado opuesto del conducto. El láser o los dispositivos ópticos que siguen el láser podrían incluir filtros para eliminar la luz no deseada. La iluminación diferente de la requerida podría ser emitida por un láser a través de la emisión espontánea o podría ser emitida como un escape de las fuentes de bomba de láser. Los filtros podrían incluir filtros ópticos. Los filtros podrían comprender filtros espaciales. Uno o más de los detectores podrían ser colocados con filtros para reducir la luz del exterior de la zona de interés. Uno o más detectores podrían ser colocados con un filtro para reducir la detección IR en frecuencias por debajo de la frecuencia del láser que pudiera provocar ruido térmico. El detector podría incluir un filtro polarizado que podría ser polarizado en paralelo u ortogonal a la fuente de iluminación. El detector podría ser enfriado para reducir el ruido térmico, por ejemplo, a través de un dispositivo de estado sólido o un dispositivo de enfriamiento Peltier. Los detectores podrían incluir una protección o cubierta para minimizar la iluminación no deseada. Las cubiertas podrían ser colocadas con desviadores para minimizar la iluminación no deseada. La profundidad del foco del detector podría ser controlada, de manera que la iluminación dispersada dentro del plano del láser explorado sea detectada de preferencia a través de la iluminación que se origina desde el exterior de este plano. Los dispositivos ópticos del detector podrían ser proporcionados para hacer que la profundidad de vista tenga un alcance limitado por medio del uso de un punto transparente o iris u otro medio. Un filtro de paso de banda también podría ser proporcionado para reducir cualquier efecto de la iluminación emitida sin emisor. El emisor debe proporcionar un haz colimado de iluminación, el haz más angosto generalmente es el mejor debido a que proporcionará una determinación más precisa de cualquier destello y una relación mejorada de señal a ruido. El emisor es situado para barrer la iluminación en forma gradual a través de la totalidad de la sección transversal del conducto; este podría ser barrido mediante el uso por ejemplo, de un lente, un espejo o de un prisma, el cual podría ser movido o girado por un motor de velocidad gradual a través del movimiento escalonado esencialmente continuo a través de un ángulo deseado de inclinación. En donde el conducto tenga un área grande de sección transversal, se prefiere incrementar el número de etapas. En este arreglo, la iluminación es dirigida sobre el prisma o espejo para que la iluminación sea barrida; sin embargo, se prefiere que el emisor de iluminación, por ejemplo un láser sea directamente unido con el motor de velocidad gradual. Mientras se prefiere la utilización de un emisor único de iluminación podría utilizarse una pluralidad de emisores, en particular, en donde la geometría de sección transversal del conducto sea irregular o que la estructura del conducto no sea regular. La exploración mecánica del haz del emisor por ejemplo, por medio de un lente o un espejo movido en forma mecánica esencialmente continua permite que el haz sea barrido en forma gradual a través del ángulo deseado de exploración. Normalmente, un espejo es controlado con un galvanómetro servo o un motor de velocidad gradual, el último es el preferido en donde sea requerida la robustez mecánica del aparato; una ventaja adicional de un motor de velocidad gradual es que la información con relación a la posición del haz emisor puede ser utilizada para enmascarar cualquier señal espuria. Las ventajas de este sistema permiten una intensidad constante a lo largo de la extensión del haz (que excluye cualquier absorción) , mantienen una alta intensidad, es decir, una pequeña dispersión del haz diferente de la divergencia perpendicular, y parámetros de exploración tales como el ángulo de barrido, la relación de barrido y la relación de inclinación pueden ser controladas con facilidad. En general, el motor de velocidad gradual estará funcionando con libertad, aunque de los parámetros del sistema, es conocida la posición del haz; sin embargo, la posición del haz podría ser retroalimentada para el análisis y el control adicional de la posición, si fuera requerido. La duración del barrido podría ser una relación de decenas de barridos por segundo a unos cuantos por minuto; los tiempos más largos de barrido permiten una detección muy sensible de las pistas de material particulado pequeña debido a que un tiempo muerto más largo en cada posición permite que sea tomado un número más grande de imágenes, de esta manera, permite un aumento en la sensitividad y la detección de partículas más pequeñas. La detección de destellos más pequeños puede ser integrada con respecto a un periodo de segundos para facilitar las mediciones del material particulado con una confiabilidad y grado de reproducción más grandes; relaciones más rápidas de barrido generalmente permiten una acción más rápida de remedio en el caso de falla catastrófica del sistema de abatimiento. Los tiempos comunes de barrido estarán en el intervalo de 1 a 20 veces por minuto, con 1 y 100 salidas del emisor por barrido aunque estos parámetros están en función de la sensitividad del emisor y el detector y del material particulado prospectivo. Un destello aparecerá como un pico detectado de intensidad de luz de una salida única de un detector; sin embargo, como es preferido existe una pluralidad de salidas de un detector en cada etapa, la salida del detector será un promedio de los picos individuales de las distintas partículas de material particulado. Este promedio parecerá que reduce la salida total producida por el destello que proviene del detector en cada etapa, de modo que el ruido en un aparato podría tender a enmascarar, de manera sustancial, el destello detectado. En consecuencia, es deseable disminuir el efecto del ruido de fondo en el promedio del destello detectado. Al menos un medio de umbral podría ser utilizado para reducir el ruido. El ruido podría ser debido a cualquier parte del sistema que incluye, aunque no es exclusivo de, el ruido térmico dentro del sistema de detección, el ruido térmico en el amplificador del detector u otro medio de lectura de salida, el ruido térmico presente debido a la formación de imagen del calor en el conducto, la luz reflejada fuera de los ítems dentro del conducto, la dispersión secundaria en donde la luz es irradiada por una partículas de polvo y posteriormente, es reflejada del conducto o un ítem dentro de este. Existe una pluralidad de formas para ajustar un umbral. La magnitud o el umbral podría ser el valor promedio de todos los píxeles dentro de un área de la exposición o dentro de un área de todas las exposiciones en este ángulo de inclinación o dentro de un área de todos los píxeles dentro de esta imagen. El uso de la definición del umbral en un área de la imagen/exposición/exploración permite áreas más brillantes de una imagen debido a la reflexión del polvo o las partes dentro del conducto. El valor del umbral podría ser definido por una función que pudiera ser una fusión lineal o no lineal aplicada en un área de una exposición/exposiciones. El umbral podría ser definido a partir de las imágenes previamente grabadas. La imagen podría ser una imagen grabada cuando no estuviera presente el polvo. La imagen podría ser la integración de un tiempo significante cuando el material particulado estuviera presente, de manera que los efectos del material particulado hayan sido promediados. Un tiempo largo de integración podría ser producido por la suma de muchas exposiciones o por el uso de un número único o más bajo de exposiciones largas. El umbral podría ser definido promediando un número definido de las imágenes anteriores de este ángulo de exploración, de manera que el umbral sea estable aunque constantemente actualizado. El umbral podría ser utilizado para determinar la presencia del material particulado mediante el uso de comparación, en donde cualquier cambio siqnificante en la imagen del valor/valores de umbral sugiere que la carga de material particulado ha cambiado. Un modo adicional de reducir el umbral es mediante la consideración de donde se encuentra el haz de láser dentro de la imagen. Un umbral espacial podría ser aplicado en donde sólo los puntos que se sitúan dentro del alcance del haz de láser son definidos como la señal y los puntos que se sitúan fuera de este régimen son considerados como el ruido. Un umbral espacial podría ser utilizado para producir un umbral de magnitud. La zona fuera del alcance del haz de láser podría ser analizada y al menos es definido un parámetro de los valores de píxel. Esto podría ser un valor pico, un valor promedio, un valor medio o algún otro valor definido en forma matemática. Todos los píxeles en la imagen podrían ser definidos como cero si éstos tuvieran un valor por debajo de este umbral los píxeles fuera del haz de láser también podrían ser definidos como cero. De esta manera, en este caso un umbral actúa por medio de un operador de lógica que define si una multiplicación es por cero o uno. El umbral podría involucrar información temporal. Por ejemplo, el análisis podría involucrar la consideración en la variación de uno o más píxeles con respecto a una serie de exposiciones tomadas en forma secuencial y en donde un píxel tenga un valor significante en la mayoría de las exposiciones, entonces se consideraría debido al ruido mientras que si el píxel tuviera un valor significante sólo en uno o en un número bajo de exposiciones se consideraría que la señal fue debida al material particulado. El análisis podría involucrar la sustracción de uno o más umbrales. El análisis podría involucrar el análisis de un número de umbrales. Por ejemplo, el análisis podría considerar un umbral histórico definido en base a la instalación del aparato y un umbral definido por las 100 exposiciones precedentes de este ángulo de exploración. De este modo, el cambio en el sistema de la instalación o la calibración podría ser analizado, así como también el cambio en el sistema de las mediciones anteriores. El análisis podría incluir una segunda magnitud o umbral en donde las exposiciones siguen la suma de las exposiciones en un ángulo de inclinación particular para reducir adicionalmente el ruido o simplificar el análisis. El detector podría ser cualquier detector adecuado que sea capaz de percibir el destello de la iluminación del material particulado. Los sistemas convenientes de detección incluyen por ejemplo, cámaras, fotostransistores y diodos pin. Una cámara adecuada debe tener una sensitividad conveniente y una resolución espacial que sea una función del número de píxeles. El detector podría ser colocado con un filtro o filtros ópticos de modo que por ejemplo, un filtro podría hacer una cámara insensible fuera de la longitud de onda angosta de la iluminación. De preferencia, un detector único o un sistema de fototransistores podrían ser proporcionados aunque no es excluida una pluralidad de sistemas de detección. La salida del sistema de detección durante el movimiento del emisor de una posición inclinada a la siguiente es desechada; este rechazo no tiene efecto significante sobre la detección. El posicionamiento relativo del emisor y el detector podría ser optimizado y está en función del tipo de detector empleado. Por ejemplo, se prefiere que el campo de la cámara de observación sea desplazado de la línea de dirección del emisor, de este modo, se permite una foto de dos dimensiones del plano iluminado que será obtenido. Sin embargo, si el detector fuera ubicado adyacente al emisor, de modo que un haz sea enviado a través del conducto, el destello detectado será reflejado de regreso (dispersión hacia atrás); no obstante, la información de posición con respecto al material particulado no podría ser determinada en dos dimensiones. Con el emisor situado fuera del conducto, el mapa descrito con anterioridad representa una imagen de dos dimensiones distorsionada u oblicua del conducto, la así llamada deformación en perspectiva. Con el fin de mapear las coordenadas del sistema actual de abatimiento en la vista en perspectiva deformada, podrían utilizarse algoritmos bien conocidos (por ejemplo: Wolberg, Digital image warping 1990, IEEE Computer Society Press, 1990; Performance Metrics for Robot Coverage Tasks, Sylvia C Wong et al, Proceedings 2002 Australasian Conference on Robotics and automation, Auckland 27-29 de Noviembre 2002, páginas 7-12) . El detector mantiene el foco sobre el haz a medida que el haz es barrido sobre la sección transversal del conducto; de este modo, el detector percibe el destello que se origina a partir de cada posición inclinada del haz colimado. Por lo tanto, a medida que el haz es barrido a través del conducto, es detectado el destello de cada posición. A partir de la información sobre el destello así detectado, un mapa de dos dimensiones de cualquier material particulado detectado a través del conducto es producido en una grabadora. Entonces, este mapa muestra cual parte del sistema de abatimiento está fallando para evitar el paso del material particulado. La determinación de los materiales particulados podría incluir la suma del área de una imagen final y podría comprender la suma del área o volumen dentro de la imagen final. La determinación podría incluir el conteo del número de picos. El análisis podría comprender la producción de una distribución de algún parámetro de los picos. El parámetro podría ser la magnitud, área o volumen. El análisis podría incluir el análisis de la forma de distribución. La determinación podría incluir valores adicionales de umbral, de manera que cuando sea provocado un cambio específico de magnitud en uno o más de los parámetros definidos haya alterado un activador debido al cambio sustancial en el sistema. El método de utilización de un láser de exploración del borde del conducto define que la densidad total de energía suministrada por el láser dentro de una exploración disminuye con el cuadrado de la distancia de la posición del láser, para un haz perfectamente colimado. Con la utilización de un haz colimado, todas las partículas tienen el mismo flujo de incidencia, aunque existe una superposición más grande de haces en los diferentes ángulos de inclinación más cerca al láser, de manera que una mayor cantidad de partículas será medida. De preferencia, la etapa de determinación incluye la etapa de normalización de la imagen o el resultado de la imagen de acuerdo con la densidad de energía suministrada al área. El método de formación de imagen de láser explorado a partir del borde del conducto provoca la distorsión en la imagen. De preferencia, la etapa de determinación incluye la remoción o reducción de la distorsión de la imagen. De preferencia, el método de la invención incluye la etapa de ajuste al menos de un objetivo de calibración para permitir el análisis de la ganancia del sistema de imágenes e incluye una segunda etapa de normalización de la normalización de la exposición de acuerdo con la ganancia del sistema. De preferencia, esta normalización se presenta para cada ángulo de exploración que es opuesto a la imagen en su totalidad. De la manera más preferible, esta normalización sucede para cada exposición que es opuesto a la suma total de todas las exposiciones. En esta invención, la ganancia del sistema de imágenes es definida como la ganancia total y toma en cuenta la fluctuación del láser, así como también la suciedad en las ventanas y las variaciones de la sensitividad del detector y cualquier otro cambio que afecte la magnitud medida de la señal . Por lo tanto, de acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un método que detecta la presencia del material particulado en el gas dentro de un conducto, el cual comprende: (i) barrer un conducto con un haz de iluminación al menos desde un emisor de iluminación esencialmente a través de la totalidad de la sección transversal del conducto, (ii) utilizar al menos un detector para percibir cualquier destello de la iluminación del material particulado dentro del haz en donde el detector sea montado en forma externa de un conducto y fuera de la zona que proyecta el área de barrido del conducto; y (iii) detectar cualquier destello de la iluminación del material particulado, por medio de lo cual, podría ser determinada la presencia en el conducto de cualquier material particulado presente. En forma adecuada, el método además comprende: (i) establecer un nivel de umbral, (ii) sumar el nivel detectado de destello del detector en cada etapa del haz, y (iii) grabar el destello detectado, y (iv) determinar la presencia, cantidad y posición en el conducto de cualquier material particulado presente. Será apreciado que el aparato y el método de la invención tienen la capacidad de utilizarse en varios entornos, por ejemplo, en conductos de dimensiones diferentes para detectar el material particulado de un tamaño variable de partícula y para el gas que tiene un intervalo de velocidades de flujo en el conducto. Los parámetros asociados con la invención tienen que ser optimizados para cada medio ambiente. En general, de acuerdo con la invención, el tiempo de exposición capaz de detectar una partícula en el material particulado tiene que ser maximizado para así mejorar la posibilidad de su detección. Un número de generalidades puede ser realizado: El tiempo de exposición tiene que ser del orden del tiempo de tránsito de partícula a través del haz emisor. El tiempo de exposición debe diferenciar la señal del ruido. La salida del detector tiene que ser ajustada para eliminar el ruido, de preferencia, ajustando el umbral. La posibilidad de detección de destello es incrementada aumentando la potencia de salida del emisor, aunque cualquier generación asociada de ruido tiene que ser minimizada . La grabadora podría ser cualquier instrumento capaz de proporcionar información sobre el material particulado que pase a través de un conducto. La grabadora podría ser, por ejemplo, cualquier unidad de observación visual que tenga una larga persistencia lo suficiente como para producir una indicación de planta-posición de los barridos inclinados sobre la sección transversal del conducto. En otro tipo de grabadora, el sistema de detección proporciona una matriz X-Y de la sección transversal del conducto, se prefiere que la matriz sea corregida a partir de su visión distorsionada en perspectiva hasta las coordenadas del conducto. Todavía en otro tipo de grabadora, un límite de aceptación para la concentración del material particulado podría ser establecido por encima del cual sería indicativo de una concentración inaceptable del material particulado, por ejemplo, la falla del sistema de eliminación o abatimiento. La falla podría ser debida por ejemplo, a un funcionamiento deficiente de uno o más elementos del sistema de abatimiento. La posición de esta falla podría ser entonces visualizada por ejemplo, en un LED o pantalla LCD en un panel de control de la planta industrial y/o podría ser acompañada por un generador de advertencia de ruido, por ejemplo, un claxon. Todavía en otra modalidad de la presente invención, la grabadora podría ser un circuito de retroalimentación que pueda activar un sistema de manejo, por ejemplo, el sistema de manejo de motor para así corregir el funcionamiento tomando en cuenta la falla. Además, de acuerdo con el uso del aparato y método de las modalidades preferidas de la presente invención, a medida que el material particulado pasa por ejemplo, a través de la luz de láser, un pequeño destello de luz es reflejado hacia atrás, es decir, el destello es percibido por el sistema de detección. Aunque la amplitud de destello será diferente para cada partícula de polvo debido a las diferencias en el tamaño de la partícula y el índice refractivo, (y también cualquier suciedad en los dispositivos ópticos) , la velocidad y duración de los destellos pueden utilizarse para determinar el flujo del material particulado y el contenido del mismo. Por lo tanto, la velocidad y duración de los destellos podrían ser registradas, y la amplitud de la luz centelleada podría ser una indicación de la intensidad del material particulado. La velocidad y duración de los destellos podrían ser entonces registradas, por ejemplo, mediante una suma para así proporcionar una indicación de la cantidad del material particulado en el conducto, además de determinar en donde el material particulado está en realidad pasando a través del sistema de abatimiento . Durante el ajuste y la utilización del aparato y la realización del método de la invención, es conveniente el suministro de una matriz de la sección transversal X-Y del conducto, de manera adecuada en una computadora, también la alimentación de las imágenes grabadas del destello a esta matriz a partir del detector habiendo considerado la posición de la iluminación durante el barrido del conducto. De esta forma, podría obtenerse un mapa del sistema de abatimiento y su efectividad para prevenir o evitar el paso del material particulado. Se prefiere que en el ajuste del aparato y la utilización del método para detectar la presencia del material particulado, que el aparato y el conducto primero sean utilizados en la ausencia conocida del material particulado de modo que una condición de línea de base pueda ser obtenida para comparar con los resultados cuando se encuentre en operación. La invención se extiende a la incorporación del aparato y uso del método en el sistema de conductos. Las características adicionales de la presente invención son señaladas en las reivindicaciones adjuntas.

Breve Descripción de las Figuras A continuación, la presente invención será descrita, sólo por medio de ejemplo, con referencia a las figuras que la acompañan, en las cuales: La Figura 1 es una vista en planta esquemática de un conducto que incorpora un aparato de detección de acuerdo con la presente invención. La Figura 2 es una vista en perspectiva de un detalle de la Figura 1. La Figura 3 es un indicador común de la posición en planta. La Figura 4 es una ilustración de la dispersión de un material particulado. La Figura 5 es una ilustración de las imágenes de la Figura 4 después de algún procesamiento de formación de imagen . La Figura 6 es una vista de un sistema de abatimiento dividido en una matriz de 10 x 10.

La Figura 7 es un mapeo de la serie de la Figura 6. Las Figuras 8 y 9 son vistas que corresponden con la Figura 7, aunque con un flujo de material particulado presente .

Descripción Detallada de la Invención La Figura 1 muestra una vista en planta de un conducto (1) colocado con un aparato de acuerdo con la presente invención. Un sistema de eliminación o abatimiento (2) comprende un banco de filtros situados en un formato de panal de abeja a través de la totalidad de la sección transversal del conducto. Un láser (3) que tiene un haz continuo de onda de 20mW, un haz elíptico colimado que tiene una relación entre dimensiones aproximadamente de 2 x 4mm, proporciona la iluminación en una longitud de onda de 660nm (rojo) , el haz (4) del cual es dirigido a través de la totalidad de la sección transversal del conducto a través del lado corriente abajo del sistema de abatimiento. El haz es barrido a través del conducto en un lugar paralelo a los filtros por un motor de velocidad gradual (5) que comprende el láser situado sobre un eje de una caja de engranajes de un motor de velocidad gradual, el motor de velocidad gradual tiene un ángulo de inclinación de 1.8° (el modo de inclinación media 0.9°), un 5% de exactitud del ángulo de inclinación, una tensión de 5V, una corriente promedio de 0.5A/fase. La caja de engranajes explora en esencia la totalidad de la sección transversal del conducto; una relación de 100:1. Este arreglo de exploración fue encontrado que es robusto, a prueba de vibración, capaz de explorar a través de un intervalo amplio de temperatura, con respecto a un intervalo de velocidades de exploración con una información de posición que puede ser repetida. De preferencia, el conducto (1) es un conducto de una turbina de generación eléctrica. Una zona que proyecta un área de barrido del conducto se extiende en dirección perpendicular a partir del área de barrido, de modo que en esta modalidad incluida en esencia la totalidad del volumen del conducto. La Figura 2 muestra el arreglo de exploración en mayor detalle. Los destellos de cualquier material particulado en el conducto son detectados por la cámara CCD de montaje C/CS (de tipo 1004XA, RF Concepts Limited, Belfast, Irlanda del Norte BT16 1QT) (6) que tiene un lente Compatar de 12mm con un campo de visión de 1:1.2, el centro de su campo de visión se encuentra aproximadamente en un ángulo de 45° a través del conducto. El ángulo de observación (10) se encuentra desplazado, de manera sustancial, de la dirección perpendicular al plano (4) del barrido del haz. Con relación a un conducto de 5 metros cuadrados, la cámara se encuentra aproximadamente a 3 metros del plano del borde superior del sistema de abatimiento. Entonces, esta es desplazada hacia el lado del conducto. Tanto el emisor como la cámara son situados fuera de la pared del conducto. La cámara es ubicada corriente abajo del láser que se encuentra por sí mismo corriente abajo del sistema de abatimiento. La dirección del detector no es perpendicular al plano del barrido del haz. En una modalidad alternativa, la cámara es situada corriente arriba del láser y se orienta corriente abajo; este arreglo podría ser preferido debido a que cualquier material particulado en el gas es menos probable que se incruste en la cámara y podría reducir las reflexiones y por lo tanto, el ruido debido a la dispersión de la luz del sistema de abatimiento. No obstante, esto disminuye la resolución espacial del aparato debido a la disminución del flujo laminar y/o la difusión de los materiales particulados. Para cada etapa del haz emisor a medida que éste barre la sección transversal del conducto, es obtenida una imagen del destello; esta imagen es única para la posición sólo del haz de iluminación. Para cada etapa, la salida de la cámara de detección es entonces alimentada a una grabadora (7) que se encuentra sincronizada con su base de tiempo en la posición del haz de iluminación del emisor con una salida de la cámara de detección, de modo que sea obtenida una figura de intensidad para el destello de cualquier material particulado a lo largo del haz. Este proceso es repetido para cada etapa a medida que el haz emisor es barrido a través del conducto . Es conveniente definir la geometría del conducto por adelantado de la utilización del aparato y método de la invención en términos de las coordenadas X-Y a través del conducto. Por lo tanto, una serie de intensidad de destello puede ser correlacionada con las coordenadas X-Y de la sección transversal del conducto para formar imágenes o mapas del material particulado en el conducto. Con esta información, puede ser monitoreado el funcionamiento de los filtros individuales en un sistema de abatimiento y también puede ser detectado cualquier deterioro en el funcionamiento de uno o de cualquier filtro. Con el fin de utilizar el presente aparato y método, es deseable primero ejecutar un ajuste del aparato para garantizar que el emisor, el detector y el sincronizador estén funcionando en conjunto. A continuación, el flujo de aire hacia el conducto puede ser comenzado sin ninguna introducción del material particulado. Normalmente, el flujo de aire será continuado durante unos cuantos minutos para permitir que el aparato asiente cualquier material particulado residual sobre el conducto y para disminuir cualquier tipo de efectos transitorios. El método de la invención fue entonces comenzado con respecto a un periodo de segundos en cada etapa; en cada etapa, fueron detectadas 100 imágenes para producir imágenes consolidadas de cada una de las 50 etapas de emisión. Una indicación común del plan-posición de una grabadora se muestra en la Figura 3 siguiendo el procesamiento descrito más adelante. La Figura 4 ilustra una dispersión del material particulado a partir de un haz de láser único con respecto a 100 exposiciones. El anterior panal es una rejilla protectora a través de un elemento de un banco de filtros. Las dos líneas difusas son áreas de adhesivo en la malla que orientan el filtro. Se entenderá que la imagen detectada podría contener un gran número de destellos tanto dentro como fuera del haz de láser. El umbral también es ajustado en forma manual para reducir los destellos que se presentan fuera del haz y que son aplicados a la totalidad de la imagen para reducir adicionalmente el ruido. Por lo tanto, cualquier destello por debajo de este nivel de umbral es desechado. La Figura 5 muestra una exposición única a partir de la cual el ruido de fondo ha sido formado un umbral. La formación de umbrales fue realizada mediante el promedio de 100 exposiciones en una posición única más inclinada para determinar el ruido que posteriormente fue sustraído de una exposición única para producir la Figura 5.

A continuación, el ruido es adicionalmente reducido y la distorsión es reducida mediante la correlación cruzada de cada píxel con un Gausiano de medio ancho de 3 píxeles. La correlación es un análisis numéricamente complejo y consumidor de tiempo, puesto que el Gausiano es simétrico alrededor del eje, la correlación podría ser realizada por convolución. La convolución en dos dimensiones por sí misma no es trivial aunque el análisis es separado y el procesamiento podría ser realizado como una secuencia de convoluciones en cada dimensión. A continuación, la imagen es analizada por el procesador 8 para el número y magnitud de centros de destello por medio del algoritmo de detección de pico. El algoritmo utiliza una máscara deslizante de una dimensión de 5 x 5 píxeles. Esta máscara es aplicada a cada píxel en la imagen y si el centro de la máscara fuera el máximo de la máscara, entonces, este píxel sería definido como el pico y la posición X-Y sería grabada. Si la posición X-Y se situara fuera del alcance del haz de láser, entonces, este centro sería ignorado como ruido. Entonces, el método permite que cada centro de dispersión sea definido y la posición X-Y y la magnitud que reduce los datos de manera significante. La Figura 6 muestra una vista de un sistema de eliminación o abatimiento cortado en una matriz de 10 x 10 como una vista en perspectiva distorsionada como es observada por un detector. Esta vista es convertida en la geometría real del sistema de material particulado utilizando el método de Wolberg descrito con anterioridad por el ajustador de imagen (9); este método también es utilizado para mapear la posición del láser en las imágenes distorsionadas. La línea que se muestra en los cuadrados 40-49 y en los cuadrados 50-59 muestra la posición de los dos haces de un láser. Un mapa normal de un conducto que tiene una sección transversal cuadrada, dividida en una serie de 10 x 10 se muestra en la Figura 7, en la cual cada cuadro es numerado del 0 al 99. La serie representa un mapa X-Y a través de un conducto corregido a partir de la vista en perspectiva distorsionada del conducto de la salida del detector. En el mapa de la Figura 7 se presenta una exploración cuando ningún material particulado fuera introducido de manera deliberada en el conducto; los dígitos en el centro de cada cuadro de la serie representan una densidad relativa de cualquier material particulado en el conducto utilizando una escala de 0 que indica que no hay ningún material particulado hasta el 9 que señala una concentración pesada de material particulado. Puede observarse que el material particulado sólo estaba presente en una baja concentración a través de parte del conducto. Este mapa es utilizado como una línea de base. La Figura 8 muestra un mapa similar al de la Figura 7 de una exploración cuando una inyección continua de material particulado fue introducida en el conducto. El material particulado no sigue un flujo angosto aunque tiene la tendencia a dispersarse a través de una gran porción de la sección transversal del conducto como se muestra mediante los dígitos en el mapa. La Figura 9 muestra un mapa similar al de la Figura 7 de una exploración en la cual el material particulado fue inyectado en una sección particular del sistema de abatimiento a través del conducto utilizando una fuente de material particulado bombeada a mano; puede observarse que una concentración pesada del material particulado fue encontrada en el cuadro 24 y en el cuadro 34. Esto muestra que el aparato y método de la invención puede detectar el material particulado en puntos específicos en la salida de un sistema de abatimiento. Los mapas en ambas de las Figuras 8 y 9 toman en cuenta la condición de la línea de base que se muestra en la Figura 7. Los mapas representados por las Figuras 7, 8 y 9 en los cuales los dígitos denotan la concentración relativa del material particulado en varios cuadros en el conducto, pueden ser reemplazados por un mapa que tenga colores y formas diferentes, en lugar de dígitos, para denotar la densidad del material particulado; por ejemplo, ningún color (blanco) puede denotar la ausencia de material particulado, la luz de color azul denota una concentración ligera de material particulado, a través de los colores verde, amarillo, anaranjado y rojo, el último denota una concentración pesada de material particulado. La atención se dirige a todos los papeles y documentos que son presentados en forma concurrente con o previos a esta especificación en conexión con esta solicitud y que se encuentran abiertos a la inspección pública con esta especificación, y los contenidos de todos los papeles y documentos son incorporados en la presente como referencia. Todas las características descritas en esta especificación (que incluyen cualquiera de las reivindicaciones, extracto y figuras que la acompañan) y/o todas las etapas de cualquier método o proceso descritos de este modo, podrían ser combinadas en cualquier mezcla, excepto las combinaciones en donde al menos algunas de estas características y/o etapas son exclusivas en forma mutua. Cada característica descrita en esta especificación (que incluye cualquiera de las reivindicaciones, extracto y figuras que la acompañan) podría ser reemplazada por características alternativas que sirven para el mismo, equivalente o similar propósito, a menos que sea señalado de manera expresa de otro modo. Por lo tanto, a menos que sea señalado de manera expresa de otro modo, cada característica descrita sólo es un ejemplo de una serie genérica de características equivalentes o similares.

La invención no es restringida a los detalles de la modalidad (es) anteriores. La invención se extiende a cualquier combinación nueva o cualquier combinación de las características descritas en esta especificación (que incluyen cualquiera de las reivindicaciones, el extracto y las figuras que la acompañan) o cualquier combinación nueva o cualquier combinación de las etapas de cualquier método o proceso descrito de este modo. Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (34)

1. Reivindicaciones Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las' siguientes reivindicaciones : 1. Un aparato es proporcionado para detectar la presencia de material particulado transitorio en un gas dentro de un conducto, caracterizado porque comprende: (i) al menos un emisor de iluminación con la capacidad de ser barrido esencialmente a través de la totalidad de la sección transversal del conducto desde el exterior y el conducto, y (ii) al menos un detector que percibe la presencia y la posición de cualquier destello de la iluminación de cualquier material particulado dentro de la iluminación a medida que el haz está siendo barrido a través de la sección transversal del conducto, en donde el detector es configurado de manera que sea montado en posición externa de un conducto conforme el haz está siendo barrido a través de la sección transversal del conducto y fuera de la zona que protege el área de barrido del conducto .
2. 2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la iluminación es un haz colimado.
3. 3. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el emisor es configurado para ser barrido en forma gradual .
4. 4. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el detector puede ser enfocado sobre la iluminación.
5. 5. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se proporciona adicionalmente una grabadora para cualquier destello detectado en la iluminación a medida que el haz es barrido a través del conducto.
6. 6. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se proporciona adicionalmente un ajustador de imagen que es configurado para regular la imagen recibida por el detector para tomar en cuenta la imagen que está siendo recibida fuera de un conducto.
7. 7. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el emisor es un láser.
8. 8. El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el láser proporciona iluminación en 660nm.
9. 9. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye un motor de velocidad gradual que hace el barrido del haz del emisor en forma progresiva a través del conducto.
10. 10. El aparato de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el emisor es unido con un eje del motor de velocidad gradual .
11. 11. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un emisor.
12. 12. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el detector es una cámara sincronizada con la longitud de onda del emisor.
13. 13. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye el medio que nivela la formación de umbrales del ruido en el aparato que podría tender a enmascarar el destello detectado.
14. 14. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la grabadora es un indicador de posición en plano para el material particulado detectado.
15. 15. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-13, caracterizado porque la grabadora es un monitor que visualiza una matriz X-Y de la sección transversal del conducto.
16. 16. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la grabadora es un claxon de advertencia.
17. 17. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-13, caracterizado porque incluye un circuito de retroalimentación que activa un sistema de manejo que podría corregir el funcionamiento a fin de tomar en cuenta la falla del sistema de abatimiento.
18. 18. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque son proporcionados medios que corrigen la vista distorsionada en perspectiva del conducto de la salida del detector.
19. 19. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye un conducto .
20. 20. El aparato de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el emisor y/o el detector son situados en el interior del conducto.
21. 21. El aparato de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque tanto el emisor como el detector son situados fuera del conducto.
22. 22. Un sistema de conductos, caracterizado porque comprende un conducto, un sistema de abatimiento que se encuentra al menos parcialmente dentro del conducto y un aparato que detecta la presencia del material particulado transitorio en el gas dentro del conducto de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
23. 23. El sistema de conductos de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el ángulo de observación del detector se encuentra desplazado de la perpendicular al plano de la sección transversal de barrido al menos en 20°, de preferencia, 30° y de manera más preferible, 40°.
24. 24. El sistema de conductos de conformidad con la reivindicación 22 ó 23, caracterizado porque el conducto comprende una entrada de turbina.
25. 25. El sistema de conductos de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la entrada de turbina es de una turbina de generación eléctrica.
26. 26. Un método es proporcionado para detectar la presencia de material particulado en gas dentro de un conducto, caracterizado porque comprende: (i) barrer un conducto con un haz de iluminación al menos desde un emisor de iluminación esencialmente a través de la totalidad de la sección transversal del conducto, (ii) utilizar al menos un detector para percibir cualquier destello de la iluminación del material particulado dentro del haz en donde el detector sea montado en forma externa de un conducto y fuera de la zona que proyecta el área de barrido del conducto, y detectar cualquier destello de la iluminación del material particulado, por medio de lo cual, podría ser determinada la presencia en el conducto de cualquier material particulado presente.
27. 27. El método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque incluye la etapa de ajustar el nivel de umbral para la detección del ruido.
28. 28. El método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque el umbral es definido, al menos en parte, en forma espacial.
29. 29. El método de conformidad con la reivindicación 26 ó 28, caracterizado porque el umbral es definido, al menos en parte, en forma temporal.
30. 30. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 26-29, caracterizado porque incluye la tapa de sumar el nivel detectado de destello del detector en cada etapa del haz cuando exista más de una salida del detector en una etapa dada.
31. 31. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 26-30, caracterizado porque el haz es barrido en una relación de 1 a 20 por minuto, entre 20 y 100 etapas de emisión por barrido.
32. 32. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 26-31, caracterizado porque el haz es barrido entre 20 y 100 etapas de emisión por barrido.
33. 33. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 26-32, caracterizado porque incluye la etapa de corrección de la visualización a partir de la vista distorsionada en perspectiva en las coordenadas X-Y de un conducto .
34. 34. Un método que detecta la presencia de material particulado en gas dentro de un conducto, caracterizado porque comprende: (i) barrer en forma gradual un conducto con un haz colimado de iluminación al menos a partir de un emisor de iluminación esencialmente sobre la totalidad de la sección transversal del conducto, (ii) enfocar al menos un detector sobre el haz colimado para detectar cualquier destello de la iluminación del material particulado dentro del haz en cada etapa del haz, (iii) detectar cualquier destello de la iluminación del material particulado, (iv) ajustar un nivel de umbral, (v) sumar el nivel detectado de destello del detector en cada etapa del haz, (vi) registrar el destello detectado, y (vii) determinar la presencia, cantidad y posición en el conducto de cualquier material particulado presente.