MXPA00009300A - Metodo para calibracion en la longitud de onda de un dispositivo filtrador de irradiacion electromagnetica - Google Patents

Abstract

El presente invento tiene por objeto un procedimiento de calibración de la longitud de onda de un dispositivo de filtración (16) de una irradiación electromagnética incluido dentro de un dispositivo (10, 32) para la medición de la transmisión espectral de un medio de propagación externo a dicho dispositivo y siendo propagada la irradiación dentro de dicho medio, presentando dicho dispositivo de filtración una transmisión espectral de acuerdo a un rango de longitudes de onda de dicha irradiación en función de un parámetro físico, caracterizado dicho procedimiento por consistir en seleccionar por lo menos una banda gaseosa de absorción que se halla siempre presente al estado natural dentro del medio de propagación y donde la longitud de onda correspondiente sea incluida dentro de dicho rango de longitudes de onda a satisfacer por el dispositivo de filtración, calibrar el dispositivo de filtración con respecto a dicha por lo menos una banda gaseosa de absorción que actúa como banda de referencia natural.

Description

MÉTODO PARA CALIBRACIÓN EN LA LONGITUD DE ONDA DE UN DISPOSITIVO FILTRADOR DE IRRADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El presente invento es relativo a un procedimiento de calibración en la longitud de onda de un dispositivo filtrador de una irradiación electromagnética que es incluido dentro de un aparato medidor de la transmisión espectral de un medio de propagación externa a dicho aparato y en el cual medio dicha irradiación es propagada. Se conocen dispositivos tales como los analizadores de gas, los dispositivos de medición del poder calórico del gas, o bien por ejemplo los sensores de gas que comprenden: B por lo menos una fuente de irradiación, • un dispositivo de filtro que presenta una transmisión espectral de acuerdo a un rango de longitudes de onda de dicha irradiación en función del valor de un parámetro fisico, " un dispositivo de detección de la irradiación emitida por la fuente, siendo separada dicha fuente de irradiación de dicho dispositivo de detección por dicho medio de propagación.

Una de las características a satisfacer por un dispositivo de filtro es la relación que existe entre el valor V del parámetro fisico aplicado a dicho dispositivo y la longitud de onda central ?max correspondiente al máximo de la transmitancia del dispositivo de filtro. La relación ?max (V) puede ser determinada, por ejemplo, por medio de un espectómetro de la transformada de Fourier, que mide la transmitancia del dispositivo de filtración para diversos valores de V del parámetro fisico aplicado a dicho dispositivo e identifica los valores correspondientes de la longitud de onda central para los cuales la transmitancia del dispositivo de filtración es máxima. La Figura 1 representa la transmisión espectral T de la longitud de onda de un dispositivo de filtración actuante sobre una pluralidad de longitudes de onda centrales obtenidas pare los valores VI, V2 del parámetro fisico. Dicha operación de calibración en función de la longitud de onda es generalmente realizada en laboratorios y la calibración depende entonces de las características internas del espectómetro A continuación, el dispositivo es instalado sobre el terreno. En el curso de la utilización del dispositivo de filtración, se ha constatado que la relación ?ma:.;(V) entre "la longitud de onda central para la cual la transmitancia del dispositivo de filtración es máxima, y el valor de control V del dispositivo de filtración, pueden cambiar Tales modificaciones se pueden explicar por ejemplo por el hecho que el dispositivo de filtración es sometido en el curso de su empleo a una temperatura diferente de aquella reinante durante su calibración. Una tal modificación puede igualmente provenir de un envejecimiento del o de los materiales que constituyen el dispositivo de filtración. Luego de haber efectuado dicha verificación, solo resta retirar el aparato de su sitio de instalación, y proceder en el laboratorio a una nueva calibración del dispositivo de filtración, como se lo ha arriba descripto, y reinstalar el aparato nuevamente en su sitio con el dispositivo de filtración recalibrado. Seria en consecuencia interesante hallar un procedimiento de calibración en función de la longitud de onda que resuelva por lo menos uno de los dos problemas siguientes: efectuar una calibración en laboratorio sin tener que recurrir a un . espectrómetro de la transformada de Fourier o bien efectuar la calibración sin tener que retirar el aparato del sitio de su instalación. El presente invento propone a este efecto un procedimiento de calibración de un dispositivo de filtración en función de la longitud de onda de una irradiación. electromagnética que está incluido dentro de un _dispositivo para la medición de la transmisión espectral de un medio de propagación externo a dicho dispositivo y siendo propagada la irradiación .dentro de dicho medio, presentando dicho dispositivo de filtración una transmisión espectral de a cuerdo a un rango de longitudes de onda de dicha irradiación en función de parámetro fisico, caracterizado dicho procedimiento por consistir en: B seleccionar por lo menos una banda gaseosa de absorción que se halla siempre presente al estado natural dentro del medio de propagación y donde la longitud de onda correspondiente sea incluida dentro de dicho rango de longitudes de onda a satisfacer por el dispositivo de filtración, • calibrar el dispositivo de filtración con respecto a dicha por lo menos una banda gaseosa de absorción que actúa como banda de referencia natural . Este procedimiento es particularmente sencillo de ser puesto en práctica pues no necesita modificar el aparato dentro del cual es incluido el dispositivo de filtración e incluye artificialmente por ejemplo una celda que contiene un gas de r e f e r_e n c i a . Preferiblemente, dicha por lo menos una banda gaseosa de absorción es de un ancho espectral inferior o igual a aquel del dispositivo de filtración _y es suficientemente intenso para no ser enmascarada por otras bandas gaseosas de absorción. Tal procedimiento puede por ello ser ventajosamente empleado para la calibración de un dispositivo de filtración, o filtro, cuando el dispositivo en el cual se halla incluido se encuentre instalado sobre el sitio de su empleo. De ' esta manera, gracias a este procedimiento no es más necesario devolver el aparato al laboratorio para proceder a su calibración pues la banda gaseosa de absorción que sirve de referencia se halla presente en forma natural en el medio de propagación. El medio de propagación puede ser por ejemplo la atmósfera y el dispositivo, un medio de captación o sensor de monóxido de carbono, que emplea la (s) banda (s) gaseosa(s) de absorción del dióxido de carbono presente (s) en la atmósfera como r e f e r en cia ( s ) natural (es) . Preferiblemente, el aparato adicionalmente compr ende : • por lo menos una fuente de irradiación electromagnética y, " un dispositivo de detección de la irradiación emitida por la fuente, estando dicha fuente y dicho dispositivo de detección separados por el medio de propagación. Es igualmente posible que un volumen de gas donde sea necesario medir la transmisión espectral se interponga entre la fuente y el dispositivo de detección y que el volumen de gas que contiene las bandas gaseosas de absorción pueda servir de referencia natural de acuerdo al procedimiento del invento .

En este caso, el volumen de gas interpuesto toma el lugar del medio de propagación de acuerdo al presente invento. Si el volumen de gas interpuesto no ocupa todo el volumen entre la fuente y el dispositivo de detección entonces es igualmente posible elegir entre las bandas gaseosas naturales del volumen del gas y las bandas gaseosas naturales presentes en el volumen restante no ocupado entre dicha fuente y dicho dispositivo tales como las que usualmente se emp lean. Este procedimiento puede igualmente ser empleado en el laboratorio para calibrar el dispositivo de filtración antes de su primer puesta en servicio sin tener que recurrir a un espectómetro de la transformada de Fourier. Más particularmente, el procedimiento de acuerdo _a 1 invento consiste sucesivamente en: * hacer variar el parámetro fisico aplicado al dispositivo de filtración para hacer coincidir el máximo de la transmisión . espectral de dicho dispositivo de filtración con la longitud de onda de la banda gaseosa de referencia, * deducir el (los) coe f i c i en t e ( s ) de la ley que rige la aceptación del dispositivo de filtración en función de la longitud de onda, siendo el modo de funcionamiento general de dicha ley preferiblemente conocida; * determinar a partir de dicha ley los otros valores del parámetro fisico correspondiente cada una a una longitud de onda sobre la cual se satisface la transmisión espectral del dispositivo de filtración cuando se lo emplea. Es posible por ejemplo seleccionar sobre dicho rango de longitudes de onda de la irradiación electromag n~é tica la banda gaseosa de absorción que presenta la mayor intensidad con respecto a las otras bandas gaseosas de absorción. Luego de la calibración del dispositivo de filtración, la identificación de dicha banda gaseosa es facilitada pues ella corresponde a la absorción máxima sobre el rango de longitudes de onda. Es igualmente ventajoso seleccionar sobre dicha gama de longitudes de onda de irradiación electromagnética dos bandas gaseosas de absorción en lugar de una sola de ellas, para garantizar una mayor confiabilidad en la calibración. Preferiblemente, la irradiación electromagnética es del tipo infrarroja.

Una de las bandas gaseosas de absorción es por ejemplo aquella del metano a 1, 666 micrones. Puede igualmente interesar seleccionar la banda gaseosa de absorción del metano a 1,791 micrones, en función del rango de la longitudes de onda consideradas y del rango de empleo o uso deseado para el dispositivo de filtración. Preferiblemente, el procedimiento consiste en aplicar un dispositivo de filtración un campo eléctrico como parámetro fisico bajo forma de una tensión eléctrica, pero es también posible actuar sobre _??n campo magnético. De acuerdo a otras características: ß el dispositivo de filtración es un i n t e r f e r óme t r o de Fabry Perot, • el in t e r f e r óme t r o de Fabry-Perot es un i n t e r f e r óme t r o corto, ™ el i n t e r f e r óme t r o de Fabry-Perot es un i n t e r f e r óme t r o micro trabajado, • el dispositivo es un analizador de gas. B el dispositivo es un aparato de medición del poder calórico del gas, B el aparato es un medio sensor del gas. Otras características y ventajas del presente invento aparecerán en el curso de la siguiente descripción dada a titulo de ejemplo no limitativo, y con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales: 0 La Figura 1 es la ya arriba descrita , 0 la Figura 2 representa esquemáticamente los diversos elementos que consisten en el medio sensor o captador del gas, 0 las Figuras 3a y 3b representan dos posiciones sucesivas de un dispositivo de filtración eléctricamente dispuestos para aceptar dos valores de tensión diferentes, 0 la Figura 4 representa esquemáticamente los diversos elementos que constituyen un medio sensor de gas en una aplicación diferente de aquella del medio de captación o medio sensor representado en la Figura 2. 0 la Figura 5 proporciona la gráfica de las bandas gaseosas, de absorción del metano, 0 las Figuras 6 y 7 proveen, respectivamente la intensidad I (en atm"1 cm} de los espectros de rotación-vibración de las moléculas de agua y del dióxido de carbono en función de la cantidad de ondas ( cm"1 ) . Un dispositivo para la determinación de la concentración de gas, tal por ejemplo como un sensor, o medio captador de monóxido de carbono, es representado en la Figura 2 .y designado por la referencia general (10) . Dicho aparato comprende una fuente (12} de emisión de una irradiación electromagnética que es preferiblemente una, irradiación situada dentro del infrarrojo.' Dicha irradiación es emitida a través de un medio de propagación. (14) exterior al dispositivo y que es por ejemplo, la atmósfera. De todas formas, una irradiación situada dentro del espectro visible, o en el ultra violeta o bien dentro del dominio de las hiper frecuencias o aun dentro del dominio de los Rayos X, puede ser igualmente conveniente. La ' fue te de irradiación infrarroja (12) es por ejemplo una fuente de banda ancha constituida por un filamento de tungsteno que emite una radiación donde las longitudes de onda son comprendidas entre 0,8 y 20 µm, El dispositivo (10) comprende un aparato de filtración (16) de irradiación que es emitida por la fuente (12) y que se propaga en el medio (14) . Dicho dispositivo podrá igualmente ser ubicado directamente delante de la fuente (12) sin que se modifique el funcionamiento del aparato.

El dispositivo de filtración (16) es por ejemplo un i n t e r f e r óme t r o de Fabry-Perot corto (el orden del i n t e r f e r óme t r o es por ejemplo de 10) . Este dispositivo de filtración puede ser realizado en silicio y fabricado por las técnicas de micro fabricación conocidas. Tal dispositivo de filtración es por ejemplo divulgado en los documentos EP O 608 049 y EPO 219 359. Como se lo representa en las Figura 3a y 3b, el dispositivo de filtración, (16) está constituido por un electrodo fijo (18) que forma un soporte, por un electrodo móvil (20) separado el uno del otro por una distancia determinada e0 correspondiente a una posición en la cual el electrodo móvil no es deformado. Dentro de. dicha posición llamada de reposo, la irradiación indicada por la flecha representada por la letra R en la Figura 3a, es filtrada para la longitud de onda ?0. que es igual a 2e0. (y para las armonías de dicha longitud de onda ) . El dispositivo de filtración (16) presenta una transmisión espectral T ( epresentada en la Figura 1) que es satisfecha ' sobre un rango de longitudes de onda de irradiación infrarroja en función del valor de un parámetro físico que es por ejemplo un campo electromagnético, es decir, que es posible hacer coincidir el máximo de la transmitancia del dispositivo de filtración con diferentes longitudes de onda incluidas dentro de la gama haciendo variar el campo electromagnético aplicado sobre dicho dispositivo de filtración. El campo electromagnético es más precisamente un campo eléctrico creado por una fuente de tensión (22) . Mientras tanto, se puede igualmente actuar sobre un campo magnético. Un imán, por ejemplo, puede ser fijado sobre el electrodo fijo, y una bobina puede ser dispuesta sobre el electrodo móvil (o a las inversa) . Una intensidad de corriente circulante por la bobina permite acercar el electrodo móvil del electrodo fijo con lo cual se desplaza la longitud de onda sobre la cual es satisfecho el dispositivo de filtración. El parámetro físico puede igualmente ser la temperatura. En este caso, los electrodos móvil y fijo pueden ser separados por una ranura o rendija realizada en un material con fuerte, coeficiente de dilatación térmica el cual, bajo efecto de una variación de temperatura, induce una variación de la distancia entre los electrodos . y en consecuencia la aceptabilidad del dispositivo de filtración sobre una longitud de onda particular. La fuente de tensión (22) es vinculada a los electrodos móvil y fijo, y, cuando una tensión es aplicada (ver Figura 3b) , el electrodo móvil se deforma y se acerca al electrodo fijo. La distancia entre _ los electrodos se reduce a ex, (ei < eo) y , la irradiación es entonces filtrada para la longitud de onda ?i, igual a 2e?. De esta forma, para distintos valores de tensión eléctrica, el dispositivo de filtración se acuerda o satisface sobre diferentes longitudes de onda. La gama de longitudes de onda se entiende por ejemplo de 4 a 5 µm . El aparato (10) comprende además un dispositivo de detección (24) de irradiación que es parcialmente absorbida dentro del medio de propagación (14) y que es filtrado por el dispositivo de filtración (16) . El dispositivo de detección (24) es un detector de banda ancha tal como por ejemplo un bolómetro, una termopila o un fotodiodo. La energía contendida dentro de la irradiación infrarroja es recibida por el detector y transformada en una señal eléctrica representativa de dicha irradiación. La señal es a continuación amplificada, convertida en señal numérica por el con ertidor (26) y luego ingresada al microprocesador (28) . Un convertidor numérico analógico (30) es empleado para satisfacer la transmisión espectral del filtro (16) sobre distintas longitudes de onda. En una primera aproximación puede considerarse la transmitancia de un filtro interferencia! como una gaussiana donde V es la tensión de mando del filtro Xr, e s ? - ?max (V) T/ (V) = Tmax(V) exp s (V) la longitud de onda del máximo de la transmisión, y su ancho de banda. Para el dispositivo de filtro o filtración a satisfacer (16) , la longitud de onda ?max del máximo de transmisión varía según la tensión de mando V según la relación: ?max ?max _ ?max +KV =0 [1] donde maxo (en µm) es la longitud de onda del máximo de la transmisión del dispositivo de filtro a V = O ( = V0 ) , y K ( en µm/V) es una constante que depende de la construcción del dispositivo de filtración . El dispositivo de filtración es diseñado para aceptar entre 5µm a 4 µm con tensiones aplicadas desde 0 a 20V, lo que corresponde a un valor de K sensiblemente igual a 0 , lOµm/V. La operación de calibración para la longitud de onda consiste en determinar inicialmente (es decir, antes de. cualquier empleo del dispositivo de filtración (16) y del medio sensor 10) , la relación ?ma? (V) que es realizada en laboratorio mediante un espectrómetro de la transformada de Fourier, al igual que la calibración en amplitud del medio sensor o captador, y las cantidades resultantes de estas operaciones son memorizadas dentro del microprocesador (28) . El dispositivo de filtración es a continuación montado dentro del medio sensor y luego es instalado en el sitio de* su. empleo. O, por ejemplo, cuando la temperatura a la cual es sometida al dispositivo de filtración bajo empleo es distinta de aquella reinante alrededor de dicho dispositivo de filtración en su momento de calibración, puede producirse un desplazamiento o deriva del dispositivo de filtración en su longitud de onda qué se traduce, por ejemplo, por un consentimiento del dispositivo de filtración para trabajar sobre las longitudes de onda iguales a 4, 9 y 3,8 µm para las tensiones respectivas de 0 y 20V en lugar de las longitudes de onda respectivas 5 y 4 µm . Si no es aportada ninguna corrección al medio sensor del gas, el mismo perderá su precisión en la determinación de la concentración del monóxido de carbono. El invento prevé utilizar por lo menos una línea de absorción de una sustancia gaseosa naturalmente presente en el volumen de gas a analizar para calibrar en frecuencia el dispositivo de filtración o filtro (16) en el mismo sitio de t r ab a j o . El procedimie to de acuerdo al invento consiste en seleccionar en el rango de longitudes de onda de 4 a 5 µ una longitud de onda particular correspondiente a una línea gaseosa de absorción que se halla siempre presente sobre dicho rango. No sería efectivamente conveniente elegir una línea de absorción como por ejemplo aquella de un gas i n t e r f e r e n t e , que podría desaparecer en el curso del tiempo o consecutivamente a variaciones de diversos parámetros, tales como la presión o t emp e r a t u r a . En el presente caso, la elección de una línea gaseosa de dióxido de carbono es par icularmente juiciosa pues la posición de las líneas gaseosas del C02 no dependen ni de la presión ni de la temperatura y dichas líneas se hallan siempre presentes en la atmósfera. Para otras aplicaciones (medios ambientes distintos, rangos de longitud de onda diferentes. ..) podrá ser, por ejemplo, interesante seleccionar una línea gaseosa de absorción del vapor de agua para', las mediciones atmosféricas o una línea gaseosa de absorción del metano. Se encuentra líneas de absorción de dicho gas a los siguientes números de longitud de onda: 1 , 893 µ (número de onda en el entorno de 5281 cm"1) ó l,855µm (-número de onda en el entorno de 5390cm_1) para el H20 (ver Figura 6) ; 4 , 280 µm (número de onda en el entorno de 2336 cm-1) 4 , 237 µm (número de onda en el entorno de 2360 cm"1) para el C02 ver Figura 7) . Preferiblemente la linea de absorción seleccionada debe ser delgada, es decir que su ancho de banda debe ser inferior o igual al ancho espectral del dispositivo de filtración dentro de su porción que forma una cresta centrada alrededor de la transmisión máxima con la finalidad que el eventual desplazamiento de la transmisión espectral de dicho dispositivo pueda ser relevada. Preferentemente, dicha línea de absorción debe ser por otra parte suficientemente intensa en relación a las otras líneas gaseosas presentes sobre la gama de longitudes de onda para poder ser fácilmente distinguidas entre sí. Si la línea o banda seleccionada riesga de ser enmascarada por otras líneas o bandas gaseosas la misma perderá todo interés como referencia natural para la calibración. La línea de absorción del dióxido de carbono que se encuentra para una longitud de onda de 4,237µm responde a los criterios precedentemente definidos para dicha aplicación y puede entonces ser empleada como referencia natural. El ancho espectral de la línea o banda elegida es cercana al Inm cuando dicho dispositivo de filtración es cercano a los lOnm. Precedente a toda utilización del dispositivo' de filtración, como se lo ha arriba explicado, el mismo es calibrado en su longitud de onda (relación ? (V) ) y el sensor es calibrado en amplitud con un gas de calibración del cual se conoce la composición con la finalidad de memorizar en el microprocesador (28) los pares de valores tensión/longitud de onda __ que verifican la relación [1] y que corresponden a los puntos de funcionamiento del dispositivo de filtración en el curso de su utilización. Los pares de valores memorizados deben comprender el par Vj. / 4 , 237 µm correspondientes al punto de funcionamiento del dispositivo de filtración cuando la transmisión espectral del mismo satisface la longitud de onda 4 , 237 µm bajo una tensión eléctrica igual a V¿ . Es igualmente posible memorizar que este par Vi/4, 237 µm luego de la calibración y de calcular y memorizar ulteriormente los otros pares de valores t e n s i ón / long i t ud de onda correspo dientes a dichos puntos de funcionamiento del dispositivo de filtración en el curso de su empleo. Luego de haber usado el medio sensor (10) que integra el dispositivo de filtración (16) , ya sea en función de una duración determinada, motivado por una razón particular, puede ser deseable calibrar nuevamente el dispositivo de filtración en la longitud de onda. Para efectuar esta operación, se aplica por intermedio del microprocesador (28) una serie de tensiones al dispositivo de filtración (16) lo que tiene por efecto aceptar la transmisión espectral del mismo sobre distintas longitudes de onda de la gama [4; 5 µm ] . Puede pensarse para cada tensión la correspondiente señal a la salida del de tec tor _ ( 24 ) Conocida la tensión inicial Vx para la cual la transmisión espectral del dispositivo de filtración es aceptada sobre 4,237 µm, el microprocesador (28) identifica entre las señales numéricas aquella que tienen la menor intensidad para una posición del dispositivo de filtración correspondiente a una tensión cercana a V . El valor Vf de la tensión a la cual dicta señales obtenida es memorizada en asociación con la longitud de onda 4,237 µm y el desplazamiento del dispositivo de filtración es dado por la diferencia ?V= | Vf-Vi | . Conocido este desplazamiento y conocidas las longitudes de onda ?max sobre las cuales la transmisión espectral del dispositivo de filtración debe ser asignada, los nuevos valores V6 de la tensión a las cuales dicha aceptación puede ser obtenida es deducida de la relación V6=V+?V. Este procedimiento es ventajoso pues permite una r e - ca 1 ib r a ci ón de la relación ?max (V) del dispositivo de filtración en por lo menos un punto o una verificación de su estabilidad de longitud de onda sin desmontar el dispositivo de filtración ni el medio sensor (10) . La r e - cal ibr ac i ón en una pluralidad de puntos permite poder tomar en cuenta relaciones ?(V) más complicadas que las arriba señaladas. Por otro lado, este procedimiento es independiente de la temperatura y de la presión pues la línea o banda de referencia no es sensible a dichas magnitudes. En otra aplicación ilustrada per el aparato (32) de la- Figura 4, el aparato de la Figura 2 conserva la misma estructura que la arriba descrita pero una celda (34) que contiene una muestra de gas a analizar es ubicado dentro del medio de propagación (14) sobre el recorrido de irradiación infrarroja emitida por la fuente (12) . Los elementos idénticos a los de la Figura 2 conservan las mismas referencias.

Es posible, con el fin de conservar como r e f e r encia ( s ) la ( s ) línea (s) gaseosa(s) o de absorción presente (s) naturalmente dentro del medio de propagación (ejemplo: líneas de CO2 o del vapor de agua) en estos casos, ei procedimiento de calibración del dispositivo de filtración (16) tal como el arriba descrito, se aplica de forma análoga, a fin de seleccionar una o más líneas gaseosas de absorción presentes naturalmente dentro del gas de la celda donde es deseable medir la transmisión espectral y de servir para la calibración del dispositivo de filtro (16) en su longitud de onda. Esta última solución puede por ejemplo consistir en seleccionar las líneas del metano dentro de una celda conteniendo el gas natural donde se busca medir el poder calórico. De acuerdo a una variante de ejecución, el procedimiento de acuerdo al invento puede consistir en seleccionar dos líneas gaseosas de absorción donde las longitudes de onda son situadas en el rango de las longitudes de onda consideradas [4; 5 µm] las que son delgadas, intensas y siempre presentes sobre dicho rango. Por ejemplo, las dos líneas o bandas pueden ser aquellas del C02 a 4,237 y a 4,280 µm.

Es ventajoso seleccionar una segunda línea gaseosa de absorción y emplearla para la calibración del dispositi o de filtración teniendo en cuenta el hecho que los materiales cons itutivos de dicho dispositivo de filtración pueden envejecer con el paso del tiempo. De esta forma, el modulo de Young para el material puede variar inducido por la misma variación de la constante K arriba definida. Si se emplean las dos líneas gaseosas de absorción precedentes, los dos parámetros ?maxo y K que caracterizan la relación [1] , pueden ser determinados de la manera siguiente: Se buscan las tensiones Vi y V2 correspondientes al primer y al segundo mínimo de la transmitancia del dispositivo de filtración (16) que consiste en efectuar una búsqueda del mínimo local alrededor de cada valor de tensión para las cuales, inicialmente, el dispositivo de filtración está habilitado sobre la longitud de onda de la línea de referencia. A partir de los valores de Vi y V2 así obtenidos, se puede calcular: ^mfcxO ~ ? i V2 ? i V2 ? K = Los valores de tensión a aplicar al dispositivo de filtración para obtener las longitudes de onda deseadas pueden entonces ser calculadas a partir de la relación [1] y de los coeficientes ?maxo y que son determinados. Conviene hacer notar que puede interesar seleccionar más de dos líneas o bandas gaseosas de absorción, por ejemplo con el fin de mejorar la precisión de r e - c a 1 ib r a c i ó n . La búsqueda de dichas líneas puede ser efectuada localizando el orden en el cual ellas aparecen luego de su primer calibración y indexándolas . El procedimiento de acuerdo al invento puede igualmente ser aplicado ' a un dispositivo de filtración incluido dentro de un analizador de una mezcla de gases o en un aparato de medición del poder calórico de un gas, tal como por ejemplo el gas natural. Esto último implica los mismos elementos (12 a 28) que los re resentados en la Figura 2, 3a y 3b . El rango de longitudes de onda sobre las cuales la transmisión espectral del dispositivo de filtración (16) puede ser aceptada se entiende por ejemplo desde 1,50 a 1,85 µm . En el gas natural, el metano es un constituyente mayoritario siempre presente y es particularmente interesante seleccionar una línea de absorción del metano como referencia natural para proceder a la calibración en frecuencia de un dispositivo de filtración (16) in situ. La línea o banda correspondiente a 1,666 µm es la más intensa de todas las bandas de absorción sobre el rango de longitudes de onda consideradas y ella es lo suficientemente delgada (~ lnm) con respecto al ancho de banda espectral del dispositivo de filtración (16) (« lOnm) . El procedimiento de calibración de acuerdo al invento es puesto en practica de la misma manera que se indica precedentemente para el sensor de CO .

Dejando establecido que la banda de absorción a 1, 666 µm es la más intensa de todas las líneas sobre el rango [1,50; 1,85 µm}, es sencillo detectar la señal mínima en la salida del detector (24) . Como se indica por las flechas de la Figura 5 que representan la transmitancia T en función de la longitud de onda ?i dos líneas de absorción del metano pueden ser seleccionadas sobre el rango [1,50 a 1,85 µm] , siendo la banda de 1.666 y la otra de 1,731 µm . Se obtienen de esta forma las ventajas indicadas precedentemente para el medio sensor de CO. A título de ejemplo, el gas natural posee la siguiente composición: Me ano 89,5% Etano 5,0% Propano 1, 0% Butano 0 , 6% Pentano 0,3% Gases neutros 3, 6% Una pluralidad de longitudes de onda ?i hasta ?5 pueden ser utilizadas para determinar la contribución de los distintos constituyentes del gas natural arriba citados con excepción de los gases neutros que no aportan contribución alguna al poder calórico . Las longitudes de onda son tales que a cada una de ellas corresponde la contribución de una pluralidad de constituyentes combustibles. Al aplicar una tensión V de valor determinado, por ejemplo igual a 20V al dispositivo de filtración (16) , este se satisface sobre la longitud de onda ?i y el detector (24) provee una señal eléctrica correspondiente a S?(V) : Si (V) (?) ?gas (?, xi) ?f (?,V)Sd(?)d? donde: E(?) designa la intensidad lumínica emitida por la fuente (12) , Tgas(?,xi)=exp(-L?a1(?) . xi) designa la respuesta espectral debida a todos los constituyentes combustibles presentes a dicha longitud de onda, L designa la longitud del trayecto óptico dentro del gas, XÍ representa la cantidad de moles del constituyente combustible y por unidad de volumen a la presión P y a la temperatura T, a designa el coeficiente de absorción del constituyente combustible i, en función de la longitud de onda, de la presión y de la temperatura, ?f (?,V) representa la transmisión óptica debida al dispositivo de filtración (16) y Sd representa la respuesta espectral del detector. De acuerdo al dispositivo de filtración (16) sobre las distintas longitudes de nda ? i hasta ?5 para diversos valores de tensión Vi a V5 se miden los valores Si (Vi) hasta S5(V5) . La absorbancia A se define como a continuación: A(V) = Ln (1/ S ( V ) ) , donde Ln designa la función logarítmica neperiana, y se obtiene el, siguiente sistema de cinco ecuaciones: A?(V1)=anX? + a2ix2+ +a51x5 A2(V2)=a?2X? + a22x2+ +a52x5 A5(V5)=a15x? + a25x2+ +a55x5 donde los términos ai j dependen del constituyente i y del dispositivo (10) . Antes de poner en funcionamie to el presente invento sobre un gas natural de composición no conocida se procede a una etapa de calibración practicada en el laboratorio, donde se inyecta, dentro del aparato (10) una Pluralidad de gases con constituyentes con una cantidad de moles por unidad de volumen xi conocida a T y P determinados.

La etapa de calibración de la longitud de onda del dispositivo de filtración efectuada en laboratorio es habitualmente realizada por medio de espectómetro de la transformada de Fourier. El procedimiento de acuerdo al invento permite efectuar dicha calibración sin tener que recurrir a un espectómetro, empleando únicamente por ejemplo las dos bandas del metano a 1,666 y l,791µm. Para efectuar esta calibración se inyecta una primer mezcla conocida de gases dentro del dispositivo (109) y se hace variar la tensión aplicada V al dispositivo de filtración (16) para hacer coincidir el máximo de la transmisión de dicho dispositivo de filtración con las longitudes de onda precitadas de las bandas o líneas de referencia del me taño. Desde que son obtenidos los valores de Va y Vb de la tensión para los cuales la transmisión espectral del dispositivo de filtraje es admitida sobre las longitudes de onda 1,666 y 1,791 µm, los parámetros K y ?maxo (V) son determinados de la manera ya indicada más arriba y la relación ?max (V) es entonces perfectamente conocida. Una vez sabida la relación ?max (V) que se escribe bajo forma de ?max(V) (?max(V) -?maxo) + (KV)2= 0 al igual que las longitudes de onda ? i ( i = 1, . . . ., 5) , se deducen fácilmente las tensiones Vi ( i = 1 , ,5) correspondientes respectivamente a las posiciones del dispositivo de filtración (16) para las cuales el máximo de transmisión de dicho dispositivo. de filtración "coincide con las longitudes de onda ?i . Los valores de K, ?ma.:9 y los pares de valores Va/1, 666 µm, Vb/1,791 µm y VUU son memorizados dentro del microprocesador (28) de la Figura 4. Las tensiones Vx (i = l, ,5) así obtenidas son sucesivamente aplicadas al dispositivo de filtración para que la transmisión espectral aceptada sobre las longitudes de onda ?L (i = l, ,5) y para cada par de valores j./?i, el detector provee un valor Su (V . Se obtiene de esta forma un sistema de cinco ecuaciones: A 11 Vi ) =anx? + a2? 2 + ^-a5?x5 A5i(V5)=ai5X? + a25x2+ +a55x5 donde los Xi ( i = 1, .. . .,5) son conocidos y donde los "términos aij son los desconocidos.

Se inyecta dentro del aparato (10) otras cuatro mezclas de gas conocidas y se obtiene de este modo veinte ecuaciones suplementarias con los mismos términos aij que son definidos a continuación como: [A-,] = [ai3] [x-.] k = l , . . . .5 k = l , . . . .5 donde los índices k identifican la respectiva mezcla de gas conocida. Conviene hacer notar, a título de variante, que se puede efectuar una medición de referencia al elegir una longitud de onda a la cual no corresponde la contribución de algún constituyente de la mezcla de gas y la tensión correspondiente se deduce de la relación ?max(V) arriba citada. • Al aplicar dicha tensión al dispositivo de filtración se recoge a la salida del detector el valor Sref, pues se realiza la relación de cada valor S (Vx) con dicho valor Sr?f,. Dicha relación Síj (V1) /S es a continuación empleada en lugar del valor SX (Vi) en la exposición precedente y esto permite eliminar las desviaciones del aparato (10) . Inversamente, por un método matemático de inversión clásica la matriz [a ] se convierte en un sistema de cuaciones [Xx] [a I D A- [b 1D ] [A3 ] x = l , . . , 5 i = l , i = l i =l , . . , 5 ?=l , . . , 5 D = 1 , . . , 5 ] = 1. . . , 5 De esta forma los valores xx se escriben x, = S [ba3] [A-] [V] 3 = 1 5 Es suficiente memorizar en la memoria del microprocesador (28) las cantidades b13 calculadas luego de la calibración. Cuando tenemos que lidiar con un gas natural de composición y poder calórico desconocidos, los diversos valores Aj (V) son médicos para diferentes longitudes de . onda de filtro obtenidas para los valores de tensiones correspondientes y los términos x^. se deducen ' fací lmen t e . El poder calórico H (P, T) de gas se escribe ? x H: donde Hi representa el poder J - 1 , . . , 5 calórico del constituyente i en Joules por mol. En consecuencia, dado que los términos xi han verificado, el poder calórico H(P,T) es obtenido directamente.

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. procedimiento de calibración en la longitud de onda de un dispositivo filtrador de una irradiación electromagnética, incluido dentro de un dispositivo para la medición de la transmisión espectral de un medio de propagación externo a dicho dispositivo y siendo propagada la irradiación dentro de dicho medio, presentando dicho dispositivo de filtración una transmisión espectral de acuerdo a un rango de longitudes de onda de dicha irradiación en función de un parámetro físico, caracterizado dicho procedimiento por consistir en: seleccionar por lo menos una banda gaseosa de absorción que se halla siempre presente al estado natural dentro del medio de propagación y donde la longitud de onda correspondiente sea incluida dentro de dicho rango de 1 o_n gitudes de onda a satisfacer por el dispositivo de filtración, calibrar el dispositivo de filtración con respecto a dicha por lo menos una banda gaseosa de absorción que actúa como banda de referencia 'natural.

2. Procedimiento, según lo reivindicado en 1, caracterizado porque dicha por lo menos una banda gaseosa de absorción es de un ancho espectral inferior o igual a aquel del dispositivo de filtración y es suficientemente intensa para no ser enmascarada por otras bandas gaseosas de absorción.

3. Procedimiento, según lo reivindicado en 1 o 2, caracterizado porque- consiste sucesivamente en: hacer variar el parámetro físico aplicado al dispositivo de filtración para hacer coincidir el máximo de la transmisión espectral de dicho dispositivo de filtración con la longitud de onda de la banda gaseosa de referencia," deducir el (los) coe f i ci ent e ( s ) de la ley que rige la aceptación del dispositivo de filtración en función de la longitud de onda, siendo el modo de funcionamiento general de dicha ley preferiblemente conocida determinar a partir de dicha ley los otros yalores del parámetro físico co respondiente cada una a una longitud de onda sobre la cual se satisface la transmisión espectral del dispositivo de filtración cuando se lo emp lea.

4. rocedimiento, según lo reivindicado en 1 a 3, caracterizado porque consiste en calibrar un dispositivo de filtración, cuando el dispositivo en el cual se halla incluido se encuentra instalado sobre el sitio de su empleo.

5. Procedimiento, según lo reivindicado en 1 a 4, caracterizado porque el aparato comprende: por lo menos una fuente de irradiación electromagnética y, un dispositivo de detección de la irradiación emitida por la fuente, estando dicha fuente y dicho dispositivo de detección separados por el medio de propagación.

6. Procedimiento, según lo reivindicado en 5, caracterizado porque consiste en interponer un volumen de gas donde sea necesario medir la transmisión espectral, entre la fuente y el dispositivo de detección.

7. Procedimiento, según lo reivindicado en 2 a 6, caracterizado porque consiste en seleccionar sobre dicho rango de longitudes de onda de la irradiación electromagnética la banda gaseosa de absorción que presenta la mayor intensidad con respecto a las otras bandas gaseosas de absorción.

8. Procedimiento, según lo reivindicado en 1 a 7, caracterizado porque consiste seleccionar sobre dicha gama de longitudes de onda de irradiación electromagnética dos bandas gaseosas de absorción .

9. Procedimie to, según lo reivindicado en 1 a 8, caracterizado porque la irradiación electromagnética es del tipo infrarroja.

10. Procedimiento, según lo reivindicado en 9, caracterizado porque una de las bandas gaseosas de absorción corresponde al metano a 1, 666 micrones.

11. Procedimiento, según lo rei indicado en 9 o 10, caracterizado porque una de las bandas gaseosas de absorción es la correspondiente al metano a 1,791 micrones.

12. Procedimiento, según lo reivindicado en 1 a 11, caracterizado porque consiste en aplicar al dispositivo de filtración un campo eléctrico como parámetro físico bajo forma de una tensión eléctrica .

13. Procedimiento, según lo reivindicado en 1 a 12, caracterizado porque el dispositivo de filtración es un interf erómetro. de Fabry-Perot.

14. Procedimiento, según lo reivindicado en 13, caracterizado porque el i n t e r f e r óme t r o de Fabry-Perot es un in t e r f e r óme t r o corto.

15. Procedimiento, según lo reivindicado en 13 o 14, caracterizado porque el i t e r f e r óme r o de Fabry-Perot es un in t e r f e r óme t ro micro trabajado.

16. Procedimiento, según lo reivindicado en 1 a 15, caracterizado porque el dispositivo es un analizador de gas.

17. Procedimiento, según lo reivindicado en 1 a 15, caracterizado porque el dispositivo es un aparato de medición del poder calórico del gas,

18. Procedimiento, según lo reivindicado en 1 o 15, caracterizado porque el aparato es un medio sensor del gas.