PT2588847T - Dispositivo e método de quantificação de gases em plumas por deteção remota - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

DISPOSITIVO E MÉTODO DE QUANTIFICAÇÃO DE GASES EM PLUMAS

POR DETEÇÃO REMOTA

Este pedido está a ser preenchido como um pedido de Patente Internacional ao abrigo do Tratado de Cooperação em Matéria de Patentes (PCT) , em nome da Hager Environmental And Atmospheric Technologies, LLC, uma companhia nacional dos EUA, Autor de Pedido para todos os países, exceto os USA, e de J. Stewart Hager, residente nos EUA, Autor de Pedido apenas para a designação dos EUA, em 16 de setembro de 2010.

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

Este pedido reivindica a prioridade em relação ao Pedido de Patente Internacional ao abrigo do PCT com o N.2 PCT/US2010/040330, preenchido em 29 de junho de 2010, com o nome «DEVICE FOR REMOTE SENSING OF VEHICLE EMISSION» (DISPOSITIVO PARA DETEÇÃO REMOTA DE EMISSÕES DE VEÍCULOS), por J. Stewart Hager.

Este pedido é também uma continuação, em parte, do Pedido de Patente dos EUA com o N.2 12/493.634, preenchido em 29 de junho de 2009, com o nome «DEVICE FOR REMOTE SENSING OF VEHICLE EMISSION» (DISPOSITIVO PARA DETEÇÃO REMOTA DE EMISSÕES DE VEÍCULOS), por J. Stewart Hager.

Algumas referências, as quais podem incluir patentes, pedidos de patente e diversas publicações, são citadas e discutidas na descrição desta invenção. A citação e/ou discussão de tais referências é fornecida apenas para clarificar a descrição da presente invenção e não é uma admissão de que alguma dessas referências constitua o «estado da técnica» em relação à invenção aqui descrita. Todas as referências citadas e discutidas neste documento são aqui incorporadas com referência à sua totalidade e na mesma medida como se cada referência fosse incorporada individualmente como referência.

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se em geral à deteção remota de emissões, e mais particularmente a um mecanismo e método que utiliza massas óticas para quantificar quantidades absolutas de constituintes de uma pluma, utilizando imagens de infravermelhos e ultravioletas da pluma, captadas remotamente.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO É conhecido que as emissões de veículos são um dos grandes contribuintes para a poluição atmosférica. De modo a identificar veículos que estejam a libertar emissões poluentes excessivas, muitos países obrigam a realizar inspeções anuais das emissões dos veículos. Para este efeito, foram desenvolvidos diversos sistemas de inspeção de emissões de veículos. Geralmente, estes sistemas podem ser muito dispendiosos, e a sua operação pode exigir uma grande quantidade de trabalho e de qualificações. Adicionalmente, os sistemas de inspeção de emissões têm sido tradicionalmente operados em centros de inspeções onde as emissões são medidas quando o veículo inspecionado está ao ralenti ou a trabalhar em condições de carga artificiais. Apesar de essas medições fornecerem informação básica geral relativamente às emissões e estado de conservação do veiculo, não são necessariamente representativas das condições de condução do «mundo real».

Recentemente, foram desenvolvidos sistemas de deteção remota de emissões, para deteção de emissões de veículos enquanto estes estão a percorrer a estrada. Por exemplo, as Patentes dos EUA com os N.2 5.319.199 e 5.498.872 de Stedman et ai. descrevem um sistema de deteção remota no qual a fonte de luz 1110 e o detetor 1130 estão localizados frente a frente em ambos os lados da estrada 1101, respetivamente, como mostrado na figura 11(a). Para uma tal disposição, um feixe de luz 1115 gerado pela fonte 1110 passa através de uma pluma de escape 1140 emitida por um veículo 1105 que percorre a estrada 1101, carregando assim um sinal de absorção associado a componentes e concentrações da pluma de escape 1140. O feixe 1115 é recolhido pelo detetor 1130 para análise dos componentes e concentrações da pluma de escape 1140. Alternativamente, como mostrado na figura 11 (b), a fonte de luz 1110 e o detetor 1130 estão localizados no mesmo lado da estrada 1101. E dois refletores 1150 localizados no lado oposto da estrada 1101 são utilizados para refletir o feixe 1115 gerado pela fonte 1110 para o detetor 1130 com duas passagens através da pluma de escape 1140 do veículo, o que aumenta o sinal de absorção. O sistema mede apenas parte da pluma e tem de comparar proporcionalmente as medições de C02 com todos os outros poluentes, para obter valores relativos. Não mede a quantidade que é deixada para trás nem valores absolutos.

No entanto, para estes sistemas de deteção remota de emissões, a fonte, detetor e refletores são instalados em ambos os lados da estrada, e tem de ser tido muito cuidado durante a sua instalação e manutenção. Adicionalmente, um tal sistema é difícil de operar com mais do que uma faixa de rodagem, particularmente quando mais do que um veículo passa através do detetor em simultâneo. Por outras palavras, se vários veículos estiverem presentes no local de deteção, a pluma de escape de cada veículo pode contribuir de igual modo para a medição das emissões. Assim, numa estrada de uma só faixa, tal como faixas de entrada e saída, os sistemas de deteção remota existentes não são capazes de detetar mais do que uma pluma de escape de cada vez.

Além disso, com os sistemas de deteção remota atuais, a precisão da medição pode também depender da posição do feixe de luz que atravessa a estrada, visto que a localização do um ou mais tubos de escape do veículo pode variar de veículo para veículo. A precisão das medições de emissões irá variar conforme o feixe esteja à altura do tubo de escape, ou esteja mais alto ou mais baixo, caso em que a pluma de escape tem tempo de se diluir antes da deteção. Com uma tal disposição, é também possível falhar completamente a pluma de escape.

Em última análise, o maior inconveniente da deteção remota de emissões atual é que, visto que ela apenas mede uma porção de uma pluma de escape, apenas pode determinar os gases constituintes de uma pluma e as suas concentrações relativas. Embora esses resultados possam indicar se um veículo está a necessitar de reparação, os sistemas existentes não são capazes de medir quantidades absolutas dos componentes das emissões. Medir quantidades absolutas de componentes é importante, visto que um excesso de descargas pode levar a poluição atmosférica severa. É por esta razão que muitos países limitam legalmente a quantidade de gases poluentes permitidos nas emissões. De facto, os padrões de emissões e requisitos de controlo estatais e federais são indicados em «gramas por milha» (ou «quilómetro»). Com os sistemas existentes, este valor tem de ser extrapolado a partir das proporções indicadas, identificando o fabricante e modelo do veículo e fazendo suposições sobre se o veículo está a trabalhar com uma mistura rica ou pobre em combustível, sobre a carga do veículo, etc.

Foram patenteadas técnicas de imagem quantitativa de emissões de gases. Por exemplo, a Patente dos EUA com o N.2 5.319.199 descreve um sistema elaborado que utiliza a radiação de fundo de gases e células cheias de gás. Infelizmente, a complexidade deste método é desnecessária e tem um custo proibitivo.

Outros sistemas de medição remota de emissões de veículos são descritos na Patente dos EUA com o N.2 6.542.831 BI e no Pedido de Patente dos EUA com o N.2 2007/0164220 AI.

Assim, existe na técnica uma necessidade até agora não abordada de resolver as deficiências e inadequações acima mencionadas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Os objetivos da presente invenção são medir valores absolutos de constituintes de uma pluma de escape, utilizando imagens de infravermelhos e/ou ultravioletas da pluma. Ao medir a percentagem de absorção nos pixeis individuais das imagens e a sua área projetada, pode-se calcular a quantidade total de um constituinte da pluma. A presente invenção refere-se a um dispositivo e método para quantificar quantidades absolutas de constituintes de uma pluma, de acordo com as reivindicações 1 e 11. Numa forma de realização, o dispositivo compreende uma fonte para emitir um feixe de luz e transmitir a luz emitida através da pluma até uma superfície na qual a luz transmitida é difundida e refletida; um detetor para captar uma imagem da pluma, em que a imagem captada contém informação sobre a absorção da luz difundida e refletida pela superfície; e um processador para processar a imagem captada para determinar uma quantidade absoluta de, pelo menos, um dos componentes da pluma visível. 0 processador está configurado para executar os passos de escolher uma multiplicidade de pixeis da imagem captada ao longo de uma secção de corte que atravessa a pluma, cada pixel tendo uma área de pixel; caracterizar uma taxa de absorção de luz de cada pixel escolhido da imagem captada; calcular a massa ótica de cada pixel a partir da taxa de absorção caracterizada do pixel; multiplicar a massa ótica de um pixel pela área de pixel projetada correspondente para obter o número de moléculas no pixel; e somar o número de moléculas de cada pixel para obter o número total de moléculas na pluma visível.

Numa forma de realização, a lei de Beer determina a massa ótica μ de cada pixel:

em quem (I/I0) está associado à taxa de absorção, e k(v) é um coeficiente de absorção monocromática.

Deteção e telemetria por luz (LIDAR) é um termo abrangente que inclui difusão, fluorescência, absorção, e absorção e difusão diferenciais (DAS). A LIDAR de Absorção Diferencial (DIAL) é uma técnica utilizada vulgarmente para medir a abundância de gases em colunas na atmosfera. 0 método utiliza dois comprimentos de onda da luz diferentes para fazer a medição. Um comprimento de onda está centrado numa caracteristica de absorção do gás alvo e um segundo comprimento de onda está próximo do primeiro comprimento de onda, mas afastado da caracteristica de absorção. As duas diferentes absorções são comparadas e a abundância da coluna é calculada utilizando a equação DIAL.

Detetar o escape dos veículos permite utilizar fortuitamente a equação DIAL com apenas um comprimento de onda. 0 segundo comprimento de onda pode ser substituído pela medição, utilizando o primeiro comprimento de onda, no momento imediatamente anterior à chegada do veículo.

Numa forma de realização, a fonte compreende uma fonte de luz de corpo negro, tal como uma lâmpada de halogénio ou uma «barra incandescente» de ignição de gás. Em conformidade, o dispositivo tem ainda um dispositivo ótico colimador ou difusor para receber a luz emitida e transmitir a luz através da pluma até à superfície. 0 dispositivo ótico colimador ou difusor compreende um primeiro espelho côncavo e um segundo espelho côncavo posicionados em relação à fonte de modo a que o primeiro espelho côncavo receba o feixe de luz emitido pela fonte e reflita a luz recebida para o segundo espelho côncavo, o segundo espelho côncavo, por sua vez, colima ou difunde a luz refletida e transmite a luz através da pluma até à superfície da faixa de rodagem. 0 primeiro espelho côncavo e o segundo espelho côncavo definem um foco entre si, e um interruptor é colocado no foco.

Noutra forma de realização, a fonte compreende uma ou mais fontes de espectro estreito, como dispositivos LED ou fontes de espectro largo filtradas. Ainda numa outra forma de realização, a fonte compreende uma ou mais fontes coerentes ou lasers.

Ainda numa outra forma de realização, a fonte é a iluminação natural do Sol. Desde que a totalidade da pluma, juntamente com a sua «sombra», seja captada na imagem, todas as moléculas são passadas duas vezes pela luz. Pode-se, então, encontrar a quantidade total de moléculas alvo na pluma, utilizando métodos de recuperação de passagem dupla.

Adicionalmente, a fonte pode ser modulada, o que permite a medição da luz transmitida através de escapes quentes, visto que o próprio escape quente irradia luz infravermelha em relação ao fundo mais frio. Quando a fonte ativa é bloqueada por um interruptor ou desligada, é feita uma medição das emissões do escape. As emissões da pluma de escape podem, então, ser subtraídas da medição feita quando a fonte ativa é desbloqueada ou ligada, para obter apenas a transmissão do escape quente. Podem também ser utilizadas outras técnicas de modulação/demodulação bem conhecidas.

Alternativamente, pode ser utilizada uma fonte modulada, tal como LED e lasers, para alcançar o mesmo efeito. A superfície refletora pode ser a própria estrada ou alguma forma de material retro-reflector.

Numa forma de realização, o detetor compreende pelo menos uma de entre uma câmara de infravermelhos e/ou uma câmara de ultravioletas, com filtros passa-banda estreitos, em que os filtros incorporam as bandas de absorção de gases específicos. Noutra forma de realização, o detetor compreende uma matriz de deteção capaz de captar imagens da pluma e da superfície. Ainda numa outra forma de realização, o detetor compreende uma multiplicidade de fotossensores, cada fotossensor gerando um sinal elétrico que responde à luz recebida, em que o sinal elétrico é indicativo da absorção da luz recebida pela pluma. Numa forma de realização, o detetor compreende um espectrómetro, uma matriz de plano focal, uma matriz linear, um elemento único ou qualquer combinação dos mesmos.

Numa outra forma de realização, o detetor compreende uma matriz de deteção capaz de captar imagens da pluma e da superfície.

Numa forma de realização, a fonte compreende uma fonte de luz de halogénio. Em conformidade, o dispositivo tem ainda um dispositivo ótico colimador para colimar a luz emitida e transmitir a luz colimada através da pluma até à superfície. 0 dispositivo ótico colimador compreende um primeiro espelho côncavo e um segundo espelho côncavo posicionados em relação à fonte de modo a que o primeiro espelho côncavo receba o feixe de luz emitido pela fonte e reflita a luz recebida para o segundo espelho côncavo, o segundo espelho côncavo, por sua vez, colima a luz refletida e transmite a luz colimada através da pluma até à superfície da faixa de rodagem. 0 primeiro espelho côncavo e o segundo espelho côncavo definem um foco entre si, e um interruptor é colocado no foco.

Noutra forma de realização, a fonte compreende um laser ou laser modulado. A presente invenção refere-se a um método para quantificar quantidades absolutas de constituintes de uma pluma. Numa forma de realização, o método inclui os passos de direcionar um feixe de luz através da pluma até uma superfície na qual o feixe de luz é difundido; captar uma imagem da pluma, a imagem captada contendo informação sobre a absorção da luz difundida pela superfície; e processar a imagem captada para determinar uma quantidade absoluta de, pelo menos, um dos componentes da pluma. 0 passo de processamento compreende os passos de escolher uma multiplicidade de píxeis da imagem captada ao longo de uma secção de corte que atravessa a pluma, cada pixel tendo uma área de pixel; caracterizar uma taxa de absorção de luz de cada pixel escolhido da imagem captada; calcular a massa ótica de cada pixel a partir da taxa de absorção caracterizada do pixel; multiplicar a massa ótica de um pixel pela área de pixel correspondente para obter o número de moléculas no pixel; e somar o número de moléculas de cada pixel para obter o número total de moléculas na pluma.

Numa forma de realização, a imagem da pluma é captada por uma câmara de infravermelhos e/ou uma câmara de ultravioletas, com filtros passa-banda estreitos, em que os filtros incorporam as bandas de absorção de gases específicos. Noutra forma de realização, a imagem da pluma é captada por uma multiplicidade de fotossensores.

Estes e outros aspetos da presente invenção tornar-se-ão evidentes a partir da seguinte descrição das formas de realização preferidas, analisadas em conjunto com os desenhos seguintes, apesar de poderem ser efetuadas variações e modificações ao aqui disposto, sem se desviarem do âmbito dos novos conceitos da descrição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos em anexo representam uma ou mais formas de realização da invenção e, em conjunto com a descrição escrita, servem para explicar os princípios da invenção. Sempre que possível, os mesmos números de referência são utilizados ao longo dos desenhos para se referirem aos mesmos elementos, ou similares, de uma forma de realização, em que:

As figuras 1(a)-1 (e) representam um método de utilização da massa ótica para quantificar quantidade absolutas de constituintes de uma pluma, de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A figura 1(f) mostra um exemplo de cálculo de quantidades absolutas de uma pluma a partir da sua imagem em pixeis escolhidos, em que cada quadrado representa um pixel numa imagem da pluma, e as percentagens são a absorção em cada pixel devida ao gás alvo; A figura 2 (a) mostra esquematicamente um dispositivo de deteção remota de emissões de veículos, de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A figura 2 (b) mostra esquematicamente um diagrama ótico do dispositivo de deteção remota, de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A figura 3 (a) mostra esquematicamente o dispositivo de captação de imagens de um primeiro estado da faixa de rodagem quando não chegou nenhum veículo detetado, de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A figura 3 (b) mostra esquematicamente o dispositivo de captação de imagens de um segundo estado da faixa de rodagem quando o veículo detetado chega, deixando atrás de si a pluma de escape, de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A figura 3 (c) mostra esquematicamente a trajetória de transmissão do feixe de luz; A figura 3(d) mostra esquematicamente o dispositivo, ilustrando que a fonte de luz e o detetor não têm de estar no mesmo eixo ótico para se passar duplamente toda a secção da pluma; A figura 4 mostra esquematicamente um dispositivo de captação de imagens do estado da faixa de rodagem, de acordo com outra forma de realização da presente invenção; A figura 5 mostra esquematicamente um dispositivo ótico colimador e difusor utilizado no dispositivo de deteção remota, de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A figura 6 mostra as linhas de absorção a energias rotacionais mais elevadas, de acordo com o fator de Boltzmann; A figura 7 mostra esquematicamente um dispositivo ótico coletor utilizado no dispositivo de deteção remota, de acordo com outra forma de realização da presente invenção; A figura 8 (a) mostra esquematicamente um dispositivo de varrimento de um laser através da estrada, de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A figura 8 (b) mostra dois possíveis comprimentos de onda num espectro de transmissão que pode ser utilizado para a DIAL, de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A figura 9 (a) mostra esquematicamente um dispositivo a varrer uma única linha de laser através da estrada, de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A figura 9 (b) mostra esquematicamente um dispositivo a varrer múltiplas linhas de laser através da estrada, de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A figura 10 mostra esquematicamente um dispositivo de captação de imagens de uma pluma emitida por uma fábrica, de acordo com outra forma de realização da presente invenção; A figura 11 mostra esquematicamente um dispositivo convencional de deteção remota de emissões de veículos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A presente invenção é descrita mais pormenorizadamente nos exemplos seguintes que se destinam a ser apenas ilustrativos, visto que numerosas modificações e variações ao aqui disposto serão aparentes aos especialistas na técnica. Várias formas de realização da invenção são agora descritas em pormenor. Fazendo referência aos desenhos, os mesmos números indicam componentes iguais ao longo das vistas. Tal como utilizados nesta descrição e ao longo das reivindicações que se seguem, os significados de «o/a» e «um/uma» incluem referências ao plural, exceto se o contexto indicar claramente o contrário. Além disso, tal como utilizados nesta descrição e ao longo das reivindicações que se seguem, o significado de «em» inclui «em» e «sobre», exceto se o contexto indicar claramente o contrário. Adicionalmente, alguns termos utilizados neste documento são definidos mais especificamente abaixo.

Os termos utilizados neste documento têm geralmente os seus significados comuns na técnica, dentro do contexto da invenção, e no contexto específico em que cada termo é utilizado. Certos termos que são utilizados para descrever a invenção são discutidos abaixo, ou noutro local do documento, para fornecer uma orientação adicional aos profissionais, em relação à descrição da invenção. A utilização de exemplos em qualquer parte deste documento, incluindo exemplos de quaisquer termos aqui discutidos, é apenas ilustrativa, e não limita de forma alguma o âmbito e significado da invenção nem de nenhum termo exemplificado. Do mesmo modo, a invenção não está limitada às várias formas de realização apresentadas neste documento.

Tal como aqui utilizados, «cerca», «perto de» ou «aproximadamente» significarão, em geral, um desvio de até 20 porcento, preferentemente até 10 porcento, e mais preferentemente até 5 porcento em relação a um determinado valor ou intervalo. As quantidades numéricas aqui apresentadas são aproximadas, o que significa que os termos «cerca», «perto de» ou «aproximadamente» podem ser deduzidos, se não forem expressamente mencionados.

Tal como aqui utilizado, o termo «LIDAR» é um acrónimo ou abreviatura de «deteção e telemetria por luz» (light detection and ranging), e é uma tecnologia ótica de deteção remota que mede propriedades de luz difundida para encontrar o intervalo e/ou outras informações de um alvo distante. A LIDAR de Absorção Diferencial (DIAL) é uma técnica utilizada vulgarmente para medir a abundância de gases em colunas na atmosfera.

Tal como aqui utilizado, o termo «massa ótica» é uma medida do número total de moléculas absorventes por unidade de área que ocorrem ao longo do sentido de propagação da radiação numa amostra de gás.

Tal como agui utilizados, os termos «compreendendo», «incluindo», «tendo», «contendo», «envolvendo», e similares, devem ser entendidos como sendo abrangentes, isto é, significando gue incluem, mas gue não estão limitados a. A descrição será realizada em relação às formas de realização da presente invenção em conjunto com os desenhos que a acompanham, nas figuras 1-10. De acordo com os objetivos desta invenção, tal como aqui realizado e descrito amplamente, esta invenção, num aspeto, refere-se a um mecanismo que utiliza a tecnologia LIDAR para detetar emissões de um veiculo, bem como a quantidade de, pelo menos, um dos poluentes emitidos pelo veiculo. O dispositivo inventado é um sistema de beira de estrada, portátil ou permanente, de deteção de emissões de escape de um veiculo tendo motor de combustão interna e que se desloca numa faixa de rodagem de uma estrada. Enquanto os dispositivos convencionais de deteção de emissões utilizam espelhos ou retrorrefletores para devolverem um feixe de luz, emitido por uma fonte e transmitido através de uma pluma de escape do veiculo, a um detetor, o dispositivo inventado utiliza a tecnologia LIDAR. O feixe de luz emitido por uma fonte é direcionado para baixo, passando através da pluma de escape, na direção da superfície de uma faixa de rodagem de uma estrada na qual o veículo se desloca. A luz transmitida é então difundida na superfície da faixa de rodagem. O dispositivo inventado recolhe a luz difundida da superfície da faixa de rodagem para que o detetor a receba. Além disso, pode ser utilizada uma matriz de deteção para captar imagens da pluma de escape e da superfície da estrada para determinar a intensidade da luz recebida absorvida pela pluma de escape.

Especificamente, o dispositivo utiliza as massas óticas para quantificar quantidades absolutas de constituintes de uma pluma, utilizando imagens de infravermelhos e ultravioletas da pluma, captadas remotamente. A massa ótica é uma medida do número total de moléculas absorventes por unidade de área que ocorrem ao longo do sentido de propagação da radiação numa amostra de gás, tal como uma pluma ou vapor, isto é, μ = pmolecules · 1 = Nmolecules 1 Â, em que P molecules é o valor da densidade de moléculas, 1 é o comprimento do cilindro, NmoJecuJes é o número de moléculas numa unidade de área e  é a unidade de área. Assim sendo, a quantidade de um gás numa pluma é igual à massa ótica multiplicada pela área projetada da pluma, ou seja, Ncell = μ * Atotal, a massa ótica é multiplicada pela área da célula de gás perpendicular ao sentido de propagação da radiação para obter o número total de moléculas do gás específico na célula. 0 número total de moléculas pode, então, ser dividido pelo número de Avogrado, para obter moles. Assim, a massa total de um gás específico na célula é apenas a massa molar ou peso atómico da molécula multiplicado pelo número de moles. Esta técnica é utilizada em dispositivos in situ para medir as concentrações de poluentes que saem de um tubo de escape. 0 dispositivo in situ aspira o escape para dentro de uma célula de gás através de uma mangueira ligada ao tubo de escape, para que a absorção seja medida.

As figuras 1(a)-1 (e) representam o método/princípio de utilização da massa ótica para quantificar quantidades absolutas de constituintes de uma pluma, de acordo com uma forma de realização da presente invenção. Normalmente, a pluma é observada a partir de cima ou lateralmente, para efeitos de deteção remota. Para a ilustração da presente invenção, a célula de gás é vista a partir de cima e é assumida como sendo uma pluma cilíndrica, como mostrado na figura 1 (a) . Como mostrado nas figuras 1 (b) e 1 (c), um pequeno disco é cortado e dividido em células de gás individuais mais pequenas. Agora, a luz é propagada perpendicularmente em relação ao comprimento da célula. Visto que a luz se propaga através do topo do disco, terá trajetórias de comprimentos diferentes. Observando através do topo do disco, ver-se-ão diferentes absorções, devido aos diferentes comprimentos das trajetórias, como mostrado na figura 1 (d) . Cada pequena célula terá uma absorção aproximadamente constante ao longo da largura da célula, como mostrado na figura 1 (e) . Então, a área das extremidades das células de absorção mais pequenas é calculada e multiplicada pela massa ótica de cada célula para obter o número de moléculas em cada célula. As moléculas N são somadas em cada célula pequena para obter o número total de moléculas no disco, isto é

0 número total de moléculas, ou a massa de uma determinada espécie no disco, é conhecido. Se a concentração do gás escolhido está misturada uniformemente na célula e a largura do disco é a unidade de comprimento, então, o número total de moléculas é Nmoiecuies = Ndisc * 1. Este valor é igual ao valor inicialmente calculado ao longo do comprimento da célula. À medida que um veículo circula por uma estrada, deixa atrás de si uma pluma de escape. Se se conseguir obter uma secção da pluma de escape e contar as moléculas na secção, podem-se estimar as quantidades de poluentes que o veículo está a deixar para trás. De acordo com a presente invenção, são captadas imagens da pluma utilizando câmaras de infravermelhos e/ou ultravioletas com filtros passa-banda estreitos. Estes filtros incorporam as bandas de absorção de gases específicos. As imagens mostrarão uma pluma a sair do tubo de escape para um gás específico.

Cada pixel nas imagens pode ser considerado como detetando um feixe de luz individual com uma célula de gás na trajetória. A dimensão e forma destes feixes podem ser calculadas utilizando técnicas geométricas simples. A imagem da estrada sem um veículo é utilizada para medir a intensidade base de referência e, depois, a absorção de uma secção de píxeis através da pluma é calculada, e, assim, a alteração da massa ótica de cada pixel μχ é calculada. Então, cada alteração de massa ótica μχ é multiplicada pela área A± perpendicular ao sentido de propagação para obter o número de moléculas por pixel, e essas quantidades são somadas entre si para obter o número total de moléculas de um gás específico na secção da pluma. Então, o número de moléculas é multiplicado pelo peso atómico para obter a massa da molécula alvo na secção da pluma, isto é, Nsection * AMU (g/molécula) =

Ngrams · A largura da secção pode ser utilizada para calcular as gramas por distância que o veículo está a expelir. Do mesmo modo, no caso de uma fonte fixa, a velocidade do fluxo pode ser utilizada para calcular as gramas por tempo que a fonte está a expelir.

De acordo com a presente invenção, ao examinar uma fotografia/imagem de uma pluma de escape, a quantidade de uma substância na pluma pode ser determinada. A figura 1 (f) mostra um exemplo dos cálculos necessários para encontrar quantidades absolutas. Cada quadrado da figura 1(f) representa um pixel numa imagem da pluma de escape. A distância em relação à pluma é considerada suficientemente grande para que cada pixel tenha aproximadamente a mesma área desde o topo até à base da pluma. As percentagens são a absorção em cada pixel devida ao gás alvo. Estas percentagens podem ser encontradas de duas formas. Uma forma é comparando a imagem da estrada imediatamente antes de o carro chegar com a imagem da pluma de escape. Os ratios da luz refletida a partir de uma fonte próxima da câmara indicarão as percentagens. Estas percentagens também podem ser encontradas por meio de métodos DIAL (LIDAR de Absorção Diferencial), utilizando dois comprimentos de onda de luz diferentes, um em ressonância e o outro sem ressonância. Utilizando a lei de Beer, é obtida a massa ótica de cada pixel. Então, a área desse pixel é utilizada para calcular o número total de moléculas nesse pixel.

Por exemplo, a força de banda de uma banda de dióxido de carbono selecionada é:

As unidades são convertidas em cirT1 [cm2 mol-1] :

Utilizando o método de largura equivalente e, para maior simplicidade, assumindo o limite de linha fraca, sabemos que a largura equivalente é igual a κ{Band)· μ. A largura equivalente é:

ou a área total da banda de absorção. A área de cada pixel é de cerca de 20 cm * 20 cm = 400,0 cm2:

Assim sendo, a quantidade absoluta de CO2 nos pixeis escolhidos é de 2,8658X10~2 mol ou 2,8658X10~2 mol * 44,01 (g/mol) = 1,2612 g.

No entanto, a EPA (Agência de Proteção Ambiental dos EUA) utiliza unidades como (g/mi). Para converter para (g/mi), é necessário saber o fator de conversão (cm/mi), que é de 1,6093X105 (cm/mi). O veiculo deixa para trás de si 1,2612 g de C02 a cada 20 cm, o que é cerca de 1,0148 X 104 g de C02 por milha.

Fazendo referência às figuras 2 (a) e 2 (b), e particularmente à figura 2 (b), é mostrado esguematicamente um dispositivo 100 de deteção remota de emissões de veículos, de acordo com uma forma de realização da presente invenção. O dispositivo 100 inclui uma fonte 110, um detetor 130 e um dispositivo ótico coletor 150. A fonte 110 e o detetor 130 definem uma trajetória ótica ao longo da gual um feixe de luz viaja desde a fonte 110 até ao detetor 130, e o dispositivo ótico coletor 150 é posicionado na trajetória ótica. Adicionalmente, a fonte 110, o detetor 130 e os meios coletores 150 estão localizados no mesmo lado da estrada.

Durante o funcionamento, um feixe de luz 112 emitido pela fonte 110 é difundido, num hemisfério de 2n esterradianos, numa superfície 102 da faixa de rodagem 101 da estrada na gual um veículo 105 se desloca. Uma luz recebida 122, parte da luz difundida 120 ao longo da trajetória ótica, é recolhida pelo espelho côncavo (o dispositivo ótico coletor) 150. O dispositivo ótico coletor 150, por sua vez, envia a luz recebida 122 da luz difundida 120 para o detetor 130 gue está localizado no foco do dispositivo ótico coletor 150.

De acordo com uma forma de realização da presente invenção, o detetor 130 compreende uma câmara com uma matriz de plano focal. A fonte emissora de luz compreende uma lâmpada de halogénio e/ou uma barra incandescente, tal como um dispositivo de ignição de gás natural. Noutra forma de realização, o detetor 130 compreende uma multiplicidade de fotossensores, correspondendo assim a uma multiplicidade de píxeis. Um pixel pode corresponder a um ou mais fotossensores. Para clarificar as formas de realização como abaixo descritas, é aqui estabelecido que as formas de realização são baseadas no caso em que um pixel corresponde a um fotossensor. Não obstante, as ilustrações e a descrição não têm como objetivo serem exaustivas nem limitarem o âmbito da invenção descrita. É iqualmente possível uma relação alternativa entre píxeis e uma multiplicidade de fotossensores. A câmara 130 para receber a luz recebida 122 deverá ser disposta na proximidade da fonte 110 e, desse modo, ser utilizada para retratar o estado da faixa de rodagem 101 como uma câmara de captação de imagens para obter a intensidade ótica da luz recebida 122. Visto que o detetor 130 pode ser utilizado para converter os sinais óticos em sinais elétricos, o dispositivo 100 compreende adicionalmente um processador 132 em comunicação com o detetor 130, de modo a processar os sinais elétricos.

Por exemplo, fazendo referência à figura 3 (a), quando pelo menos uma parte do feixe de luz 112 pode incidir num pixel 170 pelo qual o detetor 130 é caracterizado, o detetor 130 pode ser utilizado, em primeiro lugar, para retratar o estado da faixa de rodagem 101 e para detetar uma primeira intensidade ótica da luz recebida 122 enquanto não está a passar nenhum veículo detetado.

Fazendo ainda referência à figura 3 (b), depois de o veículo 105 passar pela superfície 102 da faixa de rodagem 101 e deixar para trás a pluma de escape 140, o detetor 130 capta novamente imagens do estado da faixa de rodagem 101 e deteta uma segunda intensidade ótica da luz recebida 122 transmitida através da pluma de escape 140. Em tais circunstâncias, a distância em relação à pluma de escape 140 é considerada suficientemente grande para que o pixel 170 tenha aproximadamente a mesma área desde o topo até à base da pluma de escape 140.

Ao comparar a imagem anterior com a mais recente, o processador 132 em comunicação com o detetor 130 pode não só processar os sinais elétricos convertidos dos sinais óticos da luz recebida 122 ai, para fornecer um ou mais espectros da luz recebida 122, mas também indicar, em conformidade, a diferença entre a primeira intensidade ótica e a segunda intensidade ótica da luz recebida 122. Assim, como mostrado na figura 3 (b), é obtido um ratio de atenuação da segunda intensidade ótica em relação à primeira intensidade ótica do espectro.

Além disso, seguindo o detetor 130, o processador 132 que processa os sinais elétricos convertidos dos sinais óticos da luz recebida 122 ai mede uma área detetada Am que é uma área de secção transversal da pluma de escape 140 pela qual a luz recebida 122 é absorvida. Fazendo referência à figura 3(c), quando o feixe de luz 112 é emitido pelo veiculo 105, difundido, e recolhido pelo detetor 130, na sua trajetória de transmissão exposta à pluma de escape 140, são formadas uma primeira área Ai, uma segunda área A2, uma terceira área A3, e uma quarta área A4. Tendo em conta a otimização do presente documento, a primeira área A4, a segunda área A2, a terceira área A3, e a quarta área A4 são aproximadamente iguais entre si. A área detetada Am, qualquer das quatro áreas A4-A4, é medida.

De acordo com a lei de Beer:

0 processador 132 pode ser utilizado para obter uma massa ótica independente da concentração ou do comprimento da trajetória da pluma de escape, em que μ é a massa ótica, (I/1 o) é o ratio de atenuação e κ(v) é uma secção transversal de absorção monocromática correspondente ao espectro. Multiplicando a massa ótica pela área detetada Am, o processador 132 pode ser utilizado para indicar uma quantidade do componente específico da pluma de escape 140 .

Noutra forma de realização da presente invenção, o detetor 130 pode adicionalmente incluir uma multiplicidade de píxeis 170 correspondendo a uma multiplicidade de fotossensores 160, em que um pixel 170 corresponde a um fotossensor 160. O fotossensor 160 pode ser utilizado para converter os sinais óticos que o detetor 130 deteta em sinais elétricos que, por conseguinte, o processador 132 compreendido pelo dispositivo 100 em comunicação com o detetor 130 pode processar em conformidade.

Em funcionamento, o detetor 130 compreendendo uma multiplicidade de píxeis 170 está localizado na proximidade da fonte 110, de modo a retratar o estado da faixa de rodagem 101 como uma câmara de captação de imagens. Quando o veículo 105 a ser detetado alcança a superfície 102 da faixa de rodagem 101, a pluma de escape 140 emitida pelo veículo 105 pode também ser captada em imagem pelo detetor 130. Em tais circunstâncias, a distância em relação à pluma de escape 140 é considerada suficientemente grande para gue cada pixel tenha aproximadamente a mesma área desde o topo até à base da pluma de escape 140. O detetor 130 é inicialmente operado para captar imagens da superfície 102 da faixa de rodagem 101 quando o veículo 105 a ser detetado não chegou e, assim sendo, a pluma de escape 140 ainda não foi formada, de modo a obter a primeira intensidade da luz recebida 122. Depois de o veículo 105 chegar e expelir a pluma de escape 140 através da qual a luz recebida 122 é transmitida, o detetor 130 é utilizado novamente para captar imagens da pluma de escape 140, de modo a obter a segunda intensidade da luz recebida 122.

Alternativamente, na figura 3 (d) a fonte 110 pode ser a iluminação natural do Sol. Desde que a totalidade da pluma 140, juntamente com a sua «sombra», seja captada na imagem, todas as moléculas são passadas duas vezes pela luz. Pode-se, então, encontrar a quantidade total de moléculas alvo na pluma 140, utilizando métodos de recuperação de passagem dupla.

Na prática, como mostrado na figura 4, cada um de entre a multiplicidade de píxeis 160 pode corresponder a uma porção da luz recebida 122 e a uma porção da área total At. Assim, envolvendo com o detetor 130, o processador 132 mede, em conformidade, a área de pixel Air em que o valor de i é um número inteiro positivo. Numa forma de realização, i pode ter um valor de seis, e Ai compreende Alr A2, A3, A4, A5, e A6. A área de pixel A± é a porção da área total At. Mais exatamente, a área de pixel A± é uma área de secção transversal da pluma de escape 140 pela qual a luz recebida 122 é absorvida, como mostrado em Ai, A 2, A3, A4, As, e A6.

Visto que cada fotossensor 170 pode ser utilizado para gerar um sinal elétrico que responde à porção da luz recebida 122 em cada área de pixel A± e cada sinal elétrico é indicativo de cada diferença ótica em cada área de pixel Air representando cada percentagem de absorção da porção da luz recebida 122 absorvida pela pluma de escape 140, o processador 132 pode ser utilizado para comparar a imagem da superfície 102 da faixa de rodagem 101 imediatamente antes da chegada do veículo 105 com a imagem da pluma de escape 140.

Mais especificamente, o processador 132 pode ser utilizado para processar os sinais elétricos convertidos dos sinais óticos da luz recebida 122 para ter a percentagem de absorção e, em conformidade, para obter uma multiplicidade de ratios de pixel (1'/1(/) como os números mostrados na figura 4.

Cada um dos ratios de pixel (1'/1(/) é correspondente a cada área de pixel Ax, em que o ratio de pixel (1'/1(/) é um ratio de atenuação da segunda intensidade ótica em relação à primeira intensidade ótica da porção da luz recebida 122 em cada área de pixel Ax.

Na prática, o detetor 130 compreendendo a multiplicidade de píxeis é utilizado em conjunto com filtros passa-banda estreitos. Estes filtros incorporam as bandas de absorção de gases específicos com uma respetiva largura de banda predeterminada .

Assim, o processador 132 em comunicação com o detetor 130 pode ser levado a processar os sinais elétricos convertidos dos sinais óticos da luz recebida 122 ai, de modo a determinar um ou mais espectros da luz recebida 122 e, ainda, encontrar uma multiplicidade de massas subóticas μι. Cada uma das massas subóticas px corresponde à área de pixel Alf e os ratios de pixel (I'/I0') baseados na lei de Beer:

em que px é a massa subótica, (I'/I0') é o ratio de pixel e k(v) é um coeficiente de absorção monocromática que corresponde ao espectro da porção da luz recebida 122. Desse modo, a quantidade do componente especifico pode ser somada nos valores da multiplicidade de píxeis 160 com cada produto da massa subótica px e a área de pixel

Ai, como

em que o valor de N é um número inteiro positivo e, de acordo com uma forma de realização, o valor de N é seis.

Noutra forma de realização da presente invenção, o detetor 130 pode adicionalmente compreender uma matriz de deteção capaz de captar imagens da pluma de escape 140 e da superfície 102 da estrada.

Numa forma de realização, o processador 132 pode ter um computador e/ou um espectrómetro. O processador 132 pode também demodular o feixe de luz detetado.

Alternativamente, o que está descrito acima no documento, relativamente à segunda intensidade e à primeira intensidade da luz recebida 122 se referirem respetivamente ao momento antes e depois de a luz recebida 122 passar através da pluma de escape 140, não é limitativo. Pode-se substituir facilmente os dois momentos por um momento que ocorre mais tarde e um momento que ocorre mais cedo em relação à definição acima referida, apesar de ambos os momentos ocorrerem depois de a pluma de escape 140 ser formada e, assim sendo, a luz recebida 122 ter passado através da pluma de escape 140. Numa tal aplicação, o dispositivo 100 pode na mesma ser aplicado para encontrar uma quantidade de, pelo menos, um dos componentes da pluma de escape 140 alterado durante um intervalo de tempo.

Adicionalmente, o plano focal do espelho côncavo 150 pode ser utilizado para posicionar vários detetores diferentes que captam imagens de diferentes secções da estrada. Podem-se captar imagens de uma faixa da superfície da estrada utilizando uma matriz de deteção paralela.

Outra forma de realização envolve utilizar medições que utilizam duas bandas de filtros de captação de imagens que contêm diferentes secções transversais do mesmo gás e utilizar a equação DIAL para calcular quantidades absolutas. São utilizadas diferentes fontes de luz que requerem diferentes configurações e tecnologias de deteção. As fontes de luz são pulsadas ou interrompidas de acordo com amplificadores de deteção síncrona para aumentar a sensibilidade e para distinguir fontes de luz.

Uma fonte de espectro largo — Lâmpada de halogénio: Numa forma de realização, uma lâmpada de halogénio, tal como um farol de um carro, é utilizada como fonte. Para uma tal fonte de espectro largo, pode ser utilizado um dispositivo ótico colimador para colimar o feixe de luz emitido pela lâmpada de halogénio e para transmitir a luz colimada através da pluma de escape até à superfície da faixa de rodagem. Como mostrado na figura 5, o dispositivo ótico colimador inclui um primeiro espelho côncavo 361 e um segundo espelho côncavo 362 posicionados em relação à fonte de espectro largo 310 de modo a que o primeiro espelho côncavo 361 receba o feixe de luz 312 emitido pela fonte 310 e reflita a luz recebida 312 para o segundo espelho côncavo 362. O segundo espelho côncavo 362, por sua vez, colima a luz refletida 363 e transmite a luz colimada 370 através da pluma de escape até à superfície da faixa de rodagem. O primeiro espelho côncavo 361 e o segundo espelho côncavo 362 definem um foco 365. No foco 365, a luz refletida 363 é interrompida por um interruptor de roda ou basculante 366. O sinal do interruptor é alimentado a um amplificador de deteção síncrona bifásico. O amplificador de deteção síncrona amplifica então o sinal sem acrescentar ruído.

Esta fonte de espectro largo irradia de luz ultravioleta até infravermelha até 5 pm. Isto cobre fortes e fundamentais bandas de absorção de CO e C02 bem como fortes bandas violetas e ultravioletas de N02, NO e S02. Podem ser utilizados filtros para isolar bandas específicas destas moléculas, em conjunto com vapor de água, hidrocarbonetos, amoníaco e outros.

Uma fonte de luz de halogénio modulada tem uma intensidade forte e pode ser difundida por toda a faixa de rodagem. A modulação pode ser sincronizada com o detetor, para eliminar a necessidade de bloqueio de fase. Isto permite subtrair a radiação de fundo devida ao calor do escape do carro, para obter apenas a absorção devida ao escape. Podem ser utilizados espelhos para recolher a luz onde quer que esta esteja a brilhar. Dependendo do comprimento e distância focais, estes espelhos podem captar imagens de posições iluminadas específicas para um detetor. Isto permite que sejam utilizadas diferentes trajetórias ou posições para marcar diferentes posições de tubos de escape.

Fontes de espectro estreito: Ao filtrar uma fonte de espectro largo ou ao utilizar LED, pode ser eliminada a necessidade de filtragem do detetor.

Lasers díodos: 0 setor das telecomunicações baixou significativamente o custo dos lasers díodos, por conta da produção em massa. 0 setor das telecomunicações utiliza fibras óticas e lasers díodos para transmitir grandes quantidades de informação a longas distâncias. Devido aos materiais das fibras óticas, o comprimento de onda médio destes lasers é de aproximadamente 1,5 pm. Existem bandas de absorção de infravermelhos de C02, CO, H20, NH2 e de outros, nesta região. Os lasers díodos e detetores de InGaAs são extremamente económicos e de extrema alta qualidade, devido à sensibilidade dos produtos estar adequada à produção em massa e aos custos. Isto permite a deteção destas bandas, apesar de algumas serem extremamente fracas.

Os lasers díodos podem ser utilizados para detetar remotamente a temperatura de escape, devido ao fator de Boltzmann e à extrema estreiteza de uma linha de laser. A distribuição térmica de níveis rotacionais não é dada simplesmente pelo fator Boltzmann e~E~kT. 0 número de moléculas Nj no nível rotacional J do estado vibratório mais baixo à temperatura T é proporcional a (G. Herzberg, Spectra of Diatomic Molecules (Espectros de Moléculas Diatómicas), 2.a ed., D. Van Nostrand Co. 1950):

Daqui se infere que quanto maior o valor de J ou a energia rotacional, mais o termo exponencial é dominante. Pode-se, assim, retirar a temperatura do escape utilizando esta relação. A figura 6 mostra os espectros de C02 na região dos 1,5 m. O fator de Boltzmann pode ser observado nas energias rotacionais mais elevadas. As linhas de absorção em energias rotacionais mais elevadas seguem o fator de Boltzmann e podem, por isso, ser utilizadas para calcular a temperatura do escape.

Visto que o ratio de mistura de moléculas no escape se altera conforme o veículo aquece, um carro a trabalhar a frio polui mais que um quente. Pode-se detetar a temperatura em conjunto com a quantidade de gases numa pluma de escape utilizando dois ou três lasers de diferentes comprimentos de onda. Pode-se, então, ajustar as previsões de quantidades devidas à temperatura do motor e do tubo de escape.

Os lasers díodos têm uma FWHM (Largura à meia altura) na gama de cerca de 6-10 MHz. Isto significa gue pode assentar sobre uma linha de absorção. Podem ser selecionados lasers com diferentes comprimentos de onda para darem a inclinação ou forma do fator de Boltzmann. A temperatura do escape pode, então, ser calculada. Estes lasers podem ser modulados a freguências diferentes. Isto permite que os diferentes detetores com amplificadores de deteção síncrona sejam utilizados para distinguir entre os lasers que iluminam o mesmo ponto.

De acordo com a presente invenção, os detetores são posicionados no foco do dispositivo ótico coletor.

Diferentes fontes necessitam de diferentes sistemas de deteção. Para uma fonte de luz de espectro largo, são posicionados um ou mais filtros à frente dos detetores. Podem ser utilizadas matrizes de deteção para captar imagens de faixas da estrada. Isto permite captar toda a pluma de escape e, depois, saber quantidades absolutas do escape de um veículo, independentemente da posição ou altura do tubo de escape.

Para uma fonte de laser díodo, a fonte 610 e o detetor 630 são colocados no mesmo eixo ótico 655, como mostrado na figura 7. O espelho esférico 650 funciona como o dispositivo ótico coletor para recolher a luz difundida pela superfície da faixa de rodagem e para focar a luz recolhida para o detetor 630. A fonte de laser é trazida até à caixa do espelho por intermédio de fibra ótica. O laser pode estar no exterior da caixa.

Fazendo referência às figuras 8 e 9, uma forma de realização do mecanismo 818 utiliza fontes de luz coerente 803 ou lasers e um detetor 812 de elemento único e banda larga. Uma ou mais fontes de luz coerente 803 emitindo em diferentes comprimentos de onda selecionados são modulados no tempo 802 por um controlador 801. No caso de lasers diodo ajustáveis, os comprimentos de onda podem ser selecionados definindo a temperatura de cada laser 803 com um dispositivo de refrigeração 804 correspondente. Os feixes de luz modulados no tempo resultantes são combinados oticamente 805, e enviados através de um dispositivo ótico de posicionamento 807. O feixe de luz posicionado 806 passa através de uma pluma gasosa 810, refletindo-se em alguns materiais 809 substancialmente refletores. O feixe de luz refletido 806 passa através do dispositivo ótico de deteção 811 e é focado para um detetor optoeletrónico 812. O sinal elétrico do detetor 812 passa para um amplificador de baixo ruido 813. O detetor 812, bem como o amplificador 813, pode ser colocado num mecanismo de refrigeração 814 para aumentar a sensibilidade e estabilidade da deteção. O sinal resultante é, então, passado através de um circuito de demodulação 815 e para um conversor analógico-digital 816. Finalmente, a medição é digitada e processada pelo controlador 801. Os resultados podem ser apresentados localmente ou guardados, bem como transmitidos para uma localização remota por algum mecanismo de comunicação 817. O controlador 801 pode ser um dispositivo informático, tal como um computador incorporado, em conjunto com um componente eletrónico digital de aplicação especifica, tal como uma rede de portas lógicas programáveis (FPGA).

Cada fonte coerente 803 emite num comprimento de onda especifico, o qual é escolhido para detetar a presença ou ausência de um pico de absorção. Quando colocada num pico de absorção 821, ou «em linha», a fonte de luz 803 pode ser utilizada para medir a concentração ou, alternativamente, quantidades absolutas de gás na trajetória da luz 806. Quando colocada num canal de absorção 822, ou «fora de linha», as medições com uma fonte coerente 803 podem ser utilizadas para eliminar as propriedades do ambiente. Por outras palavras, é desejável saber quanta luz é devolvida ao detetor ao longo da trajetória com uma sensibilidade inferior, mas aproximadamente no mesmo comprimento de onda. Isto é feito preferentemente nas abas situadas entre as linhas. Uma secção transversal de absorção diferencial é calculada e inserida na equação DIAL (LIDAR de Absorção Diferencial).

Para medições remotas de escapes de veículos, alguns dos gases importantes são o CO, C02, 02, NO, diversos hidrocarbonetos, etc. Visto que os picos de absorção 821 de tais gases existem ao longo de uma vasta gama de comprimentos de onda, incluindo os visíveis, ultravioletas e infravermelhos, é vantajoso escolher comprimentos de onda para medição que maximizem a relação sinal-ruído, utilizando, em simultâneo, fontes 803 e detetores 809 práticos e eficazes em termos de custos.

As fontes coerentes 803 são tipicamente refrigeradas por um mecanismo de refrigeração 804. O mecanismo de refrigeração 804 é tipicamente um refrigerador termoelétrico em conjunto com um dispositivo de medição de temperatura, tal como um termístor, que permite que a temperatura da fonte 803 seja controlada eletronicamente com precisão por meio de um sistema de controlo retroativo, por exemplo. Ajustar a temperatura permite que o comprimento de onda de alguns lasers seja ajustado. Controlar a temperatura tem o benefício acrescido de evitar o desvio da temperatura, o que pode modular inadvertidamente a fonte 803. Se a fonte 803 está substancialmente estável num comprimento de onda desejado, o mecanismo de refrigeração 804 pode ser omitido, simplificando a conceção, bem como baixando os seus custos.

Visto que os comprimentos de onda de lasers ajustáveis podem varrer muitos picos de absorção, o controlador 801 pode escolher um pico que maximize a relação sinal-ruído. Normalmente, será um comprimento de onda com a maior absorção e a menor sensibilidade à temperatura para o gás medido, e que não coincida com nenhum outro dos gases presentes. O sistema pode também escolher um comprimento de onda diferente, no caso de detetar que existe alguma forma de interferência no comprimento de onda existente. A potência de saída de cada fonte coerente 803 pode igualmente ser regulada. Isto pode ser feito com um sistema retroativo de corrente ou um sistema retroativo de fotodíodo ou uma combinação dos dois.

As fontes podem ser moduladas por estimulação elétrica direta 802 ou mecanicamente, utilizando um obturador controlado eletricamente, tal como um interruptor de roda ou um obturador de cristais líquidos. Um método de modular a fonte de luz 803 ao longo do tempo é utilizar uma forma de onda de frequência constante, tal como uma onda sinusoidal ou onda quadrada, bem como outros padrões ortogonais mais complexos. Outras técnicas de modulação ao longo do tempo, tal como alternar a fase entre duas fontes em 90 graus, são igualmente possíveis.

Modular as fontes no tempo permite que o sistema ignore sinais de fundo ou ruido, ao escolher uma modulação que evite fontes de luz externas. Isto não inclui apenas quaisquer fontes de luz ambiente, mas também qualquer luz emitida pela própria pluma gasosa aquecida. A transmissão de luz através de uma pluma pode, então, ser medida consistentemente independentemente da temperatura da pluma. A modulação no tempo permite também que a invenção utilize um único detetor 812 ao colocar cada sinal de luz na sua própria banda de frequência, a qual pode ser separada eletronicamente por um mecanismo de demodulação 815. Isto reduz a complexidade física da conceção, bem como permite substituir exóticos materiais de deteção de luz de elevado custo por componentes eletrónicos de demodulação de baixo custo ou por computação digital. Adicionalmente, a modulação no tempo aumenta a sensibilidade do detetor 812 ao funcionar num espectro em que o ruído de 1/f é inferior.

Se as fontes 803 não forem moduladas separadamente ao longo do tempo, podem ser utilizados outros meios para detetar cada fonte. Por exemplo, o sistema pode utilizar múltiplos detetores, cada um deles ajustado para um comprimento de onda ótico específico, um por cada fonte coerente. Um método é utilizar um filtro ótico em conjunto com cada detetor ou mesmo utilizar a largura de banda natural do detetor para distinguir cada fonte de luz. Outro método envolve alterar a polarização de cada fonte e utilizar detetores em conjunto com filtros de polarização. A função do combinador ótico 805 é transformar os feixes coerentes separados das fontes 803 num único feixe de luz 806. O combinador ótico 805 pode ser um conjunto fundido de fibras óticas ou um separador de feixe invertido, por exemplo. O combinador ótico pode ser eliminado se for desejado apenas um comprimento de onda para medição ou se suceder que as fontes já estejam num único feixe ou se forem utilizados dispositivos óticos de posicionamento 807 separados para cada fonte 803.

Tipicamente, o dispositivo ótico de posicionamento 807 é um espelho rotativo ligado a um motor controlado por velocidade. A velocidade rotacional do motor determina quão rápido o feixe de luz é varrido sobre uma área de análise. O varrimento pode ser de uma única linha 831 ou de um conjunto de linhas 841 em algum padrão que possa ser utilizado para detetar remotamente as propriedades da pluma gasosa de análise. Ao varrer o feixe de luz 806, a posição da pluma gasosa 810 pode ser determinada. Visto que a velocidade do mecanismo de varrimento 807 é controlada, o dispositivo de controlo 801 pode correlacionar a medição do detetor 812 com a posição do feixe 806.

Se a posição da pluma não for desejada, pode ser utilizada uma lente geradora de linha 601, por exemplo, eliminando a necessidade de peças móveis. O mecanismo de varrimento 807 pode ser completamente omitido se um único feixe for suficiente para a medição desejada. 0 refletor 809 pode ser feito de diversos materiais. Pode ser utilizada fita ou tinta retrorrefletora, por exemplo. Alternativamente, pode ser fixada à estrada uma matriz de cubos refletores espelhados. Outros aspetos que influenciam a escolha de materiais envolvem saber se a instalação é temporária ou permanente. O refletor adicional 809 pode ser omitido se a estrada 808 ou outra característica pré-existente do fundo for substancialmente refletora, de modo a que seja alcançada uma relação sinal-ruido adequada com a pluma 810 de análise. A superfície refletora 809 pode ser completamente omitida se a fonte e o detetor estiverem separados de modo a que a pluma 810 esteja entre os dois. Isto exiqe dois controladores 801 separados e, possivelmente, uma malha de captura de fase ou outros meios para sincronizar os dois dispositivos.

Visto que a superfície refletora 809 está numa estrada 808 ou alguma outra área não controlada sujeita a desgaste ambiental, é razoável assumir que a reflexão não será uniforme ao longo da área da superfície. Por causa disto, a invenção divide a região medida em feixes 806 substancialmente pequenos, pois a reflexão de qualquer um dos feixes 806 será maioritariamente constante. De igual modo, visto que as medições podem ser feitas em relação a uma medição base de referência 203, as fontes constantes de atenuação ficarão de fora dos cálculos.

Visto que esta forma de realização utiliza uma superfície refletora 809 externa, quer as fontes moduladas 803 quer o detetor 809 podem estar fisicamente juntos 818, e ser controlados por um único controlador 801. Uma vantagem deste esquema é que, visto que as fontes moduladas e o detetor podem ser controlados centralmente, as fontes moduladas podem ser sincronizadas com o componente eletrónico de deteção. Isto elimina a necessidade de uma malha de captura de fase ou outro mecanismo de sincronização no componente eletrónico de deteção. A secção de deteção desta forma de realização inclui um dispositivo ótico de focagem 811 bem como um detetor eletro-ótico 812 ligado a um amplificador de baixo ruido 813. 0 dispositivo ótico de focagem 811 permite à forma de realização captar imagens de uma grande área, de preferência suficientemente grande para permitir ver toda a pluma de análise 810. O detetor 812 pode ser um fotodiodo semicondutor ou uma termopilha ou qualquer dispositivo sensível de deteção semelhante. O detetor é feito de um material que consegue detetar luz nos comprimentos de onda desejados. O amplificador de baixo ruído 813 pode consistir em qualquer componente eletrónico de processamento de sinal analógico adequado, capaz de extrair adequadamente do detetor 812 o sinal de análise.

Convencionalmente, são utilizadas fontes de luz paralelas para medir plumas gasosas, o que é desvantajoso, pois tal exige que o sistema de medição seja tão grande quanto a própria pluma. Isto pode ser impraticável se a pluma for muito grande, tal como a de uma chaminé. Esta forma de realização da invenção utiliza luz focada, o que permite que todo o sistema 818 seja substancialmente mais pequeno que a própria pluma 810 ou que a região de análise, e que caiba num espaço compacto e prático. Isto torna o dispositivo potencialmente discreto e portátil. 0 detetor optoeletrónico 812, bem como o amplificador de baixo ruído 813, pode ser refrigerado 814 para aumentar a sensibilidade da deteção. Controlar a temperatura tem o benefício acrescido de tornar o detetor 812 mais estável, eliminando desvios indesejados do sinal medido. São possíveis várias técnicas de refrigeração, incluindo refrigeradores termoelétricos, uma garrafa térmica contendo algum líquido criogénico, ou um motor Stirling. Se o elemento de deteção 812 existente e o amplificador de baixo ruído 813 forem substancialmente sensíveis quanto baste, o mecanismo de refrigeração 814 pode ser completamente omitido, diminuindo os custos e simplificando a conceção.

Embora seja desejável utilizar apenas um único detetor de banda larga 812 para manter o sistema simples, pode ser utilizado um conjunto de detetores de banda estreita ou banda limitada de outra forma, se não existir nenhum detetor prático com banda contígua que contenha todos os comprimentos de onda de análise.

Outra forma de realização substitui o detetor 812 de elemento único por uma matriz de detetores. Os detetores são dispostos de modo a que a posição de cada elemento de deteção corresponda a uma localização de medição desejada. Neste caso, a disposição dos detetores formará uma imagem da pluma de análise. Adicionalmente, com a combinação de um dispositivo ótico de posicionamento 807 e de uma matriz de captação de imagens, podem ser realizadas medições em 3D da pluma gasosa ou do veículo ou de quaisquer objetos no campo de visão, utilizando técnicas de fotogrametria bem conhecidas.

Ainda uma outra forma de realização utiliza uma fonte de espectro largo difusa e modulada no tempo em conjunto com uma matriz de plano focal (FPA). Os elementos da matriz podem ter um ou mais filtros óticos mascarando diferentes áreas da FPA. Uma FPA pode ter uma roda de filtragem motorizada antes, depois, ou entre os elementos de focagem de uma lente de captação de imagens. Alternativamente, os filtros podem ser colocados à frente da fonte de espectro largo. Isto pode melhorar a relação sinal-ruido da medição gasosa em comparação com a de uma fonte coerente, ao englobar múltiplos picos de absorção. A insensibilidade à temperatura pode ser alcançada englobando bandas de absorção individuais de uma molécula alvo. A fonte de espectro largo pode ser modulada eletronicamente ou mecanicamente para ajudar a distingui-la da radiação de fundo. Fontes de espectro largo filtradas de forma diferente podem ser moduladas em frequências diferentes para distinguir cada gás alvo. A posição da fonte pode também ser modulada de modo a que possa ser utilizado um único elemento de deteção. Por exemplo, um modulador espacial ótico de ID ou 2D, tal como um obturador de cristais líquidos, pode fornecer uma modulação independente para cada posição de medição desejada.

Uma outra forma de realização utiliza um conjunto de fontes de espectro estreito. Esta forma de realização utiliza fontes de luz em que cada uma delas cobre um espectro estreito de comprimentos de onda. Certos díodos emissores de luz (LED) podem satisfazer este requisito. Este método é similar à utilização de uma fonte de espectro largo em conjunto com um filtro ótico e pode melhorar, de igual modo, a relação sinal-ruído da medição gasosa, ao englobar múltiplos picos de absorção. Cada fonte de luz pode ser modulada no tempo como descrito acima e ser detetada com um único detetor ou uma matriz de deteção. Com esta abordagem, não são necessários filtros para o detetor.

Embora esta invenção se foque na medição dos escapes de carros, pode ser observado que a invenção não está limitada a escapes de carros, mas pode medir qualquer forma de fenómeno gasoso dentro de um campo de visão contra algum tipo de fundo refletor. Alternativamente, se a fonte de luz e o elemento de deteção estiverem alinhados, não é necessário um fundo refletor.

em que, v é o comprimento de onda da luz. 0 cálculo da massa ótica a partir de medições da intensidade da luz pode ser generalizado pela seguinte equação: t é o momento da medição. I(t)é uma medição da intensidade da luz num momento, t. H(v) = I0 (v) Hr (v) Hf (v) Hd (v) é a função do sistema. I0 (v) é a intensidade da fonte de luz.

Hr{v) é a atenuação do refletor.

Hf(v) é a atenuação do filtro.

Hd{v) é a atenuação do detetor.

é o coeficiente de transmissão através da trajetória gasosa, ou lei de Beer.

Ki(v) é uma secção transversal da molécula, i. orrii(v) é a massa ótica da molécula, i. N é o número de moléculas. É útil dividir uma medição de intensidade por uma medição de referência num determinado momento, to para obter um coeficiente total de transmissão relativo.

Desta forma, se alguma parte de H(v) for constante ao longo do espectro, a constante será anulada na divisão. Normalmente, um dos termos do sistema em H(v) é dominante para cada forma de realização da invenção. Para a forma de realização com uma fonte de espectro largo, Hf(v) é o termo dominante e os outros termos maioritariamente anulam-se. Para as formas de realização com uma fonte de espectro largo e uma fonte coerente, Io(v) é o termo dominante, porque a sua intensidade ultrapassa a baixa refletância da superfície da estrada. Qualquer um destes termos pode alterar-se ao longo do tempo, em função das condições ambientais. Como resultado, com uma boa caracterização do termo dominante do sistema, podem ser realizadas medições precisas sem a necessidade de caracterizar os outros termos.

De igual modo, se os termos da massa ótica em t0 forem zero (tal como num vácuo), então, T(v,t0)=l, e a equação é simplificada para:

Visto que todos os termos à exceção de om±(t) são medidos ou conhecidos ou anulados, a invenção pode resolver om±(t). Uma forma de calcular om±(t) é realizar uma solução numérica computacional utilizando uma técnica bem conhecida, como o método de Newton ou algum método similar. Alternativamente, pode ser computada antecipadamente uma tabela de consulta para um intervalo de valores desejáveis, ou uma curva aproximada pode ser ajustada a TTotal(om±) . Se N= 1, uma tal curva será:

) em que a e b são os coeficientes.

Assim que om±(t) for calculado, pode-se, por sua vez, determinar quantidades absolutas ou concentrações.

Se existir mais do que uma secção transversal na banda medida para os gases presentes na trajetória, já não haverá uma relação unidimensional entre o coeficiente de transmissão e a massa ótica. Uma forma de utilizar uma tal medição é realizar medições independentes adicionais noutras bandas, de modo a criar um sistema de equações. Com um número suficiente de medições independentes, as massas óticas podem ser encontradas. Por exemplo, se a invenção foi configurada para medir duas bandas, uma banda que contém CO e CO2, e outra banda que contém apenas CO, a medição da banda de CO pode ser removida da medição da banda de C0/C02, permitindo à invenção calcular, por sua vez, a massa ótica de C02. Este método permite à invenção utilizar bandas que são mediveis eficazmente em termos de custos, devido à disponibilidade de fontes, filtros, e detetores, mas que estão densamente preenchidas com secções transversais.

Para uma fonte coerente, os integrais são eliminados, visto que se está sobretudo a medir um único comprimento de onda e as respostas H (v) se anulam se forem maioritariamente constantes entre as medições em to e t, e adicionalmente a soma da profundidade ótica é eliminada se houver apenas um elemento na intersecção entre o conjunto de secções transversais que não zero nesse comprimento de onda e o conjunto de massas óticas na trajetória.

Novamente, se a massa ótica em to for zero, a equação é simplificada para:

Como alternativa à realização de medições em dois momentos diferentes, pode ser utilizado o método DIAL, em que as medições são realizadas utilizando duas fontes coerentes em diferentes comprimentos de onda, uma em linha e a outra fora de linha.

De acordo com a presente invenção, ao captar uma imagem de uma pluma de escape com uma câmara de infravermelhos ou ultravioletas, é calculada a massa total de um gás específico nessa pluma. No caso de escapes de veículos deixados para trás, pode-se medir remotamente gases específicos em gramas por distância. No caso de plumas de chaminés, pode-se medir remotamente gases específicos em gramas por tempo em que a chaminé os está a expelir. Todas estas medições vêm diretamente das fotografias/imagens. A capacidade de medir remotamente o número de moléculas numa pluma é tornada possível pela massa ótica. Não interessa se as moléculas se encontram na trajetória. Isto é semelhante a comprimir todas as moléculas na trajetória numa superfície plana em 2D. É irrelevante que a pluma não tenha uma concentração ou um comprimento de trajetória uniformes. Esta técnica conta simplesmente o número de moléculas num feixe de luz.

Além das aplicações acima referidas, o dispositivo da presente invenção pode encontrar aplicação numa vasta gama de domínios. Por exemplo, como mostrado na figura 10, o dispositivo pode ser utilizado para detetar e analisar os constituintes e suas quantidades numa pluma/emissão de escape 1040 emitida por uma fábrica 1001. A fonte de luz 1010 emite um feixe de luz e transmite a luz emitida através de uma pluma de escape 1040 emitida pela fábrica até uma superfície 1002, em que a luz transmitida 1020 é difundida na superfície 1002. O detetor 1030 recebe, pelo menos, uma porção da luz difundida 1020 pela superfície 1002 e processa a luz aí recebida, para determinar uma quantidade de, pelo menos, um dos componentes da pluma de escape 1040. O detetor 1030 pode ser uma câmara ou uma matriz de fotossensores para captar imagens da pluma de escape 1040.

Adicionalmente, o detetor 1030 pode estar num satélite para captar imagens de satélite da pluma de escape 1040 para processamento.

Outras aplicações incluem, mas não estão limitadas a, utilizar as imagens de satélite da atmosfera da Terra para quantificar constituintes da atmosfera, de modo a identificar a origem do aquecimento global. Outra aplicação inclui quantificar constituintes e quantidades de uma pluma/gás desconhecida a partir das suas imagens/fotografias captadas remotamente, o que pode adquirir grande relevância em ações de antiterrorismo.

Em suma, a presente invenção, entre outros aspetos, menciona um dispositivo de deteção remota que utiliza a tecnologia LIDAR. O feixe de luz emitido por uma fonte é direcionado para baixo, transmitido através da pluma de escape, na direção da superfície de uma faixa de rodagem de uma estrada na qual o veículo se desloca. A luz transmitida é então difundida na superfície da faixa de rodagem. Um dispositivo ótico coletor é utilizado para recolher a luz difundida pela superfície da faixa de rodagem. A luz recolhida é encaminhada para o detetor para analisar os componentes e indicar uma quantidade do determinado componente da pluma de escape. Adicionalmente, de acordo com a presente invenção, pode ser utilizada uma matriz de deteção para captar imagens da pluma de escape e da superfície da estrada, o que permitiria revelar a imagem global dos gases poluentes no escape do veículo. A descrição acima das formas de realização exemplificativas da invenção foi apresentada apenas para efeitos de ilustração e descrição e não se destina a ser exaustiva nem a limitar a invenção às formas exatas descritas. São possíveis muitas modificações e variações, à luz da descrição explicativa acima.

As formas de realização foram escolhidas e descritas para explicar os princípios da invenção e a sua aplicação prática, de modo a levar outros especialistas na técnica a utilizarem a invenção e diversas formas de realização e com diversas modificações, conforme forem adequadas para as utilizações específicas contempladas. Formas de realização alternativas serão aparentes aos especialistas na técnica à qual a presente invenção pertence, sem se desviarem do âmbito. Em conformidade, o âmbito da presente invenção é definido pelas reivindicações anexas e não pela descrição acima nem pelas formas de realização exemplificativas aí descritas.

Claims (12)

REIVINDICAÇÕES

1. Um dispositivo para quantificar quantidades absolutas de, pelo menos, um dos constituintes de uma pluma (140) de um veiculo (105), compreendendo: (a) uma fonte de luz (110) para emitir um feixe de luz (112) através da pluma (140) até uma superfície (101) na qual a luz é difundida; (b) um detetor fotossensivel (130) capaz de captar imagens compostas por pixeis (170) para captar uma imagem da pluma (140) contendo informação sobre a absorção da luz difundida (122) pela superfície (101), em que a absorção da luz difundida é causada pelas moléculas absorventes de luz do, pelo menos, um dos constituintes da pluma (140); (c) um dispositivo ótico coletor (150) para formar a referida imagem ao direcionar uma porção da luz difundida (122) para o detetor (130); e (d) um processador (132) para processar a imagem captada para determinar uma quantidade absoluta do, pelo menos, um dos constituintes da pluma (140), caracterizado por o processador (132) estar configurado para realizar adicionalmente as funções de: (i) escolher uma multiplicidade de pixeis da imagem captada, a referida multiplicidade de pixeis representando uma secção de corte da pluma (140) transversal ao sentido da marcha do veiculo (105) e representando uma área detetada Am da referida secção, sendo atribuída uma área de pixel Ax a cada pixel, a qual corresponde a uma parte respetiva da área detetada Am representada pelo respetivo pixel; (ii) caracterizar uma taxa de absorção I/I0 de luz de cada pixel escolhido da imagem captada; (iii) calcular a massa ótica μ de cada pixel (170) a partir da taxa de absorção I/Io caracterizada do pixel, por meio da lei de Beer: μ=-1η (I/10)/κ (v) , com κ(ν) a indicar uma secção transversal de absorção monocromática correspondente ao espectro da luz recebida para o, pelo menos, um dos constituintes da pluma (140); (iv) multiplicar a massa ótica μ de cada pixel pela respetiva área de pixel Ax para obter o número de moléculas absorventes de luz do, pelo menos, um dos constituintes da pluma em cada pixel (170); e (v) somar o número de moléculas absorventes de luz de cada pixel para obter o número total de moléculas absorventes de luz do, pelo menos, um dos constituintes da pluma (140) na referida secção transversal da pluma (140) representada pela multiplicidade de píxeis.

2. O dispositivo da reivindicação 1, em que o processador está configurado para realizar adicionalmente as funções de: (vi) calcular o número de moles e, por conseguinte, de gramas do, pelo menos, um dos constituintes da pluma (140) na referida secção transversal da pluma (140); e (vii) calcular a largura da secção transversal da pluma (140) para obter as gramas por distância do, pelo menos, um dos constituintes gue o veículo (105) está a deixar para trás quando o veículo (105) se desloca.

3. O dispositivo da reivindicação 1, em que o detetor (130) compreende pelo menos uma de entre uma câmara de infravermelhos e uma câmara de ultravioletas, com um ou mais filtros passa-banda estreitos, em que o um ou mais filtros passa-banda estreitos incorporam as bandas de absorção de gases específicos.

4. O dispositivo da reivindicação 1, em que o detetor (130) compreende uma multiplicidade de fotossensores (160), cada fotossensor (160) gerando um sinal elétrico que responde à luz difundida (122) pela superfície (101), em que o sinal elétrico é indicativo da absorção da luz recebida pela pluma (140) .

5. O dispositivo da reivindicação 1, em que o detetor (130) compreende uma matriz de deteção capaz de captar imagens da pluma (140) .

6. O dispositivo da reivindicação 1, em que a fonte de luz (110) compreende uma fonte de luz de halogénio e/ou uma barra incandescente.

7. O dispositivo da reivindicação 6, compreendendo adicionalmente um dispositivo ótico colimador/difusor para colimar/difundir a luz emitida (120) e transmitir a luz através da pluma (140) até à superfície (101) .

8. 0 dispositivo da reivindicação 7, em que o dispositivo ótico colimador compreende um primeiro espelho côncavo (361) e um segundo espelho côncavo (362) posicionados em relação à fonte de luz (110) de modo a que o primeiro espelho côncavo (361) receba o feixe de luz emitido pela fonte e reflita a luz recebida para o segundo espelho côncavo (362), o segundo espelho côncavo, por sua vez, colima a luz refletida e transmite a luz colimada através da pluma (140) até à superfície (101) .

9. O dispositivo da reivindicação 8, em que o primeiro espelho côncavo (361) e o segundo espelho côncavo (362) definem um foco (365) entre si, e um interruptor (366) é colocado no foco.

10. O dispositivo da reivindicação 1, em que a fonte de luz (110) compreende um ou mais lasers modulados, e/ou LED modulados.

11. Um método para quantificar quantidades absolutas de, pelo menos, um dos constituintes de uma pluma, compreendendo os passos de: (a) direcionar um feixe de luz através da pluma até uma superfície na qual o feixe de luz é difundido; (b) captar, por intermédio de um detetor fotossensível (130) capaz de captar imagens compostas por píxeis, em que a absorção da luz difundida é causada pelas moléculas absorventes de luz do, pelo menos, um dos constituintes da pluma; uma imagem da pluma contendo informação sobre a absorção da luz difundida pela superfície e (c) processar a imagem captada para determinar uma quantidade absoluta de, pelo menos, um dos constituintes da pluma, caracterizado por o passo de processamento compreender adicionalmente os passos de: (i) escolher uma multiplicidade de píxeis da imagem captada, a referida multiplicidade de pixeis representando uma secção de corte da pluma no sentido de propagação do feixe de luz e representando uma área detetada Am da referida secção, sendo atribuída uma área de pixel A± a cada pixel, a qual corresponde a uma parte respetiva da área detetada Am representada pelo respetivo pixel; (ii) caracterizar uma taxa de absorção I/Io de luz de cada pixel escolhido da imagem captada; (iii) calcular a massa ótica μ de cada pixel a partir da taxa de absorção I/Io caracterizada do pixel, por meio da lei de Beer: μ=-1η (I/I0)/κ (v) , com k(v) a indicar uma secção transversal de absorção monocromática correspondente ao espectro da luz recebida para o, pelo menos, um dos constituintes da pluma; (iv) multiplicar a massa ótica μ de cada pixel pela correspondente área de pixel A± para obter o número de moléculas absorventes de luz do, pelo menos, um dos constituintes da pluma em cada pixel; e (v) somar o referido número de moléculas absorventes de luz de cada pixel para obter o número total de moléculas absorventes de luz do, pelo menos, um dos constituintes da pluma na referida secção transversal da pluma representada pela multiplicidade de píxeis.

12. 0 método da reivindicação 11, em que a pluma é uma pluma de escape de um veículo (105) e em que o passo de processamento compreende adicionalmente os passos de: (vi) calcular o número de moles e, por conseguinte, de gramas do, pelo menos, um dos constituintes da pluma na referida secção transversal da pluma; e (vii) calcular a largura da referida secção transversal da pluma para obter as gramas por distância do, pelo menos, um dos constituintes que o veículo está a deixar para trás quando o veículo (105) se desloca.