SE533943C2 - Metod och system för detektering av frysning av en vätska på en väg - Google Patents

Description

25 30 533 943 2 Beaktandet av dessa två terrnodynamiska principer ger en modell av vägytans temperatur medan en frysningsprocess hos en vätska på vägytan pågår. Den fördröjda kämbildningen leder till att vattnet tillfälligt blir underkylt men efter att frysningsprooessen börjar stiger temperaturen snabbt till fryspunkten. Teoretiskt kan vattnet nå en temperatur kallare än - 40°C med en fryspunkt pà 0°C. Detta är endast möjligt i extremt rent och lugnt vatten under laboratorieförhâllanden. Likväl, även på vâgytor har underkylning på flera grader observerats.

Frusen vätska på en vägyta benämns ibland svartis. Den är egentligen inte svart utan genomskinlig. vilket gör att den ser svart ut på grund av asfalten. I motsats till rimfrost eller snö är svartls mycket svårare att upptäcka och liknar en våt väg. Att veta var och när svartls har bildats är viktig information för både trafikanter och underhàllspersonal som kan använda kemikalier, t.ex. salt, för att sänka en fryspunktstemperatur hos vätska på en vägyta och för att undvika bildandet av is.

US5416476 och US2002/0075141 visar ett system, respektive en anordning, vilka är fordonsmonterade och mäter en temperatur hos vägytan på vilken respektive fordon färdas. US'476 och WO'141 visar inte detekterlng av frysning av en vätska på en vägyta.

US5313202 visar en metod och en anordning för detekterlng av nedisning av bärytor.

Temperaturen hos olika delar av en bäryta mäts. Temperaturen på de olika delama jämförs och om en temperaturskillnad upptäcks, anses istillvåxt ha detekterats.

US6456200 visar en anordning för indikering av isbildning på en yta. En temperaturskillnad mäts av en givare i form av ett peltierelement försänkti en vägyta. En cirkulär metallplatta pà en ovansida av anordningen befinner sig på samma nivå som överdelen av vägytan. Anordningen kan aktivt värma och smälta ett isskikt på metallplattan. Ingen faktisk fryspunktstemperatur fastställs.

WO03/044508 visar en aktiv gatubeläggningsgivannodul som är försedd med en provbrunn, i vilken en peltierkylare är anordnad. Frysning av en vätska samlad i provbrunnen fastställs. 10 15 20 25 30 533 943 3 Ett system kallat Fensor ® utvecklat av Saab/ Combitech/ Saab Technologies utnyttjar ett peltierelement för aktiv värmning och kylning av en vätska samlad i en fördjupning i en vägyta för att fastställa en fryspunkt för vätskan i fördjupningen. Ett givarhuvud är anordnat i botten av fördjupningen.

De tre senare teknologiema enligt teknikens ståndpunkt, såsom visas i US'200 och WO'508 och Frensor ® systemet, fungerar genom att utnyttja en givare i direktkontakt med vätska (eller is). Således, måste värrneöverföring ske mellan vätska (eller is) och en respektive givare för att en förändring i våtsketemperatur ska avkännas av respektive givare. I sig påverkar därför dessa system frysnlngsprocessen eftersom en viss massa hos givaren måste anta en temperatur hos vätskan (eller is). Vidare arbetar dessa teknologier intennlttent eftersom is smälts och vätska tillåts frysa igen, respektive fryses aktivt igen. Dessutom är inte frysning av en vätska pà metallplattan, respektive i provbrunnen eller fördjupningen. det samma som att detektera frysning pà en vågyta.

Frysningsförhàllanden på metallplattan, i provbmnnen eller i fördjupningen skiljer sig från frysningsförhållanden på en vägyta. Således tillhandahåller inte dessa teknologier information om en vätska på en faktisk vägyta, på vilken fordon färdas.

SAMMANFATTNING Ett ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla tillförlitlig infonnation om frysning av en vätska på en vägyta.

Enligt en aspekt av uppfinningen uppnås ändamålet av ett system för detektering av frysning av en vätska på en väg, vilket utnyttjar en frlgöming av latent värme fràn vätskan. Systemet innefattar en givare för att mäta en vägtemperatur, och en processor ansluten till givaren. Processom år avsedd att övervaka temperaturförändringar över tiden som uppmäts av givaren. Givaren innefattar ett mätorgan anordnat ovanför och pà ett avstånd från en dei av vågyian för att kontinuerligt mäta en yttemperatur över delen av vägytan. Processom är avsedd att fastställa frigömlngen av latent värme som en ökning av yttemperaturen motsvarande en differentialkvot mellan yttemperaturen och tid och differentialkvoten överstigande ett tröskelvärde. 10 15 20 25 30 533 943 4 Eftersom mätorganet âr anordnat ovanför och på ett avstånd från delen av vägytan görs tillförlitliga temperaturrnätningar av vägytan och frysning av en vätska på den faktiska vägytan detekteras. Frysningen av en vätska på en faktisk vägbeläggnlng detekteras, d.v.s. inte frysning av en vätska samlad I en fördjupning eller frysning av en vätska på en metaiiplatta. Som ett resultat uppnås ovan nämnda ändamål på ett enkelt och tillförlitligt sätt.

Enligt utföringsfonnexempel är delen av vägytan belägen i ett område av ett hjulspåri vägen. På detta vis kan måtorganet riktas mot vägytan där fordon färdas och således, frysning av en vätska på vägytan som sådan, på vilken fordon färdas kan således detekteras. Ett hjulspår är en del av vågen där fordons vänstra eller högra hjul berör, och färdas på, vägytan.

Enligt utföringsforrnexempel kan processom vara avsedd att erkänna ökningen om yttemperaturen eller en omgivande temperatur är under en tröskelvärdestemperatur. Pâ detta vis kommer inte plötsliga temperaturökningar, som uppkommer vid icke- frystemperaturer att erkännas som frysning av en vätska.

Enligt utföríngsfonnexempel kan processom vara avsedd att fastställa om nämnda ökning har en varaktighet av åtminstone en minimltldsperiod. På detta vis erkänns inte temperaturökningar beroende pà exempelvis passerande fordon som frysning av en vätska.

Enligt utföringsforrnexempel är processom avsedd att fastställa en faktisk fryspunktstemperatur hos en vätska på delen av vägytan bestämd av rådande förhållanden pàverkande vätskan på delen av vägytan. Kännedom om fryspunktstemperaturen kan utnyttjas för många ändamål. Exempelvis kan fryspunktstemperaturen användas för att besluta om kemisk behandling av vägytan för att sänka fryspunktstemperaturen är nödvändig. Exempelvis kan processom vara avsedd att fastställa den faktiska fryspunktstemperaturen som en temperatur uppnådd efter ökningen. Vätskan kommer att behålla väsentligen fryspunktstemperaturen under en tidsperiod efter ökningen. 10 15 20 25 30 533 943 5 Enligt utföringsforrnexempel kan mätorganet vara en infraröd termometer. Den infraröda tennometem kommer att tillhandahålla kontaktlösa mätningar av yttemperaturen på ett pålitligt och kostnadseffektivt vis.

Enligt utförlngsfonnexempel kan ett kylelement var anordnat under åtminstone en del av nämnda del av vägytan och prooessom kan vara ansluten till kylelementet för att styra kylelementet. Pà detta vis kan delen av vägytan aktivt kylas under prooessoms kontroll och således kan fryspunktstemperaturen hos vätskan fastställas också när omgivande temperaturer ligger över fryspunktstemperaturen för vätskan.

Enligt utföringsforrnexempel kan prooessom vara avsedd att kommunicera den faktiska fryspunktstemperaturen till en mottagare. Sådan mottagare kan vara ett vägunderhàllsfordon eller en väginforrnationsstation. Andra exempel kan vara en allmän vamingsvägskylt eller en övervaknlngsstatlon för vägunderhàll eller ett vägfordon.

Enligt en aspekt av uppfinníngen finns det ett förfarande för detektering av frysning av en vätska på en väg vilket utnyttjar en frigöming av latent värme från nämna vätska varvid: - en vägtemperatur mäts. - förändringar l vägtemperaturen övervakas över tiden, - vägtemperaturen är en yltemperatur kontinuerligt mätt över en del av vägytan, - yttemperaturen mäts ovanifràn och på ett avstånd från delen av vägytan, och - frlgömingen av latent värme fastställs som en ökning av yttemperaturen motsvarande en differentialkvot mellan yttemperaturen och tid och differentialkvoten överstigande ett tröskelvärde.

Enligt utföringsforrnexempel kan ökningen erkännas om yttemperaturen eller en omgivande temperatur är under en tröskelvärdestem peratur.

Enligt utföringsfonnexempel kan förfarandet inkludera fastställande om ökningen har en varaktighet av åtminstone en mlnimitidsperiod. 10 15 20 25 30 533 943 6 Enligt utförlngsfonnexempel kan förfarandet inkludera fastställande av en faktisk fryspunktstemperatur hos en vätska på delen av vägytan, bestämd av rådande förhållanden påverkande vätskan på delen av vägytan.

Enligt utföringsfonnexempel kan den faktiska fryspunktstemperaturen fastställas som en temperatur uppnådd efter ökningen.

Enligt utföringsformexempel kan förfarandet inkludera att åtminstone en del av delen av vägytan aktivt kyls.

Ytterligare särdrag hos, och fördelar med. föreliggande uppfinning kommer att bli uppenbara när de bifogade patentkraven och den följande beskrivningen studeras.

Fackmännen inom omrâdet kommer att inse att ollka särdrag hos föreliggande uppfinning kan kombineras för att skapa utföringsforrner andra än de beskrivna i det följande utan att avvika frän omfånget hos föreliggande uppfinning som definierad av bifogade patentkrav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA De olika aspektema av uppfinnlngen, inklusive dess speciella särdrag och fördelar, kommer med lätthet att förstås från den följande detaljerade beskrivningen och de bifogade ritningama, i vilka: Flg. 1 visar ett system för detekterlng frysning av en vätska på en vägyta enligt utföringsfonnexempel, ooh Flg. 2 visar frysning av en vätska pà en del av en vägyta.

DETALJERAD BESKRIVNING Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas mer fullständigt med hänvisning till de bifogade ritningama, i vilka exempelutföringsformer visas. Emellertid ska inte denna uppfinning tolkas som begränsad av de utförlngsforrnema uttryckt häri.

Visade särdrag hos utföringsfonnexempel kan kombineras som med lätthet förstås av fackmannen inom det område som uppfinningen tillhör. Samma nummer refererat till samma element genomgående. 10 15 20 25 30 533 943 7 Som använd hâri, år termen ”innefattande” eller ”innefattas” öppen och inkluderar ett eller flera angivna särdrag, element, steg, komponenter eller funktioner men utesluter inte närvaron eller tillägget av ett eller fiera ytterligare särdrag, element, steg. komponenter, funktioner eller grupper därav.

Som använd häri, inkluderar termen ”och/eller” någon eller alla kombinationer av en eller flera av de åtföljande listade postema.

Som använd häri, kan den vanliga förkortningen "t.ex.', som betyder ”till exempel', användas för att introducera eller specificera ett generellt exempel eller generella exempel på en tidigare nämnd post, och är inte avsedd att vara begränsande för sådan post. Om använd häri, kan den vanliga förkortningen ”d.v.s.', som betyder 'det vill säga”. användas för att precisera en särskild post ur en mer generell uppräkning.

Terrninologin använd häri är endast till för ändamålet att beskriva särskilda utföringsforrner och är inte avsedd att vara begränsade för uppfinningen. Som använd häri, är slngularisforrnema "en”, ”ett” och ”den/det” avsedda att inkludera även pluralisformer, om inte sammanhanget tydligt indikerar annat.

Om inte definierade på annat vis har alla tenner (inkluderande tekniska och vetenskapliga termer) använda häri samma betydelse som vanligen förstådda av fackmannen inom området som uppfinningen hör till. Det ska vidare förstås att termer, såsom sådana definierade i vanligen använda lexikon, skall tolkas såsom havande en betydelse som överensstämmer med deras betydelse i sammanhang med det relevanta teknikområdet och ska inte tolkas på ett idealiserat eller överdrivet formellt vis om inte uttryckligen så definierade häri.

Det ska förstås att när ett element refereras till som ”kopplat” eller ”anslutet” till ett annat element kan det vara direkt kopplat eller anslutet till det andra elementet eller mellanliggande element kan också finnas närvarande. Däremot, när ett element är nefererat till som ”direkt kopplat” eller ”direkt anslutet' till ett annat element finns det inga mellanliggande element närvarande.

Välkända funktioner och konstruktioner kan komma att inte beskrivas í detalj i utbyte mot konsistens och/eller klarhets. 10 15 20 25 30 533 943 Fig. 1 visar ett system 2 för att detektera frysning av en vätska på en vägyta 4 enligt utföringsformexempel. Systemet innefattar en givare innefattande ett mätorgan i form av en infraröd (IR) termometer 6 anordnad på en stolpe 8 vid sidan av en väg, vars vägyta 4 ska övervakas med avseende på frysning av vätska.

Vätskan på vägytan 4 kan vara vatten eller saltlake innehållande vatten och en kemikalle för behandling av vägen för att förebygga frysning av vatten på vägytan, t.ex. salt (NaCl). l fall av endast vatten på vägytan är det allmänt känt att fryspunktstemperaturen hos vatten är 0'Celcius. Emellertid, på vägar som under kalla årstider behandlas med kemikalier för att sänka fryspunktstemperaturen hos vätskan på vägen är fryspunktstemperaturen okänd, särskilt om en vis tid har förflutit sedan en vägsträcka blev behandlad. ltfledelst systemet enligt föreliggande uppfinning kan frysning av en vätska på en vägyta 4 detekteras, och enligt vissa exempelutföringsformer kan fryspunktstemperaturen fastställas. lR-terrnometem 6 riktas mot en del 10 av en vägyta så att lR-terrnometem 6 kan mäta temperaturen på delen 10 av vägytan eller en vätska som åtminstone delvis täcker delen 10 av vägytan. Delen 10 av vägytan kan vara belägen i ett område av vägen där fordon färdas, såsom ett område för ett hjulspår. Delen 10 av vägytan kan ha en area av omkring 20 kvadratcentimeter eller kan ha en annan area. t.ex. inom intervallet 5 - 30 eller 1 - 50 kvadratcentimeter. En för stor area kan göra det svårt att bestämma en plötslig ökning av vätsketemperatur.

IR-tennometem 6 är ansluten till en processor eller datainsamlare anordnad l en låda 12 på nämnda stolpe 8. Processom är avsedd/programmerad att utnyttja en algoritm för detektering av frysning av en vätska på delen av vägytan, se nedan. Processom kan vara ansluten till en aktiv vägskylt 14, en vamingsskylt som tänds när en frysning av en vätska (bildande av is) fastställs av systemet 2. Den aktiva vägskylten kan vara placerad en sträcka före lR-termometem 6, t.ex. 1 kllometer. Processom kan altemativet, eller också, vara ansluten till en övervakningsstation för Vägunderhåll, t.ex. en central från vilken vägunderhållsfordon dirigeras. En sådan övervakningsstation kan altemativt vara en anordning monterad i ett vägunderhàllsfordon. Processom kan också vara ansluten till ett vamingssystem, som uppmärksammar fordonsförare, t.ex. via en GPS-mottagare; 10 15 20 25 30 533 943 9 om isbildning pà en relevant vägsträcka. I en altemativ utförlngsforrn är processom anordnad på en annan plats än lR-temrometem 6. l detta fall kan lådan 12 innehålla kommunikationsutrustning för att kommunicera temperaturmätningar från IR- terrnometem 6 till processom.

Processom kan ta emot temperaturavlåsning från mer än ett mätorgan. Antingen kan flera lR-terrnometrar 6 vara anordnade på stolpen 8 och riktade mot olika delar av vägytan på en stàndort eller mätorgan. t.ex. IR-terrnometrar på olika ståndorter, skickar sina temperaturmätningar till en centralt anordnad processor.

Systemet 2 kan installeras som en del av en existerande WiS, (se nedan angående WiS-station). Detta kan ha fördelen att samma processor eller datainsamlare kan användas för andra WiS-funklioner och systemet enligt föreliggande uppfinning, och att ingen ny stàndort behöver beredas. lR-tennometem matar datalnsamlaren med en signal som analyseras. Vid ett is-alarrn sänds ett meddelande till ett beslut-stödsystem som underhållspersonal använder tillsammans med traditionella data såsom vind, lufitemperatur och fuktighet vilka normalt mäts vid en WiS-station. Personalen kan antingen ta emot ett meddelande om en fryspunktstemperatur eller ett alarm om frysning, d.v.s. isblldning. Systemet 2 kan altematlvt installeras separat fràn en existerande VViS-station.

Under delen 10 av vägytan kan ett kylelement vara anordnat för att aktivt kyla delen 10 av vägytan för att bestämma en fryspunktstemperatur hos en vätska även när omgivande temperatur ligger över fryspunktstemperaturen hos vätskan. Kylelementet kontrolleras av processorn.

Fig. 2 visar frysning av en vätska pà en del av en vägyta. Kurvan visar hur temperaturen hos vätskan förändras som uppmätt av ett mätorgan anordnat ovanför vägytan. Först sjunker temperaturen successivt till dess den nàr- 2 grader Celsius, vid vilken punkt frysning av vätskan börjar och dess temperatur ökar snabbt till den rådande fryspunkten hos vätskan, -0,5 grader Celsius. Vätskan förblir vid denna temperatur till dess all vätskan har frusit. Därefter fortsätter temperaturen hos isen att falla.

Utföringsfonnexempel av systemet för detektering av frysning innefattar en kontaktfri temrometer, t.ex. en IR-tennometer (infraröd termometer), och en processor ansluten till 10 15 20 25 30 533 943 10 termometem. Processom är programmerad med en detektoralgoritm. Prooessom kan innefatta eller kan vara ansluten till ett minne. Minnet kan utnyttjas for att lagra t.ex. detektoralgoritmen. Processom och minnet kan altemativt kallas en datainsamlare.

Enllgt utförlngsfonnexempel kan systemet innefatta ett kylelement, t.ex. ett Peltierelement såldes bildande ett aktivt system. Kylelementet kan vara monterat under vägytan för att kunna kyla vågytan ovanför kylelementet. Det skall förstås att 'under vägytan' omfattar också kylelement som är inbäddade i en vägbelâggning (t.ex. asfalt eller grov asfalt) bara kylelementet är täckt av vägbelåggningen. Kylelementet är anslutet till processom och kontrolleras av prooessom. Således kan processom använda kylelementet för att kyla vägytan ovanför kylelementet till en temperatur under dess aktuella temperatur som ges av omgivande förhållanden. Således kan fryspunktstemperaturen fastställas redan innan den har uppnåtts naturligt. Processom kan vara programmerad att kyla asfalten till dess vätska därpå fryser. Det verkliga frystillfället kan detekteras av lR-tennometem och en fryspunktstemperatur kan beräknas. Detta kan sörja för fastställande av en faktisk fryspunktstemperatur innan vätskan på asfalten fryser naturligt. Med kylelementet kan systemet anses aktiv i den mening att kylelementet faktiskt fryser en vätska på en del av vägytan. Om kylelementet stängs av skulle systemet kunna anses passivt och kunna detektera is som bildas naturiigt och endast kunna beräkna en fryspunktstemperatur när frysning förekommer.

Enligt utföringsformexempel kan ett passivt system utan kylelementet tillhandahålla tillräckligt med information för många tillämpningar. Vägytan behöveri detta fall inte manipuleras med.

Enligt utföringsfomtexempel skulle systemet kunna vara integrerat i eller vara förenat med redan existerande vägmätstationer, dessa kallas vanligen ”Vägväderlnfonnationssystem” (VViS). För närvarande mäter en representativ WiS temperatur och fuktighet men kan inte lndlkera lsblldning. Altemativt kan systemet för detektering av frysning av en vätska vara anordnat I en dedikerad station på en fast plats vid en väg eller ett fordon. l det senare fallet ska noteras att fordonet måste stå stilla för att använda detektoralgoritmen eftersom detektering av frysning av en vätska på en vägyta enligt föreliggande uppfinning måste utföras på en del av en vägyta. 10 15 20 25 30 533 943 11 Ett passivt system kan uppgraderas till ett aktivt system genom att lägg till ett kylelement. IR-termometem och svartis detektoralgoritmen används både i de aktiva och passiva systemen. lR-termometem kan ha en tidsupplösning av 0,5 - 50 Hz, t.ex. kan en tidsupplösning av 10 Hz användas. Den kan vara anslutbar till en datainsamlare i WiS-stationen där svartis-detektorsystemet kan vara integrerat. Altemativt kan ett fristående system byggas med en datainsamlare som enkom hanterar lR-termometem. Detta kan vara användbart om fristående system kommer att installeras tätare än existerande WiS- stationer, exempelvis vid broar eller andra områden utsatta för isbildning.

Datalnsamlaren med algoritmmjukvaran kan vara avlägset belägen, d .v.s. datainsamlaren är placerad på en annan plats än IR-tennometem. Den huvudsakliga anledningen att använda en datainsamlare nära lR-terrnometem är att de kontinuerliga temperaturmätningama inte behöver kommuniceras, istället kan temperaturmätningama analyseras på plats och signalerar kan skickas till andra platser eller anordningar t.ex. l fall av detektering av is eller för att kommunicera fryspunktstemperaturvärden. Med tillräckligt hög dataöverförlngshastighet kan en avlägsen datainsamlare realiseras.

Enligt utföringsforrnexempel kan en iR-tennometer av märket Quixote Surface Patrol modell 999.1 användas. Den fungerar väl mätandes från en statisk position.

Signalen från IR-terrnometem skickas till en datainsamlare där en algoritm analyserar signalen pà ett direktanslutet vis. IR-termometersignalen blir tolkad av en detektoralgoritm. Algoritmen anger några fà villkor för signalen som kan motsvara ett frysningstillfälle. Företrädesvis kan algoritmen vara okänslig för stömlngar såsom passerande trafik. Den fundamentala grunden hos algoritmen är beräkningen av differentlalkvoten mellan yttemperatur och tid, AT/At. För att utesluta plötsliga stömingar hos temperatursignalen, såsom trafik. från att tolkas som frysning, sätts At till ett konstant värde k. (sekunder) längre än det använda tidssteget, tex. längre än 0,1 sekund i fallet med temperaturmätningar vid 10 Hz. Storleken av k, är en fråga om optimering där för små värden kommer att utlösa alarm isltuatloner som inte är relaterade till frysnlngsprocessen. k, kan exempelvis sättas till ett värde av 10 sekunder eller 20 sekunder eller till och med 90 sekunder. Andra värde kan också användas, t.ex. 10 15 20 25 30 533 943 12 under experiment har ett värde om k, = 30 sekunder visat bra prestanda för att detektera is med fà felaktiga detekteringar. Ett för stort k, skulle göra algoritmen mindre känslig för förändringar och missa frystlllfällen, sàldes kan k, ses som en känsllghetsparameter för systemet.

Kvoten beräknas för varje steg hos signalen vilket betyder att algoritrnen löper om tio gånger per sekund l det fallet en 10 Hz signal används. För att algoritmen ska detektera ett frysningstlllfälle måste differentialkvoten överstiga ett förutbestâmt tröskelvärde, Tdw.

Det grundläggande villkoret för frysning blir då: BT _ _ > AT ï> kt *r Tdth, Ett högt tröskelvärde kan utesluta de flesta långsamma klimatbetingade variationema hos ytan såsom uppvärmning från solsträlníng. Algoritrnen kan också inkludera ett villkor som kräver ett antal, n, av n + m beräknade kvoter ska vara över tröskelvärdet, Tdw, för att säkerställa att tillfälliga felaktiga temperaturvärden inte påverkar detekterlngen av isbildnlng på en del av en vägyta. Tdfl, kan bestämmas på en ståndort för ett system för detektering av frysning eller ett fast värde kan sättas, t.ex. till Tdm, = 1/60 'Clsekund.

Andra vården hos Tdfi., kan altemativt användas, t.ex. inom intervallet 1/120 till 1/20 'C/sekund.

För att undvika att stömingar vid högre temperaturer felaktigt tolkas som frysningstillfällen kan vägyttemperaturen eller omgivande temperatur fordras vara under ett maximivârde om Tm., . Tmu kan exempelvis vara 0.5 °C, 5 °C or 10 °C eller någon annan lämplig temperatur, vilket gen 11-" arr > k, -~ 'ram AND T < 'rum THEN [F] = [f l <1) Där [F] är en vektor som sparar tidema för frysningstillfällen.

Algorltrnen beskriven så här långt är tillräcklig exempelvis för att styra information om att is har bildats till aktiva vägskyltar eller på annat vis indikera att is har bildats. För att tillhandahålla infonnation om en fryspunktstemperatur hos en vätska på en vägyta, t.ex. 10 15 20 25 30 533 943 13 för vägunderhàllspersonal, måste systemet även spara fryspunktema. Eftersom fryspunktstemperaturen (T,) inträffar efter att frysnlng har påbörjats och medan bàde vätska och fast vätska finns kommer detta att motsvara den högsta temperaturen som uppnås efter att frysningsprocessen har börjat. Vektom som sparades i ekvation (1) kan då exempelvis utökas till: 'i [F] = [fn] dä, j; = lnaxcrrr- 1zoj=m+ 300)) (z) l detta exempel kommer Tf att vara den högsta temperaturen uppnådd 120 sekunder före frysnlngen 'a'r registrerad till 300 sekunder efter, algorftmen letar efter den högsta temperaturen istället för den momentana temperaturen. Andra tidsgrânser än 120 sekunder och 300 sekunder kan självklart användas för att definiera ett intervall, under vilket det högsta Tf har registrerats. Exempelvis kan tidsgränsen före frysnlngen (plötslig ökning av yttemperatur) sättas till 0 minuter och tidsgränsen efler frysnlngen väljas inom intervallet 20 - 180 sekunder.

En fryspunktstemperatur kan altematlvt vara definierad som en temperatur inom ett temperaturintervall av en temperatur uppnådd vid slutet av den plötsliga ökningen av vägtemperaturen, t.ex. ett intervall om 1 grad Celsius.

Ekvation (2) kan utnyttjas i ett aktivt system med ett kylelement. Systemet kommer då att kyla vägytan med kylelementet till dess den fryser. Fryspunktstemperaturen kommer att sparas. Den fastställda fryspunktstemperaturen kan utnyttjas av underhållspersonal för att utvärdera om mer saltlake behövs eller om den senast appliceringen fortfarande är verksam. Om omgivande och/eller vågytans temperatur närmar sig fryspunktstemperaturen kan kylelementet stängas av för att använda systemet på samma sätt som det passiva systemet utan kylelementet för att detektera frysning på vägytan förorsakad av naturlig nedgång hos omgivande temperatur.

Enligt utförlngsformexempel kan ett förfarande för detektering av frysning beskrivas som använder de följande stegen: - Avläsa ett lnàngsvärde motsvarande vägytans temperatur. 10 15 20 25 30 533 943 14 - Jämföra värdet med värdet registrerat 30 sekunder tidigare.

- Om temperaturen har stigit hastigt (snabbare än Tdw) och om temperaturen är under än 0,5' då spara tiden som en frysningshändelse.

- Leta efter den högsta temperaturen ett tldslntervall före och efter frysningshändelsen.

- Registrera denna temperatur som fryspunkten.

Ifall ett aktivt system används kan kylelementet aktiveras flera gånger per timme, t.ex. 2- 10 gånger/timme: Enligt utföringsformexempel kan systemet innefatta: - En IR-terrnometer - lsdetekteringsalgoritmen - Ett kylelement ~ En processor eller datainsamlare för databehandling, köra algoritm och skickar ut isbiidningsinforrnation, d.v.s. information till vamingsskyitar, vågunderhállspersonal, bilnavigatorer etc.

Kylelementet kan vara ett peltierelement i en aiuminiumcyiinder. Elementet behöver en 12V spänning. Aluminiumcylindem skulle vara inbäddad i vägen och ansluten till en kraflíörsörjning. Ett aktivt system kan detektera fryspunktstemperaturer när som helst jämfört med ett passivt system där en fryspunkt kan beräknas efter en naturlig frysningshändelse.

Enligt utföringsformexempel kan en huvudsaklig tillämpning av systemet vara att övervaka ett vägnätverk för att detektera isbildning och uppskatta åtminstone en fryspunktstemperatur. Systemet kan antingen vara integrerat i en eller flera befintliga WiS-stationer eller installerat som fristående system. Andra tillämpningar kan inkludera isdetektering pà flygplatsers landningsbanor, uttrycken väg, vägyta och del av vägytan ska i detta sammanhang tolkas att som landningsbana, landningsbaneyta eller del av landningsbanan. 10 15 20 25 30 533 943 15 Enligt utföringsfonnexempei kan systemet möjliggöra bedömning av när och vid vilken temperatur frysning faktiskt inträffar. Systemet kan följaktligen möjliggöra säkrare vägar med fäne olyckor. Dessutom, systemet kan möjliggöra mer effektivt och optimerat Vägunderhåll eftersom resultaten av vägbehandling med avisning och nedisningsmotverkande kan övervakas om de har haft någon inverkan. Detta kommer att leda till att mindre salt används. fåne lastbilar utplacerade för vägbehandling och sålunda kostnadsbesparingar, miljömässiga fördelar och säkrare vägar.

Enllgt utföringsformexempel kan ökningen i temperatur användas som en indikator för isbildning och möjliggör således detektering av is som bildas. exempelvis på en väg.

Fenomenet med en ökande temperatur hos den frysande vatten-isblandningen kan mätas med tillräckligt hög upplösning. Under fältobservationer har ökningen i temperatur varat i ungefär 30 - 90 sekunder. Således, som en del i ett kriterium kan en varaktighet hos ökningen väljas att vara t.ex. 10, 20, 30 eller 40 sekunder. Temperaturen kan mätas tic gånger varje sekund för att vara säker pà att fånga de plötsliga temperaturförändringama. Emellertid kan temperaturen mätas med en annan frekvens, t.ex. 1 Hz eller 3 Hz. Mätningen kräver en termometer av ett slag som inte gör motstånd mot snabba förändringar hos omgivningen, d.v.s. en klassisk terrnometersond kommer att ha en massa som måste anpassa sig till omghmingen för att representera den sanna temperaturen. Denna effekt kommer att jämna ut snabba temperaturförändringar. En iR- terrncmeter som mäter infraröd strålning från delen av vägytan utan någon kontakt lider inte av denna effekt. Denna kontaktiösa metod för att mäta temperatur gör det möjligt att fånga snabba temperaturförändringar. Konceptet att göra högfrekventa mätningar med en kontaktiös termometer gör det möjligt att observera snabba temperaturförändringar som förekommer under loppet av frysning av en vätska på delen av vägytan.

Enligt utföringsformexempel kan det föreslagna systemet övervaka delen av vägytan och kan detektera snabba temperaturförändringar som tyder på att en vätska fryser och såldes bildande av is. Följaktligen kan det föreslagna systemet vama underhàilsperscnai och trafikanter om hala vägförhåiianden. För att göra detta kan den högfrekventa temperatursignalen analyseras av en algoritm l realtid. Algoritmen detekterar mönster hos temperaturslgnalen som kan motsvarar en frysningshändelse och utlöser ett alarm när frysning inträffar. Alamiet kan exempelvis innehålla tre typer av information: 10 15 20 25 533 943 16 tidpunkten för alarrnet, platsen för den ifrågavarande IR-tennometem och fryspunkten för ytan vilken motsvarar en temperatur uppnådd under frysningsförloppet.

Jämfört med existerande teknologier för detektering av is pà en vägyta har föreliggande system en fördel av att varar enkel och billig. Den passiva versionen kräver ingen modlflering eller installationer på vägytan, ingen trafik kommer att hindras och lR- termornetern är liten nog för att inte störa trafikanter. Det föreliggande systemet kan erbjuda ett lågkostnadsaltemativ som kan installeras på många platser. Om aktiva vågskyltar används med systemet kan dessa skyltar ersätta passiva skyltar.

En kommersiellt intressant tillämpning av exempelutföringsforrner kan vara att installera ett stort antal givare I ett vägnätverk av ett land eller en region av ett land för att lnfonnera vägunderhâllspersonal om tid och plats för frysningshändelser. lnforrnationen kan också inkludera fryspunktstemperaturer pà olika platser. Valfritt kan detekterad isbildning matas ut via aktiva vågskyltar.

Fackmannen inom området förstår att kan exempelutföringsfonner kan kombineras.

Trots att uppfinningen har beskrivits med hänvisning till exempelutföringsforrner kommer många olika förändringar, modifieringar och liknade att vara uppenbarar för fackmännen inom området.

Därför skall det förstås att det föregående illustrerar olika exempelutföringsfomier och ska inte begränsas till särskilda visade utföringsformer och att modifieringar av de visade utföringsforrnema. kombinationer av särdrag hos visade utföringsforrner så väl som andra utföringsforrner är avsedda att vara inkluderade inom omfånget för det bifogade patentkraven.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 533 943 17 PATENTKRAV 1. Ett system (2) för detektering av frysning av en vätska pà en väg vilket utnyttjar en frigöming av latent värme från nämnda vätska, systemet innefattar en givare för att mäta en vägtemperatur, och en processor ansluten till nämnda givare och avsedd att övervaka temperaturförändringar över tiden som uppmäts av nämnda givare kännetecknad av att nämnda givare innefattar ett mätorgan anordnat ovanför och pà ett avstånd fràn en dei (10) av vägytan för att kontinuerligt mäta en yttemperatur över nämnda del (10) av vägytan, och varvid nämnda processor är avsedd att fastställa nämnda frigöming av latent värme som en ökning av nämnda yttemperatur motsvarande en differentiaikvot mellan nämnda yttemperatur och tid och nämnda differentiaikvot överstigande ett tröskelvärde. Systemet (2) enligt patentkravet 1, varvid nämna processor är avsedd att erkänna nämnda ökning om nämnda yttemperatur eller en omgivande temperatur är under en tröskelvärdestemperatur. Systemet (2) enligt något av patentkraven 1 och 2, varvid nämnda processor är avsedd att fastställa om nämnda ökning har en varaktighet av åtminstone en minimltidsperiod. Systemet (2) enligt något av de föregående patentkraven, varvid nämnda processor är avsedd att fastställa en faktisk fryspunktstemperatur hos en vätska på nämnda dei (10) av vägytan bestämd av rådande förhållanden påverkande nämnda vätska på nämnda del (1 O) av vägytan. Systemet (2) enligt patentkravet 4, varvid nämnda processor är avsedd att fastställa nämnda faktiska fryspunktstemperatur som en temperatur uppnádd efter nämnda ökning. 10 15 20 25 30 533 943 18 6. Systemet enligt något av de föregående patentkraven, varvid nämna mätorgan är en infraröd tennometer (6). 7. Systemet (2) enligt något av de föregående patentkraven, varvid ett kylelement är anordnat under åtminstone en del av nämnda del (10) av vägytan och nämnda processor är ansluten till nämnda kylelement för att styra nämnda kylelement. 8. Systemet (2) enligt något av patentkraven 4 och 5, varvid nämnda processor är avsedd att kommunicera nämnda faktiska fryspunktstemperatur till en mottagare. 9. Systemet (2) enligt patentkravet 8, varvid nämnda mottagare är en av en allmän vamingsvägskylt (14) eller en övervakningsstation för Vägunderhåll eller ett vägfordon. 10. Ett förfarande för detekterlng av frysning av en vätska på en väg vilket utnyttjar en frigöming av latent vänne från nämna vätska varvid: en vägtemperatur mäts, förändringar i nämna vägtemperatur övervakas över tiden, nämnda vägtemperatur är en yttemperatur kontinuerligt mätt över en del av vägytan. nämnda yttemperatur mäts ovanifrån och på ett avstånd från nämnda del av vägytan, och nämnda frlgömlng av latent värme fastställs som en ökning av nämnda yttemperatur motsvarande en differentialkvot mellan nämnda yttemperatur och tid och nämnda differentialkvot överstigande ett tröskelvärde. 11. Förfarandet enligt patentkravet 10, varvid: nämna ökning erkänns om nämnda yttemperatur eller en omgivande temperatur är under en tröskelvärdestemperatur. 12. Förfarandet enligt något av patentkraven 10 och 11, varvid: det fastställs om nämnda ökning har en varaktighet av åtminstone en minimitidsperlod. 533 943 19 13. Förfarandet anllgt något av patantkraven 10 - 12, varvid: en faktisk fryspunktstemperatur hos en vätska på nämnda del av vägytan, bestämd av rådande förhållanden pâverkande nämnda vätska på nämnda del av vägytan, fastställs. 14. Förfarande enligt patentkravet 13, varvid: nämnda faktiska fryspunktstemperatur fastställs som en temperatur uppnàdd efter nämnda ökning. 10 15. Förfarandet enligt något av patentkraven 10 - 14, varvid: åtmlnstone n del av nämnda del av vägytan aktivt kyls.