ES2276534T3 - Sistema de deteccion de emisiones remotas con deteccion de nox mejorada. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para determinar la concentración de NOx en un penacho de humo del escape de un vehículo que pasa a través de un haz de radiación proyectado a lo largo de una vía óptica entre una fuente de radiación que tiene una intensidad inicial, y un detector de medición de intensidades de radiación incidente en el detector sobre una gama de longitudes de onda, comprendiendo el procedimiento: toma de una lectura ambiental antes del paso de un vehículo, medición, en condiciones ambientales, de las intensidades de radiación sobre una gama de longitudes de onda para determinar la concentración de NOx ambiental, en el que la gama de longitudes de onda incluye al menos una longitud de onda de absorción de NOx; toma de una lectura del penacho de humo del escape midiendo las intensidades de radiación, sobre una gama de longitudes de onda, mientras que el haz de radiación está pasando a través de un penacho de humo del escape de un vehículo después del paso del vehículo a través de la vía óptica; caracterizado por el cálculo de una intensidad de referencia (c, d) usando una región sustancialmente lineal sobre un mínimo de absorción de una curva de absorción medido mientras que el haz de radiación está pasando a través del penacho de humo del escape del vehículo; cálculo de la concentración de NOx en el penacho de humo del escape del vehículo, en el que el cálculo de la concentración de NOx incluye restar la intensidad de referencia de la lectura del penacho de humo del escape para compensar los cambios de la intensidad de radiación; y resta de la lectura de la concentración de NOx ambiental de la lectura del penacho de humo de escape compensada para suministrar la concentración de NOx en el penacho de humo del escape del vehículo.
Description
Sistema de detección de emisiones remotas con
detección de NOx mejorada.
Sistema y procedimiento de detección de
emisiones remotas con detección de óxido nítrico (NOx) mejorada, que
incluye un procedimiento para informar de la presencia de NOx
ambiental.
Los sistemas de detección de emisiones remotas
son generalmente conocidos. Un sistema de este tipo comprende una
fuente de radiación electromagnética dispuesta para pasar un haz de
radiación a través del penacho de humo de un vehículo de motor a
medida que el vehículo de motor pasa por el sistema, y uno o más
detectores dispuestos para recibir la radiación después de pasar a
través del penacho de humo del vehículo. Se puede asociar un filtro
con uno o más detectores para permitir que los detectores determinen
la intensidad de la radiación electromagnética que tiene una
determinada longitud de onda o gama de longitudes de onda. Las
longitudes de onda pueden ser seleccionadas convenientemente para
concordar con las longitudes de onda absorbidas por especies
moleculares de interés presentes en un penacho de humo (por ejemplo,
HC, CO, CO_{2}. NOx, u otras especies moleculares). El uno o más
voltajes de salida del detector representan la intensidad de la
radiación electromagnética (em) medida por ese detector. Los
voltajes son introducidos en un procesador. El procesador calcula la
diferencia entre la intensidad conocida de la fuente de luz y la
intensidad detectada por los detectores para determinar la cantidad
de absorción de una determinada especie molecular (sobre la base de
las longitudes de onda predeterminadas asociadas con esas
especies). Sobre la base de la(s) absorción(es)
medidas, se puede determinar, de una manera conocida, la
concentración de una o más especies moleculares presentes en las
emisiones. Por varias razones, al detectar emisiones remotamente,
pueden producirse imprecisiones.
Algunos sistemas de detección de emisiones
remotas carecen de capacidad de detección del NOx. Otros sistemas
detectan el NOx, pero adolecen de varios inconvenientes. Un problema
es que al detectar la concentración de NOx presente en un penacho
de humo, la presencia de NOx ambiental puede afectar de manera
adversa a la precisión de la concentración detectada. Por ejemplo,
si pasan dos automóviles por una estación de prueba dentro de un
periodo de tiempo relativamente breve, las emisiones de NOx del
primer automóvil pueden permanecer y mezclarse con el penacho de
humo del segundo automóvil desvirtuando de esta manera la medición
de la concentración de NOx correspondiente al segundo automóvil.
Otras fuentes de NOx ambiental pueden conducir a una consecuencia
similar. Este problema es tratado en el documento WO98/37405 que
revela un aparato en el que una luz infrarroja que tiene una
pluralidad de longitudes de onda es emitida a través del penacho de
humo de un automóvil. El aparato adquiere una medición de la
contaminación ambiental monitorizando la fuente de luz continuamente
y usando el bloqueo del haz para indicar que ha llegado un
automóvil y para captar y retener los niveles ambientales.
Debido a las variaciones de la intensidad de la
fuente de luz, surge un segundo problema. Generalmente, para
detectar la concentración de NOx en un penacho de humo, se compara
la salida de un detector adaptado para determinar la cantidad de
absorción del haz de luz debido a la presencia de NOx con un valor
indicativo de la intensidad de la fuente de luz, representando la
diferencia la cantidad de absorción debida a la presencia de
NOx.
Típicamente, se usa un valor estándar de la
intensidad de la fuente de luz. Sin embargo, las variaciones de la
intensidad actual de la fuente de luz pueden dar lugar a
imprecisiones en la cantidad de NOx detectada. Debido a la
presencia de ruido, surge un tercer problema. Existen otros
problemas e inconvenientes.
El artículo "IR long path photometry: A remote
sensing tool for vehicle emissions", Química Analítica, Sociedad
Americana de Química, Vol. 61, Nº.10, 15 de mayo de 1989, páginas
671 - 677, revela un sistema en el que se hacen mediciones de un
haz continuamente antes de la llegada de un automóvil durante el
bloqueo del haz y el siguiente reinicio del haz.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención se propone un procedimiento como el definido en la
reivindicación 1.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención se propone un sistema como el definido en la
reivindicación 8. De esta manera, es posible mejorar la precisión
de las lecturas correspondientes a emisiones de NOx que informan de
la presencia de NOx ambiental y de los cambios en la intensidad de
la radiación.
También es posible mejorar la precisión de las
lecturas correspondientes a emisiones de NOx que informan de la
presencia de ruido ambiental, y mejorar la eficiencia de los
procedimientos de cálculo de la concentración de NOx.
Mediante la siguiente descripción detallada de
la invención, se entenderán mejor los anteriores y otros objetivos,
las características y beneficios de la presente invención.
La detección de emisiones se puede realizar
mediante un dispositivo de detección remota, tal como el RSD -1000
o el RSD - 2000, fabricados por RSTI, de Tucson, Arizona.
El dispositivo de detección remota y sistema
analizador incluye al menos una fuente de radiación (por ejemplo,
infrarroja (IR), ultravioleta (UV), etc.), al menos un detector de
radiaciones, y un procesador para procesar las señales de la
radiación detectadas. La radiación emitida por la(s)
fuente(s) se puede dirigir a través de una vía a lo largo de
una trayectoria predeterminada. En algunas realizaciones, se puede
usar una óptica o dispositivos de dirección de haces para
redireccionar el haz de radiación. Finalmente, la radiación de la
fuente es recibida por el/los detector(es). También se pueden
usar otras configuraciones del sistema. Al pasar un vehículo a lo
largo de una vía, el/los haz/haces de la fuente pasan a través de un
penacho de humo del vehículo.
El/los detector(es) registran la
presencia de varios constituyentes del escape de humos (por ejemplo,
HC, CO_{2}, CO, NOx, etc.), típicamente registrando un nivel de
voltaje indicativo de la cantidad de absorción del haz de la
fuente. El procesador realiza, en parte, un análisis del penacho de
humo para analizar las emisiones del tubo de escape de una manera
conocida.
El sistema de detectores de emisiones remotas
(RSD) toma una lectura correspondiente a la concentración del NOx
presente justo antes del paso de cada vehículo a través del sistema.
Preferiblemente, cuando el vehículo está pasando a través del
sistema, el sistema de RSD toma una lectura "bloqueada" (es
decir, una lectura cuando el vehículo se encuentra en la
trayectoria del haz entre la fuente y el detector). Esta lectura
puede reflejar cualquier ruido ambiental o del sistema que pueda
estar presente. El sistema de RSD toma también una lectura
correspondiente al penacho del escape cuando el haz pasa a través
del penacho. De esta manera, en cada vehículo cuya lectura de NOx
se va a tomar, se hacen al menos dos mediciones, que incluyen una
lectura de la concentración ambiental y una lectura del penacho del
escape. Dado que la concentración y el ruido ambientales pueden
variar de una prueba a otra, la detección de la concentración del
NOx y del ruido ambientales en cada prueba puede permitir que se
realicen determinaciones más precisas y fiables de la concentración
de NOx.
Cada una de las lecturas se hace con uno o más
detectores. Las salidas del o de los detector(es) que
reflejan la lectura del NOx ambiental, la lectura del haz bloqueado
y la lectura del penacho del escape (y otros datos deseados), son
enviadas a un procesador. El procesador determina la concentración
del NOx ambiental y la concentración del NOx del penacho del escape
y resta la concentración ambiental de la concentración de NOx del
penacho de cada vehículo probado. Preferiblemente, la lectura del
haz bloqueado de cada vehículo se resta de la lectura del penacho
del escape de ese vehículo para eliminar el ruido ambiental y/o el
ruido del sistema para mejorar más la precisión y la fiabilidad de
los resultados de la prueba.
Seguidamente se van a exponer con mayor detalle
cada una de las lecturas y el procedimiento y el sistema para
obtener lecturas de NOx fiables en conexión con el sistema de
detección remota. Inicialmente, cuando el vehículo se aproxima al
haz de luz, se toma la lectura de la concentración ambiental de
referencia. En conexión con esta etapa, el detector mide la
concentración del NOx ambiental justo antes de la entrada del
vehículo en y a través del haz de luz. Las lecturas de la
concentración ambiental de referencia se pueden programar para que
se produzcan periódicamente cuando no haya vehículo ni fuente de
emisión alguna dentro del alcance de la detección. De esta manera,
se puede almacenar la lectura más reciente de la concentración
ambiental y usarla en conexión con el cálculo de la concentración
para cada vehículo. Alternativamente, un evento desencadenante
puede hacer que el sistema de RSD tome la lectura de la
concentración ambiental. En cualquier caso, las lecturas se
obtienen preferiblemente tomando una pluralidad de muestras a cortos
intervalos a lo largo de un periodo de medición predeterminado. Por
ejemplo, una lectura ambiental puede comprender 50 muestras a
intervalos de 10 ms durante un periodo de medición de 0,5
segundos.
Una vez que un vehículo rompe el haz de luz, se
puede realizar una lectura "bloqueada" o una lectura de
"corriente oscura". Esta lectura mide la corriente de
referencia y el ruido en el sistema. Los valores de referencia
pueden cambiar durante el transcurso del día ya que dependen de, por
ejemplo, la temperatura ambiental. La lectura bloqueada se toma
para cada vehículo del que se desea una lectura del NOx.
Preferiblemente, la lectura bloqueada se toma después de la lectura
de la concentración ambiental, pero antes de la lectura del penacho
de escape. La lectura del penacho de humo del escape se toma, de
manera conocida, sobre la base de las emisiones actuales de cada
vehículo a medir.
Una realización de la presente invención
incorpora ciertas rutinas de tratamiento de datos elegidas
convenientemente para incrementar la precisión y validez de las
concentraciones de NOx resultantes. La figura 1 representa una
gráfica típica de datos que puede ser el resultado de una medición
de absorción de NOx. El eje Y contiene valores de la intensidad de
la radiación y el eje X contiene valores de la longitud de onda de
la radiación. Típicamente, una absorción de radiación se mostrará
en forma de mínimo de la señal a determinadas longitudes de onda.
Por ejemplo, la absorción de NOx se producirá típicamente centrada
sustancialmente en una longitud de onda en torno a 326 nm. De
manera conocida, los datos de la emisión del escape de humo
típicamente se normalizan o proporcionalizan por comparación con
otro constituyente del escape (por ejemplo, CO_{2}). Ciertos
sistemas existentes pueden proporcionalizar usando datos
correspondientes a una gama de longitudes de onda indicadas por la
llave A en la figura 1. Como se puede ver, esta gama incluye muchos
puntos de datos en los cuales no hay absorción significativa alguna
de NOx. De esta manera, cualquier ruido u otras imprecisiones
presentes en estas longitudes de onda no absorbentes pueden
conducir a resultados erróneos en la determinación de la
concentración de NOx en las emisiones de un tubo de escape. La
presente invención reduce los errores de este tipo seleccionando
una gama de longitudes de onda conveniente sobre la que
proporcionalizar. Por ejemplo, como se muestra en la figura 1, para
calcular una proporción, se puede usar una gama de longitudes de
onda, indicada por la llave B y centrada sustancialmente alrededor
de un mínimo de absorción.
La presente invención compensa también los
cambios de intensidad de la radiación para calcular una
concentración de NOx más precisa. La figura 2 representa dos
señales de absorción (indicadas con "a" y "b" en la figura
2) de dos mediciones de concentración de NOx. El cambio apreciable
en las curvas puede deberse a una variedad de razones. Por ejemplo,
cuando cambian las condiciones ambientales (por ejemplo,
temperatura, humedad, etc. del aire.) también puede cambiar la
intensidad y producir un cambio en la señal detectada. La presente
invención compensa dicho efecto restando una intensidad de
referencia de cada señal. La intensidad de referencia se calcula
usando una región sustancialmente lineal (indicada con "c" y
"d" en la figura 2) para obtener un nivel de intensidad de
referencia. Esto se puede hacer mediante una variedad de
procedimientos. De esta manera, cada medición tendrá una referencia
correspondiente a condiciones idénticas durante las cuales fueron
tomadas y se calculará una determinación más precisa de la
concentración de NOx.
Claims (13)
1. Un procedimiento para determinar la
concentración de NOx en un penacho de humo del escape de un
vehículo que pasa a través de un haz de radiación proyectado a lo
largo de una vía óptica entre una fuente de radiación que tiene una
intensidad inicial, y un detector de medición de intensidades de
radiación incidente en el detector sobre una gama de longitudes de
onda, comprendiendo el procedimiento:
toma de una lectura ambiental antes del paso de
un vehículo,
medición, en condiciones ambientales, de las
intensidades de radiación sobre una gama de longitudes de onda para
determinar la concentración de NOx ambiental, en el que la gama de
longitudes de onda incluye al menos una longitud de onda de
absorción de NOx;
toma de una lectura del penacho de humo del
escape midiendo las intensidades de radiación, sobre una gama de
longitudes de onda, mientras que el haz de radiación está pasando a
través de un penacho de humo del escape de un vehículo después del
paso del vehículo a través de la vía óptica;
caracterizado por
el cálculo de una intensidad de referencia (c,
d) usando una región sustancialmente lineal sobre un mínimo de
absorción de una curva de absorción medido mientras que el haz de
radiación está pasando a través del penacho de humo del escape del
vehículo;
cálculo de la concentración de NOx en el penacho
de humo del escape del vehículo, en el que el cálculo de la
concentración de NOx incluye restar la intensidad de referencia de
la lectura del penacho de humo del escape para compensar los
cambios de la intensidad de radiación; y
resta de la lectura de la concentración de NOx
ambiental de la lectura del penacho de humo de escape compensada
para suministrar la concentración de NOx en el penacho de humo del
escape del vehícu-
lo.
lo.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, que
comprende además:
toma de la lectura de un haz bloqueado cuando el
vehículo está en la vía óptica y bloqueando el haz de radiación, en
el que la lectura del haz bloqueado mide la corriente o ruido de
referencia; y
resta de la lectura del haz bloqueado de la
concentración de NOx en el penacho de humo del escape.
3. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que la medición de intensidades de radiación en condiciones
ambientales se realiza a intervalos predeterminados.
4. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que la medición de intensidades de radiación en condiciones
ambientales se inicia al producirse un evento activador
predeterminado.
5. El procedimiento de la reivindicación 2, en
el que la lectura del haz bloqueado se toma después de la medición
de intensidades de radiación en condiciones ambientales, pero antes
de la medición de intensidades de radiación mientras que el haz de
radiación está pasando a través del penacho de humo del escape del
vehículo.
6. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que la gama de longitudes de onda se selecciona para que esté
centrada sustancialmente en torno a una longitud de onda
característica de manera tal que se minimiza un número de puntos de
datos en los que no hay absorción significativa alguna de NOx.
7. El procedimiento de la reivindicación 2, en
el que la medición de intensidades de radiación en condiciones
ambientales se realiza antes de la toma de lecturas del haz
bloqueado.
8. Un sistema para la determinación de la
concentración de NOx en un penacho de humo del escape de un
vehículo que pasa a través de un haz de radiación proyectado a lo
largo de una vía óptica entre una fuente de radiación que tiene una
intensidad inicial, y un detector de medición de intensidades de
radiaciones incidentes en el detector sobre una gama de longitudes
de onda, que comprende:
una fuente de radiación
medios para tomar una lectura ambiental antes
del paso de un vehículo midiendo, en condiciones ambientales,
intensidades de radiación sobre una gama de longitudes de onda para
determinar la concentración del NOx ambiental, en el que la gama de
longitudes de onda incluye al menos una longitud de onda de
absorción de NOx;
medios para tomar una lectura de un penacho de
humo de escape midiendo intensidades de radiación, sobre una gama
de longitudes de onda, mientras que el haz de radiación está pasando
a través del penacho de humo del escape del vehículo después del
paso del vehículo a través de la vía óptica;
caracterizado por
medios de cálculo de una intensidad de
referencia usando una región sustancialmente lineal sobre un mínimo
de la absorción en una curva de absorción medida mientras que el haz
de radiación está pasando a través del penacho de humo del escape
del vehículo;
medios para calcular la concentración de NOx en
el penacho de humo del escape del vehículo, en el que el cálculo de
la concentración de NOx incluye la resta de la intensidad de
referencia de la lectura del penacho de humo del escape para
compensar los cambios en la intensidad de radiación; y
medios para restar la lectura de la
concentración de NOx ambiental de la lectura del penacho de humo del
escape compensada para ofrecer la concentración del NOx presente en
el penacho de humo del escape del vehículo.
9. El sistema de la reivindicación 8, que
comprende además:
medios para tomar lecturas de un haz bloqueado
cuando el vehículo está en la vía óptica y bloqueando el haz de
radiación, en el que la lectura del haz bloqueado mide una corriente
o ruido de referencia; y medios para restar la lectura del haz
bloqueado de la concentración de NOx en el penacho de humo del
escape.
10. El sistema de la reivindicación 8, en el que
la medición de intensidades de radiación en condiciones ambientales
se realiza a intervalos predeterminados.
11. El sistema de la reivindicación 8, en el que
la medición de intensidades de radiación en condiciones ambientales
se inicia al producirse un evento activador predeterminado.
12. El sistema de la reivindicación 11, en el
que la lectura del haz bloqueado se toma después de la medición de
intensidades de radiación en condiciones ambientales, pero antes de
la medición de intensidades de radiación mientras que el haz de
radiación está pasando a través del penacho de humo del escape del
vehículo.
13. El sistema de la reivindicación 10, en el
que la gama de longitudes de onda se selecciona para que esté
centrada sustancialmente en torno a una longitud de honda
característica de manera tal que se minimiza un número de puntos de
datos en los que no hay absorción significativa alguna de NOx.
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