ES2553396T3 - Método de detección remota de emisiones de un vehículo - Google Patents

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ES2553396T3 ES10802627.9T ES10802627T ES2553396T3 ES 2553396 T3 ES2553396 T3 ES 2553396T3 ES 10802627 T ES10802627 T ES 10802627T ES 2553396 T3 ES2553396 T3 ES 2553396T3
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Abstract

Método de detección remota de emisiones de un vehículo conducido en una carretera, que comprende: A) desplegar una fuente (110, 310; 610) para emitir un haz de luz y un detector (130; 530; 630) para detectar luz en el mismo lado de la carretera; B) transmitir el haz de luz emitido por dicha fuente (110, 310; 610) a través de una columna de humo de escape emitida desde el vehículo a una superficie en la que se dispersa la luz transmitida, en la que dicha superficie es una parte inferior (802) de un puente a través del que se conduce el vehículo o es la superficie (102) de un carril de la carretera por la que se conduce el vehículo; C) recibir, mediante dicho detector, al menos una porción de la luz dispersa dispersada desde la superficie y procesar la luz recibida en el mismo para proporcionar uno o más espectros de la luz recibida para determinar componentes y concentraciones de la columna de humo de escape.

Description

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DESCRIPCION
Metodo de deteccion remota de emisiones de un vehlcuio Campo de la invencion
La presente invencion se refiere generaimente a ia deteccion de emisiones de vehlcuios, y mas en particular a un metodo que utiiiza ia tecnoiogla LIDAR para detectar remotamente emisiones de ios vehlcuios.
Antecedentes de la invencion
Se conoce que ias emisiones de ios vehlcuios son un factor que contribuye en gran medida a ia contaminacion aerea. Para identificar vehlcuios que iiberan emisiones excesivamente contaminantes, en muchos palses es obiigatoria una inspeccion anuai de ias emisiones de ios vehlcuios. Por consiguiente, se han desarroiiado diversos sistemas de inspeccion de emisiones para ia inspeccion de ias emisiones de ios vehlcuios. Generaimente, estos sistemas son muy expansivos, y sus operaciones requieren una gran cantidad de trabajo y habiiidad. Adicionaimente, estos funcionan en estaciones de ensayo para detectar emisiones de vehlcuios, ya sea en condiciones de parada o artificiaimente cargadas. Aunque ia deteccion proporciona informacion generai de ilnea basai con respecto a ias emisiones de un vehlcuio, no es representativa de ia conduccion en ei “mundo reai”.
Recientemente se han desarroiiado sistemas de deteccion remota de emisiones para detectar emisiones de vehlcuios conducidos en ia carretera. Por ejempio, ia patente de Estados Unidos con n.° 5.319.199 y 5.498.872 de Stedman y coi. divuiga un sistema de deteccion remota en ei que ia fuente de iuz 910 y ei detector 930 se ubican en oposicion en ambos iados de ia carretera 901, respectivamente, tai como se muestra en ia Fig. 9(a). Para tai disposicion, un haz de iuz 915 generado desde ia fuente 910 pasa a traves de una coiumna de humo de escape 940 emitida desde un vehlcuio 905 conducido sobre ia carretera 901, transportando por tanto ia senai de absorcion asociada con componentes y concentraciones de ia coiumna de humo de escape 940. Ei haz 915 se recoge mediante ei detector 930 para anaiizar ios componentes y concentraciones de ia coiumna de humo de escape 940. Como aiternativa, tai como se muestra en ia Fig. 9(b), ia fuente de iuz 910 y ei detector 930 se ubican en ei mismo iado de ia carretera 901. Y dos refiectores 950 ubicados en ei iado opuesto de ia carretera 901 se usan para refiejar ei haz 915 generado desde ia fuente 910 hasta ei detector 930 con dos pasadas a traves de ia coiumna de humo de escape 940 dei vehlcuio, io que incrementa ia senai de absorcion.
Sin embargo, para taies sistemas remotos de deteccion de emisiones, ia fuente, ei detector y ios refiectores se instaian en ambos iados de ia carretera, y debe tenerse un extremo cuidado durante ia instaiacion y ei mantenimiento. Por otro iado, es diflcii asociar correctamente cada vehlcuio con sus datos de emision cuando mas de un vehlcuio esta presente en muitipies carriies. Por ejempio, si muitipies vehlcuios estan presentes en ia ubicacion de deteccion, cada coiumna de humo de escape dei vehlcuio puede aportar emisiones. De esta manera, ios sistemas existentes no son capaces de diferenciar entre varias coiumnas de humo de escape.
Ademas, ia precision puede depender de ia aitura dei haz de iuz que atraviesa ia carretera. La aitura dei tubo de escape varla de un vehlcuio a otro. Las iecturas de emision variaran dependiendo de si ei haz se encuentra a ia aitura dei tuvo de escape, mas abajo o mas arriba donde ios gases tienen tiempo de diiuirse antes de ia deteccion. Ai mirar hacia abajo sobre
Ademas, ia tecnica anterior de acuerdo con ei documento US 2002/0092988 A1 se basa en tai pianteamiento de medicion convencionai.
Ei documento US 6.542.831 B1 apiica un pianteamiento de medicion LIDAR de corto aicance para medir partlcuias en gas de escape de vehlcuios. Un detector recibe radiacion que se retrodispersa mediante ias partlcuias en ei gas de escape que se va a medir. En un iado de ia carretera, se despiiegan una fuente iaser y ei detector y en ei otro iado se despiiega un termino dei haz para terminar con ei haz iaser emitido mediante ia fuente iaser. Ei pianteamiento de medicion requiere que ei termino dei haz reduzca de manera suficiente ia retrodispersion trasera, para que ia retrodispersion dei termino dei haz no briiie sobre ia retrodispersion de ias partlcuias en ei gas de escape.
Por tanto, existe una necesidad hasta ahora no abordada en ia tecnica de soiucionar ias deficiencias y defectos antes mencionados.
Por consiguiente, es un objeto proporcionar un metodo para una deteccion remota y eficaz de emisiones de un vehlcuio conducido en una carretera. Tai metodo se proporciona mediante ia reivindicacion 1. Las reaiizaciones preferentes se definen en ias reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con ia invencion, una retrodispersion de iuz desde ia superficie de ia carretera en ia que se conduce un vehlcuio o desde ia parte inferior de un puente a traves dei que se esta conduciendo ei vehlcuio se usa para devoiver ia radiacion, que se emitio mediante una fuente de iuz, hasta ei detector, para determinar componentes y
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concentraciones de la columna de humo de escape.
A continuacion, se indican unas realizaciones preferentes de un dispositivo para detection remota de emisiones de un vehlculo conducido en una carretera, que pueden usarse para mediciones de acuerdo con el metodo de la invencion.
En una realization, el metodo usa una fuente para emitir un haz de luz y transmitir la luz emitida a traves de una columna de humo de escape emitida desde el vehlculo hasta la superficie de un carril de la carretera en el que se conduce el vehlculo, en el que la luz transmitida se dispersa en la superficie del carril; un detector para recibir al menos una portion de la luz dispersa dispersada desde la superficie del carril; y un procesador para procesar la luz recibida en su interior para proporcionar uno o mas espectros de la luz recibida para determinar componentes y concentraciones de la columna de humo de escape. La fuente y el detector se ubican en el mismo lado de la carretera.
En una realizacion, la fuente tiene una fuente de luz halogena. Un colimador optico se adapta para colimar la luz emitida y transmitir la luz colimada a traves de la columna de humo de escape a la superficie del carril. En una realizacion, el colimador optico comprende un primer espejo concavo y un segundo espejo concavo ubicados en relation con la fuente de manera que el primer espejo concavo recibe el haz de luz emitido desde la fuente y refleja la luz recibida hacia el segundo espejo concavo, el segundo espejo concavo, a su vez, colima la luz reflejada y transmite la luz colimada a traves de la columna de humo de escape a la superficie del carril. El primer espejo concavo y el segundo espejo concavo definen un foco entremedias, y se coloca un troceador sobre el foco.
Cuando el haz de luz es una luz de banda ancha, uno o mas filtros se adaptan y se colocan enfrente del detector. Cada filtro tiene un ancho de banda predeterminado.
En otra de las realizaciones, la fuente comprende diodos emisores de luz (LED).
En otra realizacion adicional, la fuente comprende un laser. En una realizacion, el laser incluye un laser de diodo. En este caso, tanto la fuente como el detector se colocan en el mismo eje optico.
El metodo puede usar ademas un colector optico ubicado en una trayectoria optica entre la fuente y el detector para recoger la luz dispersa dispersada desde la superficie del carril y suministrar la luz recogida al detector, donde el colector optico tiene un foco sobre la trayectoria optica, y el detector se coloca en el foco. En una realizacion, el colector optico comprende un telescopio newtoniano. En otra realizacion, el colector optico comprende un espejo concavo.
En una realizacion, el detector incluye una pluralidad de fotosensores, generando cada fotosensor una serial electrica en respuesta a la luz dispersa recibida, donde la serial electrica es indicativa de la absorcion de la luz dispersa mediante la columna de humo de escape. En otra realizacion, el detector comprende un conjunto detector capaz de capturar imagenes de la columna de humo de escape.
En una realizacion, el procesador comprende un espectrometro.
En una realizacion, el metodo usa una fuente para emitir un haz de luz y transmitir la luz emitida a traves de una columna de humo de escape emitida desde el vehlculo a la superficie de un carril de la carretera en la que se conduce el vehlculo, en el que la luz transmitida se dispersa en la superficie del carril; un detector para recibir luz y procesar la luz recibida en su interior para proporcionar uno o mas espectros de la luz recibida, en el que el detector y la fuente se ubican en el mismo lado de la carretera y definen una trayectoria optica entremedias; y un colector optico ubicado en la trayectoria optica para recoger la luz dispersa dispersada desde la superficie del carril y suministrar la luz recogida al detector.
La fuente comprende una fuente de luz halogena, unos LED o un laser. El colector optico comprende un espejo concavo o un telescopio newtoniano.
En una realizacion, el detector comprende una pluralidad de fotosensores, generando cada fotosensor una serial electrica en respuesta a la luz dispersa recibida, en el que la serial electrica es indicativa de la absorcion de la luz dispersa mediante la columna de humo de escape. El detector puede incluir ademas un procesador que responde a las senales electricas desde la pluralidad de fotosensores para determinar los componentes y concentraciones de la columna de humo de escape.
En otra realizacion, el detector tiene un conjunto detector capaz de capturar imagenes de la columna de humo de escape.
En una realizacion, el metodo usa un lector de matrlculas para identificar el vehlculo que se va a detectar. Ademas, el dispositivo puede tener un lector de velocidad para detectar la velocidad del vehlculo para determinar un patron de escape del vehlculo.
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En una realizacion, el metodo usa una fuente para emitir un haz de luz y transmitir la luz emitida a traves de una columna de humo de escape emitida desde el vehiculo a una superficie en la que se dispersa la luz transmitida, y un detector para recibir al menos una porcion de la luz dispersa dispersada desde la superficie y procesar la luz recibida en su interior para proporcionar uno o mas espectros de la luz recibida para determinar componentes y concentraciones de la columna de humo de escape. La superficie se corresponde con la superficie inferior de un puente a traves del que se conduce el vehiculo, o la superficie de un carril de una carretera en la que se conduce el vehiculo.
Estos y otros aspectos de la presente invencion seran aparentes a partir de la siguiente descripcion de la realizacion preferente tomada junto con los dibujos adjuntos, aunque pueden realizarse variaciones y modificaciones en la misma sin apartarse del alcance de la invencion tal como se define mediante las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripcion de los dibujos
Los dibujos adjuntos ilustran una o mas realizaciones de la invencion y, junto con la descripcion escrita, sirven para explicar los principios de la invencion. Donde sea posible, se usaran los mismos numeros de referencia a traves de los dibujos para hacer referencia a elementos iguales o similares de una realizacion, en la que:
La Fig. 1 muestra esquematicamente un dispositivo para la deteccion remota de las emisiones de un vehiculo que puede usarse en el metodo de la presente invencion;
La Fig. 2 muestra esquematicamente un diagrama optico del dispositivo de deteccion remota que puede usarse en el metodo de la presente invencion;
La Fig. 3 muestra esquematicamente un colimador optico utilizado en el dispositivo de deteccion remota que puede usarse en el metodo de la presente invencion;
La Fig. 4 muestra las lineas de absorcion a mayores energias rotativas siguiendo el factor de Boltzmann;
La Fig. 5 muestra esquematicamente un colector optico utilizado en el dispositivo de deteccion remota que puede usarse en el metodo de la presente invencion;
La Fig. 6 muestra esquematicamente un colector optico utilizado en el dispositivo de deteccion remota que puede usarse en el metodo de la presente invencion;
La Fig. 7 muestra esquematicamente una aplicacion de dispositivo de deteccion remota de las emisiones de un vehiculo que puede usarse en el metodo de la presente invencion;
La Fig. 8 muestra esquematicamente un dispositivo para deteccion remota de las emisiones de un vehiculo que puede usarse en el metodo de la presente invencion; y
La Fig. 9 muestra esquematicamente un dispositivo convencional para la deteccion remota de las emisiones de un vehiculo.
Descripcion detallada de la invencion
La presente invencion se describe mas particularmente en los siguientes ejemplos que pretenden ser unicamente ilustrativos ya que numerosas modificaciones y variaciones de los mismos seran aparentes para los expertos en la materia. Diversas realizaciones de la invencion se describiran ahora en detalle. En referencia a los dibujos, los numeros similares indican componentes similares a traves de las vistas. Tal como se usa en la descripcion en el presente documento y a traves de las reivindicaciones que siguen, el significado de “un”, “una”, y “el” incluye referencias en plural al menos que el contexto indique claramente lo contrario. Ademas, tal como se usa en la descripcion del presente documento y a traves de las reivindicaciones que siguen, el significado de “en” incluye “en” y “sobre” al menos que el contexto indique claramente lo contrario. Adicionalmente, algunos terminos usados en esta memoria descriptiva se definen mas especificamente a continuacion.
Los terminos usados en esta memoria descriptiva tienen generalmente sus significados ordinarios en la tecnica, dentro del contexto de la invencion, y en el contexto especifico donde se usa cada termino. Determinados terminos que se usan para describir la invencion se analizan a continuacion, o en otros lugares en la memoria descriptiva, para proporcionar una guia adicional para el profesional con respecto a la descripcion de la invencion. El uso de ejemplos en cualquier lugar de esta memoria descriptiva, incluyendo ejemplos de cualquier termino analizado en el presente documento, es unicamente ilustrativo, y no limita de ninguna manera el alcance y significado de la invencion o de cualquier termino ejemplificado. De igual manera, la invencion no se limita a las diversas realizaciones aportadas en esta memora descriptiva.
Tal como se usan en el presente documento, “alrededor de”, “en torno a” o “aproximadamente” se referiran generalmente a dentro de un 20 %, preferentemente dentro de un 10 % y mas preferentemente dentro de un 5 % de un determinado valor o distancia. Las cantidades numericas aportadas en el presente documento son aproximadas, lo que significa que los terminos “alrededor de”, “en torno a” o “aproximadamente” pueden deducirse si no se mencionan expresamente.
Tal como se usa en el presente documento, el termino “LIDAR” es un acronimo o abreviatura de “deteccion y localization de luz”, y es una tecnologia optica de deteccion remota que mide propiedades de luz dispersa para encontrar la distancia y/u otra information de un objetivo distante.
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Tal como se usan en el presente documento, los terminos “comprendiendo”, “incluyendo”, “teniendo”, “conteniendo”, “implicando”, y similares deben entenderse como abiertos, es decir, incluyendo pero sin limitarse a.
La description se realizara de acuerdo con las realizaciones de la presente invention junto con los dibujos adjuntos en las Fig. 1-8. De acuerdo con los fines de esta invencion, tal como se incorpora y se describe ampliamente en el presente documento, esta invencion, en un aspecto, se refiere a un metodo que utiliza la tecnologla LIDAR para detectar emisiones de un vehlculo. El metodo usa un dispositivo que es un sistema de carretera portatil para la detection de emisiones de gases de un vehlculo que tiene motores de combustion interna y se conduce en un carril de una carretera. Aunque los dispositivos convencionales de deteccion de emisiones usan espejos o retrorreflectores para devolver un haz de luz emitido desde una fuente y transmitido a traves de una columna de humo de escape del vehlculo a un detector, el metodo inventado usa la tecnologla LIDAR. El haz de luz emitido desde una fuente se dirige hacia abajo, pasando a traves de la columna de humo de escape, hacia la superficie de un carril de trafico de una carretera en la que se conduce el vehlculo. La luz transmitida se dispersa despues en la superficie del carril de trafico. El metodo inventado recoge la luz dispersa desde la superficie del carril de trafico con espejos concavos para el detector. Ademas, un conjunto detector puede utilizarse para adquirir imagenes de la columna de humo de escape y de la superficie de la carretera para determinar las concentraciones de columna de contaminantes de gas en la columna de humo de escape.
En referencia a las Figs. 1 y 2, y particularmente la Fig. 2, un dispositivo 100 para deteccion remota de las emisiones de un vehlculo se muestra esquematicamente de acuerdo con un ejemplo de la presente divulgation. El dispositivo 100 incluye una fuente 110, un detector 130, y un colector optico 150 de optica. La fuente 110 y el detector 130 definen una trayectoria optica a lo largo de la que viaja un haz de luz desde la fuente 110 al detector 130, y el colector optico 150 se coloca en la trayectoria optica. Ademas, la fuente 110, el detector 130 y los medios colectores 150 se ubican en el mismo lado de la carretera.
Durante el funcionamiento, la fuente 110 emite un haz de luz 112 que se transmite a traves de una columna de humo 140 de escape emitida desde el vehlculo 105 a la superficie 102 de un carril 101 de la carretera en la que se conduce el vehlculo 105. La luz 112 transmitida se dispersa, en un hemisferio estereorradian 2n, en la superficie 102 del carril 101. Una portion 122 de la luz 120 dispersa a lo largo de la trayectoria optica se recoge mediante el espejo concavo (el colector optico de optica) 150. El espejo concavo 150, a su vez, suministra la porcion 122 de luz 120 dispersa al detector 130 que se ubica en el foco del espejo concavo 150. El detector 130 puede incluir una pluralidad de fotosensores. Cada fotosensor genera una serial electrica en respuesta a la luz dispersa recibida. La serial electrica es indicativa de la absorcion de la luz dispersa mediante la columna de humo de escape. Ademas, el dispositivo 100 tiene un procesador (no se muestra) en comunicacion con el detector 130 para procesar las senales electricas desde el detector 130 para determinar componentes y concentraciones de la columna de humo de escape. En un ejemplo, el procesador puede tener un espectrometro.
Adicionalmente, el plano focal del espejo concavo 150 puede usarse para colocar varios detectores diferentes que forman imagenes de diferentes secciones de la carretera. Uno puede formar una imagen de una tira de la superficie de la carretera usando un conjunto detector paralelo.
Se utilizan diferentes fuentes de luz que requieren diferentes configuraciones y tecnologlas de detector. Las fuentes de luz se pulsan o trocean de acuerdo con amplificadores sensibles a fase para incrementar la sensibilidad y para diferenciar fuentes de luz.
La fuente de luz puede dirigirse a carriles individuales de trafico y por tanto puede detectar emisiones de vehlculos desde carriles especlficos. Los gases residuales de baja concentration de los carriles cercanos de trafico pueden tenerse en cuenta y deducirse.
Ademas, la fuente de luz puede dirigirse hacia areas en el carril de trafico que probablemente se enfocaran a vehlculos de diferentes fabricantes que tengan tubos de escape en diferentes posiciones. Detectar el gas poco despues de que salga del tubo de escape permitira detectar las mayores concentraciones de moleculas del gas antes de que se mezcle con el aire ambiental. Esto proporcionara la deteccion remota mas precisa de las emisiones de los vehlculos. Un ejemplo serla un tubo de escape de un SUV de GM colocado justo tras el neumatico derecho y trasero. El colector optico podrla formar la imagen del borde derecho de la carretera para que se enfocara a los SUV de GM. Una lectura de los gases podrla detectarse antes de que la parte trasera del vehlculo pase por el dispositivo, aportando una lectura de las mayores concentraciones posibles.
El dispositivo puede medir la concentracion de contaminantes tales como hidrocarburos, CO, CO2, SO2, NH3 y NO2 de los vehlculos que pasan. El dispositivo tambien tiene un sistema de reconocimiento de matrlculas y un sistema de radar de velocidad para caracterizar el perfil de emision de diferentes vehlculos. El sistema de reconocimiento de matrlculas y el sistema de radar de velocidad pueden ser los que estan disponibles en el mercado. Por consiguiente, el dispositivo usado en el presente metodo es mucho menos caro, y aun as! con un rendimiento superior que los dispositivos convencionales. Adicionalmente, un sistema de deteccion remota de gases de vehlculos puede comprender varios dispositivos tal como se ha divulgado antes y un sistema de reconocimiento de matrlculas y un sistema de radar de velocidad.
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Adicionalmente, el mismo dispositivo tambien puede usarse para detectar de manera remota emisiones de un vehlcuio tal como un camion para tareas pesadas que tiene el tubo de escape instalado en su parte superior, por donde la columna de humo de escape emitida queda lejos de la superficie de la carretera en la que se conduce el vehlculo. En este caso, una superficie inferior del puente o similar puede utilizarse para dispersar el haz de luz que se transmite a traves de la columna de humo de escape. Tal como se muestra en la Fig. 8, el dispositivo 800 tiene una fuente y un detector, tal como se ha divulgado antes, que se alojan dentro de una funda del dispositivo. El dispositivo 800 se configura de manera que el haz de luz 812 emitido desde la fuente se dirige hacia arriba en la superficie 802 de un puente 801, en lugar de hacia abajo en la superficie del carril de la carretera en la que se conduce el vehlculo 805. El haz de luz 812 se transmite a traves de la columna de humo 840 de escape emitida desde el vehlculo 805 hacia la superficie 802 del puente 801. La luz transmitida se dispersa despues en la superficie 802 del puente 801. Al menos una porcion 822 de la luz 820 dispersa se recibe mediante el detector y se procesa en su interior para determinar componentes y concentraciones de la columna de humo de escape. Adicionalmente, un procesador en comunicacion con el detector puede ensamblarse dentro de la funda del dispositivo o fuera de la funda del dispositivo, para procesar las senales de datos generadas mediante el detector en respuesta a la luz dispersa.
Sin la intencion de limitar el alcance de la invencion, los dispositivos ejemplares y sus resultados relacionados usados en el metodo de acuerdo con las realizaciones de la presente invencion se proporcionan a continuacion. Debe apreciarse que los tltulos o subtltulos pueden usarse en los ejemplos para conveniencia de un lector, lo que no deberla limitar de manera alguna el alcance de la invencion. Ademas, se proponen y se divulgan determinadas teorlas en el presente documento; sin embargo, ya sean correctas o no, no deberlan limitar de ninguna manera el alcance de la invencion.
FUENTES DE LUZ
Una bombilla halogena - de fuente de banda ancha: en una realizacion, una bombilla halogena tal como el faro de un coche se usa como la fuente. Para tal fuente de banda ancha, un colimador optico puede utilizarse par colimar el haz de luz emitido desde la bombilla halogena y para transmitir la luz colimada a traves de la columna de humo de escape a la superficie del carril. Tal como se muestra en la Fig. 3, el colimador optico incluye un primer espejo concavo 361 y un segundo espejo concavo 362 ubicados en relacion con la fuente 310 de banda ancha de manera que el primer espejo concavo 361 reciba el haz de luz 312 emitido desde la fuente 310 y refleje la luz 312 recibida en el segundo espejo concavo 362. El segundo espejo concavo 362, a su vez, colima la luz reflejada 363 y transmite la luz colimada 370 a traves de la columna de humo de escape a la superficie del carril. El primer espejo concavo 361 y el segundo espejo concavo 362 definen un foco 365 entremedias. En el foco 365, la luz reflejada 363 se trocea con un troceador 366 de rueda o campana. La senal del troceador se suministra a un amplificador sensible a fase de doble fase. El amplificador sensible a fase amplifica entonces la senal sin anadir ruido.
Esta fuente de banda ancha irradia desde luz ultravioleta a luz infrarroja hasta 5 pm. Esto cubre bandas de absorcion fuertes y fundamentales de CO y CO2 as! como bandas violetas y ultravioletas fuertes de NO2, NO y SO2. Pueden usarse filtros para aislar bandas especlficas de estas moleculas, junto con vapor de agua, hidrocarburos, amoniaco y otros.
Una fuente de luz halogena modulada es de intensidad fuerte y puede dispersarse por el carril al completo. Pueden usarse espejos para recoger la luz donde quiera que brille. Dependiendo de la longitud focal y la distancia, estos espejos pueden formar imagenes de posiciones iluminadas y especlficas sobre un detector. Esto permite usar diferentes trayectorias o posiciones para enfocarse en diferentes posiciones del tubo de escape.
Diodos emisores de luz (LED): los LED pueden modularse y de esta manera terminar con la necesidad de un troceador flsico. Estos tienen tambien un ancho de banda mas estrecho que en el pasado. Tienen aproximadamente el mismo ancho de banda que los filtros. Por tanto, no existe necesidad de filtros sobre los detectores. La modulation de los LED puede estar en el intervalo de MHz. Esto proporciona mas flexibilidad para filtrar el ruido ambiental. Este ruido se debe principalmente a las corrientes termicas que llegan desde la superficie de la carretera.
Laseres de diodo: la industria de las telecomunicaciones como laseres de diodo abiertos de bajo coste. La industria de las telecomunicaciones usa fibra optica y laseres de diodo para transmitir grandes cantidades de datos a largas distancias. Debido al material de la fibra optica, la longitud de onda media de estos laseres es aproximadamente 1,5 pm. Existen bandas de absorcion infrarrojas de CO2, CO, H2O, NH2 y otras en esta region. Los laseres de diodo y los detectores de InGaAs son extremadamente baratos y de una calidad extremadamente alta debido a la production en masa y a la relacion coste-afectacion de sensibilidad de los productos. Esto permite detectar estas bandas incluso aunque algunas de ellas sean extremadamente debiles.
Los laseres de diodo pueden usarse para detectar de manera remota la temperatura de los gases, debido al factor de Boltzmann y a la extrema estrechez de una llnea laser. La distribution termica de niveles rotativos no se proporciona simplemente mediante el factor de Boltzmann e-ElkT. El numero de moleculas Nj en el nivel rotativo J del estado vibratorio mas inferior en la temperatura T es proporcional a (G. Herzberg. Spectra of Diatomic Molecules, 2da edition, D. Van Nostrand Co. 1950):
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Nj=(2J + l)e-BJ(J+l)hc/kT
Esto insinua que cuanto mayor sea el valor J o la energla rotativa mas dominara el termino exponencial. Entonces se puede extraer la temperatura de los gases usando esta relacion. La Fig. 4 muestra los espectros de CO2 en la region de 1,5 pm. El factor de Boltzmann puede verse en las energlas rotativas mas grandes. Las llneas de absorcion en las mayores energlas rotativas siguen el factor de Boltzmann y por tanto pueden usarse para calcular la temperatura de los gases.
La relacion de mezcla de las moleculas en los gases cambia a medida que un vehlculo se calienta. Un coche frlo contamina mas que un coche caliente. Se puede detectar la temperatura junto con la concentration de gases en la columna de humo de escape usando dos o tres laseres de longitud de onda diferente. Despues, se pueden ajustar las expectativas de concentracion debido a la temperatura del motor y el tubo de escape.
Los laseres de diodo tienen una FWHM (anchura a media altura) en el intervalo de aproximadamente 6-10 MHz. Esto significa que puede asentarse en la parte superior de una llnea de absorcion. Pueden seleccionarse laseres con una longitud de onda diferente para proporcionar la inclination o forma del factor de Boltzmann. Despues, puede calcularse la temperatura de los gases. Estos laseres pueden modularse a diferentes frecuencias. Esto permite usar los diferentes detectores con amplificadores sensibles a fase para diferenciar entre los laseres que iluminan el mismo lugar.
DISPOSITIVOS DE DETECCION
De acuerdo con la presente invention, los detectores usados se colocan en el foco del colector optico. En una realization, el colector optico de luz incluye un telescopio newtoniano, tal como se muestra en la Fig. 5. El telescopio newtoniano incluye un unico espejo concavo 550 y una placa reflectora 555 colocada dentro de un tubo 501. El espejo concavo 550 recibe el haz de luz 520 dispersa desde la superficie del carril de la carretera en la que se conduce un vehlculo, y lo concentra sobre la placa 555. La placa 555 dirige la luz a lo largo de su eje 556 al foco 557 en el que se coloca el detector 530. El foco 557 esta fuera del tubo 501. La placa 555 se configura para rotar alrededor del eje 556. El detector 530 se conecta a un preamplificador y a un amplificador sensible a fase.
Diferentes fuentes necesitan diferentes sistemas detectores. Para una fuente de luz de banda ancha, uno o mas filtros se colocan enfrente de los detectores. Pueden usarse detectores de conjunto para formar imagenes de tiras de la carretera. Esto permite capturar toda la columna de humo de escape y despues conseguir concentraciones absolutas de los gases de un vehlculo, independientemente de la position o la altura del tubo de escape.
Para una fuente LED, no se necesita ningun filtro, aunque la fuente LED sea una fuente de banda ancha. Un LED de longitud de onda diferente tiene una frecuencia de modulation diferente y, por tanto, cada detector se conecta a un amplificador sensible a fase separado.
Para una fuente de laser de diodo, la fuente 610 y el detector 630 se colocan en el mismo eje optico 655, tal como se muestra en la Fig. 6. El espejo esferico 650 funciona como el colector optico para recoger la luz dispersa dispersada desde la superficie del carril y enfocar la luz recogida sobre el detector 630. La fuente de luz se lleva hasta el alojamiento del espejo con fibra optica. El laser puede estar fuera del alojamiento.
Uno de los principales lastres de la detection remota de los gases de un coche es que la relacion de mezcla cambia dependiendo de si el vehlculo/coche se encuentra parado, acelerando o desacelerando. En el uso de una realizacion, se usan tres dispositivos de deteccion remota para detectar los gases del vehlculo durante la parada, aceleracion o desaceleracion. La Fig. 7 muestra esquematicamente una configuration de tal sistema en el que un dispositivo de deteccion remota 711 se ubica en una zona de aceleracion, otro 712 se ubica en una zona de parada que esta alrededor del reductor de velocidad 703 colocado en la carretera 701, y el otro 713 se ubica en una zona de desaceleracion. Adicionalmente, un sistema de reconocimiento de matrlculas 715 y un sistema de radar de velocidad 716 tambien se incorporan en el dispositivo de deteccion remota 713. Por consiguiente, las medidas de los dispositivos de deteccion remota 711, 712 y 713 se corresponden con los gases de un vehlculo en las condiciones de aceleracion, parada y desaceleracion, respectivamente.
En resumen, la presente invencion, entre otras cosas, habla de un metodo que usa un dispositivo de deteccion remota que usa la tecnologla LIDAR. El haz de luz emitido desde una fuente se dirige hacia abajo, transmitiendose a traves de la columna de humo de escape, hacia la superficie de un carril de trafico de una carretera en la que se conduce el vehlculo. La luz transmitida se dispersa despues en la superficie del carril de trafico. Un colector optico se usa para recoger la luz dispersa desde la superficie del carril de trafico. La luz recogida se suministra al detector para analizar los componentes y concentraciones de la columna de humo de escape. Adicionalmente, de acuerdo con la presente invencion, un conjunto detector puede utilizarse para adquirir imagenes de la columna de humo de escape y de la superficie de la carretera, lo que permitirla descubrir el panorama completo de contaminantes de gas en el escape del vehlculo.
La anterior descripcion de las realizaciones ejemplares de la invencion se ha presentado unicamente con fines de ilustracion y descripcion y no pretende ser exhaustiva ni limitar la invencion a las formas precisas divulgadas. Muchas modificaciones y variaciones son posibles a la luz de la ensenanza anterior.
5 Las realizaciones se eligieron y describieron para explicar los principios de la invencion y su aplicacion practica para animar a otros expertos en la materia a utilizar la invencion y las diversas realizaciones y con diversas modificaciones adecuadas al uso particular contemplado. Seran aparentes realizaciones alternativas para los expertos en la materia a los que pertenezca la presente invencion sin apartarse de su alcance tal como se define mediante las reivindicaciones adjuntas. Por consiguiente, el alcance de la presente invencion se define mediante las 10 reivindicaciones adjuntas en lugar de la anterior descripcion y las realizaciones ejemplares descritas en ella.

Claims (15)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Metodo de deteccion remota de emisiones de un vehlcuio conducido en una carretera, que comprende:
    A) despiegar una fuente (110, 310; 610) para emitir un haz de iuz y un detector (130; 530; 630) para detectar iuz en ei mismo iado de ia carretera;
    B) transmitir ei haz de iuz emitido por dicha fuente (110, 310; 610) a traves de una coiumna de humo de escape emitida desde ei vehlcuio a una superficie en ia que se dispersa ia iuz transmitida, en ia que dicha superficie es una parte inferior (802) de un puente a traves dei que se conduce ei vehlcuio o es ia superficie (102) de un carrii de ia carretera por ia que se conduce ei vehlcuio;
    C) recibir, mediante dicho detector, ai menos una porcion de ia iuz dispersa dispersada desde ia superficie y procesar ia iuz recibida en ei mismo para proporcionar uno o mas espectros de ia iuz recibida para determinar componentes y concentraciones de ia coiumna de humo de escape.
  2. 2. Ei metodo de acuerdo con ia reivindicacion 1, en ei que se usa un dispositivo (100; 711; 712; 716; 800) para ia deteccion remota de emisiones de un vehlcuio conducido en una carretera, que tiene un procesador para procesar ia iuz recibida para proporcionar dichos uno o mas espectros de ia iuz recibida con ei fin de determinar dichos componentes y concentraciones de ia coiumna de humo de escape.
  3. 3. Ei metodo de ia reivindicacion 2, en ei que ia fuente comprende una fuente de iuz de banda ancha (310) o diodos emisores de iuz (LED) o un iaser (610).
  4. 4. Ei metodo de ia reivindicacion 2, en ei que ei dispositivo comprende ademas un coiimador optico (361, 362) para coiimar ia iuz emitida por ia fuente de iuz de banda ancha (310) y transmitir ia iuz coiimada a traves de ia coiumna de humo de escape a ia superficie dei carrii.
  5. 5. Ei metodo de ia reivindicacion 4, en ei que ei coiimador optico comprende un primer espejo concavo (361) y un segundo espejo concavo (362) ubicados en reiacion con ia fuente de manera que ei primer espejo concavo recibe ei haz de iuz emitido desde ia fuente y refieja ia iuz recibida ai segundo espejo concavo, ei segundo espejo concavo, a su vez, coiima ia iuz refiejada y transmite ia iuz coiimada a traves de ia coiumna de humo de escape a ia superficie dei carrii.
  6. 6. Ei metodo de ia reivindicacion 5, en ei que ei primer espejo concavo (361) y ei segundo espejo concavo (362) definen un foco (365) entremedias, y un troceador (366) se coioca en ei foco.
  7. 7. Ei metodo de ia reivindicacion 3, en ei que, cuando ia fuente comprende dicha fuente de iuz de banda ancha (310), ei dispositivo comprende ademas uno o mas fiitros ubicados en reiacion con ei detector, teniendo cada fiitro un ancho de banda predeterminado.
  8. 8. Ei metodo de ia reivindicacion 3, en ei que ei iaser comprende un iaser de diodo (610) y en ei que tanto ia fuente (610) como ei detector (630) se coiocan en ei mismo eje optico.
  9. 9. Ei metodo de ia reivindicacion 2, en ei que ei dispositivo comprende ademas un coiector optico (150; 550; 535; 650) ubicado en una trayectoria optica entre ia fuente y ei detector para recoger ia iuz dispersa dispersada desde ia superficie dei carrii y suministrar ai detector ia iuz recogida, en donde ei coiector optico tiene un foco en ia trayectoria optica y en donde ei detector se coioca en ei foco.
  10. 10. Ei metodo de ia reivindicacion 2, en ei que ei procesador comprende un espectrometro.
  11. 11. Ei metodo de ia reivindicacion 1, en ei que ei detector (110; 310; 610) y ia fuente (130; 530; 630), que se ubican en ei mismo iado de ia carretera, definen una trayectoria optica entremedias; y en ei que un coiector optico (150; 550, 555; 650) se ubica en ia trayectoria optica para recoger ia iuz dispersa dispersada desde ia superficie dei carrii y suministrar ai detector ia iuz recogida.
  12. 12. Ei metodo de ias reivindicaciones 9 u 11, en ei que ei coiector optico comprende un espejo concavo (150; 650) o un teiescopio newtoniano (501, 550, 555).
  13. 13. Ei metodo de ias reivindicaciones 2 u 11, en ei que ei detector comprende una piuraiidad de fotosensores, generando cada fotosensor una senai eiectrica en respuesta a ia iuz dispersa recibida, en ei que ia senai eiectrica es indicativa de ia absorcion de ia iuz dispersa por ia coiumna de humo de escape.
  14. 14. Ei metodo de ias reivindicaciones 2 u 11, en ei que ei detector comprende un conjunto detector capaz de capturar imagenes de ia coiumna de humo de escape y ia superficie de ia carretera.
  15. 15. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas al menos uno de detectar la velocidad del vehlculo usando un sensor de velocidad para determinar un patron de escapes del vehlculo e identificar el vehlculo que se va a detectar usando un lector de matrlculas.
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