[发明专利]利用远程感测量化气团的装置和方法

说明书

本申请是以海格（Hager）环境和大气技术的名义、作为PCT国际专利申请提交的，除美国以外其它所有国家的申请人为美国国营公司LLC，在美国的申请人为美国居民J.Stewart Hager，申请日为2010年9月16日。

交叉引用相关专利申请

本申请要求J.Stewart Hager于2010年6月29日提交的申请号为PCT/US2010/040330、名为DEVICE FOR REMOTE SENSING OF VEHICLEEMISSION（远程检测车辆排放物的装置）的PCT国际申请的优先权，且本文参考其全部内容。

本申请还是J.Stewart Hager于2009年6月29日提交的申请号为12/493634、名为DEVICE FOR REMOTE SENSING OF VEHICLE EMISSION（远程检测车辆排放物的装置）的美国专利申请的部份接续申请案，且本文参考其全部内容。

本申请的说明书中引用并讨论了一些参考文献，包括专利，专利申请和各种出版物。对这些参考文献的引用和讨论仅仅是为了使本申请的说明书更清楚，而不是承认其中任一参考文献是本文所描述的发明的现有技术。本文参考本说明书中引用和讨论的所有参考文献的全部内容，若单独参考每个参考文献，也是以同样的程度进行参考。

技术领域

本发明涉及远程感测排放物。更具体地说，本发明涉及采用远程获取的气团的红外影像和紫外影像、利用光学质量来量化气团成分的绝对量的装置和方法。

背景技术

众所周知，车辆排放物是大气污染的主要源头。为了找出释放大量污染排放物的车辆，很多国家强制进行年度车辆排放物检查。为了这个目的，已经研发出了很多车辆排放物检查系统。通常，这些系统可能很昂贵，而且它们的操作可能需要大量的劳力和技术人员。另外，一直以来都是在感测站中运行排放物检查系统，当待感测车辆挂空挡时或在人工负载条件下运行时测量排放物。尽管这种测量值提供了关于车辆排放物和维修状态的大致底线信息，但是它不能必要的代表“真实世界”的驾驶情况。

最近，已经研发出远程排放物感测系统，用来在车辆驾驶在路上时感测它们的排放物。例如，发明人为Stedman等的美国专利5319199和5498872公开了一种远程感测系统，其中，如图11（a）所示，光源1110和探测器1130分别相对地设置在道路1101的两边。在这种排布下，光源1110发出的光束1115穿过驾驶在道路1101上的车辆1105排放出的废气团1140，从而携带关于废气团1140的成分和浓度的吸收信号。探测器1130汇聚光束1115，分析废气团1140的成分和浓度。可选地，如图11（b）所示，光源1110和探测器1130都设置在道路1101的同侧。而且，设置在道路1101另一侧的两个反射器1150用来将光源1110产生的光束1115通过两条穿过废气团1140的路径反射给探测器1130，以增强吸收信号。该系统只能测量部分气团，且必须将二氧化碳测量值与所有其它污染物求比，以获得相对值。它不能测量剩下的量或绝对值。

但是，这种远程排放物感测系统中，光源、探测器和反射器都设置在道路的两侧，在它们的安装和维护期间，需要花费很多精力。另外，该系统在多于一条车道的情况下很难操作，尤其当不只一辆车同时通过探测器时。换句话说，若很多车辆出现在感测位置，每辆车的废气团都同样地对排放物的测量做出贡献。因此，在单车道上，例如入口和出口斜坡，现有的远程感测系统不能同时探测多个废气团。

另外，对于现有的远程感测系统，其测量的精确度也依赖于穿过道路的光束的位置，因为车辆的一个或多个废气管道的位置根据车辆的不同而不同。测量的排放物的精确度将根据光束是否处于、或低于、或高于尾气管道的高度而不同，因为在进行探测前，废气可能会随时间而被稀释。在这种排布下，还可能遗漏整个废气团。

基本上，现有的远程排放物感测的主要缺点在于，由于它只能测量部分废气团，因此只能确定废气的组成气体和它们的相对浓度。该结果只能说明车辆是否需要维修，现有系统不能测量排放物成分的绝对量。测量成分的绝对量很重要，因为过量将导致严重的大气污染。因此，很多国家立法限制排放物中允许的气体污染物的量。实际上，国家和联邦车辆排放物标准和控制要求以“克/每英里”来规定。利用现有系统，必须通过确定车辆行为和模型，且假设车辆的油量是否充足、车辆上的负载等，来从报告的比值中推理出这个值。