(57)【要約】モーターサクルやエンジン付き自転車などの小さなエンジンを備えた移動しているビーイクルの排気ガス中のガスを検出するシステムと方法。本システムは、検出空間（１６０）の中を通る２本以上のパスを作り出すビーム（１５０）によるガスアナライザー（１０１）を用いる。検出空間（１６０）の中を通っている複数本のパス中にビームを通すことにより、ガスアナライザー（１０１）は、排気ガス排煙中にある興味の対象である１つあるいはそれ以上の成分濃度を示す信号を生成する。本システムにはまた、その生成された信号から１つあるいはそれ以上のビーイクル排気ガス成分についての情報を得るためのプロセッサー（１４０）が含まれる。
2004500563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動しているビーイクルの排気ガスの成分を検出するためのシステムであって、
放射ビームを作り出すための放射ビーム光源と、
前記放射ビームを受け取り、また、第１と第２の波長帯域における第１と第２ビーイクル排気ガス成分の放射ビーム吸収を示す前記放射ビームに反応する少なくとも１つの信号を生成するための検出器と、
前記光源から前記検出器までの検出空間を通る２本以上のパス中に前記放射ビームを案内するための光学装置であって、それによって前記放射ビームは前記検出空間の中で、移動しているビーイクルの排気ガス排煙中を通り抜けるが、前記光学装置と、
少なくとも１つの信号に反応するプロセッサーであって、排気ガス排煙の少なくとも一定の分散を補正するため、第２ビーイクル排気ガス成分の放射ビーム吸収量に対する第１ビーイクル排気ガス成分の放射ビーム吸収量の比率を計算する前記プロセッサーと、
から成る前記システム。
【請求項２】
前記プロセッサーが所定の閾値レベルと比較するために第２ビーイクル排気ガス成分の濃度を計算することを特徴とする請求項１に記載の前記システム。
【請求項３】
前記光学装置が反復反射と放射ビームの再集束のための球形鏡のシステムから成ることを特徴とする請求項１に記載の前記システム。
【請求項４】
放射ビームが検出空間の中に少なくとも６本のパスを作り出すように前記光学装置が構成されることを特徴とする請求項１に記載の前記システム。
【請求項５】
放射ビームが検出空間を通る少なくとも１０本のパスを作り出すように前記光学装置が構成されることを特徴とする請求項１に記載の前記システム。
【請求項６】
放射ビームが検出空間を通る少なくとも２０本のパスを作り出すように前記光学装置が構成されることを特徴とする請求項１に記載の前記システム。
【請求項７】
検出空間の垂直高さが、水平表面と、前記水平表面の上の前記放射ビームの一番上の経路の箇所との間の垂直距離として定義され、また、放射ビームが前記垂直高さの１フィート当たりの検出空間を通る少なくとも２本のパスを作り出すように前記光学装置が構成されることを特徴とする請求項１に記載の前記システム。
【請求項８】
放射ビームが前記垂直高さの１フィート当たりの検出空間を通る少なくとも４本のパスを作り出すように前記光学装置が構成されることを特徴とする請求項７に記載の前記システム。
【請求項９】
第１ビーイクル排気ガス成分が二酸化炭素であり、また、プロセッサーが、その二酸化炭素吸収に対して、第２ビーイクル排気ガス成分の吸収を比較することにより第２ビーイクル排気ガス成分の濃度を計算することを特徴とする請求項１に記載の前記システム。
【請求項１０】
そのビーイクルが検出空間の中に排気ガス排煙を放射しているときに、そのビーイクルが傾斜したドライビング表面を登攀しなければならない結果として負荷を受けるように位置付けられた傾斜ドライビング表面からさらに成る、請求項１に記載の前記システム。
【請求項１１】
前記システムの他の部品すべてが実質的に、試験箇所まで移送されるために搭載されるモビール構造体からさらに成る、請求項１に記載の前記システム。
【請求項１２】
移動しているビーイクルの排気ガスの成分を検出するためのシステムであって、
放射ビームを作り出すための放射ビーム光源と、
前記放射ビームを受け取り、また、第１と第２の波長帯域における第１と第２ビーイクル排気ガス成分の放射ビーム吸収を示す前記放射ビームに反応する少なくとも１つの信号を生成するための検出器と、
前記光源から前記検出器までの検出空間の中を２本以上のパス中に前記放射ビームを案内するための光学装置であって、それによって前記放射ビームは前記検出空間の中で移動しているビーイクルの排気ガス排煙の中を通り抜けるが、前記光学装置と、
排気ガス排煙の容積を計算することなく、検出器から、前記少なくとも１つの信号を使用して、第２ビーイクル排気ガス成分の濃度に関する情報を得るためのプロセッサーと、
から成る前記システム。
【請求項１３】
移動しているビーイクルの排気ガス中のガスを検出する方法であって、
検出器まで検出空間を通って２本以上のパスの中に放射ビームを誘導するステップであって、それによって放射ビームは、前記検出空間の中に位置付けられていたビーイクルの排気ガス排煙の中を通り抜けるが、前記ステップと、
第１と第２波長帯域における第１と第２ビーイクル排気ガス成分の放射ビーム吸収を示すビーイクル排気ガス排煙の中を通り抜けた放射ビームに反応する少なくとも１つの信号を生成するステップと、
ビーイクル排気ガス排煙の分散を補正するために、前記少なくとも１つの生成された信号を使用して、第１ビーイクル排気ガス成分に対する第２ビーイクル排気ガス成分の比率についての情報を得るステップと、
から成る前記方法。
【請求項１４】
放射ビームが少なくとも２回ビーイクル排気ガス排煙を通り抜けることを確実なものとするために、検出空間の中を通る十分な数のパスを放射ビームが作り出すことを特徴とする請求項１３に記載の前記方法。
【請求項１５】
放射ビームが検出空間の中でビーイクル排気ガス排煙の中を通る少なくとも４本のパスを作り出すことを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
【請求項１６】
放射ビームが検出空間の中でビーイクル排気ガス排煙の中を通る少なくとも１０本のパスを作り出すことを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
【請求項１７】
少なくとも１つのビーイクル排気ガス成分の濃度が排気ガス排煙の容積を計算することなく測定されることを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
【請求項１８】
第１ビーイクル排気ガス成分が二酸化炭素であり、また、第２ビーイクル排気ガス成分の濃度が燃料燃焼化学量論と、その二酸化炭素濃度を示す信号に対する第２排気ガス成分の濃度を示す信号の比率に基づく等式を用いることにより計算されることを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
【請求項１９】
検出空間に位置付けられているビーイクル排気ガス排煙が傾斜表面を登攀しているビーイクルにより作り出されていることを特徴とする請求項１３に記載の前記方法。
【請求項２０】
放射ビームが、繰り返される反射と放射ビームの再集束のための球形鏡のシステムから成る光学装置により、検出空間の中で誘導されることを特徴とする請求項１３に記載の前記方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モーターサイクルなどの小さなエンジンを備えたビ―イクルからの排気ガスの遠隔分析のシステムと方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
内部内燃エンジンは、運転時にガス状副産物を産生する。こうしたガス状副産物の多くは環境を汚染し、また、高濃度では、極めて有害なものになりうる。特に自動車および他のビーイクルから出てくるこうした汚染物の蓄積効果は、世界中の大気の品質およびオゾン量減少に対して有意な影響を与えてきた。
【０００３】
ビーイクル排気ガスを抑制するため、米国の多くの州が検査と維持（ＩＭ）プログラムの研究調査を開始した。いくつかのＩＭプログラムには、州で運営している施設で行われていた断続的な検査が含まれる。こうした検査には、一連の加速、減速、停止およびスタートを通じて、シャシダイナモメータを付けてそのビーイクルを運転するステップと、アナライザーにビーイクルの排気ガスを回収するステップとが含まれる。これらの検査は時間がかかり、また、ビーイクルの所有者には都合の悪いものである。
【０００４】
その結果として、遠隔感知システムは、何年もの間開発中のままになっていた。例えば、米国特許第５，２１０，７０２号は、ビーイクル排気ガスにおける一酸化炭素と二酸化炭素の値を遠隔的に検出するためのシステムを開示している。通過ビーイクルの排出噴煙の中にＩＲ放射の集束ビームを投射する赤外線（ＩＲ）光源をそのシステムは使用した。光学装置は、さまざまなビームの波長を分離し、また、それらを特定の光検出器に誘導するのに使用された。各光検出器は、特定波長の光の有無に基づいて電気的信号を生成した。一酸化炭素および二酸化炭素排出成分の比率を計算し、また、比較するのに使用されるコンピュータに電気的データが供給された。そうした比率から、高排気ガスビーイクルが同定された。こうした比率はまた、テールパイププローブ（水と何らかの過剰空気について補正）により観察されるであろう濃度を計算するのに使用する排出成分間の化学量論的関係に基づく一連の等式に代入することもできた。
【０００５】
遠隔光学ガスアナライザーを使用して排気ガス濃度を測定する他の方法もまた試みられた。米国特許第４，９２４，０９５号に開示されている１つの方法では、排気ガス排煙の断面「スライス」をサンプリングするため複数本のビーム経路が用いられた。そのスライスの容積が計測され、また、１つあるいはそれ以上の排気ガス成分の絶対濃度を計算するのに使用された。こうしたシステムは、排気ガス排煙の不規則な分散および排気ガス排煙の容積を計算するのが著しく困難であるため、不正確であり、また、実際には実行不可能なものであることが証明された。
【０００６】
遠隔ビーイクル排気ガス試験システムは、最初に開示されて以来、多くの改善策を経験してきた。いくつかの実施例には以下のものが含まれる。すなわち、その排気ガスが分析すべきものであったそのビーイクルの関連ビデオサーベイランスと、実際にライセンスプレートを「読み取る」ためのライセンスプレート読取り装置；ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯｘ、水、炭化水素（ＨＣ）検出器チャネルを備えた検出器用のＵＶ（紫外線）およびＩＲ（赤外線）照射源の組み合わせ；ビームスプリッチング、ビーム経路、フィルタリングおよび時分割多重化を行うさまざまな光学装置、である。
【０００７】
乗用車とトラックが、汚染ビーイクル排気ガスの最大の源であるが、モーターサイクル、エンジン付き自転車などの小さなエンジンを備えたビーイクル、およびその他の小さなモーター付きビーイクルもまた、市街地区域における汚染物の蓄積を助長している可能性がある。小さなモーター付きビーイクルのエンジンは典型的には、比較的小さな、また、より濃度の薄い排気ガス排煙を生成するため、乗用車とトラック用の現在の遠隔感知システムでは、バックグラウンド雑音から、小さなモーター付きビーイクルについてその排気ガスから読み取ったものを区別することは難しいに違いない。５０ｃｃのエンジン付き自転車を例に挙げると、小型車が産出する排気ガス排煙より、その産出量は１０〜２０倍少ない。さらに、それが小さなサイズであって、しかも急速な分散があるため、成功裡に遠隔感知するには、小エンジン排気ガスの空間的位置が非常に重要なものとなる可能性がある。モーターサイクル排気ガス排出口の高さがさまざまであるため、モーターサイクル排気ガス排煙は、地上６インチと３フィートの間のいずれかのところで発生する。現在の遠隔感知システムでは、小さなエンジンとさまざまな高さの排気ガス排出口を備えたビーイクルの排気ガス排煙を標的化することは困難なものになる可能性がある。
【０００８】
現在の遠隔排気ガス感知システムのこうした欠点、またその他の欠点が本発明の１つあるいはそれ以上のさまざまな好適な実施態様により克服される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの目的は、移動している小さなエンジンを備えたビーイクルの排気ガス中のガスの相対濃度を検出し、また、測定するためのシステムと方法を提供することである。
【００１０】
本発明のこの目的と他の目的は、移動しているビーイクルの排気ガスの諸成分を検出するためのシステムにより達成することが可能である。本発明のシステムは、検出空間における周囲雑音を克服するのに十分な大きさの信号を生成するため、検出空間を通るビームを２本以上使用する。１つあるいはそれ以上の排気ガス成分の濃度は、検出信号の絶対的な大きさとは無関係に、１つあるいはそれ以上の排気ガス成分の濃度を表現するための比率技術に基づいて計算することが可能である。そのシステムには、ビームを作り出すための照射光源と、検出空間の中でビームを案内するための光学装置と、そのビームを受け、また、１つあるいはそれ以上のビーイクル排気ガス成分に相当する波長帯域におけるビームの吸収を表示する少なくとも１つの信号を作り出すための検出器と、が含まれる。そのシステムにはまた、生成された信号あるいは複数の信号から、１つあるいはそれ以上のビーイクル排気ガスに関する情報を得るためのプロセッサーが含まれる。
【００１１】
本発明はまた、移動するビーイクルの排気ガス中の諸成分を検出する方法に関する。その方法には、検出空間を通って検出器まで達する２つ以上のパスにより照射を誘導するステップが含まれ、それによって、照射ビームは検出空間中に位置している排気ガス排煙を通り抜ける。次のステップは、排気ガス排煙を通過する照射ビームに反応する少なくとも１つの信号を生成するステップである。検出器から発せられるその少なくとも１つの信号は、排気ガス諸成分の量の比率を計算するのに使用することが可能である。その比率は１台の特定ビーイクルの排気ガスに関する情報を提供するのに使用することが可能である。
【００１２】
本発明の他の特徴と長所は、熟練した技術を有する当業者には本発明の詳細な説明を綿密に調べる際に明らかになるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
全般的に図面を参照し、また、特に図１を参照すると、移動するビーイクルの排気ガスの諸成分を検出するための１つのシステムが示されている。アナライザー１０１は、光源１１０と、検出器１２０と、光学装置１３０と、データ処理システム１４０とから構成されることが可能である。光源１１０は、ビーム１５０を生成することができる。ビーム１５０は、光学装置１３０により誘導されているように、所定の経路に従うよう、光源１１０から投射されうる。光学装置１３０は、相互関係レンズと、反射鏡と、スプリッタと、フィルターと、あるいは、照射を操作する、あるいは誘導するためのその他の光学装置でありうる。光学装置１３０は、検出器１２０までビーム１５０を誘導する前に、検出空間１６０をわたる複数のパスを通じてビーム１５０を誘導する。検出器１２０は、ビームの中に存在する照射の波長に基づいて信号を生成する。データ処理システム１４０は検出器１２０からの信号を解釈することが可能である。データ処理システム１４０は、ビーイクル排気ガスの１つあるいはそれ以上成分の濃度を計算する、あるいは２つあるいはそれ以上の成分の相対的な濃度を示す比率を計算することが可能である。
【００１４】
アナライザー１０１は、静止あるいは移動ビーイクル試験レーンの中に設けられうる。ガスアナライザー１０１は好適には、ビーム１５０が通過ビーイクルの排気ガス排煙の少なくとも一部を通過する複数のパスを作り出すよう、位置付けられる。ＣＯ、ＮＯｘ、炭化水素、その他の軽微な諸成分などのビーイクル排気ガス中に少量存在する諸成分の相対的な量を測定するため周囲雑音に対して十分な信号を供給するためには、複数のパスが、いくつかのケースでは、必要となる場合がある。検出器１２０により戻される信号は、典型的にはビーイクル排気ガス中に比較的大量に存在する二酸化炭素と比較する場合がある。１つの実施態様では、１つあるいはそれ以上排気ガス成分の比率は、そのビーイクルがその成分の高エミッターであるかどうかを測定するために、所定の閾値と比較する場合がある。もう１つの実施態様では、データ処理システム１４０は、検出器からの信号に基づいて１つあるいはそれ以上排気ガス成分の相対濃度を計算することが可能である。相対ガス濃度は、所定の排気ガス基準に対して、手動で、あるいは自動で、比較されうるし、また高度排気ガスビーイクルは、このように認識されうる。
【００１５】
１つの実施態様では、高速道路、オフランプ（高速道路から一般道路への出口車線）、パーキングロット、あるいはその他のドライビング表面が、アナライザー１０１のためのビーイクル試験レーンとして使用されうる。アナライザー１０１は、ビーム１５０が、ビーイクルの移動方向に対して、実質的に直交あるいは直角にそのドライビング表面の上の空間の一部分を横切るように設定されうる。ビーイクル排気ガス排煙がビーム１５０の経路に入る場合、検出器１２０からの信号は、１つあるいはそれ以上の排気ガスの相対量を計算するため、データ処理システム１４０により使用されうる。
【００１６】
アナライザー１０１は、ビーイクル経路のいずれかの側に、１つあるいはそれ以上の装備ハウジングに恒久的に、あるいは一時的に設置されうる。１つの実施態様では、光源１１０と、検出器１２０と、データ処理手段１４０と、いくつかの光学装置１３０は、高速道路の一方の側にハウジングの中に設置されうるし、また、他の光学装置１３０は、高速道路の反対側に設置されうる。もう１つの実施態様では、構成部品が複数のハウジングに設置されうる。好適には、少なくとも光源１１０が、実質的に一定の温度を維持するため、周囲条件から少なくとも光源１１０を部分的に遮蔽するために用いられるハウジングの中に収容される。
【００１７】
構成部品に取り付けた光源１１０は、ワイヤあるいはワイヤレス信号転送システムなどの適当なコネクターにより接続されうる。もう１つの実施態様では、容易に輸送し、また、再び配備するのを可能にするためにいくつかの構成部品がバンなどのビーイクルの中に収容されうる。１つの実施態様では、アナライザー１０１は、トレーラなどの移動構造体上に搭載されうる。その移動構造体の一部分は、ドライビング表面であり、好適には、傾斜した表面でありうる。
【００１８】
光源１１０は、ビーム１５０を作り出す。ビーム１５０は、吸収分光法において有用な照射のいずれかの波長の光学的ビームでありうる。光源１１０は、所望される波長あるいは複数の波長の照射を生成するためのいずれかの光源でありうる。１つの実施態様では、ビーム１５０は、ＣＯ２、ＣＯ、ＮＯｘ、水、炭化水素、あるいはその他の排気ガス成分などの排気ガス諸成分の吸収帯域に特異的な波長の紫外線および赤外線照射から構成されることが可能である。光源１１０は、紫外線光源および／または赤外線光源から構成されることが可能である。ビーム１５０は平行光線束化されうる。光源１１０は、平行光線束化ビームを作り出すことが可能であり、あるいは、光源１１０内に作り出される非平行光線束化照射を平行光線束化するための光学装置から構成されることが可能である。光源１１０は、複数の所定の波長から成る個々のビームを作り出し、また、個々のビームを誘導してビーム１５０とするため光学装置を使用しうる。光源１１０は、排気ガス諸成分用の特定波長を含む広範な波長の範囲を作り出すことが可能である。複数光源を用いることも可能である。
【００１９】
検出器１２０はビーム１５０を受け取ることができ、また、受け取った波長を示す信号を生成することができる。１つの実施態様では、検出器１２０は、特定の波長あるいは波長の範囲を認識する１つあるいはそれ以上のセンサーから成る。検出器１２０は、ビーム１５０あるいはビーム１５０の一部分をそのセンサーまで、スプリッチングする、フィルタリングする、誘導するための光学装置から成ることがある。これら検出器光学装置は、時分割多重入来ビーム１５０のための光学メカニズムから成ることもある。そのセンサーは、センサーが受け取る波長のその存在および／またはその照射強度を示す信号を生成することが可能である。センサーはそれ自体が、特定波長あるいは光学装置に感受性があって、あるいはスプリッターおよびフィルターは、一般的な感受性のセンサーに特定波長を誘導するのに使用されうる。検出器１２０には、マイクロチップ上に配置されているセンサーのアレイが含まれうる。検出器１２０は通常の分光計でありうる。複数の検出器もまた用いることが可能である。
【００２０】
１つの実施態様では、検出器１２０は検出空間１６０の同じ側にある光源１１０の上に位置付けられている。検出器１２０は、ドライビング表面１６２の上に垂直に位置する空間を占め、また、光源１１０は、ドライビング表面１６２に近位に位置付けられうる。検出器１２０と光源１１０は、互いに対して、他の位置に位置付けされうるものであり、検出空間１６０とドライビング表面１６２もまた然りである。その特異的な位置付けは、光源のタイプと、使用されている検出器と、光学装置の構成と、排気ガス排煙の予想される位置とにより決定されうる。アナライザー１０１のいずれかの任意の構成では、光源と検出器位置は相互に交換可能である。
【００２１】
光学装置１３０は、検出空間１６０を通る複数経路中をビーム１５０を誘導して通すことが可能である。１つの実施態様では、光学装置１３０は、検出空間１６０にわたってビーム１５０を往復して反射する一対の反射鏡から構成されることが可能である。第１反射鏡１３２は、検出空間１６０の一方の側に位置付けされ、また、第２反射鏡１３４は、検出空間１６０の反対側に位置付けされうる。ビーム１５０は光源１１０により第１反射鏡１３２に向かって放射されうる。ビーム１５０は、第１反射鏡１３２の一部分から第２反射鏡１３４の一部分に向かって反射されうる。ビーム１５０はその後、第２反射鏡１３４の一部分から戻ってきて第１反射鏡１３２に向かって反射しうる。ビーム１５０は、検出器１２０に誘導される前に、１回あるいはそれ以上の回数第１反射鏡１３２から第２反射鏡に、検出空間１６０にわたって往復して反射しうる。ビーム１５０の複数パスの場合は、小さな排気ガス排煙ビーイクル、あるいは非標準位置にテールパイプを有するビーイクルからの排気ガスに遭遇する可能性が増加しうる。ビーム１５０の複数パスの場合は、排気ガス排煙に複数回遭遇し、また、有用な検出器信号を生成するために、信号／雑音比を増加させる助けとなりうる。
【００２２】
１つの実施態様では、図１に図示されているように、ビーム１５０は検出空間１６０にわたって１０本のパスを作る。ビーム１５０は光源１１０から第１反射鏡１３２までのパス１５０ａを作る。ビーム１５０は、第１反射鏡１３２から第２反射鏡１３４までのパス１５０ｂを作る。ビーム１５０は、第２反射鏡１３４から戻って第１反射鏡１３２までのパス１５０ｃを作る。ビーム１５０は、ビームが２つの反射鏡１３２と１３４の間で往復して反射されるにつれて、パス１５０ｄ、１５０ｅ、１５０ｆ、１５０ｇ、１５０ｈ、１５０ｉを作る。ビーム１５０は、ビームが第１反射鏡１３２から検出器１２０に移動するときに、パス１５０ｊを作る。この実施態様では、検出空間１６０は、おおよそドライビング表面１６２の上と下にあって、第１反射鏡１３２と第２反射鏡１３４の間にあって、またパス１５０ｊの経路を含む領域として定義されうる。その垂直高さと、検出空間の配置は、分析されるビーイクルの排気ガスポートの位置により変化しうる。モーターサイクルと同様なビーイクルに使用される１つのさらに好適な実施態様では、ドライビング表面１６２からパス１５０ｊの一番上まで測定された検出空間の垂直高さは、約５フィート以下であろう。もっとも好適には、検出空間は、地上から約６インチからはじまリ、地上から約３フィートの垂直高さまで行き、それによって小さなエンジンを備えたビーイクルで日常的に遭遇する排気ガスシステムのさまざまなタイプを収容する。ビーム１５０は、１つの実施態様では、垂直１フィートに付き少なくとも２本のパスを作り、あるいは１つの代替的な実施態様では、１フィート当たり約４本のパスを作りうる。
【００２３】
データ処理システム１４０は、検出器１２０により受け取られた照射ビームの存在および／または強度を示す検出器１２０から発せられた信号を受信するため検出器１２０に接続されうる。データ処理システム１４０はまた光源１１０に接続されうる。データ処理システム１４０は、排気ガス排煙の分散を補正するために、１つあるいはそれ以上の排気ガス成分の比率を計算するのに、検出器１２０から受信した信号を使用することが可能である。分散は、風あるいはその他の周囲条件によって、あるいは、それが排気ガスシステムを離れるにつれて、排気ガス排煙が拡散するというその自然プロセスによって、その排気ガス排煙と周囲空気を混合することより、引き起こされうる。本発明のデータ処理システム１４０は本明細書で説明されている比率技術を用いて分散のさまざまな形態を補正する。データ処理システム１４０は、ビーム１５０の経路の１つあるいはそれ以上の相対濃度を計算するため、検出器１２０から受信した信号を使用することが可能である。データ処理システム１４０は、検出器１２０により受信された特定波長における照射強度に対して、光源１１０により産生される特定波長における照射波長を比較することが可能である。１つの実施態様では、データ処理システム１４０は、排気ガス種の相対濃度を計算するため、そのそれぞれが排気ガス成分に対して特異的である複数チャネルから得られるデータを使用することが可能である。１つの実施態様では、データ処理システム１４０は、波長の連続的な範囲から得られるデータを使用し、また、興味の対象である波長あるいは波長帯域についての必要なデータのみ抽出することが可能である。データ処理システム１４０は、二酸化炭素および／または燃料燃焼の化学量論的な情報に対する各成分の検出比に基づいて１つあるいはそれ以上の排気ガス成分の相対濃度を測定するために、信号データを使用することが可能である。１つの実施態様では、データ処理システム１４０はまた、以下の１つあるいはそれ以上の成分の相対濃度を測定することが可能である。すなわち、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、水である。データ処理システム１４０はまた信号データに基づいて相対的なエンジン温度および／または排気ガス排煙の不透明率を計算する。データ処理システム１４０は、排気ガス排煙の合計容積を計算する必要はなく、また、排気ガス排煙のさまざまな成分についての正確かつ有用な情報を提供するために、排気ガス排煙に存在する二酸化炭素の絶対濃度を測定する必要もない。
【００２４】
１つの実施態様では、データ処理システム１４０は、アナライザー１０１の操作を制御するためのコンピュータシステムと周辺機器の一部でありうる。そのコンピュータシステムは、校正、サンプリング回数、サンプリングの頻度、サンプリングの時期、基準サンプリング、分析された諸成分および排気ガス分析のその他の観点を制御することが可能である。そのコンピュータシステムは、高エミッターを同定するため、所定の排気ガス基準に対して、１つあるいはそれ以上の成分の計算された相対濃度を自動的に比較することが可能である。制御される周辺機器には、ビーイクルを記録するためのビデオカメラ、ライセンスプレート読取り装置、あるいは、ビーイクルを特異的に同定するための他の装置と、ビーイクル速度および加速度を検出するための装置と、ディスプレイ装置と、連係計算のための通信機器と、計算やその他のデータを格納するためのその他のデータ記憶装置と、その他の周辺装置とが含まれる。
【００２５】
図２は、移動しているビーイクルの排気ガス中の諸成分を遠隔検出するためのシステム用アナライザー２０１の代替的な配置を示す。アナライザー２０１では、組み合わせ光源／検出器２１０が、検出空間２６０の一番上に、ドライビング表面２６２から間隔を置いて位置付けされうる。組み合わせ光源／検出器２１０は、ビーム２５０を生成し、また受け取るための組み合わせユニットでありうる。組み合わせ光源／検出器２１０は、そうでない場合は、光源１１０と検出器１２０について上に説明されているように動作しうる。ビーム２５０は、光源／検出器２１０から投射され、また、検出空間２６０中を光学装置２３０により案内される。光学装置２３０は、検出空間２６０の一方の側にある第１反射鏡２３２と、検出空間２６０のもう一方の側にある第２反射鏡２３４とから構成されることが可能である。ビーム２５０は、反射鏡部分２３６に衝突する前に、一連のパスの中で、反射鏡２３２と２３４の間で往復して反射されうる。１つの実施態様では、ビーム２５０はその後、光源／検出器２１０まで、反射鏡２３２と２３４の間にある実質的に同じ経路に沿って反射鏡部分２３６により反射され戻ることが可能である。もう１つの実施態様では、ビーム２５０は、十字パターンを作るなどするため、光源／検出器２１０まで、反射鏡２３２と２３４の間にある実質的に異なる経路に沿って部分２３６により反射され戻ることが可能である。データ処理システム２４０は、光源／検出器２１０に接続され、また、データ処理システム１４０について実質的に上に説明されているように、動作しうる。
【００２６】
１つの好適な実施態様では、図２に図示されているように、ビーム２５０は、検出空間２６０を通過する２０本のパスを作り出す。ビーム２５０は光源／検出器２１０から第１反射鏡２３２までパス２５０ａを作り出す。ビーム２５０は、第１反射鏡２３２から第２反射鏡２３４までパス２５０ｂを作り出す。ビーム２５０は、第２反射鏡２３４から第１反射鏡２３２に戻るパス２５０ｃを作り出す。ビーム２５０は、反射鏡２３２と２３４の間でそのビームが往復して反射するにつれて、２５０ｄ、２５０ｅ、２５０ｆ、２５０ｇ、２５０ｈ、２５０ｉパスを作り出す。ビーム２５０は、第１反射鏡２３２から第２反射鏡２３４の部分２３６まで移動するときに、パス２５０ｊを作り出す。部分２３６は、反射鏡２３２と２３４との間をビーム２５０が移動する実質的に同じ経路に沿ってビーム２５０を反射する。ビーム２５０は、パス２５０ｊ、２５０ｉ、２５０ｈ、２５０ｇ、２５０ｆ、２５０ｅ、２５０ｄ、２５０ｃ、２５０ｂと、逆に、実質的に同じ経路に従ってそのビームが反射鏡２３２と２３４との間で往復して反射されるにつれて、パス２５０ｋ、２５０ｌ、２５０ｍ、２５０ｎ、２５０ｏ、２５０ｐ、２５０ｑ、２５０ｒ、２５０ｓを作り出す。ビーム２５０は、第１反射鏡２３２から光源／検出器２１０までのパス２５０ｔを作り出す。ドライビング表面２６２からパス２５０ａの一番上まで測定すると、検出空間２６０の垂直高さは５フィート未満でありうる。ビーム２５０は、垂直方向１フィート当たり少なくとも４本のパスを作り出す。
【００２７】
図３と４は、アナライザー３０１をモビールビーイクル試験レーン３００の中に組み込んだ移動していくビーイクルの排気ガス中の諸成分を検出するためのシステムの実施態様を示す。モビールビーイクル試験レーン３００は、アナライザー３０１と、ランプ３７０と、支持構造体３８０と、トレーラ構造体３９０とから構成されることが可能である。１つの実施態様では、アナライザー３０１は、アナライザー１０１について実質的に上に説明されているように、ガスアナライザーでありうる。アナライザー３０１は、光源３１０と、検出器３２０と、光学装置３３０と、データ処理システム３４０とから構成されることが可能である。ランプ３７０は、ビーイクルドライビング表面３６２から構成されることが可能である。アナライザー３０１は、支持構造体３８０により支持されることがありうる。アナライザー３０１と、ランプ３７０と、支持構造体３８０とは、トレーラ組立体３９０上に搭載させることが可能である。
【００２８】
光源３１０はビーム３５０を生成する。光源３１０は、光源１１０について実質的に上に説明されているように作動することが可能である。ビーム３５０は、光源３１０から投射され、また、光学装置３３０により誘導されるように所定の経路に従うことが可能である。
【００２９】
光学装置３３０は、反射鏡３３１と、３３２と、３３３と、３３４と、３３５と、３３６と、３３７と、３３８と、３３９とのシステムでありうる。光学装置３３０は、ビーム３５０を誘導して、検出空間３６０にわたって複数本のパスの中を通すことが可能である。ビーム３５０は、光源３１０から検出空間３６０をわたって、反射鏡３３１まで、反射鏡３３１から検出空間３６０をわたって、反射鏡３３２まで、移動することが可能であり、また、反射鏡間でもそのように移動することが可能である。反射鏡３３９は、ビーム３５０を検出器３２０まで誘導することが可能である。相対する反射鏡の間で水平方向に測定された検出空間３６０の幅は、３〜２０フィートという距離であり、さらに好適には、６フィート未満でありうる。狭い検出空間では、短い経路長さを備えたパスを数多くすることが可能であり、また、試験レーン３００をさらに狭く、またさらに容易に移送することが可能である。さらに、広範な検出空間である場合は、モーターサイクル、エンジン付き自転車などの小さなエンジンのビーイクル、およびその他の小さなエンジンのビーイクルを収容する必要はないことがある。
【００３０】
検出器３２０は、ビーム３５０を受け取り、また、ビーム３５０中に存在する照射の波長に基づいて信号を生成することが可能である。検出器３２０は、検出器１２０について実質的に上に説明されているように、動作することが可能である。
【００３１】
データ処理システム３４０は、検出器３２０からの信号を解釈し、また、ビーム３５０の経路中の１つあるいはそれ以上の成分の相対的な濃度を計算することが可能である。データ処理システム３４０は、データ処理システム１４０について実質的に上に説明されているように、動作することが可能である。代替的には、データ処理システム３４０は、モビールビーイクル試験レーン３００の中に収容することは可能ではない。１つの実施態様では、データ処理システム３４０は、ビーイクル試験レーン３００からは構造的に分離しているが、信号転送装置により、光源３１０と検出器３２０に接続することが可能である。信号転送装置には、ワイヤ、ワイヤレス信号転送装置、あるいは他の信号転送装置が含まれる。１つの実施態様では、データ処理システム３４０は、アナライザー３００を動作させるためのコンピュータシスとムと、周辺機器とから構成されることが可能である。
【００３２】
ランプ３７０には、モビールビーイクル試験レーン３００中にビーイクルを案内するための傾斜表面を設けることが可能である。傾斜ドライビング表面３６２は、排気ガス排煙サイズあるいは密度を増加させ、また、負荷を受けたときにそのエンジンからの排気ガスを測定するため、小さなエンジンを備えたビーイクルに負荷を増大するよう設けることができる。１つの実施態様では、ランプ３７０は、アナライザー３０１の検出空間３６２中に伸びる傾斜部分３７２と、検出空間３６２を超えたレベル部分３７４と、ビーイクルを地上レベルに戻すよう、下に傾斜している部分とから構成されることが可能である。
【００３３】
支持構造体３８０は、アナライザー３０１の部品を支えるためのフレームを設けることが可能である。支持構造体３８０は、第１垂直支持体３８２と第２垂直支持体３８４とを設けることが可能である。１つの実施態様では、垂直時体３８２と３８４は、光源３１０と、検出器３２０と、光学装置３３０を支持することが可能である。支持構造体３８０は、ランプ３７０および／またはトレーラ組立体３９０に取り付けることが可能である。
【００３４】
トレーラ組立体３９０は、モビールビーイクル排気ガス試験レーン３００を試験箇所間で容易に移動させることが可能である。トレーラ組立体３９０は、ホイールと、移動のためのビーイクルに試験レーン３００を接続するための接続装置とから構成されることが可能である。１つの実施態様では、試練レーン３００は、ビーイクル排気ガスを試験するための機敏に活動する構成と、移動試験レーン３００のための移動構成とを有することが可能である。移動構成は、ランプ３７０の折り畳みあるいは分離部分および／またはアナライザー３０１の固定部分から構成されることが可能である。
【００３５】
図５は、アナライザー１０１、２０１、３０１などのアナライザーの中で使用される光学的構成を図示している。図５は、「ホワイト」光学システムを図示している。ビーム５５０ａを分散させる際の照射は、光源／検出器５１０から発せられる。まず、球形鏡５３１がその照射を再集束して、第２球形鏡５３２に向けられる集束ビーム５５０ｂとする。第２球形鏡５３２は、第３球形鏡５３３に向けられる分散ビーム５５０ｃとして、その照射を反射する。第３球形鏡５３３は、その照射を再集束し、集束ビーム５５０ｄとする。集束ビーム５５０ｄは、光源／検出器５１０により受け取られる。ホワイト光学システムは、ビーム集結度の喪失を最小限度にして経路の長さを伸長することを可能にする。光源から検出器までの全経路の長さに沿って平行光線のビームを維持するという試みではなく、ホワイト光学システムは、球形鏡を使用して検出空間中の複数本のパスに、ビームを反射させ、また再集束させる。第１反射後、理論的には、さらなる幾何学的な構成による照射喪失はなく、反射による喪失があるだけであろう。その結果として生じる光学システムは、長い経路システムの感受性を備えた短い経路システムの光学的収率を有することができる。ホワイト光学システムを使用することにより、さらに長い経路の長さが可能になり、それが次々と、単一ビームによる検出領域にわたる非常に多くの数のパスが可能になる。実験室では、ホワイトセル光学装置は、６００メーターの経路長さを達成し、また、検出空間にわたって、１００本という非常に数多くのパスを達成するのに使用することが可能である。
【００３６】
図６は、移動しているビーイクルの排気ガス中のガスを検出する方法を図示している。その方法は、図３と４に関して実質的に上に説明されているように、モービルビーイクル排気ガス試験レーンを使用して実施することが可能であり、また、その試験レーンは、図１と２について実質的に上に説明されているように、アナライザー１０１あるいは２０１を使用することが可能である。
【００３７】
ステップ６１０では、ビーイクル試験レーンが設けられる。その試験レーンは、検出空間１６０、２６０あるいは３６０などの検出空間を定義することができる。その試験レーンは、光源１１０あるいは３１０あるいは光源／検出器２１０などのビームを作り出すための照射光源から構成されることが可能である。その試験レーンは、光学装置１３０、２３０あるいは３３０などの、検出空間中にビームを案内するための光学装置から構成されることが可能であるし、また、ホワイトセル光学装置を使用することが可能である。試験レーンは、検出器１２０あるいは３２０、あるいは光源／検出器２１０などの、ビームを受け取るための検出器から構成されることが可能である。その検出器は、二酸化炭素と少なくとも他の１つのビーイクル排気ガス成分に相当する波長帯域におけるビームの吸収を示す電気的信号を生成することが可能である。ビーイクル試験レーンはまた、ランプ３７０などの、検出空間を通り抜けるドライビング表面から構成されることが可能である。
【００３８】
ステップ６２０では、ビーイクルは、ビーイクルの排気ガス排煙が１つあるいはそれ以上のパス上でそのビームによって交差されるように、そのビーイクル試験レーンの中で誘導することが可能である。そのビーイクルの排気ガス排煙の中を通過し、また検出器の中で受け取られるそのビームは、その検出器の中で電気的信号を生成することが可能である。
【００３９】
ステップ６３０では、１つあるいはそれ以上の排気ガスの比率が計算されることが可能である。データ処理システム１４０、２４０あるいは３４０などのデータ処理システムは、１つあるいはそれ以上の排気ガス成分の相対濃度を計算するために、その検出器から得られる電気的信号に基づいて比率を使用することが可能である。その排気ガス排煙の容積も、その排気ガス排煙中の二酸化炭素の絶対値も、比率あるいは相対濃度を決定するために計算する必要はない。
【００４０】
ステップ６４０では、比率あるいは計算された相対濃度は、高エミッターを同定するために、所定の排気ガス基準に比較することが可能である。この比較は、手動で、あるいは自動的に、データ処理システムにより行われることが可能である。
【００４１】
ステップ６５０では、ビーイクルの所有者あるいは運転者には、ビーイクルの排気ガスプロフィールと、何らかの修理の必要性、あるいはさらに、排気ガス基準に基づく試験を受ける必要性が通知される可能性がある。検査と維持プログラムを管理する責任を負っている機関にもまた通知され、排気ガスプロフィールと比較表が格納され、またコンパイルされることが可能である。
【００４２】
ステップ６６０では、試験レーンはもう１つの試験場所に移動することが可能である。その試験レーンの全部あるいは一部は、ビーイクルの中に構築されうるものであり、ビーイクル上に搭載して十分に移動することが可能であり、あるいはトレーラ組立て体に搭載することが可能であり、また、ビーイクルの後ろに牽引させることが可能である。その試験レーンの何らかの変更例が、移動には要求される可能性がある。移動することにより、モビールビーイクル試験レーンが、すなわち、小さなエンジンを備えたビーイクル排気ガス向けのモビールビーイクル試験レーンは、都市郊外地域中にある数多くの場所で暫定的に運転させることが可能である。試験は、天気がモーターサイクルとエンジン付き自転車を使用することが促されるような日に、および／またはそうした小さなエンジンを備えたビーイクルをよく見かける地域で行われることが可能である。
【００４３】
本発明を好適な実施態様と関連付けて説明してきた。こうした実施態様はただ単に説明的であることのみが意図されている。さまざまな変更が、添付されている請求項により定義されているように、本発明の範囲から逸脱することなく、これら好適な実施態様に対して行なわれることが可能であることは熟練した技術を有する当業者には容易に理解されることであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施態様による排気ガス試験システムの略図である。
【図２】本発明第２実施態様の排気ガス試験システムの略図である。
【図３】本発明の第３実施態様のビーイクル試験レーンと排気ガス試験システムの略正面図である。
【図４】図３のビーイクル試験レーンと排気ガス試験システムの略側面図である。
【図５】本発明の１つの実施態様において使用される光学システムの略図である。
【図６】本発明による１つの方法の略図である。
【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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