Sistema de monitorización de parámetros ambientales en continuo y método asociado al mismo,

que comprende una pluralidad de dispositivos remotos de adquisición de datos (100) a partir de una unidad central de procesamiento o CPU (1); y un servidor central (200) que comprende medios de gestión de la adquisición, almacenamiento y comunicación de los datos procedentes de los dispositivos remotos (100).

Sistema de monitorización de parámetros ambientales en continuo y método asociado al mismo.

El objeto de la presente invención es un sistema de monitorización de la calidad medioambiental en continuo basado en técnicas, elementos y procedimientos de nanotecnología y está basado en la medición de la distinta resistividad que presenta un óxido de metal obtenido por procesos nanotecnológicos frente a distintos compuestos presentes en el ambiente y donde el proceso de medida es extremadamente rápido, pudiendo responder a variaciones de concentración en un corto espacio de tiempo.

Estado de la técnica anterior

La fabricación de sensores de gas (por ejemplo, ozono) basados en nanotecnología de semiconductores emplea las técnicas más modernas de micro y nanofabricación sobre sustratos de silicio o sustratos de alúmina.

El elemento sensor consiste en una lámina delgada de un óxido de metal semiconductor, el cual sufre un cambio de resistividad a una determinada temperatura de trabajo cuando se encuentra en presencia de un gas oxidante o reductor. Más concretamente, este cambio en la resistencia eléctrica es provocado por la pérdida o la ganancia de electrones en la superficie de la lámina delgada durante el proceso de medida. Así, si el elemento sensor es un lámina delgada de un óxido de metal semiconductor tipo-n (dopado n) existirá una donación de electrones a la banda de conducción cuando el gas que queremos medir sea reductor, mientras que si el gas objeto de estudio es un oxidante, entonces obtendremos una disminución de electrones en dicha banda. El resultado de este proceso es que en óxidos tipo-n se produce un incremento de la resistencia eléctrica en presencia de gases oxidantes como el NO₂ (dióxido de nitrógeno) o el O₃ (ozono), mientras que en presencia de gases reductores como el CO (monóxido de carbono) o hidrocarburos, esta resistencia al paso de la corriente eléctrica se reduce. Por su parte, si el elemento sensor es una lámina delgada de un óxido de metal semiconductor tipo-p (dopado p) se producirá entonces el proceso inverso. Ahora, el intercambio de electrones entre el elemento sensor y el gas que queremos medir hará que se produzca un aumento de vacantes electrónicas en la banda de valencia cuando estamos en presencia de un gas oxidante, mientras que el número de vacantes se verá reducido cuando estemos en presencia de un gas reductor. Este proceso dará de nuevo como resultado un incremento de la resistencia eléctrica cuando medimos un gas oxidante y una disminución de dicha resistencia cuando el gas que queremos medir es reductor.

Para controlar con gran precisión los procesos de oxidación y reducción, la lámina delgada que actuará de elemento sensor se deposita sobre un micro-calefactor integrado en el sustrato, lo cual asegura que el proceso de medida se realiza con el sensor caliente. Esto minimiza la interferencia debida a la humedad del ambiente e incrementa su velocidad de respuesta. Además, el área de medida del nano-sensor está térmicamente aislada del sustrato para minimizar el consumo eléctrico. Esta tecnología permite una selectividad muy elevada en el gas que se quiere medir y, para ello, es necesario elegir bien tanto el tipo de óxido de metal semiconductor como la temperatura de trabajo. Entre las múltiples ventajas que presentan este tipo de sensores de gas, podemos destacar las siguientes (a) gran reproducibilidad de los nano-sensores debido a que la tecnología empleada en su fabricación asegura crecimientos muy homogéneos de la lámina delgada sensible; (b) bajo coste debido a que su reducido tamaño hace que en un solo proceso de fabricación se pueden obtener centenares de unidades, lo cual asegura también su reproducibilidad; (c) reducido tamaño; (d) muy bajo consumo energético lo que facilita su aplicabilidad en sistemas pequeños y/o portátiles, gracias también al reducido tamaño de los sensores.

Los sensores de gases son dispositivos que transforman una señal química en una señal eléctrica. El crecimiento de estos sensores en los últimos años ha sido enorme debido a la cantidad de aplicaciones que poseen. Los dispositivos capaces de medir gases comúnmente empleados se pueden dividir en tres grandes grupos (dependiendo de la tecnología aplicada en su desarrollo): de estado sólido, espectroscópicos y ópticos. Existen numerosos tipos de sensores de gases que pueden clasificarse en función de los diferentes mecanismos que utilizan en la detección:

1. Sistema de monitorización de parámetros ambientales en continuo que comprende una pluralidad de dispositivos remotos de adquisición de datos (100) a partir de una unidad central de procesamiento o CPU (1); y un servidor central (200) que comprende medios de gestión de la adquisición, almacenamiento y comunicación de datos que se caracteriza porque

los dispositivos remotos de adquisición de datos (100) comprenden una unidad central de procesamiento (1) y unos medios de almacenamiento de datos (11), y en donde dicha unidad de procesamiento (1) está conectada con una pluralidad de entradas analógicas y digitales (2), una pluralidad de salidas analógicas (9) y, al menos, un módulo de comunicaciones (3, 4, 5), medios de localización GPS (6), y medios de visualización (7) en local de los datos medidos; y en donde los datos se adquieren mediante al menos un sensor (8) de la calidad del aire en ambiente o interiores; y en donde

el servidor remoto (200) comprende medios de comunicación remota (201) asociado que se basa en el envío de mensajería tipo SMS tanto para la solicitud de Información como para la configuración de los dispositivos remotos (100) gestionados y la gestión tanto de señales analógicas como de valores digitales, pudiendo entonces enviar mensajes de alarma a diferentes usuarios dados de alta en el propio servidor (200).

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1 que se caracteriza porque el dispositivo remoto (100) comprende, al menos, un módulo de comunicaciones seleccionado entre:

3. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque los dispositivos remotos (100) comprenden medios autónomos generadores de energía, para su alimentación eléctrica.

4. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque el dispositivo remoto (100) está configurado para: (a) la configuración del canal de adquisición, configurando parámetros como el tiempo de adquisición, el tiempo de integración, los niveles de alarma y la activación de comunicaciones y/o de una salida digital; la (b) configuración de las comunicaciones, configuración de los canales GSM/GPRS, SMS, Ethernet, u otras equivalentes; (c) comunicación automática programada o por alarmas; (d) activar o desactivar relés cuando se alcance un cierto nivel prefijado, pudiendo así controlar distintos subsistemas; (e) adquisición de señales tipo GPS bajo el protocolo NMEA; y gestión del ahorro de energía.

5. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque en el servidor remoto (200) se asocian una pluralidad de usuarios y una pluralidad de parámetros adquiridos por los dispositivos (100) gestionados por el sistema; y en donde la relación entre ambas entidades se realiza en base a los límites de alarma fijados para cada parámetro y usuario, de tal forma que es posible la configuración de límites de alarma diferentes para cada uno de los usuarios dados de alta.

6. Método de monitorización de parámetros ambientales en continuo, implementado en el sistema de las reivindicaciones 1 a 5 que se caracteriza porque comprende las etapas de: (i) configuración de las comunicaciones y la configuración interna de los dispositivos remotos (100), que puede ser bien vía GSM, bien vía serie; (ii) chequeo de los dispositivos remotos (100), y en donde, además, a través de este módulo de comunicaciones remotas, estos sensores pueden ser recalibrados; y (iii) consulta de los datos adquiridos, bien enviando la información de una forma automática a cada uno de los usuarios o bien de poder ser interrogado por los usuarios, tanto para solicitar información en tiempo real, como para los datos históricos.

7. Método de monitorización de acuerdo con la reivindicación 6 que se caracteriza porque las operaciones básicas de chequeo son: solicitud de datos instantáneos, con lo que podemos conocer si el sensor están enviando datos al adquisidor; solicitud del estado de los sensores, normal o defectuoso; solicitud de diagnóstico: resultado normal o defectuoso; y recalibración de la curva de ajuste del sensor, en donde dicha curva se ajusta hasta el tercer grado de la ecuación de ajuste, obtenida de forma experimental en laboratorio.

8. Método de acuerdo con las reivindicaciones 6 y 7 que se caracteriza porque la configuración del dispositivo remoto (100) comprende, al menos, las siguientes etapas: (a) reinicio de la estación remota; (b) configuración del nombre, identificación y período de integración de la estación remota; (c) solicitud del listado de parámetros, en donde el sistema devuelve un mensaje con la lista de parámetros definidos en el sistema; (d) solicitud de los valores actuales de los parámetros del sistema, devolviendo el sistema una lista con los parámetros y valores actuales de cada parámetro; (e) opcionalmente, solicitud de los valores históricos de los parámetros, solicitando los valores medios almacenados en un día concreto, bien por medio de mensajes, bien por medio de volcado directo de los datos en un archivo en comunicación directa con el equipo; (f) consulta de los valores de las entradas y salidas digitales; (g) puesta en hora del equipo; (h) configuración del nivel de alarma de un parámetro definido para un usuario definido; (i) configuración de las alarmas digitales mediante un mensaje para la configuración de la activación de las alarmas digitales de entrada, activándose el envío de un mensaje SMS al usuario cuando la señal digital pasa a estado ON, OFF o ambos; (j) configuración de los usuarios mediante un mensaje en donde se define el usuario, el número de teléfono de aviso, el intervalo de envío de SMS automático al usuario en minutos y si se desea que se reciba un mensaje cada vez que la estación se reinicie; (k) configuración de los parámetros, en donde se define el nombre del parámetro, el tipo de entrada, el límite de rango bajo de la señal, el límite de rango alto de la señal, y el tipo de integración horaria; (l) configuración de la activación y desactivación de las salidas digitales, como una alarma, sirena o similar; (ll) configuración de una activación de órdenes, en donde por medio de este mensaje el usuario puede activar o desactivar la orden indicada, en donde dicha orden es una secuencia de comandos definida por el propio usuario, como puede ser una secuencia de arranque bomba-válvula, activación cíclica de una señal u otras; (m) configuración de la introducción o petición de los factores de ajuste para regresiones lineales o polinómicas de grado 2 o de grado 3.