專(zhuān)利名稱(chēng)：基于低頻頻譜分量的樣本檢測(cè)的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求依照下列美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)而享有優(yōu)先權(quán)，其中包括2002年4月19日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)60/374,941，2002年4月19日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)60/374,043以及2002年12月13日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)60/435,361，所有這些申請(qǐng)?jiān)诖巳嬉胱鳛閰⒖肌?br> 參考文獻(xiàn)美國(guó)專(zhuān)利4,751,515、5,734,353、5,952,978、5,959,548、6,028,558、6,204,821、6,323,632。
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大多數(shù)現(xiàn)有光譜工具在感光性、所得到信息、測(cè)量簡(jiǎn)易性和成本方面提供了某個(gè)或某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。由于各種工具都提供了不能以其他方式得到的信息，因此一般來(lái)說(shuō)，較為有利的是在化學(xué)分析中運(yùn)用盡可能多的相關(guān)光譜工具。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面中，本發(fā)明包括一種用于檢測(cè)一個(gè)樣本或是一種或多種環(huán)境中的選定物質(zhì)的設(shè)備。所述設(shè)備中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備為包括選定物質(zhì)在內(nèi)的一種或多種預(yù)選物質(zhì)中的每一種物質(zhì)保存了一個(gè)包含低頻頻譜分量的數(shù)據(jù)集，其中所述低頻頻譜分量(i)處于DC到50KHz的選定頻率范圍以?xún)?nèi)，以及(ii)表征的是所述物質(zhì)。所述設(shè)備中的檢測(cè)器部件具有一個(gè)檢測(cè)器線圈，在將樣本鄰近所述線圈放置的時(shí)候，該線圈將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)時(shí)域信號(hào)，所述時(shí)域信號(hào)具有與樣本中選定物質(zhì)產(chǎn)生的低頻電磁輻射相關(guān)的信號(hào)分量。所述設(shè)備中的信號(hào)調(diào)節(jié)組件把來(lái)自檢測(cè)器線圈的信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)經(jīng)過(guò)放大并且去除了高于選定頻率的頻率分量的已調(diào)節(jié)信號(hào)。
所述設(shè)備中的電子計(jì)算機(jī)接收這個(gè)已調(diào)節(jié)信號(hào)，并且通過(guò)下列步驟來(lái)對(duì)其進(jìn)行處理(i)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備(a)中檢索表征選定樣本物質(zhì)的低頻分量數(shù)據(jù)集，(ii)對(duì)這種數(shù)字化形式的已調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行濾波，以便有選擇地通過(guò)那些與所檢索數(shù)據(jù)集中的低頻頻譜分量相對(duì)應(yīng)的低頻頻譜分量；(iii)將來(lái)自(ii)的已過(guò)濾信號(hào)與來(lái)自(i)的低頻頻譜分量的數(shù)據(jù)集進(jìn)行互相關(guān)，以便在從DC到50kHz以?xún)?nèi)的頻率范圍中產(chǎn)生一個(gè)頻域頻譜，以及(iv)確定所述頻域頻譜是否包括一個(gè)或多個(gè)表征選定物質(zhì)以及鑒別樣本中是否存在這種物質(zhì)的低頻信號(hào)分量。
這個(gè)處理步驟的輸出可以加以保存或是顯示在一個(gè)與計(jì)算機(jī)相連的接口設(shè)備上。
為了用于檢測(cè)流體樣本中的物質(zhì)，所述檢測(cè)器部件可以包括一個(gè)具有樣本輸入和輸出端口的采樣管，其中可以通過(guò)所述端口來(lái)把樣本引入所述采樣管。檢測(cè)器線圈可以沿著基本上與管中樣本流方向垂直的繞線方向纏繞在所述管上。所述采樣管最好由派熱克斯玻璃(pyrex)制成，但也可以由其他原料制成，其中所述原料對(duì)低頻電磁信號(hào)來(lái)說(shuō)是透明的，但其自身幾乎不產(chǎn)生低頻信號(hào)。檢測(cè)器部件還可以包括一個(gè)環(huán)形的鐵氧體磁心，其中至少在一部分磁心圓周周?chē)卜帕耸占?collector tube)，并且檢測(cè)器線圈沿徑向纏在所述管和磁心上。此外在這個(gè)常規(guī)實(shí)施例中，檢測(cè)器部件還可以包括一個(gè)高斯噪聲源和一個(gè)纏在環(huán)形磁心圓周上的噪聲引入線圈，由此可以將高斯噪聲從所述源引入所述管中的樣本。
在另一個(gè)常規(guī)實(shí)施例中，檢測(cè)器部件中的檢測(cè)器線圈包括一個(gè)亥姆霍茲線圈，它具有一對(duì)不同極性的線圈元件，其中可以將樣本放在這兩個(gè)線圈元件之間。在一個(gè)實(shí)施例中，不同極性的線圈元件在其間定義了一個(gè)開(kāi)放的樣本檢測(cè)區(qū)域，由此可以插入和移除自承式樣本。
而在另一個(gè)實(shí)施例中，所述檢測(cè)器線圈是一個(gè)特斯拉線圈。
為了在檢測(cè)氣態(tài)流樣本中的氣態(tài)或顆粒物質(zhì)時(shí)使用，所述檢測(cè)器部件包括一個(gè)在樣本經(jīng)過(guò)過(guò)濾時(shí)有效捕獲樣本物質(zhì)的過(guò)濾器。檢測(cè)器線圈則是相對(duì)過(guò)濾器放置的，其繞線方向基本上與所述過(guò)濾器是平行的。
在執(zhí)行處理步驟(iv)的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)可被用于識(shí)別頻譜中的低頻信號(hào)分量頻率，其中所述頻譜的互譜(cross-spectral)相關(guān)性具有高于背景頻譜噪聲的選定統(tǒng)計(jì)度量。
在執(zhí)行步驟(iv)的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)可用于(iva)接收一個(gè)關(guān)于給定樣本的附加頻域頻譜，(ivb)將這個(gè)附加頻譜添加到最初產(chǎn)生的頻譜中并求出所添加頻譜的平均值，以及(ivc)重復(fù)步驟(iva)和(ivb)，直到求和以及求平均值所得到頻譜具有高于背景噪聲的選定統(tǒng)計(jì)度量。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明包括一種用于檢測(cè)樣本中的選定物質(zhì)的方法。在實(shí)施這種方法的過(guò)程中，樣本是鄰近檢測(cè)器線圈放置的，由此產(chǎn)生了一個(gè)由樣本源輻射構(gòu)成的電磁時(shí)域信號(hào)。所述信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)經(jīng)過(guò)放大和調(diào)節(jié)的信號(hào)，其中從所述經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的信號(hào)中刪除了高于選定頻率的頻率分量，然后則對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾，以便有選擇地通過(guò)那些(i)處于DC與50kHz之間的頻率范圍中并且(ii)表征選定物質(zhì)的低頻頻譜分量。
經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)與(i)處于DC與50kHz之間頻率范圍中并且(ii)表征選定物質(zhì)的低頻頻譜分量進(jìn)行互相關(guān)，以便在從DC到50kHz以?xún)?nèi)的頻率范圍中產(chǎn)生一個(gè)頻域頻譜。通過(guò)確定所述頻域頻譜是否包含一個(gè)或多個(gè)表征選定物質(zhì)以及診斷樣本中是否存在這種物質(zhì)的低頻信號(hào)分量。
為了檢測(cè)流體樣本中的物質(zhì)，可以將所述樣本流經(jīng)一個(gè)具有樣本輸入和輸出端口的采樣管。在這里，檢測(cè)器線圈可以沿著一個(gè)基本上與所述管中的樣本流方向相垂直的繞線方向纏繞在所述管上。采樣管可以鄰近環(huán)形的鐵氧體磁心放置，檢測(cè)器線圈是沿著徑向繞線方向纏繞在所述管和磁心上的。在這個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括在生成時(shí)域信號(hào)的過(guò)程中把高斯噪聲引入所述樣本。
作為選擇，檢測(cè)器線圈可以是一個(gè)赫姆霍茲線圈，它具有一對(duì)不同極性的線圈元件。在這個(gè)實(shí)施例中，所述樣本可以置于這兩個(gè)線圈元件之間。
為了檢測(cè)氣態(tài)流樣本中的氣態(tài)或顆粒物質(zhì)，可以使樣本經(jīng)過(guò)一個(gè)在樣本經(jīng)過(guò)時(shí)有效捕獲樣本物質(zhì)的過(guò)濾器。檢測(cè)器線圈則是鄰近過(guò)濾器放置的，其中繞線方向最好基本上平行于過(guò)濾器平面。
判定頻域頻譜是否包含一個(gè)或多個(gè)表征選定物質(zhì)的低頻信號(hào)分量的步驟可以包括識(shí)別頻譜中低頻信號(hào)分量的頻率，其中所述頻譜的互譜相關(guān)性具有高于背景頻譜噪聲的選定統(tǒng)計(jì)度量。
確定頻域頻譜是否包含一個(gè)或多個(gè)表征選定物質(zhì)的低頻信號(hào)分量的步驟可以包括(a)接收一個(gè)關(guān)于給定樣本的附加頻域頻譜，(b)將這個(gè)附加的頻譜添加到最初產(chǎn)生的頻譜中，并且求出經(jīng)過(guò)添加得到的頻譜的平均值，以及(c)重復(fù)步驟(a)和(b)，直到通過(guò)求和與平均得到的頻譜中的分量具有高于背景噪聲的選定統(tǒng)計(jì)度量。


在結(jié)合附圖研究本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其他方面及特征將會(huì)變得更加明顯，其中圖1顯示了依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的設(shè)備組件；圖2顯示了依照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的設(shè)備組件；圖3是一個(gè)用于流數(shù)據(jù)的信號(hào)處理的框圖；圖4顯示了依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的環(huán)形的檢測(cè)器部件的元件；圖5顯示了依照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造并用于空氣傳播的物質(zhì)的收集器部件；
圖6A顯示的是依照本發(fā)明的方法而從氯化鈉溶液中記錄的時(shí)域信號(hào)；圖6B顯示的是來(lái)自圖6A并且經(jīng)過(guò)信號(hào)放大和消除了高頻分量之后的時(shí)域信號(hào)；圖6C顯示的是來(lái)自圖6B并且經(jīng)過(guò)陷波濾波來(lái)通過(guò)氯化鈉溶液的選定低頻頻譜分量的時(shí)域信號(hào)；以及圖6D顯示的是通過(guò)將來(lái)自6C的已濾波信號(hào)與關(guān)聯(lián)于氯化鈉的低頻頻譜分量的數(shù)據(jù)集互相關(guān)而產(chǎn)生的氯化鈉頻域頻譜；其中顯示了表征氯化鈉的一個(gè)低頻頻譜分量；圖7是檢測(cè)系統(tǒng)中包含的處理單元的圖示；圖8是圖7的替換處理單元的圖示；圖9是由本系統(tǒng)執(zhí)行的信號(hào)檢測(cè)和處理的流程圖。
具體實(shí)施例方式
I.定義除非另有指示，否則下列術(shù)語(yǔ)具有如下定義。
“顯示分子轉(zhuǎn)動(dòng)的樣本”涉及的是這樣一種樣本物質(zhì)，它可以處于氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)(不同于固態(tài)金屬)形式中，其中構(gòu)成或存在于所述樣本中的一個(gè)或多個(gè)分子化合物或原子離子將會(huì)顯示正在旋轉(zhuǎn)。
“時(shí)域信號(hào)”或“時(shí)間序列信號(hào)”指的是一種瞬態(tài)信號(hào)特性會(huì)隨時(shí)間變化的信號(hào)。
“樣本源輻射”指的是磁場(chǎng)中的分子偶極子旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的磁通量輻射。
“高斯噪聲”是指具有高斯能量分布的隨機(jī)噪聲。
“靜態(tài)高斯白噪聲”是指沒(méi)有可預(yù)測(cè)分量的隨機(jī)高斯噪聲。
“頻域頻譜”指的是時(shí)域信號(hào)的傅里葉頻率曲線。
“頻譜分量”指的是可以在頻率、振幅和/或相位域中測(cè)得的時(shí)域信號(hào)內(nèi)部的單個(gè)或重復(fù)特性。頻譜分量通常是指頻域中出現(xiàn)的信號(hào)。
“類(lèi)似樣本”是相對(duì)第一個(gè)樣本而言的，它是指同一樣本或是與第一樣本具有實(shí)質(zhì)相同的樣本分量的樣本。
II.設(shè)備本發(fā)明的設(shè)備工作在直流(DC)與50千赫(KHz)之間的電磁頻譜的極低端。這種技術(shù)是無(wú)源的，這意味著它不需要使用有害輻射或電離輻射(盡管某些實(shí)施例將白噪聲引入系統(tǒng)/樣本)來(lái)“描繪”目標(biāo)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)分子感測(cè)發(fā)明檢測(cè)的是很容易出現(xiàn)的熱電磁輻射，并且提供了一種用于遠(yuǎn)程感測(cè)極低分子濃度的快速簡(jiǎn)單的方法。這些應(yīng)用可以包括但不局限于武器、爆炸物和生物危害的遙測(cè)，谷物和作物的基因修改的檢測(cè)，諸如大腸桿菌和艾滋病病毒這類(lèi)有機(jī)體的實(shí)時(shí)檢測(cè)，以及在易揮發(fā)、侵蝕性或熱環(huán)境中的工業(yè)生產(chǎn)液流的實(shí)時(shí)化學(xué)分析。
這種遙測(cè)系統(tǒng)對(duì)分子的電磁輻射進(jìn)行檢測(cè)，并且執(zhí)行時(shí)間序列的傅立葉頻譜分析，此外還將結(jié)果與存檔數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而以接近實(shí)時(shí)的方式來(lái)識(shí)別那些未必能以其他方式檢測(cè)的分子物質(zhì)。所述設(shè)備具有同時(shí)檢測(cè)多種物質(zhì)的能力，并且可以從小型手持設(shè)備縮放到大型工業(yè)應(yīng)用。
圖1描述了依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的用于檢測(cè)選定物質(zhì)的設(shè)備20，其中舉例來(lái)說(shuō)，所述選定物質(zhì)可以是樣本中包含的化合物、離子種類(lèi)、顆粒物質(zhì)。該設(shè)備包括一個(gè)具有檢測(cè)器線圈24的檢測(cè)器部件22，以便產(chǎn)生一個(gè)與樣本中的物質(zhì)產(chǎn)生的低頻電磁放射有關(guān)的時(shí)域信號(hào)。盡管圖1并未顯示，但是所述樣本置于一個(gè)鄰近所述線圈的樣本區(qū)域26中。如在下文中將要了解的那樣，所述樣本區(qū)域可以包括一個(gè)開(kāi)放的區(qū)域，該區(qū)域介于樣本線圈、諸如薄膜(membrane)這樣的樣本采集器或是樣本物質(zhì)流經(jīng)的采樣管之間。此外還將包含了特定樣本架的樣本區(qū)域視為檢測(cè)器部件的一部分。圖6A顯示了使用本發(fā)明的設(shè)備記錄的0.25摩的氯化鈉樣本的一個(gè)典型的時(shí)域信號(hào)。
在27顯示的是信號(hào)調(diào)節(jié)組件，用于將來(lái)自檢測(cè)器線圈的信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)經(jīng)過(guò)放大的調(diào)節(jié)信號(hào)，其中從所述調(diào)節(jié)信號(hào)中去除了高于選定頻率的頻率分量。在圖3中描述的這些組件還在25顯示了檢測(cè)器部件產(chǎn)生的目標(biāo)模擬信號(hào)。圖中的組件27包括一個(gè)將信號(hào)放大到可用電平且增益介于例如1到1000之間的低噪聲放大器28(較為適合的是AD 620LNA 7及其等價(jià)物)。所述放大器的增益可以由用戶(hù)尋址，以此作為一種用于調(diào)整傳感設(shè)備靈敏度的方法。此外，組件27中還包含一個(gè)模擬低通濾波器，其功能是通過(guò)傳遞低于50kHz的頻率來(lái)對(duì)用于模-數(shù)轉(zhuǎn)換的信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中舉例來(lái)說(shuō)，所述濾波器可以是常規(guī)的巴特沃思(Butterworth)模擬濾波器。這個(gè)濾波器根據(jù)下游處理的需要來(lái)調(diào)整和限制接收信號(hào)帶寬。它可以由用戶(hù)和解釋器依照存檔中保持的數(shù)據(jù)特性來(lái)進(jìn)行尋址。如果存檔信號(hào)的主頻譜分量出現(xiàn)在一個(gè)窄帶內(nèi)部，則解釋器可以指示濾波器將帶寬變窄，由此提高傅立葉處理器的效率。數(shù)字濾波器還可以提供一個(gè)陷波濾波器，以便消除噪聲環(huán)境中的非預(yù)期信號(hào)。圖6B顯示了在為了去除高于50kHz的頻率分量而經(jīng)過(guò)放大和帶通濾波之后的用于0.25摩氯化鈉樣本的圖6A的信號(hào)。
低通濾波器的輸出提供到一個(gè)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器34，以便將經(jīng)過(guò)放大和濾波的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。舉例來(lái)說(shuō)，典型的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器可以是Analog Devices(Los Angeles，CA)提供的16位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，但是其他如24位之類(lèi)的分辨率也是可行的。
模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出以可操作的方式與所述設(shè)備中的電子計(jì)算機(jī)36相連，以便執(zhí)行一系列信號(hào)處理步驟，如將要描述的那樣，所述步驟會(huì)使表征樣本物質(zhì)的頻譜分量標(biāo)識(shí)得到識(shí)別。所述計(jì)算機(jī)包括一個(gè)被設(shè)計(jì)成用于所要描述的高速信號(hào)處理操作的數(shù)字信號(hào)處理模塊35。此外計(jì)算機(jī)中還包括一個(gè)用于保存包括選定物質(zhì)在內(nèi)的一種或多種預(yù)選物質(zhì)中的每一種物質(zhì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備37，例如常規(guī)的薄膜存儲(chǔ)設(shè)備37，以及一個(gè)數(shù)據(jù)集，其中包含了(i)處于DC到50khz之間的選定頻率范圍之中并且(ii)表征所述物質(zhì)的低頻頻譜分量。這個(gè)數(shù)據(jù)集是在高磁性和電磁屏蔽條件下通過(guò)記錄和處理來(lái)自選定物質(zhì)的低頻信號(hào)而產(chǎn)生的，其中使用了2003年3月28日提交的PCT申請(qǐng)＿＿中描述的低頻記錄設(shè)備，該申請(qǐng)的名稱(chēng)是“System and Method forCharacterizing a Sample by Low-Frequency Spectra”，所述申請(qǐng)?jiān)诖艘胱鳛閰⒖?。在以下的“生成信?hào)”一節(jié)中則提供了更進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，低頻記錄設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)集，所述數(shù)據(jù)集包含了通常處于100Hz到6.6KHz這個(gè)范圍的多個(gè)低頻頻譜分量，但也包含了表征樣本物質(zhì)并從DC直到50KHz的更寬范圍，其中舉例來(lái)說(shuō)，所述樣本物質(zhì)可以是水、電離鹽、溶解物質(zhì)、不希望有的雜質(zhì)、生物樣本物質(zhì)或其他物質(zhì)。通常，樣本物質(zhì)越復(fù)雜，數(shù)據(jù)集包含的樣本物質(zhì)也就越復(fù)雜(特有頻譜分量的數(shù)目越大)。從下文中將會(huì)了解，通過(guò)本發(fā)明的方法來(lái)檢測(cè)選定樣本物質(zhì)，這種能力依賴(lài)于這樣一個(gè)事實(shí)，那就是所關(guān)注的不同選定物質(zhì)是由不同頻譜“特征”來(lái)表征的，其中所述不同頻譜特征即為不同的特有低頻分量集合，由此使得物質(zhì)的至少一個(gè)并且通常若干個(gè)的特有頻譜分量相對(duì)所述物質(zhì)是唯一的。
對(duì)設(shè)置在所述設(shè)備中的存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)集來(lái)說(shuō)，其特性取決于人們想用設(shè)備檢測(cè)的選定物質(zhì)。通常，對(duì)一個(gè)移動(dòng)場(chǎng)單元(mobile fieldunit)來(lái)說(shuō)，所述數(shù)據(jù)集包含了為個(gè)人希望在所提交的設(shè)置中檢測(cè)的全部物質(zhì)所設(shè)定的數(shù)據(jù)集，其中包括例如水樣中存在的各種雜質(zhì)或是希望檢測(cè)的各種空氣傳播樣本，例如大氣微粒、空氣傳播的生物微?；蚴强諝庵写嬖诘幕瘜W(xué)成分。
如上所述，計(jì)算機(jī)旨在執(zhí)行如圖3所示的各種信號(hào)處理操作。在這里將會(huì)執(zhí)行第一操作信號(hào)處理，以便有選擇地通過(guò)那些與所關(guān)注樣本物質(zhì)的低頻頻譜成分相對(duì)應(yīng)的頻率分量。因此，這個(gè)階段執(zhí)行了多個(gè)陷波濾波器的功能，其中每一個(gè)槽口都傳送所關(guān)注物質(zhì)的數(shù)據(jù)集中的一個(gè)譜帶。在執(zhí)行這個(gè)操作的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)首先從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備中檢索一個(gè)表征選定樣本物質(zhì)的低頻頻譜成分的數(shù)據(jù)集，并且記錄與所述物質(zhì)相關(guān)聯(lián)的低頻頻譜成分。該數(shù)據(jù)被用在一個(gè)常規(guī)的數(shù)字陷波帶通濾波器38中，以便(i)刪除(陷波濾波器)60Hz的頻率分量，并且通過(guò)那些與所檢索數(shù)據(jù)集中的頻譜頻率相對(duì)應(yīng)的頻率(帶通濾波器)。通常，數(shù)字濾波器通過(guò)的是介于DC與50kHz之間的選定頻率。所述帶通濾波器可以包括一個(gè)能夠提供多個(gè)通帶的可尋址數(shù)字濾波器陣列，同時(shí)還提供了一個(gè)處于電源線頻率和其他已知噪聲頻率上的陷波濾波器。所述數(shù)字濾波器可以由處理器尋址并且被配置成可以由用戶(hù)進(jìn)行尋址。
在信號(hào)的模-數(shù)轉(zhuǎn)換中有可能存在某種壓縮。此外在ADC與傅立葉處理器之間還存在一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器39，用于臨時(shí)保存那些來(lái)自輸入端的流數(shù)據(jù)。分析結(jié)果(并非信號(hào))則以某種圖形顯示形式給出并且將會(huì)保存在機(jī)載數(shù)據(jù)檔案中，以供稍后檢索。
在接下來(lái)的處理步驟，在40，經(jīng)過(guò)帶通濾波的時(shí)域信號(hào)與所檢索數(shù)據(jù)集的頻譜分量進(jìn)行互相關(guān)，以便在從DC到50KHz以?xún)?nèi)的頻率范圍中產(chǎn)生一個(gè)頻域頻譜，其中所述頻譜包含了作為頻譜分量并存在于已濾波信號(hào)和數(shù)據(jù)集中的頻譜頻率。也就是說(shuō)，依據(jù)是否存在特有頻譜分量，所述頻譜將會(huì)證明是否存在所關(guān)注的樣本物質(zhì)?；ハ嚓P(guān)模塊使用基2、基4或分裂基算法來(lái)對(duì)接收數(shù)據(jù)執(zhí)行一個(gè)時(shí)間序列的快速傅里葉變換。最終得到的數(shù)據(jù)表示的是包含了以每個(gè)周期中以秒為單位測(cè)得的頻譜振幅(等價(jià)于時(shí)間、頻率和振幅的時(shí)間序列)的原始信號(hào)。在圖6C中顯示了關(guān)于0.25摩氯化鈉的頻譜，其中所述頻譜是通過(guò)互相關(guān)圖6B中的信號(hào)以及所述樣本的頻譜分量的數(shù)據(jù)集而產(chǎn)生的。
所述互相關(guān)功能可以由一個(gè)單片機(jī)芯片執(zhí)行，其中對(duì)所述單片機(jī)芯片進(jìn)行編程，以便執(zhí)行一個(gè)關(guān)于未知信號(hào)的傅立葉相關(guān)分析，其中所述未知信號(hào)與來(lái)源于已知信號(hào)的傅立葉數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。分析結(jié)果是作為未知信號(hào)與已知信號(hào)之間的百分比頻譜擬合(fit)來(lái)提交的，所述“擬合”百分比與統(tǒng)計(jì)顯著性相互關(guān)聯(lián)，然后將這個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)解釋器，以便通過(guò)一種算法來(lái)對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾，從而確定肯定(positive)檢測(cè)或匹配的可能性。
所述處理器可以是一個(gè)奉命對(duì)照歸檔數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行互譜相關(guān)的數(shù)字信號(hào)處理器(“DSP”)或微處理器。根據(jù)結(jié)構(gòu)，所述處理器既可以獨(dú)立運(yùn)作，也可以結(jié)合其他處理器來(lái)運(yùn)作。這個(gè)處理器還可以向有源數(shù)字濾波器提供指令來(lái)建立傅立葉濾波器，以此作為為互譜相關(guān)進(jìn)行的信號(hào)準(zhǔn)備。該處理器可以是更大的處理系統(tǒng)的一部分，其中所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和對(duì)接到一個(gè)或多個(gè)輸出設(shè)備的恰當(dāng)用戶(hù)接口(例如可視顯示器、音頻揚(yáng)聲器，無(wú)線收發(fā)信機(jī)等等)。所述用戶(hù)接口可以供用戶(hù)控制放大器和濾波器模塊、ADC以及相關(guān)器所用。
通常，上文產(chǎn)生的頻譜需要進(jìn)行附加濾波和/或求和及取平均值的運(yùn)算，以便提高頻譜分量，和/或估算頻譜分量是否超出所定義的允許對(duì)選定樣本物質(zhì)標(biāo)識(shí)進(jìn)行可靠測(cè)量的統(tǒng)計(jì)閾值。在一種示范性方法中，互相關(guān)樣本信號(hào)頻譜與互相關(guān)噪聲(沒(méi)有樣本)信號(hào)進(jìn)行比較。比較器算法在例如0.1Hz的間隔中逐漸向前穿越互相關(guān)樣本頻譜和互相關(guān)噪聲頻譜，從而觀察各個(gè)頻率點(diǎn)的相關(guān)值，此外還從所述點(diǎn)的樣本相關(guān)中減去噪聲相關(guān)，從而產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)過(guò)校正的相關(guān)值頻率曲線(當(dāng)然在這里也可以根據(jù)應(yīng)用而使用更大或更小的頻率間隔)。這些值涉及某個(gè)特定樣本并且舉例來(lái)說(shuō)，所述值依賴(lài)于任何噪聲分量的相對(duì)幅度。
作為選擇，從單次讀取中產(chǎn)生的頻譜可以依次與相同樣本中產(chǎn)生的頻譜一起進(jìn)行求和以及求平均值。也就是說(shuō)，如上所述從相同樣本中產(chǎn)生的第二頻譜被添加到第一頻譜中，并且將對(duì)這兩個(gè)頻譜進(jìn)行求和以及求平均值。所述處理將會(huì)重復(fù)，直至發(fā)覺(jué)頻譜分量高于某個(gè)統(tǒng)計(jì)閾值為止。然后則對(duì)這些分量進(jìn)行“讀取”或比較，以便確定它們是否匹配于選定物質(zhì)的特性頻率。上述操作是如圖3中的42所示來(lái)執(zhí)行的。在圖6D中顯示了用于一個(gè)氯化鈉樣本的總和及平均頻譜。
解釋器可以是另一個(gè)能夠保存和使用一種簡(jiǎn)單算法來(lái)從事件(或是由上述處理器芯片或系統(tǒng)組件執(zhí)行的例程)中確定結(jié)果的單片機(jī)芯片。所述事件是一個(gè)反映了未知與已知信號(hào)之間擬合的統(tǒng)計(jì)顯著性的數(shù)字(作為百分?jǐn)?shù))。所述算法是對(duì)照預(yù)置閾值來(lái)測(cè)量擬合程度的，由此根據(jù)特定分子頻譜數(shù)據(jù)的已知特征來(lái)確定一個(gè)匹配似然性。作為實(shí)例，其中一個(gè)分子可以在某些頻率以?xún)?nèi)具有特別高的頻譜能量并且隨時(shí)間變化來(lái)循環(huán)。另一個(gè)分子可以在相同頻率和時(shí)間上具有更均勻的頻譜能量。其中每一個(gè)分子都可以導(dǎo)致一個(gè)不同但卻具有等量加權(quán)的統(tǒng)計(jì)顯著性。解釋器則在數(shù)據(jù)檔案中具有多個(gè)已知分子數(shù)據(jù)集時(shí)對(duì)此加以補(bǔ)償。在最簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，所述解釋器是一個(gè)閾值，其中百分比擬合信號(hào)與所述閾值進(jìn)行比較。所述閾值可以根據(jù)不同因素而被調(diào)整(舉例來(lái)說(shuō)，如果環(huán)境噪聲電平很高，則降低閾值)。
數(shù)據(jù)和/或判定結(jié)果是在計(jì)算機(jī)顯示器44上顯示給用戶(hù)的。作為選擇或補(bǔ)充，所述結(jié)果保存在一個(gè)通常與計(jì)算機(jī)相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)設(shè)備46中。此外如圖1所示，所述計(jì)算機(jī)具有一個(gè)鍵盤(pán)48，由此用戶(hù)可以指定信號(hào)處理參數(shù)、樣本標(biāo)識(shí)等等。
典型的輸出是對(duì)所關(guān)注的選定樣本加以識(shí)別，并且顯示一個(gè)具有并排的列的表格，其中列舉了(i)與選定樣本相關(guān)聯(lián)的頻譜分量，以及(ii)與來(lái)自數(shù)據(jù)集的頻譜分量相匹配的統(tǒng)計(jì)意義上的樣本分量。用戶(hù)由此可以確定選定物質(zhì)是否處于樣本中。所述輸出還可以顯示一個(gè)平均頻譜，以便向用戶(hù)提供某些針對(duì)結(jié)果可靠性的統(tǒng)計(jì)度量，其中頻譜分量就是從所述平均頻譜中導(dǎo)出的。
在圖2中描述了依照本發(fā)明第二實(shí)施例構(gòu)造的設(shè)備50。在這里，所述設(shè)備與設(shè)備20的不同之處僅僅是在檢測(cè)器部件這個(gè)方面描述的，因此所述設(shè)備中其他組件的參考數(shù)字與設(shè)備20指示的參考數(shù)字相同。在52所表示的設(shè)備中的檢測(cè)器部件包括一個(gè)作為檢測(cè)器線圈的亥姆霍茲線圈54，它包括一對(duì)不同極性的線圈元件56、58。這兩個(gè)線圈元件在其間定義了一個(gè)樣本區(qū)域60，其中舉例來(lái)說(shuō)，可以移動(dòng)62所示的樣本并經(jīng)由所述樣本區(qū)域。舉例來(lái)說(shuō)，這個(gè)實(shí)施例可被用于檢測(cè)那些經(jīng)過(guò)掩蔽或是受到阻止的樣本，例如便攜物體。如所示，線圈元件分別與噪聲引入線圈中的信號(hào)放大器相連。在操作中，針對(duì)這兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)所進(jìn)行的處理與上文所述的處理是相同的。
在這里有很多替換組件都是可以接受的。舉例來(lái)說(shuō)，雖然檢測(cè)器線圈是一個(gè)用于在DC與50kHz之間操作并能檢測(cè)特定面積中存在的低頻電磁放射的調(diào)諧線圈，但是還可以實(shí)施多種線圈，其中包括但不局限于特斯拉線圈、環(huán)形線圈、亥姆霍茲線圈、磁心調(diào)諧線圈以及測(cè)定波長(zhǎng)和隨機(jī)的線環(huán)。
在接下來(lái)的這兩節(jié)中描述了備選的檢測(cè)器部件，其中第一個(gè)部件具有采樣管和用于檢測(cè)流體樣本中的物質(zhì)的環(huán)形檢測(cè)器，第二個(gè)部件則具有一個(gè)過(guò)濾器樣本采集器，用于檢測(cè)空氣傳播的樣本物質(zhì)。
A.環(huán)形的檢測(cè)器許多商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用都需要在嘈雜的電磁環(huán)境中評(píng)估工業(yè)生產(chǎn)液流中的物質(zhì)。處于環(huán)形變壓器內(nèi)部的感測(cè)分子物質(zhì)提供了一個(gè)高電平的電磁隔離。針對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用包括但不局限于對(duì)易失、侵蝕性或熱環(huán)境中的工業(yè)生產(chǎn)液流進(jìn)行實(shí)時(shí)化學(xué)分析，針對(duì)商業(yè)或公共環(huán)境中的污染而對(duì)空氣進(jìn)行測(cè)試，以及對(duì)供水或其他那些可以在市場(chǎng)買(mǎi)到的消費(fèi)品進(jìn)行測(cè)試。
本系統(tǒng)提供了在用流體或氣體來(lái)替換主放射元素時(shí)移動(dòng)流體和氣體而使之經(jīng)過(guò)一個(gè)環(huán)形變壓器的能力。氣體或流體是在環(huán)形磁心與感應(yīng)線圈之間的螺旋管圓周上抽取的。高斯白噪聲則經(jīng)由一個(gè)噪音部件引入螺旋管內(nèi)部，其中所述噪聲部件以1∶1的比率(但也可以使用其他比率)與采樣管纏在一起，所述采樣管則移動(dòng)氣體或液體而使之通過(guò)螺旋管。
在分子物質(zhì)穿過(guò)螺旋管時(shí)，高斯白噪聲將被引入，其電平比分子信號(hào)電平高出30到35dB。所述分子信號(hào)與白噪聲相加，以便形成一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)物，所述產(chǎn)物保持識(shí)別分子信號(hào)特征。然后如上所述對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和處理，以便識(shí)別樣本中具有唯一低頻頻譜特征的物質(zhì)。
所述設(shè)備使用了螺旋管的折疊磁場(chǎng)并且在主次元件(采樣管和檢測(cè)器線圈)之間提供了電感。在螺旋管空腔內(nèi)部的封閉磁場(chǎng)(B)則是通過(guò)以下簡(jiǎn)單等式來(lái)精確量化的B＝A/r，其中A是一個(gè)比例常數(shù)(環(huán)形線圈因數(shù))，r是從空腔長(zhǎng)軸開(kāi)始的徑向距離。
在圖4中，在64顯示了依照本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的環(huán)形的檢測(cè)器部件的平面圖。在由鐵氧體這類(lèi)鐵磁物質(zhì)構(gòu)成的環(huán)形磁心72的外圓周長(zhǎng)上放有玻璃和塑料，其中最好是放置派熱克斯玻璃(Pyrex)管66。所述管在其相對(duì)的兩端分別與輸入和輸出端口68、70相通，由此允許在一個(gè)檢測(cè)操作中通過(guò)所述管來(lái)抽取液體或氣體樣本。螺旋管與管道的尺寸取決于單獨(dú)的應(yīng)用，并且只對(duì)制成品設(shè)計(jì)規(guī)范而言是重要的。此外，所述管環(huán)(tube ring)可以位于線圈內(nèi)部的其他位置，例如磁心72的中心內(nèi)部。
如所示，其中將噪聲引入線圈76排列在所述管的外部圓周上。雖然這里顯示線圈76是一個(gè)圓環(huán)，但是它也可以采取像繞組74那樣部署的線圈的形式。線圈76的用途是允許將高斯噪聲源噪聲78提供的高斯噪聲添加到樣本中。
次級(jí)線圈74形成了設(shè)備中的檢測(cè)器線圈，該線圈沿徑向纏在螺旋管磁心、所述管66以及噪聲線圈76上。環(huán)繞螺旋管的導(dǎo)線類(lèi)型和匝數(shù)取決于次級(jí)線圈的諧振頻率。盡管并不重要，但是所述結(jié)構(gòu)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)盡可能高的變壓器品質(zhì)因數(shù)。檢測(cè)器線圈則與一個(gè)信號(hào)放大器相連，以便進(jìn)行如上所述的信號(hào)調(diào)節(jié)。
在操作中，流體或氣體是以一種提供了所支持的低速流的方式經(jīng)由變壓器抽取的。經(jīng)過(guò)所述管道的樣本物質(zhì)發(fā)出振幅極低的電磁波，所述電磁波由線圈進(jìn)行檢測(cè)。白噪聲則經(jīng)由一個(gè)噪聲線圈引入樣本區(qū)域，以便與來(lái)自目標(biāo)物質(zhì)的固有電磁放射相混合。然后則向噪聲施加所述增益，直到噪聲高出目標(biāo)信號(hào)30到35dB為止。這時(shí)，噪聲將會(huì)呈現(xiàn)出基礎(chǔ)信號(hào)特征，由此在通常所說(shuō)的隨機(jī)共振這種自然條件下有效放大分子信號(hào)。所述隨機(jī)產(chǎn)物在次級(jí)線圈產(chǎn)生一個(gè)感生電壓，其中所述電壓由一個(gè)前置放大器電路拾取和放大。
系統(tǒng)有效地將四周的電磁環(huán)境噪聲用作一個(gè)隨機(jī)源，并將傅里葉分析用于識(shí)別那些與具體分子(波形)特征相似的隨機(jī)(波形)特征。由此設(shè)立了針對(duì)檢測(cè)器功能范圍的理論極限。
值得注意的是，螺旋管的大小取決于應(yīng)用。例如，可以使用一個(gè)很大的螺旋管來(lái)制造一個(gè)大型檢測(cè)器，由此對(duì)大量物質(zhì)進(jìn)行采樣。
B.空氣檢測(cè)器在圖5中描述的是具有空氣樣本檢測(cè)器部件的設(shè)備80，用于檢測(cè)和識(shí)別那些以氣態(tài)形式存在的未知物質(zhì)，例如空氣傳播微粒。所述裝置包括一個(gè)空氣輸送管，諸如1微米的顆粒過(guò)濾器，一個(gè)檢測(cè)器線圈84，一個(gè)射頻防護(hù)罩86，以及用于經(jīng)由所述管和過(guò)濾器來(lái)抽取空氣的泵88。其中將所述檢測(cè)器線圈定向?yàn)槠淅@組與過(guò)濾器平面平行并且緊靠過(guò)濾器背面放置。
空氣管可以由任何恰當(dāng)材料制成，但是最好采用塑料和纖維復(fù)合原料?？諝夤艿挠猛臼窃试S空中懸浮粒子穿過(guò)設(shè)備。在空氣穿過(guò)過(guò)濾器時(shí)使用了一個(gè)可拆卸的1微米靜電過(guò)濾器來(lái)俘獲空氣傳播的顆粒。作為選擇，在設(shè)備意欲測(cè)量NO、SO2、氟氯烴、烷基氣體等分子氣體形式的物質(zhì)時(shí)，所述過(guò)濾器可以提供一個(gè)起化學(xué)反應(yīng)的表面，其中所述物質(zhì)可以吸附或吸引到這個(gè)表面上，但是所述物質(zhì)也可以與所述表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
在有必要通過(guò)分解溶劑中的那些受到關(guān)注的選定物質(zhì)來(lái)檢測(cè)其低頻旋轉(zhuǎn)模式的時(shí)候，作為選擇，所述設(shè)備中的檢測(cè)器部件可以包括獨(dú)立的收集器和檢測(cè)站。因此舉例來(lái)說(shuō)，所述設(shè)備可以包括一個(gè)用于對(duì)過(guò)濾器上的物質(zhì)進(jìn)行收集的系統(tǒng)，以及一個(gè)單獨(dú)的檢測(cè)系統(tǒng)，其中包括一個(gè)內(nèi)置了所述過(guò)濾器的溶劑容器，由此允許將那些在過(guò)濾器上捕獲的物質(zhì)釋放到水或有機(jī)溶劑之類(lèi)的溶劑中。然后可以使用外部纏有檢測(cè)器線圈的派熱克斯玻璃容器中的溶液來(lái)檢測(cè)所述懸浮物溶劑。
在另一個(gè)實(shí)施例中，空氣是通過(guò)一個(gè)裝有水或有機(jī)溶劑這類(lèi)溶解了分子氣體物質(zhì)的溶劑的容器來(lái)提取的。也就是說(shuō)，空氣樣本是在一個(gè)有效俘獲所關(guān)注選定物質(zhì)的速率上以氣泡方式通過(guò)容器的。在這個(gè)實(shí)施例中，檢測(cè)器線圈可以纏在一個(gè)容器外部，例如派熱克斯玻璃圓柱容器外部。其中空氣是以氣泡形式通過(guò)所述容器的。帶有所捕獲氣體物質(zhì)的液體樣本可以轉(zhuǎn)移到單獨(dú)的檢測(cè)器中，例如上文所述的環(huán)形檢測(cè)器。
III.產(chǎn)生信號(hào)現(xiàn)在將對(duì)如何用基準(zhǔn)或數(shù)據(jù)集信號(hào)之類(lèi)的信號(hào)來(lái)與采樣信號(hào)加以比較進(jìn)行說(shuō)明。
參考圖7，采用了本發(fā)明某些方面的處理單元包括一個(gè)樣本托盤(pán)840，它允許將樣本842插入法拉第圓筒844和亥姆霍茲線圈846，也允許從中去除所述樣本。在低溫真空瓶(cryogenic dewar)850內(nèi)部存在一個(gè)SQUID/傾斜計(jì)。鎖定磁通量的環(huán)路852則耦合在SQUID/傾斜計(jì)848與SQUID控制器854之間。SQUID控制器854可以是由San Diego的Tristan提供的型號(hào)iMC-303iMAG多通道控制器。
模擬噪聲發(fā)生器856將一個(gè)噪聲信號(hào)(如上所述)提供給鎖相環(huán)858。鎖相環(huán)的x軸輸出提供到亥姆霍茲線圈846并且所述輸出可以衰減例如20dB。鎖相環(huán)的y軸輸出由一個(gè)信號(hào)分路器860進(jìn)行拆分。一部分y軸輸出被輸入到處于SQUID的噪聲消除線圈，其中所述SQUID具有一個(gè)用于傾斜計(jì)的單獨(dú)輸入端。Y軸信號(hào)的其他部分則輸入到示波器862，例如Tektronix TDS 3000b這種具有傅立葉函數(shù)的模擬/數(shù)字示波器。也就是說(shuō)，鎖相環(huán)的x軸輸出驅(qū)動(dòng)亥姆霍茲線圈，而它的Y軸輸出則處于反相形式中并且通過(guò)拆分而被輸入到SQUID和示波器。這樣一來(lái)，鎖相環(huán)充當(dāng)?shù)氖且粋€(gè)信號(hào)變換器。并且舉例來(lái)說(shuō)，示波器跡線是被用于監(jiān)視模擬噪聲信號(hào)，以便確定何時(shí)得到一個(gè)足以產(chǎn)生非平穩(wěn)頻譜分量的噪聲電平。模擬磁帶錄音機(jī)或記錄設(shè)備864與控制器854相耦合，它記錄的是從所述設(shè)備輸出的信號(hào)，并且所述記錄設(shè)備最好是一個(gè)寬帶(例如50kHz)記錄器。PC控制器866可以是一臺(tái)基于微軟公司視窗系統(tǒng)的PC，它是經(jīng)由例如RS232端口對(duì)接到所述控制器854的。
圖8中顯示了處理單元的另一個(gè)實(shí)施例的框圖。雙相位鎖定放大器202被配置成將一個(gè)第一信號(hào)(例如“x”或噪聲信號(hào))提供給線圈726、728，并且向超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)206的噪聲消除線圈提供一個(gè)第二信號(hào)(例如“y”或噪聲消除信號(hào))。放大器202則被配置成在沒(méi)有外部干擾的情況下進(jìn)行鎖定，并且可以是一個(gè)Perkins Elmer的型號(hào)為7265DSP的鎖定放大器。這個(gè)放大器工作在一種“虛擬方式”中，在這種模式中，所述放大器鎖定到一個(gè)初始基準(zhǔn)頻率，然后則去除基準(zhǔn)頻率，從而使之能夠自由運(yùn)行并且鎖定到“噪聲”。
模擬噪聲發(fā)生器200電耦合到放大器202。所述發(fā)生器200被配置成經(jīng)由放大器202而在線圈726、728那里產(chǎn)生或誘發(fā)一個(gè)模擬高斯白噪聲。舉例來(lái)說(shuō)，所述發(fā)生器200可以是由General Radio制造的模型1380。
阻抗變換器204則電耦合在SQUID 206與放大器202之間。在這里將阻抗變換器204配置成在SQUID 206與放大器202之間提供阻抗匹配。
SQUID206的噪聲消除特性可以開(kāi)啟或關(guān)閉。在開(kāi)啟噪聲消除特性時(shí)，SQUID 206能夠從所檢測(cè)的放射中消除或抵消所引入的噪聲分量。為了提供噪聲消除，提供給線圈726、728的第一信號(hào)是一個(gè)比嘗試檢測(cè)的分子電磁放射高出20dB的噪聲信號(hào)。在這個(gè)電平上，所引入的噪聲通過(guò)隨機(jī)共振具有了分子電磁信號(hào)的特性。提供給SQUID206的第二信號(hào)是一個(gè)大小為45dB的噪聲消除信號(hào)，它是從幅度足以抵消SQUID輸出端噪聲的第一信號(hào)轉(zhuǎn)化而來(lái)的(例如與第一信號(hào)的相位相差180度)。
SQUID 206是一個(gè)低溫直流部件SQUID。舉例來(lái)說(shuō)，SQUID 206可以是一個(gè)由Tristan Technologies，Inc制造的模型LSQ/20 LTS dCSQUID。作為選擇，在這里也可以使用高溫或交流SQUID。經(jīng)過(guò)組合的線圈722、724(例如傾斜計(jì)線圈)及SQUID206(合起來(lái)稱(chēng)為SQUID/傾斜計(jì)檢測(cè)部件)具有大約為5微特/伏*赫茲的磁場(chǎng)測(cè)量靈敏度。線圈722、724中的感生電壓由SQUID 206檢測(cè)和放大。SQUID 206的輸出是一個(gè)大約處于0.2～0.8微伏的范圍以?xún)?nèi)的電壓。
SQUID 206的輸出端即為SQUID控制器208的輸入端。在這里將SQUID控制器208配置成控制SQUID 206的操作狀態(tài)并且進(jìn)一步調(diào)節(jié)這個(gè)經(jīng)過(guò)檢測(cè)的信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，SQUID控制器208可以是一個(gè)由Tristan Technologies，Inc制造的iMC-303iMAG多路SQUID控制器。而鎖定磁通量的環(huán)路則以運(yùn)作方式處于SQUID和SQUID控制器之間。
SQUID控制器208的輸出被輸入到放大器210。所述放大器210被配置為提供一個(gè)處于0～100dB這個(gè)范圍的增益。當(dāng)在SQUID 206那里打開(kāi)噪聲消除節(jié)點(diǎn)時(shí)，則會(huì)提供一個(gè)大約20dB的增益。當(dāng)SQUID206并未提供噪聲消除時(shí)，則提供一個(gè)大約為50dB的增益。
經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)輸入到一個(gè)記錄器或存儲(chǔ)設(shè)備212中。所述記錄器212被配置為將模擬放大信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字信號(hào)并且保存所述數(shù)字信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，記錄器212在每一赫茲都保存了8600個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)并且能以2.46兆比特/秒的速率來(lái)進(jìn)行處理。舉例來(lái)說(shuō)，記錄器212可以是Sony公司的數(shù)字音頻磁帶(DAT)記錄器。通過(guò)使用DAT記錄器，可以將原始信號(hào)或數(shù)據(jù)集發(fā)送到第三方來(lái)進(jìn)行顯示或是根據(jù)需要來(lái)進(jìn)行特定處理。低通濾波器214則對(duì)來(lái)自記錄器212的數(shù)字化數(shù)據(jù)集進(jìn)行濾波。所述低通濾波器214是一個(gè)模擬濾波器并且可以是一個(gè)巴特沃斯濾波器。其截止頻率大約是50kHz。
接下來(lái)，帶通濾波器216對(duì)經(jīng)過(guò)濾波的數(shù)據(jù)集進(jìn)行濾波。所述帶通濾波器216被配置成一個(gè)帶寬介于DC到50kHz之間的數(shù)字濾波器。此外還可以調(diào)整帶通濾波器216，以便將其用于不同帶寬。
帶通濾波器216的輸出即為傅里葉變換處理器218的輸入。所述傅里葉變換處理器218被配置成將時(shí)域中的數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換成頻域數(shù)據(jù)集。它執(zhí)行的是一個(gè)快速傅里葉變換(FFT)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換。
經(jīng)過(guò)傅里葉變換的數(shù)據(jù)集是相關(guān)和比較處理器220的一個(gè)輸入。記錄器212的輸出也是處理器220的一個(gè)輸入。所述處理器220被配置成對(duì)數(shù)據(jù)集以及先前記錄的數(shù)據(jù)集進(jìn)行相關(guān)并確定閾值，此外還執(zhí)行噪聲消除(在SQUID 206沒(méi)有提供噪聲消除的時(shí)候)。處理器220的輸出是一個(gè)表示樣本分子低頻電磁發(fā)射頻譜的最終數(shù)據(jù)集。
舉例來(lái)說(shuō)，諸如圖形用戶(hù)界面(GUI)這樣的用戶(hù)接口(UI)222可以連接到至少一個(gè)濾波器216和處理器220，以便指定信號(hào)處理參數(shù)。濾波器216、處理器218以及處理器220可以作為硬件、軟件或固件來(lái)實(shí)施。舉例來(lái)說(shuō)，濾波器216與處理器218可以在一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體芯片上實(shí)現(xiàn)。而處理器220可以是在計(jì)算設(shè)備中執(zhí)行的軟件。
放大器則工作在一種“虛擬模式”中，在這種模式中，所述放大器鎖定到一個(gè)初始基準(zhǔn)頻率上，然后則去除基準(zhǔn)頻率，從而使得所述放大器能夠自由運(yùn)行并鎖定到噪聲。對(duì)亥姆霍茲線圈和噪聲消除線圈來(lái)說(shuō)，所述模擬噪聲發(fā)生器(它是由General Radio制造的并且是一個(gè)真正的模擬噪聲發(fā)生器)分別需要20dB和45dB的衰減。
亥姆霍茲線圈可以具有一個(gè)大小約為一立方英寸并且均衡百分比為1/100的最適點(diǎn)(sweet spot)。在一個(gè)替換實(shí)施例中，亥姆霍茲線圈能以垂直和旋轉(zhuǎn)方式移動(dòng)(在垂直通路周?chē)?，此外該線圈還可以從一條平行線開(kāi)始移動(dòng)，以便能以餅圖形狀擴(kuò)展開(kāi)來(lái)。在一個(gè)實(shí)施例中，SQUID、傾斜計(jì)和驅(qū)動(dòng)變壓器(控制器)的值分別是1.8、1.5和0.3微亨。并且所述亥姆霍茲線圈可以在最適點(diǎn)具有0.5高斯/安培的靈敏度。
隨機(jī)響應(yīng)有可能需要大約10到15微伏的電壓。通過(guò)引入噪聲，系統(tǒng)提升了SQUID設(shè)備的靈敏度。在沒(méi)有噪聲的情況下，所述SQUID設(shè)備具有大約5毫微微特斯拉的靈敏度。這個(gè)系統(tǒng)能夠通過(guò)引入噪聲并使用隨機(jī)諧振響應(yīng)來(lái)將靈敏度提升25到35dB，而這幾乎相當(dāng)于1,500％的增長(zhǎng)。
在從系統(tǒng)接收和記錄了信號(hào)之后，舉例來(lái)說(shuō)，諸如大型計(jì)算機(jī)、巨型機(jī)或高性能計(jì)算機(jī)這樣的計(jì)算機(jī)將會(huì)執(zhí)行預(yù)處理和后處理，其中通過(guò)使用Richmond CA的Systat Software提供的Autosignal軟件產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)通過(guò)使用Flexpro軟件產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行后處理。所述Flexpro是由Dewetron公司提供的數(shù)據(jù)(統(tǒng)計(jì))分析軟件。
在圖9中顯示了系統(tǒng)執(zhí)行的信號(hào)檢測(cè)和處理的流程圖。當(dāng)一個(gè)樣本受到關(guān)注時(shí)，至少有四個(gè)信號(hào)檢測(cè)或數(shù)據(jù)運(yùn)算是可以執(zhí)行的在時(shí)間t1進(jìn)行的沒(méi)有樣本的第一數(shù)據(jù)運(yùn)算，在時(shí)間t2執(zhí)行的帶有樣本的第二數(shù)據(jù)運(yùn)算，在時(shí)間t3執(zhí)行的帶有樣本的第三數(shù)據(jù)運(yùn)算，以及在時(shí)間t4執(zhí)行的沒(méi)有樣本的第四數(shù)據(jù)運(yùn)算。通過(guò)從一個(gè)以上的數(shù)據(jù)運(yùn)算中執(zhí)行并收集所述數(shù)據(jù)集，可以增加最終(例如所收集的)數(shù)據(jù)集的精度。而在這四個(gè)數(shù)據(jù)運(yùn)算中，系統(tǒng)的參數(shù)和條件(例如溫度、放大倍數(shù)、線圈位置、噪聲信號(hào)等等)將會(huì)保持恒定。
在方框300中將恰當(dāng)?shù)臉颖?如果它是第一或第四數(shù)據(jù)運(yùn)算，則沒(méi)有樣本)置于系統(tǒng)中。在沒(méi)有引入噪聲的情況下，給定樣本以等于或小于大約0.001毫特斯拉的振幅而在DC～50kHz的范圍中發(fā)出電磁放射。為了捕獲這種低放射，在方框301中引入了一個(gè)高斯白噪聲。
在方框302，線圈722、724檢測(cè)的是表示樣本放射和所引入噪聲的感生電壓。所述感生電壓包括一個(gè)電壓值(振幅和相位)的連續(xù)流，以此作為數(shù)據(jù)運(yùn)算過(guò)程中的時(shí)間函數(shù)。數(shù)據(jù)運(yùn)算的長(zhǎng)度可以是2～20分鐘，因此，這個(gè)與數(shù)據(jù)運(yùn)算相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集包含了作為時(shí)間函數(shù)的2～20分鐘的電壓值。
在方框304，當(dāng)檢測(cè)感生電壓的時(shí)候，引入的噪聲將被消除。而在關(guān)閉SQUID 206的噪聲消除特征時(shí)則忽略所述方框。
在方框306，根據(jù)方框304中是否發(fā)生噪聲消除，所述數(shù)據(jù)集的電壓值將會(huì)放大20～50dB。在方框308，經(jīng)過(guò)放大的數(shù)據(jù)集經(jīng)由模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換并且存入到記錄器212中。其中一個(gè)數(shù)字化的數(shù)據(jù)集可以包括數(shù)百萬(wàn)行數(shù)據(jù)。
在保存了所獲取的數(shù)據(jù)集之后，在方框310那里將會(huì)執(zhí)行一個(gè)檢查，以便了解是否發(fā)生了至少四個(gè)關(guān)于樣本的數(shù)據(jù)運(yùn)算(例如已經(jīng)獲取了至少四個(gè)數(shù)據(jù)集)。如果已經(jīng)得到了關(guān)于給定樣本的四個(gè)數(shù)據(jù)集，則在方框312中執(zhí)行低通濾波，否則將會(huì)開(kāi)始下一個(gè)數(shù)據(jù)運(yùn)算(返回方框300)。
在對(duì)數(shù)字化的數(shù)據(jù)集執(zhí)行了低通濾波(方框312)和帶通濾波(方框314)之后，所述數(shù)據(jù)集將會(huì)在一個(gè)傅里葉變換方框316中轉(zhuǎn)換到頻域。
接下來(lái)在方框318，相似的數(shù)據(jù)集在各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)彼此相關(guān)。例如，與第一數(shù)據(jù)運(yùn)算相對(duì)應(yīng)的第一數(shù)據(jù)集(例如基準(zhǔn)或環(huán)境噪聲的數(shù)據(jù)運(yùn)算)以及與第四數(shù)據(jù)運(yùn)算相對(duì)應(yīng)的第四數(shù)據(jù)集(例如另一個(gè)噪聲數(shù)據(jù)運(yùn)算)將會(huì)彼此相關(guān)。如果給定頻率上的第一數(shù)據(jù)集幅值與給定頻率上的第四數(shù)據(jù)集幅值相同，則關(guān)于給定頻率的相關(guān)值或數(shù)字是1.0。作為選擇，可以將相關(guān)值的范圍設(shè)定在0～100之間。對(duì)第二和第三數(shù)據(jù)運(yùn)算來(lái)說(shuō)，這種相關(guān)或比較也會(huì)發(fā)生(例如樣本數(shù)據(jù)運(yùn)算)。由于保存了所獲取的數(shù)據(jù)集，因此可以在結(jié)束剩余數(shù)據(jù)運(yùn)算的稍后時(shí)間對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)。
在SQUID 206沒(méi)有提供噪聲消除的時(shí)候，則將預(yù)定閾值電平用于各個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)集，以便消除那些在統(tǒng)計(jì)上并不相干的相關(guān)值。根據(jù)數(shù)據(jù)運(yùn)算長(zhǎng)度(數(shù)據(jù)運(yùn)算越長(zhǎng)，所獲取的數(shù)據(jù)精度就越高)以及樣本實(shí)際發(fā)射頻譜與其他類(lèi)型樣本的可能相似性，在這里可以使用各種閾值。除了閾值電平之外，所述相關(guān)將被平均。使用閾值和平均相關(guān)則導(dǎo)致引入的噪聲分量在最終得到的相關(guān)數(shù)據(jù)集中變得很小。
如果在SQUID 206提供了噪聲消除，則不必使用閾值和平均相關(guān)。
一旦將這兩個(gè)樣本數(shù)據(jù)提煉為相關(guān)樣本數(shù)據(jù)集并將這兩個(gè)噪聲數(shù)據(jù)集提煉為相關(guān)噪聲數(shù)據(jù)集，則從相關(guān)樣本數(shù)據(jù)中減去相關(guān)噪聲數(shù)據(jù)集。由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集即為最終數(shù)據(jù)集(例如一個(gè)表示樣本發(fā)射頻譜的數(shù)據(jù)集)(方框320)。
由于在每一赫茲都存在8600個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)并且最終數(shù)據(jù)集可以具有用于DC～50kHz這個(gè)頻率范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此最終數(shù)據(jù)集可以包括數(shù)億行數(shù)據(jù)。其中每一行數(shù)據(jù)都可以包括頻率、振幅、相位和相關(guān)值。
IV.方法和應(yīng)用本節(jié)描述的是本發(fā)明的用于在液體或氣態(tài)樣本中查詢(xún)和檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)選定物質(zhì)的方法。在實(shí)施所述方法的過(guò)程中，包含所關(guān)注的選定物質(zhì)的樣本是鄰近于檢測(cè)器線圈放置的，例如處于如上所示的檢測(cè)部件之一。由于至少一部分物質(zhì)會(huì)變成旋轉(zhuǎn)模式，因此檢測(cè)器線圈將物質(zhì)中的低頻電磁放射轉(zhuǎn)換成一個(gè)由樣本源輻射構(gòu)成的電磁時(shí)域信號(hào)。
所述信號(hào)通過(guò)調(diào)節(jié)而被轉(zhuǎn)換成一個(gè)經(jīng)過(guò)放大和調(diào)節(jié)的信號(hào)，其中在所述經(jīng)過(guò)放大和調(diào)節(jié)的信號(hào)中去除了高于選定頻率的頻率分量。經(jīng)過(guò)濾波和調(diào)節(jié)的時(shí)域信號(hào)有選擇地通過(guò)低頻頻譜分量，其中所述分量(i)處于DC和50khz之間的頻率范圍中，以及(ii)表征選定物質(zhì)。其中通過(guò)檢索一個(gè)表征所述物質(zhì)的頻譜分量數(shù)據(jù)集，以及通過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的信號(hào)進(jìn)行濾波來(lái)有選擇地以例如0.5～1Hz的帶寬來(lái)通過(guò)那些表征物質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)頻率分量，由此實(shí)現(xiàn)了上述處理。
現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)與(i)處于DC和50kHz之間頻率范圍中并(ii)表征選定物質(zhì)的低頻頻譜分量進(jìn)行互相關(guān)，以便在從DC到50kHz以?xún)?nèi)的頻率范圍中產(chǎn)生一個(gè)頻域頻譜。從這個(gè)頻譜中可以確定所述頻域頻譜是否包含一個(gè)或多個(gè)低頻信號(hào)分量，其中所述低頻信號(hào)分量表征選定物質(zhì)并斷定所述取樣中是否存在該物質(zhì)。
上文給出了本發(fā)明中用于檢測(cè)空氣、水、食物、化妝品和工業(yè)樣本的應(yīng)用，這些應(yīng)用是就不良或非法物質(zhì)而對(duì)行李或航空公司乘客進(jìn)行鑒別的應(yīng)用。
從上文中可以了解到如何滿足本發(fā)明的各種目標(biāo)和特征。所述方法和設(shè)備不需要激活樣本并且沒(méi)有使用X射線或其它潛在有害的輻射。本發(fā)明適用于范圍很大的物質(zhì)，其中唯一需要就是所述物質(zhì)處于允許分子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的任何環(huán)境之中。此外，測(cè)試樣本可以是液體或空氣，也可以是出于屏蔽目的的個(gè)人或個(gè)人私有財(cái)產(chǎn)。
除非上下文明確需要，否則在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中，單詞“包括”、“包含”等等都是以一種包含的意義來(lái)解釋的，這與異或或窮舉的意義相反，也就是說(shuō)，其意思是“包括但不局限于”。而那些使用單個(gè)或多個(gè)數(shù)字的單詞還分別包含了多個(gè)或單個(gè)數(shù)字。另外，當(dāng)在本申請(qǐng)中使用單詞“在這里”、“高于”、“低于”以及相似含義的單詞時(shí)，這些單詞涉及的是這個(gè)應(yīng)用的總體，而不是該應(yīng)用的任何特定部分。當(dāng)權(quán)利要求就兩個(gè)或兩個(gè)以上項(xiàng)目的列表而使用了單詞“或”時(shí)，這個(gè)單詞覆蓋了關(guān)于所述單詞的以下解釋列表中的任何條目、列表中的所有條目以及列表中條目的任何組合。
上文中關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述并不是意欲進(jìn)行窮舉或是將發(fā)明限制在這里公開(kāi)的精確形式中。雖然在上文中出于說(shuō)明目的而對(duì)用于本發(fā)明的具體實(shí)施例和實(shí)例進(jìn)行了描述，但如相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的那樣，在本發(fā)明的范圍以?xún)?nèi)，不同的等價(jià)修改也是可行的。例如，雖然處理或步驟是按照給定順序給出的，但是替換實(shí)施例也可以執(zhí)行那些具有不同順序的步驟的例程。雖然這些步驟是按照特定順序顯示的，但在某些實(shí)施例中，可以重新調(diào)整這些步驟，其中可以刪除、移動(dòng)、添加、細(xì)分、組合和/或修改某些步驟。這些步驟中的每一個(gè)步驟都可以用各種不同方式實(shí)現(xiàn)。此外，雖然在這里顯示的是串行執(zhí)行這些步驟，但作為選擇，也可以并行執(zhí)行這些步驟或者在不同時(shí)間執(zhí)行這些步驟。
在這里提供的關(guān)于本發(fā)明的教導(dǎo)可以應(yīng)用于其他系統(tǒng)，而不必是這里描述的系統(tǒng)。根據(jù)詳細(xì)描述，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行這些和其他改變。上述不同實(shí)施例的部件和行為可以通過(guò)組合來(lái)提供更進(jìn)一步的實(shí)施例。
所有上述美國(guó)專(zhuān)利和申請(qǐng)以及其他參考文獻(xiàn)都在此引入作為參考。如果需要的話，可以對(duì)本發(fā)明的各個(gè)方面進(jìn)行修改，以便使用上述各種參考文獻(xiàn)中的系統(tǒng)、功能和概念來(lái)提供本發(fā)明的其它實(shí)施例。
根據(jù)以上的詳細(xì)描述，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行這些和其他改變。通常，后續(xù)權(quán)利要求中使用的條款不應(yīng)解釋成將本發(fā)明限制到說(shuō)明書(shū)中規(guī)定的具體實(shí)施例，除非是以上的詳細(xì)描述明確定義了這類(lèi)條款。因此，本發(fā)明的實(shí)際范圍不但包括公開(kāi)的實(shí)施例，而且還包括依照權(quán)利要求實(shí)施或執(zhí)行本發(fā)明的所有等價(jià)方式。
雖然下文中是以某些權(quán)利要求的形式來(lái)給出本發(fā)明的某些方面的，但是發(fā)明人考慮到了以任意數(shù)量的權(quán)利要求形式來(lái)提供本發(fā)明的不同方面。例如，雖然在這里只把本發(fā)明的一個(gè)方面作為一種方法來(lái)表達(dá)，但是也可以用其他方式而將其他方面作為方法來(lái)進(jìn)行表述。因此，發(fā)明人保留了在提交申請(qǐng)之后添加附加權(quán)利要求的權(quán)利，以便為本發(fā)明的其他方面實(shí)現(xiàn)這種附加權(quán)利要求的形式。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)樣本中的選定物質(zhì)的設(shè)備，包括(a)一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，用于保存包括選定物質(zhì)在內(nèi)的一種或多種預(yù)選物質(zhì)中的每一種物質(zhì)，以及一個(gè)數(shù)據(jù)集，其中包含了(i)處于從DC到50kHz之間的選定頻率范圍之中并且(ii)表征所述物質(zhì)的低頻頻譜分量，(b)一個(gè)檢測(cè)器部件，包括一個(gè)檢測(cè)器線圈，用于在樣本鄰近所述線圈放置的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)時(shí)域信號(hào)，其中所述信號(hào)具有涉及樣本中的選定物質(zhì)所產(chǎn)生的低頻電磁輻射的信號(hào)分量，(c)信號(hào)調(diào)節(jié)組件，用于將來(lái)自檢測(cè)器線圈的信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)經(jīng)過(guò)放大和調(diào)節(jié)的信號(hào)，其中已經(jīng)從所述經(jīng)過(guò)放大和調(diào)節(jié)的信號(hào)中去除了高于選定頻率的頻率分量，(d)一臺(tái)可操作地連接到所述調(diào)節(jié)組件的電子計(jì)算機(jī)，以便從所述組件中接收經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的信號(hào)，并且通過(guò)以下步驟來(lái)處理這個(gè)信號(hào)(i)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備(a)中檢索表征選定樣本物質(zhì)的低頻頻譜分量的一個(gè)數(shù)據(jù)集，(ii)以這樣一種數(shù)字化方式來(lái)對(duì)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的信號(hào)進(jìn)行濾波，以便有選擇地通過(guò)那些與所檢索數(shù)據(jù)集中的頻譜分量相對(duì)應(yīng)的低頻頻譜分量；(iii)對(duì)來(lái)自(ii)的已濾波信號(hào)以及來(lái)自(i)的低頻頻譜分量數(shù)據(jù)集進(jìn)行互相關(guān)，以便在DC到50kHz以?xún)?nèi)的頻率范圍中產(chǎn)生一個(gè)頻域頻譜；(iv)確定所述頻域頻譜是否包含一個(gè)或多個(gè)表征選定物質(zhì)并診斷樣本中是否存在這種物質(zhì)的低頻信號(hào)分量，以及(e)一個(gè)可操作地連接到所述計(jì)算機(jī)的接口設(shè)備，用于顯示所述處理的輸出。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，用于檢測(cè)流體樣本中的物質(zhì)，其中所述檢測(cè)器部件包括一個(gè)采樣管，它具有樣本輸入和輸出端口，其中樣本可以通過(guò)所述端口而被引導(dǎo)經(jīng)由所述管，并且檢測(cè)器線圈沿著基本上與所述管中樣本流方向相垂直的繞線方向纏繞在所述管上。
3.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中所述管是由派熱克斯玻璃制成的。
4.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中檢測(cè)器部件還包括一個(gè)環(huán)形的鐵氧體磁心，其中在至少一部分磁心圓周上放置了收集管，并且檢測(cè)器線圈是沿徑向繞線方向纏繞在所述管和磁心上的。
5.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中檢測(cè)器部件還包括一個(gè)高斯噪聲源和一個(gè)纏繞在環(huán)形磁心圓周上的噪聲引入線圈，由此可以將高斯噪聲從所述源引入所述管中的樣本。
6.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中檢測(cè)器線圈包括一個(gè)亥姆霍茲線圈，它具有一對(duì)不同極性的線圈元件，其中所述樣本放置在這兩個(gè)線圈元件之間。
7.權(quán)利要求6的設(shè)備，其中不同極性的線圈元件在其間定義了一個(gè)開(kāi)放的樣本檢測(cè)區(qū)域，其中可以通過(guò)所述區(qū)域來(lái)插入和去除那些自承樣本。
8.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中檢測(cè)器線圈包括一個(gè)特斯拉線圈。
9.權(quán)利要求1的設(shè)備，用于檢測(cè)氣體流樣本中的氣態(tài)或顆粒物質(zhì)，其中所述部件包括一個(gè)收集過(guò)濾器，在樣本通過(guò)過(guò)濾器時(shí)，所述收集過(guò)濾器能夠有效捕獲這種物質(zhì)，此外還包括一個(gè)靠著過(guò)濾器放置的檢測(cè)器線圈，所述線圈的繞線方向基本上與所述過(guò)濾器平行。
10.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中在執(zhí)行(iv)的過(guò)程中，所述計(jì)算機(jī)可用于識(shí)別頻譜中低頻信號(hào)分量的頻率，其中所述頻譜的互譜相關(guān)具有一個(gè)高于背景頻譜噪聲的選定統(tǒng)計(jì)量度。
11.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中在執(zhí)行(iv)的過(guò)程中，所述計(jì)算機(jī)可用于(iva)接收一個(gè)關(guān)于給定樣本的附加頻域頻譜，(ivb)將這個(gè)附加頻譜添加到最初產(chǎn)生的頻譜中并求出添加得到的頻譜的平均值，以及(ivc)重復(fù)步驟(iva)和(ivb)，直到求和與求平均值所得到頻譜中的分量具有高于背景噪聲的選定統(tǒng)計(jì)度量。
12.一種用于檢測(cè)樣本中的選定物質(zhì)的方法，包括(a)將樣本鄰近檢測(cè)器線圈放置，由此產(chǎn)生一個(gè)由樣本源輻射構(gòu)成的電磁時(shí)域信號(hào)；(b)對(duì)這個(gè)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)經(jīng)過(guò)放大和調(diào)節(jié)的信號(hào)，其中從所述調(diào)節(jié)信號(hào)中去除了高于選定頻率的頻率分量，(c)對(duì)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行濾波，以便有選擇地通過(guò)那些(i)處于DC與50kHz之間的頻率范圍中并且(ii)表征選定物質(zhì)的低頻頻譜分量，(d)將來(lái)自(c)的已濾波信號(hào)與(i)處于DC與50kHz之間頻率范圍中并且(ii)表征選定物質(zhì)的低頻頻譜分量數(shù)據(jù)集進(jìn)行互相關(guān)，以便在從DC到50kHz以?xún)?nèi)的頻率范圍中產(chǎn)生一個(gè)頻域頻譜，以及(e)確定所述頻域頻譜是否包含一個(gè)或多個(gè)表征選定物質(zhì)以及診斷樣本中是否存在這種物質(zhì)的低頻信號(hào)分量。
13.權(quán)利要求12的方法，用于檢測(cè)流體樣本，其中所述放置包括使樣本流經(jīng)一個(gè)具有樣本輸入和輸出端口的采樣管，并且檢測(cè)器線圈基本上是沿著與所述管中樣本流方向相垂直的繞線方向纏繞在所述管上的。
14.權(quán)利要求13的方法，其中將采樣管鄰近環(huán)形的鐵氧體磁心放置，檢測(cè)器線圈是沿著徑向繞線方向纏繞在所述管和磁心上的，并且所述方法還包括在生成時(shí)域信號(hào)的過(guò)程中把高斯噪聲引入所述樣本。
15.權(quán)利要求12的方法，其中檢測(cè)器線圈包括一個(gè)赫姆霍茲線圈，它具有一對(duì)不同極性的線圈元件，并且所述放置包括將樣本放在這兩個(gè)線圈元件之間。
16.權(quán)利要求12的方法，用于檢測(cè)氣態(tài)流樣本中的氣態(tài)或顆粒物質(zhì)，其中所述放置包括使樣本經(jīng)過(guò)一個(gè)平面的過(guò)濾器，所述過(guò)濾器能在樣本經(jīng)過(guò)的時(shí)候有效捕獲所述物質(zhì)，并且檢測(cè)器線圈的繞線方向基本上是與所述過(guò)濾器平面平行的。
17.權(quán)利要求12的方法，其中所述確定包括識(shí)別頻譜中的低頻信號(hào)分量的頻率，所述頻譜的互譜相關(guān)具有一個(gè)高于背景頻譜噪聲的選定統(tǒng)計(jì)度量。
18.權(quán)利要求12的方法，其中所述確定包括(a)接收一個(gè)關(guān)于給定樣本的附加頻域頻譜，(b)將這個(gè)附加頻譜添加到最初產(chǎn)生的頻譜中，并且求出經(jīng)過(guò)添加所得到的頻譜的平均值，以及(c)重復(fù)步驟(a)和(b)，直到通過(guò)求和與求平均所得到的頻譜中的分量具有高于背景噪聲的選定統(tǒng)計(jì)度量。
19.一種用于檢測(cè)樣本中的選定物質(zhì)的系統(tǒng)，包括用于將樣本鄰近檢測(cè)器線圈放置，以便產(chǎn)生一個(gè)由樣本源輻射構(gòu)成的電磁時(shí)域信號(hào)的裝置，用于對(duì)這個(gè)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)經(jīng)過(guò)放大和調(diào)節(jié)的信號(hào)的裝置，其中從所述調(diào)節(jié)信號(hào)中去除了高于選定頻率的頻率分量，用于對(duì)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行濾波，以便有選擇地通過(guò)那些(i)處于DC與50kHz之間的頻率范圍中并且(ii)表征選定物質(zhì)的低頻頻譜分量的裝置，用于將已濾波信號(hào)與(i)處于DC與50kHz之間頻率范圍中并且(ii)表征選定物質(zhì)的低頻頻譜分量數(shù)據(jù)集進(jìn)行互相關(guān)，以便在從DC到50kHz以?xún)?nèi)的頻率范圍中產(chǎn)生一個(gè)頻域頻譜的裝置，以及用于確定所述頻域頻譜是否包含一個(gè)或多個(gè)表征選定物質(zhì)和診斷樣本中是否存在這種物質(zhì)的低頻信號(hào)分量的裝置。
20.權(quán)利要求19的系統(tǒng)，還包括用于從系統(tǒng)周?chē)沫h(huán)境中自動(dòng)提取樣本的裝置，并且其中所述樣本是空氣或氣體。
21.權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中用于放置的裝置包括用于檢測(cè)來(lái)自樣本的電磁信號(hào)的環(huán)形的檢測(cè)器裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于樣本中的選定物質(zhì)的方法和設(shè)備。在所述方法中，為了產(chǎn)生一個(gè)由樣本源輻射組成的電磁時(shí)域信號(hào)，因而將所述樣本(842)鄰近檢測(cè)器線圈(846)放置。首先對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便將信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)經(jīng)過(guò)放大和調(diào)節(jié)的信號(hào)，其中從所述經(jīng)過(guò)放大和調(diào)節(jié)的信號(hào)中去除了高于一個(gè)選定頻率的頻率分量，然后則對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行濾波，以便有選擇地通過(guò)那些(i)處于DC和50KHz之間的頻率范圍中并(ii)表征選定物質(zhì)的低頻頻譜分量。經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)與(i)處于DC和50KHz之間的頻率范圍中并(ii)表征選定物質(zhì)的低頻頻譜分量的數(shù)據(jù)集進(jìn)行互相關(guān)，以便在DC到50KHz以?xún)?nèi)的頻率范圍中產(chǎn)生一個(gè)頻域頻譜。然后則使用這個(gè)頻譜來(lái)確定頻域頻譜是否包含了一個(gè)或多個(gè)表征選定物質(zhì)并診斷樣本中是否存在所述物質(zhì)的低頻信號(hào)分量。
文檔編號(hào)G01N37/00GK1564940SQ03801223
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2003年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月19日
發(fā)明者約翰·T·布特斯, 本奈特·M·布特斯, 利薩·C·布特斯 申請(qǐng)人:韋弗拜克公司