專利名稱：檢測并且實時分析大氣中的化學和/或生物物質(zhì)的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種檢測大氣中的化學和/或生物物質(zhì)并對它們進行實時分析的方法和裝置。
背景技術：
把它集成到通過火焰分光光度術分析氣體混合物中的設備內(nèi)是有益的但不是排它的，此類設備例如是本申請人的歸檔法國專利98 00761號中公開的設備。
概言之我們知道火焰分光光度術是一種對氣體混合物的火焰產(chǎn)生的輻射進行光譜分析的方法，其中該氣體混合物包括要分析的成分以及諸如氫氣的助燃物。通過離析期望成分的特有輻射并且通過測光裝置讀出這些輻射進行該分析。
為了把該方法應用到一些不造成任何特有光輻射的成分上，必須在燃燒之前誘發(fā)這些成分和活性成分之間的反應從而得到一種產(chǎn)生可檢測和可識別光輻射的化合物。
可以通過進行和反應物的第一次燃燒形成該先期反應。
從該第一次燃燒生成的氣體混合物遭受第二次燃燒，這產(chǎn)生在其上還要進行光譜分析的光輻射。
可以把測光裝置提供的關于和期望成分的性質(zhì)有關的特有輻射以及根據(jù)所述成分的濃度的線密度的信息提供到處理器，該處理器編程成解釋該信息是否為化合物、化學物質(zhì)或者甚至生物物質(zhì)。
通常我們知道有時需要能有效地介入大氣污染事件；在此情況下迅速檢測并識別構成所述污染的成分是恰當?shù)摹?br> 此外，和大量預期成分相關的輻射光譜的復雜性要求實現(xiàn)能實時獲得要分析的當前光譜并且同已知光譜參照庫比照進行識別的方法。

發(fā)明內(nèi)容
更準確地，本發(fā)明的目的是通過使可被分析的生物物質(zhì)的范圍為最大以及通過改進得到的結果的可信性改進這些分析的結果。
為此，提出一種識別當前要分析的光譜的訓練和診斷過程，該過程遵循以下步驟分析當前光譜中主要成分的簡化數(shù)據(jù)；建立一個表示所有有效成分集的投影的矩陣；把該有效成分集的所有投影都分類到當前各族中；在所有當前族中譯估當前光譜的可能溯源；如果所述當前光譜的所述族的可能溯源大于預置閾值，該有效成分集中的一個當前族為該當前光譜的溯源；如果該有效成分集中的一個當前族具有大于預置閾值的該族的不同成分的出現(xiàn)頻率，則設定告警；如果所述當前光譜和現(xiàn)存格式充分不同從而屬于一個新族，間接拒絕該當前光譜并且聚集一個訓練族。
該訓練和診斷過程最好設計成在上述步驟之前，包括對火焰基底建模；從當前光譜消去火焰基底；對得到的信號濾波；標準化濾波后的光譜；如果當前光譜不對應于噪聲，則檢測該當前光譜。
當然，對其中與每個光譜關聯(lián)的變量數(shù)遠遠大于光譜數(shù)的情況的建模能辨別構成污染的成分的特有光譜。


下面參照

本發(fā)明的一個作為非限制性例子的實施例，附圖中
圖1是一種通過分光光度術分析化學和/或生物物質(zhì)的設備的示意圖；圖2是訓練和診斷過程的流程圖。
具體實施例方式
通過分光光度術進行分析的設備如圖1中所示可以包括一個管狀燃燒器1，后者包括一個和進氣管3連接的管狀噴嘴2，進氣管3用于要分析的氣體并且在另一側(cè)是打開的，以和噴嘴2同軸的方式第一管狀套筒，其直徑比噴嘴2的直徑略大并且相對于噴嘴2軸向偏移，從而一方面和噴嘴2一起界定第一環(huán)形進氣室5，室5和用于來自源7的氫氣的注入管路6連接，另一方面界定一個超出第一噴嘴2的燃燒室8，在該燃燒室中要分析的氣體和氫氣的部分燃燒產(chǎn)生第一火焰F1，第一管狀套管4在噴嘴2上的一側(cè)封閉而在另一側(cè)開放到第一燃燒室9中；第二管狀套管10，它的直徑比第一管狀套管4的直徑大并且和套管4一起界定第二進氣室11，進氣室11和用于氣體或氧化氣體混合物例如空氣的進氣管路12連接，第二套管10在噴嘴2上和/或第一套管4上的一側(cè)封閉并且在另一側(cè)超過第一套管4地界定第二燃燒室9，在室9中發(fā)生從第一燃燒室8以及從進氣室11排出的氣體的氧化介質(zhì)的后燃燒；環(huán)形電極14，它大致劈成反C形狀，其具有最大直徑15的一側(cè)和第二套管10互鎖，其具有最小直徑16的一側(cè)(該側(cè)的軸向長度小于側(cè)15的軸向長度)界定燃燒室9的排氣管S，超過電極14(套管4的相反側(cè)上)處套管10包括一個橫孔17，橫孔17上排氣管開在其中，該排氣管配有一個用未示出的引擎激勵的渦輪機18；聚焦光器件19，例如位于噴嘴2的相反側(cè)裝配在一個封閉套筒10的蓋的圓形開口內(nèi)的透鏡，該聚焦光器件19設計成把兩個燃燒室8、9，尤其第一室8，發(fā)出的光輻射聚焦到分光分度組件的進入口上。
分光分度組件20提供的信息發(fā)送到處理器/顯示器單元21，單元21編程成確定噴嘴2輸出的氣體采樣的期望成分的性質(zhì)和濃度。
如上面指出那樣，套筒4的外表面可以涂上一層材料22，在套筒4升到在第一室8中實現(xiàn)燃燒的溫度下該材料可以發(fā)出活性氣體。作為例子，該活性材料可包括銦而期望的成分是氯。
在此情況下，該燃燒器可以包括在套筒4和10之間隔開的空間中延伸的第三管狀同軸套筒23。第三套筒23和套筒4一起界定環(huán)室24，環(huán)室24對第二燃燒室9開放并充用源7發(fā)出的氫氣流進入室9的進氣道。為此，環(huán)室24通過由閥26控制的進氣管路25和源7連接。
上述燃燒室按如下操作通過渦輪機18使二個室都處于負壓，從而通過進氣管路3中形成的孔在噴嘴2中誘發(fā)供取樣的吸入氣體。
在套筒4內(nèi)，按第一燃燒室8中產(chǎn)生的燃燒減小(reductive)的比例混合抽入的氣流(例如空氣)和經(jīng)進氣室5注入的氫氣流。第一室8中存在的火焰F1產(chǎn)生的光輻射允許通過分光分度組件20檢測化合物例如磷和硫并且推斷期望成分的存在。
該燃燒產(chǎn)生的溫度誘發(fā)對套筒4并且相繼地對涂層22的加熱。
當達到或超過它的升華溫度時，涂層22發(fā)出和經(jīng)進氣室24注入的氫氣流以及和從進氣室11流入的空氣混合的活性蒸氣。
在室11和24的出口處，該氣體混合物和室8中的部分燃燒造成的氣流反應(氧化燃燒)從而產(chǎn)生火焰F2，火焰F2發(fā)出表征諸如已和活性銦蒸氣反應的氯的成分的光。該光以及室8中產(chǎn)生的光由透鏡19聚焦到分光分度組件20的開口上。
組件20產(chǎn)生的信息傳送到處理器21，處理器21編程成解釋該信息并且推斷期望成分的性質(zhì)和濃度以及它們是否是化合物、化學物質(zhì)或者甚至是生物物質(zhì)。
所述信息以帶有不同波長和不同密度的輻射光譜為形式。它們構成一組和與多個期望成分有關的多個變量相關的變量。
能識別當前光譜的方法包括事先形成一個有效成分集，即一個根據(jù)預先定義的規(guī)則的預處理光譜，這些光譜聚集在不同的族中，以后在該有效成分集中對每個當前光譜嘗試識別出一個所述當前光譜的溯源為最強的族，該方法還包括把得到足夠有效的族確定為診斷的結果。
該有效成分集的構成以及對當前光譜的處理采用圖2中表示的處理數(shù)據(jù)的相同方法。
例如，該處理所述數(shù)據(jù)的方法可以包括以下步驟獲得新光譜(框1)，對火焰基底建模(框2)，去掉火焰的基底(框3)，對得到的信號濾波(框4)，標準化預處理的光譜(框5)，檢測得到的光譜(框6)，投影得到的光譜(框7)，評估投影的光譜的可能溯源(框8)，診斷(框9)，聚合(框10)，聚集訓練族中的一個(框11)，建立新族(框12)，大小閾值(框13)。
獲得新光譜(框1)涉及考慮從組件20得到的所述信息；它還可以涉及在后面詳述的一些步驟期間在該方法中進而考慮一個尚未處理的光譜的第一步驟。
對火焰基底建模(框2)允許在不存在要分析的成分下更新已存儲的用來定義火焰產(chǎn)生的輻射特征的數(shù)字數(shù)據(jù)。
去掉火焰基底(框3)包括從要分析的當前光譜提取火焰基底的建模數(shù)據(jù)。
對得到的信號濾波(框4)是利用一階蝶值(Butterworth)遞歸線性濾波器進行的。
預處理光譜的標準化(框5)包括在縮減(reduced)中央矩陣的形式下確定該光譜的變量。
預處理后對得到的光譜的檢測(框6)能了解當前光譜是否具有明顯超越額定噪聲的特征，在此情況下我們認為已得到增強，相應地，出現(xiàn)特有光譜，反之，該得到的信號按箭頭A回到框1以重復預處理。
檢測光譜在所有投影軸上的投影(框7)包括利用所述光譜的數(shù)據(jù)和它的一部分參數(shù)之間的一系列簡單回歸估計該光譜的參數(shù)；該估計采用NIPALs(通過迭代部分最小平方的非線性估計)算法。
按以下方式進行投影光譜對于不同光譜族的可能溯源評估(框8)，這些不同的光譜族是先前根據(jù)相同的過程處理的并且構成一個組織在各個族中的有效成分集如果該當前光譜的可能溯源大于預置閾值，所述光譜歷經(jīng)診斷步驟(框9)，如果該當前光譜的可能溯源小于預置拒絕閾值，所述光譜歷經(jīng)稱為聚合的步驟(框10)，如果該當前先譜的可能溯源大于拒絕閾值但小于接收閾值，存在不定性；該當前光譜沿箭頭B回到框1以重復預處理。
診斷(框9)在于計算在前面的步驟(框1至框8)檢測出的光譜構成的族中的不同成分出現(xiàn)的頻率并且確定有效成分集中的一個族是否達到告警等級；如果診斷和大于預置閾值，識別期望成分并得到期望結果；反之，被診斷的光譜按箭頭C回到框1以重復預處理。
聚合(框10)能使該當前光譜和一個訓練族聚集(框11)或者建立一個新族(框12)；聚合的目的是聚集足夠數(shù)量的光譜以便建立一個新族，當前光譜和訓練族的聚合可能性可能要和該族的其余部分進行比較。
訓練族(框11)歷經(jīng)定義最小規(guī)模的閾值檢測(框13)；如果達到該閾值，把該訓練族集成到有效成分集中并且參與訓練過程，反之所述訓練族的當前光譜按箭頭D回到框1以重復預處理。
依據(jù)本發(fā)明的方法當然包括管理有效成分集的各個族的手段。
在本例子，一個雙向鏈表示所有的族，每個族是由它的標識符和它的內(nèi)容定義的；在破壞最舊的族后進行新族的插入；但是，一些族是不可破壞的。
權利要求
1.一種通過火焰分光分度技術識別當前光譜以能檢測大氣中的化學和/或生物物質(zhì)的訓練和診斷方法，特征在于包括以下步驟分析主要成分的當前光譜的簡化數(shù)據(jù)；建立一個表示所有有效成分集的投影的矩陣；把該有效成分集的所有投影都分類到當前各族中；評估在所有當前族中當前光譜的可能溯源；如果所述當前光譜的所述族的可能溯源大于預置閾值，該有效成分集中的一個當前族為該當前光譜的溯源如果該有效成分集中的一個當前族具有大于預置閾值的該族的不同成分的出現(xiàn)頻率，則設定告警；如果所述當前光譜和現(xiàn)存格式充分不同從而屬于一個新族，間接拒絕該當前光譜并且聚集一個訓練族。
2.依據(jù)權利要求1的方法，特征在于它首先包括以下步驟對火焰基底建模(框2)；在當前光譜中去掉該火焰基底(框3)；對得到的信號濾波(框4)；標準化濾過波的光譜(框5)；如果當前光譜不對應噪聲則檢測該當前光譜(框6)。
3.依據(jù)權利要求1的方法，特征在于，當前光譜在所有投影軸上的投影(框7)包括利用所述當前光譜的數(shù)據(jù)和它的一部分參數(shù)之間的一系列簡單回歸估計所述光譜的參數(shù)。
4.依據(jù)權利要求1至3中任一權利要求的方法，特征在于，關于以不同的族組織成有效成分集的不同光譜族評估投影光譜的可能溯源(框8)，包括以下條件如果該當前光譜的可能溯源大于預置閾值，所述光譜歷經(jīng)所謂的診斷步驟(框9)，如果該當前光譜的可能溯源小于預置拒絕閾值，所述光譜歷經(jīng)所謂的聚合步驟(框10)，如果該當前光譜的可能溯源大于拒絕閾值但小于接受閾值，存在不定性；對該當前光譜重復預處理。
5.依據(jù)權利要求4的方法，特征在于，診斷包括計算該檢測到的光譜組成的族的不同成分的出現(xiàn)頻率并且判定有效成分集的一個族是否達到告警等級。
6.依據(jù)權利要求5的方法，特征在于，它包括在診斷和大于預置閾值時識別診斷的光譜。
7.依據(jù)權利要求4的方法，特征在于，聚合包括使當前光譜和一個訓練族聚集(框11)或者建立一個新族(框12)。
8.依據(jù)權利要求7的方法，特征在于，它包括定義訓練族的最小規(guī)模的閾值檢測(框13)。
9.依據(jù)權利要求8的方法，特征在于，它包括當達到閾值時把訓練族集成到有效成分集。
10.依據(jù)權利要求1的方法，特征在于，它包括一個表示所有族的雙向鏈表，每個族由它的標識符和它的內(nèi)容定義；插入新族在破壞最舊族后進行。
11.依據(jù)權利要求10的方法，特征在于，該鏈表包括不可破壞的族。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過火焰分光分度術分析氣體成分的裝置，其用于識別當前試驗光譜并且基于一種知識獲取和診斷方法。本發(fā)明方法包括以下步驟對來自當前光譜的縮減數(shù)據(jù)的主成分分析；建立一個表示有效成分集的投影光譜的矩陣；把該有效成分集的投影光譜集分類到各當前族中；評估當前光譜對所有當前族的成員可能；如果當前光譜族的一個當前族的成員可能大于預定閾值，該當前光譜是所述有效成分集的所述族的成員；如果該有效成分組的一個當前族呈現(xiàn)比預定閾值大的該族不同成分的出現(xiàn)頻率發(fā)出告警；以及如果所述當前光譜足夠脫離現(xiàn)存形式，間接拒絕當前光譜并聚集到一個正在形成的一個族上以形成一個新族的一部分。
文檔編號G01N21/72GK1711470SQ200380103446
公開日2005年12月21日 申請日期2003年10月9日 優(yōu)先權日2002年10月18日
發(fā)明者亨麗·朗塞林, 帕特里克·布萊尤斯, 皮埃爾·克勞森 申請人:普羅恩吉公司