掃描工作流的視覺(jué)指示器的制造方法
【專利摘要】手持式光譜儀(100)包含至少一個(gè)指示燈(170)和處理器，所述處理器經(jīng)配置以控制所述至少一個(gè)指示燈(170)以指示所述手持式光譜儀的狀態(tài)，所述狀態(tài)選自由以下各項(xiàng)構(gòu)成的群組：背景掃描狀態(tài)、即將掃描樣本狀態(tài)、信號(hào)強(qiáng)度狀態(tài)、熒光強(qiáng)度狀態(tài)、樣本匹配狀態(tài)、樣本分類狀態(tài)、錯(cuò)誤狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)、電池電荷狀態(tài)以及存儲(chǔ)器容量狀態(tài)。所述樣本匹配狀態(tài)可以是例如正匹配狀態(tài)、混合匹配狀態(tài)、負(fù)匹配狀態(tài)以及匹配錯(cuò)誤狀態(tài)中的一個(gè)。在一些實(shí)施例中，所述錯(cuò)誤狀態(tài)可以是背景錯(cuò)誤狀態(tài)、用戶錯(cuò)誤狀態(tài)以及儀器錯(cuò)誤狀態(tài)或其任何組合中的至少一個(gè)。
【專利說(shuō)明】掃描工作流的視覺(jué)指示器
[0001 ] 優(yōu)先權(quán)主張
[0002]本申請(qǐng)案主張2013年12月19日提交的第61/918,635號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案的權(quán)益。此申請(qǐng)案的內(nèi)容通過(guò)引用以全文并入本文中。
[0003]政府支持
[0004]本發(fā)明是根據(jù)爆炸物處理技術(shù)分部(NAVEODTECHDIV)授予的第N00178-04-D-4143號(hào)合同在政府支持下產(chǎn)生的。政府在本發(fā)明中享有一定權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本發(fā)明涉及光譜學(xué)，且更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于手持式光譜儀(例如或拉曼手持式光譜儀)的視覺(jué)指示器系統(tǒng)和方法，所述手持式光譜儀還可以使用視覺(jué)指示器自動(dòng)地向用戶提供信息，例如，在不太理想的條件下。
【背景技術(shù)】
[0006]衰減全反射(ATR)是通常結(jié)合紅外線光譜學(xué)(例如，傅里葉變換紅外線(FTIR))使用的光詢問(wèn)技術(shù)，所述光詢問(wèn)技術(shù)使得能夠直接地在固體或液體狀態(tài)中檢查樣本。
[0007]確切地說(shuō)，ATR利用在配置的內(nèi)反射元件(IRE)和耦合的樣本平面的接口處產(chǎn)生的總內(nèi)反射光。在操作中，光束(例如，紅外線)穿過(guò)IRE晶體，其方式為使得光束至少在離開(kāi)與樣本接觸的內(nèi)表面后反射。此反射形成擴(kuò)展到樣本中的消散波，通常達(dá)到約5微米，其中準(zhǔn)確值通過(guò)光的波長(zhǎng)、IRE晶體的入射角和折射率以及所詢問(wèn)的樣本媒體來(lái)確定。此后經(jīng)由(例如)單像素的線性陣列或2維陣列檢測(cè)器來(lái)詢問(wèn)承載樣本的光譜信息的反射光束以供分析。
[0008]拉曼光譜學(xué)是光詢問(wèn)，所述光詢問(wèn)使得能夠直接地在固體、液體或氣體狀態(tài)中檢查樣本。
[0009]拉曼在后向散射收集模式中具有以下優(yōu)點(diǎn):拉曼可以通過(guò)透明的容器(例如小瓶、瓶子和塑料袋)收集數(shù)據(jù)。在操作中，將單色激光束朝向樣本且引導(dǎo)到樣本中。這引起樣本中的分子振動(dòng)，從而消耗一些激光能量。光從樣本重新散射，且重新散射的光包含對(duì)于樣本唯一的光譜信息。之后經(jīng)由例如電荷耦合檢測(cè)器(CCD)、線性或2維陣列檢測(cè)器或InGaAs線性陣列或2維陣列檢測(cè)器來(lái)詢問(wèn)所述光譜信息以用于分析。
[0010]手持式FTIR和/或拉曼光譜儀的工作流需要操作人員執(zhí)行特定的步驟，以便使儀器正確地執(zhí)行。使用ATR/FTIR手持式光譜儀的FTIR工作流的最常見(jiàn)問(wèn)題中的一個(gè)是:穿上例如生化防護(hù)服的第一響應(yīng)者難以沿著工作流成功地執(zhí)行對(duì)所希望的樣本的掃描，這主要是因?yàn)橛邢薜目梢曅院挽`巧性?？梢曅缘膯?wèn)題被以下事實(shí)加重:用戶不能夠閱讀屏幕上的指令，因?yàn)楫?dāng)用戶在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，通常可能導(dǎo)致防護(hù)服的防護(hù)罩起霧。
[0011]因此，需要一種方法，所述方法允許手持式光譜儀的第一響應(yīng)器操作人員在危險(xiǎn)的條件下獲得樣本的掃描而不必閱讀特定的操作指令。本發(fā)明涉及此需要，其方法為提供一種緊湊的手持式光譜儀，其經(jīng)配置以提供接近感測(cè)區(qū)域的視覺(jué)指示器，使得用戶可以在不閱讀屏幕的情況下操作裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明大體上涉及提供接近手持式光譜儀的感測(cè)區(qū)域的指示，以在使用戶不必閱讀屏幕的情況下就執(zhí)行的操作來(lái)指導(dǎo)用戶。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，手持式光譜儀包含至少一個(gè)指示燈和處理器，所述處理器經(jīng)配置以控制至少一個(gè)指示燈以指示手持式光譜儀的狀態(tài)，所述狀態(tài)選自由以下各項(xiàng)構(gòu)成的群組:背景掃描狀態(tài)、即將掃描樣本狀態(tài)、信號(hào)強(qiáng)度狀態(tài)、熒光強(qiáng)度狀態(tài)、樣本匹配狀態(tài)、樣本分類狀態(tài)、錯(cuò)誤狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)、電池電荷狀態(tài)以及存儲(chǔ)器容量狀態(tài)。樣本匹配狀態(tài)可以是例如正匹配狀態(tài)、混合匹配狀態(tài)、負(fù)匹配狀態(tài)以及匹配錯(cuò)誤狀態(tài)中的一個(gè)。樣本分類狀態(tài)可以是爆炸物(例如，三過(guò)氧化三丙酮(TATP)、RDX、六亞甲基三過(guò)氧化二胺(HMTD))匹配狀態(tài)、麻醉劑(例如，海洛因、可卡因、甲基苯丙胺、JWH-18)匹配狀態(tài)、生物材料(例如，炭疽、肉毒)匹配狀態(tài)，以及有毒材料(例如，丙烯醛、氯磺酸、異丙基異氰酸酯、甲苯、2，4_二異氰酸酯)匹配狀態(tài)或其任何組合。在一些實(shí)施例中，錯(cuò)誤狀態(tài)可以是背景錯(cuò)誤狀態(tài)、用戶錯(cuò)誤狀態(tài)以及儀器錯(cuò)誤狀態(tài)或其任何組合中的至少一個(gè)。在某些實(shí)施例中，手持式光譜儀可以進(jìn)一步包含衰減全反射(ATR)平臺(tái)，且至少一個(gè)指示燈可以與ATR平臺(tái)相鄰。在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)指示燈可以位于ATR平臺(tái)周圍。
[0014]在另一實(shí)施例中，一種使用手持式光譜儀的方法包含:提供至少一個(gè)指示燈，所述至少一個(gè)指示燈經(jīng)配置以指示手持式光譜儀的狀態(tài)；以及激活手持式光譜儀的掃描功能，由此改變手持式光譜儀和至少一個(gè)指示燈的狀態(tài)，以在獲取背景掃描時(shí)指示背景掃描狀態(tài)，且在完成背景掃描之后，指示即將掃描樣本狀態(tài)或錯(cuò)誤狀態(tài)。所述方法還包含在之后獲取樣本光譜，且顯示樣本光譜。將手持式光譜儀和至少一個(gè)指示燈的狀態(tài)改變成錯(cuò)誤狀態(tài)可以包含:改變至少一個(gè)指示燈的狀態(tài)以指示背景錯(cuò)誤狀態(tài)、用戶錯(cuò)誤狀態(tài)以及儀器錯(cuò)誤狀態(tài)或其任何組合中的至少一個(gè)。在一些實(shí)施例中，所述方法可以進(jìn)一步包含:在獲取樣本光譜之后，將樣本與光譜庫(kù)匹配且改變至少一個(gè)指示燈的狀態(tài)以指示樣本匹配狀態(tài)。樣本匹配狀態(tài)可以是正匹配狀態(tài)、混合匹配狀態(tài)、負(fù)匹配狀態(tài)以及匹配錯(cuò)誤狀態(tài)中的一個(gè)。在某些實(shí)施例中，所述方法可以進(jìn)一步包含:傳送樣本光譜數(shù)據(jù)，且改變至少一個(gè)指示燈的狀態(tài)以指示數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，所述方法可以進(jìn)一步包含:對(duì)手持式光譜儀的電池充電且改變至少一個(gè)指示燈的狀態(tài)以指示電池電荷狀態(tài)。在某些實(shí)施例中，所述方法可以進(jìn)一步包含:在獲取樣本光譜之后，存儲(chǔ)樣本光譜，且改變至少一個(gè)指示燈的狀態(tài)以指示存儲(chǔ)器容量狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，所述方法可以進(jìn)一步包含改變至少一個(gè)指示燈的狀態(tài)以指示信號(hào)強(qiáng)度狀態(tài)。在某些實(shí)施例中，所述方法可以進(jìn)一步包含改變至少一個(gè)指示燈的狀態(tài)以指示熒光強(qiáng)度狀態(tài)。
[0015]本發(fā)明具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如使得用戶能夠接收光譜儀操作指令而使用戶不必閱讀屏幕。此能力對(duì)當(dāng)前方法是有益的，因?yàn)榈谝环磻?yīng)者使用的防護(hù)罩通常由于汗液的冷凝而起霧。這使得閱讀屏幕變得困難。確切地說(shuō)，單一顏色比屏幕上的文字容易看到得多。
【附圖說(shuō)明】
[0016]并入在本說(shuō)明書中并且形成本發(fā)明的一部分的附圖圖示了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與所述描述一起用以說(shuō)明本發(fā)明的原理。
[0017]圖1A示出具有三個(gè)指示燈以幫助在現(xiàn)場(chǎng)的操作人員的ATR手持式儀器的實(shí)例等距剖面透視圖。
[0018]圖1B圖示在戴手套操作中的儀器的手持式形狀因素。
[0019]圖1C還示出不與三個(gè)指示燈一起操作(第三指示燈170被砧臂191遮蔽)以幫助在現(xiàn)場(chǎng)的操作人員的ATR手持式儀器的實(shí)例等距剖面透視圖。
[0020]圖2示出本發(fā)明的實(shí)例流程圖方法。
[0021]圖3示出實(shí)例實(shí)施例的工作的示意性表示。
[0022]圖4示出樣本臺(tái)和ATR組合件的實(shí)例圖式。
【具體實(shí)施方式】
[0023]在本文中呈現(xiàn)的實(shí)施例的描述中，應(yīng)理解，除非另外隱含地或明確地理解或陳述，否則以單數(shù)形式呈現(xiàn)的詞語(yǔ)涵蓋其復(fù)數(shù)對(duì)應(yīng)物，并且以復(fù)數(shù)形式呈現(xiàn)的詞語(yǔ)涵蓋其單數(shù)對(duì)應(yīng)物。此外，應(yīng)理解，除非另外隱含地或明確地理解或陳述，否則對(duì)于本文中描述的任何給定組件或?qū)嵤├?，針?duì)所述組件列出的任何可能候選或替代方案通?？梢詡€(gè)別地使用或彼此結(jié)合使用。此外，應(yīng)了解，本文示出的圖形未必按比例繪制，其中為了本發(fā)明清晰起見(jiàn)可以僅繪制一些元件。此外，可在各個(gè)圖形中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)來(lái)示出對(duì)應(yīng)或類似元件。另外，應(yīng)理解，除非另外隱含地或明確地理解或陳述，否則此類候選或替代方案的任何列表僅是說(shuō)明性的，而不是限制性的。另外，除非另外指明，否則本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中所用的表示成分的量、組分、反應(yīng)條件等等的數(shù)字應(yīng)理解為均由術(shù)語(yǔ)“約”修飾。
[0024]因此，除非相反地指示，否則本說(shuō)明書和隨附權(quán)利要求書中所闡述的數(shù)值參數(shù)是可以取決于試圖通過(guò)本文提出的標(biāo)的物獲得的所需特性而變化的近似值。最低限度地，并且不試圖限制等效物原則應(yīng)用于權(quán)利要求書的范圍，至少應(yīng)根據(jù)所報(bào)告的有效數(shù)字的數(shù)目并且通過(guò)應(yīng)用一般四舍五入技術(shù)來(lái)解釋每個(gè)數(shù)值參數(shù)。盡管闡述本文中提出的標(biāo)的物的廣泛范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)為近似值，但具體實(shí)例中所闡述的數(shù)值是盡可能精確報(bào)告的。然而，任何數(shù)值固有地含有某些由其對(duì)應(yīng)的測(cè)試測(cè)量值中所發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)差必然造成的誤差。
[0025]大體描述
[0026]手持式光譜儀可以包含以下技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè):拉曼、FTIR(中IR)、NIR(近IR)、激光誘導(dǎo)擊穿(LIBS)、X射線熒光(XRF)以及量子級(jí)聯(lián)激光器光譜學(xué)(QCL)。
[0027]在紅外線(FTIR)光譜學(xué)中，用可以由所關(guān)注的樣本吸收的廣譜紅外光照明未知物質(zhì)。經(jīng)由本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的源的照明通常在從約0.7微米多至25微米的波長(zhǎng)范圍中。在與樣本交互前后測(cè)量隨波長(zhǎng)變化的光強(qiáng)度，并且計(jì)算由樣本產(chǎn)生的吸光率。在與樣本中的分子鍵的振動(dòng)頻率相對(duì)應(yīng)的特定頻率處，通過(guò)樣本以不同的量吸收光。由于每一分子的鍵是不同的，因此每一分子的FTIR吸收光譜也是不同的。因此，光譜“指紋”可以通過(guò)記錄隨波長(zhǎng)而變的光的吸光率來(lái)產(chǎn)生。
[0028]大多數(shù)物質(zhì)可非常容易地吸收紅外光，并且如果吸收所有光，那么將沒(méi)有光到達(dá)檢測(cè)器以供分析。因此，必須注意如何將光傳送到樣本以及如何從樣本收集光?，F(xiàn)場(chǎng)使用的最用戶友好的方法被稱為衰減全反射(ATR)，并且使用具有高折射率的內(nèi)反射元件，例如，金剛石或鍺，以在光返回之前將光發(fā)送到樣本的僅前幾微米中，以提供樣本的光學(xué)信息。
[0029]對(duì)于便攜式手持式光譜儀，存在許多應(yīng)用，除了在機(jī)場(chǎng)處和在其它安全和/或公共位置中檢測(cè)違禁物質(zhì)之外，還包含執(zhí)法和安全人員對(duì)不明物質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)鑒定。為了可用于多種情況，光譜儀最好是經(jīng)由手持式形狀因素儀器而便攜的，所述手持式形狀因素儀器還提供快速且準(zhǔn)確的結(jié)果。
[0030]因此，本文中所揭示的測(cè)量?jī)x器和方法提供不僅實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸方便，而且結(jié)果具有所需準(zhǔn)確性的此類手持式形狀因素。確切地說(shuō)，在本文中所揭示的實(shí)施例以緊湊的封裝配置，所述封裝使得所關(guān)注的樣本與定位在儀器中的ATR光學(xué)元件之間能夠緊密接觸，所述儀器使得能夠?qū)梢刹牧线M(jìn)行FTIR研究。如儀器中配置的ATR高折射率光學(xué)元件(例如金剛石或鍺晶體，或硅反射元件)通過(guò)確保非吸收入射輻射在經(jīng)受全內(nèi)反射之后被引導(dǎo)至檢測(cè)器來(lái)操作。因此，反射輻射高效地耦合到檢測(cè)器，從而確保手持式光譜儀的靈敏操作。
[0031]所關(guān)注的樣本可以基于通過(guò)檢測(cè)器測(cè)量到的反射輻射進(jìn)行識(shí)別。反射輻射可以用于獲得對(duì)應(yīng)于樣本的紅外線吸收信息，并且可以通過(guò)將紅外線吸收信息與存儲(chǔ)在測(cè)量裝置中的樣本的參考信息相比較而識(shí)別樣本。除了識(shí)別樣本之外，測(cè)量裝置還可以提供指示紅外線吸收信息與參考信息的匹配程度的一個(gè)或多個(gè)度量(例如，數(shù)字結(jié)果)。此外，測(cè)量裝置可以將所關(guān)注的樣本的標(biāo)識(shí)與也存儲(chǔ)在測(cè)量裝置內(nèi)的違禁物質(zhì)的列表相比較，以確定在處理所述物質(zhì)時(shí)是否應(yīng)采取特別的預(yù)防措施以及是否(例如)授權(quán)安全人員采取另外的措施。
[0032]FTIR光譜學(xué)通常需要在樣本掃描之前進(jìn)行背景掃描。背景掃描需要沒(méi)有樣本與采樣接口接觸，所述采樣接口可以是ATR、漫反射率、擦地角或傳輸測(cè)量。除了不存在樣本之夕卜，收集設(shè)備必須不受樣本污染。按以下次序獲得FTIR測(cè)量結(jié)果:收集背景掃描，經(jīng)由GUI指示用戶將樣本放置到收集光學(xué)器件上，且收集數(shù)據(jù)。一旦已收集，就將背景按比例從樣本去除以給出所得光譜。可以在線或離線地進(jìn)一步處理此光譜以給出樣本匹配狀態(tài)，或可以通過(guò)與光譜庫(kù)比較而給出定量結(jié)果，所述定量結(jié)果確認(rèn)某一化學(xué)物質(zhì)或化學(xué)物質(zhì)的混合物在樣本中存在的量。樣本匹配狀態(tài)可以是正匹配狀態(tài)、混合匹配狀態(tài)、負(fù)匹配狀態(tài)以及匹配錯(cuò)誤狀態(tài)中的一個(gè)。
[0033]在使用FTIR光譜儀時(shí)的用戶錯(cuò)誤的相當(dāng)大的原因來(lái)源于以下各項(xiàng)中的任一個(gè)(個(gè)別地或組合地):
[0034]a)用戶在收集背景掃描之前未能恰當(dāng)?shù)厍鍧嵤占鈱W(xué)器件；
[0035]b)用戶在背景掃描之前將樣本放置到收集光學(xué)器件上，因此妨礙分析。
[0036]為防止這些用戶錯(cuò)誤，手持式光譜儀可以具有就如何使用FTIR光譜儀來(lái)指導(dǎo)用戶的多種方式。這些方式可以經(jīng)由圖形用戶界面(GUI)使用圖像、顏色和/或詞語(yǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)。另夕卜，在光譜儀上使用發(fā)光二極管(LED)等燈可以向用戶指示何時(shí)執(zhí)行動(dòng)作或何時(shí)不執(zhí)行動(dòng)作。
[0037]具體說(shuō)明
[0038]如在本申請(qǐng)案中所描述，本文中的實(shí)例實(shí)施例有益地涉及一種緊湊的ATR/FTIR光學(xué)儀器(即，手持式)，所述光學(xué)儀器解決在以通常繁瑣的且視覺(jué)損害方式使用時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)的操作。類似系統(tǒng)的一般描述還可以在Pastore等人的名稱為《用于使用電機(jī)構(gòu)件向樣本施加力以用于檢測(cè)的方法和設(shè)備(METHOD AND APPARATUS FOR THE APPLICAT1N OF FORCE TOA SAMPLE FOR DETECT1N USING AN ELECTROMECHANICAL)》的且轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)案的受讓人的第13/922,827號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中找到，所述申請(qǐng)案的揭示內(nèi)容通過(guò)引用以其全文結(jié)合在此。然而，當(dāng)所并入的參考文件中的任何事物與在本申請(qǐng)案中陳述的任何事物發(fā)生矛盾時(shí)，以本申請(qǐng)案為準(zhǔn)。
[0039]轉(zhuǎn)向圖式，圖1A和圖1B示出大體上由標(biāo)號(hào)100指代的密封儀器的等距剖面透視圖，以給予讀者對(duì)當(dāng)前實(shí)施例更好的理解。確切地說(shuō)，圖1A示出儀器100的具有將在在本文中詳細(xì)描述的元件的實(shí)例殼體156，所述元件例如，顯示器136、三個(gè)視覺(jué)指示燈170、ATR平臺(tái)186和棱鏡表面122a(S卩，感測(cè)區(qū)域)。應(yīng)注意，從圖1A延伸到圖1B的虛線用于使得讀者能夠了解本發(fā)明的實(shí)例指示燈170配置。還應(yīng)了解，圖1B用于說(shuō)明儀器100的手持式形狀因素和此儀器100的甚至以戴手套101方式進(jìn)行的工作。
[0040]圖1A還示出耦合到砧柱194的經(jīng)設(shè)計(jì)非限制性實(shí)例砧臂191，所述砧臂可以通過(guò)所希望的力機(jī)構(gòu)(即，致動(dòng)器(未示出))向上(如圖1C中示出的Z)驅(qū)動(dòng)以用于殼體的間隙156，經(jīng)由內(nèi)部齒輪組(例如，機(jī)動(dòng)內(nèi)部齒輪組)有角度地移動(dòng)Θ(如圖1C中示出)，且之后被向下驅(qū)動(dòng)以用于豎直壓縮樣本材料。
[0041]圖1C示出具有視覺(jué)標(biāo)記(指示燈170)和凹入間隙198的密封儀器100的另一等距剖視圖，其中砧臂191升高到高度Z且以角度Θ移動(dòng)到確切地說(shuō)在表面122a上的位置，以便經(jīng)定位用于操作儀器，例如，清潔和/或測(cè)量樣本材料。
[0042]如大體上在圖1A、圖1B和圖1C中提到的殼體156理想地配置有手持式形狀因素，使得儀器100充當(dāng)手持式紅外線光譜儀，且確切地說(shuō)，充當(dāng)手持式傅里葉變換紅外線(FTIR)光譜儀。在一些實(shí)施例中，殼體156可以包含具有變窄寬度的區(qū)域232，所述區(qū)域經(jīng)定位和設(shè)定尺寸以適合系統(tǒng)操作人員的手，以便促進(jìn)裝置100作為手持式裝置操作。在一些實(shí)施例中，殼體156還可以包含一個(gè)或多個(gè)減震外部突出部230，如大體上在圖1A和圖1C中指示。減震外部突出部230可以由粘彈性材料(例如橡膠等)形成(例如，模制)，并且通常來(lái)說(shuō)經(jīng)配置以減小或消除機(jī)械振動(dòng)到殼體156內(nèi)的組件的傳輸，并且還大體上保護(hù)儀器100的組件。關(guān)于尺寸方面，本文中的實(shí)施例出人意料地比由本申請(qǐng)案的受讓人提供的先前版本小得多且輕得多，所述先前版本例如在Azimi等人(在下文中稱為“Azimi”)的名稱為《手持式紅外線和拉曼測(cè)量裝置和方法(Handheld Infrared and Raman Measurement Devices andMethods)》的且轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)案的受讓人的第7，928，391號(hào)美國(guó)專利案中所揭示的設(shè)計(jì)，所述專利案的揭示內(nèi)容通過(guò)引用以其全文結(jié)合在此。然而，當(dāng)所并入的參考文件中的任何事物與在本申請(qǐng)案中陳述的任何事物發(fā)生矛盾時(shí)，以本申請(qǐng)案為準(zhǔn)。作為實(shí)例，殼體156的典型的最大值是約24cm或更少，且寬度約為13cm或更少，且厚度小于5cm。此外，砧配置提供具有基本上更少暴露部分的人體工學(xué)儀器，并且是對(duì)手持式儀器至關(guān)重要的供應(yīng)件?？傊亓恳不诒驹O(shè)計(jì)的緊湊性相對(duì)應(yīng)地減小至1.6kg以下。
[0043]如上文所提到，當(dāng)用戶必須清理樣本區(qū)域或?qū)颖緫?yīng)用到樣本區(qū)域時(shí)，如本文中揭示的FTIR工作流，尤其是在使用手持式儀器時(shí)，具有不同的步驟。讀者請(qǐng)參考圖2以了解用戶可以如何開(kāi)始操作，以經(jīng)由使用標(biāo)記(即，指示燈170)來(lái)實(shí)現(xiàn)此類不同步驟。然而，在轉(zhuǎn)向針對(duì)圖2的描述之前，需要重申，本發(fā)明提供至少一個(gè)指示燈170，所述指示燈通常接近感測(cè)區(qū)域122a，例如與ATR平臺(tái)186相鄰或圍繞所述ATR平臺(tái)，以使得操作人員能夠容易且有效地操作儀器而使操作人員不必閱讀屏幕。此指示器呈視覺(jué)光指示器的形式，改變顏色以指示用于用戶的工作流中的步驟。這是非常重要的，因?yàn)槿绻缬脩粼诒尘皰呙杵陂g將樣本應(yīng)用到ATR感測(cè)區(qū)域122a，那么儀器不能夠提供結(jié)果。這是在所有FTIR系統(tǒng)上最常見(jiàn)的用戶錯(cuò)誤。在儀器100內(nèi)的指示燈170背后的光元件可以例如是發(fā)光二極管(LED)。
[0044]為防止用戶在背景掃描之前或在背景掃描期間將樣本放置到收集光學(xué)器件上，可以向用戶指示以下文字指令:掃描正在行進(jìn)且不放置樣本。另外，接近或臨近收集光學(xué)器件的在裝置的頂部上或在裝置的側(cè)面上的光或光的聚集可以指示不放置樣本。至少一種燈可以強(qiáng)調(diào)不采取動(dòng)作的顏色發(fā)光，舉例來(lái)說(shuō)，所述至少一種燈的顏色可以為紅色。紅色還可以指示收集光學(xué)器件不受污染(背景錯(cuò)誤狀態(tài)的實(shí)例，見(jiàn)下文)。綠色可以指示未檢測(cè)到污染。
[0045]一旦已經(jīng)成功地完成背景掃描，燈就可以變成不同的顏色，例如，橙色或綠色，以強(qiáng)調(diào)用戶可以將樣本放置到收集光學(xué)器件上。這可以作為單獨(dú)的動(dòng)作或結(jié)合文字指令，且燈可以閃光或保持一直發(fā)光。(見(jiàn)圖2)。
[0046]對(duì)于可能具有視覺(jué)障礙(例如色盲)的用戶，燈可以(多種)模式閃爍以將用戶的注意力吸引到裝置的當(dāng)前狀態(tài)。在某些條件下，燈可以改變亮度以更加清楚地指示其狀態(tài)。
[0047]因此，轉(zhuǎn)向圖2的實(shí)例流程圖方法，在現(xiàn)場(chǎng)的操作人員按下開(kāi)始按鈕202，且視覺(jué)指示燈170變成不同的顏色以指示手持式光譜儀的狀態(tài)，且盡管任何顏色都可以被選擇用于此操作，但在優(yōu)選實(shí)施例中，指示燈170變成紅色206。在指示燈170變成紅色后，砧臂191(如果ATR是所述操作)升高到高度Z且以角度Θ移動(dòng)到確切地說(shuō)在表面122a(感測(cè)區(qū)域)上的位置，以便經(jīng)定位用于操作儀器，例如，清潔屏幕和ATR感測(cè)區(qū)域122a。用戶隨后按下掃描按鈕，從而激活手持式光譜儀的掃描功能，且如果儀器100的嵌入式軟件認(rèn)識(shí)到掃描按鈕已經(jīng)按下210，那么所述儀器的所述軟件斷開(kāi)214指示燈170，否則例程結(jié)束212。儀器100隨后獲取背景測(cè)量結(jié)果218，且在完成背景測(cè)量218后，指示燈170變色，優(yōu)選地變成綠色222，以向用戶提供手持式光譜儀處于即將掃描樣本狀態(tài)的信息，且用戶可以將所希望的樣本應(yīng)用到感測(cè)區(qū)域122a，并且之后按下儀器100上的掃描按鈕(未示出)以用于測(cè)量的操作。如果儀器100認(rèn)識(shí)到掃描按鈕已經(jīng)按下226，那么指示燈170斷開(kāi)228，且接著儀器100獲取掃描232，否則例程結(jié)束227。之后顯示結(jié)果236且例程結(jié)束240。如果光譜儀在背景測(cè)量218之后處于錯(cuò)誤狀態(tài)中，那么指示燈170變?yōu)殄e(cuò)誤狀態(tài)219，所述錯(cuò)誤狀態(tài)可以是背景錯(cuò)誤狀態(tài)、用戶錯(cuò)誤狀態(tài)以及儀器錯(cuò)誤狀態(tài)或其任何組合中的至少一個(gè)。
[0048]應(yīng)注意，還可以利用替代的發(fā)光標(biāo)記。例如，如圖1A中示出，屏幕136可以經(jīng)配置以提供各種顏色以執(zhí)行各種任務(wù)，如上文所描述。
[0049]此外，如下文將論述，本發(fā)明的儀器100還可以提供拉曼工作流。然而，盡管拉曼工作流不像FTIR—樣具有兩個(gè)階段，但當(dāng)在單一儀器中存在多種技術(shù)時(shí)，指示燈170或屏幕顏色實(shí)施例可以用于識(shí)別所使用的是哪種技術(shù)，以及激光源何時(shí)作用。
[0050]作為另一實(shí)施例，可以實(shí)施多個(gè)顏色，而非僅紅色和綠色指示器。例如，多個(gè)顏色可以用于指示儀器何時(shí)在等待用戶執(zhí)行某事，指示結(jié)果的類型(即，藍(lán)色用于混合)，或當(dāng)兩種技術(shù)在一個(gè)框中時(shí)指示選擇哪種技術(shù)。替代地，不同的特性還可以用于指示儀器的不同狀態(tài)。例如，當(dāng)儀器在進(jìn)行分析時(shí)，燈可以閃爍。如果提供三個(gè)或三個(gè)以上的燈170，如圖1A中示出，那么當(dāng)儀器在進(jìn)行分析時(shí)，燈170可以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的模式閃爍。
[0051]在其它實(shí)施例中，燈在此類手持式光譜儀上的其它用途可以包含:
[0052](a)在手持式光譜儀(所述手持式光譜儀可以包含F(xiàn)TIR、拉曼、NIR、LIBS或XRF光譜儀)上的燈可以在測(cè)量掃描期間指示信號(hào)強(qiáng)度或數(shù)據(jù)的質(zhì)量。
[0053](b)在此類手持式光譜儀(所述手持式光譜儀可以包含拉曼光譜儀)上的燈可以在測(cè)量掃描期間指示熒光強(qiáng)度。熒光可以阻止收集拉曼光譜，妨礙識(shí)別化學(xué)物質(zhì)或?qū)е略跍y(cè)量情況下針對(duì)樣本的較長(zhǎng)收集時(shí)間；
[0054](C)在手持式光譜儀上的燈可以指示污染的存在，因此引導(dǎo)用戶在繼續(xù)進(jìn)行之前清潔采樣區(qū)域；
[0055](d)在手持式光譜儀上的燈可以指示在數(shù)據(jù)收集完成后的結(jié)果類型;例如，綠燈可以指示正匹配，藍(lán)色可以指示混合結(jié)果，黃色或橙色指示類似項(xiàng)，且紅色可以指示不與掃描數(shù)據(jù)匹配。
[0056](e)在手持式光譜儀上的燈可以指示無(wú)線數(shù)據(jù)傳送是否可用，永久發(fā)光的燈可以指示所述功能可用，且當(dāng)數(shù)據(jù)傳送已進(jìn)行時(shí)，所述燈可以閃光。
[0057](f)在手持式光譜儀上的燈可以指示內(nèi)部電池的電荷的狀態(tài)，使得當(dāng)光譜儀沒(méi)電但插入到充電器中時(shí)，燈可以指示內(nèi)部電池的當(dāng)前電荷狀態(tài)。
[0058](g)燈狀態(tài)(無(wú)論是閃光還是固定)和閃光模式可以其自身或結(jié)合屏幕上的消息指示錯(cuò)誤狀態(tài)。
[0059](h)燈狀態(tài)(無(wú)論是閃光還是固定)和閃光模式可以其自身或結(jié)合屏幕上的消息指示存儲(chǔ)器已滿或接近填滿；以及
[0060](i)燈狀態(tài)(無(wú)論是閃光還是固定)和閃光模式以其自身或結(jié)合屏幕上的消息，可以指示在裝置的一部分上的用戶錯(cuò)誤，舉例來(lái)說(shuō)，彎曲探針可能未被正確地插入，從而阻止光譜儀的使用。
[0061 ]提供圖3以向讀者說(shuō)明本文中所描述的ATR/IR儀器的整體工作，所述ATR/IR儀器如大體上由標(biāo)號(hào)100指代的手持式光譜儀。類似的系統(tǒng)還可以在Azimi的申請(qǐng)案中找到。
[0062]關(guān)于本申請(qǐng)案，儀器100示出安裝在殼體156內(nèi)的組合件支架152上的混合光學(xué)組件。重要的是，圖3還示出ATR平臺(tái)186，在ATR平臺(tái)186周圍的三個(gè)指示燈170，以及安裝在殼體156外部的可移動(dòng)(可旋轉(zhuǎn)地和豎直地)樣本接觸臂(在下文中為論述的簡(jiǎn)單起見(jiàn)被稱為砧臂191)，S卩，優(yōu)選地機(jī)動(dòng)砧臂。應(yīng)注意，盡管圖3中示出的儀器可以外部供電，但是為了完全的便攜性，全套裝置(即，儀器100)通?？梢杂呻姵毓╇?，優(yōu)選地通過(guò)可再充電電池供電，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知。
[0063]圖3的混合光學(xué)組件可以包含:輻射源102和144;鏡子104、108、110、148、118、120、120’、126、126’、128以及130;分束器106和146;檢測(cè)器132和150;以及協(xié)作地配置由ATR平臺(tái)186的ATR元件(例如，棱鏡(未示出))。應(yīng)注意，盡管圖3示出特定數(shù)目且大體上在設(shè)計(jì)中為平面的鏡子 104、108、110、148、118、120、120’、126、126’、128 和 130，但是應(yīng)注意，包含折射光學(xué)元件(例如，透鏡)以及非平面反射元件的任何數(shù)目的其它光學(xué)元件還可以配置有其它預(yù)定曲率以提供圖3中示出的光學(xué)路徑。例如，此類元件可以配置有凹、凸、拋物線、橢圓曲率，或沿著引導(dǎo)在儀器100內(nèi)的光束路徑的任何部分提供適當(dāng)光束構(gòu)造所需的任何一般表面。
[0064]如圖3中示出，儀器100還包含耦合到鏡子110的軸112、襯套114和致動(dòng)器116，以及電子處理器134、電子顯示器136(例如，包含平板顯示元件，例如液晶顯示元件、有機(jī)發(fā)光二極管顯示元件、電泳顯示元件或另一類型的顯示元件)、輸入裝置138、存儲(chǔ)單元140以及通信接口 142。圖3中還示出對(duì)應(yīng)地經(jīng)由通信線路162a到j(luò)與檢測(cè)器132、存儲(chǔ)單元140、通信接口 142、顯示器136、輸入裝置138、輻射源102和144、檢測(cè)器150、可移動(dòng)砧臂191以及致動(dòng)器116電連通的電子處理器134。處理器134還經(jīng)配置以控制至少一個(gè)指示燈170(在圖1A到IC中示出)指示手持式光譜儀100的狀態(tài)。
[0065]如果在操作期間經(jīng)配置用于用作傅里葉變換紅外線(FTIR)光譜儀，那么儀器100在處理器134的控制下經(jīng)由輻射源102提供輻射168，所述輻射源可移除以便于更換。輻射168被鏡子104引導(dǎo)以入射在分束器106上，所述分束器被配置為分束光學(xué)元件106a和相位補(bǔ)償板106b以使得能夠?qū)⑺邮盏妮椛?68劃分成兩個(gè)光束。使用此配置使得能夠形成邁克爾遜類型的干涉儀，其中第一光束170a從分束器106的表面反射，沿著平行于箭頭171的光束路徑傳播，且入射在固定鏡子108上。固定鏡子108之后以相反方向反射第一光束170a以便使其現(xiàn)在朝向分束器106。第二光束172通過(guò)分束器106透射且沿著平行于雙向箭頭173的光束路徑傳播。第二光束172入射在可移動(dòng)鏡子110的第一表面IlOa上，使得在反射后也朝向分束器106。
[0066]第一光束170a和第二光束172因此通過(guò)分束器106和相關(guān)聯(lián)的光學(xué)器件的配置組合，所述配置在空間上重疊光束以形成一束經(jīng)調(diào)制紅外輻射光束174(借助于所配置的邁克爾遜干涉儀的操作)并且朝向鏡子118。之后，鏡子118、120、120 ’將經(jīng)調(diào)制的紅外輻射光束174引導(dǎo)至ATR光學(xué)元件(未詳細(xì)示出，但是說(shuō)明了ATR表面122a)。一旦在ATR光學(xué)元件(通常配置為棱鏡)內(nèi)，經(jīng)調(diào)制紅外光的光束174就被引導(dǎo)至ATR光學(xué)元件(例如棱鏡)的表面122a(在圖3中示出為平面視圖)JTR光學(xué)元件的表面122a經(jīng)定位使得其接觸所關(guān)注的樣本(未示出)，即，通常為在表面構(gòu)造上具有不規(guī)則性的樣本(例如，粉末)。如所述領(lǐng)域的技術(shù)人員已知，當(dāng)經(jīng)調(diào)制的紅外光174入射在表面122a上時(shí)，經(jīng)調(diào)制的紅外光174的輻射的一部分經(jīng)由所需消散波效應(yīng)通過(guò)表面122a耦合到樣本材料(未示出)中。作為所述效應(yīng)的一部分，樣本理想地吸收指示樣本材料的結(jié)構(gòu)以及因此特性的經(jīng)調(diào)制的紅外光174的一部分。
[0067]經(jīng)調(diào)制紅外光174的全內(nèi)反射部分(表示為反射光束176)現(xiàn)在包含不由樣本(未示出)吸收的減少量的經(jīng)調(diào)制輻射，其還指示樣本(未示出)的特性。作為所述配置的結(jié)果，反射光束176被引導(dǎo)通過(guò)所希望的ATR光學(xué)元件的表面且之后被例如鏡子126’、126、128和130引導(dǎo)，以便通過(guò)儀器100經(jīng)由通過(guò)檢測(cè)器132進(jìn)行的檢測(cè)來(lái)詢問(wèn)。確切地說(shuō)，在處理器134的控制下，檢測(cè)器132可以經(jīng)配置以基于光束176中的反射輻射來(lái)測(cè)量樣本(未示出)的一個(gè)或多個(gè)特性。
[0068]如上所述，所配置的鏡子108和110與分束器106—起有益地形成邁克爾遜干涉儀。在操作中，在每一測(cè)量之前通過(guò)如雙向箭頭164所指示平移鏡子110，反射光束176中的輻射的多個(gè)測(cè)量值形成包含例如樣本吸收信息等信息的干涉圖。處理器134可以經(jīng)配置以將一個(gè)或多個(gè)數(shù)學(xué)變換(例如，傅里葉變換)應(yīng)用到干涉圖以獲得樣本吸收信息。例如，處理器134可以經(jīng)配置以將干涉圖測(cè)量結(jié)果從第一域(例如，時(shí)間或空間維度)變換到與第一域共軛的第二域(例如，頻率)。
[0069 ] 為提供鏡子110的移動(dòng)，所述元件自身耦合到軸112、襯套114和致動(dòng)器116。軸112在襯套114內(nèi)自由移動(dòng)，且通常將粘性流體安置在之軸112和襯套114間以準(zhǔn)許這兩者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，鏡子110在致動(dòng)器116經(jīng)由通信線路162i從處理器134接收控制信號(hào)時(shí)移動(dòng)。致動(dòng)器116在平行于箭頭164的方向上開(kāi)始軸112的移動(dòng)，且鏡子110與軸112—起移動(dòng)。襯套114提供對(duì)軸112的支撐，防止在平移期間軸112的搖晃。然而，襯套114和軸112通過(guò)安置在其間的流體有效地與彼此機(jī)械地解耦;且因此振動(dòng)等機(jī)械干擾不大耦合在軸112和襯套114之間。因此，即使當(dāng)振動(dòng)等機(jī)械擾動(dòng)存在于儀器100的其它部分中時(shí)，所得邁克爾遜干涉儀的對(duì)準(zhǔn)也保持相對(duì)不受干擾。
[0070]為測(cè)量鏡子110的位置，儀器100提供包含輻射源144、分束器146、鏡子148和檢測(cè)器150的組合件。這些組件經(jīng)布置以形成第二邁克爾遜干涉儀。在操作的鏡子位置測(cè)量期間，輻射源144(例如單色發(fā)射源(激光器))經(jīng)由通信線路162g從處理器134接收控制信號(hào)，且產(chǎn)生輻射束178。作為所需來(lái)源的實(shí)例，輻射源144可以是經(jīng)配置的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)，其產(chǎn)生具有850nm的中心波長(zhǎng)的輻射。然而，應(yīng)理解，來(lái)源144還可以包含能夠具有從400nm多至約1200nm的福射的廣泛多種其它來(lái)源，例如，激光二極管、發(fā)光二極管等。
[0071]返回到針對(duì)圖3的論述，光束178入射在分束器146上，所述分束器將輻射光束178分離成第一光束180和第二光束182。第一光束180從分束器146的表面反射且入射在鏡子110的第二表面I 1b上。第二表面I 1b與鏡子110的第一表面I 1a相反定位。第一光束180從表面IlOb反射并且返回到分束器146。
[0072]第二光束182通過(guò)分束器146透射、由鏡子148反射且返回到分束器146。分束器146組合(例如在空間上重疊)反射光束180和182，且所述在空間上重疊的光束184被引導(dǎo)至檢測(cè)器150。檢測(cè)器150經(jīng)由通信線路162h從處理器134接收控制信號(hào)，且經(jīng)配置以測(cè)量組合光束184的強(qiáng)度。組合光束184提供包含所希望的光學(xué)位置信息的干擾圖案。因此，監(jiān)視光束184使能夠通過(guò)對(duì)在光束184的振幅中的波峰和波谷計(jì)數(shù)而精確地確定鏡子110的位置(和速度以及傾角，如果需要的話)。
[0073]作為本申請(qǐng)案的有益方面，可以通過(guò)處理器134將吸收信息與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元140中的參考信息(例如，參考吸收信息)相比較以確定未知樣本(未示出)的標(biāo)識(shí)。例如，在傅里葉變換已應(yīng)用于接收到的反射光束176之后，處理器134可以確定樣本的吸收信息是否與各種物質(zhì)的多組參考吸收信息中的任何一個(gè)或多個(gè)匹配，所述參考吸收信息作為數(shù)據(jù)庫(kù)記錄存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元140中，或甚至來(lái)自經(jīng)由無(wú)線通信遠(yuǎn)程定位的數(shù)據(jù)庫(kù)。如果發(fā)現(xiàn)匹配(例如，樣本吸收信息和特定物質(zhì)的參考信息足夠一致)，那么樣本190被認(rèn)為是被處理器134識(shí)別。處理器134可以沿著通信線路162d將電子信號(hào)發(fā)送到顯示器136，所述電子信號(hào)向系統(tǒng)操作人員指示樣本190的識(shí)別成功并且提供所識(shí)別物質(zhì)的名稱。所述信號(hào)還可以向系統(tǒng)操作人員指示樣本吸收信息與參考信息的接近程度。例如，可以提供一個(gè)或多個(gè)度量的數(shù)值，所述數(shù)值指示樣本吸收信息與數(shù)值尺度上的參考信息之間的對(duì)應(yīng)程度。
[0074]如果處理器134未發(fā)現(xiàn)樣本吸收信息和參考信息之間的匹配，那么處理器可以向顯示器136發(fā)送電子信號(hào)，所述電子信號(hào)向系統(tǒng)操作人員指示未成功地識(shí)別出樣本190，或由于可移動(dòng)砧臂191所施加的力不足而導(dǎo)致未提供ATR表面122a之間的有效光學(xué)耦合。在一些實(shí)施例中，電子信號(hào)可以包含對(duì)系統(tǒng)操作人員的提示:重復(fù)樣本吸收測(cè)量或可能地選擇可以提供足夠的砧臂191接觸力的操作。
[0075]如果樣本190的識(shí)別成功，那么處理器134可以經(jīng)配置以將樣本190的標(biāo)識(shí)與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元140中的違禁物質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)列表相比較。如果樣本190在列表上呈現(xiàn)為違禁物質(zhì)，那么處理器134可以警示系統(tǒng)操作人員已檢測(cè)到違禁物質(zhì)。所述警示可以包含提供于顯示器136上和/或顯示器136上的彩色區(qū)域(例如，紅色區(qū)域)上的警示消息。處理器134還可以經(jīng)配置以經(jīng)由揚(yáng)聲器發(fā)出音頻警報(bào)以警示系統(tǒng)操作人員。
[0076]儀器100還包含通信接口142，所述通信接口經(jīng)由通信線路162c從處理器134接收和向處理器134發(fā)射信號(hào)。通信接口 142包含無(wú)線發(fā)射器/接收器單元，所述單元經(jīng)配置以將信號(hào)從處理器134發(fā)射到其它裝置，并且從其它裝置接收信號(hào)且將接收到的信號(hào)傳送到處理器134。例如，通常，通信接口 142準(zhǔn)許處理器134經(jīng)由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包含連接到所述網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)裝置)和/或經(jīng)由到另一裝置的直接連接而與其它裝置通信。處理器134可以建立到一個(gè)或多個(gè)裝置的安全連接(例如，加密連接)以確保信號(hào)可以僅通過(guò)批準(zhǔn)在網(wǎng)絡(luò)上使用的裝置來(lái)發(fā)射和接收。
[0077]處理器134與中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信以更新存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元140中的參考信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。處理器134經(jīng)配置以周期性地接觸中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以接收經(jīng)更新的參考信息，并且處理器134還可以接收通過(guò)中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳送的自動(dòng)更新。經(jīng)更新的參考信息可以包含(例如)參考吸收信息，并且還可以包含違禁物質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)新的或經(jīng)更新的列表。
[0078]處理器134還可以與其它測(cè)量裝置通信，以在例如識(shí)別出某些物質(zhì)(例如，呈現(xiàn)于違禁物質(zhì)的列表上的物質(zhì))時(shí)廣播警示消息。警示消息還可以被廣播到一個(gè)或多個(gè)中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。包含物質(zhì)的標(biāo)識(shí)、識(shí)別物質(zhì)時(shí)所在的位置、物質(zhì)的量以及其它信息的警示信息還可以被記錄且廣播到其它測(cè)量裝置和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0079]在一些實(shí)施例中，儀器100可以經(jīng)由其它類型的網(wǎng)絡(luò)連接到其它裝置，所述網(wǎng)絡(luò)包含隔離的局域網(wǎng)和/或蜂窩式電話網(wǎng)絡(luò)。所述連接還可以是無(wú)線連接或物理耦合。
[0080]作為無(wú)線連接的非限制性實(shí)例，此布置可以包含商用無(wú)線接口，例如但不限于，無(wú)線電波(WiFi)、紅外線(IrDA)或還允許整合到可用便攜式個(gè)人裝置中的微波技術(shù)，例如但不限于，手機(jī)、尋呼機(jī)、個(gè)人身份證、膝上型計(jì)算機(jī)等。無(wú)線通信因此可以提供信號(hào)，包含將從處理器134發(fā)射到此類網(wǎng)絡(luò)啟用裝置的警示消息(如果檢測(cè)到)，所述警示消息可以在通過(guò)儀器100檢測(cè)到特定可疑物的情況下警示工作人員。
[0081]無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以(例如)任選地包含用于在前述便攜式但固定的裝置之間的數(shù)字語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的近程傳輸?shù)拈_(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，所述開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)支持點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)應(yīng)用。例如，如圖3中示出的通信接口 142可以基于其當(dāng)前在商業(yè)和家庭環(huán)境中的公共用途而配置有:藍(lán)牙，所述藍(lán)牙以全球可用的頻帶(即，2.4GHz)操作，從而確保在全世界的通信相容性;或電子和電氣工程師IEEE技術(shù)(例如(IEEE)802.11a或IEEE 802.1Ib)，以作為通信方式。此類常用技術(shù)使得用戶能夠高速接入網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)，同時(shí)在整個(gè)區(qū)域漫游。此外，用于無(wú)線的其它協(xié)議，例如，IEEE 802.15、IEEE 802.16、GPS、3G、4G等還可以配置為用于本文所揭示的當(dāng)前的實(shí)施例的通信標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議。
[0082]相對(duì)于物理有線耦合，所述耦合可以借助于專用耦合I/O構(gòu)件，例如，用于經(jīng)由嵌入式軟件(例如，固件)提供(例如)操作數(shù)據(jù)(反饋)或從處理器134接收到的用于對(duì)控制指令進(jìn)行編程的指令的USB端口(未示出)。
[0083]所希望的輸入裝置138通常包含控制面板，所述控制面板使得系統(tǒng)操作人員能夠設(shè)定配置選項(xiàng)并且改變儀器100的工作參數(shù)。在一些實(shí)施例中，儀器100還可以包含基于互聯(lián)網(wǎng)的配置接口，其實(shí)現(xiàn)配置選項(xiàng)和操作參數(shù)的遠(yuǎn)程調(diào)整。所述接口可(例如)經(jīng)由安全或不安全的網(wǎng)絡(luò)連接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器訪問(wèn)。基于互聯(lián)網(wǎng)的配置接口準(zhǔn)許儀器100通過(guò)中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或另一裝置來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程更新，從而確保在特定位置中操作或用于特定目標(biāo)的所有測(cè)量裝置具有相似配置。基于互聯(lián)網(wǎng)的接口還可以使得能夠(例如)將裝置配置報(bào)告到中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且可以使得能夠追蹤一個(gè)或多個(gè)測(cè)量裝置的位置。
[0084]轉(zhuǎn)向儀器100的輻射源，通常配置為可替換組件的輻射源102包含寬帶輻射源，其經(jīng)配置以提供紅外輻射，使得儀器100可以作為紅外線光譜儀操作。例如，由來(lái)源102提供的紅外線輻射通常包含波長(zhǎng)的分布，其中所述分布的中心波長(zhǎng)約為10微米。一般來(lái)說(shuō)，輻射源102可以包含所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的多種來(lái)源，包含從用于本領(lǐng)域中的任何定制或常規(guī)已知來(lái)源中選出的加熱紅外線源，例如但不限于，經(jīng)加熱以發(fā)出連續(xù)頻帶的光輻射的導(dǎo)線、金屬或陶瓷元件。
[0085]由來(lái)源102提供的輻射波長(zhǎng)的類似黑體分布的特性溫度通?？梢栽?00°C多至2000°C之間并且具有0.4與0.95之間的輻射率。然而，應(yīng)注意，福射168溫度可以根據(jù)特定樣本190以及檢測(cè)器132的靈敏度而變化(例如，經(jīng)由沿著通信線162f發(fā)射的來(lái)自處理器134的控制信號(hào))。用于產(chǎn)生電子信號(hào)的合適寬帶檢測(cè)器132包含熱電檢測(cè)器或其它檢測(cè)元件，例如，輻射熱測(cè)定器、鉛鹽檢測(cè)器以及碲鎘汞檢測(cè)器、光電二極管、雪崩光電二極管、線性或2D陣列或在經(jīng)受光束176或光束184的強(qiáng)度時(shí)可以產(chǎn)生電子信號(hào)的任何檢測(cè)元件。光電二極管、雪崩光電二極管、四象限光電二極管或2D陣列相對(duì)于檢測(cè)器150是所希望的，其中多元件檢測(cè)器在動(dòng)態(tài)對(duì)準(zhǔn)中使用。
[0086]ATR/棱鏡組合件論述
[0087]圖4示出ATR平臺(tái)186、187等和反射元件(下文稱為棱鏡122)的放大概略圖。棱鏡122包含經(jīng)定位以接觸樣本190(例如示出為粉末(表示為圓圈))的表面122a，所述粉末可以是需要使用ATR原理來(lái)測(cè)量的固體或液體。如上文所描述且在圖3中示出，來(lái)自在儀器100內(nèi)配置的來(lái)源102的輻射通過(guò)表面122b進(jìn)入棱鏡122，且通過(guò)表面122c離開(kāi)棱鏡122。
[0088]與表面122a相對(duì)的棱鏡122的邊還(但未必)由棱鏡底部204從下方支撐。金屬(例如，金)等涂層(未示出)還通常被涂覆到棱鏡122以使得能夠穩(wěn)定耦合到儀器100的經(jīng)配置表面156的頂部，以還從上方提供對(duì)棱鏡122的支撐。由表面156和底部204提供的支撐允許棱鏡122在操作期間耐受大量所施加的力，而不會(huì)從其安裝位置移位。
[0089]作為儀器操作的一般原理，如還在圖3中示出，在將待檢查的固體未知材料190放置于衰減全反射(ATR)元件(S卩，表面122a)上之后，樣本接觸致動(dòng)器(例如砧致動(dòng)器，未示出)抵靠著ATR表面122a將所希望的接觸力施加到樣本材料。所述致動(dòng)器可以(例如)是電機(jī)(例如，DC電機(jī))或螺線管、電磁螺線管或可以通過(guò)受控方式移動(dòng)以提供已知或所希望的受控加壓力的任何類型的力致動(dòng)器(例如，壓電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、線性電機(jī)、氣動(dòng)或液壓致動(dòng)器等)。此類致動(dòng)器還可以包含凸輪或剪式千斤頂配置，并且如果配置成螺線管，那么此螺線管可以(例如)是驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)螺線管。使用此類致動(dòng)器施加的接觸力，盡管可能是固定力或甚至用戶可選力，但更經(jīng)?？梢曰跇颖镜墓庾V儀特征通過(guò)來(lái)自光譜儀的反饋(如先前所論述)自動(dòng)地受到控制。
[0090]在操作期間，系統(tǒng)操作人員可以電機(jī)控制砧臂191的豎直移動(dòng)。砧臂191的角位置Θ，盡管還能夠通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，但在用于測(cè)量的儀器100的操作之前更經(jīng)常由用戶手動(dòng)地提供。因此，在將樣本安置在平臺(tái)186上并且樣本接觸臂(例如，砧臂191)此后升高且旋轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置之后，通過(guò)砧致動(dòng)器(未示出)自動(dòng)地提供對(duì)樣本材料與棱鏡122(例如，表面122a)的已知或受控壓力。此操縱提供表面122a與樣本材料190之間的緊密接觸以實(shí)現(xiàn)消散波的有效耦合并且改進(jìn)在反射輻射光束176的測(cè)量結(jié)果中的信噪比。支撐底部204和表面156確保棱鏡122在操作期間在殼體156內(nèi)保持在相同位置中。
[0091]應(yīng)注意，ATR平臺(tái)186從表面156朝外延伸距離e。通常，e可以在約3mm高度多至約5_高度之間。平臺(tái)186經(jīng)由優(yōu)選的平面表面配置準(zhǔn)許樣本190與棱鏡122的表面122a之間的接觸，所述配置產(chǎn)生平臺(tái)186中的朝向表面122a的開(kāi)口(未詳細(xì)示出)。然而，應(yīng)注意，盡管平臺(tái)186的平面表面配置是優(yōu)選的，但是其它表面(例如，彎曲的凹形表面)還可以經(jīng)實(shí)施以使得能夠接收用于ATR光學(xué)研究的材料，如配置有本申請(qǐng)案的其它方面。平臺(tái)186的某一組成部分是延伸區(qū)段187，所述延伸區(qū)段配置有設(shè)計(jì)有曲率的深溝狀配置，以便陷住從平臺(tái)186溢出的任何材料。不透液體的且通常氣密密封件188耦合到平臺(tái)(186和187)和表面。應(yīng)注意，棱鏡122以機(jī)械方式親合到光學(xué)引擎152，但是與儀器100的殼體156分離以防止大幅度機(jī)械擾動(dòng)的傳輸。
[0092]應(yīng)注意，本發(fā)明可以提供FTIR吸收信息以識(shí)別樣本。在一些實(shí)施例中，除紅外線吸收信息之外的樣本信息可以用于識(shí)別樣本。例如，儀器100可以經(jīng)配置以與其它掃描系統(tǒng)協(xié)作來(lái)識(shí)別所關(guān)注的樣本。合適的其它掃描系統(tǒng)可以包含，例如，手持式和非手持式拉曼掃描系統(tǒng)。為了識(shí)別樣本，可以首先通過(guò)拉曼掃描系統(tǒng)來(lái)掃描樣本，所述拉曼掃描系統(tǒng)經(jīng)配置以基于關(guān)于樣本的拉曼散射信息來(lái)確定樣本的標(biāo)識(shí)。通過(guò)拉曼掃描系統(tǒng)確定的標(biāo)識(shí)隨后被發(fā)射到儀器100且經(jīng)由通信接口 142接收，如圖1中示出。
[0093]儀器100還可以配置為單一手持式裝置以還基于拉曼散射單獨(dú)地確定樣本的標(biāo)識(shí)，如在第7，928，391號(hào)美國(guó)專利案中類似地揭示，所述專利案的揭示內(nèi)容通過(guò)引用以其全文結(jié)合在此。然而，當(dāng)所并入的參考文件中的任何事物與在本申請(qǐng)案中陳述的任何事物發(fā)生矛盾時(shí)，以本申請(qǐng)案為準(zhǔn)。因此，如果經(jīng)由FTIR信息和拉曼散射信息確定的標(biāo)識(shí)一致，那么儀器100還可以將成功識(shí)別報(bào)告給系統(tǒng)操作人員。如果標(biāo)識(shí)不一致，那么測(cè)量裝置100可以報(bào)告識(shí)別失敗。更一般而言，拉曼掃描系統(tǒng)和儀器100兩者都可以經(jīng)配置以確定樣本的標(biāo)識(shí)，以及與測(cè)量的樣本信息和樣本的參考信息之間的對(duì)應(yīng)程度有關(guān)的數(shù)字得分或度量值。儀器100隨后可以基于所報(bào)告的標(biāo)識(shí)和度量值來(lái)確定識(shí)別過(guò)程是否成功，以及所報(bào)告的樣本標(biāo)識(shí)的可信程度。
[0094]本申請(qǐng)案中所包含的論述意圖充當(dāng)基本描述。盡管已經(jīng)根據(jù)所示出和描述的各種實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到，可以存在對(duì)這些實(shí)施例的改變，并且那些改變將本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。讀者應(yīng)該知道，特定的討論可以不明確地描述所有可能的實(shí)施例;很多替代方案是隱含的。此類修改以及其類似者被認(rèn)為是很好地處于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)且處于本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的簡(jiǎn)單修改。因此，在不脫離本發(fā)明的精神、范圍和本質(zhì)的情況下，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作出許多此類修改。說(shuō)明、附圖或術(shù)語(yǔ)都不意欲限制本發(fā)明的范圍-本發(fā)明由權(quán)利要求書界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種手持式光譜儀，其包括至少一個(gè)指示燈和處理器，所述處理器經(jīng)配置以控制所述至少一個(gè)指示燈以指示所述手持式光譜儀的狀態(tài)，所述狀態(tài)選自由以下各項(xiàng)構(gòu)成的群組:背景掃描狀態(tài)、即將掃描樣本狀態(tài)、信號(hào)強(qiáng)度狀態(tài)、熒光強(qiáng)度狀態(tài)、樣本匹配狀態(tài)、錯(cuò)誤狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)、電池電荷狀態(tài)以及存儲(chǔ)器容量狀態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式光譜儀，其中所述樣本匹配狀態(tài)是正匹配狀態(tài)、樣本分類狀態(tài)、混合匹配狀態(tài)、負(fù)匹配狀態(tài)以及匹配錯(cuò)誤狀態(tài)中的一個(gè)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的手持式光譜儀，其中所述樣本分類狀態(tài)是爆炸物匹配狀態(tài)、麻醉材料匹配狀態(tài)、生物材料匹配狀態(tài)以及有毒材料匹配狀態(tài)或其任何組合中的一個(gè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式光譜儀，其中所述錯(cuò)誤狀態(tài)是背景錯(cuò)誤狀態(tài)、用戶錯(cuò)誤狀態(tài)以及儀器錯(cuò)誤狀態(tài)或其任何組合中的至少一個(gè)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式光譜儀，其中所述手持式光譜儀包含衰減全反射(ATR)平臺(tái)，且至少一個(gè)指示燈與所述ATR平臺(tái)相鄰。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的手持式光譜儀，其中至少一個(gè)指示燈位于所述ATR平臺(tái)周圍。7.一種使用手持式光譜儀的方法，其包括: a.提供至少一個(gè)指示燈，其經(jīng)配置以指示所述手持式光譜儀的狀態(tài)； b.激活所述手持式光譜儀的掃描功能，由此改變所述手持式光譜儀和所述至少一個(gè)指示燈的狀態(tài)，以在獲取背景掃描時(shí)指示背景掃描狀態(tài)，并且，在完成所述背景掃描之后，指示即將掃描樣本狀態(tài)或錯(cuò)誤狀態(tài)； c.獲取樣本光譜；以及 d.顯示所述樣本光譜。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中將所述手持式光譜儀和所述至少一個(gè)指示燈的所述狀態(tài)改變成錯(cuò)誤狀態(tài)包含:改變所述至少一個(gè)指示燈的所述狀態(tài)以指示背景錯(cuò)誤狀態(tài)、用戶錯(cuò)誤狀態(tài)以及儀器錯(cuò)誤狀態(tài)或其任何組合中的至少一個(gè)。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包含:在獲取所述樣本光譜之后，將所述樣本與光譜庫(kù)匹配，且改變所述至少一個(gè)指示燈的所述狀態(tài)以指示樣本匹配狀態(tài)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述樣本匹配狀態(tài)是正匹配狀態(tài)、混合匹配狀態(tài)、負(fù)匹配狀態(tài)以及匹配錯(cuò)誤狀態(tài)中的一個(gè)。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包含:在獲取所述樣本光譜之后，傳送樣本光譜數(shù)據(jù)且改變所述至少一個(gè)指示燈的所述狀態(tài)以指示數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)。12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包含:對(duì)所述手持式光譜儀的電池充電且改變所述至少一個(gè)指示燈的所述狀態(tài)以指示電池電荷狀態(tài)。13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包含:在獲取所述樣本光譜之后，存儲(chǔ)所述樣本光譜，且改變所述至少一個(gè)指示燈的所述狀態(tài)以指示存儲(chǔ)器容量狀態(tài)。14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包含改變所述至少一個(gè)指示燈的所述狀態(tài)以指示信號(hào)強(qiáng)度狀態(tài)。15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包含改變所述至少一個(gè)指示燈的所述狀態(tài)以指示熒光強(qiáng)度狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】G01N21/55GK105829870SQ201480069300
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月17日
【發(fā)明人】T·M·帕斯托爾, D·佩雷斯, M·D·哈格里夫斯
【申請(qǐng)人】賽默科技便攜式分析儀器有限公司