專利名稱：用于cbrne傳感器的系統(tǒng)集成模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及用于識別包括化學、生物、放射性、核與高爆(CBRNE) 物品在內(nèi)的危險物品的傳感器系統(tǒng)，尤其涉及一種具有模塊化設計核網(wǎng)絡通信功 能的傳感器接口系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)有技術通過諸如DB9和USB端口之類的專用連接提供用于模擬傳感器的 計算機連接，其將傳感器配置為專用計算機的外圍設備。除了與傳感器的專用計 算機連接之外，其它設備提供作為獨立功能和硬件的校準(calibration)。與傳感 器相關聯(lián)的這些獨立設備并不是具有自動校準和支持功能以允許傳感器進行獨 立現(xiàn)場配置的分布式網(wǎng)絡部件。隨著世界各地恐怖分子的出現(xiàn)，非常需要提供能 夠跨分布式傳感器網(wǎng)絡進行配置的獨立網(wǎng)絡部件的傳感器系統(tǒng)。
而且，現(xiàn)有的用于化學、生物、放射性、核與高爆(CBRNE)檢測的傳感 器系統(tǒng)并不具備對模擬傳感器進行高精度校準的能力。隨著對通過使用光譜分析 軟件而提供特定化學、生物、放射性、核與高爆物品的檢測、識別和量化的CBRNE 傳感器系統(tǒng)日益增加的需求，需要傳感器陣列的高精度校準和同步。
因此，需要克服以上所討論的現(xiàn)有技術所具有的問題。
發(fā)明內(nèi)蓉
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例， 一種傳感器集合系統(tǒng)和傳感器集成模塊(SIM) 提供了有效的系統(tǒng)和集成模塊以用于將一個或多個傳感器配置在分布式數(shù)據(jù)坷 絡上，以提供在遠程處理器進行分析的光語數(shù)據(jù)。所述SIM為一種或多種類型 的傳感器提供了模塊化接口。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述傳感器集成模塊(SIM)支持傳感器系統(tǒng)被 設計為利用模擬或數(shù)字^r測器識別特定危險物品的功能。所述SIM提供了將多 個傳感器組合到具有每個傳感器獨立尋址的有組織陣列中的能力以及使得能夠 實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡體系結構的通信能力。所述SIM提供了將光鐠數(shù)據(jù)送到遠程多 通道分析器或者隨時間從每個傳感器收集光譜數(shù)據(jù)，并且根據(jù)所捕捉的數(shù)據(jù)創(chuàng)建 每個傳感器數(shù)據(jù)或傳感器分組集合的柱狀圖以及將光語數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到分析系統(tǒng)的 能力。為了支持所述其所支持的一個或多個檢測器的校準和同步，所述SIM通 過自動增益控制設備提供了自動校準和校準維護。該系統(tǒng)還提供了自動的校準驗 證能力。模擬和數(shù)字傳感器接口安裝在可連接到SIM處理器主板的子板上。這 使得能夠快速變換模擬或數(shù)字接口類型而不會對SIM處理器主辦造成影響。根據(jù)一個實施例，所述傳感器集成模塊(SIM)使得能夠使用模塊化傳感器 接口單元將多個創(chuàng)感器集成到陣列中，所述模塊化傳感器接口單元為每個檢測器 部件提供獨立的TCP/IP地址，提供所述陣列的信號處理以及將每個檢測器和傳 感器陣列建立為分布式網(wǎng)絡上的網(wǎng)絡部件的通信能力。所述分布式網(wǎng)絡可包括諸 如互聯(lián)網(wǎng)之類的廣域網(wǎng)絡。所述SIM提供諸如用于消除模擬漂移的自動增益控 制、傳感器校準方法之類的支持功能，并且自動校準-險證處理在傳感器被用來提 供物品識別中所使用的數(shù)據(jù)時是重要的問題。用于所配置的傳感器陣列的自動校 準和支持功能允許獨立的現(xiàn)場配置。本發(fā)明的一個實施例允許將各種模擬和數(shù)字傳感器配置為支持物品檢測和 識別系統(tǒng)的網(wǎng)絡部件以便用于現(xiàn)場配置。此外，所述實施例提供了用于傳感器集 成模塊的模塊化體系結構和設計，其利用用于特定傳感器接口的子板以使得到任 意商用現(xiàn)有或私有傳感器的模塊化接口對傳感器接口的設計具有最小的影響。


圖1是圖示傳感器接口系統(tǒng)和傳感器集成模塊示例的功能組件的簡單功能 框圖。圖2是在子板上具有模擬和數(shù)字組件的傳感器集成模塊(SIM)的示例的透視圖。圖3是圖示隨圖1所示的傳感器接口系統(tǒng)和傳感器集成模塊使用的FPGA和 嵌入式處理器的示例的簡單示意圖。圖4是圖示SIM控制卡數(shù)字電路和連接器的簡單示意圖。圖5是圖示具有多個FPGA和子板的SIM卡冗余的示例的筒單示意圖。圖6是圖示SIM體系結構的示例的簡單示意圖。圖7是圖示隨圖1所示的傳感器接口系統(tǒng)和傳感器集成才莫塊使用的自動增益 控制電路的示例的簡單示意圖。圖8是圖示分布式傳感器網(wǎng)絡配置中所設置的傳感器集成模塊的示例的功 能才匡圖。
具體實施方式
雖然該說明書以確定被認為是新穎的本發(fā)明的特征的權利要求作為結束，但 是相措根據(jù)以下結合附圖所進行的描述，會更好地理解本發(fā)明，所述附圖中沿用 相同的附圖標記。將要理解的是，所公開的實施例僅僅是本發(fā)明的示例，其能夠 以各湊形式來實現(xiàn)。因此，這里所^Hf的特定結構和功能細節(jié)并不解釋為限制，結構+以各種方式實質(zhì)性釆用本發(fā)明的表示勤出。此外，這里所使用的術語和短 語并非旨在進行限制；相反，其旨在提供本發(fā)明的可理解描述。根據(jù)一個實施例，本發(fā)明通過提供支持獨立傳感器的系統(tǒng)和方法以及為傳感 器陣列提供了當模擬和數(shù)字傳感器被配置在用于化學、生物、放射性、核與高爆 (CBRNE)物品識別的現(xiàn)場應用中時所需的網(wǎng)絡連接和關鍵功能而克服了現(xiàn)有技 術的問題?，F(xiàn)在所要描述的是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的連接到用于光譜分析的數(shù)字網(wǎng) 絡的示例性傳感器集成模塊。圖1和2圖示了示例性SIM。傳感器集成模塊(SIM)的 能是提供到檢測器 (101;)的模塊化接口 (102)并且處理來自檢測器(103)的原始信號，并且為檢測器(106 )提供支持功能，以;^提供校準監(jiān)3見(106 )并4^供it字才交準方法(104 ),過網(wǎng)絡(108)將被處理的檢測器數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程服務器進行分析。諸如圖8所示的示例性SIM、傳感器和數(shù)字網(wǎng)絡系統(tǒng)提供了優(yōu)于現(xiàn)有檢測器配置的明顯改善的效率和配置能力。圖8圖示了傳感器集成才莫塊的示例，其具有所連4姿的(多個)傳感器805和 (多個)傳感器接口 801、信號處理器和中央處理器803、(多個)數(shù)字通信(804)以及電源(806)。以下將討論數(shù)字網(wǎng)絡放射性檢測和識別系統(tǒng)的示例性實施例的發(fā)明特征和優(yōu)勢。然而，假設讀者已經(jīng)具有了對于放射性和傳感器技術的理解。 參見圖8,具有(多個)傳感器的示例性SIM使得能夠連接到包括模擬在內(nèi)的分布式傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)。傳感器805與數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)810和傳感器基礎模塊807通信耦合。每個傳感器被指定以獨立的網(wǎng)絡地址以識別所述傳感器以便進行網(wǎng)絡訪問?！鰠⒁妶D8,在該示例中，數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(810)經(jīng)由有線、無線通信鏈路和.或 其它通信鏈路(816)與每個網(wǎng)絡傳感器設備(805 )通信耦合。所述數(shù)據(jù)收集系 統(tǒng)(810)包括信息處理系統(tǒng)，所述信息處理系統(tǒng)具有收集來自傳感器單元(805 ) 的信4的數(shù)據(jù)通信接口。在該示例中，所收集的信號標識來自每個已經(jīng)檢測到放 射性的傳感器設備的詳細光鐠數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(810)與本地控制器和監(jiān)視器系統(tǒng)(840)通信耦合。所述本 地系統(tǒng)(840)包括信息處理系統(tǒng)，所述信息處理系統(tǒng)包括計算機、內(nèi)存、存儲器， 以及諸如監(jiān)視器上的顯示器和鍵盤或其它用戶輸A/輸出設備之類的用戶接口 。在 該示例中，所述本地系統(tǒng)還包括多通道分析器842和光鐠分析器(843 )。所述多通道分析器(MCA) (842)包括由許多單獨的通道分析器(SCA)所 組成的設備。所述單個通道分析器詢問來自獨立傳感器(805)或傳感器群組的光 譜數(shù)據(jù)。收集光譜圖像或光譜柱狀圖。所述光譜數(shù)據(jù)被光譜分析系統(tǒng)(843 )用來識別存在的目標化學、生物、放射 性、rf與高爆(CBRNE)物品。所述信息處理系統(tǒng)所執(zhí)行的一個功能是光譜分析，其由光鐠分析器(843 )所執(zhí)行以識別一個或多個目標物品。關于目標物品檢測和 識別，光譜分析器(843 )將所存在物品的一個或多個光譜圖像與已知物品數(shù)據(jù)庫(850)中所存儲的一個或多個光譜圖像所標識的已知物品進行比較。通過捕捉目 標物品的多種變化，可以將多個圖像與所存在的目標物品的一個或多個光譜圖像 進行比較。已知數(shù)據(jù)庫(850 )保存所要識別的每個同位素的一個或多個光譜圖像。 這些多個光語圖像標識光譜數(shù)據(jù)各種級別的獲取，從而可以使用從一個或多個傳 感器獲得的各種數(shù)量的光語數(shù)據(jù)來比較和識別目標物品。無"i侖從傳感器獲取的數(shù) 據(jù)量是否小(或者大)，光譜分析系統(tǒng)(843 )都將從傳感器獲取的數(shù)據(jù)與每個待 識別目標物品的一個或多個光譜圖像進行比較。這明顯提升了將從傳感器所獲取 的光譜圖像屬于與每個可能的待識別目標物品的光譜圖像數(shù)據(jù)相匹配的可靠性和 效率。 一旦確定了 (多個)傳感器所檢測的光語數(shù)據(jù)中存在一個或多個可能的目 標物品，所述信息處理系統(tǒng)就能夠?qū)⒛繕宋锲坊旌吓c了進行檢驗的可能物品、貨 物和/或產(chǎn)品進行比較。根據(jù)一個實施例，所述光譜分析系統(tǒng)(843 )包括對所收集數(shù)據(jù)進4亍分析并識 別所存在同位素的信息處理系統(tǒng)和軟件。示例光譜分析軟件系統(tǒng)能夠由多種形式構成，其中一種方法提供所識別同位 素的多重確認。根據(jù)集裝箱內(nèi)容驗證系統(tǒng)的實施例，可用于諸如光譜分析軟件中 的光鐠分析的方法示例包括1 )如美國專利No.6847731中所描述的邊際設置(margin setting)方法；和2 )如發(fā)明人David L. Frank于2006年1月17日提交 的題為"Method For Determination Of Constituents Present From Radiation Spectra And, If Available, Neutron And Alpha Occurrences " 的美國臨時專利申i貪 No.60/759331中所描述的LINSCAN方法(光語線性分析方法)；其共同的全部教 導結杏于此作為參考。通過諸如從中央監(jiān)視位置遠程操作所述系統(tǒng)，可由有限數(shù)目的監(jiān)管人員對大 量地點進行安全監(jiān)視。應當清楚的是，許多不同應用可從支持網(wǎng)絡的傳感器獲益。 例如，如本領域技術人員所應當理解的，與遠程監(jiān)S見系統(tǒng)進行通信的支持叉車網(wǎng) 絡的傳感器單元允許對諸如在港口、鐵路和聯(lián)合運輸車站，以及在船只、飛機、卡車、倉庫和其它承載環(huán)境，以及在城市、公路、運輸系統(tǒng)、地鐵和在這種需要監(jiān)視CBRNE物品和識別CBRNE物品的其它場所對大量應用進行CBRNE檢測和 識別。該支持網(wǎng)絡的監(jiān)視能力(本地和遠程監(jiān)視)以及顯著降低的研發(fā)和運行這 樣的監(jiān)視系統(tǒng)的成本提供了顯著的商業(yè)優(yōu)勢。本發(fā)明的優(yōu)選實施例能夠以硬件、軟件或硬件和軟件的組合來實現(xiàn)。根據(jù)本 發(fā)明優(yōu)選實施例的系統(tǒng)能夠以集中方式在一個計算機系統(tǒng)中實現(xiàn)，或者以不同部 件跨多個互連計算機系統(tǒng)進行分布的分布式方式來實現(xiàn)。任意類型的計算機系統(tǒng) 或者適于執(zhí)行這里所描述的方法的其它裝置都是適合的。硬件和軟件的典型組合 可以是具有計算機程序的通用計算機系統(tǒng)，當被加載和執(zhí)行時，所述計算機程序 控制計算機系統(tǒng)以使得其執(zhí)行這里所描述的方法。敘據(jù)本發(fā)明的實施例還能夠以計算機程序產(chǎn)品來實現(xiàn)，所述計算機程序產(chǎn)品 包括使得能夠執(zhí)行這里所描述的方法的所有特征，并且當在計算機系統(tǒng)中加載時， 其能句多執(zhí)行這些方法。本文中的計算機程序工具或計算機程序意味著任意語言、 代碼或符號的指令集合的任意表示形式，所述指令集合旨在使得具有信息處理能 力的系統(tǒng)直接或者在以下步驟之一或二者之后執(zhí)行特定功能a)轉(zhuǎn)換為另一種語 言、代碼或符號以及b)以不同素材形式進行再現(xiàn)。每個計算機系統(tǒng)可包括一個或多個計算機以及至少一個計算機可讀介質(zhì)，允 許計算機從所述計算機可讀介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)、指令、消息或消息分組以及其它計算 機可娃信息。所述計算機可讀介質(zhì)可包括非易失性存儲器、諸如ROM、閃存、磁 盤驅(qū)動存儲器、CD-ROM和其它持久存儲。此外，計算機可讀介質(zhì)可包括例如易 失性存儲器，諸如RAM、緩沖器、高速緩存和網(wǎng)絡電路。此外，所述計算機可讀 介質(zhì)可包括諸如網(wǎng)絡鏈路和/或網(wǎng)絡接口之類的瞬時狀態(tài)介質(zhì)中的計算機可讀信 息，戶/i述網(wǎng)絡鏈路和/或網(wǎng)絡接口包括允許計算機讀取這樣的計算機可讀信息的有 線網(wǎng)絡或無線網(wǎng)絡。在另一個實施例中，所述SIM對CBRNE傳感器提供支持功能，諸如校準、 同步以及SIM和傳感器健康診斷。需要跨一個或多個模擬/數(shù)字檢測器維護校準信號的能力來向光譜分析軟件提檢測和識別。陣列中多個模擬/數(shù)字傳感器的校準是一個耗時的過程。 一旦已經(jīng)設置的傳感 器，重新校準的能力就是高成本的并且可能需要額外的工程支持。使用自動校準 方法的能力提供了更為有效和有用的傳感器系統(tǒng)。在延長時間內(nèi)維護校準和消除 模擬信號漂移的能力確保了傳感器提供精確的信息。此外，作為自動傳感器測試 功能的一部分的測試傳感器校準精度的能力提供了用于使用自動校準工具的校準驗證和決策。所述SIM還提供了以最小影響來尋址任意商用現(xiàn)有或私有傳感器的 傳感器接口。作為示例，自動校準方法被用來支持放射性傳感器。這是通過使用檢查來源 以使存能夠進行傳感器有意義的校準來實現(xiàn)的，所述傳感器諸如用于捕捉要在同 位素^別中使用的數(shù)據(jù)的伽馬射線閃爍檢測器。以下示例使用i^個來源， 一個用 于針對低端能量源進行校準，第二個用于針對高端能量源進行校準。對陣列內(nèi)的 每個檢測器完成硬件校準并進行歸檔。收集光譜數(shù)據(jù)的軟件設備還能夠執(zhí)行次級 校準以對校準進行微調(diào)以達到極端精度。以下給出了自動傳感器硬件校準的示例。諸如數(shù)個微居里(|iCi)的镅-241 (Am-241)之類的低端來源能夠被用來設置檢測器前置放大器增益并且建立較低 的鑒別閾值(discriminationthreshold)。 Am-241發(fā)射阿爾法和伽馬放射(阿爾法放 射用在AmBe "化學"中子源中)，但是這里我們感興趣的是低能量或"軟"伽馬 射線。Am-241產(chǎn)生具有36 %衰減概率的59.5 KeV的伽馬，以及具有43 %衰減概 率的14KeV的伽馬，即使后者如此微弱，但是那些也能夠穿透^r測器外殼。諸如 數(shù)微居里的銫-137 (Cs-137)來源的示例可被用來以較高伽馬能量馬^正適當?shù)臋z測 器操作。Cs-137 (實際上為衰減產(chǎn)物Ba-137m)發(fā)射具有90%衰減概率的662keV (.662 MeV)的伽馬。處理器控制傳感器設備上的增益。通過軟件對所述增益進 行調(diào)節(jié)以將來自每個檢測器的放射檢測器信號置于特定的校準公差之內(nèi)。使用Am-241和Cs-137檢查來源，所述系統(tǒng)軟件褲序調(diào)整數(shù)字前置放大器增 益以使得Am-241伽馬射線得以校準以匹配為每個來源預先確定的特定光譜標識。在另一示例中，通過使用鎖相環(huán)(PLL)來實現(xiàn)自動增益控制。PLL是將所生成的信號保持在與參考信號的固定相位關系的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)(圖7)。集成電 路能夠保持具有從每秒鐘分數(shù)周期(a fraction of a cycle)到數(shù)千兆赫(many gigahertz) 信號頻率的完整鎖相環(huán)。在用于模擬傳感器的電路中使用PLL限制的模擬信號漂 移。將傳感器信號鎖閉在校準之中的需要對于將要使用傳感器數(shù)椐來識別特定化 學、生物、放射性、核或高爆物品的那些系統(tǒng)是關鍵的。模式識別系統(tǒng)利用已知 物品的光譜標識與傳感器數(shù)據(jù)進行比較。如果傳感器數(shù)據(jù)沒有正確校準并且沒有 保持在校準之內(nèi)，則會對所述模式識別系統(tǒng)有所危害。圖7圖示了用于支持》丈射 性檢測器的示例性PLL電路。PLL —般由置于負反饋配置中的相位檢測器、低通濾波器和壓控振蕩器 (VCO)所構建。在反饋路徑或基準路徑或者其二者中可具有分配器，以便使得 PLL "輸出時鐘是所述基準的有理倍數(shù)。通過以可編程的脈沖呑除計數(shù)器替代反 饋路^中簡單的處以N (divide-by-N)計數(shù)器，可能獲得PLL之夕卜的基準頻率的 分數(shù)倍數(shù)。所述振蕩器生成周期性的輸出信號。假設所述振蕩器最初基本處于與基準信 號相同的頻率。接著，如果來自所述振蕩器的相位下降到所述基準以下，則相位 檢測翁使得電荷泵改變控制電壓，從而加速所述振蕩器。類似地，如果所述相位 提高到所述基準以上，則所述相位檢測器使得電荷泵改變控制電壓以使得所述振 蕩器減速。低通濾波器對來自所述電荷泵的突發(fā)控制輸入進行平滑。由于所述振 蕩器最初可能遠離基準頻率，所以實際上相位檢測器還對頻率進行響應以便提高 允許輸入的鎖相范圍(lock-in range )。在另 一個實施例中，通過兩種方法來執(zhí)行自動4交準騶、〖正。第一種方法測試包 括4企測器在內(nèi)的整個系統(tǒng)。第二種方法是部分測試，其使用預定傳感器輸出信號 來-3H正支持檢測器的模擬電路。在另 一個實施例中，通過對針對輸入光譜信號所建立的基準信號進行分析來 執(zhí)行自動校準。軟件確定基準信號處于適當排列中。所^述軟件能夠基于對所述基 準信號的分析來調(diào)整柱狀圖中的光語數(shù)據(jù)。所述軟件還能夠通過數(shù)字電位計將調(diào) 整指向檢測器電壓并且具有對連接到所述檢測器的模擬接口模塊執(zhí)行調(diào)整的能力。在另一個實施例中，傳感器集成模塊(SIM)使得可互換的傳感器接口模塊能 夠包含于子板上。所支持的傳感器可以是化學、生物、放射性、核與高爆傳感器。 例如見圖6。SIM的以下示例以基于可互換子板上所包含的模擬傳感器接口而向放射性檢 測器提供開放接口的設計為J^出。模擬部分負責對才企測器輸出進行放大和整形， 并且將模擬脈沖轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)字部分讀取所述數(shù)字信號，檢測輸入脈沖的 峰值并且通過通信路徑將峰值數(shù)據(jù)發(fā)送到執(zhí)行光譜分析的處理器(圖2 )。所述SIM使用諸如Altera Cyclone II FPGA之類的處理器。嵌入式Nios II處理 器可被置于Cyclone FPGA之內(nèi)。所述Nios處理器可具有以太網(wǎng)控制器和TCP/IP 棧以允許其與網(wǎng)絡進行通信(見圖3 )。將FPGA和傳感器處理器的功能組合到單個FPGA中具有許多優(yōu)點。在這種 新的設計中，消除了處理器和FPGA之間的通信管理費用。此外，由于Nios處理 器與峰值檢測器處于相同芯片上，所以所述Nios能夠管理檢測器峰值數(shù)據(jù)傳輸以 優(yōu)化網(wǎng)絡帶寬?？蓪⑼獠靠焖賁RAM對接到FPGA以確保所需的內(nèi)存容量并且使 得能夠支持擴展數(shù)目的傳感器。嵌入式Nios處理器還能夠通過網(wǎng)絡對FPGA的配 置進行管理和更新，允許單元在現(xiàn)場自動升級?？蓪?shù)摸轉(zhuǎn)換器集成到所述系統(tǒng) 中以便進行自測。數(shù)字電路將使用所述數(shù)摸轉(zhuǎn)換器向其自身發(fā)送測試脈沖以確保 所有電子設備正常工作。Cyclone FPGA能夠通過一般I/O接口與模擬電路進行對接。如圖4所示，所 述FPGA的I/O管腳可連接至SIU上的一系列連接器。所述連接器能夠支持足夠 多的I/O管腳以允許所述FPGA同時與多達24個檢測器進行對接。所述模擬或數(shù)字電賴4皮設計為可作為子卡與SIM進行對接的獨立電路板(圖 2)。隔離模擬電路可有助于降低噪聲，并且允許更多的通用接口連接到數(shù)字電路。通過使用到數(shù)字硬件的通用接口，能夠?qū)⒃S多檢觀'i器對接到SIM而無需重新 設計所述SIM。所述子卡上將包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從而新型模擬檢測器能夠輕易地 對接到所述SIM。對于每個新檢測器或檢測器群組而言，僅需要對新的模擬子卡進行設計以便對接到所述SIM。例如，能夠像支持8Nal和4CZT檢測器的子卡那 樣輕易地連接支持6 Nal和6 CZT檢測器的子卡。所述子卡允許設計具有4艮大的靈 活性，從而整個子卡能夠僅專用于Nal或CZT傳感器，或者子卡可被設計為具有 Nal和CZT的混合?？赏ㄟ^設計定制模擬子板將新型檢測器(化學、生物、放射性、核與高爆) 對接到SIM。無需重新設計所述SIM以適應這些新;險測器。對于所述SIM僅有的 修改在于可能的固件更新。這將允許簡單地將新;險測器插入新的子板中并更新 FPGA固件而利用新檢測器使得系統(tǒng)在現(xiàn)場被重新適配、修復或升級。該設計可包括若干FPGA子板配置，其出于冗余的目的而并行獨立工作。如 圖5所示,單獨的SIU能夠支持均連接到專用子卡的若干個FPGA。如果特定FPGA 或子卡出現(xiàn)故障，其它的FPGA-子卡系統(tǒng)將繼續(xù)正常工作。每個FPGA還可以與 兩個以太網(wǎng)(TCP/IP)的端口進行對接，以防其中一個以太網(wǎng)端口出現(xiàn)故障。所迷SIM可以放置在裝有Nal, CZT，中子檢測器和電源單元板的傳感器盒子 中，或者設置成獨立的模塊(stand-alone module)。 該控制板的(多個)以太網(wǎng)端 口可以連接到內(nèi)部的路由器。出于冗余的目的，該傳感器可以有兩個或者多個以 太網(wǎng)螆口連接到網(wǎng)絡上。在另一個實施例中，所述SIM結合有電源單元以支持(多個)傳感器。通過 SIM遒信鏈路對所述電源進行遠程控制以使得能夠?qū)?多個)傳感器的功率輸入 進行數(shù)字調(diào)整。雖然已經(jīng)公開了本發(fā)明的特定實施例，但是本領域技術人員將會理解的是， 能夠?qū)λ鎏囟▽嵤├M行修改而不會背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明 的范^并不被限制為所述特定實施例，所附權利要求旨在覆蓋處于本發(fā)明范圍之 內(nèi)的任何和所有這些應用、》務改和實施例。
權利要求
1.一種傳感器接口系統(tǒng)，其用于與一個或多個能夠感測化學、生物、放射性、核與高爆(CBRNE)物品的傳感器的集合進行對接，所述傳感器接口系統(tǒng)包括一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口，用于與以下傳感器進行對接化學傳感器；生物傳感器；放射性傳感器；核傳感器；和高爆傳感器；用于將來自模擬傳感器的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號-數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口相耦合；信號處理器和中央處理器，其與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口相耦合并且與所述模擬信號-數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器相耦合，用于接收并處理來自所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口的信號；通信設備，其與所述信號處理器和中央處理器相耦合，用于將表示來自與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口耦合的一個或多個傳感器的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)耦合到通信網(wǎng)絡；與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口中的每一個相關聯(lián)的獨立TCP/IP地址，并且其用于提供分別對表示來自與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口耦合的一個或多個傳感器中每一個的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡訪問；電壓提供模塊，其與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口相耦合，用于支持分別連接到所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口的一個或多個傳感器，并且利用軟件控制來調(diào)整用于校準所述一個或多個傳感器的功率；軟件控制接口，其與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口中的每一個相耦合并且與所述信號處理器和中央處理器相耦合，用來將軟件控制耦合到所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口以對與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口相耦合的傳感器進行校準；數(shù)字數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口通信耦合，用于收集來自所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口的傳感器數(shù)據(jù)；多通道分析器系統(tǒng)，其與所述數(shù)字數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)通信耦合，用于準備所搜集的傳感器數(shù)據(jù)的柱狀圖；光譜分析系統(tǒng)，其與所行速多通道分析器系統(tǒng)和所述數(shù)字數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)通信耦合，用于接收和分析所收集的傳感器數(shù)據(jù)以檢測放射性并且識別與所述傳感器數(shù)據(jù)相關聯(lián)的一個或多個目標物品；第一數(shù)據(jù)存儲器件，用于存儲表示由所述光譜分析系統(tǒng)所使用的化學、生物、放射性、核與高爆(CBRNE)物品光譜的數(shù)據(jù)，其中存儲在第一數(shù)據(jù)存儲單元中的一個或多個光譜圖像表示每個CBRNE物品，所述第一數(shù)據(jù)存儲器件與所述光譜分析系統(tǒng)通信耦合；信息處理系統(tǒng)，其與所述光譜分析系統(tǒng)通信耦合，用于分析所識別的一個或多個目標CBRNE物品并確定它們所表示的可能物品或貨物；和第二數(shù)據(jù)存儲器件，用于存儲表示與被測集裝箱或目標相關的貨單的數(shù)據(jù)，所述第二數(shù)據(jù)存儲器件與所述信息處理系統(tǒng)通信耦合，所述信息處理系統(tǒng)進一步用于將所確定的可能物品或貨物和與被測集裝箱或目標相關的貨單進行比較以確定所述被測集裝箱或目標內(nèi)是否包含未授權物品或貨物。
2. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接 口安裝在一個子板上。
3. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個數(shù)字和/或才莫擬傳感器接 口的至少 一個用于與中子、阿爾法粒子或貝塔粒子中任意類型的 一個或多個放射 性傳感器進行連接。
4. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感H^妄 口的至少一個用于直接與化學、生物或高14全測器中任意類型的一個或多個檢測 器進行連接。
5. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口和所述電壓供電模塊進行組合并集成到檢測器設計中以提供用于檢測化學、生 物、放射性、核與高爆物品的支持網(wǎng)絡的傳感器接口。
6. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括至少一個無線或有線通信系統(tǒng)以經(jīng) 由使用TCP/IP地址的網(wǎng)絡訪問將所述數(shù)字數(shù)據(jù)從與一個或多個放射性傳感器相 耦合的 一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口傳送到所述數(shù)字數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。
7. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接 口和所述電壓供電模塊進行組合并集成到檢測器設計中以提供用于檢測化學、生 物、放射性、核與高爆物品的支持網(wǎng)絡的傳感器接口，并且進一步包括放射源，其集成到所述支持網(wǎng)絡的傳感器接口中，可以連續(xù)或周期性地向放用于校準放射性檢測器的基準信號。
8. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接 口和所述電壓供電模塊進行組合并集成到檢測器設計中以提供用于檢測化學、生 物、放射性、核與高爆物品的支持網(wǎng)絡的傳感器接口，并且進一步包括i聯(lián)網(wǎng)通信接口 ，其與所述支持網(wǎng)絡的傳感器接口相耦合以提供網(wǎng)絡檢測 器，其中多個用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)連接到所述支持網(wǎng)絡的傳感器接口并且能夠從與 所述史持網(wǎng)絡的傳感器接口相耦合的放射性檢測器獲取數(shù)字數(shù)據(jù)。
9. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器 接口耦合的一個或多個放射性傳感器連續(xù)或有選擇地向微量級的^:射物品進行 暴露以提供用于放射傳感器校準的基準信號。
10. 如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述多通道分析器系統(tǒng)使用與所述一個或多個放射性傳感器相關聯(lián)的基準信號來調(diào)整從所述一個或多個放射性傳感器收集的放射數(shù)據(jù)以獲取所收集放射數(shù)據(jù)的適當校準。
11. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述光譜分析系統(tǒng)通過使用計算機程序產(chǎn)品上用于向信息處理系統(tǒng)提供指令的軟件來分析所收集的傳感器數(shù)據(jù)以檢測和識別與所檢測傳感器數(shù)據(jù)相關聯(lián)的一個或多個CBRNE物品。
12. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，進一步包括網(wǎng)絡服務器，其與所述信號處理器和中央處理器、所述數(shù)字數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、所述多通道分析器系統(tǒng)和所述光譜分析系統(tǒng)通信耦合以使得一個或多個用戶能夠通過網(wǎng)絡從所述網(wǎng)絡服務器訪問與以下至少一個相關的信息表示來自一個或多個傳感器的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)，對于所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口的軟件控制，所收集的傳感器數(shù)據(jù)、柱狀圖數(shù)據(jù)，以及放射性檢測和與所收集的傳感器數(shù)據(jù)相關聯(lián)的一個或多個目標物品的識別。
13. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括TCP/IP網(wǎng)絡通信接口，用于經(jīng)由TCP/IP通信協(xié)議與通信設備進行網(wǎng)絡通信。
14. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述通信設備提供開放通信接口以使得能夠經(jīng)由任意的傳統(tǒng)網(wǎng)絡通信協(xié)議與另 一個聯(lián)網(wǎng)設備進行網(wǎng)絡通信。
15.如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中峰值檢測器集成到所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口的至少一個中以用于所述多通道分析器系統(tǒng)根據(jù)所收集的傳感器數(shù)據(jù)識別所;險測的能量范圍。
16.如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中峰值檢測器碼成到所述多通道分析器系統(tǒng)中以根據(jù)所收集的傳感器數(shù)據(jù)識別所檢測的能量范圍。
17. —種傳感器集成才莫塊，其用于耦合一個或多個能夠感測化學、生物、放射性、核與高爆(CBRNE)物品的傳感器的集合與收集和處理所述傳感器數(shù)據(jù)的傳感器數(shù)據(jù)分析器系統(tǒng)之間的傳感器數(shù)據(jù)以識別與所述傳感器數(shù)據(jù)相關聯(lián)的一個或多個CBRNE物品，所述傳感器集成模塊包括一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口，用于與以下傳感器進行對接化學傳感器；生物傳感器；放射性傳感器；核傳感器；和高爆傳感器；用于將來自模擬傳感器的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號-數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,t其與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口相耦合；'信號處理器和中央處理器，其與所述一個或多個數(shù)字和/或才莫擬傳感器"l妄口相耦合并且與所述模擬信號-數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器相耦合，用于接收并處理來自所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口的信號；通信設備，其與所述信號處理器和中央處理器相耦合，用于將表示來自與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口耦合的一個或多個傳感器的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)耦合到通信網(wǎng)絡；與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口中的每一個相關聯(lián)的獨立TCP/IP地址，并且其用于提供分別對表示來自與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口耦合的 一個或多個傳感器中每一個的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡訪問，并且其中傳感器數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)能夠經(jīng)由通信網(wǎng)絡與所述傳感器集成^^莫塊通信耦合以通過所述通信網(wǎng)絡經(jīng)由TCP/IP通信收集表示來自一個或多個傳感器中每一個的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)并對其進行分析；電壓提供模塊，其與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口相耦合，用于支持分別連接到所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口的 一個或多個傳感器，5并且利用軟件控制來調(diào)整用于校準所述一個或多個傳感器的功率；軟件控制接口 ，其與所述一個或多個數(shù)字和/或模擬傳感器接口中的每一個.相耦合并且與所述信號處理器和中央處理器相耦合，用來將軟件控制耦合到所述 一個或多個數(shù)字和/或才莫擬傳感器4妄口以對與所述一個或多個凄t字和/或才莫擬傳感 器接口相耦合的傳感器進行校準。
18. 如權利要求17所述的傳感器集成模塊，進一步包括: 互聯(lián)網(wǎng)通信接口，其與所述通信設備通信耦合以提供網(wǎng)絡檢測器，其中多個 用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)連接到所述傳感器集成模塊以獲取表示來自 一個或多個傳感 器中每一個的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)，以便由遠程定位的傳感器數(shù)據(jù)分析器對所述數(shù)字 數(shù)據(jù)進行處理和反洗以遠程識別與所述傳感器數(shù)據(jù)相關聯(lián)的一個或多個目標 CBRNE物 品。
19. 如權利要求18所述的傳感器集成模塊,其中所述傳感器集成模塊提供表 示來自一個或多個傳感器中每一個的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)，所述數(shù)字數(shù)據(jù)包括用于遠 程定位的傳感器數(shù)據(jù)分析器對所識別的一個或多個目標CBRNE物品進行光譜分 析并且確定它們所表示的可能物品或貨物的信息。
全文摘要
一種傳感器接口和傳感器集成模塊支持獨立傳感器和傳感器陣列，當在用于化學、生物、放射性、核與高爆(CBRNE)材料識別的現(xiàn)場應用中采用時，具有模擬和數(shù)字傳感器所需的網(wǎng)絡連接性和關鍵功能。所述傳感器集成模塊使得能夠使用模塊化的傳感器接口單元對單個傳感器進行有效集成或者將多個傳感器集成到陣列中，并且為每個檢測器部件提供獨立的TCP/IP地址，為傳感器數(shù)據(jù)提供信號處理并且提供將每個檢測器和傳感器陣列建立為分布式網(wǎng)絡上的網(wǎng)絡部件的通信功能。
文檔編號G06Q50/00GK101632099SQ200780050013
公開日2010年1月20日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權日2007年1月17日
發(fā)明者大衛(wèi)·L·弗蘭克 申請人:創(chuàng)新美國科技有限公司;大衛(wèi)·L·弗蘭克