專利名稱：一種物質(zhì)檢測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)對(duì)象是否存在異物或原有物的方法及系統(tǒng)，具體涉及一種采用并行模式光譜法增加檢測(cè)速度的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
迫切需要高速非入侵方式來(lái)分析或篩檢人體或其他對(duì)象中存在的異物或原有物。異物包括但不限于爆炸物及其前體和中間體化學(xué)品及其前體和中間體藥物及其前體和中間體生化武器及其前體和中間體細(xì)菌、病毒和其他生物預(yù)期原有物包括可能夾雜異物的物質(zhì)，但不限于藥物及其前體和中間體化學(xué)品及其前體和中間體食物和食物產(chǎn)品,及其前體和中間體在解決對(duì)象是否存在異物的前述分析要求方面，過(guò)去已進(jìn)行若干分析和篩檢技術(shù)的開(kāi)發(fā)嘗試，然而，由于種種原因，這類嘗試均力度不夠，比如，反向散射X射線、中子活化、質(zhì)譜儀(若干種類)和毫米波成像。這些技術(shù)不是采用電離輻射，依賴于蒸汽檢測(cè)，就是采用入侵成像技術(shù)。入侵成像技術(shù)雖然能“看”穿衣物，但卻嚴(yán)重受限，容易產(chǎn)生虛假正向結(jié)果或虛假負(fù)向結(jié)果?，F(xiàn)有毫米波技術(shù)已包含成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)有所受到爭(zhēng)議，原因是系統(tǒng)操作員能夠“看穿”人們的衣服，判斷是否藏有任何物體。許多人覺(jué)得這些裝置嚴(yán)重侵犯隱私，此夕卜，這些裝置的一項(xiàng)嚴(yán)重弊端還在于其辨別各種炸藥或禁運(yùn)物的能力有限。另一相關(guān)領(lǐng)域是檢測(cè)空氣傳染病。經(jīng)常搭乘大容量噴氣式飛機(jī)全球旅行的群體，其面臨的最大威脅之一便是易感染空氣傳染病。若旅客搭乘兩次或兩次以上中轉(zhuǎn)的航班，可能會(huì)使許多人感染傳染病，如此，不僅使病源極難追蹤，同時(shí)還存在疾病流行擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。很明顯，搭乘直航航班的傳染病旅客也會(huì)帶來(lái)巨大風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樵诤叫星昂秃叫衅陂g，還是有許多乘客會(huì)傳染疾病，然后，在接下來(lái)的傳染潛伏期，這些受傳染的乘客會(huì)傳染其他乘客。光譜法是一項(xiàng)具有諸多優(yōu)勢(shì)的分析篩檢技術(shù)，然而，由于以串行方式采集數(shù)據(jù)，該過(guò)程速度通常較慢。最好能有一種光譜法及系統(tǒng)能針對(duì)篩檢目的(諸如上述)而進(jìn)行接近于實(shí)時(shí)的操作。有許多申請(qǐng)針對(duì)這種檢測(cè)對(duì)象是否存在異物的系統(tǒng)。對(duì)象存在異物的例子有炸藥或炸藥成分、違禁品、生化武器、藥物、被加工的食品中的污染物、合法化工產(chǎn)品中的污染物、與人和動(dòng)物疾病相關(guān)的材料。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)具備原有物和可能具備異物的對(duì)象，本發(fā)明優(yōu)先提供一種利用并行模式光譜法檢測(cè)原有物或異物或原有物與異物的方法。所述方法包含(I)并行模式數(shù)據(jù)采集，(2)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化，以及(3)提供結(jié)果。并行模式數(shù)據(jù)采集包括產(chǎn)生探詢信號(hào)，所述探詢信號(hào)同時(shí)包含IOGHz左右至25THz左右充足帶寬的電磁輻射，以便能同時(shí)以多個(gè)頻率檢測(cè)多個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)具有一定的幅度，這些信號(hào)共同產(chǎn)生待檢物質(zhì)的特有光譜特征。對(duì)象與任何相關(guān)異物暴露于所述探詢信號(hào)，引起信號(hào)與對(duì)象以及任何相關(guān)異物之間相互作用，探詢信號(hào)與對(duì)象以及任何相關(guān)異物之間相互作用所產(chǎn)生的修改信號(hào)由此檢測(cè)出來(lái)。信號(hào)處理和 數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化包括處理上述產(chǎn)生的信號(hào)，用于制定所述對(duì)象至少任何相關(guān)異物或原有物的三維數(shù)據(jù)矩陣代表。提供代表相關(guān)已知生物或化學(xué)物質(zhì)的參考數(shù)據(jù)庫(kù)。采用相關(guān)技術(shù)將數(shù)據(jù)矩陣與參考庫(kù)相比較，以便產(chǎn)生至少一個(gè)相關(guān)峰，與參考庫(kù)數(shù)據(jù)中至少一種相關(guān)異物或原有物相對(duì)應(yīng)。提供上述比較的結(jié)果。上述方法提供了一種能接近于實(shí)時(shí)對(duì)對(duì)象進(jìn)行異物或原有物檢測(cè)操作的光譜法。


圖I給出了實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選系統(tǒng)的方框圖。圖2給出了圖I探詢輻射源中可采用的柱形史密斯-珀塞耳增強(qiáng)式磁絕緣線性振蕩器的主要橫剖面圖，所示的柵極44為部分剖視圖。圖3給出了史密斯一珀塞耳射頻產(chǎn)生過(guò)程的現(xiàn)有技術(shù)演繹。圖4針對(duì)圖2探詢輻射源相關(guān)史密斯一珀塞耳射頻產(chǎn)生，以簡(jiǎn)化形式給出了電子束與平面光柵及柱形光柵的關(guān)系。圖5給出了圖I系統(tǒng)中可采用的離軸反射束校正準(zhǔn)光學(xué)元件，該圖部分為方框圖，部分為橫剖面圖。圖6給出了圖I系統(tǒng)探詢輻射源可采用的冷陰極場(chǎng)發(fā)射三極管的配套電流調(diào)節(jié)器電路。圖7給出了圖I系統(tǒng)探詢輻射源可采用的漂移管內(nèi)表面的電磁光柵面橫剖面圖。圖8為圖7中標(biāo)注圖8的圓形部分的放大詳圖，沒(méi)有以比例顯示。圖9給出了現(xiàn)有技術(shù)串行模式光譜法的方框圖。圖10給出了圖I系統(tǒng)中可采用的并行模式光譜法的方框圖。圖11給出了圖I系統(tǒng)中可采用的熒光光譜法方案的示意圖。圖12給出了圖I系統(tǒng)可采用的合成圖的二維數(shù)據(jù)矩陣陣列代表。圖13給出了圖I系統(tǒng)中可用作光相關(guān)器的光學(xué)相關(guān)信號(hào)處理器的俯視圖。圖14給出了描述閾值操作的圖。圖15-19給出了圖I系統(tǒng)顯示器中可采用的若干可能的操作界面控制面板。
具體實(shí)施例方式發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明本文采用的各種定義如下定義探詢輻射源本文中，“探詢輻射源”是指寬帶電磁輻射，所述寬帶電磁輻射同時(shí)包含IOGHz左右至25THz左右充足帶寬的電磁輻射，以便能同時(shí)以多個(gè)頻率檢測(cè)多個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)具有一定的幅度，這些信號(hào)共同產(chǎn)生待檢物質(zhì)的特有光譜特征。寬帶表達(dá)一個(gè)信號(hào)的帶寬，涉及其中心頻率。本文中，“寬帶”定義為相對(duì)于最高頻率而言，頻率高于中心頻率的25%的信號(hào)。異物本文中，“異物”是指對(duì)象的相關(guān)不利物質(zhì)，比如，炸藥、非法藥物、化學(xué)生物 制劑、食品污染物、化學(xué)污染物、藥物污染物、疾病相關(guān)物質(zhì)，以及病原體，包括但不限于病毒、細(xì)菌、蛋白質(zhì)、朊病毒、真菌、孢子。異物可具備多種成分，因此取得的光譜特征反映出多種成分以及每種成分的量。物質(zhì)本文中，“物質(zhì)”可包含單種物質(zhì)或多種物質(zhì)。對(duì)象本文中，“對(duì)象”是指可能具備或者可能沒(méi)有與其相關(guān)的異物的實(shí)體。上下文中，對(duì)象的例子包括但不限于人、人和衣物或行李、食物、車輛、藥物、化學(xué)品、動(dòng)物和生物實(shí)體。一個(gè)“對(duì)象”可指單個(gè)實(shí)體(比如，人)，也可包括多個(gè)實(shí)體(人和其穿著的衣物)。原有物本文中，“原有物”是指除異物外，構(gòu)成上述對(duì)象的物質(zhì)。原有物可具備多種成分，因此取得的光譜特征反映出多種成分以及每種成分的量。比如，相關(guān)于由一名人員和該人員所穿衣物組成的對(duì)象，其中篩檢炸藥時(shí)，該人員及其所穿衣物無(wú)害。又比如，相關(guān)于由一輛汽車組成的對(duì)象，其中在篩檢炸藥時(shí)，有許多無(wú)害成分被視為原有物。異物或原有物本文中，“異物或原有物”或類似短語(yǔ)是指異物或原有物，或同時(shí)包含異物和原有物，但上下文另行要求的情況除外。具備在提及對(duì)象“具備”異物或原有物的應(yīng)用中，“具備”在本文中是指所述對(duì)象直接或間接物理支承或含有所述物質(zhì)。比如，異物可包含人衣物中所含的炸藥反應(yīng)物，其中，該名人員及其任何無(wú)害的衣物(I)共同組成受試對(duì)象，(2)當(dāng)篩檢炸藥時(shí)，被視為原有物，又比如，對(duì)象自身所含物質(zhì)，例如，人體所帶的細(xì)菌或病毒等異物，或一塊紅肉或雞肉中所含的沙門氏菌等污染物。共振探詢信號(hào)本文中，共振探詢信號(hào)是指其一個(gè)或多個(gè)頻率處于可能存在的異物的共振頻率的探詢信號(hào)。所述共振頻率可與(比如)可能存在的異物的振動(dòng)躍遷、轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷或其他已知分子躍遷相關(guān)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖I給出了采用并行模式光譜法對(duì)具備原有物和可能具備異物的對(duì)象12進(jìn)行異物或原有物檢測(cè)的系統(tǒng)10。總的來(lái)講，采用探詢輻射源14將受試對(duì)象12暴露于探詢電磁(“EM”)輻射16。在穿透對(duì)象12后，輻射18帶有所述對(duì)象和(如需)任何異物(如有)的光譜特征，然后，檢測(cè)系統(tǒng)20對(duì)所述異物進(jìn)行檢測(cè)。光相關(guān)器24執(zhí)行各種功能，包括信號(hào)預(yù)處理、最好采用減法的相關(guān)性操作以及閾值操作。開(kāi)展這些操作的目的是為了辨別對(duì)象、原有物和任何存在的異物之間的光譜特征。主機(jī)26與探詢輻射源14、檢測(cè)系統(tǒng)20及光相關(guān)器24相互作用，同時(shí)也顯示輸出數(shù)據(jù)。
操作模式圖I的系統(tǒng)在各種模式的操作，下文將給出更為詳盡的說(shuō)明，包括但不限于異物分析模式在此模式下，對(duì)受試對(duì)象12進(jìn)行分析，確定對(duì)象是否存在異物，以及其數(shù)量或者與數(shù)據(jù)庫(kù)參考光譜特征相比而言的數(shù)量。原有物篩檢模式在此模式下，對(duì)受試對(duì)象12進(jìn)行篩檢，確定對(duì)象是否存在原有物，以及其數(shù)量或者與數(shù)據(jù)庫(kù)參考光譜特征相比而言的數(shù)量。該模式的子集涉及將受試對(duì)象12與沒(méi)有異物的已知參考對(duì)象相比。相繼操作模式本發(fā)明的系統(tǒng)(如圖I)可采用相繼模式操作。比如，相繼模式首先將對(duì)象12與參考對(duì)象相比較(如上所述)，然后，如果對(duì)象與參考對(duì)象不匹配，則采用異物分析操作模式。同時(shí)分析模式該模式對(duì)受試對(duì)象12同時(shí)分析或篩檢原有物和異物。“同時(shí)分析 模式”中采用的“同時(shí)” 一詞是指對(duì)對(duì)象同時(shí)探詢?cè)形锖彤愇锏耐瑫r(shí)性，不涉及光相關(guān)器24進(jìn)行的后續(xù)光學(xué)相關(guān)過(guò)程，所述必需的后續(xù)光學(xué)相關(guān)過(guò)程必須采用串行方式開(kāi)展。熒光模式在該模式下，檢測(cè)異物或原有物的方式為采用第一個(gè)頻率探詢受試對(duì)象12，該頻率被公認(rèn)為會(huì)以第二個(gè)共振頻率在異物或原有物中激發(fā)第二輻射，所述異物或原有物以上述第二個(gè)共振頻率共振。在該模式下，一般而言，僅處于第二個(gè)共振頻率的信號(hào)才是檢測(cè)對(duì)象。學(xué)習(xí)模式在該模式下，為了創(chuàng)建后續(xù)對(duì)象分析或篩檢所用的矩陣數(shù)據(jù)庫(kù)或?yàn)榱颂砑拥较惹按嬖诘木仃嚁?shù)據(jù)庫(kù)，本發(fā)明的系統(tǒng)(比如圖I中的10)對(duì)已知物質(zhì)進(jìn)行分析或掃描。下文說(shuō)明在下列方面詳述了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的方框I : 探詢輻射源14 受試對(duì)象12 檢測(cè)系統(tǒng)20 光學(xué)相關(guān)處理器24的功能。信號(hào)再處理。相關(guān)性操作■減法操作。閾值操作 主機(jī)和顯示器26提供輸出數(shù)據(jù)探詢輻射源14在圖I中，受試對(duì)象12和任何異物暴露于上述定義的寬帶探詢輻射源14產(chǎn)生的探詢信號(hào)，從而，探尋信號(hào)與對(duì)象相互作用。圖2給出了探詢輻射源14的優(yōu)選裝置30。所述優(yōu)選裝置是利用柱形史密斯一珀塞耳結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的磁絕緣線性振蕩器。本文將所述結(jié)構(gòu)最準(zhǔn)確地定義為柱形史密斯一珀塞耳增強(qiáng)式磁絕緣線性振蕩器30(CSP-MIL0)，下文給出了一些詳情。下文討論了圖2裝置30的更多詳情。S. J. Smith和E. M. Purcell，“可見(jiàn)光從局部表面電荷移過(guò)光柵”，《物理學(xué)評(píng)論》92，1069 (1953)，該文首先對(duì)史密斯一珀塞耳效應(yīng)進(jìn)行了說(shuō)明。史密斯和珀塞耳告訴我們，當(dāng)電子經(jīng)過(guò)金屬衍射光柵表面附近，垂直于刻線移動(dòng)時(shí)，光柵表面感應(yīng)電荷的周期運(yùn)動(dòng)應(yīng)產(chǎn)生輻射。圖3源自于上文內(nèi)容，給出了史密斯一珀塞耳射頻產(chǎn)生過(guò)程。該圖具體給出了簡(jiǎn)單的惠更斯作圖，其中基波長(zhǎng)為I (I/β -cos Θ )，I是刻線之間的距離，β通常代表v/c (其中，V是電子束速度，c是光速)，Θ是電子運(yùn)動(dòng)方向和光射線之間的角度。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，史密斯一珀塞耳效應(yīng)并非極為有效，原因是由于史密斯和珀塞耳描述的正切幾何結(jié)構(gòu)，被帶到適當(dāng)接近光柵面的電子數(shù)量有限。圖4給出了就史密斯-珀塞耳射頻產(chǎn)生而言，裝置34中電子束與平面(現(xiàn)有技術(shù))的關(guān)系或裝置36中電子束與柱形光柵的關(guān)系。由于圖4是簡(jiǎn)化圖，因此，重要的是要注意電子束(E束)與柱形光柵整個(gè)內(nèi)表面接觸。2008/0063132 Al號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公布說(shuō)明書中，本發(fā)明的發(fā)明人所述的柱形史密斯-珀塞耳變體具備以下重要優(yōu)勢(shì)橫剖面2、圖7和圖8中，電子束的整個(gè)表面與漂移管40內(nèi)表面上刻劃的柱形光柵38的內(nèi)表面接觸。相較于傳統(tǒng)平面史密斯-珀塞耳裝置，這將射頻產(chǎn)生效率提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。注意，通過(guò)對(duì)所述漂移管40 (圖2、圖7和圖8)施加適當(dāng)電荷，可使電子束與漂移管內(nèi)表面上的柱形光柵38表面緊密接觸。所需電壓與形成電子束所采用的電壓成正比。 圖2中，陰極42和柵極44形成行波電子槍46，形成電子束，在電子束經(jīng)過(guò)增強(qiáng)漂移管的軌道上，所述電子束朝陽(yáng)極48加速。比如，透明射頻輻射窗口 50覆于陽(yáng)極48上，所述窗口提供了真空密封以及能讓CSP-MILO裝置30發(fā)射射頻的裝置。將電子束外徑和漂移管/光柵內(nèi)徑調(diào)節(jié)到大致一樣，以確保電子束外表面與光柵面緊密接觸，但不要過(guò)于接觸而使電子束毀壞光柵。這些見(jiàn)解涉及圖4的上述說(shuō)明。上述結(jié)構(gòu)產(chǎn)生發(fā)散電磁束。如圖5所示，這可通過(guò)采用離軸拋物面式反射器54校正為部分準(zhǔn)直束或完全準(zhǔn)直束、或部分聚焦束或完全聚焦束52。所述電磁束校正是采用反射器54反射兀件的準(zhǔn)光學(xué)過(guò)程。圖2中，電子束和CSP-MILO裝置30諧振腔區(qū)段56進(jìn)行附加相互作用。陽(yáng)極48和電子槍46端部之間發(fā)生振蕩，引起電子通過(guò)漂移管40來(lái)回振蕩。這具備下列效應(yīng)(a)加寬帶寬，(b)為輻射射頻確立更低的頻率，(c)通過(guò)讓電子與光柵反復(fù)相互作用，增加史密斯一拍塞耳過(guò)程的效率。由于光柵的閃耀角，射頻僅通過(guò)窗口 50向一個(gè)方向發(fā)射。CSP-MILO裝置30的頻率可以兩種方式控制，(I)通過(guò)粗調(diào)，以及(2)通過(guò)精調(diào)?？梢酝ㄟ^(guò)控制裝置30腔56的尺寸和光柵38的尺寸及幾何結(jié)構(gòu)，完成粗調(diào)?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)史密斯-珀塞耳效應(yīng)的相關(guān)高電壓，完成精調(diào)。CSP-MILO裝置30最好設(shè)計(jì)成此種類型其輸出信號(hào)或探詢輻射16 (圖I)構(gòu)成寬帶電磁輻射，所述寬帶電磁輻射同時(shí)包含IOGHz左右至25THz左右充足帶寬的電磁輻射，以便能同時(shí)以多個(gè)頻率檢測(cè)多個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)具有一定的幅度，這些信號(hào)共同產(chǎn)生待檢物質(zhì)的特有光譜特征。對(duì)于探詢輻射16 (圖I)而言，ITHz以上的頻率范圍提供了一種特有的物質(zhì)低頻振動(dòng)模式光譜探詢。各種分子性質(zhì)，從蛋白質(zhì)與多聚核苷酸的三維結(jié)構(gòu)到臭氧的消耗機(jī)制，其特征均在于模態(tài)光譜。此類針對(duì)于分子的光譜需要(a)約2MHz或以下的光譜分辨率來(lái)提供十億分之幾(I X 109)的分辨率、(b)涵蓋至數(shù)THz的光譜范圍和(c)頻率可調(diào)諧性。圖6展示了電流調(diào)節(jié)器的電路90，其可用于調(diào)節(jié)CSP-MILO裝置30 (圖2)的功率，其調(diào)節(jié)方法在一定程度上類似于低壓電源中經(jīng)典的雙FET (場(chǎng)效應(yīng)晶體管)電路調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方法。在圖6中，本發(fā)明的發(fā)明人及其他人在電流調(diào)節(jié)器電路90的應(yīng)用中使用了冷陰極場(chǎng)發(fā)射三極管92和100，這兩個(gè)三極管的構(gòu)造中均可包含脈沖管，正如題為《高壓開(kāi)關(guān)管》的美國(guó)專利第4，950，962號(hào)中所公開(kāi)的那樣。圖6中的電流調(diào)節(jié)器解決了本設(shè)計(jì)所考慮的電壓或電流體系中沒(méi)有能夠運(yùn)作的固態(tài)真空管裝置或傳統(tǒng)真空管裝置的問(wèn)題。本發(fā)明的發(fā)明人在發(fā)布于2009年7月30日美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書2009/0190383 Al號(hào)上公布了此電路布局。下文將進(jìn)一步描述電流調(diào)節(jié)器電路90的細(xì)節(jié)。參照?qǐng)D2，CSP-MILO裝置30的陰極42直接應(yīng)用了一種高壓脈沖。裝置30的主體構(gòu)成了在陰極點(diǎn)火時(shí)會(huì)發(fā)生振蕩的諧振腔56。由網(wǎng)格44控制CSP-MILO裝置30的點(diǎn)火。柵極44應(yīng)用了觸發(fā)脈沖來(lái)啟動(dòng)RF生成過(guò)程。CSP-MILO裝置30是一種高功率的RF源，其本發(fā)明的發(fā)明人(C. A. Birnbach)相信這一裝置已經(jīng)公開(kāi)，并在2008年3月13日的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書2008/0063132A1號(hào)中得到了描述。其整合了帶圓柱形光柵38的漂移管40，光柵38位于其內(nèi)表面上，并使用了行波電子槍(TWEG) 46。電子槍46最初由C. A. Birnbach在美國(guó)專利第4，950, 962號(hào)中公布。參照?qǐng)D2，諧振腔56和漂移管40的尺寸決定了輸出范圍。傳統(tǒng)的MILO裝置，特別是缺乏CSP結(jié)構(gòu)的MILO裝置，其輸出范圍介于300MHz到3. 5GHz之間。如圖7和圖8所示，本 發(fā)明的發(fā)明人已通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，更換漂移管40內(nèi)柱面上的電磁圓柱形光柵38表面將使電子束的外表面與光柵38在漂移管內(nèi)表面上緊密接觸，從而生成頻率比現(xiàn)有滑膛漂移管高得多的RF。此RF源是由史密斯一珀塞耳效應(yīng)產(chǎn)生的，這一效應(yīng)與帶光柵面的相對(duì)論電子束的相互作用有關(guān)?？珊芎玫貙?shí)現(xiàn)THz頻率范圍內(nèi)的輸出。圖7和圖8中的光柵面38有多種構(gòu)成方法。參照?qǐng)D8，間距60、面角62和光柵38均為實(shí)現(xiàn)頻率的決定因素。正如圖7和圖8所示，現(xiàn)已確定漂移管光柵的光柵38所優(yōu)先采用的實(shí)施例為內(nèi)螺紋。通過(guò)改變螺紋的參數(shù)來(lái)改變輸出頻率。漂移管40的兩端為輻射式的，以便將諧振腔內(nèi)的不利電場(chǎng)擾動(dòng)減至最小。電流調(diào)節(jié)器90如上所述，對(duì)圖I中的系統(tǒng)10而言，適合的探詢輻射源14 (圖I)為一種磁絕緣線性振蕩器，而圖2中的CSP-MILO裝置30等圓柱形史密斯一珀塞耳結(jié)構(gòu)已對(duì)該振蕩器進(jìn)行了強(qiáng)化。需仔細(xì)調(diào)節(jié)探詢輻射源14的輸出功率，該輸出功率同時(shí)還受到向陰極42所供電流的限制。作為對(duì)控制裝置100的響應(yīng)，在圖6中的上述電流調(diào)節(jié)器電路90內(nèi)穿過(guò)主調(diào)制裝置92 (連接于輸入節(jié)點(diǎn)94和輸出節(jié)點(diǎn)96之間)的電流會(huì)受到調(diào)制。圖4中的電流調(diào)節(jié)器電路90在一定程度上類似于提供低壓功率的經(jīng)典FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)電流調(diào)節(jié)器。電流調(diào)節(jié)器電路90解決了本設(shè)計(jì)所考慮的電壓或電流體系中缺少能夠運(yùn)作的固態(tài)真空管裝置或傳統(tǒng)真空管裝置的問(wèn)題。因此主調(diào)制裝置92最好是三極管、四極管或五級(jí)管結(jié)構(gòu)的冷陰極場(chǎng)發(fā)射可控電子管。主調(diào)制裝置92可能具有圖15中所示的幾何結(jié)構(gòu)，上述美國(guó)專利第4，950，962號(hào)中對(duì)其此有進(jìn)一步的描述。主調(diào)制裝置92亦可包含一個(gè)晶閘管等高壓半導(dǎo)體裝置?？砂凑罩髡{(diào)制裝置102的操縱方式來(lái)操縱控制裝置100，從而減少所需零件的差異性；也可用所需電壓和電流相對(duì)較低的一個(gè)裝置來(lái)操縱控制裝置100。對(duì)于圖4中的電流調(diào)節(jié)器電路而言，以下操作描述假設(shè)輸入節(jié)點(diǎn)94上存在一個(gè)正電壓源。電阻器98為主調(diào)制裝置92的柵極產(chǎn)生了偏壓，其作為第一個(gè)電子管，起著一個(gè)系列電流調(diào)節(jié)器的功能。主調(diào)制裝置92的功能類似于該電路中的一個(gè)FET。來(lái)自調(diào)制裝置92的電流流過(guò)一個(gè)分流電阻器102，從而形成了橫跨該電阻器的電壓。通過(guò)由第一分壓器電阻104和第二分壓器電阻106構(gòu)成的分壓器來(lái)分別提供此電壓。主調(diào)制裝置92的控制裝置100最好是一個(gè)用作控制管的二級(jí)電子管，也可以是一個(gè)冷陰極場(chǎng)發(fā)射電子管。控制裝置100的柵極與第一分壓器電阻104和第二分壓器電阻106的接合點(diǎn)相連。電阻器104的另一側(cè)應(yīng)用了一個(gè)控制電壓，即節(jié)點(diǎn)108應(yīng)用了此控制電壓。分流電阻器102的電壓與節(jié)點(diǎn)108上電阻分壓器所產(chǎn)生參考電壓之間的比率決定了控制裝置100的導(dǎo)通程度，控制裝置100又反過(guò)來(lái)控制主調(diào)制裝置92的導(dǎo)通性。電容器110通過(guò)電阻器104建立了一個(gè)時(shí)間常數(shù)，以確保電路的導(dǎo)通性保持在最高可達(dá)跨零點(diǎn)的水平上。通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)108上的參考電壓值以及電阻器104和106所構(gòu)成分壓器的電阻值，來(lái)使用不同的電流調(diào)節(jié)模式。將對(duì)象12暴露于輻射中再次參照?qǐng)DI，在本優(yōu)選實(shí)施例中，所提供的探詢信號(hào)16同時(shí)包含了 IOGHz左右至25THz左右、帶寬充足的電磁輻射，從而可同時(shí)在多個(gè)頻率上檢測(cè)多個(gè)信號(hào)，而每個(gè)信號(hào)均具有一定的幅度。這些信號(hào)共同產(chǎn)生了待檢物質(zhì)的特有光譜特征。該EM束16的功率最 好盡可能地低，并同時(shí)保持所需的信噪比。該功率通常低于一至五瓦特。如上所述，由于圓柱形史密斯一珀塞耳增強(qiáng)式磁絕緣線性振蕩器(CSP-MILO) 30 (圖2)滿足了前述的頻率和輸出要求，因此是一個(gè)優(yōu)先采用的源。再次參照?qǐng)D5，如上所述，最好對(duì)輸出束進(jìn)行完整或部分校準(zhǔn)，或由離軸拋物面反射器54進(jìn)行聚焦。異物或原有物的存在與數(shù)量檢測(cè)參照?qǐng)DI，最好通過(guò)使用熱電檢測(cè)器的檢測(cè)器系統(tǒng)20來(lái)完成異物或原有物的存在與數(shù)量檢測(cè)。雖然本發(fā)明可以包含成像檢測(cè)，但本優(yōu)選實(shí)施例遵循了反對(duì)入侵式和侵犯性的人體異物掃描的主流觀點(diǎn)，并未采用成像檢測(cè)技術(shù)。在現(xiàn)有毫米波掃描成像系統(tǒng)技術(shù)的測(cè)試和使用過(guò)程中，主流觀點(diǎn)再三表達(dá)了對(duì)人體成像的反對(duì)意見(jiàn)。消除優(yōu)選實(shí)施例中的成像功能將消除公眾對(duì)上述問(wèn)題的擔(dān)憂。此外，分光檢測(cè)功能的應(yīng)用會(huì)為操作員帶來(lái)多得多的有用信息。使用分光檢測(cè)還能降低假陽(yáng)性和假陰性的水平。優(yōu)選實(shí)施例包含了一個(gè)檢測(cè)器系統(tǒng)20 (圖1)，該系統(tǒng)由量子鐵電(QFE)物質(zhì)制成。QFE檢測(cè)器為寬帶型，可以在室溫下運(yùn)行。QFE檢測(cè)器與傳統(tǒng)檢測(cè)器的區(qū)別在于，當(dāng)入射光子的溫度高于檢測(cè)器光電陰極的溫度時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出正電荷；當(dāng)入射光子的溫度低于檢測(cè)器光電陰極的溫度時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出負(fù)電荷。QFE檢測(cè)器唯一無(wú)法工作的光譜范圍是入射光子與光電陰極的溫度相同的光譜范圍。可通過(guò)少許加熱或冷卻來(lái)改變光電陰極的溫度，從而轉(zhuǎn)移該無(wú)效區(qū)域。典型的QFE物質(zhì)為聚偏二氟乙烯(PVDF)的薄膜。商標(biāo)名為KYNAR和HYLAR的制品即PVDF。具體而言，KYNAR PVDF是美國(guó)賓夕法尼亞州費(fèi)城的阿科瑪有限公司(Arkema, Inc.)的一種產(chǎn)品，HYLAR PVDF是比利時(shí)布魯塞爾的蘇威化學(xué)品股份公司(SolvayChemical S. A.)的一種產(chǎn)品。根據(jù)本說(shuō)明書，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員該如何選擇合適的檢測(cè)器自不待言。并行分光鏡圖9中展示了一個(gè)依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的串行模式分光鏡120，圖10則展示了本發(fā)明優(yōu)先采用的一個(gè)并行模式分光鏡122。如箭頭124所示，在圖9的串行模式分光鏡120中，我們以各頻率范圍下的順序掃描掃查了受試對(duì)象12。塊127表示經(jīng)修改信號(hào)、信號(hào)處理和顯示的檢測(cè)功能。然而使用串行模式分光鏡120會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的采集和處理速度減慢。為了加快數(shù)據(jù)采集和處理的速度，使本發(fā)明更為實(shí)用且更加經(jīng)濟(jì)，就需要在信號(hào)處理過(guò)程中盡早將從收視掃描對(duì)象12處接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行格式，從而使我們能并行地進(jìn)行更多的數(shù)學(xué)密集型操作。圖10中的箭頭128表明了這一點(diǎn)。箭頭128表示同時(shí)由所有或許多探詢輻射頻率所導(dǎo)致的受試對(duì)象12發(fā)光(或掃描)。這將顯著加快分光過(guò)程，使數(shù)據(jù)能以三維形態(tài)展示給圖I的光相關(guān)器24 (圖10中以“信號(hào)處理器(SIGNAL PROC)” 24表示)，以用于信號(hào)處理。“三維形態(tài)”是指數(shù)據(jù)以陣列或矩陣的形式表示出來(lái)，其每個(gè)點(diǎn)均具有檢測(cè)器輸出幅度的整數(shù)表示法，以作為對(duì)探詢信號(hào)的響應(yīng)。下文描述了“三維形態(tài)”的詳細(xì)定義。在發(fā)明實(shí)施例的背景下，并行模式分光鏡遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)串行模式分光鏡的另一個(gè)原因，是本優(yōu)選實(shí)施例中所用的光相關(guān)器24 (圖I)具有極高的帶寬。正如所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知，光相關(guān)器24 (圖I)等光信號(hào)處理器原本就很快，并因而具有較高的帶寬。照亮對(duì)象12所需的特定帶寬取決于搜索的特定異物或原有物，因此根據(jù)本說(shuō)明書，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員該如何選擇特定帶寬自不待言。并行模式光處理器(例如圖I的24)具有復(fù)雜相關(guān)操作的典型的輸入輸出吞吐時(shí)間，其數(shù)量級(jí)為2至20納秒。這是完成相關(guān)操作所需的全部時(shí)間。此吞吐量最終受制于 數(shù)據(jù)輸入光相關(guān)處理器24的輸入空間光調(diào)制器(SLM)(圖I中未展示)的速度?，F(xiàn)代電子學(xué)使人們可在數(shù)秒內(nèi)完成數(shù)以千計(jì)的相關(guān)操作，從而使人們擁有更充足的時(shí)間來(lái)掃描，如掃描所有已知的威脅，以及掃描違禁品走私和許多病原體——包括但不限于空氣傳播的病毒、細(xì)菌、蛋白質(zhì)、朊病毒、真菌和孢子。熒光模式圖10所示的并行模式分光鏡122是在吸收模式下運(yùn)行的。除了使用在吸收模式下運(yùn)行的并行模式分光鏡外，還可如圖11所示，通過(guò)相同頻段下的輻射132來(lái)激發(fā)受試對(duì)象12 ;但若存在異物或原有物的已知的共振頻率，則需以已知的特定頻率fl來(lái)激發(fā)頻率f2下的次級(jí)共振輻射134。該反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生電磁能量特征已知的二次輻射134，其識(shí)別和檢測(cè)使我們能進(jìn)行更加簡(jiǎn)化的數(shù)據(jù)分析。這類似于傳統(tǒng)的熒光分光鏡，但其工作頻率要低于同等的傳統(tǒng)光學(xué)兀件。激發(fā)(或探詢)信號(hào)可以是待測(cè)異物具體共振頻率附近的窄帶信號(hào)，也可以是受試對(duì)象12中存在上述異物時(shí)將同樣產(chǎn)生所需次級(jí)(即受激)輸出的寬帶信號(hào)。這些探詢信號(hào)可由本優(yōu)選實(shí)施例下圖2中的CSP-MILO裝置30產(chǎn)生，也可由其它具有適宜頻率和輸出功率的已知RF源產(chǎn)生。三維數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在本優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)據(jù)從檢測(cè)器系統(tǒng)30 (圖I)的各點(diǎn)處并行輸入，這些點(diǎn)與二維矩陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)陣列136中的各緩存器相對(duì)應(yīng)，而此類二維矩陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)陣列包含了一個(gè)數(shù)值，此數(shù)值等同于檢測(cè)器中相應(yīng)點(diǎn)所接收信號(hào)的強(qiáng)度。盡管其效率不如本優(yōu)選實(shí)施例，但也可通過(guò)并行一串行一并行的方式傳輸數(shù)據(jù)。在二維矩陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)陣列136中，每個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置均能保留一個(gè)O至X范圍內(nèi)的數(shù)值，其中X是等于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍的整數(shù)。數(shù)據(jù)的分部可以是光柵型，也可以是之字形。每個(gè)緩存器的值代表了指定取樣頻率下檢測(cè)器信號(hào)的幅度。以這種方式格式化的數(shù)據(jù)被稱作“合成圖像”。合成圖像不具有可辨別的圖像性質(zhì)，僅能由機(jī)器讀取，其在人眼中呈現(xiàn)為變化的灰色陰影的X-Y方形網(wǎng)格或不同的顏色(另一種編碼技術(shù))。圖12所示的矩陣136代表了合成圖像，其每個(gè)單元均含有一個(gè)頻率下的數(shù)值，如fi，f2，u\fn。從上述說(shuō)明可見(jiàn)，可以使矩陣136的每個(gè)單元在人眼中呈現(xiàn)為一種不同的灰色陰影或顏色。光相關(guān)器可由圖13相關(guān)內(nèi)容所述的模擬光相關(guān)器140來(lái)具體表現(xiàn)圖I中的光相關(guān)處理器24。模擬光相關(guān)器是一種通過(guò)透鏡的傅立葉變換性質(zhì)來(lái)對(duì)比兩個(gè)信號(hào)的裝置。人們已將其用于導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的目標(biāo)追蹤和識(shí)別。其優(yōu)勢(shì)在于帶寬遠(yuǎn)高于相應(yīng)的電子相關(guān)器。盡管模擬光相關(guān)器與電子相關(guān)器所執(zhí)行的數(shù)學(xué)操作基本相同，但其物理實(shí)現(xiàn)方式卻非常不同。電子相關(guān)器由安裝在印刷電路板上的傳統(tǒng)電子線路組成。與之相對(duì)的是，圖13所示的140等模擬光相關(guān)器包括了透鏡142、144和146，鏡148和150，偏振分束器152和154以及輸入空間光調(diào)制器(SLM) 156等光電裝置。以上零件的作用通過(guò)輸入空間光調(diào)制器SLM 156實(shí)現(xiàn)從電子領(lǐng)域向光領(lǐng)域的轉(zhuǎn)換和通過(guò)電荷耦合器件(CXD)相機(jī)158實(shí)現(xiàn)返回電子域的轉(zhuǎn)換。模擬光相關(guān)器140還包括了一個(gè)可變相干長(zhǎng)度光源160，一個(gè)束流收集器162和一個(gè)單色化分光濾光器164。
作為一般性的背景知識(shí)，模擬光相關(guān)器所具有的輸入信號(hào)會(huì)在傅立葉域中由一些濾光器功能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。傅立葉域中的一個(gè)濾光器實(shí)例，是通過(guò)空間光調(diào)制器155提供給模擬光相關(guān)器140的匹配濾光器。傅立葉域中的此類匹配濾光器與155處帶合成圖像(如圖12的138)的濾光器信號(hào)交叉相關(guān)，而此合成圖像會(huì)在輸入空間光調(diào)制器156處提供給相關(guān)器140。以下將討論相關(guān)過(guò)程。應(yīng)當(dāng)注意，本文所定義的數(shù)據(jù)矩陣為三維矩陣。然而，以下的數(shù)學(xué)方程式將以二維實(shí)體[(x，y)]的表示該數(shù)據(jù)矩陣。這是因?yàn)榇颂幍臄?shù)學(xué)方程式未表示出每個(gè)元素(x，y)的幅度值。交叉相關(guān)性，即帶h(x, y)的二維信號(hào)i (x, y)的c (x, y)為= i{xt n) -f)可在傅立葉空間中將其重新表達(dá)為CU，η) = (ζ，η)Η*(-ζ , -η)其中的大寫字母為小寫字母部分的傅立葉變換形式。因此之后可通過(guò)傅立葉逆變換的結(jié)果來(lái)計(jì)算相關(guān)性。根據(jù)菲涅耳衍射原理，當(dāng)雙凸透鏡的焦距為f時(shí)，若在透鏡前的f距離處放置一個(gè)對(duì)象，則該對(duì)象透鏡后的f距離處將產(chǎn)生為了待變換的復(fù)雜幅度之故，此光源必須是相干的，且通常為激光。數(shù)字濾波器形式的輸入信號(hào)通常會(huì)被寫入空間光調(diào)制器(“SLM”)(如圖13的156)。由作為光源的激光所實(shí)現(xiàn)的光相關(guān)性具有某些劣勢(shì)，比如激光高相干長(zhǎng)度所導(dǎo)致的偽像和虛假信號(hào)。最好使用具有部分相干長(zhǎng)度的光源160，其可調(diào)性更好，因此可為特定系統(tǒng)設(shè)置最佳相干長(zhǎng)度。圖13中所示的模擬光處理器140的運(yùn)行方法如下。輸入信號(hào)以電子方式寫入輸入平面上第一個(gè)SLM 156，該平面由具有適當(dāng)相干長(zhǎng)度的光源(未顯示)進(jìn)行照射。輸入平面通過(guò)雙凸透鏡142在傅氏平面上成像，像平面與該透鏡之間的距離、以及該透鏡與傅氏平面之間的距離均等于該透鏡142的焦距。第二個(gè)SLM 155位于傅氏平面上，該SLM為一個(gè)動(dòng)態(tài)匹配濾波器，它根據(jù)該匹配濾波器的傅里葉特性，有選擇地將信息從輸入中移除。所產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)第二個(gè)透鏡144進(jìn)行傅里葉變換，該信號(hào)位于與透鏡144的焦距相等距離的位置。所產(chǎn)生的信號(hào)再次進(jìn)行傅里葉變換，產(chǎn)生傅氏平面的逆變換，透鏡144的輸出在CXD攝像機(jī)158上成像，其位于透鏡144的兩倍焦距距離的位置。在CXD攝像機(jī)158上產(chǎn)生的圖像是匹配濾波器變換的輸入圖像。所提供的透鏡146用于將來(lái)自透鏡144的調(diào)制平行光聚焦到CXD攝像機(jī)158上。如圖13所示，光學(xué)相干處理器140具有由三面鏡子148、149和150以及兩個(gè)偏振分束器152和154合并而成的光路。第一個(gè)分束器152可以為立方體,它具有兩重功能折疊光束，同時(shí)對(duì)光束進(jìn)行偏振處理。對(duì)于第二個(gè)分束器154,其具有一個(gè)SLM傅里葉濾波器155通過(guò)光學(xué)方式結(jié)合到第二個(gè)分束器154立方體的一個(gè)表面上。這一配置允許第二個(gè)分束器立方體154和第二個(gè)SLM 155共同作為折疊式鏡子和有源傅里葉濾波器。如果第二個(gè)分束器154是一個(gè)立方體，那么第二個(gè)SLM 155可以通過(guò)光學(xué)方式與其結(jié)合?；蛘撸诙€(gè)SLM 155可以直接在分束器立方體154的適當(dāng)表面上形成。第一面鏡子148、第二面鏡子149和第三面鏡子150為單色電介質(zhì)膜鏡,用于折疊光束。所提供的可變相干光源160允許將照明光束的相干長(zhǎng)度調(diào)節(jié)到光學(xué)相干性的理想值。相干長(zhǎng)度要求隨著光學(xué)相干處理器的比值變化而變化，但是通常在O. 25mm到IOmm 之間。第二個(gè)分束器154之前光束路徑上的輸入SLM 156允許將來(lái)源于合成圖像138(圖12)引入到光相關(guān)器140中，該合成圖像來(lái)源于受試對(duì)象12的數(shù)據(jù)。第二個(gè)分束器154上的傅里葉濾波器155具有來(lái)自參考庫(kù)的其它合成圖像138 (圖12)，該參考庫(kù)最好存儲(chǔ)在主機(jī)26 (圖I)中。該庫(kù)包括各威脅或其它待分析異物或原有物的合成圖像138 (圖9)。參考庫(kù)可以只包括異物的數(shù)據(jù)，也可以只包括原有物的數(shù)據(jù)，或者也可以同時(shí)包括異物和原有物的數(shù)據(jù)。光學(xué)相干處理器的輸出被導(dǎo)向CCD攝像機(jī)158,該攝像機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換回電子信號(hào)，以供下文所述閾值操作中主機(jī)26 (圖I)使用。最好不要在系統(tǒng)10 (圖I)下形成受試對(duì)象的實(shí)際圖像，以便在受試對(duì)象是人時(shí)保護(hù)其隱私，同時(shí)將系統(tǒng)成本控制在合理水平。但是，可以添加成像功能，這將提供一張圖像，檢測(cè)到的異物或原有物都會(huì)顯示在該圖像上。所述的系統(tǒng)10提供了執(zhí)行多個(gè)傅里葉操作的能力，包括忽視不是受試對(duì)象的異物或者原有物。盡管首選前述圖13中的光相關(guān)器140，也可以使用采用其他技術(shù)的相關(guān)器。例如，合適相關(guān)器包括使用數(shù)字計(jì)算機(jī)和使用固件的相關(guān)器。消減信號(hào)處理在目前類型的信號(hào)處理中遇到這樣一個(gè)問(wèn)題存在不與異物或原有物檢測(cè)明確相關(guān)的信息，其構(gòu)成了噪聲分量。要消除該噪音，可以減去與該噪音分量直接相關(guān)的光譜，簡(jiǎn)化剩余數(shù)據(jù)集。在這里，這一操作稱之為“消減信號(hào)處理”，通過(guò)該技術(shù)可以在從第二個(gè)數(shù)據(jù)集中逐點(diǎn)減去一個(gè)數(shù)據(jù)集。例如，當(dāng)篩選或分析異物對(duì)象時(shí)，從同時(shí)包括原有物和任何其它相關(guān)異物信息的數(shù)據(jù)集中減去包括對(duì)象中純?cè)形锕庾V信息的數(shù)據(jù)集。本方法可獲得僅僅包括在原始數(shù)據(jù)集中相關(guān)異物的光譜。閾值操作一旦如上文所述包括了充分處理數(shù)據(jù)的相關(guān)峰，希望將其幅度與特征庫(kù)中的參考光譜進(jìn)行比較。高于給定水平的任何峰值都將觸發(fā)操作界面中的指示。
多峰值的存在通過(guò)與處理單峰值方法類似的形式進(jìn)行顯示。圖14顯示了描述閾值操作的圖形。如圖14所示，如果信號(hào)至少高于“必須高于”水平，那么閾值條件得到滿足，這是以其它技術(shù)(例如手動(dòng))搜索對(duì)象的典型顯示。如果信號(hào)至少高于“應(yīng)該高于”水平，那么信號(hào)得到額外重量，這是一種典型顯示，說(shuō)明對(duì)象明確含有異物，應(yīng)該捕獲該對(duì)象。因此，“必須高于”信號(hào)顯示了異物或原有物的可能存在，而“應(yīng)該高于”信號(hào)則指示出現(xiàn)異物或出乎意料的少量原有物的明確存在。如果需要，可以使用除了圖14中所顯示技術(shù)以外的閾值技術(shù)。提供檢測(cè)結(jié)果上文中確定是否存在異物的結(jié)果可以用于多個(gè)方面。例如，此類結(jié)果可以提供給人工操作員，或者提供給二次系統(tǒng)以便采取自動(dòng)化校正動(dòng)作。存在可以用于當(dāng)前發(fā)明的多種可能操作界面技術(shù)。此類技術(shù)包括顯示需要給予該特定受試對(duì)象更多關(guān)注的單指示燈，包括顯示存在所關(guān)注特定異物的一排燈，包括所關(guān)注 特定異物數(shù)量的數(shù)字顯示，也包括全光譜繪制顯示?；蛘撸梢栽谌詣?dòng)機(jī)器界面將結(jié)果提供給二次系統(tǒng)。界面技術(shù)的選擇根據(jù)使用本系統(tǒng)的原因、操作員水平等的不同而有所不同。圖15顯示了幾種可能的操作界面控制面板。在圖16中，顯示了五個(gè)可能的人工操作界面。圖15顯示了最簡(jiǎn)單的版本。它只有兩盞主要的指示燈，即“通過(guò)”和“搜索”。當(dāng)搜索異物時(shí)，“通過(guò)”指示燈亮起表示受試對(duì)象不包括任何異物。當(dāng)搜索原有物時(shí)，“通過(guò)”指示燈亮起表示存在可接受數(shù)量的原有物。如果“搜索”指示燈亮起，那么近距離檢查受試對(duì)象。圖16稍微更加復(fù)雜。它有四盞主要的指示燈“爆炸品”、“違禁品”、“疾病”和“通過(guò)”。該版本明確針對(duì)旅客檢查應(yīng)用，盡管也可以用于其它的用途。圖15和圖16中的“通過(guò)”功能是相同的。如果檢測(cè)到此類說(shuō)明中的任何異物，三盞指示燈(“爆炸品”、“違禁品”和“疾病”)點(diǎn)亮。很明顯，任何這些類別可能是任何設(shè)想的化學(xué)物質(zhì)，該功能的指示燈數(shù)量并不限于三盞。圖17是圖16設(shè)計(jì)的擴(kuò)展。它增加了字母數(shù)字顯示，以顯示所檢測(cè)到的各類具體異物。圖18在圖17設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。它增加了顯示項(xiàng)，提供所檢測(cè)到給定異物數(shù)
量的數(shù)值量化結(jié)果。圖19顯示了一個(gè)完全不同的人工操作界面途徑。該界面設(shè)計(jì)為由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)可以識(shí)別大范圍異物具體光譜的熟練操作員使用。該顯示可以與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室水平分光鏡相媲美，并直接顯示光譜。很明顯，許多其它的變體和組合都可以用于人工操作界面。該功能是定制的，用于滿足操作員的能力水平和檢查工作的特定環(huán)境。原有物分析模式下與已知物質(zhì)的比較盡管上述描述中一些方面已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了異物存在和數(shù)量的檢測(cè)，但是本發(fā)明的另外一個(gè)特征是將受試對(duì)象與不包括異物的已知對(duì)象進(jìn)行比較。就此而言，預(yù)計(jì)能夠在測(cè)試或分析示例對(duì)象時(shí)量化對(duì)象中原有物的數(shù)量，因?yàn)樵诤芏嗲闆r下，具有潛在異物存在的任何先驗(yàn)知識(shí)，因此雖然可以實(shí)現(xiàn)對(duì)此類異物的搜索，但具體操作卻很困難。然而，如果存在原有物準(zhǔn)確數(shù)量的先驗(yàn)知識(shí)，那么與標(biāo)準(zhǔn)不匹配的信號(hào)便可成功推理顯示異物的存在，即使系統(tǒng)不能明確確定該異物的本質(zhì)。由此而論，信號(hào)的匹配由上述的閾值操作進(jìn)行確定。下面為該方法上述特征的示例，我們可以將受試藥物對(duì)象與已知藥物活性成分的參考藥物進(jìn)行比較，以確定受試對(duì)象的藥物活性成分是否與參考藥物的藥物活性成分相匹配。在上述比較中，為了獲得最佳精度，藥物對(duì)象中藥物活性成分的組成和重量均應(yīng)與參考進(jìn)行比較。然而，僅僅比較對(duì)象中藥物活性成分的組成可能會(huì)有效，盡管精度可能會(huì)低一些。這種方法沒(méi)有告訴我們影響受試對(duì)象和參考對(duì)象之間完美匹配的任何偏差的實(shí)際本質(zhì)，但是僅僅組成偏差或組成與數(shù)量的偏差就足以觸發(fā)報(bào)警，或者以其它方式顯示該偏差。由此而論，“完美匹配”是指處于受試對(duì)象的制造公差內(nèi)。這一水平的測(cè)試可以在非常高的速度下進(jìn)行，與現(xiàn)代生產(chǎn)線技術(shù)相當(dāng)。例如，可以通過(guò)其它的分析技術(shù)來(lái)分析不能與參考對(duì)象匹配的藥物對(duì)象，明確確定偏差的原因，例如包含有異物。這可以通過(guò)圖I中的系統(tǒng)10分析異物來(lái)完成。類似技術(shù)可以用于其它的原有物。同時(shí)分析模式 通過(guò)對(duì)受試對(duì)象與已知參考對(duì)象進(jìn)行比較的上述觀念的進(jìn)一步發(fā)展，我們可以同時(shí)分析原有物和異物。順序分析模式正如“原有物分析模式下與已知物質(zhì)的比較”中所詳細(xì)闡述的那樣，將受試對(duì)象與已知參考對(duì)象進(jìn)行比較的上述觀念的進(jìn)一步發(fā)展就是從進(jìn)行此類比較開(kāi)始的。如果確定受試對(duì)象與已知參考對(duì)象有所偏離，那么可以進(jìn)行順序分析，方法是更改本發(fā)明系統(tǒng)的運(yùn)行模式，然后分析具體的異物。參考庫(kù)的運(yùn)行學(xué)習(xí)模式有時(shí)需要將其它物質(zhì)的數(shù)據(jù)添加到參考庫(kù)中。這可能發(fā)生在系統(tǒng)10 (圖I)最初開(kāi)始后續(xù)創(chuàng)建時(shí)，或者當(dāng)需要將其它物質(zhì)的額外數(shù)據(jù)添加到庫(kù)中時(shí)的任何時(shí)間點(diǎn)。創(chuàng)建新庫(kù)數(shù)據(jù)的這一最迅速方法如下物質(zhì)的參考樣本暴露于圖I系統(tǒng)10中的探詢輻射中。從矩陣數(shù)據(jù)136 (圖I和圖12)中直接獲取輸出，然后通過(guò)主機(jī)26 (圖I)將該輸出記入庫(kù)中。盡管還有其他方法可以獲得相同的最終結(jié)果，但是上述方法是優(yōu)選方法。下面的參考圖號(hào)清單有三列第一列包括參考圖號(hào)；第二列指定與該參考號(hào)相關(guān)的部分；第三列指出該部分的首選物質(zhì)(如適用)。# 項(xiàng)目首選物質(zhì)10 系統(tǒng)各種12 對(duì)象各種14 探詢輻射源各種16 電磁輻射電磁輻射18 輻射電磁輻射20 檢測(cè)系統(tǒng)QFE物質(zhì)24 光相關(guān)器各種26 主機(jī)及顯示器各種30 CSP-MILO電子管34 裝置電子束和平面光柵
36 裝置電子束和柱形光柵38.柱形光柵傳導(dǎo)性金屬40.漂移管傳導(dǎo)性金屬42.陰極碳44.柵極傳導(dǎo)性金屬46.行波管電子槍(TWEG)碳和金屬48.陽(yáng)極傳導(dǎo)性金屬50.窗口RF透明物質(zhì) 52.光束電磁福射54.反射器傳導(dǎo)性金屬56.腔區(qū)段傳導(dǎo)性金屬60.間隔不適用62.面角不適用90.電流調(diào)節(jié)器電路電子電路92.主調(diào)制裝置電子管94.輸入節(jié)點(diǎn)電路元件96.輸出節(jié)點(diǎn)電路元件98.電阻器電路元件100.控制裝置電子管102.分流電阻器電路元件104.電阻器電路元件106.電阻器電路元件108.節(jié)點(diǎn)電路元件110.電容器電路元件120.串行模式分光鏡各種122.并行模式分光鏡各種124.箭頭不適用127.方框各種128.箭頭不適用132.輻射電磁輻射134.次級(jí)共振輻射熒光輻射136. 二維矩陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)陣列電子設(shè)備138.合成圖像數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)140.光相關(guān)器各種142.透鏡通常為玻璃144.透鏡通常為玻璃146.透鏡通常為玻璃148.鏡子通常為介質(zhì)膜149.鏡子通常為介質(zhì)膜
150.鏡子通常為介質(zhì)膜152.偏振分束器通常為玻璃和介質(zhì)膜154.偏振分束器通常為玻璃和介質(zhì)膜155.傅里葉濾波器電光裝置156.輸入空間光調(diào)制器(SLM)電光裝置158.電荷耦合器件(CCD)電光裝置160.可變相干長(zhǎng)度光源電光裝置162.束流收集器各種 164.分光濾光器通常為玻璃上的介質(zhì)膜上述描述了一種能夠進(jìn)行出于檢測(cè)目的、接近于實(shí)時(shí)操作的光譜法和系統(tǒng)。已經(jīng)描述過(guò)的六種模式為(I)異物分析或篩檢模式；(2)原有物分析或篩檢模式；(3)本發(fā)明系統(tǒng)操作的順序模式；(4)原有物和異物分析或篩檢模式操作的同時(shí)模式；(5)突光模式；
(6)獲取矩陣數(shù)據(jù)庫(kù)供掃描后續(xù)對(duì)象用的學(xué)習(xí)模式。盡管已通過(guò)插圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做了描述，但是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員還是可以想到許多修正和修改。例如，除了上述的各種模式外，具有當(dāng)前發(fā)明復(fù)雜度的系統(tǒng)將具有多個(gè)操作模式。因此，修改后的權(quán)利要求書旨在不改變本發(fā)明真正的范圍和精神的前提下概括所有此類修正和改變。
權(quán)利要求
1.關(guān)于具有原有物和可能具有異物的對(duì)象，一種通過(guò)并行模式光譜法檢測(cè)所述原有物和所述異物其中一種或這兩者的方法，包括 a)并行模式數(shù)據(jù)采集，包括 i)產(chǎn)生探詢信號(hào)，所述探詢信號(hào)同時(shí)包含IOGHz左右至25THz左右充足帶寬的電磁輻射，以便能同時(shí)以多個(gè)頻率檢測(cè)多個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)具有一定的幅度，這些信號(hào)共同產(chǎn)生待檢物質(zhì)的特有光譜特征； )所述對(duì)象和任何相關(guān)異物暴露于所述探詢信號(hào)，引起所述信號(hào)與所述對(duì)象以及任何相關(guān)異物之間進(jìn)行相互作用； iii)檢測(cè)所述探詢信號(hào)與所述對(duì)象以及任何相關(guān)異物之間相互作用所產(chǎn)生的修改信號(hào)；以及 b)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化，包括 i)處理上述產(chǎn)生的信號(hào)，以產(chǎn)生代表至少與對(duì)象相關(guān)的任何異物或原有物的三維數(shù)據(jù)矩陣； )提供代表相關(guān)已知化學(xué)或生物物質(zhì)的參考數(shù)據(jù)庫(kù)； iii)采用相關(guān)技術(shù)將所述數(shù)據(jù)矩陣與所述參考庫(kù)相比較，以便產(chǎn)生至少一個(gè)相關(guān)峰，與參考庫(kù)數(shù)據(jù)中至少一種相關(guān)異物或原有物相對(duì)應(yīng)；以及 c)提供上述比較結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中相關(guān)技術(shù)包括使用并行模式光相關(guān)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中信號(hào)處理和數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化包括確定是否有任何產(chǎn)生的相關(guān)峰上升到足夠的水平，以顯示與所述對(duì)象相關(guān)的異物或原有物的存在和數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中 a)參考數(shù)據(jù)庫(kù)代表已知成分和重量的對(duì)象； b)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化包括確定就成分而言所述三維數(shù)據(jù)矩陣是否與參考數(shù)據(jù)庫(kù)相匹配；以及 c)提供上述確定結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中信號(hào)處理和數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化包括確定就成分和重量而言所述三維數(shù)據(jù)矩陣是否與參考數(shù)據(jù)庫(kù)相匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中參考數(shù)據(jù)庫(kù)僅與原有物相關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中參考數(shù)據(jù)庫(kù)包括異物和已知物質(zhì)的多個(gè)數(shù)據(jù)，允許多種運(yùn)行模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括不考慮所述對(duì)象的原有物。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中探詢信號(hào)同時(shí)包含IOGHz左右至25THz左右充足帶寬的電磁輻射，并共同涵蓋預(yù)期異物或原有物的共振頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中利用柱形史密斯一珀塞耳增強(qiáng)式磁絕緣線性振蕩器產(chǎn)生電磁輻射探詢信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中 a)所述處理所述產(chǎn)生的信號(hào)包括處理所述產(chǎn)生的信號(hào)，以產(chǎn)生代表所述對(duì)象和任何相關(guān)異物或原有物組合化學(xué)成分的三維數(shù)據(jù)矩陣；以及 b)進(jìn)一步包括使用消減信號(hào)處理技術(shù)從寬帶探詢信號(hào)提取所述光譜或相關(guān)光譜，所述寬帶探詢信號(hào)包括所述對(duì)象和任何相關(guān)異物或原有物的信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中 a)探詢信號(hào)包括共振探詢信號(hào)，所述共振探詢信號(hào)會(huì)引起一種或多種特定化學(xué)物質(zhì)的獨(dú)特已知次級(jí)反應(yīng)；以及 b)所述檢測(cè)包括檢測(cè)所述次級(jí)反應(yīng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述處理配置為篩檢原有物。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述信號(hào)處理和數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化進(jìn)一步包括僅在特定頻率下分析修改信號(hào)，所述特定頻率與所述物質(zhì)的熒光發(fā)射相關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中通過(guò)直接從所述數(shù)據(jù)矩陣提取數(shù)據(jù)并輸入到所述參考庫(kù)來(lái)啟用參考庫(kù)的學(xué)習(xí)模式。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種利用并行模式光譜法從一種受試對(duì)象中檢測(cè)原有物或異物或原有物與異物的方法，包括并行模式數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化方法，并提供結(jié)果。并行模式數(shù)據(jù)采集包括產(chǎn)生探詢信號(hào)，所述探詢信號(hào)同時(shí)包含10GHz左右至25THz左右充足帶寬的電磁輻射，以便能同時(shí)以多個(gè)頻率檢測(cè)多個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)具有一定的幅度，這些信號(hào)共同產(chǎn)生待檢物質(zhì)的特有光譜特征。信號(hào)處理和數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化包括對(duì)所述對(duì)象暴露于探詢輻射時(shí)產(chǎn)生信號(hào)進(jìn)行處理，以生成一個(gè)至少以所述對(duì)象任何相關(guān)異物或原有物為代表的三維數(shù)據(jù)矩陣。采用相關(guān)技術(shù)將數(shù)據(jù)矩陣與參考庫(kù)相比較。
文檔編號(hào)G06F7/00GK102812345SQ201180008995
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2011年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者柯蒂斯·A·比恩巴赫 申請(qǐng)人:高級(jí)融合系統(tǒng)有限責(zé)任公司