CN102770758B - 检测化学物质的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
能够检测出威胁的嗅觉系统(300)具有：检测单元(100)，其包括IMS传感器(110)，该IMS传感器(110)输出与采样点处的流体所包含的化学物质相关联的IMS数据(115)；本地存储器(41)，其存储库(49)，该库(49)包括通过IMS传感器(110)检测出特定的化学物质时的特定图案(48)；以及对照单元(42)，其将IMS数据(115)与包含在库(49)内的监视用的特定图案(48)不断地进行比较和对照。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用传感器检测化学物质的装置。
背景技术
WO2006/013396(日本特表2008-508693号公报)记载了具有至少一个离子通道的形状的离子过滤器的离子迁移谱仪，该离子通道具有多个电极。WO2005/052546(日本特表2007-513340号公报)记载了用于样品分析的基于离子迁移率的系统、方法以及装置。
发明内容
发明要解决的问题
能够应对有无爆炸物、毒物、毒气等有害物质等分秒必争的事态是很重要的。
本发明的一个方式是一种装置，具有：检测单元，其通过第一类型传感器获取与采样点处的流体所包含的化学物质相关联的化学物质关联信息；本地存储器，其存储库，该库包括通过第一类型传感器检测出特定的化学物质时的特定图案；以及对照单元，其将通过检测单元得到的化学物质关联信息与库所包含的监视用的特定图案不断地进行比较，在所得到的化学物质关联信息与监视用的特定图案相匹配时输出匹配信息。在检测上分秒必争的成为威胁因素的化学物质的种类当然没有那么多。因而，通过将能够直接与用于检测化学物质的第一类型传感器的输出进行比较的特定图案事先存储到访问时间短的例如高速缓冲存储器等本地存储器，由此能够在短时间内判断威胁
典型的第一类型传感器是将化学物质关联信息作为谱(波形数据)进行输出的分析型(spectrometrictype)传感器，特定图案包括谱特征(波形特性、谱特性、光谱特征(signature))。典型的分析型传感器是离子迁移率传感器。对照单元使用特定图案所包含的谱特征对从分析型传感器得到的谱进行对照。对照单元可以从所得到的谱提取谱特征，也可以根据谱特征来合成对照用谱。
优选的是，在该装置还具有根据所得到的化学物质关联信息的变化输出事件的发生和事件的发生原因的事件输出单元的情况下，对照单元与事件输出单元分时或者并行地进行动作。对不构成威胁的事件的发生进行判断也可以需要某种程度的时间，并且这种事件的发生原因是庞大的。因而，将对这种事件的发生原因进行判断(估计)的处理定义为与极有限地发现威胁因素不同的处理，分时或者并行地进行这些处理，由此能够在短时间内不断地判断是否有可能存在威胁因素。
可以该装置还具有通信单元，该通信单元以无线或者有线方式与外部进行通信，事件输出单元通过通信单元向外部传送包括化学物质关联信息的事件发生信息，获取事件的发生原因。在通过通信单元与外部进行通信的期间，也能够通过对照单元在短时间内不断地判断是否有可能存在威胁因素。
优选的是该装置还具有自动更新单元，该自动更新单元通过通信单元自动更新存储在本地存储器的库中的特定图案。将与发生可能性更高的威胁因素有关的特定图案存储到库中，由此能够更可靠地判断是否有可能存在威胁因素。
自动更新单元能够根据事件的发生原因更新特定图案。另外，在还具有获取包括该装置周围的图像和/或声音的事件附属信息的单元的情况下，自动更新单元能够根据事件附属信息来更新特定图案。
另外，优选的是该装置还具有样品保存单元，该样品保存单元将采样点处的流体封入到保存胶囊的样品保存单元。在没有辨明事件的发生原因时等，保存采样点处的流体，通过其它分析装置对流体所包含的化学物质进行分析，将与该化学物质对应的第一类型传感器的特定图案登记到数据库，由此能够增加威胁因素、事件的发生原因的知识数据库。
本发明的不同的方式之一是以下方法：对具有检测单元的装置进行控制，该检测单元通过第一类型传感器检测与采样点处的流体所包含的化学物质相关联的化学物质关联信息，包括以下步骤。
1．包括通过第一类型传感器检测出特定的化学物质时的特定图案的库被存储到装置的本地存储器，将通过检测单元得到的化学物质关联信息与库所包含的监视用的特定图案不断地进行比较。
2．在所得到的化学物质关联信息与监视用的特定图案相匹配时输出匹配信息。
优选的是该方法还包括以下步骤。
3．根据所得到的化学物质关联信息的变化，输出事件的发生以及事件的发生原因。在该情况下，分时或者并行地执行步骤2的输出匹配信息的步骤和步骤3的输出发生原因的步骤。步骤3的输出发生原因的步骤还可以包括以下步骤：通过以无线或者有线方式与外部进行通信的通信单元，向外部传送包括所得到的化学物质关联信息的事件发生信息，获取事件的发生原因。另外，也可以通过通信单元自动更新存储在本地存储器的库中的特定图案。特定图案可以根据事件的发生原因来更新，也可以根据包括装置周围的图像和/或声音的事件附属信息来更新。
本发明的更不同的方式之一是一种程序(程序产品)，在具有检测单元、CPU以及存储器的装置中执行，包括用于执行上述控制的命令，其中，该检测单元通过第一类型传感器检测与采样点处的流体所包含的化学物质相关联的化学物质关联信息。该程序(程序产品)可以记录到记录介质(光盘等)来提供，也可以通过因特网等计算机网络来提供。
附图说明
图1是表示机器狗的概要结构的框图。
图2是表示嗅觉系统的概要结构的框图。
图3是表示嗅觉系统的控制的概要的流程图。
具体实施方式
图1示出具备嗅觉的犬型机器人(机器狗)的概要结构。该机器狗1具有以IMS(IonMobilitySpectrometry：离子迁移分析)类型的传感器为基础的嗅觉功能，还能够参照IMS传感器的输出与化学物质数据库，一边在多个机器狗之间进行通信，一边确定、分析目标化学物质，追踪、追赶移动体(犯人)。此外，将嗅觉定义为由受体接收特定的化学物质的分子所产生的感觉之一。因而，下面将感知大气(户外空气)等所包含的化学物质作为嗅觉或者气味(味道)来进行说明，但是在以下系统(装置、机器人)中，还能够检测对动物而言无法作为气味来进行识别的化学物质。
气味(味道)的因素是周围空气所包含的化合物、气体等化学物质。在本说明书中，化学物质包括化合物、分子以及元素，并不限定于成分或者组合物，还包括生成物。化学物质包括有机物和无机物。据说能够通过嗅觉感觉到的化学物质大多具备官能团。官能团的基团之一是烃，例如能够举出烷烃(链烷烃)。该基团中包含乙烷、甲烷、丙烷、丁烷等作为化学物质。官能团并不限定于烃基，作为包含氮的官能团能够举出氨基等，包含氧的官能团能够举出醇基和酮基等。这些只不过是化学物质和官能团的一例。官能团的分子中的原子相同或者受到相同的化学反应而被认为表示作为共通的气味的特性。挥发性有机物和有机化合物是气味上刺激嗅觉的典型的物质。化学物质可以是一氧化碳、二氧化碳等气体(气体本身)。化学物质也可以是碳、铝、氮等无机物。
小型且可携带的能够检测气味的因素的分析装置之一是上述离子迁移率(ionmobility)传感器，提供使用了MEMS的芯片类型的设备。离子迁移率传感器(离子迁移谱仪，IonMobilitySpectrometry)是使空气中的物质(分子)离子化并输出基于离子化的分子的迁移率之差的谱(输出图案、空气质量图案)的传感器，公知有电场非对称离子迁移谱仪(FieldAsymmetricwaveformIonMobilitySpectrometry，FAIMS)或者微分式电迁移谱仪(DifferentialIonMobilitySpectrometry，DIMS)。
这种谱仪型传感器以后统称IMS传感器，其向在高压-低压上变化的非对称电场输入离子化的分子流并输出根据离子的电场迁移率对它们进行过滤所得到的结果。作为市售的小型IMS传感器，能够举出SIONEX(ザイオネクス)公司的microDMx，OWLSOTNE(オウルストーン)公司的FAIMS设备。
在IMS传感器中，能够检测根据Vd电压(DispersionVoltage，电场电压(Vrf)，交流)和Vc电压(CompensationVoltage，补偿电压，直流)这两个变量而变化的离子电流，作为与包含在流体(典型地说空气、氮气等载气)中的化学物质相关联的信息。因而，能够获得包含它们的三维数据(波形数据、谱)、固定了三维参数中的任一个参数的二维谱来作为与化学物质相关联的信息。另外，也可以获取表示谱的要素的谱特征(光谱特征、谱特性、特征)作为与化学物质相关联的信息。谱特征包含谱峰值振幅、谱峰值宽度以及谱峰值梯度、谱峰值间隔、谱峰值的数量、由处理条件变化所引起的谱峰值的相对位移、谱不连续点、Vrf对Vcomp特性等。
获得与化学物质相关联的信息的检测单元(传感器)也可以是质量分析型传感器，获得M/Z(质量对电荷)作为与包含在流体中的化学物质相关联的信息。
与对特定成分(化学物质)敏感的传感器相比，利用了离子迁移率等的分析型传感器通用性高，在可分析的范围内，几乎能够以相同程度的精度来检测所有成分的有无和强度(浓度)。通过传感器检测出的化学成分(化学物质)的信息中包含化学物质(包含化合物、分子以及元素中的至少一个)的强度变化(包含浓度变化、存在率变化以及通过其它传感器感知的变化、变量(intensityvariations))。
作为获取与化学物质相关联的信息的传感器，还能够举出包括遵照IEEE1451的化学传感器、石英晶体传感器(QCM，QuartzCrystalMicrobalance)、电化学传感器、SAW(SurfaceAcousticWave：表面声波)设备、光传感器、气相色谱仪、液相色谱仪、MOS(MetalOxideSemiconductor：金属氧化物半导体)传感器的多种多样的传感器。
因而，由于用于检测化学物质的传感器的类型不同，多数情况下，从传感器输出的与化学物质相关联的信息(化学物质关联信息)不同，对于相同的化学物质输出不同类型的化学物质关联信息。统一处理这些不同类型的化学物质关联信息是重要的，例如，还可以考虑将类型不同的信息映射到表示化学物质的空间。然而，需要某种程度的处理时间以统一处理类型不同的化学物质关联信息。
在该说明书中，通过不同类型的传感器所获得的传感器固有的化学物质关联信息附加传感器类型名称地表示。例如，将通过IMS传感器得到的化学物质关联信息称为IMS数据。另外，实施将传感器固有的化学物质关联信息映射到表示化学物质的共用空间等处理，将统一或者通用地处理的化学物质关联信息称为通用数据。通用数据之一是本申请的申请人所提出的FCWS数据。该数据是以下数据：针对传感器固有的化学物质关联信息，通过FCWS(FunctionallyClassificationWaveShaping，功能性(基于官能团)分类的波形成形)技术将表征为化学物质的空间(化学物质空间)映射(分配)到频率空间，来将表示存在化学物质的强度信息变换为频域的强度信息。
该机器狗1大致具有头部2、颈部3、胴部4、脚部5、臀部6以及尾巴7。机器狗1具备以经过头部2、颈部3、胴部4、臀部6到达尾巴7的方式传送数据和电力的内部总线9，内置于机器狗1的各种功能(功能单元)之间能够进行通信。另外，胴部4中收纳有电池8，机器狗1能够独自自由地移动。并且，机器狗1具备各种外部通信单元，从而能够与机器狗、主装置以及能够通过计算机网络进行访问的各种资源进行通信。
此外，下面，说明将具备各种功能的单元收纳于机器狗1中的情况，收纳位置不一定限定于以下说明。另外，这些功能(功能单元)典型地通过一个或者多个包括CPU和存储器的可编程的硬件资源和软件来实现的。可编程的硬件资源可以包括专用的ASIC等芯片，也可以包括能够重构电路的芯片。并且，下面，示出了将本发明所涉及的功能安装到作为可移动的可编程的机械装置的机器人的例子，但是在不需要自主移动性的应用程序中，还能够使用具有CPU、存储器等硬件资源的计算机、例如个人计算机、PDA、便携式电话等终端来实现以下说明的功能。
首先，该机器狗1具备嗅觉系统300，该嗅觉系统300包括检测单元100、事件输出单元30以及威胁监视单元40。检测单元100对与多个采样点处的流体(在本例中空气19)所包含的化学物质相关联的化学物质关联信息进行检测。在本例中检测单元100包括IMS传感器，后文中有时称为IMS单元。事件输出单元30根据在各个采样点处得到的化学物质关联信息的变化对事件的发生以及发生原因进行判断(估计)并输出。威胁监视单元40与事件输出单元30并行地进行动作。如果构成威胁的化学物质被发现或者事件的发生原因是构成威胁的，则也可以利用警报产生单元59将其通过视觉和听觉中的至少一个来识别的警报信息、例如基于声音、光的警报来输出。
在嗅觉系统300中处理的化学物质关联信息是由于化学物质的存在而发生变化(变动)的信息。在检测单元100中，作为IMS数据115，如上所述那样输出包括谱和/或谱特征的信息。在该机器狗1中，头部2的正面10的鼻子11的左右孔12L和12R为采样孔，被收纳于鼻子11后方的检测单元100。
说明机器狗1的其它功能的概要，首先，机器狗1包括能够通过使脚部5活动来向任意方向移动的移动单元500，能够利用中央控制单元(CCU)55使机器狗1朝向从事件输出单元30得到的事件发生方向移动。
另外，机器狗1具有附属信息获取单元60，该附属信息获取单元60获取事件附属信息69，该事件附属信息69包括事件的发生方向的图像、声音、该机器人的位置、发生方向的方位、流体的移动方向以及该机器人周围的环境数据中的至少一个。该机器狗1在头部2的左右眼的位置具有获取左右图像的图像获取单元61L和61R。图像获取单元61L和61R不仅获得可见光区域的立体图像还能够获得红外线区域的立体图像，具备夜视能力。另外，图像获取单元61L和61R具备包括距离测量功能的其它功能。另外，机器狗1在头部2的左右耳13的位置具有获取左右声音(立体声声音)的麦克风62L和62R。机器狗1通过设置于颈部3的驱动器15使头部2相对于胴部4左右上下活动。因而，通过使头部2朝向事件发生方向，能够得到事件发生方向的图像和声音。
并且，机器狗1包括GPS单元63，能够使机器狗1在地球上的位置包含于事件附属信息69中。另外，机器狗1包括环境测量单元64，该环境测量单元64测量风向、温度以及湿度，能够使这些信息包含于事件附属信息69。
机器狗1还具有向外部传送包括事件的发生的事件信息的多种通信单元200、201、210。首先，机器狗1的尾巴7为使用了FM、AM频带的RF通信单元200。另外，左右耳13为用于发送接收大量信息的MIMO类型的通信单元201。并且，鼻子11为定向性通信接口211，在鼻子11后侧收纳有定向性通信单元210。定向性通信接口211包括激光通信用半导体激光器、可见光通信用LED、受光单元、超声波通信用超声波产生装置以及麦克风。通过使颈部3的驱动器15工作，由此能够使定向性通信接口211朝向期望的方向来限定通信范围，容易提高通信精度。另外，容易隐匿要交换的信息。
还能够通过这些通信单元200、201和210访问内网或者因特网之类的计算机网络。因而，机器狗1能够利用在计算机网络上开放的各种资源。例如，通过计算机网络将IMS数据115发送给原因辨别服务器，能够使用外部资源获得事件的发生原因。能够通过通信单元200、201和210来利用外部资源以估计发生原因，因此能够提高发生原因的估计精度。
另外，机器狗1使用这些通信单元200、201和210与其它机器狗交换信息，进行协调来确定事件的发生源，或者在事件的发生源成为威胁的情况下，能够应对该威胁。能够通过与多个机器狗1共享事件发生方向的信息，来高精度地确定事件的发生源。另外，在事件的发生源移动的情况下，能够追踪其移动或者包围发生源。
机器狗1还具有放出成为规定气味的发生源的化学物质的气味输出单元400。在移动过程中，在成为合适的标记的位置上附加能够识别机器狗1的气味，由此能够使具备同样的功能的机器狗1追踪自己。使用人无法识别程度的气味、几乎无法与自然界的气味相辨别的气味，能够间接地向其它机器狗1传达机器狗1的移动路径等。
图2是表示嗅觉系统300的概要结构的框图。嗅觉系统300包括：检测单元100，其通过第一类型传感器、在本例中IMS传感器110来获取与采样点处的空气19所包含的化学物质相关联的化学物质关联信息；本地存储器41，其存储库49，该库49包括通过IMS传感器110检测出特定的化学物质时的特定图案48；以及威胁监视单元40，其将通过检测单元100得到的化学物质关联信息(IMS数据)115与库41所包含的监视用的特定图案48不断地进行比较。威胁监视单元40包括对照单元42，该对照单元42在所得到的IMS数据115与监视用的特定图案48匹配时输出匹配信息。
特定图案48包括IMS数据115所包含的表示IMS传感器110的输出谱的要素的谱特征(spectralfeature，spectralsignature，谱特性，特征)。在谱特征中包含谱峰值振幅、谱峰值宽度和谱峰值梯度、谱峰值间隔、谱峰值的数量、由处理条件变化所引起的谱峰值的相对位移、谱不连续点、VrF对Vcomp特性等，并不限定于这些。
对照单元42也可以从IMS数据115所包含的输出谱中提取与特定图案48的谱特征对应的几个参数，与库49的谱特征进行对照。另外，对照单元42也可以根据库49的谱特征来合成对照用谱，使用图案匹配等技术将IMS数据115与特定图案48进行对照。
嗅觉系统300还具有根据得到的IMS数据(化学物质关联信息)115的变化输出事件的发生以及事件的发生原因的事件输出单元30，对照单元42与事件输出单元30分时或者并行地进行动作。嗅觉系统300还具有自动更新单元45，该自动更新单元45通过通信单元200(也可以使用其它通信单元201或者210，但是在后文中以通信单元200为代表来说明)对存储在本地存储器41的库49中的特定图案48自动地进行更新。另外，嗅觉系统300具有样品保存单元50，该样品保存单元50将从采样点获取到的空气19封入到保存胶囊159。
首先，检测单元100包括左右孔12L和12R共用的IMS传感器110。该检测单元100包括：IMS传感器110，其被多个采样点12R和12L所共用；供给单元120，其以分时的方式分时地从多个采样点12R和12L向IMS传感器110提供流体(在本例中空气(大气))19；以及样品保存单元50，其能够将空气19封入保存到采样胶囊159。也可以针对左右孔12L和12R分别设置IMS传感器110。
IMS传感器110包括：离子化单元111，其使用放射线、光、电场等来使包含在所抽吸的空气19中的化学物质离子化；电场控制滤波器112，其控制离子化的化学物质的移动量；以及根据离子化的化学物质的移动量输出IMS数据115作为与在空气19所包含的化学物质相关联的信息的单元113。
供给单元120包括：抽吸扇(抽吸泵)128，其用于从作为采样点的左右孔12L和12R吸入空气19并从排出口129排出；以及管路130L和130R，其用于以分时的方式将空气从各个孔12L和12R导向IMS传感器110。左右管路130L和130R为共通的结构，分别包括抽吸室121、可动连接器122、将空气19提供给IMS传感器110的供给管123、绕过供给管123的旁路管124以及用于从IMS传感器110排气的排气管125。可动连接器122用于使作为采样点的鼻孔12L和12R在上下左右的方向上朝向改变±15度(并不限定于此)左右。因而，即使不移动颈部3也能够改变采样点12L和12R的朝向。
左右孔12L和12R设置有截止风门126，从而能够将检测单元100与空气19隔绝。供给管123、旁路管124以及排气管125设置有风门127a~127d，使得能够分离供给管123、旁路管124以及排气管125。检测单元100还包括控制单元135，该控制单元135对这些风门126、127a~127d、IMS传感器110进行控制。
例如，在从左侧的孔12L吸入空气19并进行分析的情况下，关闭右侧管路130R的风门127a~127d，打开左侧管路130L的风门127a~127d来吹扫线路。接着，关闭右侧管路130R的风门127a~127d，通过IMS传感器110对从左侧的孔12L吸入的空气19所包含的化学物质进行检测。将IMS数据115提供给事件输出单元30和威胁监视单元40。
在事件输出单元30和威胁监视单元40中，如果检测不出事件和威胁，则与上述同样地从右侧的孔12R吸入空气19并进行分析。
无论是否通过事件输出单元30检测出事件，在无法估计事件原因的情况下，空气19所包含的化学物质有可能是未确认或者IMS传感器110没有分析过的化学物质。因而，控制单元135在转移到右侧的孔12R的分析之前，打开阻断旁路管124和样品保存单元50的风门155，通过样品保存单元50将旁路管124内所蓄积的空气19封入到样品保存胶囊159。然后，通过胶囊搬出路径162保存到贮藏柜160。之后使用同类型的IMS传感器110和高精度的合适类型的质量分析器等对封入到贮藏于贮藏柜160内的样品保存胶囊159内的空气19进行分析，并追加到化学物质的数据库。通过执行这种步骤，能够使在采样的时刻无法通过安装于机器人的IMS传感器110进行分析的化学物质在之后得到分析。
样品保存单元50可以如上所述自动地将样品保存到胶囊159，也可以根据来自用户的指示(远程指示)将样品保存到胶囊159。例如，能够定期地确认检测单元100的功能，或者定期地对放置了机器狗1的环境进行采样并且保存为历史记录。
事件输出单元30包括根据在各个采样点12L和12R中采样得到的空气19的IMS数据115的变化来辨别事件的发生的事件监视单元31和原因估计单元32。作为化学物质关联信息的IMS数据115的变化启示在采样点12L和12R上的空气19内包含的化学物质的变化和/或化学物质的浓度变化中的至少一个。事件监视单元31将前一次采样时的IMS数据115与本次采样时的IMS数据115进行比较，当其差分超过预先设定于事件监视单元31中的阈值时，辨别为发生了事件。
该情况下的事件是对空气19放出新的化学物质或者对空气19放出大量的化学物质，包含各种物质。例如，能够举出放置有气味的物质或者出现附带气味的物质或者附带气味的事件。气味(臭味)并不限定于人感到气味的物质，是具有能够通过IMS传感器110进行检测的浓度的化学物质在空气19内包含的物质即可。附带气味的物质还包括污染物质、炸药、毒品等危险物品、人等的生物。另外，附带气味的事件还包括发炮事件、火灾等。
并且，事件输出单元30对针对机器狗1的事件的发生方向进行辨别。事件输出单元30通过获取立体声类型的物质检测信息来能够辨别事件的发生方向。能够根据在多个采样点中检测出的化学物质的时间差和/或浓度差和多个采样点的三维的位置关系来辨别(估计)事件的发生方向。在该机器狗1中，将鼻子11的左右的孔12L和12R设于采样点，但是还能够将采样点设置于更远的位置。例如，将耳13的孔设于采样点或者添加或者上下方向的事件的发生方向的精度提高。
设置用于检测物质的采样点的位置并不限定于头部2，可以设置于其它位置、例如胴部4，也可以设置于臀部6。另外，设置于机器狗1的物质检测单元100并不限定于一个，也可以分别设置于头部2、胴部4以及臀部6上。
原因估计单元32具有存储了与IMS数据115对应的各种图案的数据库，使用图案匹配等分析技术来分析IMS数据115，对IMS数据115或者其变化的原因进行估计。另外，原因估计单元32也可以通过通信单元200将IMS数据115发送给外部的资源、例如分析服务器，得到事件的发生原因。机器狗1能够与事件的发生源接近，能够获取与浓度更高的化学物质对应的IMS数据115。因而，能够使事件的发生原因的估计精度提高。
并且，原因估计单元32使用附属信息获取单元60能够获取的事件方向的图像、声音等事件附属信息69使事件原因的估计精度提高。使用图像、声音等事件附属信息69对成为IMS数据115的检索对象的图案的检索范围进行限定，还能够缩短用于估计事件原因的处理时间。
威胁监视单元40与事件输出单元30并联地进行动作。在通过共用的处理器(CPU)来实现作为事件输出单元30的功能以及作为威胁监视单元40的功能的情况下，也可以分时地使用共用的处理器。另外，在对能够重构硬件的芯片安装事件输出单元30和威胁监视单元40的情况下，如果资源充足则能够以并联地进行动作的方式安装，如果资源不充足则能够以分时的方式安装。
威胁监视单元40包括：本地存储器41，其存储了库49，该库49包括包含搜索对象的化学物质的原因被转换(逆转换)为能够与IMS数据115直接进行对照的信息、或者对照容易的具有多个特征的参数(谱/特征)的特定图案48；以及对照单元42，其通过图案匹配等分析技术对特定图案48与IMS数据115不断地进行对照。能够与IMS数据115直接进行对照的信息的典型的数据是通过IMS传感器110对搜索对象的化学物质或者从搜索对象本身得到的气味(臭味)进行检测得到的数据(IMS数据)。对照单元42在特定图案48与IMS数据115一致时或者辨别为IMS数据115内包含特定图案48时输出匹配信息44，可采取输出警报等对应措施。
始终在检索用库49中存储特定图案48而不断地进行搜索(监视)的对象的代表性物质是威胁人的有毒品质、炸药、武器、禁止交易的毒品等药物、成为追踪对象的嫌疑人、失踪者等。将由IMS传感器110感知到这些搜索对象所特有的气味时输出的IMS数据115存储到本地存储器41，由此机器狗1能够更高效率地在短时间内发现这些搜索对象。
检测分秒必争的、成为威胁因素的化学物质的种类并不那么多。另外，有可能机器狗1对峙的威胁因素还能够根据机器狗1的出动目的、位置等来缩小。另一方面，在检测分秒必争的情况下，用于将由于检测化学物质的传感器类型(在本例中IMS类型的传感器110)不同而不同的输出与通用的数据库进行比较的处理时间可能成为致命的时间。
在该嗅觉系统300中，将存储了直接地或者仅提取特征点就能够与用于检测化学物质的IMS传感器110的输出(IMS数据)115进行比较的特定图案48的库49存储到访问时间短的、例如高速缓冲存储器等本地存储器41。因而，对照单元42通过参照库49，能够在短时间内判断威胁产生的可能性。另外，通过对存储在库49中的特定图案48的数量进行限制，以更容易与IMS数据115进行比较的数据形式能够将特定图案48存储到库49。
例如，在库49中准备非压缩的特定图案48，由此能够节省扩展所需的时间。并且，能够降低对照单元42的处理所需的时间和资源，因此其它处理、例如原因估计单元32等的并联处理或者分时处理也变得容易。因而，通过威胁监视单元40能够在短时间内不断地辨别是否有可能存在威胁因素。
自动更新单元45自动地替换始终存储在监视用库49中的特定图案48。自动更新单元45根据在事件输出单元30中得到的事件的发生原因能够对库49的特定图案48进行更新。另外，自动更新单元45与事件发生原因一起或者分开地根据事件附属信息69内包含的该装置的周围的图像和/或声音以及事件发生方向的图像、声音等来辨别状况，能够对库49的特定图案48进行更新。在还具有获取事件附属信息的单元的情况下，自动更新单元45根据事件附属信息来能够更新特定图案48。
根据机器狗1所面对的状况来对存储在库49内的特定图案48进行更新，由此能够更可靠地检测威胁。另外，对存储在库49中的特定图案48自动地进行更新，由此能够对存储在库49中的特定图案48的量限制某种程度。因而，能够进一步缩短威胁检索所需的时间。
例如，在对特定图案48内包含的一个化学物质进行了识别的情况下，将与该化学物质起化学反应而变得危险的其它化学物质、反应能量、热量非常大的变得危险的要素等，以包含在特定图案48中的方式能够自动地更新特定图案48。在对特定图案48内包含的一个化学物质进行了识别(对照)的情况下，在当该化学物质的存在比率变大时产生危险的化学反应的情况下，还能够以频繁地验证该化学物质的浓度的方式更新特定图案48。
图3是表示嗅觉系统300的典型的控制的流程图。该控制作为程序(程序产品)而记录在记录介质中或者能够通过计算机网络来提供。
在步骤701中，检测单元100的IMS传感器110在多个采样点中进行采样，输出IMS数据115。在该情况的前后或者并行地在步骤702中附属信息获取单元60获取附属信息69。
在步骤703中，威胁监视单元40对通过采样得到的IMS数据115与在本地存储器41的库49内包含的监视用特定图案48不断地进行比较和对照。在步骤704中，当IMS数据115与监视用特定图案48匹配时，在步骤705中输出匹配信息44。在步骤705中，发现了威胁，因此关联到通常警报输出。威胁监视单元40的处理不可上述那样简单。因而，可以分开进行包括CPU和存储器的中央控制单元55的处理能力，也可以设置专用的处理器，也可以设置并联地进行包括威胁监视的几个作业的处理系统。
与上述威胁监视的工艺并联地或者分时地，在步骤711中事件输出单元30根据IMS数据115的变化来确认事件的发生。在与事件的确认并联地或者前后，在步骤712中，当自动更新单元45根据事件附属信息69来辨别为需要特定图案48的更新时，在步骤713中更新特定图案48。根据机器狗1所监视的位置、状况来能够更新特定图案48。
当在步骤711中检测出事件时，在步骤721中，原因估计单元32根据IMS数据115对事件的发生原因进行辨别。在步骤722中，如果中央控制单元55判断为需要外部服务器等资源的辅助，则在步骤723中，通过通信单元200等与事件信息一起将事件附属信息传输到外部。也可以通过通信单元200将包含得到的IMS数据115的事件发生信息传输到外部，从外部的服务器等获取事件的发生原因。
在步骤724中，当自动更新单元45根据事件的发生原因来判断为需要更新特定图案48时，在步骤725中，通过通信单元200对存储在本地存储器41的库49中的特定图案48自动地进行更新。也可以从外部服务器或者机器狗1的控制器等通过通信单元200来与事件发生原因一起提供要更新的特定图案48。
在步骤726中，在没有辨明事件的发生原因时，中央控制单元55在步骤727中通过样品保存单元50将采样点处的流体封入到保存胶囊159。
这样，该嗅觉机器狗1的特征在于，构成为优先对危险性非常高的爆炸物、毒物、毒气、有害物质进行处理的结构，能够在紧急情况下停止所有分析并进行反应以执行优先处理。
并且，机器狗1安装有使专用的危险预知单元独立发挥功能的威胁监视单元40，由此始终检测形成威胁的状态。在本地存储器41中事先加载成为自己的搜索目标的化学物质的数据库，在遇到不符合的化学物质的情况下，也可以独自或者通过原因估计单元32远程参照全局数据。
嗅觉机器狗1能够根据来自控制器侧的指示来切换多个模式。在对成为对象的化学物质、该系统的物质进行分析的情况下，能够利用威胁监视单元40，使自己的本地存储器41具有搜索数据库(库)49，能够通过对照单元42在短时间内进行参照。数据库49采用能够从多个按键搜索的RD结构，能够采用类似的化学物质、易于产生化学变化的中间反应物、副生成物等在搜索空间上变得短距离的结构。
并且，机器狗1通过样品保存单元50在没有登记全局数据的情况下能够作为新化学物质而登记。即，在原因无法辨别的情况下，不从物质检测单元10直接排出空气19，切换为样品保存单元50而将空气保存到胶囊159。由此，在之后与现有的分析装置的分析结果进行对照而登记，由此能够提高辨别威胁的特定图案48的供给源即数据库的品质。在以合适的品质构建包含庞大的特定图案48的数据库时，需要该自动化系统。为了高效率地使IMS传感器用数据库充实，能够构建使现有的质量分析装置等的分析结果与使用了IMS的分析结果之间的比较与差分信息一致或者吸收而校正的路径。通过储存统计数据，来实现包括自动生成IMS传感器用特定图案的情况的数据库构建的自动化。
在检测出新化学物质的情况下，嗅觉机器狗1也可以经由网络临时登记到全局存储器。这是在后文中在执行成分分析而进行了物质的确定的情况下设为正式登记的方式。登记化学物质的特征，通过某一估计算法来执行物质的估计。在该估计中使用根据统计处理与实际的物质确定结果来校正算法和校正估计依据(路径)而准确率提高的方式。将该方式称为化学物质的估计与学习，有助于缩短人与化学物质的确定有关的时间。也就是说，有助于从半自动算法发展到自动算法。提高估计准确率和学习效率的点在于，不仅是搜索对象的特征信息，找出在此位置的其它信息、例如湿度、温度、还包括与在此存在的其它特征之间的相关性的类推与实际分析结果之间的掩埋间隙的要素变得非常重要。
此外，以上，以作为能够独立移动的机器人的例子搭载了机器狗1的嗅觉系统300为例说明了本发明，但是嗅觉系统300能够搭载于其它机器人、包括便携式电话机的便携式终端等可移动的装置或者固定的装置。另外，上述嗅觉系统300包括多个采样点，但是也可以是对在一个采样点处采集的空气19内包含的化学物质进行检测的系统。
另外，机器狗1是能够在地上移动的机器人的一例，但是也可以是鸟型机器人、空中浮游或者可飞行的机器人。并且，也可以是海上或者在海中移动的机器人。另外，以上，以包括对气体中的化学物质进行检测功能的机器人为例进行了说明，但是也可以是包括对水中或者海中包含的化学物质进行检测功能的机器人。并且，还能够将监视威胁的功能与IMS传感器110等一起安装到便携式信息终端或者安装到汽车、飞机、船等移动体或者安装到家电或者安装到大楼、家庭安全用的产品。
Claims (8)
1.一种检测化学物质的装置，具有：
检测单元，其通过分析型传感器获取与采样点处的流体所包含的不确定的化学物质相关联的化学物质关联信息，上述分析型传感器是将上述化学物质关联信息作为谱进行输出的传感器；
对照单元，其将通过上述检测单元得到的化学物质关联信息与存储在本地存储器中的威胁检测用库所包含的监视用的特定图案不断地进行比较，在上述得到的化学物质关联信息与上述监视用的特定图案相匹配时输出匹配信息，其中，该威胁检测用库包含通过上述分析型传感器检测出成为威胁原因的特定的化学物质时的特定图案；以及
事件输出单元，其在根据上述得到的化学物质关联信息所包含的化学成分的变化以及检测出的化学物质的浓度变化判断出发生了与气味有关的事件并输出事件的发生和事件的发生原因时，通过以无线或者有线方式与外部进行通信的通信单元向外部传送上述化学物质关联信息并获取事件的发生原因，该事件的发生原因包含根据上述化学物质关联信息估计出的化学物质和/或放出上述估计出的化学物质的原因，
其中，上述对照单元与上述事件输出单元分时或者并行地进行动作。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还具有：
自动更新单元，其通过上述通信单元根据上述事件的发生原因获取成为威胁的化学物质的特定图案，根据获取到的特定图案更新上述本地存储器的上述威胁检测用库。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还具有：
附属信息获取单元，其获取包含该装置周围的图像和/或声音的事件附属信息；以及
自动更新单元，其根据上述事件附属信息所包含的图像和/或声音判断该装置所面对的状况，通过上述通信单元获取包含在判断出的上述状况下成为威胁的气味的要素的特定图案，根据获取到的特定图案更新上述本地存储器的上述威胁检测用库。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
还具有样品保存单元，在没有辨明上述事件的发生原因时，该样品保存单元将上述采样点处的流体封入到保存胶囊。
5.一种检测化学物质的方法，包括以下步骤：
检测步骤，其通过分析型传感器检测与采样点处的流体所包含的不确定的化学物质相关联的化学物质关联信息，上述分析型传感器是将上述化学物质关联信息作为谱进行输出的传感器；
对照步骤，其将通过上述检测步骤得到的化学物质关联信息与存储在本地存储器中的威胁检测用库所包含的监视用的特定图案不断地进行比较，在上述得到的化学物质关联信息与上述监视用的特定图案相匹配时输出匹配信息，其中，该威胁检测用库包含通过上述分析型传感器检测出成为威胁的原因的特定的化学物质时的特定图案；以及
事件输出步骤，其在根据上述得到的化学物质关联信息所包含的化学成分的变化以及检测出的化学物质的浓度变化判断出发生了与气味有关的事件并输出事件的发生和上述事件的发生原因时，通过以无线或者有线方式与外部进行通信的通信单元向外部传送上述化学物质关联信息并获取事件的发生原因，该事件的发生原因包含根据上述化学物质关联信息估计出的化学物质和/或放出上述估计出的化学物质的原因，
其中，上述对照步骤与上述事件输出步骤分时或者并行地进行动作。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
自动更新步骤，其通过上述通信单元根据上述事件的发生原因获取成为威胁的化学物质的特定图案，根据获取到的特定图案更新上述本地存储器的上述威胁检测用库。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
附属信息获取步骤，其获取包含周围的图像和/或声音的事件附属信息；以及
自动更新步骤，其根据上述事件附属信息所包含的图像和/或声音判断所面对的状况，通过上述通信单元获取包含在判断出的上述状况下成为威胁的气味的要素的特定图案，根据获取到的特定图案更新上述本地存储器的上述威胁检测用库。
8.一种检测化学物质的方法，用于控制具有检测单元、通信单元、本地存储器以及处理器的装置，该检测单元通过分析型传感器检测与采样点处的流体所包含的不确定的化学物质相关联的化学物质关联信息，该分析型传感器是将上述化学物质关联信息作为谱进行输出的传感器，该通信单元以无线或者有线方式与外部进行通信，该本地存储器存储威胁检测用库，该威胁检测用库包含通过上述分析型传感器检测出成为威胁的原因的特定的化学物质时的特定图案，
该方法包括以下步骤：
上述处理器进行对照处理，将通过上述检测单元得到的化学物质关联信息与上述威胁检测用库所包含的监视用的特定图案不断地进行比较，在上述得到的化学物质关联信息与上述监视用的特定图案相匹配时输出匹配信息；以及
上述处理器将以下处理与上述对照处理分时或者并行地进行：在根据上述得到的化学物质关联信息所包含的化学成分的变化以及检测出的化学物质的浓度变化判断出发生了与气味有关的事件并输出事件的发生和上述事件的发生原因时，通过上述通信单元向外部传送上述化学物质关联信息并获取事件的发生原因，该事件的发生原因包含根据上述化学物质关联信息估计出的化学物质和/或放出上述估计出的化学物质的原因。
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