ES2928763T3 - Sistema de detección auxiliar portátil - Google Patents

Abstract

Un sistema de detección incluye un sistema de detección principal que tiene al menos un detector principal de peligros y un controlador conectado para comunicarse con al menos un detector principal de peligros. Se puede introducir temporalmente al menos un detector de peligros auxiliar portátil en las inmediaciones del sistema de detección principal y vincularlo con el controlador del sistema de detección principal para proporcionar una capacidad de detección adicional. El detector de peligros auxiliar portátil tiene al menos una fuente de luz que puede emitir un haz de luz y al menos un fotosensor que puede funcionar para emitir señales de sensor en respuesta a la interacción del haz de luz con un analito. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de detección auxiliar portátil

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

A menudo, los sistemas de detección se instalan en hogares, edificios de oficinas, aeropuertos, instalaciones deportivas y similares para identificar humo o productos químicos para advertir con antelación en caso de amenaza. Como ejemplos, los sistemas pueden estar diseñados para identificar cantidades traza de partículas de humo como una advertencia anticipada de un fuego, cantidades traza de un producto químico objetivo como una advertencia anticipada de la toxicidad de un entorno, o cantidades mínimas de sustancias suspendidas en el aire durante el control de seguridad de personas, equipajes, paquetes u otros objetos.

La Patente DE 10 2014 019773 A1 da a conocer un detector de humos que comprende una fuente de luz y un fotosensor, integrados en un teléfono móvil. El teléfono móvil es capaz de comunicarse con un sistema de alarma de incendios.

SUMARIO

Un primer aspecto de la presente invención proporciona un detector de peligros auxiliar portátil que está adaptado para ser introducido temporalmente en las proximidades de un sistema de detección anfitrión y enlazarse con un controlador del sistema de detección anfitrión para proporcionar una capacidad de detección adicional, teniendo el detector de peligros auxiliar portátil, al menos una fuente de luz, emitiendo cada una de dichas fuentes de luz, cuando se opera, un haz de luz, y al menos un fotosensor operable para emitir señales del sensor que responden a la interacción del haz de luz con un analito, que comprende además un sensor de plasmones de superficie que incluye un prisma, siendo el sensor de plasmones de superficie operable para emitir unas segundas señales del sensor que responden a la interacción del haz de luz con el sensor de plasmones de superficie, y un divisor de haces operable para dividir el haz de luz en un primero y un segundo haces de luz secundarios, estando el primer haz de luz secundario dirigido en el prisma y estando el segundo haz de luz secundario dirigido de manera externa al al menos un detector de peligros auxiliar portátil.

La al menos una fuente de luz puede incluir una fuente de luz ultravioleta y una fuente de luz visible.

El detector puede incluir un transmisor inalámbrico operable para transmitir las señales del sensor al controlador. El detector puede incluir un conector de bus de serie universal (USB) y una placa de circuitos conectada con el conector USB. La al menos una fuente de luz, el al menos un fotosensor y el sensor de plasmones de superficie están montados en la placa de circuitos.

El detector puede incluir una carcasa impermeable que contenga la al menos una fuente de luz y el al menos un fotosensor.

Un sistema de detección puede comprender: un sistema de detección anfitrión que incluye al menos un detector de peligros primario y un controlador conectado para la comunicación con el al menos un detector de peligros primario; y el detector del primer aspecto, que incluye opcionalmente cualquiera de las características opcionales descritas anteriormente.

Un segundo aspecto de la presente invención proporciona un método que comprende: introducir una pluralidad de detectores de peligros auxiliares portátiles en una zona y enlazar los detectores de peligros auxiliares portátiles con un controlador de un sistema de detección anfitrión instalado en la zona para proporcionar una capacidad de detección adicional en la zona, teniendo cada uno de dichos detectores de peligros auxiliares portátiles, al menos una fuente de luz, emitiendo cada una de dichas fuentes de luz, cuando se operan, un haz de luz, al menos un fotosensor que emite señales del sensor que responden a la interacción del haz de luz con un analito, un sensor de plasmones de superficie que incluye un prisma, emitiendo el sensor de plasmones de superficie unas segundas señales del sensor que responden a la interacción del haz de luz con el sensor de plasmones de superficie, y un divisor de haces que divide el haz de luz en un primero y un segundo haces de luz secundarios, estando el primer haz de luz secundario dirigido en el prisma y estando el segundo haz de luz secundario dirigido externo al al menos un detector de peligros auxiliar portátil; y determinar si hay presente una especie objetivo en el analito basándose en las señales del sensor.

La determinación de si la especie objetivo está presente en el analito puede basarse en un agregado de las señales del sensor de al menos dos de los detectores de peligros auxiliares portátiles.

El método puede incluir determinar si la especie objetivo se está moviendo o extendiendo basándose en las señales del sensor.

El método puede incluir cambiar el funcionamiento de un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado en la zona en función de la determinación de que está presente la especie objetivo.

El método puede incluir determinar una identidad química de la especie objetivo desde un espectro utilizando las señales del sensor de uno de los detectores y verificar la identidad química comparando el espectro con otro espectro de las señales del sensor de otro de los detectores.

El método puede incluir determinar si existe una tendencia de concentraciones crecientes de la especie objetivo en dos o más de los detectores y activar una alarma si existe la tendencia.

El método puede incluir determinar un valor medio de variabilidad de una concentración de la especie objetivo en los detectores basándose en una distribución agregada de las señales del sensor y activar una alarma si tanto el valor medio como la variabilidad aumentan.

El método puede incluir aumentar la frecuencia de muestreo en uno de los detectores de peligros auxiliares portátiles en función de una determinación de otro de los detectores de peligros auxiliares portátiles de que está presente la especie objetivo.

El método puede incluir aumentar la frecuencia de muestreo solo en uno o más de los detectores de peligros auxiliares portátiles que estén más cerca del detector de peligros auxiliar portátil que detectó la especie objetivo. Uno o más de los detectores de peligros auxiliares portátiles que son remotos no cambian la frecuencia de muestreo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Las diversas características y ventajas de la presente divulgación se harán evidentes para los expertos en la materia a partir de la siguiente descripción detallada. Los dibujos que acompañan a la descripción detallada pueden describirse brevemente de la siguiente manera.

La Figura 1 ilustra un sistema de detección de ejemplo que tiene al menos un detector de peligros auxiliar portátil. La Figura 2 ilustra un detector de peligros auxiliar portátil de ejemplo que no es el objeto de la presente invención. La Figura 3 ilustra el detector de peligros auxiliar portátil de la Figura 2.

La Figura 4 ilustra otro detector de peligros auxiliar portátil de ejemplo que tiene múltiples fuentes de luz y fotosensores, y que no es el objeto de la presente invención.

La Figura 5 ilustra otro detector de peligros auxiliar portátil de ejemplo que tiene un sensor de plasmones de superficie. La Figure 6 ilustra un sensor de plasmones de superficie de ejemplo.

La Figura 7 ilustra un gráfico de ejemplo que tiene distribuciones de señales del sensor agregadas, para demostrar una estrategia de control de ejemplo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Los sistemas de detección en hogares, edificios de oficinas, aeropuertos, instalaciones deportivas y similares identifican el humo o productos químicos para advertir con antelación en caso de amenaza. Dicho sistema puede tener una capacidad limitada. Por ejemplo, el sistema está limitado a la capacidad de sus detectores existentes y, aunque el sistema puede continuar funcionando durante un caso de amenaza, una vez que se identifica el caso de amenaza, el sistema puede tener una capacidad limitada para un análisis mejorado a medida que se desarrolle el caso de amenaza. En el presente documento se desvela un sistema de detección auxiliar portátil que puede ser añadido a un sistema de detección anfitrión a fin de aumentar la capacidad de detección antes o durante el caso de amenaza. La Figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema de detección 20 de ejemplo (“sistema 20”) para controlar un analito en la zona 22 en busca de materiales peligrosos. Por ejemplo, la zona 22 puede ser, pero no se limita a, edificios, aeropuertos, instalaciones deportivas y similares. El material peligroso puede ser humo, otras partículas, productos químicos, agentes biológicos, una o más especies objetivo u otros materiales que puedan ser indicativos u objeto de un caso de amenaza.

En este ejemplo, el sistema 20 incluye un sistema de detección anfitrión 24 que incluye al menos un detector de peligros primario 26 (“detectores 26”) y un controlador 28. El controlador 28 está conectado de manera comunicativa para la comunicación con los detectores 26 a través de las conexiones 30. Debe entenderse que, en el presente documento, conexiones comunicativas o comunicaciones pueden referirse a conexiones ópticas, conexiones por cable, conexiones inalámbricas o combinaciones de las mismas. El controlador 28 puede incluir hardware (por ejemplo, uno o más microprocesadores y memorias), software, o ambos, que están configurados (por ejemplo, programados) para realizar las funcionalidades descritas en el presente documento.

Los detectores 26 pueden ser, pero no se limitan a, detectores de humos o sensores de la calidad del aire de interiores que son capaces de detectar pequeñas cantidades de partículas (por ejemplo, partículas de humo, vapor de polvo u otras partículas), productos químicos y/o agentes biológicos en el analito. Los tipos de detectores 26 de ejemplo pueden incluir detectores de ionización, detectores fotoeléctricos de aspiración, detectores con o sin cámara fotoeléctrica, sensores electroquímicos, sensores de resonancia de plasmón de superficie, detectores fotoacústicos y combinaciones de los mismos.

Como ejemplo, el sistema de detección anfitrión 24 es una instalación permanente de la zona 22. A este respecto, al menos parte del sistema de detección 24 puede incluir hardware que esté integrado estructuralmente en la zona 22. Por ejemplo, los detectores 26 pueden estar cableados a través de la infraestructura de un edificio o localización y/o los detectores 26 pueden instalarse por medio de un hardware o infraestructura integrada en el edificio que esté adaptado estructuralmente para alojar o para montar los detectores 26. Aunque la Figure 1 incluye elementos del sistema 20 dentro de la zona 22, algunos de los elementos del sistema 20 pueden estar ubicados de manera adyacente o fuera de la zona 22, a condición de que no se requiera su proximidad al analito en la zona 22 para hacer posible el método y la configuración descritos en el presente documento. Por ejemplo, como se describe en el presente documento, algunos o todos los detectores están integrados habitualmente en la zona, pero el controlador 28 puede ser adyacente o estar fuera de la zona 22, a condición de que esté dentro del alcance de comunicación de los detectores 26.

El sistema de detección anfitrión 24 puede estar configurado generalmente como una un sistema de advertencia anticipada para identificar la presencia del material peligroso y activar una alarma. Por ejemplo, los detectores 26 controlan el aire en busca de la presencia de humo, otras partículas, productos químicos y/o agentes biológicos, y el controlador 28 activa una alarma tras determinar que hay presente humo, otras partículas, productos químicos y/o agentes biológicos en el aire. El controlador 28 también puede estar configurado para controlar otros sistemas de una infraestructura de un edificio o ubicación, tal como, pero sin limitación, sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC, del inglés heating, ventilation and air conditioning).

El sistema de detección anfitrión 24 está limitado porque contiene un número finito de los detectores 26 que tienen capacidades de detección establecidas. Por ejemplo, los detectores 26 pueden ser todos detectores de humos que son incapaces de identificar productos químicos o agentes biológicos, o los detectores 26, después de detectar el humo, no pueden facilitar otros datos útiles.

A este respecto, el sistema 20 incluye uno o más detectores de peligros auxiliares portátiles 32 (“detectores 32”). Los detectores 32 pueden ser introducidos temporalmente (como se representa en 34) en las proximidades del sistema de detección anfitrión 24 (por ejemplo, dentro o cerca de la zona 22 y dentro del alcance de comunicación del controlador 28) para proporcionar una capacidad de detección adicional. Por ejemplo, los detectores 32 pueden ser añadidos al sistema detector anfitrión 24 para aumentar la capacidad de análisis de detección durante un caso de amenaza una vez que ya han sido detectados humo, productos químicos o agentes biológicos en la zona 22. Dicha utilización puede facilitar la gestión de personas y recursos en la zona 22 durante el caso de amenaza y, después, los detectores 32 pueden ser retirados del sistema 20 mientras el sistema de detección anfitrión 24 reanuda su funcionamiento. Como otro ejemplo, los detectores 32 pueden ser añadidos al sistema detector anfitrión 24 antes de cualquier caso de amenaza, para aumentar la capacidad de análisis de detección para la indicación de un caso de amenaza. En este caso, los detectores 32 pueden utilizarse para aumentar temporalmente la capacidad, tal como en un evento deportivo u otra reunión de personas y, después, los detectores 32 pueden ser retirados del sistema 20 mientras el sistema de detección anfitrión 24 continúa en funcionamiento. En un ejemplo adicional, los detectores 32 pueden ser desplegados de la manera anterior o, como alternativa, ser utilizados como un sistema de detección independiente.

Los detectores 32 son compactos y portátiles y no están cableados al controlador 28. Los detectores 32 pueden llevarse fácilmente a mano a la zona 22 y colocarse temporalmente en la zona 22. Como ejemplo, la naturaleza "portátil" de los detectores 32 se refiere a un detector 32 que tiene una mayor portabilidad que un detector 26. Por ejemplo, el detector 26 está montado normalmente de forma invasiva en una estructura en la zona 22, tal como por medio de una pluralidad de tornillos de sujeción y sus agujeros correspondientes en la estructura (una instalación "destructiva" que requiere una alteración permanente en la estructura de la zona 22). Sin embargo, el detector 32 se coloca de una manera no invasiva en la zona 22 sin ningún tornillo de sujeción o necesidad de agujeros (una instalación "no destructiva" que no necesita ninguna alternación permanente en la estructura de la zona 22). Por tanto, los detectores 32 pueden ser movidos y colocados libremente para operar virtualmente en cualquier lugar en la zona 22, es decir, a diferencia de los detectores 26, los detectores 32 no tienen una ubicación fija en la zona 22.

Tras la activación (por ejemplo, alimentación o encendido de los dispositivos), los detectores 32 se enlazan con el controlador 28 del sistema de detección anfitrión 24 para proporcionar capacidad de detección adicional a los detectores 26, tal como, pero sin limitación, detección química, identificación química, detección de humos, detección de agentes biológicos y combinaciones de los mismos. Por ejemplo, el controlador 28 puede utilizar datos recogidos de los detectores 26, que se describirán con mayor detalle más adelante.

Una realización del detector 32, que entra dentro del alcance de la presente invención, se describe junto con la figura 5, donde el detector tiene el signo de referencia 232.

La Figura 2 ilustra un ejemplo representativo de uno de los detectores 32, que también se muestra en una vista lateral en la Figura 3 y no es objeto de la presente invención. En este ejemplo, el detector 32 está en una plataforma de bus de serie universal (USB, del inglés Universal Serial Bus) e incluye un conector USB 33 y una placa de circuitos 35. A este respecto, el detector 32 puede ser un dispositivo "plug and p lay (conectar y reproducir) que, una vez introducido en las proximidades del sistema de detección anfitrión 24 al enchufarlo (para alimentar el detector 32), puede ser descubierto por el sistema de detección anfitrión 24 sin la necesidad de una configuración física del dispositivo o la intervención del usuario.

El detector 32 tiene al menos una fuente de luz 36 y al menos un fotosensor 38 que están montados de manera operativa en la placa de circuitos 35. La placa de circuitos 35, la(s) fuente(s) de luz 36 y el(los) fotosensor(es) 38 están encerrados en una carcasa 37, que puede incluir unas piezas de carcasa superior e inferior que están unidas entre sí; la carcasa 37 puede ser impermeable de modo que las piezas de las carcasas 37a, 37b estén selladas entre sí. La caja puede incluir un indicador visual, tal como una luz o una pequeña pantalla LCD (no mostrado), conectado de manera comunicativa al controlador 40 para indicar el estado del detector 32, tal como el nivel de energía del dispositivo, lecturas del sensor, estado de comunicación y otras indicaciones del funcionamiento del detector. El detector 32 también puede incluir otros sensores, tales como un sensor de temperatura, un sensor de humedad o similares. El detector 32 puede ser alimentado a través del conector USB 33 y, por tanto, puede excluir una batería integrada. Como alternativa, el detector 32 puede ser un dispositivo autónomo que tenga una batería integrada y no tenga el conector USB 33.

Cada fuente de luz 36, cuando se opera, emites un haz de luz B1 (Figura 3). El detector 32 puede incluir además un módulo de control 40 y cada fuente de luz 36 puede conectarse de manera comunicativa en 42 al módulo de control 40. El módulo de control 40 puede incluir hardware (por ejemplo, uno o más microprocesadores y memorias), software, o ambos, que están configurados (por ejemplo, programados) para realizar las funcionalidades descritas en el presente documento para el detector 32. Como ejemplo, el módulo de control 40 puede estar configurado con el mismo protocolo de comunicaciones que el sistema detector anfitrión 24, tal como, pero sin limitación, BACnet. El módulo de control 40 también puede incluir un receptor de sistema de posicionamiento global (GPS), para permitir que el controlador 28 conozca la ubicación de cada detector 32. Adicionalmente o como alternativa, el controlador 28 puede utilizar triangulación en una red inalámbrica de área local para localizar cada detector 32. Como otra alternativa, pueden introducirse manualmente las ubicaciones de los detectores 32 en el controlador 28.

La fuente de luz 36 se conecta de manera comunicativa con el módulo de control 40 de manera que el módulo de control 40 puede controlar el funcionamiento de la fuente de luz 36 con respecto a APAGAR/ENCENDER, variar la intensidad de la luz (potencia o densidad de energía), variar la longitud de onda de la luz y/o variar la frecuencia de pulso. Como ejemplo, la fuente de luz 36 es un diodo emisor de luz o un láser que puede emitir un haz de luz a una longitud de onda o a lo largo de un rango de longitudes de onda que puede ser alterado de una manera controlada. Además, en cada longitud de onda, pueden variarse de una manera controlada la intensidad de la luz y/o la frecuencia de pulso. Por ejemplo, el módulo de control 40 puede escanear el analito en rangos de longitudes de onda, intensidades y/o frecuencias de pulso controlando la fuente de luz 36. En otro ejemplo, una o más fuentes de luz 36 emiten luz en el rango de longitudes de onda de 250 nm a 532 nm, de 400 nm a 1100 nm o de 900 nm a 25000 nm. El rango de longitudes de onda puede ser ajustado mediante un filtro o puede seleccionarse una fuente de luz 36 para generar luz con un ancho espectral de 100 nm o menos que entra dentro del rango de longitudes de onda. También puede controlarse la fuente de luz para generar múltiples longitudes de onda discretas que se adaptan a las especies objetivo para mejorar la sensibilidad y la selectividad. Como se utiliza en el presente documento, "luz" puede referirse a longitudes de onda en el espectro visible, así a como las regiones del infrarrojo cercano y del ultravioleta cercano.

Cada fotosensor 38 se conecta de manera comunicativa en 44 al módulo de control 40. Cada fotosensor 38 puede funcionar para emitir señales del sensor que responden a la interacción del haz de luz B1 con el analito, que aquí se representa en A. El fotosensor 38 puede ser un sensor de estado sólido, tal como, pero sin limitación, fotodiodos, fototransistores bipolares, transistores de efecto campo fotosensibles y similares. El fotosensor 38 responde a luz dispersada SI recibida por la interacción del haz de luz B1 con el analito A. Las señales del sensor son proporcionales a la intensidad de la luz dispersada S1 recibida por el fotosensor 38.

Las señales del sensor pueden ser guardadas en una memoria en el módulo de control 40 y/o transmitidas por medio de un transmisor 46 al controlador 28 del sistema de detección anfitrión 24. El módulo de control 40, el controlador 28, ambos, o combinaciones del módulo de control 40 y el controlador 28 pueden determinar si hay presente un material peligroso en el analito en función de la intensidad de la luz dispersada. Si puede escanearse la fuente de luz 36 a lo largo de un rango de longitudes de onda, el módulo de control 40, el controlador 28, ambos, o combinaciones del módulo de control 40 y el controlador 28 también pueden determinar una identidad química del contaminante a partir de un espectro de la luz dispersada en el rango de longitudes de onda. Estas dos determinaciones pueden denominarse aquí, respectivamente, como una determinación de presencia y una determinación de identidad.

Puede realizarse una determinación de presencia analizando la intensidad de las señales del sensor. Por ejemplo, cuando no hay presente material, las señales del sensor son bajas. Puede considerarse que esto es una señal de referencia o de fondo. Cuando hay presente un material y dispersa la luz, las señales del sensor aumentan en comparación con la señal de referencia. Cantidades mayores de material producen más dispersión y un aumento proporcional en la señal del sensor. Un aumento que excede un umbral predeterminado sirve como una indicación de que el material está presente.

Puede realizarse una determinación de identidad analizando las señales del sensor en el rango de longitudes de onda del haz de luz B1. Por ejemplo, el analito se escanea en el rango de longitudes de onda para recoger espectros temporales de intensidad frente a longitud de onda (o unidad equivalente). Diferentes materiales responden de manera diferente con respecto a la absorbancia y la dispersión de diferentes longitudes de onda de luz. Por tanto, los espectros de diferentes tipos de contaminantes (teniendo en cuenta un espectro de referencia o de fondo) difieren y pueden utilizarse como una firma para identificar el tipo de contaminante mediante comparación del espectro con una biblioteca o base de datos de espectros, que puede estar en la memoria del módulo de control 40 y/o el controlador 28. De esta manera, puede determinarse la identidad química del material, tal como, pero sin limitación, carbonilos, silanos, cianatos, monóxido de carbono e hidrocarburos.

El módulo de control 40 también puede estar configurado para una capacidad de comunicación ad hoc (tal como una WiFi ad hoc, un protocolo inalámbrico patentado o Bluetooth o una combinación, por ejemplo) con el transmisor 46. La capacidad ad hoc utiliza recursos de procesamiento con un detector 32 para agregar datos de otros detectores 32. Los datos agregados se evalúan para confirmar la decisión de alarma del detector 32. En un ejemplo, una columna creciente de biopartículas es detectada por el detector 32, pero no es detectado por los detectores 32 circundantes. Puede emitirse una alarma con un bajo índice de confianza (es decir, una alarma baja). A medida que más detectores 32 detectan la columna creciente de biopartículas, aumenta la confianza de la alarma y aumentará el nivel de alarma, dando como resultado una alarma alta. Los niveles de alarma pueden indicar qué respuesta o notificación es activada. Un nivel de alarma bajo puede notificar una guardia de seguridad o cambiar automáticamente el sistema HVAC para ventilar el área. Una respuesta de alarma alta puede iniciar la notificación de evacuación del edificio, área o habitación. Por ejemplo, una capacidad de comunicación ad hoc permite que el detector 32 se comunique con el controlador 28 del sistema de detección anfitrión 24, con otros detectores 32 o con otro controlador si se trata de un sistema independiente.

En un ejemplo adicional, el detector 32 también emplea un esquema de baja potencia. En un esquema de baja potencia de ejemplo, los detectores 32 funcionan a una frecuencia de muestreo baja. Por ejemplo, la frecuencia de muestreo puede tomar una lectura de muestra cada 10-60 segundos. Si uno de los detectores 32 detecta la presencia de una especie objetivo, el detector 32 puede, como respuesta, empezar a muestrear a una frecuencia de muestreo más alta. Una frecuencia de muestreo alta de ejemplo es un muestreo por segundo. Si ese detector 32 sigue detectando todavía la presencia de la especie objetivo a la frecuencia de muestreo alta, puede enviar una señal de alarma a los otros detectores 32. La señal de alarma activa los otros detectores 32 para que entren en la frecuencia de muestreo alta, para ayudar a confirmar la presencia de la especie objetivo y proporcionar información sobre donde está presente la especie objetivo. En un ejemplo adicional, en lugar de que todos los detectores 32 entren en la frecuencia de muestreo alta, solo los detectores 32 más cercanos entran en una frecuencia de muestreo alta de modo que al menos uno o dos detectores remotos 32 más no entren en la frecuencia de muestreo alta.

En otro ejemplo, los detectores 32 se utilizan para aumentar la sensibilidad utilizando fusión de datos. Por ejemplo, si uno de los detectores 32 detecta la presencia de una especie objetivo, pero la concentración de la especie objetivo no excede un umbral de alarma para un detector individual, ese detector 32 puede accionar otros detectores, o al menos los detectores 32 cercanos, para que entren en la frecuencia de muestreo alta. Esto, a su vez, aumenta la sensibilidad por medio de la recogida de más datos desde más detectores 32. Después, múltiples detectores 32 operando a la frecuencia de muestreo alta también pueden detectar la presencia de la especie objetivo a una concentración que no exceda el umbral de alarma para un detector individual. El controlador 28 controla esta condición y, si se produce, activa una alarma.

La Figura 4 ilustra otro detector de peligros auxiliar portátil de ejemplo 132 que no es objeto de la presente invención. En esta divulgación, los números de referencia similares designan elementos similares cuando sea adecuado y los números de referencia con la suma de cien o múltiplos de los mismos designan elementos modificados que se entiende que incorporan las mismas características y beneficios de los elementos correspondientes. En este ejemplo, el detector 132 incluye una fuente de luz 136 adicional conectada de manera comunicativa en 142 con el módulo de control 40 y un fotosensor 138 adicional conectado de manera comunicativa en 144 al módulo de control 40.

La fuente de luz 136, cuando se opera, emite un haz de luz B2, que puede estar dirigida en un ángulo diferente desde el detector 132 que el ángulo del haz de luz B1 desde la fuente de luz 36. Como ejemplo, la fuente de luz 136 es un diodo emisor de luz o láser que puede emitir un haz de luz a una longitud de onda o a lo largo de un rango de longitudes de onda. Además, en cada longitud de onda, pueden variarse de una manera controlada la intensidad de la luz y/o la frecuencia de pulso. Por ejemplo, el módulo de control 40 puede escanear el analito en rangos de longitudes de onda, intensidades, y/o frecuencias de pulso mediante el control de la fuente de luz. En otro ejemplo, la fuente de luz 136 es capaz de producir luz ultravioleta, lo que permite la detección bioquímica y la espectroscopía de fluorescencia.

El fotosensor 138 puede ser un sensor de estado sólido, tal como, pero sin limitación, fotodiodos, fototransistores bipolares, transistores de efecto campo fotosensibles y similares. El fotosensor 138 responde a la luz dispersada hacia adelante S2 recibida por la interacción del haz de luz B2 con el analito A. Las señales del sensor son proporcionales a la intensidad de la luz dispersada S2 recibida por el fotosensor 138. Los fotosensores 138 también pueden depender de la longitud de onda para aceptar únicamente luz en determinadas bandas de longitud de onda. Esta funcionalidad puede estar integrada en los elementos sensores del fotosensor 138 o, como alternativa, puede colocarse un filtro delante del fotosensor 138. Por ejemplo, para la medición de fluorescencia, la luz es emitida a un rango de longitudes de onda A, pero el fotosensor 138 solo puede detectar luz en un rango de longitudes de onda B, que puede superponerse o no con el rango A.

El módulo de control 40, el controlador 28, o ambos, pueden estar configurados para comparar las señales del sensor de los fotosensores 38, 138 para identificar información sobre el analito o identificar una condición de fallo. Por ejemplo, las fuentes de luz 36, 136 pueden ser operadas a diferentes longitudes de onda o frecuencias para mejorar la identificación de un material peligroso. Como ejemplo, en lugar de un espectro de firma único de dispersión de luz, la fuente de luz 136 y el fotosensor 138 pueden proporcionar un segundo espectro de firma a una frecuencia, longitud de onda, rango de frecuencias o rango de longitudes de onda diferentes, lo que puede utilizarse para distinguir materiales peligrosos que por lo demás pueden tener espectros similares, distinguir entre partículas de humo, polvo y vapor, o determinar el tamaño de partículas.

En un ejemplo adicional, las señales del sensor pueden utilizarse para identificar una condición de fallo en la que existe una obstrucción (por ejemplo, una mano) en las líneas de los haces de luz B1, B2 que no es ningún material peligroso. Por ejemplo, dicha obstrucción puede bloquear completamente o casi completamente la dispersión frontal al fotosensor 138 pero producir dispersión al fotosensor 38. Esta situación puede ser identificada y puede activarse una condición de fallo en el módulo de control 40, el controlador 28, o en ambos, para ignorar la lectura como una obstrucción en lugar de un material peligroso.

La Figura 5 ilustra otro detector de peligros auxiliar portátil de ejemplo 232 que es una realización de la presente invención. El detector 232 incluye un divisor de haces 50 y un sensor de plasmones de superficie 52. El divisor de haces 50 es operable para dividir el haz de luz B1 en un primero y un segundo haces de luz secundarios B3 y B4. El primer haz de luz secundario B3 es dirigido hacia el sensor de plasmones de superficie 52 y el segundo haz de luz B4 se dirige de forma externa al detector 232. El sensor de plasmones de superficie 52 se conecta de manera comunicativa en 54 al módulo de control 40 y es operable para emitir señales del sensor que responden a la interacción del haz de luz B3 con el sensor de plasmones de superficie 52. De forma similar a los ejemplos anteriores, el fotosensor 38 responde a la luz SI dispersada hacia adelante recibida desde la interacción del haz de luz B4 con el analito A.

La Figura 6 ilustra un ejemplo del sensor de plasmones de superficie 52. El sensor de plasmones de superficie 52 incluye un prisma 56 que está recubierto en una primera cara 56a con una película fina de metal 58, tal como un recubrimiento de oro o de plata. El prisma 56 está situado para reflejar el haz de luz B3 a un fotosensor 60.

La película de metal 58 se expone al analito. El haz de luz B3 entra en el prisma 56 a través de una segunda cara 56b y se propaga en un ángulo de incidencia R1 hacia el punto de contacto del prisma 56 con la película de metal 58. El haz de luz B3 se refleja del punto de contacto con un ángulo de resonancia R2. El haz de luz B3 excita los polaritones de plasmón superficial en la película de metal 58. Si el analito contiene un material peligroso, el material interactúa con la superficie de la película de metal 58, cambiando de este modo localmente la respuesta del plasmón y el ángulo de resonancia R2 resultante. El fotosensor 60 se utiliza para controlar el ángulo de resonancia R2 y emitir las señales del sensor al módulo de control 40. Como se apreciará, la resonancia de plasmones superficiales y los dispositivos son conocidos y pueden utilizarse otros tipos de sensores de plasmones superficiales y técnicas, siempre que entren dentro del alcance de las reivindicaciones.

El sensor de plasmones de superficie 52 puede servir para identificar de un modo independiente determinaciones incorrectas hechas desde el fotosensor 38 o si hay presente un material peligroso en el analito. Como ejemplo, si las señales del sensor desde el sensor de plasmones de superficie 52 exceden un umbral por encima de una señal de fondo, se hace una determinación de presencia positiva de que el material peligroso está presente. Después, esta determinación de presencia positiva puede compararse con la determinación de presencia hecha desde las señales del sensor del fotosensor 38 para identificar si existe un fallo. Si hay una determinación de presencia negativa desde el fotosensor 38, pero una determinación de presencia positiva desde el sensor de plasmones de superficie 52, puede desencadenarse un fallo. Si hay una determinación de presencia positiva desde el fotosensor 38, pero una determinación de presencia negativa desde el sensor de plasmones de superficie 52, puede desencadenarse un fallo y generar una señal de notificación. El sensor de plasmones de superficie 52 proporciona así un nivel de redundancia al fotosensor 38.

En un ejemplo adicional, el sensor de plasmones de superficie 52 también puede servir para distinguir una identidad química del material peligroso en función de una firma distinta entre el fotosensor 38 y el sensor de plasmones de superficie 52. Por ejemplo, un material peligroso, tal como, pero sin limitación, el sulfuro de hidrógeno (FFS) puede tener análogos químicos cercanos que produzcan respuestas similares, pero no idénticas, en el fotosensor 38 y el sensor de plasmones de superficie 52. Para distinguir los análogos, las respuestas a través del fotosensor 38 y el sensor de plasmones de superficie 52 se compilan para producir una huella digital característica para cada análogo.

Las firmas de los análogos pueden entonces comparase con una biblioteca de firmas para identificar qué análogo es el material peligroso. Adicionalmente o como alternativa, las respuestas a través del fotosensor 38 y el sensor de plasmones de superficie 52 pueden introducirse en una red neuronal en el módulo de control 40 o el sistema de detección anfitrión 24 para construir un fundamento para identificar y distinguir análogos.

Los siguientes ejemplos demuestran estrategias de control de los detectores 32/132/232. Los ejemplos harán referencia únicamente a los detectores 32, pero debe entenderse que los ejemplos también se aplican a los detectores 132/232. A diferencia de un solo detector o grupos de detectores que sirven más o menos individualmente, los detectores 32 proporcionan una estrategia de control de grupo que puede mejorar la detección temprana y la respuesta frente a casos de amenaza.

En un ejemplo, los detectores 32 sirven como un grupo, es decir, una red de detección, para identificar y rastrear las especies detectadas. Por ejemplo, si uno de los detectores 32 identifica una especie objetivo (por ejemplo, humo), como respuesta, el controlador 28 puede determinar si cualquier otro de los detectores 32 también ha identificado la especie objetivo. Si ningún otro detector 32 identifica la especie objetivo, hay un nivel bajo de confianza de la presencia de la especie objetivo. Como resultado, el controlador 28 puede no realizar ninguna acción o, dependiendo de los ajustes de la alarma del sistema, puede activar una alarma de bajo nivel. Sin embargo, si uno o más detectores 32 adicionales también identifican la especie objetivo, hay un nivel más alto de confianza de que está presente la especie objetivo. Como respuesta, el controlador 28 puede activar una alarma y/o tomar una acción de respuesta. Una acción de ejemplo es ordenar uno o más cambios en el sistema HVAC de la infraestructura del edificio o ubicación. Por ejemplo, las compuertas pueden moverse desde un estado abierto a uno cerrado y/o los ventiladores y compresores pueden desactivarse, para reducir la capacidad de propagación de la especie objetivo.

En un ejemplo adicional, los detectores 32 se utilizan como un grupo para proporcionar una estrategia de detección de dos puntos: uno basado en límites de concentración altos y otro basado en la detección de la tendencia en los detectores 32. En el primer enfoque (concentración alta), existe un nivel de alarma para la concentración de las especies objetivo en uno cualquiera de los detectores 32. Si se excede el nivel en uno cualquiera de los detectores 32, el controlador 28 activa una alarma. Aunque sin limitación, puede establecerse una alarma desde las señales del sensor. Por ejemplo, las intensidades de las señales del sensor son representativas de la concentración de la especie objetivo en la zona 22. El controlador 28 agrega estadísticamente las señales del sensor y produce una distribución entre todos los detectores 32. Puede establecerse un nivel de alarma para alta concentración con respecto a un valor medio de la distribución (por ejemplo, un múltiplo de la desviación estándar estadística para la distribución). Por tanto, si la concentración de la especie objetivo en uno cualquiera de los detectores 32 superara el límite de la alarma, el controlador 28 activaría una alarma.

En el segundo enfoque (detección de tendencia), el controlador 28 busca aumentos en la concentración de la especie objetivo en dos o más de los detectores. En este enfoque, se identifica un caso de amenaza en función de la tendencia, pero antes de que la concentración alcance los niveles altos que activarían la alarma bajo el primer enfoque anterior. Por ejemplo, el controlador 28 puede identificar un aumento de la concentración en uno de los detectores 32 y, dentro de un periodo de tiempo preestablecido de este, identificar un aumento de la concentración en uno o más de otros detectores 32. Por tanto, a lo largo de un periodo de tiempo, el controlador 28 identifica aumentos progresivos en el número de los detectores 32 que tienen concentraciones crecientes. El periodo de tiempo puede variarse, pero, en un ejemplo, puede ser un periodo de tiempo relativamente corto en el orden de aproximadamente un segundo a aproximadamente 1000 segundos, lo que está diseñado para afrontar casos de amenazas que se desarrollan/propagan de forma relativamente rápida.

Una vez que se identifica este incremento progresivo en el número de los detectores 32 que tienen concentraciones crecientes (pero están por debajo del límite de alarma anterior), el controlador 28 puede no tomar ninguna respuesta, activar una alarma de bajo nivel o activar una alarma de alto nivel. En un ejemplo, el árbol de decisión para esta respuesta está basado en el número de detectores 32 que tienen concentraciones crecientes. Por ejemplo, si solo un único detector 32 tiene una concentración creciente, el controlador 28 no toma ninguna acción. Si de dos a cuatro detectores tienen concentraciones crecientes, el controlador 28 activa una alarma de bajo nivel. Y si más de cuatro detectores 32 tienen concentraciones crecientes, el controlador 28 activa una alarma de alto nivel. Como se apreciará, puede variarse el número de detectores 32 que activa estas diversas respuestas. En otras palabras, el controlador 28 puede configurarse o programarse para seleccionar una respuesta que depende del número de detectores 32 que tienen concentraciones crecientes que están por debajo del límite de alarma del primer enfoque de antes.

Existe un tercer enfoque adicional que puede utilizarse con los enfoques anteriores o en lugar de cualquiera de los enfoques anteriores. Este tercer enfoque es, en cierto modo, similar al segundo enfoque en que también está basado en la tendencia antes de que la concentración alcance los niveles altos que activarían la alarma bajo el primer enfoque anterior. En el tercer enfoque, el controlador 28 busca una o más tendencias particulares a lo largo del tiempo en el valor medio de la distribución tomado del agregado estadístico de las señales del sensor de los detectores 32. Por lo general, el periodo de tiempo aquí sería más largo que el periodo de tiempo anterior para el segundo enfoque, ya que aquí el enfoque está destinado a discriminar casos de movimiento lento. Por ejemplo, el controlador 28 identifica si la media y la variabilidad de la distribución cambia a lo largo del tiempo (por ejemplo, durante un periodo de más de aproximadamente 15 min hasta varios días o semanas) y, en función de los resultados, discrimina entre diferentes tipos de casos.

Los siguientes escenarios demuestran dos ejemplos del tercer enfoque, el primero de los cuales es un caso que no es una amenaza y el segundo de los cuales es para un caso de amenaza. Un aumento de polen en el aire es un caso que no es una amenaza, sin embargo, el polen puede ser detectado y activar alarmas en otros sistemas que no sean capaces de identificar este tipo de caso para evitar activar una alarma (que sería una indicación falsa de amenaza). Un aumento en los niveles de polen puede provocar un aumento lento en la concentración de partículas entre los nodos 36, lo que, a lo largo del periodo de tiempo, aumenta el valor medio de la distribución. Sin embargo, dado que el polen está omnipresente en el aire en todos los nodos 36, la variación de la distribución permanece constante o cambia muy poco en el periodo de tiempo. En este caso, el controlador 28 no realiza ninguna acción de respuesta.

La Figura 7 representa gráficamente dicho caso y el efecto de aumentar el valor medio de la distribución. La Figura 7 muestra las distribuciones 70 y 72 de la salida del sensor agregado frente a la concentración de partículas. La distribución 70 representa una condición sin amenaza, es decir, una condición de referencia. La distribución 72 representa el agregado en un momento posterior y está desplazada a la derecha en comparación con la distribución 70. El desplazamiento a la derecha indica un aumento en el valor medio (en los máximos). La amplitud de las distribuciones es representativa de la variabilidad. Aquí, la variabilidad de las distribuciones 70 y 72 es sustancialmente idéntica, ya que ambas distribuciones 70 y 72 son curvas de campana relativamente estrechas.

El segundo escenario para demostrar un ejemplo del tercer enfoque se refiere a un caso de amenaza de movimiento lento. Un caso de combustión latente o de liberación de un agente biológico también puede provocar un aumento lento en la concentración de partículas entre los nodos 36. Sin embargo, este tipo de caso tiene un efecto diferente sobre la distribución. Como el polen, las partículas de la combustión o el agente biológico aumentan el valor medio de la distribución durante el periodo de tiempo. Pero, puesto que las partículas emanan del sitio de la combustión latente o el agente biológico emana del punto de liberación, es probable que difiera la concentración entre los nodos 36. Es más probable que los nodos 36 que están más cerca del sitio o punto de liberación tengan concentraciones mayores. Como resultado, no solo aumenta el valor medio de la distribución, sino que aumenta la variación de la distribución. En este caso, el controlador 38 activa una alarma como respuesta a identificar un aumento en el valor medio y un aumento en la variabilidad. De esta manera, el controlador 38 discrimina entre casos inofensivos, tales como aumentos en los niveles de polen que aumentan la media, pero no cambian la variabilidad de la distribución, y casos de potencial amenaza, tales como la combustión latente o la dispersión de agentes biológicos, que aumente la media y también aumenta la variabilidad de la distribución.

La Figura 7 representa un aumento en la media y la variabilidad. La Figura 13 muestra una distribución 74 de la salida del sensor agregado frente a una concentración de partículas que es representativa de un caso de combustión latente o liberación de agente biológico. La distribución 74 representa el agregado en un momento posterior que la distribución 70 (la condición de referencia) y está desplazada a la derecha en comparación con la distribución 70. El desplazamiento a la derecha indica un aumento en el valor medio (en los máximos). La variabilidad de las distribuciones 70 y 74 es sustancialmente diferente, ya que la distribución 70 es una curva de campana estrecha y la distribución 74 es una curva de campana ancha.

En otro ejemplo, la red de detección de los detectores 32 puede utilizarse para identificar si una especie objetivo identificada se está moviendo o extendiendo. Por ejemplo, una nube de una especie objetivo puede envolver varios de los detectores 32, pero no otros de los detectores 32. El controlador 28 identifica que en el instante de tiempo hay una especie objetivo en algunos detectores 32, pero no en otros. En un momento posterior, el controlador 28 identifica que, además de los mismos detectores 32 que identificaron la especie objetivo en el momento anterior, ahora hay detectores 32 adicionales que identifican la especie objetivo. A partir de este patrón y, especialmente (pero no únicamente) cuando los detectores 32 con nuevas lecturas adicionales de especie objetivo están próximos a los detectores 32 que detectaron en el momento anterior una especie objetivo, el controlador 28 toma la determinación de que la especie objetivo se está propagando. De un modo similar, si, en el momento posterior, el controlador 28 identifica en cambio que ahora hay detectores 32 adicionales que identifican la especie objetivo, pero que los detectores 32 anteriores que identificaron la especie objetivo ya no identifican la especie objetivo, el controlador 28 toma la determinación de que la especie objetivo se está moviendo, pero no expendiéndose.

En un ejemplo adicional, los detectores 32 pueden escanear un analito en un rango de longitudes de onda para proporcionar unos espectros temporales de intensidad frente a longitud de onda que pueden utilizarse para determinar una identidad química de una especie. El controlador 28 puede utilizar los espectros de diferentes detectores 32 para discriminar especies e identificar si se detecta la misma especie o especies diferentes en cada detector 32. El controlador 28 también puede utilizar los espectros de diferentes detectores 32 para verificar la presencia de una especie. Por ejemplo, si un detector 32 detecta la especie A, el controlador 28 puede determinar que la detección de la especie A se trata de un falso positivo, a menos que otro detector 32 también detecte la especie A.

En otro ejemplo, puede modificarse el funcionamiento de los detectores 32 en función de la presencia de una especie objetivo detectada por uno o más de los detectores 32. Por ejemplo, los detectores 32 pueden funcionar en un primer modo de presencia, en el que los detectores 32 utilizan una sola longitud de onda o rango de longitudes de onda para simplemente detectar si hay presente una especie objetivo en el analito. Una vez que uno o más de los detectores 32 detectan una presencia, el controlador 28 puede ordenar a los detectores 32 que funcionen en un segundo modo de identificación, en el que los detectores 32 escanean el analito a lo largo de un rango de longitudes de onda para determinar la identidad química de la especie.

La descripción anterior es de naturaleza ejemplar en lugar de limitante. Las variaciones y modificaciones de los ejemplos descritos pueden resultar evidentes para los expertos en la técnica, siempre que entren dentro del alcance de las reivindicaciones. El alcance de la protección legal otorgada a esta invención está únicamente determinado por las siguientes reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un detector de peligros auxiliar portátil (232) que está adaptado para ser introducido temporalmente en las proximidades de un sistema de detección anfitrión (20) y enlazarse con un controlador (28) del sistema de detección anfitrión para proporcionar una capacidad de detección adicional, teniendo el detector de peligros auxiliar portátil (232), al menos una fuente de luz (36), emitiendo dicha fuente de luz, cuando se opera, un haz de luz, y al menos un fotosensor (38) operable para emitir señales del sensor que responden a la interacción del haz de luz con un analito, caracterizado por que el detector de peligros auxiliar portátil comprende además un sensor de plasmones de superficie (52) que incluye un prisma (56), siendo el sensor de plasmones de superficie (52) operable para emitir unas segundas señales del sensor que responden a la interacción del haz de luz con el sensor de plasmones de superficie (52), y un divisor de haces (50) operable para dividir el haz de luz en un primero y un segundo haces de luz secundarios, estando el primer haz de luz secundario dirigido en el prisma (56) y estando el segundo haz de luz secundario dirigido de manera externa al al menos un detector de peligros auxiliar portátil (232).

2. El detector, según la reivindicación 1, que comprende además un conector de bus de serie universal (USB) (33) y una placa de circuitos (35) conectada con el conector USB, en el que la al menos una fuente de luz (36), el al menos un fotosensor (38) y el sensor de plasmones de superficie (52) están montados en la placa de circuitos (35).

3. El detector, según la reivindicación 1, en el que la al menos una fuente de luz (36) incluye una fuente de luz ultravioleta y una fuente de luz visible.

4. El detector, según la reivindicación 1, que comprende además un transmisor inalámbrico (46) operable para transmitir las señales del sensor al controlador (28).

5. El detector, según la reivindicación 1, que comprende además una carcasa impermeable (37) que contiene la al menos una fuente de luz (36) y el al menos un fotosensor (38).

6. Un sistema de detección (20), que comprende:

un sistema de detección anfitrión (24) que incluye al menos un detector de peligros primario (26) y un controlador (28) conectado para la comunicación con el al menos un detector de peligros primario (26); y

al menos un detector (232), según cualquier reivindicación precedente.

7. Un método que comprende:

introducir una pluralidad de detectores de peligros auxiliares portátiles (232) en una zona y

enlazar los detectores de peligros auxiliares portátiles con un controlador (28) de un sistema de detección anfitrión instalado en la zona para proporcionar una capacidad de detección adicional en la zona, teniendo cada uno de dichos detectores de peligros auxiliares portátiles (232), al menos una fuente de luz (36), emitiendo cada una de dichas fuentes de luz, cuando se operan, un haz de luz, al menos un fotosensor (38) que emite señales del sensor que responden a la interacción del haz de luz con un analito, un sensor de plasmones de superficie (52) que incluye un prisma (56), emitiendo el sensor de plasmones de superficie (52), segundas señales del sensor que responden a la interacción del haz de luz con el sensor de plasmones de superficie (52), y un divisor de haces (50) que divide el haz de luz en un primero y un segundo haces de luz secundarios, estando el primer haz de luz secundario dirigido en el prisma (56) y estando el segundo haz de luz secundario dirigido de forma externa al al menos un detector de peligros auxiliar portátil (232); y

determinar si hay presente una especie objetivo en el analito basándose en las señales del sensor.

8. El método, según la reivindicación 7, en el que la determinación de si la especie objetivo está presente en el analito se basa en un agregado de las señales del sensor de al menos dos de los detectores de peligros auxiliares portátiles (232).

9. El método, según la reivindicación 7, que comprende además determinar si la especie objetivo se está moviendo o extendiendo en función de las señales del sensor.

10. El método, según la reivindicación 7, que comprende además cambiar el funcionamiento de un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado en la zona en función de la determinación de que está presente la especie objetivo.

11. El método, según la reivindicación 7, que comprende además determinar una identidad química de la especie objetivo desde un espectro utilizando las señales del sensor de uno de los detectores (232) y verificar la identidad química comparando el espectro con otro espectro de las señales del sensor de otro de los detectores (232).

12. El método, según la reivindicación 7, que comprende además determinar si existe una tendencia de concentraciones crecientes de la especie objetivo en dos o más de los detectores (232) y activar una alarma si existe la tendencia.

13. El método, según la reivindicación 7, que comprende además determinar un valor medio de variabilidad de una concentración de la especie objetivo en los detectores (232) en función de una distribución agregada de las señales del sensor y activar una alarma si tanto el valor medio como la variabilidad aumentan.

14. El método, según la reivindicación 7, que comprende además aumentar una frecuencia de muestreo en uno de los detectores de peligros auxiliares portátiles (232) en función de una determinación de otro de los detectores de peligros auxiliares portátiles (232) de que está presente la especie objetivo.

15. El método, según la reivindicación 14, que incluye aumentar la frecuencia de muestreo solo en uno o más de los detectores de peligros auxiliares portátiles (232) que estén más cerca del detector de peligros auxiliar portátil (232) que detectó la especie objetivo, en el que uno o más de los detectores de peligros auxiliares portátiles que son remotos no cambian la frecuencia de muestreo.