JP2006508328A - 低周波スペクトルによりサンプルを特徴付けるシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
その物質のサンプルを磁気シールドおよび電磁シールドの両方を備えた容器に入れ、
サンプルにガウスノイズを注入し、
注入したガウスノイズに重畳(superimpose)されたサンプル源放射(sample source radiation)からなる電磁時間領域信号(electromagnetic time−domain signal)を記録(record)する、
ステップにより生成される。
以下の用語は、特に断りのない限り以下に示す定義を持つ。
注目しているサンプルの低周波電磁放射または信号を検出し、処理し、表示するシステムおよび方法を以下で詳述する。一実施形態では、知られている白色またはガウスノイズ信号がサンプルに持ち込まれる。ガウスノイズは、サンプルからの電磁放射が信号検出システムにより十分検出できるように構成される。検出された信号の集まりは、まとめて処理されるため、再現性および統計的妥当性が保証される。その結果得られる放射パターンつまりスペクトルは、特定の物質として表示、格納、かつ/または識別することができる。
変換
Tempertonの素因数FFTを使用したBest Exact N手法(非特許文献1を参照)。
[cs4 BHarris min] 0.35875-0.48829*cos(2*Pi*i/(n-1))+0.14128*cos(4*Pi*i/(n-1))-0.01168*(6*Pi*i/(n-1)),i=0.n-1
[矩形] 固定された形状テーパリングは利用できない(オシロスコープ)
大きさ: sqrt(Re*Re+Im*Im)[Re=実数成分、Im=虚数成分]
振幅: 2.0*sqrt(Re*Re+Im*Im)/n
db,decibels:10.0*log10(Re*Re+Im*Im)
平均レプリケート:
レプリケートは、1e−8の精度の範囲内に収まるX値に基づく。
基準信号減算(ベースラインノイズ)は、X(時間)軸に沿って各点(チャネル)でY軸(振幅)に対して実行される。負のY値はゼロにされる。
この関数は、総和および積分を使用して相互相関関数を計算する。信号は短時間であるため、相関関数は、直接の乗算および積分を使用して計算される。ソースチャネル(データ系列)の外にある計算に必要な値はすべて、0とみなされる。t<0となる点も計算する。
モンテカルロデータはパラメトリックモデルに当てはめられる。データサイズNが唯一の係数であれば、1変量TableCurve 2Dパラメトリックモデルが使用される。セグメントサイズおよびオーバーラップがさらに影響要因となるセグメント化されたFFTでは、3変量チェビシェフ多項式が実装される。これらは、Autosignalのもとで選択されたオプションである。個々にデータセットを分析するか、またはまずデータセット1が分析され、次にデータセット1の後の半分、そしてデータセット2の最初の半分、次にデータセット2、次に後の半分というようにオーバーラップして分析されることが可能である。
この節では、サンプルの調査を行う上述の装置の使い方およびサンプルの特徴付けおよびサンプル成分の検出を行う装置のさまざまな応用を説明する。また、本発明により、サンプルの特徴付けが可能な低周波数分光分析シグネチャまたはデータセット、および例えば、サンプル分光分析シグネチャを生成する際に使用されるサンプルの時間領域信号も開示される。
本発明の方法の目的は、調査対象のサンプルに関係する分光分析情報を生成することである。以下でわかるように、情報は、サンプルについて識別された固有振動数に基づいて、選択された低周波スペクトル範囲内のスペクトルプロット形式、またはサンプルを特徴付ける低周波スペクトル成分を識別するデータセット、またはサンプルまたはサンプル成分の実際の識別とすることができる。
本発明の他の態様によれば、上記の方法は、物質の低周波シグネチャ信号としてここでは呼ばれる、所定のサンプルの低周波スペクトル成分のデータセットを生成するために使用される。
未知の汚染物質を含む液体サンプル、または検出することが望まれる汚染物質を保持または担持することが可能な他のサンプルなど、複数成分サンプル物質内に存在する、サンプル成分、例えば微量汚染物質を検出することが望ましい場合が多い。
さらに他の態様では、本発明は対象物質に関連する時間領域信号を含む。時間領域信号、およびその発生方法については、すでに上で説明した。簡単に言うと、信号は、注目するサンプルを、磁気シールドおよび電磁シールドの両方を備えた容器内に配置し、ガウスノイズをサンプル内に注入し、注入されたガウスノイズ上に重畳されたサンプル源放射からなる電磁時間領域信号を記録することにより発生される。
Claims (30)
- 分子回転を示すサンプルを調査する装置であって、
前記サンプルを受け取るように適合され、磁気シールドと電磁シールドの両方を有する容器と、
前記容器の中に入れられた前記サンプルに注入するガウスノイズの発生源と、
前記注入されたガウスノイズに重畳されたサンプル源放射からなる電磁時間領域信号を検出する検出器と、
前記時間領域信号、および、前記サンプルと同じサンプルもしくは類似のサンプルから別個に検出された第2の時間領域信号を格納するストレージデバイスと、
前記ストレージデバイスから格納信号を受け取り、
(i)検出された前記時間領域信号と前記第2の時間領域信号との相互相関を求め、DCから50kHzまでの周波数範囲内における周波数領域スペクトルを出力し、
(ii)前記サンプルの特性である前記スペクトルの低周波スペクトル成分に関連した情報を含む出力を生成することにより、前記格納信号を処理するように適合されている電子式コンピュータと、
を具備したことを特徴とする装置。 - 前記容器は、サンプル保持領域と、前記領域を囲む磁気遮蔽ケージと、前記磁気遮蔽ケージ内に収められており且つ前記領域を囲むファラデーケージとを備えた減衰チューブであることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記サンプルの容器は、前記容器内のサンプルを選択された温度に維持するための温度コントローラを備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記ガウスノイズの発生源は、ガウスノイズ発生器と、前記磁気遮蔽ケージおよび前記ファラデーケージに収められており前記ノイズ発生器からノイズ出力信号を受け取るヘルムホルツコイルと、を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記ガウスノイズの発生源のインジェクタは、非定常複合信号成分を出力するのに十分な振幅で定常白色ガウスノイズを前記サンプル内に注入するように設計されていることを特徴とする請求項4に記載の装置。
- 前記インジェクタは、DCから2kHzまでの範囲の周波数でガウスノイズを前記サンプル内に注入するように設計されていることを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 前記検出器は、電流信号を出力する1次微分超伝導グラジオメータと、前記グラジオメータに接続されており前記電流信号を増幅した電圧信号に変換するように動作するSQUIDと、を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記容器は、サンプル保持領域と、前記領域を囲む磁気遮蔽ケージと、前記磁気遮蔽ケージ内に収められており且つ前記領域を囲むファラデーケージとを備えた減衰チューブであり、前記ガウスノイズ源は、ガウスノイズ発生器と、前記磁気遮蔽ケージおよび前記ファラデーケージ内に収められているヘルムホルツコイルとを備え、前記ヘルムホルツコイルは前記ノイズ発生器からノイズ出力信号を受け取り、さらに時間依存信号内の定常ノイズ成分を除去する際に、前記ノイズ源からガウスノイズを受け取り、前記サンプルに注入された前記ガウスノイズに関して反転された形でガウスノイズを前記SQUIDに出力するため、前記ノイズ源および前記SQUIDに接続された信号インバータ有する、ことを特徴とする請求項7に記載の装置。
- 前記電子式コンピュータは、DCから6.5kHzの範囲内における周波数領域スペクトルを発生する動作が可能であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記電子式コンピュータは、100から1200Hzの範囲内における周波数領域信号を生成する動作が可能であることを特徴とする請求項9に記載の装置。
- 前記電子式コンピュータは、出力の生成の際に、スペクトル相互相関が背景スペクトルノイズよりも高い選択された統計的尺度を持つスペクトルにおいて低周波信号成分の周波数を識別する動作が可能であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 低周波信号成分に関して知られているサンプル物質を特徴付ける際に使用するため、前記電子式コンピュータは、出力の生成の際に、スペクトル相互相関が背景スペクトルノイズよりも高い選択された統計的尺度を持つスペクトルにおいて物質固有の低周波スペクトル成分を識別する動作が可能であることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- サンプル内の1つまたは複数の成分を識別する際に使用するため、前記電子式コンピュータは、出力の生成の際に、(ii)スペクトル相互相関が背景スペクトルノイズを超える選択された統計的尺度を持つ(i)DCから50kHzの間の選択された周波数範囲で(a)サンプル信号成分の前記周波数を識別し、(b)そのようなサンプル信号成分と、前記サンプル内に存在していることが疑われる知られている化合物の固有低周波信号成分とを比較し、(c)その固有低周波信号周波数が前記サンプル信号周波数のうち1つまたは複数に対応する場合、ある化合物が前記サンプル内に存在するものと識別するように動作することが可能であることを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 分子回転を呈するサンプルを調査する方法であって、
磁気シールドおよび電磁シールドの両方を備えた容器内に前記サンプルを配置するステップ、
ガウスノイズを前記サンプル内に注入するステップ、
前記注入されたガウスノイズに重畳されたサンプル源放射からなる電磁時間領域信号を記録するステップ、
前記記録された時間領域信号と、前記サンプルと同じサンプルまたは類似のサンプルから別々に記録された第2の時間領域信号との相互相関を求めることにより、DCから50kHzまでの周波数範囲内における周波数領域スペクトルを出力するステップ、
前記周波数領域スペクトルにおいて、調査対象となっている前記サンプルに固有の1つまたは複数の低周波信号成分を識別するステップ、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記注入するステップは、ノイズ発生器からガウスノイズを発生すること、および、前記容器内に配置されているヘルムホルツコイルにより前記ノイズを前記サンプル内に注入すること、を含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記注入ステップことは、非定常複合信号成分を生成するのに十分な振幅にて定常白色ガウスノイズを前記サンプル内に注入することを含む、ことを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記サンプルに注入された前記ノイズは、DCから2kHzまでの範囲の周波数を有することを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記検出することは、1次微分超伝導グラジオメータにより前記複合信号を捕捉すること、および、SQUIDにより前記グラジオメータ信号を増幅された電圧信号に変換することを含む、ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記容器は、サンプル保持領域と、前記領域を囲む磁気遮蔽ケージと、前記磁気遮蔽ケージ内に収められており且つ前記領域を囲むファラデーケージとを備えた減衰チューブであり、前記ノイズは、ガウスノイズ発生器と、前記磁気遮蔽ケージおよび前記ファラデーケージ内に収められているヘルムホルツコイルとから注入され、前記ヘルムホルツコイルは前記ノイズ発生器からノイズ出力信号を受け取り、さらに時間依存信号内の定常ノイズ成分を除去する際に、前記ノイズ源からガウスノイズを受け取り、前記サンプルに注入された前記ガウスノイズに関して反転された形でガウスノイズを前記SQUIDに出力するため、前記ノイズ源および前記SQUIDに接続された信号インバータ有する、ことを特徴とする請求項18に記載の方法。
- さらに加えて、相互相関周波数領域スペクトルを変換することによりDCから6.5kHzの範囲の周波数領域スペクトルプロットを生成するステップをを含む、ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- さらに相互相関周波数領域スペクトルを変換して100から1200Hzの範囲内の周波数領域スペクトルプロットを生成するステップをを含む、ことを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 知られているサンプル物質をその低周波信号成分の周波数に従って特徴付ける際に、さらに加えて、(i)DCから50kHzまでの間の選択された周波数範囲内において、(ii)そのスペクトル相互相関が背景スペクトルノイズよりも高い選択された統計的尺度を有する、サンプル固有のスペクトル成分の周波数を識別するステップを含む、ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- サンプル内の1つまたは複数の成分を識別する際に、(ii)スペクトル相互相関が背景スペクトルノイズを超える選択された統計的尺度を有する(i)DCから50kHzまでの選択された周波数範囲において、(a)サンプルスペクトル成分の前記周波数を識別し、(b)そのようなサンプルスペクトル成分と、前記サンプル内に存在していることが疑われる知られている化合物の固有低周波スペクトル成分とを比較し、(c)その固有低周波スペクトル成分の1つまたは複数が知られているサンプルの1つまたは複数の低周波スペクトル成分に対応する場合、ある化合物が前記サンプル内に存在しているものと識別するステップを含む、ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記サンプル成分は、百万分の1から百億分の1までの範囲の濃度である液体サンプル内に存在することを特徴とする請求項23に記載の方法。
- ある化合物の前記低周波信号成分のうちの1つまたは複数は、2Hz未満の濃度依存性周波数シフトを呈し、前記識別するステップはサンプル成分の濃度をその周波数シフトで近似することを含む、ことを特徴とする請求項24に記載の方法。
- ある化合物の前記低周波信号成分のうちの1つまたは複数は、濃度依存性スペクトル相互相関を呈し、前記識別するステップは、あるサンプル成分の前記濃度をそのスペクトル相互相関で近似することを含む、ことを特徴とする請求項24に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法により生成されるDC〜50kHzの周波数範囲の周波数成分のリストを含む、対象物質に関連することを特徴とする低周波スペクトルシグネチャ。
- 前記リストの前記周波数は、振幅が背景スペクトルノイズよりも高い選択された統計的尺度を持つ複数の信号成分から特定されることを特徴とする請求項27に記載の信号シグネチャ。
- 対象物質に関連した時間領域信号であって、
磁気シールドおよび電磁シールドの両方を有する容器内に前記物質のサンプルを配置するステップと、
ガウスノイズを前記サンプルに注入するステップと、
前記注入されたガウスノイズに重畳されたサンプル源放射からなる電磁時間領域信号を記録するステップと、
により生成されることを特徴とする時間領域信号。 - 対象物質に関連した低周波信号シグネチャを発生する際に、さらに加えて、(i)記録された前記時間領域信号と、前記サンプルと同じサンプルまたは類似のサンプルから別々に記録された第2の時間領域信号との相互相関を求めることにより、相互相関時間領域信号を生成するステップ、および、(ii)前記時間領域信号をDC〜50kHzの周波数範囲内の周波数領域スペクトルに変換し、前記周波数領域スペクトル内で、調査対象となっている前記サンプルに固有の1つまたは複数の低周波信号成分を識別するステップと、を含むことを特徴とする請求項29に記載の信号。
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