JP5604120B2 - ラマンセンサに対するデータ品質および補助的データのチェック - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、ラマン分光測定センサに関し、より具体的には、センサ機器および収集されたスペクトルデータの自動化された周期的評価を実行するシステムおよび方法に関する。
化学的または生物学的作用因子(agent)への曝露の危険は深刻であり得る。例えば、事故による意図されない放出、または意図的な送達の結果のいずれであっても、(1)放出された作用因子のタイプ、および(2)汚染の正確な領域の迅速かつ精度の高い識別を行うことが望ましい。そのような危険な物質の早期かつ精度の高い検出は、起こり得る死傷者数の低減、および作用因子の(例えば、風、人、および動物の接触などによる)さらなる拡散の制限における重要な要素であり得る。
本発明の実施形態は、化学的作用因子および生物学的作用因子のスタンドオフ検出用のラマン分光デバイスを、特に現場で動作させるためのシステムおよび方法を提供する。一実施形態において、デバイスは、レーザと、分光器と、増倍型電荷結合デバイス(ICCD)と、自動焦点サブシステム(望遠鏡の収集光学素子を含む)と、関連するプロセッサおよびメモリとを含んでいる。好適な実施形態において、スペクトルデータ取得が始まる前に、一連の補助的データチェック(ADC)が実行されて、少なくともレーザ、ICCD、および自動焦点サブシステムの動作状態(すなわち、調子およびステータス)を監視する。さらに、各ラマンスペクトル取得の後に、一連のデータ品質チェックが実行されて、まさに収集されたデータへの信頼性を高める。データ品質チェックに合格するスペクトルデータだけが、さらに処理される。しかしながら、すべてのスペクトルデータは、好ましくはログファイル内に格納される。ログファイルが所定の容量に達するときには、ログファイルはクローズされ、補助的データチェックの新しい循環が実行されて、再びラマン分光デバイスのステータスを監視する。
(項目1)
ラマンセンサを動作させる方法であって、該方法は、
該ラマンセンサのシステム構成要素の動作状態を監視する複数の補助的データチェックを実行することと、
ラマンスペクトルデータを取得することと、
該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータに関連する、複数のデータ品質チェックを実行することと、
該データ品質チェックの結果に基づいて、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらに処理するか否かを決定し、もしさらに処理する場合には、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらなる処理のために格納することと、
該ラマンスペクトルデータを取得するステップおよび該ラマンスペクトルデータに関連する、該複数のデータ品質チェックを実行するステップを、所定の回数、連続して繰り返し、次いで、該複数の補助的データチェックを実行するステップを再び実行することと
を包含する、方法。
(項目2)
上記複数の補助的データチェックを実行するステップは、増倍型電荷結合デバイス(ICCD)、レーザ、および自動焦点サブシステムのそれぞれの状態を監視することを包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目3)
上記ラマンセンサの1つ以上の構成要素の温度を監視することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目4)
上記複数のデータ品質チェックを実行するステップは、上記ラマンスペクトルを収集する光学素子の適切な焦点を維持するために、リニア焦点アクチュエータを監視することを包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目5)
上記複数のデータ品質チェックを実行するステップは、レーザエネルギーを監視することを包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目6)
上記複数のデータ品質チェックを実行するステップは、上記ラマンスペクトルデータが飽和しているか否か、または不十分な振幅のものであるか否かを決定することを包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目7)
上記複数の補助的データチェックのうちの1つが失敗すると、さらなるラマンスペクトルデータ取得を停止することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目8)
一連の取得されたラマンスペクトルデータをログファイル内に格納することと、該ログファイルをクローズすることとをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目9)
上記所定の回数の後に、上記クローズするステップを実行することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目10)
上記クローズするステップの後に、所定の数の暗スペクトルデータを取得することと、前に計算された暗スペクトルデータの中央値を修正することとをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目11)
上記複数のデータ品質チェックのうちの1つに応答して、増倍型電荷結合デバイス(ICCD)に対する利得を調整することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目12)
ラマン分光デバイスを動作させる方法であって、該デバイスは、レーザ、分光器、増倍型電荷結合デバイス(ICCD)、および自動焦点サブシステムを備え、該方法は、
少なくとも該レーザ、該ICCD、および該自動焦点サブシステムの動作状態を監視する複数の補助的データチェックを実行することと、
該レーザをパルス化し、結果としてもたらされるラマンスペクトルを、該分光器を介して該ICCDにより収集することによって、ラマンスペクトルデータを取得することと、
該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータに関連する、複数のデータ品質チェックを実行することと、
該データ品質チェックの結果に基づいて、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらに処理するか否かを決定し、もしさらに処理する場合には、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらなる処理のために格納することと、
該ラマンスペクトルデータを取得するステップおよび該ラマンスペクトルデータに関連する、該複数のデータ品質チェックを実行するステップを、所定の回数、連続して繰り返すことと
を包含する、方法。
(項目13)
上記連続して繰り返すことの後に、上記複数の補助的データチェックを実行するステップを繰り返すことをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目14)
取得されたラマンスペクトルデータのログファイルがクローズされ、格納された後に、上記複数の補助的データチェックを実行するステップを繰り返すことをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目15)
上記複数の補助的データチェックのうちの1つが失敗を示す場合には、さらなるラマンスペクトルデータ取得を停止することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目16)
作用因子の識別処理のために、上記複数のデータ品質チェックに合格したラマンスペクトルデータを格納することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目17)
上記複数のデータ品質チェックのうちの少なくとも1つに応答して、上記ICCDの利得を調整することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目18)
対応するレーザパルスのない暗スペクトルの初期の組を取得することと、該暗スペクトルは、上記さらなる処理に対して用いられることと、追加の暗スペクトルの取得によって該暗スペクトルの初期の組を周期的にアップデートすることとをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
(項目19)
ラマン分光システムであって、該システムは、
所定の周波数でパルス化するように構成されるレーザと、
該レーザによって照明された同一地点に光学的に指向される望遠鏡の焦点を制御する自動焦点サブシステムと、
該望遠鏡を介して該レーザパルスに起因するラマンスペクトルを受信するように構成された分光器および増倍型電荷結合デバイス(ICCD)と、
プロセッサおよび関連するメモリであって、
該メモリは、該ICCDによって捕捉されたときに、該個々のラマンスペクトルをラマンスペクトルデータの個々の記録として格納するように構成され、
該プロセッサは、少なくとも該レーザ、該ICCD、および該自動焦点サブシステムの動作状態を監視する複数の補助的データチェックを実行し、かつ該ラマンスペクトルデータの有用性に関連する複数のデータ品質チェックを実行するように構成される、プロセッサおよび関連するメモリと
を備え、
該プロセッサは、該データ品質チェックの結果に基づいて、さらなる処理のためにラマンスペクトルデータを格納するか否か、および該複数の補助的データチェックの実行を繰り返すか否かを決定するようにさらに構成される、
システム。
(項目20)
熱交換器をさらに備える、上記項目のうちのいずれか一項目に記載のシステム。
(項目21)
上記自動焦点サブシステムとともに動作する距離計サブシステムをさらに備える、上記項目のうちのいずれか一項目に記載のシステム。
(項目22)
上記プロセッサは、一連の暗スペクトルの捕捉を引き起こすようにさらに構成される、上記項目のうちのいずれか一項目に記載のシステム。
(項目23)
上記プロセッサは、アップデートされる暗スペクトルの捕捉を引き起こすようにさらに構成される、上記項目のうちのいずれか一項目に記載のシステム。
(項目24)
上記プロセッサは、所与のラマンスペクトルが飽和しているか否か、壊れているか否か、または不十分な振幅のものであるか否かを決定するように構成される、上記項目のうちのいずれか一項目に記載のシステム。
(項目25)
上記プロセッサは、所与のラマンスペクトルが飽和しているか、または不十分な振幅を有していることを決定するときには、上記ICCDの利得を調整するルーチンを起動するように構成される、上記項目のうちのいずれか一項目に記載のシステム。
レーザと、分光器と、増倍型電荷結合デバイス(ICCD)と、自動焦点サブシステムとを含むラマン分光デバイスを、特に現場において動作させるシステムおよび方法である。スペクトルデータ取得が始まる前に、一連の補助的データチェックが実行されて、少なくとも、レーザ、ICCD、および自動焦点サブシステムの動作状態を監視する。さらに、各ラマンスペクトル取得の後に、一連のデータ品質チェックが実行されて、まさに収集されたデータへの信頼性を高める。データ品質チェックに合格するスペクトルデータだけが、さらに処理される。しかしながら、すべてのスペクトルデータは、ログファイル内に格納される。ログファイルが所定の容量に達したときには、ログファイルはクローズされ、補助的データチェックの新しい循環が実行されて、再びラマン分光デバイスのステータスを監視する。
便宜のために、次のリストは、以下の詳細な説明において用いられた頭字語を規定する。
CAPPS(Control, acquisition, processing, and power system)− 制御、取得、処理および電源システム
DQC(Data quality check)− データ品質チェック
HV(High voltage)− 高電圧
ICCD(Intensified Charged−Coupled Device)− 増倍型電荷結合デバイス
KS(Kinetic series)− 動的シリーズ
LFA(Linear focus actuator)− リニア焦点アクチュエータ
LPMT(Laser Power Module Temperature)− レーザ電源モジュール温度
MCPV(Micro−Channel Plate Voltage)− マイクロチャネルプレート電圧(ICCDの利得を表す)。
本発明の実施形態に従った、シーケンス300において、所定の時点で好ましくはルーチン的に実行されるADCの5つの主要なカテゴリが存在する。ADCのこれらのカテゴリは、(A)ICCDチェック、(B)レーザチェック、(C)センサチェック、(D)自動焦点チェック、および(E)その他のチェック、に属する。これらのカテゴリのそれぞれは、以下に記載される。
デバイスから受信されるデータが自信をもって頼られ得るように、ICCD220が適切に作動していることを知ることは望ましい。この点において、以下のチェックの少なくともいくつかが、好ましくはICCD220に関して行われる。
MCPGain=200+ICCDHVSlope*(medianMCPVoltage−ICCDHVat200)
として計算される。
(1)LaserTotalPulseCount。レーザの総パルス数が、限界1(所定の値)を超える場合には、ユーザは、近い将来に点検が必要であることを通知される。このチェックと続く警告とは、レーザが、その指定された動作寿命を超えて作動することを妨げ、レーザの光学構成要素などの極めてまれに置き換えが必要な構成要素に対し適合される。
(1)SensorTemp。システム100のセンサ部分110の内部の周囲温度が、第一の限界よりも高い場合には、警告が与えられ得、第二の限界よりも高い温度は、データ取得の停止または可能性としてシステムのシャットダウンを引き起こす。
(1)LFAAmpTemp。この試験は、リニア焦点アクチュエータ(LFA)の電磁モータを駆動する増幅器のケース温度をチェックする。ケース温度が、限界1(所定の値)を超える場合には、警告が、好ましくは提供され、そしてケース温度が、限界2(別の所定の値)を超える場合には、データ取得が、好ましくは停止され、LFAは、冷却のために一時的にパワーダウンされる。
(1)AltitudeCal。この試験は、現在の高度を確認するために、GPS受信器(図示されない)からの情報を較正情報と組み合わせる。現在の高度は、スペクトルの較正に影響し、従ってデータ解析に影響し得る。高度が、最後の較正からかなり変更されている場合には、ユーザは、システムの再較正を実行するように促される。
以下のDQCは、好ましくは、本発明の実施形態に従って実行される。
デルタ利得値=NewGainSetpoint−CurrentGainSetpoint
として計算される。
現在利得設定値=現在利得設定値+5、
|デルタ利得値|(絶対値)が、5未満の場合には、
現在利得設定値=NewGainSetPoint、
または、デルタ利得値が、−5未満の場合には、
現在利得設定値=現在利得設定値−5、
として設定される。
105 制御、取得、処理および電源システム(CAPPS)
110 センサ
115 メモリ
120 熱交換器モジュール
130 プロセッサ
140 表面汚染物質
200 光学素子モジュール
210 レーザ
215 エタロン
220 増倍型電荷結合デバイス(ICCD)
222 分光器
230 自動焦点サブシステム
232 望遠鏡
235 距離測定サブシステム
240 コントローラ/レジスタモジュール
Claims (19)
- ラマンセンサを動作させる方法であって、該方法は、
該ラマンセンサのシステム構成要素の動作状態を監視する複数の補助的データチェックを実行することと、
ラマンスペクトルデータを取得することと、
該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータに関連する、複数のデータ品質チェックを実行することと、
該データ品質チェックの結果に基づいて、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらに処理するか否かを決定し、もしさらに処理する場合には、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらなる処理のために格納することと、
該ラマンスペクトルデータを取得するステップおよび該ラマンスペクトルデータに関連する、該複数のデータ品質チェックを実行するステップを、第1の所定の回数、連続して繰り返し、次いで、該複数の補助的データチェックを実行するステップを再び実行することと、
一連の取得されたラマンスペクトルデータをログファイル内に格納し、該第1の所定の回数の後に、該ログファイルをクローズすることと、
該クローズするステップの後に、第2の所定の数の暗スペクトルデータを取得し、該第2の所定の数の暗スペクトルデータを用いて、前に計算された暗スペクトルデータの中央値を修正することと
を包含し、
さらに処理することを決定された該取得されたラマンスペクトルデータの該さらなる処理において、該暗スペクトルデータの中央値は、さらに処理することを決定された該取得されたラマンスペクトルデータから減算されるように構成されている、方法。 - 前記複数の補助的データチェックを実行するステップは、増倍型電荷結合デバイス(ICCD)、レーザ、および自動焦点サブシステムのそれぞれの状態を監視することを包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記ラマンセンサの1つ以上の構成要素の温度を監視することをさらに包含する、請求項2に記載の方法。
- 前記複数の補助的データチェックを実行するステップは、前記ラマンスペクトルを収集する光学素子の適切な焦点を維持するために、リニア焦点アクチュエータを監視することを包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のデータ品質チェックを実行するステップは、レーザエネルギーを監視することを包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のデータ品質チェックを実行するステップは、前記ラマンスペクトルデータが飽和しているか否か、または不十分な振幅のものであるか否かを決定することを包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記複数の補助的データチェックのうちの1つが失敗すると、さらなるラマンスペクトルデータ取得を停止することをさらに包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のデータ品質チェックのうちの1つに応答して、増倍型電荷結合デバイス(ICCD)に対する利得を調整することをさらに包含する、請求項1に記載の方法。
- ラマン分光デバイスを動作させる方法であって、該デバイスは、レーザ、分光器、増倍型電荷結合デバイス(ICCD)、および自動焦点サブシステムを備え、該方法は、
少なくとも該レーザ、該ICCD、および該自動焦点サブシステムの動作状態を監視する複数の補助的データチェックを実行することと、
該レーザをパルス化し、結果としてもたらされるラマンスペクトルを、該分光器を介して該ICCDにより収集することによって、ラマンスペクトルデータを取得することと、
該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータに関連する、複数のデータ品質チェックを実行することと、
該データ品質チェックの結果に基づいて、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらに処理するか否かを決定し、もしさらに処理する場合には、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらなる処理のために格納することと、
該ラマンスペクトルデータを取得するステップおよび該ラマンスペクトルデータに関連する、該複数のデータ品質チェックを実行するステップを、第1の所定の回数、連続して繰り返すことと、
一連の取得されたラマンスペクトルデータをログファイル内に格納し、該第1の所定の回数の後に、該ログファイルをクローズすることと、
該クローズするステップの後に、第2の所定の数の暗スペクトルデータを取得し、該第2の所定の数の暗スペクトルデータを用いて、前に計算された暗スペクトルデータの中央値を修正することと
を包含し、
さらに処理することを決定された該取得されたラマンスペクトルデータの該さらなる処理において、該暗スペクトルデータの中央値は、さらに処理することを決定された該取得されたラマンスペクトルデータから減算されるように構成されている、方法。 - 前記連続して繰り返すことの後に、前記複数の補助的データチェックを実行するステップを繰り返すことをさらに包含する、請求項9に記載の方法。
- 取得されたラマンスペクトルデータのログファイルがクローズされ、格納された後に、前記複数の補助的データチェックを実行するステップを繰り返すことをさらに包含する、請求項10に記載の方法。
- 前記複数の補助的データチェックのうちの1つが失敗を示す場合には、さらなるラマンスペクトルデータ取得を停止することをさらに包含する、請求項9に記載の方法。
- 作用因子の識別処理のために、前記複数のデータ品質チェックに合格したラマンスペクトルデータを格納することをさらに包含する、請求項9に記載の方法。
- 前記複数のデータ品質チェックのうちの少なくとも1つに応答して、前記ICCDの利得を調整することをさらに包含する、請求項9に記載の方法。
- ラマン分光システムであって、該システムは、
所定の周波数でパルス化するように構成されているレーザと、
該レーザによって照明された同一地点に光学的に指向される望遠鏡の焦点を制御する自動焦点サブシステムと、
該望遠鏡を介して該レーザパルスに起因するラマンスペクトルを受信するように構成された分光器および増倍型電荷結合デバイス(ICCD)と、
プロセッサおよび関連するメモリであって、該メモリは、該ICCDによって捕捉されたときに、該個々のラマンスペクトルをラマンスペクトルデータの個々の記録として格納するように構成され、該プロセッサは、少なくとも該レーザ、該ICCD、および該自動焦点サブシステムの動作状態を監視する複数の補助的データチェックを実行し、かつ該ラマンスペクトルデータの有用性に関連する複数のデータ品質チェックを実行するように構成されている、プロセッサおよび関連するメモリと
を備え、
該プロセッサは、該データ品質チェックの結果に基づいて、さらなる処理のためにラマンスペクトルデータを格納するか否か、および該複数の補助的データチェックの実行を繰り返すか否かを決定するようにさらに構成され、
該プロセッサは、該分光器および該ICCDによって捕捉された一連のラマンスペクトルデータをログファイル内に格納し、第1の所定の数のラマンスペクトルデータが格納された後に、該ログファイルをクローズすることと、該ログファイルがクローズされた後に、第2の所定の数の暗スペクトルデータを取得し、該第2の所定の数の暗スペクトルデータを用いて、前に計算された暗スペクトルデータの中央値を修正することとを行うように構成され、該プロセッサは、さらに処理することを決定された該ラマンスペクトルデータから該暗スペクトルデータの中央値を減算するようにさらに構成されている、システム。 - 熱交換器をさらに備える、請求項15に記載のシステム。
- 前記自動焦点サブシステムとともに動作する距離計サブシステムをさらに備える、請求項15に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、所与のラマンスペクトルが飽和しているか否か、壊れているか否か、または不十分な振幅のものであるか否かを決定するように構成されている、請求項15に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、所与のラマンスペクトルが飽和しているか、または不十分な振幅のものであることを決定するときには、前記ICCDの利得を調整するルーチンを起動するように構成されている、請求項18に記載のシステム。
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