JP7414372B2 - 携帯型補助検出システム - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１８年５月１１日に出願された米国仮出願第６２／６７０，２１７号の利益を主張するものである。

検出システムは、多くの場合、住宅、オフィスビル、空港、スポーツ会場などに設置され、脅威イベントの早期警告のために煙や化学物質を識別する。例として、システムは、火災の早期警告として微量の煙粒子、環境の毒性の早期警告として微量の標的化学物質、または人間、荷物、小包もしくはその他の物体の保安検査中に微量の浮遊物質を識別するように設計され得る。

本開示の一例による検出システムは、少なくとも１つの一次ハザード検出器と、少なくとも１つの一次ハザード検出器と通信するために接続されたコントローラとを含むホスト検出システムと、ホスト検出システムの近くに一時的に導入され、ホスト検出システムのコントローラとリンクして追加の検出機能を提供することができる少なくとも１つの携帯型補助ハザード検出器とを含む。少なくとも１つの携帯型補助ハザード検出器は少なくとも１つの光源を含む。各光源は動作時に光ビームを放出する。少なくとも１つの光センサは、光ビームと検査対象との相互作用に応答してセンサ信号を放出するように動作可能である。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、光ビームと表面プラズモンセンサとの相互作用に応答して、第２のセンサ信号を放出するように動作可能な表面プラズモンセンサを含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態において、表面プラズモンセンサはプリズムを含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、光ビームを第１及び第２の二次光ビームに分割するように動作可能なビームスプリッタを含む。第１の二次光ビームはプリズムに向けられ、第２の二次光ビームは少なくとも１つの携帯型補助ハザード検出器の外部に向けられる。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態において、少なくとも１つの光源は、紫外線光源及び可視光源を含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、センサ信号をコントローラに送信するように動作可能な無線送信機を含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタと、ＵＳＢコネクタに接続された回路基板とを含む。少なくとも１つの光源及び少なくとも１つの光センサは回路基板に取り付けられている。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、回路基板上に取り付けられ、光ビームと表面プラズモンセンサとの相互作用に応答して第２のセンサ信号を放出するように動作可能な表面プラズモンセンサを含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、少なくとも１つの光源及び少なくとも１つの光センサを封入する防水ケーシングを含む。

本開示の一例による検出器は、ホスト検出システムの近くに一時的に導入され、ホスト検出システムのコントローラとリンクして追加の検出機能を提供することができる携帯型補助ハザード検出器を含む。携帯型補助ハザード検出器は、少なくとも１つの光源を有する。当該各光源は、動作時に光ビームを放出する。少なくとも１つの光センサは、光ビームと検査対象との相互作用に応答してセンサ信号を放出するように動作可能である。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、光ビームと表面プラズモンセンサとの相互作用に応答して、第２のセンサ信号を放出するように動作可能な表面プラズモンセンサを含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、光ビームを第１及び第２の二次光ビームに分割するように動作可能なビームスプリッタを含む。第１の二次光ビームはプリズムに向けられ、第２の二次光ビームは少なくとも１つの携帯型補助ハザード検出器の外部に向けられる。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタと、ＵＳＢコネクタに接続された回路基板とを含む。少なくとも１つの光源、少なくとも１つの光センサ及び表面プラズモンセンサは回路基板に取り付けられている。

少なくとも１つの光源は、紫外線光源及び可視光源を含む、請求項１０に記載の検出器である。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、センサ信号をコントローラに送信するように動作可能な無線送信機を含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、少なくとも１つの光源及び少なくとも１つの光センサを封入する防水ケーシングを含む。

本開示の一例による検出器は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタと、ＵＳＢコネクタに接続された回路基板と、回路基板に取り付けられた少なくとも１つの光源とを含む。当該各光源は、動作時に光ビームを放出し、回路基板に取り付けられた少なくとも１つの光センサの当該各光センサは、光ビームと検査対象との相互作用に応答してセンサ信号を放出するように動作可能である。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、回路基板に取り付けられた表面プラズモンセンサであって、表面プラズモンセンサと光ビームとの相互作用に応答して第２のセンサ信号を放出するように動作可能な表面プラズモンセンサと、光ビームを第１及び第２の二次光ビームに分割するように動作可能なビームスプリッタとを含む。第１の二次光ビームはプリズムに向けられ、第２の二次光ビームは少なくとも１つの携帯型補助ハザード検出器の外部に向けられる。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態において、少なくとも１つの光源は、紫外線光源と可視光源とを含み、回路基板に取り付けられ、センサ信号をコントローラに送信するように動作可能な無線送信機をさらに含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、少なくとも１つの光源及び少なくとも１つの光センサを封入する防水ケーシングを含む。

本開示の一例による方法は、複数の携帯型補助ハザード検出器を領域に導入することと、携帯型補助ハザード検出器をコントローラとリンクして、領域内の検出機能を提供することとを含む。当該各携帯型補助ハザード検出器は、少なくとも１つの光源を有する。当該各光源は動作時に光ビームを放出する。少なくとも１つの光センサは、光ビームと検査対象との相互作用に応答してセンサ信号を放出するように動作可能であり、センサ信号に基づいて、標的種が検査対象に存在するかどうかを判定する。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態において、標的種が検査対象中に存在するかどうかを判定することは、携帯型補助ハザード検出器のうちの少なくとも２つからのセンサ信号の集合に基づく。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、センサ信号に基づいて、標的種が移動しているか、または拡散しているかを判定することを含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、標的種が存在するという判定に基づいて、領域内の暖房、換気及び空調システムの動作を変更することを含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、検出器のうちの１つのセンサ信号を使用してスペクトルから標的種の化学的同一性を判定することと、スペクトルを別の検出器のセンサ信号からの別のスペクトルと比較することによって化学的同一性を検証することとを含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、検出器の２つ以上にわたって標的種の濃度が増加する傾向があるかどうかを判定することと、傾向が存在する場合にアラームをトリガすることとを含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、センサ信号の集合分布に基づいて、検出器にわたる標的種の濃度の平均値及び変動性を判定することと、平均値及び変動性の両方が増加した場合にアラームをトリガすることとを含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、標的種が存在するという別の携帯型補助ハザード検出器からの判定に基づいて、携帯型補助ハザード検出器のうちの１つにおけるサンプリングレートを増加させることを含む。

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、標的種を検出した携帯型補助ハザード検出器に最も近い１つまたは複数の携帯型補助ハザード検出器でのみサンプリングレートを増加させることを含む。リモートである携帯型補助ハザード検出器の１つまたは複数はサンプリングレートを変更しない。

本開示の様々な特徴及び利点は、以下の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。詳細な説明に添付された図面は、以下のように簡単に説明することができる。

少なくとも１つの携帯型補助ハザード検出器を有する検出システムの一例を示す図である。 携帯型補助ハザード検出器の一例を示す図である。 図２の携帯型補助ハザード検出器を示す図である。 複数の光源及び光センサを有する別の携帯型補助ハザード検出器の例を示す図である。 表面プラズモンセンサを有する別の携帯型補助ハザード検出器の例を示す図である。 表面プラズモンセンサの一例を示す図である。 制御ストラテジの例を示すために、集合センサ信号の分布を有するグラフの一例を示す図である。

住宅、オフィスビル、空港、スポーツ会場などの検出システムは、脅威イベントの早期警告のために煙または化学物質を識別する。このようなシステムの機能は限られている場合がある。例えば、システムは既存の検出器の機能に制限されており、脅威イベント中もシステムは動作し続ける可能性があるが、脅威イベントが識別されると、脅威イベントが展開するにつれて、システムの分析機能の向上が制限される可能性がある。本明細書に開示されるのは、脅威イベントの前または最中に検出機能を増強するためにホスト検出システムに追加することができる携帯型補助検出システムである。

図１は、危険物質について領域２２内の検査対象を監視するための検出システム２０（「システム２０」）の一例を概略的に示している。例えば、領域２２は、建物、空港、スポーツ会場などであり得るが、これらに限定されない。危険物質は、煙、他の微粒子、化学物質、生物剤、１つまたは複数の標的種または脅威イベントを示すか、脅威イベントの影響を受け得る他の物質であり得る。

この例では、システム２０は、少なくとも１つの一次ハザード検出器２６（「検出器２６」）及びコントローラ２８を含むホスト検出システム２４を含む。コントローラ２８は、接続３０を介して検出器２６と通信するために通信可能に接続されている。本明細書における通信接続または通信は、光接続、有線接続、無線接続またはそれらの組み合わせを指し得ることを理解すべきである。コントローラ２８は、本明細書に記載の機能を実行するように構成された（例えば、プログラムされた）ハードウェア（例えば、１つまたは複数のマイクロプロセッサ及びメモリ）、ソフトウェアまたはその両方を含み得る。

検出器２６は、検査対象において少量の微粒子（例えば、煙粒子、粉塵蒸気または他の微粒子）、化学物質及び／または生物剤を検出することができる煙探知器または室内空気質センサであり得るが、これらに限定されない。検出器２６のタイプの例は、イオン化検出器、光電吸引検出器、光電チャンバまたはチャンバーレス検出器、電気化学センサ、表面プラズモン共鳴センサ、光音響検出器及びそれらの組み合わせを含み得る。

一例として、ホスト検出システム２４は、領域２２の常設装置である。これに関して、検出システム２４の少なくとも一部分は、領域２２に構造的に統合されたハードウェアを含み得る。例えば、検出器２６は、建物または場所のインフラを介して配線され得る、及び／または検出器２６は、検出器２６を収容または取り付けるように構造的に適合された建物統合ハードウェアまたはインフラを介して設置され得る。図１は、領域２２内のシステム２０の要素を含むが、システム２０の要素のいくつかは、本明細書に説明する方法及び構成を可能にするために領域２２内の検査対象への近接が必要でない限り、領域２２に隣接するか外側に配置され得る。例えば、本明細書に記載するように、検出器のいくつかまたは全ては、通常、領域に統合されるが、コントローラ２８は、それが検出器２６の通信範囲内にあるという条件で、領域２２に隣接するか、または領域２２の外側にあり得る。

ホスト検出システム２４は、通常、危険物質の存在を識別し、アラームをトリガするための早期警告システムとして構成され得る。例えば、検出器２６は、煙、他の微粒子、化学物質及び／または生物剤の存在について空気を監視し、コントローラ２８は、煙、他の微粒子、化学物質及び／または生物剤が空気中に存在するとの判定に応じて、アラームをトリガする。コントローラ２８はまた、これらに限定されないが、暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ）システムなどの、建物または場所のインフラ内の他のシステムを制御するように構成され得る。

ホスト検出システム２４は、検出機能を確立した有限数の検出器２６を含むという点で制限されている。例えば、検出器２６は全て、化学物質または生物剤を識別することができない煙探知器であり得、または検出器２６は、煙が検出された後、さらなる有用データを提供しない可能性がある。

これに関して、システム２０は、１つまたは複数の携帯型補助ハザード検出器３２（「検出器３２」）を含む。検出器３２は、追加の検出機能を提供するために、ホスト検出システム２４の近く（例えば、領域２２内またはその近くで、コントローラ２８の通信範囲内）に一時的に導入することができる（３４で表される）。例えば、検出器３２は、煙、化学物質または生物剤が領域２２ですでに検出されると、脅威イベント中に検出分析機能を増強するために、ホスト検出器システム２４に追加され得る。そのような使用は、脅威イベント中の領域２２での人及び資源の管理を容易にすることができ、その後、ホスト検出システム２４が動作を再開する間、検出器３２はシステム２０から取り外されてよい。別の例として、検出器３２は、任意の脅威イベントの前にホスト検出器システム２４に追加され、脅威イベントを示すために検出分析機能を増強することができる。この場合、検出器３２は、スポーツイベントまたは他の人の集まりなどで一時的に機能を高めるために使用されてよく、その後、ホスト検出システム２４が動作を継続している間、検出器３２はシステム２０から取り外されてよい。追加の例では、検出器３２は、上記のように配置可能であり得るか、あるいは、独立した検出システムとして使用され得る。

検出器３２はコンパクトで携帯可能であり、コントローラ２８に配線されていない。検出器３２は、手で簡単に領域２２に運ぶことができ、一時的に領域２２に配置することができる。一例として、検出器３２の「携帯性」の性質は、検出器２６よりも携帯性が高い検出器３２を指す。例えば、検出器２６は、通常、複数の留めネジ及び構造内の対応する穴などによって、領域２２内の構造に侵襲的に取り付けられる（領域２２の構造への恒久的な変更を必要とする「破壊的」設置）。しかしながら、検出器３２は、留めネジを伴うことなく、または穴を必要とすることなく、非侵襲的に領域２２に配置される（領域２２の構造に恒久的な変更を必要としない「非破壊」設置）。したがって、検出器３２は、領域２２内の事実上どこからでも動作するように自由に移動及び配置することができる、すなわち、検出器２６とは異なり、検出器３２は、領域２２内で位置が固定されていない。

起動時に（例えば、デバイスの電源を入れるか、またはオンにする）、検出器３２は、検出器２６に加えて、ホスト検出システム２４のコントローラ２８とリンクして、化学検出、化学識別、煙探知、生物剤検出及びそれらの組み合わせなどであるが、これらに限らない検出機能を提供する。例えば、コントローラ２８は、検出器２６から収集されたデータを利用することができ、これについては、以下でさらに詳細に説明する。

図２は、検出器３２の１つの代表的な例を示し、これは、図３の側面図にも示されている。この例では、検出器３２は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）プラットフォーム上にあり、ＵＳＢコネクタ３３及び回路基板３５を含む。この点に関して、検出器３２は、（検出器３２に電力を供給するために）プラグインによってホスト検出システム２４の近くに導入されると、物理的なデバイス構成またはユーザの介入を必要とすることなく、ホスト検出システム２４によって検出することができる「プラグアンドプレイ」デバイスであり得る。

検出器３２は、回路基板３５に動作可能に取り付けられた少なくとも１つの光源３６及び少なくとも１つの光センサ３８を有する。回路基板３５、光源（複数可）３６及び光センサ（複数可）３８は、ケーシング３７に封入されており、ケーシング３７は、共に取り付けられた上部及び下部のケーシング部品を含み得る。ケーシング３７は、ケーシング部品３７ａ、３７ｂが共に密封されるように防水性であり得る。ケースは、デバイスの電力状態、センサ読み取り値、通信状態及び検出器の動作の他の表示など、検出器３２の状態を示すために、コントローラ４０に通信可能に接続された光または小型ＬＣＤ画面（図示せず）などの視覚的インジケータを含み得る。検出器３２はまた、温度センサ、湿度センサなどの他のセンサを含み得る。検出器３２は、ＵＳＢコネクタ３３を介して電力を供給されてよく、したがって、オンボードバッテリを排除し得る。あるいは、検出器３２は、オンボードバッテリを有し、ＵＳＢコネクタ３３を有さない自立デバイスであり得る。

各光源３６は、動作時に光ビームＢ１を放出する（図３）。検出器３２は、制御モジュール４０をさらに含んでよく、各光源３６は、４２で制御モジュール４０に通信可能に接続され得る。制御モジュール４０は、検出器３２について本明細書に記載された機能を実行するように構成される（例えば、プログラムされる）ハードウェア（例えば、１つまたは複数のマイクロプロセッサ及びメモリ）、ソフトウェアまたはその両方を含み得る。一例として、制御モジュール４０は、ＢＡＣｎｅｔなどであるがこれに限定されない、ホスト検出器システム２４と同じ通信プロトコルで構成され得る。制御モジュール４０はさらに、コントローラ２８が各検出器３２の位置を知ることを可能にするために、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を含み得る。追加的または代替的に、コントローラ２８は、ローカルエリア無線ネットワークにおける三角測量を利用して、各検出器３２の位置を特定することができる。別の代替案として、検出器３２の位置を手動でコントローラ２８に入力することができる。

光源３６は、制御モジュール４０が、オフ／オン、光強度の変化（電力またはエネルギ密度）、光波長の変化及び／またはパルス周波数の変化に関して光源３６の動作を制御することができるように、制御モジュール４０と通信可能に接続されている。一例として、光源３６は、ある波長で、または制御された方法で変更され得る波長範囲にわたって光ビームを放出することができる発光ダイオードまたはレーザである。さらに、各波長では、光の強度及び／またはパルス周波数は制御可能な方法で変更することができる。例えば、制御モジュール４０は、光源３６を制御することによって、波長、強度及び／またはパルス周波数の範囲にわたって検査対象をスキャンすることができる。別の例では、１つまたは複数の光源３６は、２５０ｎｍ～５３２ｎｍ、４００ｎｍ～１１００ｎｍまたは９００ｎｍ～２５０００ｎｍの波長範囲の光を放出する。波長範囲は、フィルタによって調整することができるか、または光源３６を選択して、波長範囲内に入る１００ｎｍ以下のスペクトル幅を有する光を生成することができる。光源を制御して、標的種に一致する複数の個別の波長を生成し、感度と選択性を向上させることもできる。本明細書で使用される場合、「光」は、可視スペクトルの波長ならびに近赤外線及び近紫外線の領域を指す場合がある。

各光センサ３８は、４４で制御モジュール４０に通信可能に接続されている。各光センサ３８は、光ビームＢ１と検査対象との相互作用に応答してセンサ信号を放出するように動作可能であり、これは、図面ではＡで表される。光センサ３８は、フォトダイオード、バイポーラフォトトランジスタ、感光性電界効果トランジスタなどであるが、これらに限定されない固体センサであり得る。光センサ３８は、光ビームＢ１と検査対象Ａとの相互作用からの受信散乱光Ｓ１に応答する。センサ信号は、光センサ３８によって受信される散乱光Ｓ１の強度に比例する。

センサ信号は、制御モジュール４０のメモリに保存され、及び／または送信機４６を介してホスト検出システム２４のコントローラ２８に送信され得る。制御モジュール４０、コントローラ２８、制御モジュール４０とコントローラ２８との両方、またはその組み合わせは、散乱光の強度に基づいて、危険物質が検査対象中に存在するかどうかを判定することができる。光源３６がある波長範囲にわたってスキャンすることができる場合、制御モジュール４０、コントローラ２８、制御モジュール４０とコントローラ２８との両方またはその組み合わせは、波長範囲にわたる散乱光のスペクトルから汚染物質の化学的同一性をさらに判定し得る。これらの２つの判定は、本明細書では、それぞれ、存在判定及び同一性判定と呼ばれ得る。

存在の判定は、センサ信号の強度を分析することによって行うことができる。例えば、物質が存在しない場合、センサ信号は低くなる。これは、ベースラインまたはバックグラウンド信号と見なされ得る。物質が存在し、光を散乱させると、センサ信号はベースライン信号と比較して増加する。物質の質量が多いほど散乱が大きくなり、センサ信号が比例して増加する。所定の閾値を超える増加は、物質が存在する指標として役立つ。

同一性の判定は、光ビームＢ１の波長範囲にわたりセンサ信号を分析することによって行うことができる。例えば、検査対象は波長範囲にわたってスキャンされ、強度対波長（または同等の単位）の時間スペクトルが収集される。異なる物質は、異なる波長の光の吸収及び散乱に関して異なる反応を示す。したがって、様々なタイプの汚染物質のスペクトル（ベースラインまたはバックグラウンドスペクトルを考慮に入れる）は異なり、制御モジュール４０及び／またはコントローラ２８のメモリに存在し得るスペクトルライブラリまたはデータベースとスペクトルを比較によって、汚染物質のタイプを識別するためのシグネチャとして使用することができる。このようにして、これらに限定されないが、カルボニル、シラン、シアネート、一酸化炭素及び炭化水素などの物質の化学的同一性を判定することができる。

制御モジュール４０はまた、送信機４６とのアドホック通信機能（例えば、アドホックｗｉｆｉ、独自の無線プロトコルもしくはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、またはそれらの組み合わせなど）のために構成することができる。アドホック機能は、検出器３２内の処理リソースを利用して、他の検出器３２からのデータを集合する。集合されたデータは、検出器３２のアラーム判定を確認するために評価される。一例では、生体粒子の進化プルームは、検出器３２によって検出されるが、周辺の検出器３２によっては検出されない。信頼度の低いアラームが発行される場合がある（つまり、低いアラーム）。より多くの検出器３２が生体粒子の進化プルームを検出するにつれて、アラームの信頼性が高まり、アラームレベルが上昇し、結果として高いアラームが生じる。アラームレベルは、どの応答または通知がトリガされるかを示している場合がある。アラームレベルが低い場合、警備員に通知するか、またはＨＶＡＣシステムを自動的に変更してエリアを換気する場合がある。高いアラーム応答は、建物、エリアまたは部屋の避難通知を開始する場合がある。例えば、アドホック通信機能は、検出器３２が、ホスト検出システム２４のコントローラ２８、他の検出器３２、またはスタンドアロンシステムの場合は別のコントローラとの通信を可能にする。

さらなる例では、検出器３２も低電力方式を採用している。一例では、低電力方式では、検出器３２は低いサンプルレートで動作する。例えば、サンプルレートでは、１０～６０秒ごとに１つのサンプルの読み取りが必要になる場合がある。検出器３２のうちの１つが標的種の存在を検出した場合、検出器３２は、より高いサンプルレートでのサンプリングを応答可能なように開始することができる。高サンプルレートの例は、１秒あたり１回のサンプリングである。その検出器３２が依然として高サンプリングレートで標的種の存在を検出し続ける場合、検出器３２は他の検出器３２にアラーム信号を送信することができる。アラーム信号は、他の検出器３２をトリガして高サンプルレートになり、標的種の存在を確認し、標的種が存在する場所に関する情報を提供するのに役立つ。１つの追加の例では、全ての検出器３２が高サンプルレートになるのではなく、最も近い検出器３２検出器のみが高サンプルレートになるため、少なくとも１つまたは２つのリモート検出器３２は高サンプルレートにならない。

別の例では、検出器３２は、データ統合を使用して感度を高めるために使用される。例えば、検出器３２のうちの１つが標的種の存在を検出するが、標的種の濃度が個々の検出器のアラーム閾値を超えない場合、その検出器３２は、他の検出器、または少なくとも近くの検出器３２をトリガし、高サンプルレートになり得る。これは、次に、より多くの検出器３２からより多くのデータを収集することによって感度を高める。次に、高サンプルレートで動作する複数の検出器３２は、個々の検出器のアラーム閾値を超えない濃度で標的種の存在を検出することもできる。コントローラ２８は、この状態を監視し、それが発生した場合にアラームをトリガする。

図４は、携帯型補助ハザード検出器１３２の別の例を示す。本開示において、同様の参照番号は、適切な場合には同様の要素を示し、その１００または倍数を追加した参照番号は、対応する要素の同じ特徴及び利点を組み込むと理解される修正された要素を示す。この例では、検出器１３２は、１４２で制御モジュール４０と通信可能に接続された追加の光源１３６と、１４４で制御モジュール４０と通信可能に接続された追加の光センサ１３８とを含む。

光源１３６は、動作時に光ビームＢ２を放出し、これは、光源３６からの光ビームＢ１の角度とは異なる角度で検出器１３２に向けられ得る。一例として、光源１３６は、ある波長で、またはある波長範囲にわたって光ビームを放出することができる発光ダイオードまたはレーザである。さらに、各波長では、光の強度及び／またはパルス周波数は制御された方法で変更することができる。例えば、制御モジュール４０は、光源を制御することによって、波長、強度及び／またはパルス周波数の範囲にわたって検査対象をスキャンすることができる。別の例では、光源１３６は、生化学的検出及び蛍光分光法を可能にする紫外線を生成することができる。

光センサ１３８は、フォトダイオード、バイポーラフォトトランジスタ、感光性電界効果トランジスタなどであるがこれらに限定されない固体センサであり得る。光センサ１３８は、光ビームＢ２と検査対象Ａとの相互作用からの受信前方散乱光Ｓ２に応答する。センサ信号は、光センサ１３８によって受信される散乱光Ｓ２の強度に比例する。光センサ１３８はまた、特定の波長帯域の光のみを受信するような波長依存性を有することができる。この機能は、光センサ１３８の感知要素に組み込まれ得るか、あるいは、フィルタを光センサ１３８の前に配置することができる。例えば、蛍光測定の場合、光は波長範囲Ａで放出されるが、光センサ１３８は、波長範囲Ｂの光のみを検出することができ、これは範囲Ａと重なる場合と重ならない場合がある。

制御モジュール４０、コントローラ２８またはその両方は、光センサ３８、１３８からのセンサ信号を比較して、検査対象に関する情報を識別するか、または故障状態を識別するように構成され得る。例えば、光源３６、１３６は、危険物質の識別を強化するために、異なる波長または周波数で動作され得る。一例として、光散乱の単一のシグネチャスペクトルではなく、光源１３６及び光センサ１３８は、異なる周波数、波長、周波数範囲または波長範囲で第２のシグネチャスペクトルを提供することができ、これらは、危険物質を区別するために使用され得る。危険物質は、それ以外の場合は同様のスペクトルを有し、煙粒子、粉塵及び蒸気を区別するか、または粒子サイズを決定し得る。

さらなる例では、センサ信号を使用して、危険物質ではない光ビームＢ１、Ｂ２のラインに障害物（例えば、手）がある障害状態を識別することができる。例えば、そのような障害物は、光センサ１３８への前方散乱を完全にまたはほぼ完全に遮断し得るが、光センサ３８への散乱を生成し得る。この状況を特定し、制御モジュール４０、コントローラ２８またはその両方で障害状態をトリガして、危険物質ではなく障害物としての読み取りを無視することができる。

図５は、携帯型補助ハザード検出器２３２の別の例を示す。この例では、検出器２３２は、ビームスプリッタ５０及び表面プラズモンセンサ５２を含む。ビームスプリッタ５０は、光ビームＢ１を第１及び第２の二次光ビームＢ３及びＢ４に分割するように動作可能である。第１の二次光ビームＢ３は、表面プラズモンセンサ５２に向けられ、第２の光ビームＢ４は、検出器２３２の外部に向けられる。表面プラズモンセンサ５２は、５４で制御モジュール４０に通信可能に接続され、光ビームＢ３と表面プラズモンセンサ５２との相互作用に応答してセンサ信号を放出するように動作可能である。上記の例と同様に、光センサ３８は、光ビームＢ４と検査対象Ａとの相互作用から受信した前方散乱光Ｓ１に応答する。

図６は、表面プラズモンセンサ５２の一例を示す。表面プラズモンセンサ５２は、第１の面５６ａ上に金または銀のコーティングなどの薄い金属フィルム５８でコーティングされたプリズム５６を含む。プリズム５６は、光ビームＢ３を光センサ６０に反射するように配置されている。

金属フィルム５８は検査対象に曝される。光ビームＢ３は、第２の面５６ｂを通ってプリズム５６に入射し、入射角Ｒ１で、プリズム５６と金属フィルム５８との界面に向かって伝播する。光ビームＢ３は、共鳴角Ｒ２で界面を反射する。光ビームＢ３は、金属フィルム５８の表面プラズモンポラリトンを励起する。検査対象が危険物質を含む場合、その物質は金属フィルム５８の表面と相互作用し、それによってプラズモン応答及び結果として生じる共鳴角Ｒ２を局所的に変化させる。光センサ６０は、共鳴角Ｒ２を監視し、センサ信号を制御モジュール４０に放出するために使用される。理解されるように、表面プラズモン共鳴及びデバイスは既知であり、他のタイプの表面プラズモンセンサ及び技術を使用することができる。

表面プラズモンセンサ５２は、危険物質が検査対象中に存在するかどうかについて、光センサ３８が行った誤った判定を独立して識別するのに役立ち得る。一例として、表面プラズモンセンサ５２のセンサ信号がバックグラウンド信号を上回る閾値を超える場合、危険物質が存在するという肯定的な存在判定がなされる。次に、この肯定的な存在判定を、光センサ３８のセンサ信号が行った存在判定と比較して、障害があるかどうかを識別することができる。光センサ３８からの否定的な存在判定があり、表面プラズモンセンサ５２からの肯定的な存在判定がある場合、障害がトリガされる可能性がある。光センサ３８からの肯定的な存在判定があるが、表面プラズモンセンサ５２からの否定的な存在判定がある場合、障害をトリガし、通知信号を生成することができる。したがって、表面プラズモンセンサ５２は、あるレベルの冗長性を光センサ３８に提供する。

さらなる例では、表面プラズモンセンサ５２はまた、光センサ３８及び表面プラズモンセンサ５２にわたる別個のシグネチャに基づいて、危険物質の化学的同一性を区別するのに役立つことができる。例えば、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）などの危険物質は、光センサ３８及び表面プラズモンセンサ５２で類似しているが同一ではない応答を生成する、類似した化学類似体を有する場合がある。類似体を区別するために、光センサ３８及び表面プラズモンセンサ５２にわたる応答がコンパイルされて、各類似体のシグネチャサムプリントが生成される。次に、類似体のシグネチャをシグネチャのライブラリと比較して、危険物質がどの類似体であるかを特定することができる。追加的または代替的に、光センサ３８及び表面プラズモンセンサ５２にわたる応答は、類似体を識別及び区別するための基盤を構築するために、制御モジュール４０またはホスト検出システム２４のニューラルネットワークに入力することができる。

次の例は、検出器３２／１３２／２３２の制御ストラテジを示す。本例は、検出器３２のみに言及するが、検出器１３２／２３２にも適用可能であることを理解されたい。程度の差はあれ個別に機能する単一の検出器または検出器のグループとは異なり、検出器３２は、早期検出及び脅威イベントの応答性を強化し得るグループでの制御ストラテジを提供する。

一例では、検出器３２は、検出された種を識別及び追跡するためのグループ、すなわち検出ネットワークとして機能する。例えば、検出器３２のうちの１つが標的種（例えば、煙）を識別する場合、それに応答して、コントローラ２８は、他の検出器３２も標的種を識別したかどうかを判定することができる。他の検出器３２が標的種を識別しない場合、標的種の存在の信頼レベルは低い。その結果、コントローラ２８は、アクションを全く行わないか、またはシステムアラーム設定に応じて、低レベルのアラームをトリガする可能性がある。しかしながら、１つまたは複数の追加の検出器３２も標的種を識別する場合、標的種が存在するという信頼レベルが高くなる。それに応答して、コントローラ２８は、アラームをトリガし、及び／または応答アクションを行うことができる。アクションの例は、建物または場所インフラのＨＶＡＣシステムで１つまたは複数の変更の命令である。例えば、標的種の拡散能力を低下させるために、ダンパを開いた状態から閉じた状態に移動させることができる、及び／またはファン及びコンプレッサを非アクティブにすることができる。

さらなる例では、検出器３２はグループとして使用され、１つは高濃度限度に基づいており、もう１つは検出器３２の傾向検出に基づいている、２プロング検出ストラテジを提供する。第１の手法（高濃度）では、検出器３２のいずれか１つに標的種の濃度に対するアラームレベルがある。検出器３２のいずれか１つでレベルを超えると、コントローラ２８はアラームをトリガする。限定されるわけではないが、アラームはセンサ信号から設定され得る。例えば、センサ信号の強度は、領域２２における標的種の濃度を表す。コントローラ２８は、センサ信号を統計的に集合し、全ての検出器３２にわたる分布を生成する。高濃度のアラームレベルは、分布の平均値（例えば、分布の統計標準偏差の倍数）に関して設定することができる。したがって、検出器３２のいずれか１つでの標的種の濃度がアラーム限度を超える場合、コントローラ２８はアラームをトリガするであろう。

第２の手法（傾向検出）では、コントローラ２８は、検出器の２つ以上にわたる標的種の濃度の増加を探す。この手法では、脅威イベントは傾向に基づいて識別されるが、濃度が高レベルに到達する前に、上記の第１の手法でアラームをトリガするだろう。例えば、コントローラ２８は、検出器３２のうちの１つでの濃度の増加を識別し、その事前設定された期間内に、１つまたは複数の他の検出器３２での濃度の増加を識別し得る。したがって、ある期間にわたって、コントローラ２８は、濃度が増加している検出器３２の数の漸進的な増加を識別する。期間は変化する可能性があるが、一例では、約１秒から約１０００秒ほどの比較的短い時間であり得、これは、比較的急速に展開／拡散する脅威イベントに対処するように設計されている。

濃度が増加している（ただし、上記のアラーム限度を下回っている）検出器３２の数においてこの漸進的な増加を識別すると、コントローラ２８は、反応を示さないか、低レベルのアラームをトリガするか、または高レベルのアラームをトリガすることができる。一例では、この応答の決定木は、濃度が増加している検出器３２の数に基づいている。例えば、単一の検出器３２のみの濃度が増加している場合、コントローラ２８は何のアクションも行わない。２～４個の検出器の濃度が増加している場合、コントローラ２８は、低レベルのアラームをトリガする。５個以上の検出器の濃度が増加している場合、コントローラ２８は高レベルのアラームをトリガする。理解されるように、これらの様々な応答をトリガする検出器３２の数は変えることができる。言い換えれば、コントローラ２８は、上記の第１の手法のアラーム限度未満である、濃度が増加している検出器３２の数に依存する応答を選択するように構成またはプログラムすることができる。

追加の第３の手法では、上記の手法と共に、または上記の手法のいずれかの代わりに使用することができる。この第３の手法では、上記の第１の手法でアラームをトリガするだろう高レベルに濃度が到達する前に、傾向にも基づいて識別されるという点では第２の手法と部分的に類似している。第３の手法では、コントローラ２８は、検出器３２のセンサ信号の統計集合から得られた分布の平均値において、経時的な１つまたは複数の特定の傾向を探す。最も一般的には、この手法は動作の遅いイベントの区別を目的としているため、この期間は第２の手法の上記の期間よりも長くなるだろう。例えば、コントローラ２８は、分布の平均及び変動性が経時的に（例えば、約１５分を超え、最大では数日または数週間までの期間にわたって）変化するかどうかを識別し、結果に基づいて、異なるタイプのイベントを区別する。

次のシナリオは、第３の手法の２つの例を示しており、第１の例は非脅威イベントであり、第２の例は脅威イベント向けである。空中の花粉の増加は非脅威イベントであるが、アラームのトリガを回避するよう、このタイプのイベントを識別することができない他のシステムでは、花粉が検出されてアラームが鳴る（これは脅威の誤表示になるだろう）。花粉レベルの増加は、ノード３６間の微粒子濃度の緩やかな増加を引き起こす場合があり、これは、期間にわたって、分布の平均値を増加させる。しかしながら、花粉は全てのノード３６で空気中に浸透しているため、分布の変動は一定のままであるか、または期間中にほとんど変化しない。この場合、コントローラ２８は応答アクションを行わない。

図７は、そのようなイベント及び分布の平均値を増加させる影響をグラフで示している。図１３は、微粒子濃度に対する集合センサ出力の分布７０及び７２を示している。分布７０は、非脅威の状態、すなわち、バックグラウンド状態を表す。分布７２は後の集合を表し、分布７０と比較して右にシフトされる。右へのシフトは、（ピークでの）平均値の増加を示す。分布の幅は変動性を表す。ここで、分布７０及び７２の両方が比較的狭いベルカーブであるため、分布７０及び７２の変動性は実質的に同一である。

第３の手法の例を示す第２のシナリオは、動作の遅い脅威イベントに関連している。緩やかな燻煙燃焼イベントまたは生物剤の放出もまた、ノード３６間の微粒子濃度に緩やかな増加を引き起こし得る。しかしながら、このタイプのイベントは、分散に異なる影響を及ぼす。花粉のように、燃焼または生物剤からの微粒子は、期間中の分布の平均値を増加させる。しかし、微粒子が燻煙の位置から放出されるか、または生物剤が放出ポイントから放出されるため、ノード３６間の濃度は異なる可能性が高い。現場または放出ポイントに近いノード３６は、濃度が高くなる可能性がある。その結果、分布の平均値が増加するだけでなく、分布の変動も増加する。この場合、コントローラ３８は、平均値の増加及び変動性の増加の識別に応答してアラームをトリガする。このようにして、コントローラ３８は、平均を増加させるが分布の変動性を変化させない花粉レベルの増加などの無害なイベントと、平均を増加させ、分布の変動性も増加させる燻煙燃焼または生物剤散布などの潜在的な脅威イベントとを区別する。

図７は、平均及び変動性の増加を示す。図１３は、燻煙燃焼または生物剤放出イベントを表す、集合センサ出力対微粒子濃度の分布７４を示す。分布７４は分布７０よりも後の集合を表し（バックグラウンド状態）、分布７０と比較して右にシフトされる。右へのシフトは、（ピークでの）平均値の増加を示す。分布７０は狭いベルカーブであり、分布７４は広いベルカーブであるため、分布７０及び７４の変動性は実質的に異なる。

別の例では、検出器３２の検出ネットワークを使用して、識別された標的種が移動しているか拡散しているかを識別することができる。例えば、標的種のクラウドは、いくつかの検出器３２を囲み得るが、他の検出器３２を囲むことはできない。コントローラ２８は、瞬間的に、いくつかの検出器３２に標的種が存在するが、他の検出器には存在しないことを識別する。後で、コントローラ２８は、以前に標的種を識別したのと同じ検出器３２に加えて、標的種を識別する追加の検出器３２があることを識別する。このパターンから、特に（しかし、それだけではないが）標的種の新たな追加の読み取り値を有する検出器３２が、以前に標的種を検出した検出器３２に近接している場合、コントローラ２８は、標的種が広がっていると判定する。同様に、後で、コントローラ２８が、代わりに、標的種を識別する追加の検出器３２があるが、標的種を識別した以前の検出器３２がもはや標的種を識別しないことを識別する場合、コントローラ２８は、標的種は動いているが拡大していないと判定する。

さらなる例では、検出器３２は、波長範囲にわたって検査対象をスキャンして、種の化学的同一性を判定するために使用することができる強度対波長の時間スペクトルを提供することができる。コントローラ２８は、異なる検出器３２からのスペクトルを使用して、種を区別し、同じまたは異なる種が各検出器３２で検出されるかどうかを識別することができる。コントローラ２８はまた、種の存在を検証するために、異なる検出器３２からのスペクトルを使用することができる。例えば、１つの検出器３２が種Ａを検出する場合、コントローラ２８は、別の検出器３２も種Ａを検出しない限り、種Ａの検出が偽陽性であると判定することができる。

別の例では、検出器３２の動作は、１つまたは複数の検出器３２によって検出された標的種の存在に基づいて修正され得る。例えば、検出器３２は、検出器３２が単一の波長または波長範囲を使用して、標的種が検査対象中に存在するかどうかを単純に検出する第１の存在モードで動作することができる。１つまたは複数の検出器３２が存在を検出すると、コントローラ２８は、検出器３２が波長範囲にわたって検査対象をスキャンして種の化学的同一性を判定する第２の識別モードで動作するように検出器３２に命令することができる。

図示の例には特徴の組み合わせが示されているが、本開示の様々な実施形態の利点を実現するためにそれらの全てを組み合わせる必要はない。言い換えれば、本開示の一実施形態に従って設計されたシステムは、必ずしも、図面のいずれか１つに示される特徴の全て、または図面に概略的に示される部分の全てを含むとは限らない。さらに、１つの例示的な実施形態の選択された特徴は、他の例示的な実施形態の選択された特徴と組み合わせることができる。

前述の説明は、実際には、制限的ではなく例示的なものである。必ずしも本開示から逸脱するものではない、開示される実施例に対する変形及び修正が、当業者に明らかとなり得る。本開示に与えられる法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定することができる。

Claims (23)

1. 少なくとも１つの一次ハザード検出器と、前記少なくとも１つの一次ハザード検出器と通信するために接続されたコントローラとを含むホスト検出システムと、
   前記ホスト検出システムの近くに一時的に導入され、前記ホスト検出システムの前記コントローラとリンクして追加の検出機能を提供することができる少なくとも１つの携帯型補助ハザード検出器であって、前記少なくとも１つの携帯型補助ハザード検出器は、
   少なくとも１つの光源であって、前記各光源が動作時に光ビームを放出する前記少なくとも１つの光源と、
   前記光ビームと検査対象との相互作用に応答してセンサ信号を放出するように動作可能である少なくとも１つの光センサと、
   表面プラズモンセンサであって、前記光ビームと前記表面プラズモンセンサとの相互作用に応答して、第２のセンサ信号を放出するように動作可能な前記表面プラズモンセンサと、
   を有する、前記少なくとも１つの携帯型補助ハザード検出器と、
   を含み、
   前記表面プラズモンセンサはプリズムを含んでおり、
   前記光ビームを第１及び第２の二次光ビームに分割するように動作可能なビームスプリッタをさらに含み、前記第１の二次光ビームは前記プリズムに向けられ、前記第２の二次光ビームは前記少なくとも１つの携帯型補助ハザード検出器の外部に向けられる、検出システム。
2. 前記少なくとも１つの光源は、紫外線光源及び可視光源を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記センサ信号を前記コントローラに送信するように動作可能な無線送信機をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
4. ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタと、前記ＵＳＢコネクタに接続された回路基板とをさらに含み、前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも１つの光センサが前記回路基板に取り付けられている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記回路基板上に取り付けられ、前記光ビームと表面プラズモンセンサとの相互作用に応答して第２のセンサ信号を放出するように動作可能な前記表面プラズモンセンサをさらに含む、請求項４に記載のシステム。
6. 前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも１つの光センサを封入する防水ケーシングをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
7. ホスト検出システムの近くに一時的に導入され、前記ホスト検出システムのコントローラとリンクして追加の検出機能を提供することができる携帯型補助ハザード検出器であって、前記携帯型補助ハザード検出器は、少なくとも１つの光源であって、前記各光源は、動作時に光ビームを放出する、前記少なくとも１つの光源と、前記光ビームと検査対象との相互作用に応答してセンサ信号を放出するように動作可能である少なくとも１つの光センサと、表面プラズモンセンサであって、前記光ビームと前記表面プラズモンセンサとの相互作用に応答して、第２のセンサ信号を放出するように動作可能な前記表面プラズモンセンサと、を有する、前記携帯型補助ハザード検出器、
   を含み、
   前記表面プラズモンセンサはプリズムを含んでおり、
   前記光ビームを第１及び第２の二次光ビームに分割するように動作可能なビームスプリッタをさらに含み、前記第１の二次光ビームは前記プリズムに向けられ、前記第２の二次光ビームは前記携帯型補助ハザード検出器の外部に向けられる、検出器。
8. ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタと、前記ＵＳＢコネクタに接続された回路基板とをさらに含み、前記少なくとも１つの光源、前記少なくとも１つの光センサ及び前記表面プラズモンセンサが前記回路基板に取り付けられている、請求項７に記載の検出器。
9. 前記少なくとも１つの光源は、紫外線光源及び可視光源を含む、請求項７に記載の検出器。
10. 前記センサ信号を前記コントローラに送信するように動作可能な無線送信機をさらに含む、請求項７に記載の検出器。
11. 前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも１つの光センサを封入する防水ケーシングをさらに含む、請求項７に記載の検出器。
12. ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタと、
    前記ＵＳＢコネクタに接続された回路基板と、
    前記回路基板に取り付けられた少なくとも１つの光源であって、前記各光源は、動作時に光ビームを放出する、前記少なくとも１つの光源と、
    前記回路基板に取り付けられた少なくとも１つの光センサであって、前記各光センサは、前記光ビームと検査対象との相互作用に応答してセンサ信号を放出するように動作可能である、前記少なくとも１つの光センサと、
    を含む、検出器であって、
    前記回路基板に取り付けられた表面プラズモンセンサであって、前記表面プラズモンセンサと前記光ビームとの相互作用に応答して第２のセンサ信号を放出するように動作可能な前記表面プラズモンセンサと、前記光ビームを第１及び第２の二次光ビームに分割するように動作可能なビームスプリッタと、をさらに含み、前記表面プラズモンセンサはプリズムを含んでおり、前記第１の二次光ビームは前記プリズムに向けられ、前記第２の二次光ビームは前記検出器の外部に向けられる、検出器。
13. 前記少なくとも１つの光源は、紫外線光源と可視光源とを含み、前記回路基板に取り付けられ、前記センサ信号をコントローラに送信するように動作可能な無線送信機をさらに含む、請求項１２に記載の検出器。
14. 前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも１つの光センサを封入する防水ケーシングをさらに含む、請求項１３に記載の検出器。
15. 複数の携帯型補助ハザード検出器を領域に導入することであって、前記複数の携帯型補助ハザード検出器の各々をコントローラとリンクして、前記領域内の検出機能を提供し、前記複数の携帯型補助ハザード検出器の各々は、少なくとも１つの光源であって、前記各光源が動作時に光ビームを放出する、前記少なくとも１つの光源と、前記光ビームと検査対象との相互作用に応答してセンサ信号を放出するように動作可能な少なくとも１つの光センサと、表面プラズモンセンサであって、前記表面プラズモンセンサと前記光ビームとの相互作用に応答して、第２のセンサ信号を放出するように動作可能な表面プラズモンセンサと、前記光ビームを第１及び第２の二次光ビームに分割するように動作可能なビームスプリッタと、を有しており、前記表面プラズモンセンサはプリズムを含み、前記第１の二次光ビームは前記プリズムに向けられ、前記第２の二次光ビームは前記複数の携帯型補助ハザード検出器の各々の外部に向けられる、前記複数の携帯型補助ハザード検出器を導入することと、
    前記センサ信号に基づいて、標的種が前記検査対象に存在するかどうかを判定することと、
    を含む、方法。
16. 前記標的種が前記検査対象中に存在するかどうかを前記判定することは、前記携帯型補助ハザード検出器のうちの少なくとも２つからの前記センサ信号の集合に基づく、請求項１５に記載の方法。
17. 前記センサ信号に基づいて、前記標的種が移動しているか、または拡散しているかを判定することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記標的種が存在するという判定に基づいて、前記領域内の暖房、換気及び空調システムの動作を変更することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
19. 前記検出器のうちの１つの前記センサ信号を使用してスペクトルから前記標的種の化学的同一性を判定することと、前記スペクトルを別の前記検出器の前記センサ信号からの別のスペクトルと比較することによって前記化学的同一性を検証することとをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
20. 前記検出器の２つ以上にわたって前記標的種の濃度が増加する傾向があるかどうかを判定することと、前記傾向が存在する場合にアラームをトリガすることとをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
21. 前記センサ信号の集合分布に基づいて、前記検出器にわたる前記標的種の濃度の平均値及び変動性を判定することと、前記平均値及び前記変動性の両方が増加した場合にアラームをトリガすることとをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
22. 前記標的種が存在するという別の前記携帯型補助ハザード検出器からの判定に基づいて、前記携帯型補助ハザード検出器のうちの１つにおけるサンプリングレートを増加させることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
23. 前記標的種を検出した前記携帯型補助ハザード検出器に最も近い前記携帯型補助ハザード検出器の１つまたは複数でのみ前記サンプリングレートを増加させることを含み、リモートである前記携帯型補助ハザード検出器の１つまたは複数はサンプリングレートを変更しない、請求項２２に記載の方法。

Images