專利名稱：用于遠(yuǎn)程化學(xué)鑒定的處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在現(xiàn)場(chǎng)條件下鑒別未知化學(xué)化合物的設(shè)備和方法。特別地，本發(fā)明涉及使用遠(yuǎn)程無源紅外光譜分析結(jié)合光譜數(shù)據(jù)來鑒別化學(xué)化合物的設(shè)備和方法。
常常存在這樣的情況，即應(yīng)急反應(yīng)人員(“第一反應(yīng)人員”)或者軍事人員被呼叫至某些類型的化學(xué)泄漏的事故現(xiàn)場(chǎng)或者突發(fā)事件，并且這些人員要面對(duì)氣態(tài)的云狀物或者煙狀物，而其化學(xué)成分是未知的。在運(yùn)載化學(xué)物質(zhì)的鐵路油罐車或者高速公路油罐拖車遭遇交通事故時(shí)，或者在化學(xué)物質(zhì)制造工廠發(fā)生意外的化學(xué)泄漏時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)這種情況。顯然，了解煙霧的成分對(duì)于決定如何處理緊急情況、需要什么樣的防護(hù)服、以及是否需要疏散當(dāng)?shù)鼐用袷鞘种匾?。使用遠(yuǎn)程無源紅外(IR)光譜儀來試圖鑒別氣態(tài)煙霧中的化學(xué)化合物的方法在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中是已知的。如此處所使用的，術(shù)語(yǔ)“無源”意指光譜儀不使用專用的紅外光子源(與“有源”系統(tǒng)相對(duì)，其使用來自光學(xué)優(yōu)化的高溫源的光子)。術(shù)語(yǔ)“遠(yuǎn)程”表示所關(guān)注的樣本氣體在光譜儀外部，諸如事故現(xiàn)場(chǎng)的煙霧。閉合回路光譜分析可以包括抽取系統(tǒng)，其在吸收池中檢查樣本，或者使用公知的光子源和公知的路徑長(zhǎng)度。
在圖1中說明了該情況中的IR光譜分析的一般概念。無源光譜儀101將被定位，使得氣態(tài)煙霧103位于光譜儀和某些背景物體105之間，其提供了IR能量源。在背景105明顯比煙霧103暖的情況中，發(fā)射自背景105的IR能量將通過煙霧103并且由光譜儀101記錄下來。由于不同的化學(xué)化合物趨向于吸收不同波長(zhǎng)的IR能量，因此對(duì)在光譜儀處接收的IR能量的不同頻率的相對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量將提供信息，用于鑒別煙霧103中的化合物。在某些情況中，煙霧比其周圍環(huán)境要暖，煙霧中的化合物可以在這些IR頻率上自己進(jìn)行發(fā)射(而不是吸收)。通過Beer-Lambert關(guān)系，或者“Beer定律”，吸光度是與氣體濃度線性相關(guān)的。當(dāng)紅外輻射線性地通過距離為L(zhǎng)的氣體樣本時(shí)，通過氣體吸收，其初始強(qiáng)度(I0)下降至在光譜儀處測(cè)得的水平(I)。Beer定律所陳述的是，在每個(gè)紅外頻率處，吸光度由下列關(guān)系定義A≡-log10(II0)]]>方程(0)在參考文獻(xiàn)中解釋了傳統(tǒng)光譜儀的詳細(xì)的功能，諸如美國(guó)專利No.5,982,486，其在此處并入列為參考，且不需要在此處詳細(xì)描述。通過圖2進(jìn)行理解是足夠的，即光譜儀將在最初創(chuàng)建“干涉圖”(步驟107)，表示其探測(cè)器對(duì)入射到探測(cè)器上的紅外輻射的空間域響應(yīng)。對(duì)干涉圖應(yīng)用快速傅立葉變換將形成樣本單光束(步驟109)，表示作為紅外線頻率的函數(shù)入射在紅外探測(cè)器上的總的功率，前者通常以“波數(shù)”或者以厘米的倒數(shù)(cm-1)為單位來表示。在圖3的下描記線中可以看到樣本單光束光譜的圖示。
由于無源IR光譜分析使用具有IR能量的背景源，所以，真實(shí)關(guān)注的信號(hào)，即位于光譜儀和背景之間的氣體的相對(duì)窄的吸收帶和/或發(fā)射帶，疊加在背景IR源的平滑的、寬的發(fā)射光譜上。因此，有必要顯現(xiàn)出某些類型的背景光譜。雖然下文描述了本發(fā)明的形成背景光譜的方法，但是圖3的中間的描記線以圖形的形式說明了背景單光束光譜，其有助于在概念上理解本發(fā)明的背景。
一旦確定了樣本單光束光譜(步驟111)和背景單光束光譜(步驟112)，則可以計(jì)算樣本吸收光譜。在下文采用的符號(hào)中，樣本吸收光譜(步驟117)依據(jù)單光束樣本光譜SBiS和單光束背景光譜SBiB定義為A≡-log10(SBiSSBiB)]]>方程(1)圖3的上描記線示出了樣本吸收光譜。
一旦創(chuàng)建了關(guān)于樣本的吸收光譜(“樣本吸收光譜”)，則可以將其同已知的關(guān)于不同化學(xué)化合物的吸收光譜(“參考光譜”)進(jìn)行比較，這些化學(xué)化合物以樣本吸收光譜的形式表示?；衔锏膮⒖脊庾V可被認(rèn)為是化學(xué)化合物在這些吸收IR輻射的頻率上的吸收程度的圖形表示。形象地說，參考光譜是化學(xué)化合物的“圖形印章”。存在多種方法用于確定部分樣本吸收光譜與參考光譜有多么匹配，以及由此確定具有多大的把握可以確認(rèn)參考化學(xué)物質(zhì)(即由參考光譜表示的化合物)存在于樣本氣體中。將樣本吸收光譜同一種或多種參考光譜進(jìn)行比較的方法是使用傳統(tǒng)的最小二乘分析。
傳統(tǒng)的最小二乘(CLS)分析的使用在本領(lǐng)域是已知的，并且由出版文獻(xiàn)證明用于光譜分析，諸如D.M.Haaland和R.G.Esterling的“Improved Sensitivity of Infrared Spectroscopy by the Application ofLeast Squares Methods，”Appl.Spectrosc.34(5)539-548(1980)；D.M.Haaland和R.G.Esterling的“Application of New Least-SquaresMethods for Quantitative Infrared Analysis of Multicomponent Samples，”Appl.Spectrosc.36(6)665-673(1982)；D.M.Haaland、R.G.Esterling和D.A.Vopicka的“Multivariate Least-Squares Methods Applied to theQuantitative Spectral Analysis of Multicomponent Samples，”Appl.Spectrosc.39(1)73-84(1985)；W.C.Hamilton的Statistics in PhysicalScience，Ronald Press Co.，New York，1964，第四章及其中參考；和美國(guó)專利No.5,982,486，所有上述文獻(xiàn)在此處并入列為參考。盡管在上述參考文獻(xiàn)中公開了CLS的完整的數(shù)學(xué)描述，但是，簡(jiǎn)單的描述，特別是關(guān)于矩陣運(yùn)算的，將提供有用的背景。
CLS分析通常用于推測(cè)具有線性方程的超定系統(tǒng)的解；該系統(tǒng)的方程通常表示為具有如下形式的矩陣方程A＝DX+E 方程(2)其中

由于其涉及將樣本光譜同一種或者多種參考光譜進(jìn)行比較，因此矩陣

將表示樣本光譜，A的每個(gè)元素AiS表示在頻率范圍[v1，v2，...vN]上的波數(shù)vi下的強(qiáng)度值。在設(shè)計(jì)矩陣中D=A11RA12R.A1MR1v1A21RA22R..1v2......AN1RAN2R.ANMR1vN]]>方程(3)每列將表示參考光譜，而列Ai1R(使用第一列作為示例)表示在相同頻率范圍上的作為吸收光譜的參考光譜的強(qiáng)度值。
在N＞M的情況中(即，當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)目超過待估值的參數(shù)的數(shù)目時(shí))，方程2中描述的方程系統(tǒng)被稱作“超定的”。在該情況中，其對(duì)于此處描述的所有的CLS應(yīng)用適用，對(duì)于方程2，不存在唯一的解。然而，在該情況中，有可能形成參數(shù)X的估值，并且有可能描述這些估值的精確性。該估值和特征描述可以基于任何選出的數(shù)學(xué)判據(jù)和約束的集合。廣泛使用的判據(jù)目的在于形成參數(shù)X的估值，其使關(guān)于方程2的模型的“殘差平方的加權(quán)和”最??；可能(或者可能不)以這樣的方式定義該和，即其說明了測(cè)量數(shù)據(jù)Ai的質(zhì)量變化。該估值被廣泛地稱作“最小二乘”技術(shù)的結(jié)果，并且在這里的工作中僅描述了該種估值。術(shù)語(yǔ)“傳統(tǒng)的最小二乘”指完全基于方程2所述的線性模型的最小二乘技術(shù)；其他的最小二乘技術(shù)，例如那些被稱作“偏最小二乘”分析的技術(shù)，通常使用額外的數(shù)據(jù)處理，并且導(dǎo)致了用于對(duì)所需參數(shù)X進(jìn)行估值的更加復(fù)雜的方法。
在形式上，“傳統(tǒng)的最小二乘”估值基于這樣的假設(shè)，即誤差向量E擁有聯(lián)合分布，其具有零均值和秩為N的方差-協(xié)方差矩陣Mf。許多CLS估值還包括進(jìn)一步的假設(shè)，即已知矩陣Mf在(非負(fù)的)比例因子σ2內(nèi)，即Mf=σ2N11N21.NN1N12N22......N1N..NNN=σ2N]]>方程(4)事實(shí)上，方程2包含了這樣的假設(shè)，即測(cè)量數(shù)據(jù)Ai的相對(duì)質(zhì)量是已知的。數(shù)據(jù)的相對(duì)質(zhì)量可以通過為每個(gè)Ai指定非負(fù)的“權(quán)重”Pii來量化，其中對(duì)角線的權(quán)重矩陣P(通常)是N的逆矩陣，即P＝N-1方程(5)并且因此，根據(jù)方程5，有Pii=1Nii]]>方程(6)現(xiàn)有技術(shù)中普遍使用的CLS分析的類型將被指定為“未加權(quán)CLS”，以便于同下面的發(fā)明詳述中所描述的“加權(quán)CLS”分析相區(qū)別。兩種類型的CLS分析均結(jié)合方程4、5和6，使用上文指出的假設(shè)。
在未加權(quán)CLS分析中，假設(shè)所有的測(cè)量數(shù)據(jù)具有相同的質(zhì)量；即在未加權(quán)的情況中，矩陣P和N都與單位矩陣I相同。對(duì)于任何估測(cè)的參數(shù)集合X，殘差V定義為V≡A-DX 方程(7)并且“殘差平方的加權(quán)和”定義為V2≡VtPV＝(A-DX)tP(A-DX)方程(8)其中上標(biāo)“t”表示矩陣的轉(zhuǎn)置。
下列的參數(shù)X的估值存在，是唯一的，并且使V2最小(“殘差平方的加權(quán)和”)X＝(DtPD)-1DtPA方程(9)方程9描述了基本的CLS參數(shù)估值，其是有用的并且在許多應(yīng)用中是精確的。然而，應(yīng)當(dāng)指出，所有的CLS分析還提供了參數(shù)估值中的不確定性的有用的統(tǒng)計(jì)測(cè)量。
特別地，CLS分析提供了關(guān)于每個(gè)參數(shù)估值的“邊際標(biāo)準(zhǔn)偏差”(MSD)。其中方差-協(xié)方差矩陣的CLS估值是M＝V2(DtPD)-1方程(10)與每個(gè)參數(shù)估值Xj相關(guān)的邊際標(biāo)準(zhǔn)偏差(MSD)是Δ‾j=M‾jj]]>方程(11)MSD在相關(guān)參數(shù)中有時(shí)被稱作“1σ不確定性”。Xj和Δj的相對(duì)大小通常用作CLS分析的參數(shù)估值Xj的質(zhì)量。
加權(quán)CLS分析，其形成了下文所討論的本發(fā)明的一部分，其中至少一個(gè)Pii與矩陣P中的其他值不同，即假設(shè)至少一個(gè)數(shù)據(jù)Ai具有優(yōu)于或者劣于其他Ai的質(zhì)量。
除了本發(fā)明的光譜分析方面，本發(fā)明還涉及用于處理光譜數(shù)據(jù)的新方法，以及基于化學(xué)泄漏的位置和在化學(xué)物質(zhì)泄漏現(xiàn)場(chǎng)觀察的條件(例如，顏色、氣味等等)來鑒別化學(xué)化合物的新方法。這一鑒別可能的化學(xué)化合物的非光譜方法可以同光譜方法組合使用或者獨(dú)立使用。當(dāng)同光譜方法組合使用時(shí)，非光譜方法將用于鑒別或者幫助鑒別化學(xué)化合物的初始列表，其參考光譜將被選出用于同未確定的樣本光譜進(jìn)行比較。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了用于遠(yuǎn)程鑒別化學(xué)化合物的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括無源紅外光譜儀、定位器、測(cè)距儀和用戶接口。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)庫(kù)，其具有表示化學(xué)物質(zhì)的參考光譜的數(shù)據(jù)、將可觀察屬性與某些化學(xué)化合物相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)、將位置與某些化學(xué)化合物相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)處理器同光譜儀、定位器、測(cè)距儀、用戶接口和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信。該系統(tǒng)還包括軟件，用于將來自光譜儀、定位器和測(cè)距儀的數(shù)據(jù)同數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便于鑒別一種或者多種化學(xué)化合物的可能存在和濃度。
本發(fā)明的第二實(shí)施例是確定背景物體的溫度的方法，其中相對(duì)于該背景物體記錄了樣本光譜。該方法包括步驟a.提供拋物線形中心頻率和背景溫度之間的預(yù)定關(guān)系，其中拋物線中心頻率是在已知溫度下的參考背景的單光束光譜的頻率；b.提供相對(duì)于未知溫度的背景而記錄的樣本光譜；c.確定同樣本光譜最配合的拋物線曲線；d.確定最配合的拋物線曲線的樣本拋物線的中心頻率；e.將樣本拋物線中心頻率同中心頻率和背景溫度的預(yù)定關(guān)系進(jìn)行比較；和f.基于比較結(jié)果估測(cè)背景的溫度。
本發(fā)明的第三實(shí)施例是產(chǎn)生用于光譜分析的背景光譜的方法。該方法包括步驟a.提供樣本光譜和背景物體的估測(cè)溫度；b.從關(guān)于已知的背景溫度的已知的溫度光譜集合中，選擇至少兩個(gè)已知的溫度光譜，其表示高于和低于估測(cè)溫度的背景溫度；和c.將樣本光譜同已知的溫度光譜進(jìn)行比較，以便于確定樣本背景光譜。
本發(fā)明的第四實(shí)施例是產(chǎn)生經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)奈展庾V的方法。該方法包括步驟a.提供樣本光譜和背景物體的估測(cè)溫度；b.從關(guān)于已知的背景溫度的已知的溫度光譜集合中，選擇至少兩個(gè)已知的溫度光譜，其表示高于和低于估測(cè)溫度的背景溫度；c.將樣本光譜同已知的溫度光譜進(jìn)行比較，以便于確定樣本背景光譜；和d.從樣本光譜和背景光譜中計(jì)算吸收光譜。
本發(fā)明的第五實(shí)施例是鑒別吸收光譜中所表示的化學(xué)物質(zhì)。該方法包括步驟a.提供樣本吸收光譜；和b.將吸收光譜同CO2和H2O的光譜進(jìn)行比較，并且同至少一種化學(xué)物質(zhì)參考光譜進(jìn)行比較，以便于鑒別所述吸收光譜中表示的化學(xué)物質(zhì)。
本發(fā)明的第六實(shí)施例是使用可觀察的特征來鑒別化學(xué)物質(zhì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括化學(xué)物質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，其將預(yù)先定義的特征和屬性與多種化學(xué)化合物相關(guān)，還包括用戶接口，其接收可觀察特征的輸入。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括運(yùn)行軟件的處理器，該軟件引導(dǎo)處理器確認(rèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的、同可觀察特征相對(duì)應(yīng)的化學(xué)化合物。
本發(fā)明的第七實(shí)施例是基于化合物所觀察到的位置來鑒別化學(xué)化合物的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括將至少一種化學(xué)化合物與分配的化合物位置地圖相關(guān)的化學(xué)物質(zhì)/位置數(shù)據(jù)庫(kù)，還包括位置輸入，用于將系統(tǒng)位置輸入到系統(tǒng)中。運(yùn)行軟件的處理器，該軟件引導(dǎo)處理器確認(rèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的、同系統(tǒng)位置相對(duì)應(yīng)的化學(xué)化合物。


圖1是光譜儀、化學(xué)化合物云霧和背景溫度源的概念性示圖。
圖2形象地說明了現(xiàn)有技術(shù)的、用于獲得干涉圖和將其轉(zhuǎn)化為吸收光譜的信號(hào)處理步驟。
圖3表示涉及本發(fā)明的三個(gè)不同的光譜曲線。
圖4是關(guān)于本發(fā)明的系統(tǒng)的概念性硬件框圖。
圖5是關(guān)于本發(fā)明的“化學(xué)屬性向?qū)С绦颉?Chemical PropertiesWizard)的流程圖。
圖6是本發(fā)明的化學(xué)物質(zhì)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的示意圖。
圖7是關(guān)于本發(fā)明的“機(jī)構(gòu)向?qū)С绦颉?Facility Wizard)的流程圖。
圖8是本發(fā)明中所使用的容器輪廓的示例。
圖9是本發(fā)明中所使用的NFPA報(bào)單選擇子程序的屏幕截圖。
圖10是本發(fā)明的“鐵路車向?qū)С绦颉?Railcar Wizard)的流程圖。
圖11是本發(fā)明中所使用的DOT報(bào)單選擇子程序的屏幕截圖。
圖12是本發(fā)明中所使用的油罐拖車輪廓選擇子程序的屏幕截圖。
圖13是說明獲取光譜讀數(shù)的步驟的流程圖。
圖14是說明校準(zhǔn)光譜儀的步驟的流程圖。
圖15是說明估測(cè)初始背景溫度的步驟的流程圖。
圖16是說明權(quán)重迭代CLS的步驟的流程圖。
圖17是說明估測(cè)最終背景溫度的步驟的流程圖。
圖18是說明產(chǎn)生背景和吸收光譜的步驟的流程圖。
圖19示出了一系列的黑體溫度曲線。
圖20示出了與兩條黑體曲線相配合的拋物線。
圖21示出了拋物線峰值位置相對(duì)于黑體溫度的曲線。
圖22是說明本發(fā)明的CLS搜索的步驟的流程圖。
圖23a和23b是分析范圍示圖。
圖24示出了用于分析區(qū)域選擇和級(jí)別的底圖。
圖25是說明galactic光譜搜索的步驟的流程圖。
圖26是說明另一化學(xué)物質(zhì)鑒別光譜搜索的步驟的流程圖。
圖27是說明調(diào)節(jié)CLS進(jìn)程的步驟的流程圖。
圖28是說明了對(duì)比分度因子相對(duì)溫度對(duì)比度的曲線。
圖29是說明了本發(fā)明使用的樣本獲取子程序的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
1.化合物的非光譜鑒別如上文所述，本發(fā)明不僅涉及用于處理光譜數(shù)據(jù)的新設(shè)備和方法，還涉及基于“非光譜”特征鑒別化學(xué)化合物的新方法，這些特征諸如化學(xué)泄漏的位置或者在化學(xué)泄漏的現(xiàn)場(chǎng)觀察到的條件(例如，顏色、氣味等等)。
為了執(zhí)行本發(fā)明的光譜鑒別方法和非光譜鑒別方法，本發(fā)明使用獨(dú)特的硬件組合以形成用于遠(yuǎn)程鑒別出現(xiàn)在化學(xué)泄漏中存在的化合物的系統(tǒng)。圖4是說明本發(fā)明的遠(yuǎn)程鑒別系統(tǒng)中所使用的硬件的框圖。一般說來，遠(yuǎn)程化學(xué)物質(zhì)鑒別系統(tǒng)1將包括光譜儀3、定位器7、測(cè)距儀5、用戶接口10、計(jì)算機(jī)處理器4、氣象站12、攝影機(jī)9和化學(xué)物質(zhì)參考光譜的數(shù)據(jù)庫(kù)13。盡管在圖4中沒有示出，但是應(yīng)當(dāng)理解，光譜搜索引擎將在處理器4上運(yùn)行。參考圖15～27，在下文中描述了該光譜搜索引擎的一個(gè)示例。在優(yōu)選實(shí)施例中，光譜儀2將包括無源紅外光譜儀，諸如由MIDAC Corporation of Costa Mesa，CA以商標(biāo)“Illuminator”出售的光譜儀。定位器7將是傳統(tǒng)的全球定位系統(tǒng)(GPS)，諸如由Trimble corporation of Sunnyvale，CA以商標(biāo)“Svee8Plus”出售的設(shè)備。測(cè)距儀5將典型地是基于激光的測(cè)距儀，諸如由Laser Technology of Englewood，CA以商標(biāo)“ImpluseXL”出售的激光測(cè)距儀。攝影機(jī)可以具有任何傳統(tǒng)類型，優(yōu)選實(shí)施例中使用的是Hitachi corporation出售的“VK-C77U”。羅盤14可以是任何類型的提供電子信號(hào)輸出的羅盤，諸如由Honeywell corporation出售的HMR3000。氣象站是能夠測(cè)量氣候條件，諸如風(fēng)速、環(huán)境溫度和濕度的設(shè)備，一個(gè)適合的示例是由Texas Weather Instruments of Dallas，TX出售的“1-Wire Weather Station”。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用戶接口10包括傳統(tǒng)的觸摸屏11和字母數(shù)字鍵盤。處理器4應(yīng)是至少1GHz的處理器，并且安裝有至少512MB的RAM和大容量的存儲(chǔ)器，諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，光譜儀3、定位器7、測(cè)距儀5、用戶接口10、計(jì)算機(jī)處理器4、氣象站12和攝影機(jī)9被組織起來安裝到一個(gè)殼體(未示出)中，而該殼體通常適于安裝在車輛上來取代安裝在固定位置，或者安裝在支撐結(jié)構(gòu)(例如三角架)上用于單獨(dú)的應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫(kù)11可以存在于硬盤驅(qū)動(dòng)器上或者可以通過例如，無線數(shù)據(jù)鏈路或者光纖鏈路來遠(yuǎn)程安置并訪問。
除了其它信息，數(shù)據(jù)庫(kù)13還將包括化學(xué)參考光譜的庫(kù)。如上文所述，化學(xué)化合物的參考光譜提供了在特定波長(zhǎng)下該化合物的吸光度，該化合物在此特定波長(zhǎng)下吸收或者發(fā)射IR輻射。參考光譜的數(shù)據(jù)庫(kù)在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的，并且可以從諸如Thermo Galactic of Salem，NH的公司獲得。然而，基于光譜數(shù)據(jù)的化學(xué)化合物鑒別僅形成了本發(fā)明的一個(gè)方面。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)據(jù)庫(kù)將不僅包括化學(xué)光譜數(shù)據(jù)，還包括將可觀察屬性同具體的化學(xué)化合物相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)和/或?qū)⑽恢猛唧w化學(xué)化合物相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。術(shù)語(yǔ)“數(shù)據(jù)庫(kù)”并不限于單獨(dú)存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)。例如，數(shù)據(jù)庫(kù)可以包括本地存儲(chǔ)設(shè)備(例如，硬盤)上的信息部分和遠(yuǎn)程安置(例如，遠(yuǎn)程服務(wù)器)的信息部分?？商鎿Q地，數(shù)據(jù)庫(kù)可以完整地存在于距離系統(tǒng)其他部件遙遠(yuǎn)的存儲(chǔ)設(shè)備上。
本公開內(nèi)容首先詳細(xì)描述基于某些在化學(xué)泄漏現(xiàn)場(chǎng)觀察到的屬性、條件或者特征鑒別化學(xué)化合物的方法。通常在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)本方法，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括處理器、可執(zhí)行軟件程序的用戶接口和將可觀察屬性與具體化學(xué)化合物相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)。參考圖4，處理器和用戶接口可以具有上文所述的類型。數(shù)據(jù)庫(kù)將包括多個(gè)化學(xué)化合物，并且對(duì)于每種化合物，使一系列可觀察的屬性或者特征與之相關(guān)。這些屬性通常關(guān)于氣狀下的化合物，但是在某些情況下，關(guān)于固態(tài)或者液態(tài)下的化合物。在此處描述的具體實(shí)施例中，這些屬性可以包括，化合物是否產(chǎn)生可見的蒸汽、蒸汽是下沉還是上升、蒸汽的顏色、任何與化合物相關(guān)的氣味、以及在化合物暴露在水中(水解)時(shí)的任何顏色和氣味的改變。數(shù)據(jù)中可以包括的另外的屬性是，所懷疑的化合物的不完全燃燒帶來了什么二級(jí)化合物(“不完全燃燒產(chǎn)物”或者PIC)。不同的化合物呈現(xiàn)出哪些屬性在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的，并且可以在參考文獻(xiàn)中找到，諸如美國(guó)國(guó)家職業(yè)安全與健康研究所(NationalInstitute for Occupational Safety and Health，NIOSH)出版的“化學(xué)品安全使用微型指南”(Pocket Guide to Chemical Hazards)、通常由化學(xué)產(chǎn)品制造商出版的“化學(xué)品安全數(shù)據(jù)卡”(Material Safety Data Sheet，MSDS)和由美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)(United States Coast Guard)出版的“化學(xué)危害反應(yīng)信息系統(tǒng)”(Chemical Hazards Response Information System，CHRIS)，這三種參考文獻(xiàn)的整體內(nèi)容在此處并入列為參考。數(shù)據(jù)庫(kù)還可以包括，涉及由不同的化合物造成的健康危害的信息，和關(guān)于如何治療暴露在化合物中的傷情或者如何最安全地盛放并處理化合物的信息，還包括在化學(xué)泄漏事故后的一般的和特殊的處理過程。后一種信息可以在這樣的資源中找到，諸如美國(guó)運(yùn)輸部(U.S.Department ofTransportation)和美國(guó)聯(lián)邦消防署(U.S.Fire Administration，USFA)出版的“突發(fā)事件應(yīng)急指南2000”(Emergency Response Guide 2000，ERG 2000)、由美國(guó)聯(lián)邦政府突發(fā)事件管理處(U.S.Federal EmergencyManagement Administration，F(xiàn)EMA)出版的“用于第一反應(yīng)人員的危險(xiǎn)物質(zhì)指南”(Hazardous Material Guide for First responders)，這兩種參考文獻(xiàn)的整體內(nèi)容在此處并入列為參考。作為示例，圖6示出了化學(xué)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的概念性示圖。如所示出的，不同的化合物(表示為化合物A、B、C等)將同其各自的化學(xué)屬性相關(guān)，諸如化合物是否產(chǎn)生可見蒸汽(在大氣壓下)、該蒸汽相對(duì)空氣的密度、蒸汽的顏色(如果存在)、化合物的氣味(如果存在)、分子量(MW)和化合物的水解狀態(tài)(即暴露在水中)的顏色、氣味和密度(如果可獲得)。為了說明性的目的，圖6被構(gòu)建為假設(shè)化合物“A”是氨，而化合物“B”是過氯酸，每種化合物的可獲得的屬性均被列出。在最簡(jiǎn)單的實(shí)例中，化學(xué)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)可以采用計(jì)算機(jī)讀取查找表格的形式。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，還存在許多更加成熟的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。例如，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)將在軟件基礎(chǔ)環(huán)境(諸如Microsoft Visio)中搭建數(shù)據(jù)庫(kù)表格結(jié)構(gòu)，然后在SQL相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)，諸如Microsoft SQL Server，其允許所有指南中包含的唯一關(guān)系、參照、詢問和信息的顯示。
圖5是基于化學(xué)泄漏現(xiàn)場(chǎng)的可觀察條件，用于指出化學(xué)化合物或者化學(xué)化合物集合的存在可能的方法的流程圖。當(dāng)在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)本方法時(shí)，典型地采用“向?qū)?Wizard)”或者程序的形式，其在一系列的詢問中尋找來自用戶的信息，并且基于輸入的信息提供解信息或者反饋信息。圖5中示出的本發(fā)明的實(shí)施例在此處可被稱為“化學(xué)屬性向?qū)С绦颉薄?br> 程序開始于步驟20，將首先由用戶確認(rèn)將執(zhí)行什么向?qū)ё映绦?。在步驟21中，程序首先詢問是否已經(jīng)(例如，通過滅火水龍帶)在化學(xué)泄漏中使用水。如果響應(yīng)是肯定的，則可能存在水解條件，并且所采取的步驟在下文的步驟30～37中得到描述。假設(shè)目前在化學(xué)泄漏中還沒有使用水，則在步驟22中詢問用戶，在用戶觀察化學(xué)泄漏時(shí)蒸汽是否可見。如果是，則步驟23詢問在蒸汽中是否存在可觀察的顏色。在圖5的實(shí)施例中，然后步驟24在觸摸屏11上向用戶提供顏色欄的選擇。如上文所述，數(shù)據(jù)庫(kù)將使某些化合物同某些顏色相關(guān)。程序典型地向用戶提供10～20個(gè)顏色欄，其中色彩的名稱打印在欄下面。應(yīng)當(dāng)理解，用相同的顏色將可能鑒別出不止一種化合物。然而，顏色的鑒別可用于縮小可能出現(xiàn)在化學(xué)泄漏中的化合物的可能數(shù)目。一旦選擇了顏色，程序移至步驟24，并且詢問用戶蒸汽是否在上升。如果蒸汽在上升，則在步驟25中假定蒸汽密度大于1mg/m3(環(huán)境空氣的密度)。如果蒸汽在下降，則假定蒸汽密度小于1mg/m3。此外，具有與空氣相同的密度(1.0)的化學(xué)物質(zhì)趨向于均勻地散布在周圍包含該物質(zhì)的空氣中，并且當(dāng)泄露到開放的空氣中時(shí)，比空氣輕的化學(xué)物質(zhì)將上升并離開地面。下一步步驟28詢問是否存在同化學(xué)泄漏相關(guān)的氣味。與所述關(guān)于顏色的方式相似，在步驟29中，在觸摸屏11上向用戶提供數(shù)據(jù)庫(kù)中列舉的所有化學(xué)氣味的描述。例如，描述了不同化合物的氣味的USFA HazMat Guide中將氨描述為具有“刺鼻的氣味”，或者將過氯酸描述為具有“似漂白粉”的氣味。在用戶指出了泄露的化學(xué)物質(zhì)的氣味是否與觸摸屏11上列出的某種氣味匹配之后，程序?qū)⑶斑M(jìn)至步驟38。步驟38詢問用戶現(xiàn)在化學(xué)泄漏中是否使用了水。如果是，則發(fā)生的水解反應(yīng)可能為化學(xué)泄漏提供了不同的顏色和不同的氣味?；衔镌谒鈺r(shí)改變顏色、氣味或者密度的事實(shí)可能提供了關(guān)于化合物身份的進(jìn)一步的證據(jù)?？梢钥吹剑ㄟ^回答“是”，步驟32可以到達(dá)步驟38或者步驟21中的詢問。步驟21中肯定的回答預(yù)料到了這樣的情況，即系統(tǒng)用戶首先觀察到已經(jīng)使用水的化學(xué)泄漏。步驟38中肯定的回答預(yù)料到了另外的情況，即首先在沒有水出現(xiàn)時(shí)觀察了泄露，并且隨后使用了水。步驟31詢問是否出現(xiàn)了作為水解結(jié)果的新的蒸汽顏色。如果是，則在移至步驟33之前，步驟32再一次在觸摸屏11上向用戶顯示顏色選擇，并且允許用戶選擇一種顏色。隨后(或者在水解時(shí)沒有出現(xiàn)顏色改變時(shí))，步驟33詢問蒸汽是否在上升，并且步驟34或35如上文所討論的基于蒸汽是否在上升，作出關(guān)于蒸汽密度的決定。步驟36和37將進(jìn)行關(guān)于水解狀態(tài)下泄露化合物的氣味的新的詢問。然后步驟39將詢問是否存在同化學(xué)泄漏相關(guān)的火，以及是否存在伴隨的煙(步驟40)。如果存在伴隨的煙(用戶必須區(qū)分來自火的煙和來自蒸發(fā)的水的水汽之間的不同)，則步驟41將確定燃燒物質(zhì)的分子量大于丙烷的分子量(即44)。該結(jié)論基于這樣的前提，即比丙烷分子量大的物質(zhì)在燃燒時(shí)產(chǎn)生可見的煙。
一旦所有的詢問均得到回答，則程序返回所有化學(xué)化合物的列表，其中數(shù)據(jù)庫(kù)具有關(guān)于該化學(xué)化合物的用戶輸入的屬性。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，僅在所有的輸入屬性與某化合物匹配時(shí)，才指出出現(xiàn)了該化合物。應(yīng)當(dāng)理解，程序并不總是返回可疑的化合物，而是常?？赡芊祷貛追N滿足所觀察的屬性的化合物。
本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及將位置同具體化學(xué)化合物相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)。所討論的物理位置將典型地是工業(yè)工廠或者其他將貯藏化學(xué)物質(zhì)作為其商業(yè)運(yùn)作一部分的機(jī)構(gòu)。關(guān)于什么化學(xué)物質(zhì)存在于什么機(jī)構(gòu)中的信息可以獲得自地方應(yīng)急預(yù)案委員會(huì)(Local Emergency PlanningCommission，LEPC)和州政府突發(fā)事件反應(yīng)委員會(huì)(State EmergencyResponse Commissions，SERC)，或者通過其他輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)中的方法獲得，例如消防隊(duì)預(yù)案數(shù)據(jù)。美國(guó)緊急計(jì)劃和社區(qū)知情權(quán)法(EPCRA)已經(jīng)規(guī)定了，存貯、生產(chǎn)或者使用有潛在危險(xiǎn)的化學(xué)物質(zhì)的機(jī)構(gòu)必須每年向LEPC、SERC和諸如消防隊(duì)的地方第一反應(yīng)人員提交應(yīng)急和有害化學(xué)物質(zhì)的詳細(xì)目錄。機(jī)構(gòu)在“Tier I”或者“Tier II”的表格中提供這些信息。許多州需要Tier II表格，并且這提供了基礎(chǔ)的機(jī)構(gòu)識(shí)別信息、關(guān)于緊急事件和非緊急事件的雇員聯(lián)系信息、以及關(guān)于該機(jī)構(gòu)存貯或使用的化學(xué)物質(zhì)的信息。該信息是可公開獲得的，并且可以以電子數(shù)據(jù)庫(kù)格式組織起來。Tier I & II信息通常通過街區(qū)地址來確認(rèn)機(jī)構(gòu)的位置，并且機(jī)構(gòu)的地址可以被稱作機(jī)構(gòu)中存貯的化學(xué)化合物的“給定地圖位置”。
圖7說明了使用戶輸入的位置信息同具有Tier I或者Tier II數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)聯(lián)的方法的流程圖。通常該方法通過計(jì)算機(jī)軟件的形式實(shí)現(xiàn)，并且此處有時(shí)將其稱作“機(jī)構(gòu)向?qū)А背绦?。步驟50a表示機(jī)構(gòu)向?qū)С绦虻某跏蓟Ｔ诓襟E50b中，該程序?qū)⒔邮毡硎舅P(guān)注的物理位置的輸入。當(dāng)機(jī)構(gòu)向?qū)С绦蛟谥T如圖4所示的硬件配置中運(yùn)行時(shí)，位置輸入將自動(dòng)地由全球定位系統(tǒng)(GPS)單元7提供，因此“系統(tǒng)位置”是GPS設(shè)備的位置。GPS位置數(shù)據(jù)可以是標(biāo)準(zhǔn)的美國(guó)工程師和機(jī)械師協(xié)會(huì)(National Engineers and Mechanics Association，NEMA)GPS格式的數(shù)據(jù)，該格式包括緯度和經(jīng)度的度和分，其中分的測(cè)量精確到小數(shù)點(diǎn)后6位。然而，還存在實(shí)現(xiàn)相同目的的其他公知的GPS消息格式。由于Tier I和Tier II數(shù)據(jù)通常通過街區(qū)地址提供機(jī)構(gòu)位置，因此機(jī)構(gòu)向?qū)С绦蚴褂脗鹘y(tǒng)的繪圖程序，諸如具有地址地理編碼特征的Microsoft Map-point，用以使經(jīng)度/緯度數(shù)據(jù)同最接近的對(duì)應(yīng)街區(qū)地址數(shù)據(jù)相關(guān)。
機(jī)構(gòu)向?qū)С绦蛳乱徊浇o出使Tier II數(shù)據(jù)與選擇的位置相關(guān)的機(jī)構(gòu)的名稱，并且在步驟51中詢問用戶該機(jī)構(gòu)是否是用戶確信發(fā)生化學(xué)泄漏的位置或者是散發(fā)泄露物質(zhì)的位置。如果用戶的響應(yīng)是否定的，則步驟56將自動(dòng)地返回在輸入位置的給定半徑范圍內(nèi)的機(jī)構(gòu)所報(bào)告的所有化學(xué)物質(zhì)的列表。在一個(gè)實(shí)施例中，該半徑具有0.5英里的默認(rèn)值，但是該半徑可以通過用戶輸入而增大或減小?？商鎿Q地，如果步驟51中的詢問得到了肯定的響應(yīng)，則如步驟52所述，僅列出已確認(rèn)的機(jī)構(gòu)報(bào)告的化學(xué)物質(zhì)。下一步，步驟53將詢問用戶泄露是否來自已知的存貯容器。如果用戶可以確認(rèn)散發(fā)泄露物質(zhì)的容器，則機(jī)構(gòu)向?qū)С绦虻牟襟E54將在觸摸屏11上向用戶提供容器輪廓的選擇。圖8示出了可以提供給用戶的四個(gè)容器輪廓的示例61a-64d。事實(shí)是，從具體的容器類型中散發(fā)的泄露物質(zhì)并不能鑒別正在泄露的化合物，但是能夠限定可能存貯在該容器中的化合物的類型或類別。從某些資源可以公開地獲得關(guān)于存貯容器和與容器相關(guān)的產(chǎn)品類型的所有信息，諸如美國(guó)聯(lián)邦消防署(USFA)的Hazmat指南。
不論機(jī)構(gòu)向?qū)С绦蚍种?zhí)行到步驟56還是步驟54，下一步程序都將在步驟55中詢問用戶是否存在信息報(bào)單，諸如圖9的屏幕截圖所示的美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì)(NFPA)的報(bào)單。如本技術(shù)領(lǐng)域所公知的，NFPA報(bào)單63分為四個(gè)菱形區(qū)域，表示為64a～64d。區(qū)域64a是藍(lán)色的(健康危險(xiǎn))，區(qū)域64b是紅色的(可燃)，區(qū)域64c是黃色的(反應(yīng)性)，區(qū)域64d是白色的(特別關(guān)注)。區(qū)域64a～64d在區(qū)域中還包括0～4的數(shù)字，其中數(shù)字表示每個(gè)類別，健康危險(xiǎn)，易燃或者易反應(yīng)的增長(zhǎng)程度。區(qū)域64d將具有包含于其中的專用的字母碼，用以指出特別關(guān)注，諸如水解。步驟57提示用戶選擇具體的NFPA報(bào)單，在圖9所示的實(shí)施例中，這將需要用戶在觸摸屏11重新生成他或她正在觀察的報(bào)單。通過觸摸區(qū)域64a～64d鄰近的數(shù)字或者字母來重新生成在化學(xué)泄漏現(xiàn)場(chǎng)觀察到的報(bào)單值，完成了上述功能。由于使用了容器輪廓，因此NFPA報(bào)單沒有必要提供確切的化合物，但是典型地存在一組化合物，其對(duì)應(yīng)于具有具體數(shù)集合的報(bào)單。
在步驟58中，機(jī)構(gòu)向?qū)С绦驅(qū)⒊跏蓟ㄟ^參考圖5所討論的化學(xué)屬性向?qū)С绦?，并且該化學(xué)屬性向?qū)С绦驅(qū)⑾蛴脩籼岢鲈儐柤?，并且返回基于其確認(rèn)過程而指出的可能的化學(xué)化合物。在步驟59中，機(jī)構(gòu)向?qū)С绦虻牟襟E50～57的結(jié)果和化學(xué)屬性向?qū)С绦虻慕Y(jié)果將進(jìn)行比較，并且兩者共有的化學(xué)化合物將作為機(jī)構(gòu)向?qū)С绦虻淖罱K結(jié)果而被提供。
本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及基于所觀察的關(guān)于高速公路油罐拖車或者鐵路貨柜車的信息來鑒別可能的化學(xué)化合物的方法(典型地基于計(jì)算機(jī))。圖10說明了在從鐵路車中散發(fā)化學(xué)泄漏時(shí)，所使用的被稱為“鐵路車向?qū)С绦颉?Railcar Wizard)的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，盡管通過鐵路貨柜車進(jìn)行描述，但是本進(jìn)程同樣適用于高速公路油罐拖車，并且本發(fā)明已經(jīng)清楚地考慮到了這一點(diǎn)。步驟70在觸摸屏11(參見圖4)上初始化本程序。在步驟71中，將提示用戶觀察在鐵路車上是否存在與化學(xué)泄漏相關(guān)的美國(guó)運(yùn)輸部(DOT)的報(bào)單。圖11說明了幾種典型的可能顯示在觸摸屏11上的DOT報(bào)單，如步驟72所述。在某些情況中，報(bào)單將清楚地指出貨柜車中的化學(xué)物質(zhì)(例如，參見關(guān)于氧氣和汽油的報(bào)單)。但是，在多數(shù)情況中，DOT報(bào)單將僅提供某些一般的屬性(例如可燃、易燃、有毒等等)，其可以用于上文所述的NFPA報(bào)單的情況中的幾種化學(xué)化合物。程序?qū)⒂浵滤信c所選報(bào)單相關(guān)的化合物，作為鐵路車向?qū)С绦虻目赡芙Y(jié)果。
不論可利用的DOT報(bào)單是否是已確認(rèn)的，下一步鐵路車向?qū)С绦蚨紝⒃儐栍脩羰欠翊嬖诼?lián)合國(guó)(UN)編號(hào)。該UN編碼通常作為環(huán)中的四個(gè)數(shù)字出現(xiàn)，并且可能出現(xiàn)在DOT報(bào)單上或者單獨(dú)的報(bào)單上。UN編碼是分配給每中化學(xué)化合物的唯一的編碼，并且典型地可以在任何出版的危險(xiǎn)物質(zhì)指南中找到。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用戶將使用觸摸屏選擇在泄露現(xiàn)場(chǎng)觀察的組成UN編碼的數(shù)字序列。
在關(guān)于UN編碼的詢問之后，下一步鐵路車向?qū)С绦驅(qū)⒃诓襟E75詢問用戶在數(shù)據(jù)庫(kù)中是否存在同泄露的鐵路車相匹配的鐵路車輪廓。USFA的“用于第一反應(yīng)人員的危險(xiǎn)物質(zhì)指南”包括典型用于鐵路行業(yè)的鐵路油罐車輪廓。USFA的“危險(xiǎn)物質(zhì)指南”指出了，某些類型的油罐車被指定用于某些化合物。例如，DOT 105J100W油罐車被指定用于乙撐氧、液化石油氣和液化碳?xì)浠衔餁怏w，DOT 105J200W油罐車被指定用于二氧化硫、氯乙烯和液化石油氣。圖12示出了屏幕截圖，說明鐵路車向?qū)С绦蛉绾我龑?dǎo)用戶選擇在事故現(xiàn)場(chǎng)觀察的正確的鐵路車。使用上/下選擇箭頭81，用戶將翻看數(shù)據(jù)庫(kù)中不同的輪廓，并且將輪廓80同所觀察的鐵路車比較。用戶將簡(jiǎn)便地觸摸適當(dāng)?shù)蔫F路車來指出這就是在現(xiàn)場(chǎng)觀察到的鐵路車。
在步驟76中選擇輪廓后，鐵路車向?qū)С绦驅(qū)⒃诓襟E77中調(diào)出上文討論的化學(xué)屬性向?qū)С绦?，并且該化學(xué)屬性向?qū)С绦驅(qū)⑾蛴脩籼岢鲈儐柤?，并且返回基于其確認(rèn)過程而指出的任何可能的化學(xué)化合物。在步驟78中，步驟70～76的結(jié)果和化學(xué)屬性向?qū)С绦虻慕Y(jié)果將進(jìn)行比較，并且兩者共有的化學(xué)化合物將作為鐵路車向?qū)С绦虻淖罱K結(jié)果而被提供。盡管在正確地更新貨柜上的UN編碼時(shí)，UN編碼是化合物的最準(zhǔn)確的標(biāo)識(shí)，但是不能確保該UN編碼事實(shí)上已被更新。因此，當(dāng)由UN編碼確認(rèn)的化合物也對(duì)應(yīng)于化學(xué)物質(zhì)或者由其他標(biāo)識(shí)(輪廓、DOT/NFPA報(bào)單、化學(xué)屬性行動(dòng)向?qū)С绦?確認(rèn)的化學(xué)物質(zhì)時(shí)，才可以由程序確認(rèn)該化合物。
2.化合物的光譜鑒別本發(fā)明的另一主要方面是使用光譜分析來遠(yuǎn)程鑒別化學(xué)泄漏中的未知的化合物。如上文所討論的，執(zhí)行可靠的光譜分析中的一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)是精確的背景光譜。本發(fā)明提供了產(chǎn)生精確的背景光譜的新的且有利的方法。然而，作為確定背景光譜的預(yù)備處理，圖13說明了在獲取最初的光譜讀數(shù)時(shí)本發(fā)明是如何執(zhí)行幾種初始化步驟的。最初步驟122涉及“對(duì)準(zhǔn)模式”進(jìn)程，其通過光譜儀中的現(xiàn)存軟件來執(zhí)行。通過參考圖14，簡(jiǎn)單地討論這些步驟。在該模式中，光譜儀將獲取一個(gè)干涉圖掃描并且將該掃描(通過具有三角形變跡功能的FFT)轉(zhuǎn)換為在v＝650cm-1～4200cm-1頻率范圍上的樣本單光束光譜(SBiS)。(步驟141)。
下一步，系統(tǒng)通過測(cè)量干涉圖的最小值和最大值之間的差(峰峰值)來估測(cè)信號(hào)中的總的入射紅外光的功率(步驟142)。IR信號(hào)功率的量值可以通過任何傳統(tǒng)的數(shù)字或者圖形用戶界面來表示。如果信號(hào)功率大于光譜儀推薦的功率范圍，則用戶將在光譜儀的透鏡對(duì)面安置IR濾光片，并且獲取另一信號(hào)功率的讀數(shù)。如果信號(hào)功率小于推薦的范圍，則用戶將在不同的位置獲取另外的讀數(shù)，而在該位置將可能導(dǎo)致更多的IR能量發(fā)射到光譜儀中。如果沒有觀察角能夠提供足夠的信號(hào)能量，則在現(xiàn)有條件下可能不存在光譜讀數(shù)。
一旦系統(tǒng)確認(rèn)有足夠的信號(hào)能量，則系統(tǒng)執(zhí)行幾個(gè)進(jìn)一步的步驟用以提供另外的數(shù)據(jù)。如圖13所示，對(duì)于每個(gè)光譜讀數(shù)，系統(tǒng)將為讀數(shù)分配具體的識(shí)別號(hào)碼(步驟125)，獲取羅盤方向(步驟126)，獲取關(guān)于背景物體的距離測(cè)量結(jié)果(步驟127)，獲取溫度和濕度讀數(shù)(步驟128)，獲取GPS讀數(shù)(步驟132)，獲取攝影機(jī)對(duì)焦位置(步驟131)，存儲(chǔ)來自視頻捕獲的元數(shù)據(jù)(步驟130)，開始視頻捕獲(其可以以傳統(tǒng)的JPEG格式存儲(chǔ))(步驟129)，開始視頻時(shí)間標(biāo)記(步驟133)，在預(yù)選的波間隔中執(zhí)行預(yù)定數(shù)目的掃描用以構(gòu)建干涉圖(步驟134)，結(jié)束時(shí)間標(biāo)記(步驟135)，停止視頻捕獲(步驟136)，并且隨即處理干涉圖(步驟137)。在優(yōu)選實(shí)施例中，以0.5的波數(shù)間隔執(zhí)行關(guān)于干涉圖的32次掃描，以便于創(chuàng)建復(fù)合干涉圖。干涉圖的操作和干涉圖的處理在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的，因此此處不需要進(jìn)一步的描述。
圖14(步驟143)所示的一個(gè)步驟是執(zhí)行圖15所示的背景溫度的初始估值。在研究圖15中的步驟之前，有必要理解，為了執(zhí)行該估值，系統(tǒng)將使用具有已知?dú)怏w和背景溫度的不同氣體混合物的已知樣本單光束光譜的數(shù)據(jù)庫(kù)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，在估測(cè)樣本背景光譜中使用了24個(gè)單光束背景光譜。這24個(gè)光譜表示在0.0和142℃之間的背景光譜，并且在圖19中得到了說明；通過使用Model340黑體輻射源記錄了這些光譜，其由Mikron Infrared，Inc.of Oakland，NJ制造。
用于產(chǎn)生吸收光譜的另一試實(shí)驗(yàn)進(jìn)程包括加熱的單向氣體樣本槽(具有10厘米的吸收路徑長(zhǎng)度)和固體的、灰色的直徑25cm的“電熱盤”。K型熱電偶附著到電熱盤的表面，并且吸收槽提供了樣本氣體(TS)的溫度和背景溫度(TB)的測(cè)量結(jié)果。通過使電熱盤充滿光譜儀的視野，并且將氣體槽安置在光譜儀和背景之間，記錄了形成集合的光譜。這些吸收光譜被用于產(chǎn)生下文方程18～20中討論的溫度對(duì)比度ΔT＝TA-T0B。
在產(chǎn)生初始吸收光譜之后，通過在多個(gè)(～200)小的頻率范圍(主要對(duì)應(yīng)H2O和CO2)上去除氣相吸收要素，并且使用三次樣條插值近似來替換這些吸收要素，將這些光譜修改為相對(duì)平滑的基礎(chǔ)背景發(fā)射光譜。還可以按比例縮放光譜，用以將其最大值設(shè)置得相一致。圖19和20說明了在波數(shù)區(qū)域650～1400cm-1上的最終背景參考集合。盡管圖19說明了背景光譜的完整的集合，但是為了清除起見，圖20僅示出了表示參考背景光譜集合的最小和最大溫度(0℃和142℃)的光譜。
如圖20所示，所示的拋物線曲線與這些光譜(0℃和142℃)的每一條相配合，并且這些拋物線的最大高度或者拋物線中心由Vc1和Vc2表示。當(dāng)在給出的溫度范圍(例如0℃～142℃)上產(chǎn)生數(shù)條單光束光譜時(shí)(參見圖19)，可以對(duì)這些單光束光譜的拋物線中心進(jìn)行估值，并且表示背景溫度相對(duì)拋物線中心的關(guān)系可被繪出，如圖21所示。使用這一關(guān)系，可以了解樣本光譜的估測(cè)的拋物線中心是如何給出的，通過在溫度軸上讀取對(duì)應(yīng)于拋物線中心的點(diǎn)，可以獲得估測(cè)的溫度。
現(xiàn)在返回圖15，為了實(shí)現(xiàn)如該圖所示的處理，系統(tǒng)首先從光譜儀獲取分析范圍(步驟146)。數(shù)據(jù)庫(kù)包括vA和vB之間的參數(shù)，其在一個(gè)共同的實(shí)施例中可以被定義為vA＝650cm-1和vB＝1100cm-1。用于所述實(shí)施例的所有光譜信息存在于標(biāo)準(zhǔn)的磁盤文件中，其具有由Thermo Galactic，Inc.of Salem，NH發(fā)展的格式，并且該格式被稱作“SPC”格式。磁盤文件包括幾個(gè)具有頭信息的塊，在頭信息后跟隨著光譜y值的有序列表，光譜y值依賴于光譜數(shù)據(jù)類型表示吸光度或者紅外光強(qiáng)。除了數(shù)據(jù)，頭信息還包含最初y數(shù)據(jù)點(diǎn)的頻率(FFP)、最末y數(shù)據(jù)點(diǎn)的頻率(FLP)和文件中點(diǎn)的數(shù)目(NPTS)。與y數(shù)據(jù)相關(guān)的x軸的值不存儲(chǔ)在該文件中，但是在需要時(shí)可以通過列表中的數(shù)據(jù)位置、FFP、FLP和NPTS來計(jì)算該值。例如，與文件中第13個(gè)y值相關(guān)的頻率等于FFP+(13-1)(FFP-FLPNPTS-1)]]>所述實(shí)施例使用的所有光譜文件具有相同的FFP、FLP和NPTS的值，因此SPC文件格式使其自身易于構(gòu)成設(shè)計(jì)矩陣D中的列。通過所需分析范圍的上限頻率和頭信息，能夠計(jì)算在磁盤文件列表中相應(yīng)的y值的位置。該值自磁盤文件讀出，并且被放置在設(shè)計(jì)矩陣列的第一行。隨后的y值(一直到對(duì)應(yīng)于分析范圍下限頻率的數(shù)據(jù))可以簡(jiǎn)便地從磁盤文件中順序讀出，并且被順序放置在D的同一列的下面的行位置上。
然后系統(tǒng)將定義所需用于實(shí)現(xiàn)由方程2表示的矩陣的元素。例如，在上文確定的分析范圍中通過SBSi定義向量A(圖15的步驟147)。向量元素是分析范圍Ai＝(SB)Si其中vi＝vA～vB上的樣本單光束值。然后系統(tǒng)將構(gòu)造設(shè)計(jì)矩陣D，如圖15的步驟148所述。D的列包括常數(shù)、值vi和值(vi)2，用以提供矩陣D=1v1(v1)21v2(v2)2...1vN(vN)2]]>方程(12)具有方程12的設(shè)計(jì)矩陣表示在頻率范圍v1～vN上的樣本單光束光譜；在當(dāng)前應(yīng)用中，v1＝650(cm-1)而vN＝1100(cm-1)。當(dāng)行向量A的元素被設(shè)置為等于在該頻率范圍上的樣本單光束光譜的元素，并且初始(k＝0)P矩陣被設(shè)置為單位矩陣I時(shí)，方程9產(chǎn)生參數(shù)XLk(L＝0，1，2，...N)的估值，其中估測(cè)拋物線由下式給出yi=X‾0k+X‾1kvi+X‾2kvi2]]>方程(13)并且k表示“權(quán)重迭代”CLS(“WICLS”)的迭代次數(shù)。
WICLS(圖15的步驟149)是本發(fā)明執(zhí)行的新的CLS分析方法，以便于獲得比現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域的CLS方法更加精確的估測(cè)拋物線(步驟150)。該WICLS技術(shù)基于殘差V(方程7)在權(quán)重矩陣P(方程5)中使用迭代調(diào)節(jié)。在許多情況中，在連續(xù)迭代中，殘差平方的加權(quán)和V2(方程8)中的變化最終將低于預(yù)定的正值，通知迭代過程結(jié)束。該技術(shù)導(dǎo)致了對(duì)某些CLS分析的有效抑制，該CLS分析中，測(cè)量數(shù)據(jù)A(方程2)的子集不能由設(shè)計(jì)矩陣D(方程3)中表達(dá)的線性模型較好地表述。如本發(fā)明所使用的，WICLS估值Xj和其相關(guān)的MSD值Δj(方程9和11)優(yōu)于由標(biāo)準(zhǔn)CLS分析所提供的相應(yīng)值。
圖16說明了實(shí)現(xiàn)WICLS技術(shù)所執(zhí)行的步驟。在步驟156中對(duì)矩陣A和D進(jìn)行采樣。在WICLS分析的第一步迭代之前，權(quán)重矩陣P被設(shè)置為等于單位矩陣I(步驟157)，即分析中所涉及的所有數(shù)據(jù)被賦予相同的權(quán)重。下一步在步驟158中，如上文所述計(jì)算初始(k＝0)參數(shù)估值Xj、殘差V、方差和V2和邊際標(biāo)準(zhǔn)偏差Δj(參見方程8～11)。在步驟159中，計(jì)算權(quán)重P，并且增加迭代計(jì)數(shù)值k。基于前一步迭代的殘差，根據(jù)下式重新定義權(quán)重ξik=(1/Vi)2]]>方程(14)并且其平均值為ξ‾k=1NΣiξik]]>方程(15)其中上標(biāo)k＞0表示迭代次數(shù)。關(guān)于接下來第(k+1)步迭代的權(quán)重Pijk+1由非線性關(guān)系確定Piik+1=ξ‾kifξik>αξ‾korξikifξik≤αξ‾k]]>方程(16)并且Pijk+1=0,]]>對(duì)于i≠j其中α≥0是關(guān)于每個(gè)WICLS應(yīng)用的通過實(shí)驗(yàn)確定的可調(diào)節(jié)參數(shù)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，值α＝1。使用最終的權(quán)重矩陣P，在步驟160中，再一次使用方程8～11，重新計(jì)算參數(shù)估值Xj、殘差V、方差和V2和邊際標(biāo)準(zhǔn)偏差Δj。在許多情況中，使用方程12～16的重復(fù)迭代使值(Xj)k、(Δj)k和(V2)k收斂，其中上標(biāo)k＞0仍然表示迭代次數(shù)。在該情況中，關(guān)于下一個(gè)k值的(V2)k的值滿足
abs{(V2)k+1-(V2)k(V2)k+1}<L]]>方程(17)當(dāng)滿足方程17中表達(dá)的關(guān)系時(shí)(步驟161)，值(Xj)k+1和(Δj)k+1(以及所有其他相關(guān)的估值)作為WICLS分析的值而被采用。在優(yōu)選實(shí)施例中，值L＝0.01。
方程12～17描述的WICLS進(jìn)程的應(yīng)用將通過方程13描述的拋物線提供關(guān)于X0k、X1k、X2k的值。最終估測(cè)的所關(guān)注的拋物線的中心頻率vC(步驟151)可以如下計(jì)算vC=-X‾1k2X‾2k]]>方程(18)如上文所討論的，圖21中示出的WICLS估值vC相對(duì)于已知背景溫度的曲線將提供用于估測(cè)背景溫度的基礎(chǔ)。對(duì)圖21表示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的多項(xiàng)式回歸導(dǎo)致了具有如下形式的函數(shù)估值y=a0+a1vC+a2vC2+a3vC3+a4vC4]]>方程(19)當(dāng)方程16～19所述的進(jìn)程應(yīng)用到未知背景溫度的樣本單光束光譜中時(shí)，它們產(chǎn)生了該光譜中心頻率的估值vCS。該光譜的初始估測(cè)背景溫度TB0由下式給出TB0=a0+a1(vCS)+a2(vCS)2+a3(vCS)3+a4(vCS)4]]>方程(20)系統(tǒng)顯示背景溫度的數(shù)字或者圖象表示。這允許系統(tǒng)迅速地提供已更新的IR能量圖形輸出和溫度對(duì)比度ΔT＝TA-T0B(參見方程18～20和圖28)。
一旦系統(tǒng)確定了背景溫度的初始估值(圖18中的步驟176)，則其將繼續(xù)構(gòu)建背景光譜。背景溫度TB0的初始估值被用于選擇“參考背景單光束(SB)對(duì)”，其是兩條背景光譜，一個(gè)表示在TB0上面的最接近的光譜，而另一個(gè)表示在TB0下面的最接近的光譜(步驟178)。為了說明的目的，采用圖19中最底部的光譜(0℃)，并且采用相鄰的光譜(6.8℃)。如果TB0在0℃和6.8℃之間，則這兩條光譜將是參考背景SB對(duì)。
通過使樣本SB光譜同參考背景SB對(duì)相配合，借助于上文描述的WICLS方法，將產(chǎn)生估測(cè)的背景SB光譜(步驟179)。將在頻率vi處的參考背景SB對(duì)的強(qiáng)度值表示為Si1和Si2，設(shè)計(jì)矩陣在v1～vN的頻率范圍上用公式表述為D=S11S12S21S22..SN1SN2]]>方程(21)同時(shí)在v1～vN的頻率范圍上的樣本單光束光譜的相應(yīng)的值被用作輸入的行向量A(參見方程2)。如上文所提示的，當(dāng)前應(yīng)用使用的值為v1＝650cm-1和vN＝1100cm-1。方程12～17所描述的WICLS進(jìn)程的應(yīng)用導(dǎo)致了兩個(gè)估值X1和X2；估測(cè)的背景SB光譜SBiB如下給出SBiB=X‾1Si1+X‾2Si2]]>方程(22)圖17，步驟171提出了，最終由系統(tǒng)進(jìn)行背景溫度(TB)的最終估測(cè)。使用上文描述的確定初始背景溫度TB0的方法(方程12～20)，除了行向量A被設(shè)置為等于估測(cè)的背景SB光譜SBiB(方程22)，而不是如圖19所示的樣本SB光譜。由方程23給出了背景溫度TB的最終估值(步驟180，圖18)，其與方程20相似TB=a0+a1(vCS)+a2(vCS)2+a3(vCS)3+a4(vCS)4]]>方程(23)一旦確定了估測(cè)的背景SB光譜SBiB，則可以使用方程1計(jì)算樣本SB吸收光譜SBiS(圖18，步驟181)，如本技術(shù)領(lǐng)域所公知的。
一旦獲得了該樣本吸收光譜，則本發(fā)明將開始鑒別過程，其鑒別哪些獨(dú)立化合物的光譜出現(xiàn)在吸收光譜中。系統(tǒng)首先使用多種方法來初始鑒別在樣本光譜中表示出來的化合物集合。然后系統(tǒng)使用具有增加的確定性的第二方法來確定在第一搜索中鑒別的化合物是否確實(shí)在參考光譜中表示出來。
化合物的初始鑒別在執(zhí)行化合物(其是在樣本光譜中表示出來的化合物)的初始鑒別中，本發(fā)明使用的一種方法是將樣本光譜同已知的不同化合物的吸收光譜進(jìn)行比較。許多化合物的吸收光譜是已知的，并且可以從上文提及的諸如Thermo Galactic of Salem，NH的資源獲得。如上文所述，由Thermo Galactic提供的光譜信息以Thermo Galactic所發(fā)展的格式編輯在標(biāo)準(zhǔn)磁盤文件中，該格式被稱為“SPC”格式。設(shè)計(jì)矩陣D的構(gòu)建與上文描述的相同。
借助于將化合物與一個(gè)已知光譜或者多個(gè)已知光譜(在下文中被稱作參考光譜)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)，本發(fā)明的系統(tǒng)可以將參考光譜同樣本吸收光譜進(jìn)行CLS比較，并且確定該參考化合物在樣本吸收光譜中表示的可能性。圖22說明了本發(fā)明進(jìn)行該比較的一種方法。在步驟196中，系統(tǒng)將定義搜索化合物，其可以是數(shù)據(jù)庫(kù)中的第一化合物。一旦搜索化合物被確認(rèn)，則與該化合物相關(guān)的分析范圍將隨后被確認(rèn)?；诨衔锉蛔C明進(jìn)行吸收的IR頻率，定義該分析范圍。例如，圖23a示出了假想化合物B的分析范圍，其占有的分析范圍包括兩個(gè)不相鄰的紅外頻率組?；衔顱的分析范圍包括頻率部分B1(810～850cm-1)和B2(880～900cm-1)。由于所考慮的化合物只有一種，因此包括在設(shè)計(jì)矩陣(R1和R2)中的分析范圍將包括這兩個(gè)不相鄰的頻率組。然而，如果H2O和CO2中的任何一個(gè)與R1或者R2重疊，則設(shè)計(jì)矩陣還將包括關(guān)于H2O和CO2的列。例如，如果H2O的分析范圍是1300～850cm-1，則D中的一列將包括關(guān)于H2O的頻率范圍R1和R2的參考光譜值。同樣地，如果CO2的分析范圍是650～750cm-1，則上文所述的化合物B的設(shè)計(jì)矩陣將不包含對(duì)應(yīng)于CO2的列。應(yīng)當(dāng)指出，分析中的H2O或CO2的結(jié)論不影響分析中使用的分析范圍(即設(shè)計(jì)矩陣的行)，而是僅影響設(shè)計(jì)矩陣列的數(shù)目。
某些分析范圍與數(shù)據(jù)庫(kù)中所包括的占有至少一條參考光譜的每種化合物相關(guān)，并且這些分析范圍也存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。這些分析范圍將涉及受到相鄰IR頻率子集限制的較多部分，在該IR頻率處證明了化合物的吸收，同時(shí)也證明了背景光譜在該IR頻率處具有有利的紅外光強(qiáng)。此外，適當(dāng)?shù)念l率子集的選擇涉及數(shù)據(jù)庫(kù)中包括的其他化合物被證明吸收的頻率組；在這些其他的化合物中，由于環(huán)境空氣中的H2O和CO2是普遍存在的，因此其最為重要。然而，某些其它類型的化合物也可能得到特殊的關(guān)注，這些是可能出現(xiàn)在所關(guān)注的樣本中的化合物，或者是具有特別強(qiáng)烈的吸收特征的化合物，或者是具有特別寬的吸收范圍的化合物。適當(dāng)?shù)姆治龇秶倪x取還將涉及每種化合物的光譜吸收范圍的強(qiáng)度和唯一性。而且，對(duì)于那些同兩個(gè)或者更多的分析范圍相關(guān)的化合物，將為分析范圍分配“級(jí)別”，其將這些分析范圍同其他的與該化合物相關(guān)的范圍區(qū)分開來，并且這些級(jí)別也將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。調(diào)節(jié)光譜搜索和CLS分析，使之包括所有級(jí)別低于可調(diào)最高級(jí)別的分析范圍。在需要時(shí)，該技術(shù)允許在光譜搜索和CLS分析中使用關(guān)于化合物的額外的光譜數(shù)據(jù)；在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，響應(yīng)光譜搜索結(jié)果和/或CLS分析結(jié)果的質(zhì)量來執(zhí)行該調(diào)整。
圖24說明了關(guān)于化合物乙醇的可能的選擇和分級(jí)處理。如下面的描記線所示，其表示乙醇的吸收范圍，存在三個(gè)不同的吸收帶，標(biāo)注為區(qū)域1～區(qū)域3，在800～1300cm-1之間。在這些限制之間，雖然背景強(qiáng)度有變化，但其是相對(duì)恒定的。相反，可以看到強(qiáng)烈的H2O吸收特征在光譜的較高波數(shù)部分中變得更加強(qiáng)烈。這些因素的組合說明了，在有水出現(xiàn)的情況下，區(qū)域2將產(chǎn)生關(guān)于乙醇的最佳的分析結(jié)果，而區(qū)域1將產(chǎn)生最差的結(jié)果。這導(dǎo)致區(qū)域2被指定為“級(jí)別1”，區(qū)域3被指定為“級(jí)別2”，而區(qū)域1被指定為“級(jí)別3”。在優(yōu)選實(shí)施例中，子程序被設(shè)置為僅在設(shè)計(jì)矩陣中使用具有級(jí)別1的區(qū)域。然而，還可以調(diào)整分析子程序使之包括具有級(jí)別1和2的區(qū)域；或者，甚至可以調(diào)整分析子程序使之包括所有關(guān)于該化合物的級(jí)別(1、2和3)。而且，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，每種化合物都將可能具有任何數(shù)目的范圍，并且這些范圍可能被分配任何級(jí)別。因此，本發(fā)明不限于上文所說明的三級(jí)別示例和每個(gè)級(jí)別有一個(gè)區(qū)域的示例。
由于系統(tǒng)再一次使用CLS比較，因此用于CLS進(jìn)程的設(shè)計(jì)矩陣D必須是如圖22的步驟197中定義的設(shè)計(jì)矩陣。設(shè)計(jì)矩陣中的至少一列表示所選化合物的參考光譜(并且如果選擇了多個(gè)參考光譜，則由多個(gè)列表示)。設(shè)計(jì)矩陣的行僅包括處于搜索化合物的分析范圍中的紅外頻率。由于該CLS分析不是WICLS分析，因此在步驟198中將權(quán)重矩陣設(shè)置為等于單位矩陣(P＝I)。通過上文所述的方程8～11計(jì)算關(guān)于搜索化合物的參數(shù)估值X、殘差V、方差和V2和邊際標(biāo)準(zhǔn)偏差Δ(步驟199)。尋找這些值的目的在于，它們可以提供“質(zhì)量指標(biāo)”Qj，其是表示CLS確定參數(shù)Xj的質(zhì)量的指標(biāo)。使用來自步驟200的樣本吸收向量A，Qj可被定義為Qj=100×(1-Rj)=100×(1-Δ‾jX‾j)=100×(1-U‾jSΘ‾jS)]]>方程(24)U和Θ是在下文中定義的，并且目前僅需要理解其用于本發(fā)明，具有降至具體值下面的相關(guān)質(zhì)量指標(biāo)Qj的CLS值Xj被稱為“未定的”。在Qj值下面的使化合物被認(rèn)為使是未定的該Qj值根據(jù)不同的CLS應(yīng)用而變化。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例認(rèn)為小于90的Qj是未定的Xj值。該決定在圖22的步驟201中表述，其中大于90的Qj被認(rèn)為是肯定(“已定的”)結(jié)果(步驟202)，而較低的Qj被認(rèn)為是否定(“未定的”)結(jié)果(步驟203)。最后，在步驟204中報(bào)告這個(gè)搜索的結(jié)果。這樣，上文描述的該方法，在此處被稱為“CLS搜索”，提供了用于搜索和鑒別可能由樣本吸收光譜表示的化合物的一個(gè)進(jìn)程的示例。
本發(fā)明在執(zhí)行化合物的初始鑒別時(shí)使用的另一種方法是由Thermo Galactic of Salem，NH發(fā)展的。盡管在本發(fā)明中使用了該方法(“Galactic搜索”)，但是Galactic搜索本身并非從屬于本發(fā)明。Galactic搜索方法(參見圖25)首先(步驟226)確定與樣本光譜進(jìn)行比較的化學(xué)物質(zhì)的分析范圍(步驟227)。如圖22中的方法，Galactic搜索使用數(shù)據(jù)庫(kù)，其涉及在給出的范圍上的不同的化學(xué)化合物的吸收特征。系統(tǒng)將使吸收特征與化合物吸收IR能量的頻率范圍相關(guān)聯(lián)。該“分析范圍”將對(duì)應(yīng)于正在搜索的化合物。一旦確定了分析范圍，則Galactic搜索在進(jìn)行搜索確認(rèn)時(shí)將使用多種不同的算法。該搜索和上文通過圖22描述的搜索之間的重要區(qū)別在于Galactic搜索并不包括任何表示CO2或者H2O的數(shù)據(jù)。如圖25的步驟29中所述，Galactic搜索的搜索類型包括基于關(guān)聯(lián)、一階導(dǎo)數(shù)、Eucleadian距離和Eucleadian距離的一階導(dǎo)數(shù)。
最初設(shè)置Galactic搜索，使之開始通過上文列出的具體搜索類型中的一種來進(jìn)行搜索(步驟228)。該搜索將產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫(kù)中所有參考光譜的列表，這些參考光譜是按照同樣本光譜的關(guān)聯(lián)程度的順序而排列的(步驟230)。如果所選化合物的參考光譜是級(jí)別隊(duì)列中的第一個(gè)，則在第一和第二級(jí)別之間的分離度百分?jǐn)?shù)是N(步驟231)，然后所選化合物被認(rèn)為具有可靠的結(jié)果，并且與該化合物相關(guān)的可靠性指數(shù)加1(步驟232)。對(duì)于不同的實(shí)施例，分離度N可以改變。作為示例，在一個(gè)實(shí)施例中分離度N可以是0百分點(diǎn)，另一個(gè)中是25百分點(diǎn)，或者可以是其他所找到的給出精確結(jié)果的任何百分比。然后，對(duì)于上文所述的五種搜索類型的每一種，重復(fù)該方法，并且在滿足步驟5的條件時(shí)增加可靠性指數(shù)(達(dá)到最大可能值4)。然后，對(duì)于Galactic數(shù)據(jù)庫(kù)中的每一化合物重復(fù)該方法(步驟233)。Galactic搜索的最終輸出將是化合物和化合物可靠性指數(shù)值的列表(步驟234)，表中的化合物具有至少為1的可靠性指數(shù)。
通過使用CLS搜索、Galactic搜索和向?qū)С绦蛩阉?，本發(fā)明將創(chuàng)建樣本吸收光譜所表示的化學(xué)化合物的初始列表或者暫定列表?！跋?qū)С绦蛩阉鳌鄙婕吧衔乃龅幕瘜W(xué)屬性向?qū)С绦?、機(jī)構(gòu)向?qū)С绦蚧蛘哞F路車向?qū)С绦蛑赋龅目赡艹霈F(xiàn)的化合物。然后，本發(fā)明將以新的方式處理此化合物初始列表，以便于具有較大確定性地確定初始列表中的哪些化合物最有可能由樣本吸收光譜表示。圖26說明了，該處理中的第一步驟(241)是如何基于在這三個(gè)搜索列表(242a～242c)之間交叉的化學(xué)物質(zhì)的一致性來創(chuàng)建主要列表和次要列表的，在下文中，用標(biāo)志{C}表示CLS搜索列表，用標(biāo)志{G}表示Galactic搜索列表，用標(biāo)志{W}表示向?qū)С绦蛩阉髁斜怼?br> 主要列表{P}包括所有在列表{C}中鑒別的化合物和那些在列表{W}和{G}中均能找到的化合物。用集合符號(hào)表示，{P}等于{C}∪{{W}∩{G}}。集合{S}是{P}關(guān)于整個(gè)并集{C}∪{W}∪{G}的補(bǔ)集。換言之，{S}表示任何在列表{C}、{W}或{G}中找到的，并且未在{P}中列出的化合物。列表{P}表示那些最有可能由樣本吸收光譜表示的化合物，同時(shí){S}中的化合物列表被認(rèn)為不太可能出現(xiàn)在樣本中，但是也需要某些光譜分析的關(guān)注。下一步，在步驟243中，系統(tǒng)將定義CLS來自{P}的分析范圍R，設(shè)計(jì)矩陣D和樣本輸入向量A。分析范圍R是關(guān)于{P}中所有化合物的分析范圍的并集，并且如圖23b所示，通過與上文參考圖23a所描述的相似的方式來確定。作為示例，如果列表{P}僅具有兩個(gè)化合物A和B(包括其各自的頻率范圍A1、A2和B1、B2)，則分析范圍R將是那些任何聲明了化合物吸收的IR頻率。與前文相似，如果化合物H2O和CO2的分析范圍達(dá)到與{P}定義的IR頻率重疊的程度，則它們也包括在分析中，但是它們的頻率范圍不能另外用于定義R。向量A的元素是在分析范圍R上的樣本吸光度值。D的列包括參考光譜AijR的值，以及在同一頻率范圍上的波數(shù)vi和vi2。因此設(shè)計(jì)矩陣D可表示為D=A11RA12R.A1MR1v1A21RA22R..1v2......AN1RAN2R.ANMR1vN]]>方程(25)應(yīng)當(dāng)理解，矩陣D中的每一列(除了最右邊的兩列)均表示在分析范圍v1～vN上的列表{P}中的化合物的參考光譜AR。
圖26中的下一個(gè)步驟(步驟244)是在化合物列表{P}上執(zhí)行“調(diào)整CLS”分析。圖27說明了執(zhí)行調(diào)整CLS分析中所采用的步驟。樣本向量A和設(shè)計(jì)矩陣D是如上文所直接定義的(步驟276)。在步驟277中，權(quán)重矩陣P(參見方程5和6)被設(shè)置為單位矩陣I(這樣使得此CLS分析的形式是“無權(quán)重的”形式)。步驟278下一步需要計(jì)算參數(shù)估值Xj、殘差V、方差和V2和邊際標(biāo)準(zhǔn)偏差Δj(參見方程7～11)。
系統(tǒng)還將使用下述關(guān)系計(jì)算光深ΘjS和不確定性UjSΘ‾jS=X‾jΘjRPjRPSTSTjR]]>方程(26)其中ΘjR＝(純凈的)第j個(gè)化合物的單參考光譜的光深(ppm-m值)；TjR＝記錄AijR時(shí)的絕對(duì)溫度；PjR＝記錄AijR時(shí)的絕對(duì)壓強(qiáng)；TS＝記錄AiS時(shí)的絕對(duì)溫度；PS＝記錄AiS時(shí)的絕對(duì)壓強(qiáng)。相似地，ΘjS中的MSD(1σ不確定性)用UjS表示，其由下式給出U‾jS=Δ‾jΘjRPjRPSTSTjR]]>方程(27)然后步驟279將算得的樣本光譜的光深ΘjS與對(duì)應(yīng)參考光譜的給出的光深ΘjR進(jìn)行比較。光深是重要的參數(shù)，這是因?yàn)槠渲到Y(jié)合通過采樣氣體的光學(xué)路徑長(zhǎng)度，將提供化合物濃度的估值。對(duì)于許多化合物，紅外光譜數(shù)據(jù)庫(kù)包括以不同光深記錄(即不同濃度)的多個(gè)參考光譜。對(duì)于該化合物，最準(zhǔn)確的可利用CLS結(jié)果基于化合物的具體參考光譜具有與樣本氣體中所找到的光深最接近的光深，并且該具體參考光譜不必是選出用于初始設(shè)計(jì)矩陣D計(jì)算的同一參考光譜。
為了說明該潛在誤差的來源，步驟280執(zhí)行下述分析。應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于每種化合物，當(dāng)前的CLS結(jié)果ΘjS必然落入三個(gè)區(qū)間中的一個(gè)a)低于具有最低光深的該化合物的參考光譜的光深的ΘjS，或者b)在其兩個(gè)參考光譜的光深之間的ΘjS，或者c)高于具有最高光深的該化合物的參考光譜的光深的ΘjS。下文描述了這三種情況。如果結(jié)果是情況(a)，則所討論的化合物的當(dāng)前CLS結(jié)果是相符的并且不再需要進(jìn)一步的操作。如果結(jié)果是情況(b)，則對(duì)于具體的化合物(j)，可能需要在將設(shè)計(jì)矩陣的相應(yīng)的列替換為來自該化合物不同光深的不同參考光譜的值之后，重復(fù)CLS分析。其中ΘiLOWR<Θ‾jS≤ΘjHIGHR,]]>下列參數(shù)可以被定義為
β=Θ‾jSΘjLOWR]]>和γ=Θ‾jSΘjHIGHR]]>方程(28)通常，可以根據(jù)β值和γ值的任何適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)比較來定義CLS的結(jié)果是相符的；該定義可以是同具體化合物相關(guān)的，并且可能需要額外的迭代約束。例如，β值和γ值的某些允許范圍可以是預(yù)先確定的(例如0.5≤β≤5和0.5≤γ≤5)，并且這可被用于判別CLS結(jié)果是否是相符的。
在可替換的實(shí)施例中，如果當(dāng)前參考光譜不維持在光深ΘjHIGHR，則該結(jié)果被定義是不相符的，并且對(duì)于任何化合物，僅允許參考光譜的一次變化，而不考慮整體進(jìn)程中需要的迭代次數(shù)。圖27的進(jìn)程使用了本實(shí)施例，通過示例可以更好的理解該實(shí)施例。假設(shè)可以利用(分別)具有光深D1＝100ppm-m、D2＝250ppm-m和D3＝500ppm-m的三個(gè)參考光譜S1、S2和S3，用于具體化合物的分析。然后假設(shè)當(dāng)前的CLS分析使用光譜S3并且返回結(jié)果Θ‾jS=200ppm-m.]]>該結(jié)果落在D1和D2之間，因此ΘjLOWR=D1=100ppm-m,]]>而ΘjHIGHR=D2=250ppm-m.]]>使用上文給出的標(biāo)準(zhǔn)，由于該結(jié)果落在D1和D2之間，因此這是不相符的結(jié)果，所以在使用參考光譜(具有D3＝500ppm-m的S3)的當(dāng)前CLS分析中，與這些光深(S1或S2)相關(guān)的參考光譜中的一個(gè)將可能提供更加可靠的結(jié)果。圖27中的步驟4執(zhí)行該功能，并且還檢查是否調(diào)整了先前的結(jié)果。如果沒有，則修改設(shè)計(jì)矩陣以包括來自S2(而不是S3)的值，并且重復(fù)分析(步驟281)。然而，如果由于該化合物的不相符的結(jié)果，在先前的CLS分析中已經(jīng)調(diào)整了設(shè)計(jì)矩陣，則進(jìn)行進(jìn)一步的修改，盡管該不相符的結(jié)果是由當(dāng)前CLS分析產(chǎn)生的。需要該技術(shù)以避免允許計(jì)算機(jī)程序進(jìn)入無限的邏輯循環(huán)中。
如果結(jié)果是情況(c)，則當(dāng)強(qiáng)的CLS結(jié)果是相符的，但是該結(jié)果被標(biāo)記為實(shí)際樣本光深的可能低估的值。最后，步驟282通過確定精確的質(zhì)量指標(biāo)Qj(方程26)來執(zhí)行進(jìn)一步的計(jì)算。
返回圖26，在完成了步驟3中的調(diào)整CLS分析時(shí)，最關(guān)注的結(jié)果是ppm-m估值ΘjS及其相關(guān)的(新的)質(zhì)量指標(biāo)Qj。Qj低于某些選出值(在優(yōu)選實(shí)施例中通常接近90)的所有化合物被認(rèn)為是“未定的”。如果存在未定的結(jié)果，則步驟248將從列表{P}中去除具有未定結(jié)果的化學(xué)物質(zhì)并且在列表{S}的頂端加入這些化合物。使用新的縮短的列表{P}，步驟245使用同步驟243相似的方式重新定義CLS分析范圍R、設(shè)計(jì)矩陣D和樣本輸入向量A。然后繼續(xù)進(jìn)行步驟244和247的迭代處理，直到{P}中所有化合物的結(jié)果是已定的。
在不存在進(jìn)一步的未定結(jié)果時(shí)，步驟246將把列表{S}頂端的最初化合物{S}0添加到最末的列表{P}中，并且從{S}中去除{S}0。通過使用新的列表{P}，在步驟249中重新定義CLS分析范圍R、設(shè)計(jì)矩陣D和樣本輸入向量A，并且在步驟250中對(duì)新列表{P}執(zhí)行另一調(diào)整CLS分析。如果最近添加的{S}0化合物在步驟252中是已定的，則步驟251將把下一個(gè){S}0添加到{P}中(并且從{S}中去除{S}0)，并且重復(fù)步驟249。如果在步驟252中{S}0化合物是未定的，則步驟254將確定{S}是否為空。如果不是，則步驟253將從列表{P}和{S}中去除{S}0，并且將列表{S}的下一個(gè)頂端化合物{S}0添加到列表{P}中。該處理持續(xù)進(jìn)行，直到在步驟254中發(fā)現(xiàn){S}為空。
在執(zhí)行最終的確認(rèn)之前，即確認(rèn)由系統(tǒng)鑒別的哪些化合物是由樣本光譜表示的，將確認(rèn)是否存在是IR輻射源的化合物。步驟269詢問是否存在估值Xj＜0。如果所有的CLS結(jié)果(以及相關(guān)的ppm-m估值ΘjS)是零或者正的，則分析的最后一步將如下文所述計(jì)算濃度估值Cj和Γj。如果存在負(fù)的估值Xj，則執(zhí)行步驟255～265以確定這些可疑的輻射源是否是假性結(jié)果，或者確定在樣本中是否存在確實(shí)的證據(jù)證明化合物發(fā)射IR輻射。步驟255將定義{P}的子集{R}，其X＞0，并且將定義{P}的子集{N}，其X＜0。集合{R}包括在樣本中由{P}的最終CLS分析而指明是紅外光吸收者的化合物，并且{N}包含那些指明是紅外光輻射者的化合物。步驟256將從{R}中定義新的設(shè)計(jì)矩陣D而不重新定義范圍(即使用在步驟249的最終迭代中找出的范圍)。由此矩陣D的列僅對(duì)應(yīng)于那些在樣本中指明是紅外光吸收者的化合物，但是光譜范圍應(yīng)對(duì)于所有的在步驟241～254中找出的具有良好的已定CLS結(jié)果的化合物。步驟257將使用同上文相同的方式，針對(duì){R}執(zhí)行調(diào)整CLS。如果存在未定結(jié)果，則步驟258去除未定的化合物，并且重復(fù)步驟256～259，直到不存在未定結(jié)果。隨后，步驟260將在集合{N}中搜索關(guān)于化學(xué)物質(zhì)的殘差V。如果指明是紅外光輻射者的化合物(見步驟269)確實(shí)同樣存在于樣本中，則殘差矩陣V應(yīng)包含關(guān)于它們的證據(jù)，因此使殘差經(jīng)歷光譜搜索操作，即前面的步驟1(即Galactic和CLS搜索)。
步驟261確定是否找出了集合{N}中的化合物。如果是，則殘差光譜包括具有至少一種化合物的可辨認(rèn)的范本，該化合物包括在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且由用于產(chǎn)生殘差的CLS分析排除。該可辨認(rèn)的范本的出現(xiàn)表明，至少一種分析中未包括的吸收或輻射化合物可能存在于樣本中。在該情況中，使用集合{P}的步驟241～254的結(jié)果是最可利用的，并且步驟266返回到步驟254附近確認(rèn)的集合{P}的結(jié)果。如果步驟261中的搜索并未指出存在任何來自集合{N}的化合物，則認(rèn)為步驟241～254中的所有的負(fù)結(jié)果是假性的。認(rèn)為當(dāng)前的化合物集合{R}是精確的，除了需要減小當(dāng)前的分析范圍，因此本方法進(jìn)行至步驟262～265。在步驟262中，使用{R}中的化合物和關(guān)于{R}中的化合物的范圍來重新定義設(shè)計(jì)矩陣D。然后使用此重新定義的范圍執(zhí)行調(diào)整CLS。如果在步驟265中存在未定結(jié)果，則在步驟263中去除具有未定結(jié)果的化合物，并且該處理返回到步驟262。如果不存在未定結(jié)果，則認(rèn)為當(dāng)前結(jié)果是最終結(jié)果并且將其傳遞給步驟267。
作為鑒別化學(xué)化合物的處理的最終步驟，本發(fā)明將確定每種化合物的濃度Cj和與該濃度測(cè)量結(jié)果相關(guān)的不確定性Γj。這些值可以通過下式計(jì)算Cj=Θ‾jLSFT]]>方程(29)
和Γj=U‾jLS|FT|]]>方程(30)方程29和30中的量FT是校正因子，其描述所觀察的具有溫度對(duì)比度ΔT＝TA-T0B的乙烯吸光度的變化。圖28說明了本工作中用于定義FT的測(cè)量變化和三次多項(xiàng)式回歸?？梢钥吹剑瑯颖疚章窂介L(zhǎng)度LS必須是已知的。通常在圖13的步驟127所述的初始測(cè)量過程中由用戶估測(cè)LS并且將其輸入到系統(tǒng)中(步驟268)。
圖29說明了由本發(fā)明的軟件所執(zhí)行的某些額外的功能。子程序部分涉及獲取氣體的光譜儀讀數(shù)，而該氣體保存在玻璃樣本瓶或“槽”中。獲取槽中的氣體樣本讀數(shù)在本技術(shù)領(lǐng)域中是公知的。然而，可以獨(dú)立的執(zhí)行幾個(gè)步驟，包括步驟300～305和步驟314～316，而不管是否正在利用氣體槽。步驟300將初始化該子程序，并且為用戶確認(rèn)該子程序。步驟301將詢問用戶，他或她是否了解光譜儀將鑒別的化學(xué)化合物。這考慮到了這樣的情況，即到達(dá)化學(xué)泄漏現(xiàn)場(chǎng)的用戶掌握了關(guān)于可能泄露的化合物(特別是有毒化合物或者其他危險(xiǎn)化合物)的信息。用戶可能希望在幾個(gè)不同的方向立刻獲取光譜儀的讀數(shù)來確定出現(xiàn)的化合物是否能被鑒別。為實(shí)現(xiàn)該目的，步驟302將詢問用戶，用以使用戶從觸摸屏11(圖4)上列出數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有化學(xué)化合物的字母列表(步驟303)中選擇已知的或者可疑的化合物。一旦選擇了已知的化合物，步驟302將向步驟305返回關(guān)于該化合物的參考光譜。如果鑒別軟件僅需要將光譜讀數(shù)同一個(gè)具體的參考光譜進(jìn)行比較，則可以很迅速地執(zhí)行對(duì)該具體化合物的存在的確認(rèn)。用戶將在步驟314中獲取光譜讀數(shù)(在圖13中已詳細(xì)描述)，在步驟315中產(chǎn)生背景SB和吸收光譜(參見圖18)并且然后在步驟316中執(zhí)行圖22的CLS搜索。在執(zhí)行CLS搜索之后，將結(jié)果發(fā)送給圖26所示的子程序。僅有一個(gè)參考光譜出現(xiàn)在列表242a～242c中，而不是列表242a～242d提供多個(gè)參考光譜。參考圖26，如上文所述處理該參考光譜(連同那些普遍存在的H2O和CO2的光譜)。該確定過程的輸出將通知用戶光譜儀是否檢測(cè)到已知的化合物。
返回步驟305，如果用戶確定希望使用氣體槽(即將氣體樣本捕獲至槽中并隨即對(duì)槽中的氣體進(jìn)行光譜分析)，則程序?qū)⑶斑M(jìn)至步驟306并且詢問氣體槽是否已被清洗(即通過諸如氮的惰性氣體進(jìn)行沖洗以去除先前使用后的殘留物)。如果沒有，則通知用戶清洗該氣體槽，或者，如果光譜儀適當(dāng)?shù)嘏鋫淞烁郊拥挠糜谧詣?dòng)執(zhí)行該功能的硬件，則由光譜儀進(jìn)行此項(xiàng)工作。如果氣體槽已被清洗，則軟件將詢問目前的背景光譜是否是可利用的。應(yīng)當(dāng)理解，在獲取氣體槽中樣本的光譜讀數(shù)時(shí)，將使用已知的預(yù)定背景輻射源。由于氣體樣本容納在氣體槽中，而該氣體槽可以容易地安置在光譜儀和用戶選擇的輻射源之間的任何距離處，因此這是可能的。清楚的是，其與如上文通過圖18所討論的估測(cè)基于遠(yuǎn)程源的背景所使用的子程序不是同一子程序。如果當(dāng)前背景是可利用的(即獲得背景的條件不發(fā)生變化)，則程序?qū)⒁浦敛襟E310。如果當(dāng)前背景是不可利用的，則將采用新的背景SB光譜。這典型地需要使用諸如氮的惰性氣體充滿該槽，并且在該槽安置于輻射源前面時(shí)記錄獲得的光譜。步驟310將詢問氣體樣本是否在槽中。如果不是，則程序?qū)⑼ㄖ脩粢霘怏w樣本，或者，如果光譜儀配備了適當(dāng)?shù)耐獠坑布?，則程序?qū)⒆詣?dòng)地打開氣體槽上的閥門，并且將周圍空氣的樣本吸至槽中。然后步驟312和313將獲取槽中氣體的光譜讀數(shù)并且產(chǎn)生槽中氣體的單光束光譜(參見圖13)和吸收光譜(參見方程1)。隨后，在步驟316中程序進(jìn)行到上文所述的圖22和26的子程序。應(yīng)當(dāng)理解，步驟306～313通常在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的，并且其自身并不構(gòu)成本發(fā)明的一部分。
盡管前面的公開內(nèi)容以具體實(shí)施例的形式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到存在許多處于本發(fā)明的范圍內(nèi)的修改方案。例如，盡管所描述的“向?qū)А弊映绦蚴墙Y(jié)合化學(xué)物質(zhì)的光譜鑒別而使用的，但是可以預(yù)料，向?qū)С绦蜃陨?即不涉及光譜分析部件)可用于提供有用的關(guān)于未知化學(xué)化合物的預(yù)備鑒別。所有此類修改和變化方案應(yīng)在附屬權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種確定背景物體溫度的方法，針對(duì)該背景物體記錄樣本光譜，所述方法包括步驟a.提供拋物線形中心頻率和背景溫度之間的預(yù)定關(guān)系，其中所述拋物線中心頻率是在已知溫度下的參考背景的單光束光譜的頻率；b.提供相對(duì)于未知溫度的背景而記錄的樣本光譜；c.確定同所述樣本光譜最配合的拋物線曲線；d.確定所述最配合的拋物線曲線的樣本拋物線中心頻率；e.將所述樣本拋物線中心頻率同所述中心頻率和背景溫度的預(yù)定關(guān)系進(jìn)行比較；f.基于所述比較結(jié)果估測(cè)所述背景的溫度。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述確定最配合的拋物線曲線的步驟進(jìn)一步包括使用傳統(tǒng)最小二乘分析的步驟。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述使用傳統(tǒng)最小二乘分析的步驟進(jìn)一步包括使用加權(quán)迭代傳統(tǒng)最小二乘分析的步驟。
4.權(quán)利要求3的方法，其中持續(xù)進(jìn)行加權(quán)迭代，直到方差和中的微量變化小于預(yù)定的微量。背景光譜
5.一種產(chǎn)生用于光譜分析的背景光譜的方法，所述方法包括步驟a.提供樣本光譜和背景物體的估測(cè)溫度；b.從關(guān)于已知的背景溫度的已知的溫度光譜集合中，選擇至少兩個(gè)已知的溫度光譜，其表示高于和低于所述估測(cè)溫度的背景溫度；c.將所述樣本光譜同所述已知的溫度光譜進(jìn)行比較，以便于確定樣本背景光譜。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述將所述樣本光譜同所述已知的溫度光譜進(jìn)行比較的步驟進(jìn)一步包括使用傳統(tǒng)最小二乘分析的步驟?；瘜W(xué)鑒別
7.一種產(chǎn)生經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)奈展庾V的方法，所述方法包括步驟a.提供樣本光譜和背景物體的估測(cè)溫度；b.從關(guān)于已知的背景溫度的已知的溫度光譜集合中，選擇至少兩個(gè)已知的溫度光譜，其表示高于和低于估測(cè)溫度的背景溫度；c.將所述樣本光譜同所述已知的溫度光譜進(jìn)行比較，以便于確定樣本背景光譜；d.從所述樣本光譜和所述背景光譜中計(jì)算吸收光譜。
8.權(quán)利要求7的方法，進(jìn)一步包括將所述吸收光譜同至少一種化學(xué)物質(zhì)的參考光譜進(jìn)行比較的步驟，以便于鑒別在所述吸收光譜中表示的化學(xué)物質(zhì)。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述比較的步驟進(jìn)一步包括使用CO2和H2O的光譜，以便于鑒別所述化學(xué)物質(zhì)。
10.一種鑒別吸收光譜中表示的化學(xué)物質(zhì)的方法，所述方法包括步驟a.提供樣本吸收光譜；b.將所述吸收光譜同CO2和H2O的光譜進(jìn)行比較，并且同至少一種化學(xué)物質(zhì)參考光譜進(jìn)行比較，以便于鑒別所述吸收光譜中表示的化學(xué)物質(zhì)。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述CO2和H2O的分析光譜范圍以及化學(xué)物質(zhì)參考光譜同所述吸收光譜進(jìn)行比較。
12.權(quán)利要求11的方法，其中多個(gè)化學(xué)物質(zhì)參考光譜同所述吸收光譜進(jìn)行比較。
13.權(quán)利要求12的方法，其中進(jìn)行傳統(tǒng)的最小二乘分析，用以將所述CO2、H2O和所述化學(xué)物質(zhì)的參考光譜同所述吸收光譜進(jìn)行比較。
14.權(quán)利要求12的方法，其中所述多個(gè)化學(xué)物質(zhì)的參考光譜包括化學(xué)物質(zhì)參考光譜的主要集合，并且通過多種化學(xué)物質(zhì)光譜鑒別方法來形成所述化學(xué)物質(zhì)參考光譜的主要集合。
15.權(quán)利要求12的方法，其中所述多個(gè)化學(xué)物質(zhì)的參考光譜包括化學(xué)物質(zhì)參考光譜的主要集合，并且將所述化學(xué)物質(zhì)參考光譜的主要集合同所述吸收光譜進(jìn)行比較包括步驟a.將所述化學(xué)物質(zhì)參考光譜的主要集合同所述吸收光譜進(jìn)行比較；b.確定所述比較結(jié)果中是否存在關(guān)于任何所述參考光譜的未定結(jié)果；c.如果在所述比較結(jié)果中確實(shí)存在未定結(jié)果，則在所述主要集合中去除具有未定結(jié)果的所述參考光譜；d.對(duì)所述化學(xué)物質(zhì)參考光譜的主要集合與所述吸收光譜進(jìn)行另一比較；e.重復(fù)步驟b～d直到不存在未定結(jié)果。
16.權(quán)利要求15的方法，其中在步驟(e)之后，進(jìn)一步從化學(xué)物質(zhì)參考光譜的次要集合中獲取新的參考光譜，并且將所述新的參考光譜添加到所述主要集合中。
17.權(quán)利要求16的方法，其中重復(fù)步驟b～d直到在所述主要集合中不存在未定結(jié)果。
18.權(quán)利要求17的方法，其中重復(fù)將來自所述次要集合的新參考光譜移至所述主要集合中的步驟，直到所述次要集合為空。
19.權(quán)利要求17的方法，其中所述比較包括傳統(tǒng)的最小二乘分析。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所有與參考光譜相關(guān)的負(fù)的比例因子值形成殘差集合。向?qū)С绦?br> 21.一種使用可觀察的特征來鑒別化學(xué)化合物的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括；a.化學(xué)物質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，其將預(yù)先定義的特征和屬性與多種化學(xué)化合物相關(guān)；b.用戶接口，其接收可觀察特征的輸入；c.運(yùn)行軟件的處理器，所述軟件引導(dǎo)所述處理器確認(rèn)所述數(shù)據(jù)庫(kù)中同所述可觀察特征相對(duì)應(yīng)的化學(xué)化合物。
22.權(quán)利要求21的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中所述可觀察的特征包括顏色和氣味。
23.權(quán)利要求22的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中所述可觀察的特征包括蒸汽密度和分子量。
24.一種基于所述化合物被觀察到的位置來鑒別化學(xué)化合物的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a.將至少一種化學(xué)化合物與所述化合物的分配的地圖位置相關(guān)聯(lián)的化學(xué)物質(zhì)/位置數(shù)據(jù)庫(kù)；b.位置輸入，用于將系統(tǒng)位置輸入到所述系統(tǒng)中；c.運(yùn)行軟件的處理器，所述軟件引導(dǎo)所述處理器確認(rèn)所述數(shù)據(jù)庫(kù)中同所述系統(tǒng)位置相對(duì)應(yīng)的化學(xué)化合物。
25.權(quán)利要求24的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中所述位置輸入由全球定位系統(tǒng)提供。
26.權(quán)利要求24的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中在所述數(shù)據(jù)庫(kù)中的所述分配的地圖位置具有街區(qū)地址的格式。
27.權(quán)利要求26的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)位置具有經(jīng)度/緯度的格式。
28.權(quán)利要求24的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)鑒別所述數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有位于所述系統(tǒng)位置的預(yù)定半徑范圍內(nèi)的化合物。
29.權(quán)利要求24的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)鑒別同所述系統(tǒng)位置最接近的分配地圖位置相關(guān)的一種或者多種化合物。
30.權(quán)利要求24的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中所述化學(xué)物質(zhì)/位置數(shù)據(jù)庫(kù)包括來自Tier1和2源的信息。
31.權(quán)利要求24的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括使預(yù)定容器形狀同一組化合物相關(guān)的容器數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶界面，其中所述用戶界面顯示由用戶選擇的容器形狀。
32.權(quán)利要求24的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括使預(yù)定報(bào)單同一組化合物相關(guān)的報(bào)單數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶界面，其中所述用戶界面顯示由用戶選擇的報(bào)單信息。
33.一種用于遠(yuǎn)程鑒別化學(xué)化合物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a.無源紅外光譜儀；b.定位器；c.測(cè)距儀；d.用戶接口；e.數(shù)據(jù)庫(kù)，其包括表示化學(xué)物質(zhì)的參考光譜的數(shù)據(jù)、將可觀察屬性與某些化學(xué)化合物相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)、和將位置與某些化學(xué)化合物相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)；f.計(jì)算機(jī)處理器、其與所述光譜儀、所述定位器、所述測(cè)距儀、所述用戶接口和所述數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信；和g.軟件，用于將來自所述光譜儀、所述定位器和所述測(cè)距儀的數(shù)據(jù)同所述數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，以便于鑒別一種或者多種化學(xué)化合物的可能存在和濃度。
34.權(quán)利要求33的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括同所述計(jì)算機(jī)處理器通信的氣象站和羅盤。
35.權(quán)利要求34的系統(tǒng)，其中所述用戶接口包括觸摸屏。
全文摘要
本發(fā)明的第四實(shí)施例是產(chǎn)生經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)奈展庾V的方法。該方法包括步驟a.提供樣本光譜和背景物體的估測(cè)溫度；b.從關(guān)于已知的背景溫度的已知的溫度光譜集合中，選擇至少兩個(gè)已知的溫度光譜，其表示高于和低于估測(cè)溫度的背景溫度；c.將樣本光譜同已知的溫度光譜進(jìn)行比較，以便于確定樣本背景光譜；和d.從樣本光譜和背景光譜中計(jì)算吸收光譜。
文檔編號(hào)G01J3/28GK1656364SQ03811596
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2003年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月22日
發(fā)明者馬修·巴特勒, 格朗特·普盧默 申請(qǐng)人:第一應(yīng)答器系統(tǒng)及技術(shù)有限責(zé)任公司