CN1564940A - 基于低频频谱分量的样本检测 - Google Patents

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CN1564940A
CN1564940A CN03801223.5A CN03801223A CN1564940A CN 1564940 A CN1564940 A CN 1564940A CN 03801223 A CN03801223 A CN 03801223A CN 1564940 A CN1564940 A CN 1564940A
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约翰·T·布特斯
本奈特·M·布特斯
利萨·C·布特斯
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    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
    • H01Q7/08—Ferrite rod or like elongated core

Abstract

本发明涉及用于样本中的选定物质的方法和设备。在所述方法中，为了产生一个由样本源辐射组成的电磁时域信号，因而将所述样本(842)邻近检测器线圈(846)放置。首先对所述信号进行调节，以便将信号转换成一个经过放大和调节的信号，其中从所述经过放大和调节的信号中去除了高于一个选定频率的频率分量，然后则对所述信号进行滤波，以便有选择地通过那些(i)处于DC和50KHz之间的频率范围中并(ii)表征选定物质的低频频谱分量。经过滤波的信号与(i)处于DC和50KHz之间的频率范围中并(ii)表征选定物质的低频频谱分量的数据集进行互相关，以便在DC到50KHz以内的频率范围中产生一个频域频谱。然后则使用这个频谱来确定频域频谱是否包含了一个或多个表征选定物质并诊断样本中是否存在所述物质的低频信号分量。

Description

基于低频频谱分量的样本检测
相关申请的交叉引用
本申请要求依照下列美国临时专利申请而享有优先权，其中包括2002年4月19日提交的美国临时专利申请60/374,941，2002年4月19日提交的美国临时专利申请60/374,043以及2002年12月13日提交的美国临时专利申请60/435,361，所有这些申请在此全面引入作为参考。
参考文献
美国专利4,751,515、5,734,353、5,952,978、5,959,548、6,028,558、6,204,821、6,323,632。
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Bracewell、RonN The Fourier Transform and Its Applications(McGraw-Hill Book Company，1965)
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Oppenheim、Alan&Schafer和Ronald Digital SignalProcessing(1975，ISBN 0-13-214635-5)
Forrest Hoffman An Introduction to Fourier Theory(“ http：//aurora.phys.utk.edu/～forrest/papers/fourier/index.html#introduction”)
背景技术
目前存在多种用于表征原子或分子化合物的光谱工具。这些工具包括但不局限于X射线、UV、可见光、红外与微波光谱以及核磁共振与电子自旋共振(NMR和ESR)光谱学。通常，光谱工具可以被用于至少四种不同类型的化学分析问题：第一种问题是根据光谱特征来表征原子和分子化合物，其中举例来说，所述光谱特征可以是频谱分量；第二种问题是根据构成化合物的原子频谱特性来确定化合物的原子构成；第三种问题是根据化合物中原子间相互作用的频谱特性来确定分子化合物的2D或3D构造；第四种问题则是根据测得化合物的区别频谱特性来检测和识别样本中诸如杂质之类的分量。
大多数现有光谱工具在感光性、所得到信息、测量简易性和成本方面提供了某个或某些独特的优点。由于各种工具都提供了不能以其他方式得到的信息，因此一般来说，较为有利的是在化学分析中运用尽可能多的相关光谱工具。
发明内容
在一个方面中，本发明包括一种用于检测一个样本或是一种或多种环境中的选定物质的设备。所述设备中的数据存储设备为包括选定物质在内的一种或多种预选物质中的每一种物质保存了一个包含低频频谱分量的数据集，其中所述低频频谱分量(i)处于DC到50KHz的选定频率范围以内，以及(ii)表征的是所述物质。所述设备中的检测器部件具有一个检测器线圈，在将样本邻近所述线圈放置的时候，该线圈将会产生一个时域信号，所述时域信号具有与样本中选定物质产生的低频电磁辐射相关的信号分量。所述设备中的信号调节组件把来自检测器线圈的信号转换成一个经过放大并且去除了高于选定频率的频率分量的已调节信号。
所述设备中的电子计算机接收这个已调节信号，并且通过下列步骤来对其进行处理：
(i)从数据存储设备(a)中检索表征选定样本物质的低频分量数据集，
(ii)对这种数字化形式的已调节信号进行滤波，以便有选择地通过那些与所检索数据集中的低频频谱分量相对应的低频频谱分量；
(iii)将来自(ii)的已过滤信号与来自(i)的低频频谱分量的数据集进行互相关，以便在从DC到50kHz以内的频率范围中产生一个频域频谱，以及
(iv)确定所述频域频谱是否包括一个或多个表征选定物质以及鉴别样本中是否存在这种物质的低频信号分量。
这个处理步骤的输出可以加以保存或是显示在一个与计算机相连的接口设备上。
为了用于检测流体样本中的物质，所述检测器部件可以包括一个具有样本输入和输出端口的采样管，其中可以通过所述端口来把样本引入所述采样管。检测器线圈可以沿着基本上与管中样本流方向垂直的绕线方向缠绕在所述管上。所述采样管最好由派热克斯玻璃(pyrex)制成，但也可以由其他原料制成，其中所述原料对低频电磁信号来说是透明的，但其自身几乎不产生低频信号。检测器部件还可以包括一个环形的铁氧体磁心，其中至少在一部分磁心圆周周围安放了收集管(collector tube)，并且检测器线圈沿径向缠在所述管和磁心上。此外在这个常规实施例中，检测器部件还可以包括一个高斯噪声源和一个缠在环形磁心圆周上的噪声引入线圈，由此可以将高斯噪声从所述源引入所述管中的样本。
在另一个常规实施例中，检测器部件中的检测器线圈包括一个亥姆霍兹线圈，它具有一对不同极性的线圈元件，其中可以将样本放在这两个线圈元件之间。在一个实施例中，不同极性的线圈元件在其间定义了一个开放的样本检测区域，由此可以插入和移除自承式样本。
而在另一个实施例中，所述检测器线圈是一个特斯拉线圈。
为了在检测气态流样本中的气态或颗粒物质时使用，所述检测器部件包括一个在样本经过过滤时有效捕获样本物质的过滤器。检测器线圈则是相对过滤器放置的，其绕线方向基本上与所述过滤器是平行的。
在执行处理步骤(iv)的过程中，计算机可被用于识别频谱中的低频信号分量频率，其中所述频谱的互谱(cross-spectral)相关性具有高于背景频谱噪声的选定统计度量。
在执行步骤(iv)的过程中，计算机可用于(iva)接收一个关于给定样本的附加频域频谱，(ivb)将这个附加频谱添加到最初产生的频谱中并求出所添加频谱的平均值，以及(ivc)重复步骤(iva)和(ivb)，直到求和以及求平均值所得到频谱具有高于背景噪声的选定统计度量。
在另一个方面中，本发明包括一种用于检测样本中的选定物质的方法。在实施这种方法的过程中，样本是邻近检测器线圈放置的，由此产生了一个由样本源辐射构成的电磁时域信号。所述信号转换成一个经过放大和调节的信号，其中从所述经过调节的信号中删除了高于选定频率的频率分量，然后则对其进行过滤，以便有选择地通过那些(i)处于DC与50kHz之间的频率范围中并且(ii)表征选定物质的低频频谱分量。
经过滤波的信号与(i)处于DC与50kHz之间频率范围中并且(ii)表征选定物质的低频频谱分量进行互相关，以便在从DC到50kHz以内的频率范围中产生一个频域频谱。通过确定所述频域频谱是否包含一个或多个表征选定物质以及诊断样本中是否存在这种物质的低频信号分量。
为了检测流体样本中的物质，可以将所述样本流经一个具有样本输入和输出端口的采样管。在这里，检测器线圈可以沿着一个基本上与所述管中的样本流方向相垂直的绕线方向缠绕在所述管上。采样管可以邻近环形的铁氧体磁心放置，检测器线圈是沿着径向绕线方向缠绕在所述管和磁心上的。在这个实施例中，所述方法还包括在生成时域信号的过程中把高斯噪声引入所述样本。
作为选择，检测器线圈可以是一个赫姆霍兹线圈，它具有一对不同极性的线圈元件。在这个实施例中，所述样本可以置于这两个线圈元件之间。
为了检测气态流样本中的气态或颗粒物质，可以使样本经过一个在样本经过时有效捕获样本物质的过滤器。检测器线圈则是邻近过滤器放置的，其中绕线方向最好基本上平行于过滤器平面。
判定频域频谱是否包含一个或多个表征选定物质的低频信号分量的步骤可以包括识别频谱中低频信号分量的频率，其中所述频谱的互谱相关性具有高于背景频谱噪声的选定统计度量。
确定频域频谱是否包含一个或多个表征选定物质的低频信号分量的步骤可以包括(a)接收一个关于给定样本的附加频域频谱，(b)将这个附加的频谱添加到最初产生的频谱中，并且求出经过添加得到的频谱的平均值，以及(c)重复步骤(a)和(b)，直到通过求和与平均得到的频谱中的分量具有高于背景噪声的选定统计度量。
附图说明
在结合附图研究本发明实施例的详细描述时，本发明的这些和其他方面及特征将会变得更加明显，其中
图1显示了依照本发明一个实施例构造的设备组件；
图2显示了依照本发明另一个实施例构造的设备组件；
图3是一个用于流数据的信号处理的框图；
图4显示了依照本发明一个实施例构造的环形的检测器部件的元件；
图5显示了依照本发明另一个实施例构造并用于空气传播的物质的收集器部件；
图6A显示的是依照本发明的方法而从氯化钠溶液中记录的时域信号；
图6B显示的是来自图6A并且经过信号放大和消除了高频分量之后的时域信号；
图6C显示的是来自图6B并且经过陷波滤波来通过氯化钠溶液的选定低频频谱分量的时域信号；以及
图6D显示的是通过将来自6C的已滤波信号与关联于氯化钠的低频频谱分量的数据集互相关而产生的氯化钠频域频谱；其中显示了表征氯化钠的一个低频频谱分量；
图7是检测系统中包含的处理单元的图示；
图8是图7的替换处理单元的图示；
图9是由本系统执行的信号检测和处理的流程图。
具体实施方式
I. 定义
除非另有指示，否则下列术语具有如下定义。
“显示分子转动的样本”涉及的是这样一种样本物质，它可以处于气态、液态或固态(不同于固态金属)形式中，其中构成或存在于所述样本中的一个或多个分子化合物或原子离子将会显示正在旋转。
“时域信号”或“时间序列信号”指的是一种瞬态信号特性会随时间变化的信号。
“样本源辐射”指的是磁场中的分子偶极子旋转所产生的磁通量辐射。
“高斯噪声”是指具有高斯能量分布的随机噪声。
“静态高斯白噪声”是指没有可预测分量的随机高斯噪声。
“频域频谱”指的是时域信号的傅里叶频率曲线。
“频谱分量”指的是可以在频率、振幅和/或相位域中测得的时域信号内部的单个或重复特性。频谱分量通常是指频域中出现的信号。
“类似样本”是相对第一个样本而言的，它是指同一样本或是与第一样本具有实质相同的样本分量的样本。
II. 设备
本发明的设备工作在直流(DC)与50千赫(KHz)之间的电磁频谱的极低端。这种技术是无源的，这意味着它不需要使用有害辐射或电离辐射(尽管某些实施例将白噪声引入系统/样本)来“描绘”目标。在至少一个实施例中，这个分子感测发明检测的是很容易出现的热电磁辐射，并且提供了一种用于远程感测极低分子浓度的快速简单的方法。这些应用可以包括但不局限于：武器、爆炸物和生物危害的遥测，谷物和作物的基因修改的检测，诸如大肠杆菌和艾滋病病毒这类有机体的实时检测，以及在易挥发、侵蚀性或热环境中的工业生产液流的实时化学分析。
这种遥测系统对分子的电磁辐射进行检测，并且执行时间序列的傅立叶频谱分析，此外还将结果与存档数据进行比较，从而以接近实时的方式来识别那些未必能以其他方式检测的分子物质。所述设备具有同时检测多种物质的能力，并且可以从小型手持设备缩放到大型工业应用。
图1描述了依照本发明一个实施例构造的用于检测选定物质的设备20，其中举例来说，所述选定物质可以是样本中包含的化合物、离子种类、颗粒物质。该设备包括一个具有检测器线圈24的检测器部件22，以便产生一个与样本中的物质产生的低频电磁放射有关的时域信号。尽管图1并未显示，但是所述样本置于一个邻近所述线圈的样本区域26中。如在下文中将要了解的那样，所述样本区域可以包括一个开放的区域，该区域介于样本线圈、诸如薄膜(membrane)这样的样本采集器或是样本物质流经的采样管之间。此外还将包含了特定样本架的样本区域视为检测器部件的一部分。图6A显示了使用本发明的设备记录的0.25摩的氯化钠样本的一个典型的时域信号。
在27显示的是信号调节组件，用于将来自检测器线圈的信号转换成一个经过放大的调节信号，其中从所述调节信号中去除了高于选定频率的频率分量。在图3中描述的这些组件还在25显示了检测器部件产生的目标模拟信号。图中的组件27包括一个将信号放大到可用电平且增益介于例如1到1000之间的低噪声放大器28(较为适合的是AD 620LNA 7及其等价物)。所述放大器的增益可以由用户寻址，以此作为一种用于调整传感设备灵敏度的方法。此外，组件27中还包含一个模拟低通滤波器，其功能是通过传递低于50kHz的频率来对用于模-数转换的信号进行调节，其中举例来说，所述滤波器可以是常规的巴特沃思(Butterworth)模拟滤波器。这个滤波器根据下游处理的需要来调整和限制接收信号带宽。它可以由用户和解释器依照存档中保持的数据特性来进行寻址。如果存档信号的主频谱分量出现在一个窄带内部，则解释器可以指示滤波器将带宽变窄，由此提高傅立叶处理器的效率。数字滤波器还可以提供一个陷波滤波器，以便消除噪声环境中的非预期信号。图6B显示了在为了去除高于50kHz的频率分量而经过放大和带通滤波之后的用于0.25摩氯化钠样本的图6A的信号。
低通滤波器的输出提供到一个模-数转换器34，以便将经过放大和滤波的模拟信号转换成数字形式。举例来说，典型的模-数转换器可以是Analog Devices(Los Angeles，CA)提供的16位模-数转换器，但是其他如24位之类的分辨率也是可行的。
模-数转换器的输出以可操作的方式与所述设备中的电子计算机36相连，以便执行一系列信号处理步骤，如将要描述的那样，所述步骤会使表征样本物质的频谱分量标识得到识别。所述计算机包括一个被设计成用于所要描述的高速信号处理操作的数字信号处理模块35。此外计算机中还包括一个用于保存包括选定物质在内的一种或多种预选物质中的每一种物质数据存储设备37，例如常规的薄膜存储设备37，以及一个数据集，其中包含了(i)处于DC到50khz之间的选定频率范围之中并且(ii)表征所述物质的低频频谱分量。这个数据集是在高磁性和电磁屏蔽条件下通过记录和处理来自选定物质的低频信号而产生的，其中使用了2003年3月28日提交的PCT申请＿＿中描述的低频记录设备，该申请的名称是“System and Method forCharacterizing a Sample by Low-Frequency Spectra”，所述申请在此引入作为参考。在以下的“生成信号”一节中则提供了更进一步的细节。
简单地说，低频记录设备产生一个数据集，所述数据集包含了通常处于100Hz到6.6KHz这个范围的多个低频频谱分量，但也包含了表征样本物质并从DC直到50KHz的更宽范围，其中举例来说，所述样本物质可以是水、电离盐、溶解物质、不希望有的杂质、生物样本物质或其他物质。通常，样本物质越复杂，数据集包含的样本物质也就越复杂(特有频谱分量的数目越大)。从下文中将会了解，通过本发明的方法来检测选定样本物质，这种能力依赖于这样一个事实，那就是所关注的不同选定物质是由不同频谱“特征”来表征的，其中所述不同频谱特征即为不同的特有低频分量集合，由此使得物质的至少一个并且通常若干个的特有频谱分量相对所述物质是唯一的。
对设置在所述设备中的存储设备上的数据集来说，其特性取决于人们想用设备检测的选定物质。通常，对一个移动场单元(mobile fieldunit)来说，所述数据集包含了为个人希望在所提交的设置中检测的全部物质所设定的数据集，其中包括例如水样中存在的各种杂质或是希望检测的各种空气传播样本，例如大气微粒、空气传播的生物微粒或是空气中存在的化学成分。
如上所述，计算机旨在执行如图3所示的各种信号处理操作。在这里将会执行第一操作信号处理，以便有选择地通过那些与所关注样本物质的低频频谱成分相对应的频率分量。因此，这个阶段执行了多个陷波滤波器的功能，其中每一个槽口都传送所关注物质的数据集中的一个谱带。在执行这个操作的过程中，计算机首先从数据存储设备中检索一个表征选定样本物质的低频频谱成分的数据集，并且记录与所述物质相关联的低频频谱成分。该数据被用在一个常规的数字陷波带通滤波器38中，以便(i)删除(陷波滤波器)60Hz的频率分量，并且通过那些与所检索数据集中的频谱频率相对应的频率(带通滤波器)。通常，数字滤波器通过的是介于DC与50kHz之间的选定频率。所述带通滤波器可以包括一个能够提供多个通带的可寻址数字滤波器阵列，同时还提供了一个处于电源线频率和其他已知噪声频率上的陷波滤波器。所述数字滤波器可以由处理器寻址并且被配置成可以由用户进行寻址。
在信号的模-数转换中有可能存在某种压缩。此外在ADC与傅立叶处理器之间还存在一个数据缓冲器39，用于临时保存那些来自输入端的流数据。分析结果(并非信号)则以某种图形显示形式给出并且将会保存在机载数据档案中，以供稍后检索。
在接下来的处理步骤，在40，经过带通滤波的时域信号与所检索数据集的频谱分量进行互相关，以便在从DC到50KHz以内的频率范围中产生一个频域频谱，其中所述频谱包含了作为频谱分量并存在于已滤波信号和数据集中的频谱频率。也就是说，依据是否存在特有频谱分量，所述频谱将会证明是否存在所关注的样本物质。互相关模块使用基2、基4或分裂基算法来对接收数据执行一个时间序列的快速傅里叶变换。最终得到的数据表示的是包含了以每个周期中以秒为单位测得的频谱振幅(等价于时间、频率和振幅的时间序列)的原始信号。在图6C中显示了关于0.25摩氯化钠的频谱，其中所述频谱是通过互相关图6B中的信号以及所述样本的频谱分量的数据集而产生的。
所述互相关功能可以由一个单片机芯片执行，其中对所述单片机芯片进行编程，以便执行一个关于未知信号的傅立叶相关分析，其中所述未知信号与来源于已知信号的傅立叶数据进行比较。分析结果是作为未知信号与已知信号之间的百分比频谱拟合(fit)来提交的，所述“拟合”百分比与统计显著性相互关联，然后将这个数据发送到一个解释器，以便通过一种算法来对其进行过滤，从而确定肯定(positive)检测或匹配的可能性。
所述处理器可以是一个奉命对照归档数据来执行互谱相关的数字信号处理器(“DSP”)或微处理器。根据结构，所述处理器既可以独立运作，也可以结合其他处理器来运作。这个处理器还可以向有源数字滤波器提供指令来建立傅立叶滤波器，以此作为为互谱相关进行的信号准备。该处理器可以是更大的处理系统的一部分，其中所述系统包括数据存储器和对接到一个或多个输出设备的恰当用户接口(例如可视显示器、音频扬声器，无线收发信机等等)。所述用户接口可以供用户控制放大器和滤波器模块、ADC以及相关器所用。
通常，上文产生的频谱需要进行附加滤波和/或求和及取平均值的运算，以便提高频谱分量，和/或估算频谱分量是否超出所定义的允许对选定样本物质标识进行可靠测量的统计阈值。在一种示范性方法中，互相关样本信号频谱与互相关噪声(没有样本)信号进行比较。比较器算法在例如0.1Hz的间隔中逐渐向前穿越互相关样本频谱和互相关噪声频谱，从而观察各个频率点的相关值，此外还从所述点的样本相关中减去噪声相关，从而产生一个经过校正的相关值频率曲线(当然在这里也可以根据应用而使用更大或更小的频率间隔)。这些值涉及某个特定样本并且举例来说，所述值依赖于任何噪声分量的相对幅度。
作为选择，从单次读取中产生的频谱可以依次与相同样本中产生的频谱一起进行求和以及求平均值。也就是说，如上所述从相同样本中产生的第二频谱被添加到第一频谱中，并且将对这两个频谱进行求和以及求平均值。所述处理将会重复，直至发觉频谱分量高于某个统计阈值为止。然后则对这些分量进行“读取”或比较，以便确定它们是否匹配于选定物质的特性频率。上述操作是如图3中的42所示来执行的。在图6D中显示了用于一个氯化钠样本的总和及平均频谱。
解释器可以是另一个能够保存和使用一种简单算法来从事件(或是由上述处理器芯片或系统组件执行的例程)中确定结果的单片机芯片。所述事件是一个反映了未知与已知信号之间拟合的统计显著性的数字(作为百分数)。所述算法是对照预置阈值来测量拟合程度的，由此根据特定分子频谱数据的已知特征来确定一个匹配似然性。作为实例，其中一个分子可以在某些频率以内具有特别高的频谱能量并且随时间变化来循环。另一个分子可以在相同频率和时间上具有更均匀的频谱能量。其中每一个分子都可以导致一个不同但却具有等量加权的统计显著性。解释器则在数据档案中具有多个已知分子数据集时对此加以补偿。在最简单的实施例中，所述解释器是一个阈值，其中百分比拟合信号与所述阈值进行比较。所述阈值可以根据不同因素而被调整(举例来说，如果环境噪声电平很高，则降低阈值)。
数据和/或判定结果是在计算机显示器44上显示给用户的。作为选择或补充，所述结果保存在一个通常与计算机相关联的存储设备46中。此外如图1所示，所述计算机具有一个键盘48，由此用户可以指定信号处理参数、样本标识等等。
典型的输出是对所关注的选定样本加以识别，并且显示一个具有并排的列的表格，其中列举了(i)与选定样本相关联的频谱分量，以及(ii)与来自数据集的频谱分量相匹配的统计意义上的样本分量。用户由此可以确定选定物质是否处于样本中。所述输出还可以显示一个平均频谱，以便向用户提供某些针对结果可靠性的统计度量，其中频谱分量就是从所述平均频谱中导出的。
在图2中描述了依照本发明第二实施例构造的设备50。在这里，所述设备与设备20的不同之处仅仅是在检测器部件这个方面描述的，因此所述设备中其他组件的参考数字与设备20指示的参考数字相同。在52所表示的设备中的检测器部件包括一个作为检测器线圈的亥姆霍兹线圈54，它包括一对不同极性的线圈元件56、58。这两个线圈元件在其间定义了一个样本区域60，其中举例来说，可以移动62所示的样本并经由所述样本区域。举例来说，这个实施例可被用于检测那些经过掩蔽或是受到阻止的样本，例如便携物体。如所示，线圈元件分别与噪声引入线圈中的信号放大器相连。在操作中，针对这两个独立的信号所进行的处理与上文所述的处理是相同的。
在这里有很多替换组件都是可以接受的。举例来说，虽然检测器线圈是一个用于在DC与50kHz之间操作并能检测特定面积中存在的低频电磁放射的调谐线圈，但是还可以实施多种线圈，其中包括但不局限于特斯拉线圈、环形线圈、亥姆霍兹线圈、磁心调谐线圈以及测定波长和随机的线环。
在接下来的这两节中描述了备选的检测器部件，其中第一个部件具有采样管和用于检测流体样本中的物质的环形检测器，第二个部件则具有一个过滤器样本采集器，用于检测空气传播的样本物质。
A. 环形的检测器
许多商业和工业应用都需要在嘈杂的电磁环境中评估工业生产液流中的物质。处于环形变压器内部的感测分子物质提供了一个高电平的电磁隔离。针对这个系统的应用包括但不局限于对易失、侵蚀性或热环境中的工业生产液流进行实时化学分析，针对商业或公共环境中的污染而对空气进行测试，以及对供水或其他那些可以在市场买到的消费品进行测试。
本系统提供了在用流体或气体来替换主放射元素时移动流体和气体而使之经过一个环形变压器的能力。气体或流体是在环形磁心与感应线圈之间的螺旋管圆周上抽取的。高斯白噪声则经由一个噪音部件引入螺旋管内部，其中所述噪声部件以1∶1的比率(但也可以使用其他比率)与采样管缠在一起，所述采样管则移动气体或液体而使之通过螺旋管。
在分子物质穿过螺旋管时，高斯白噪声将被引入，其电平比分子信号电平高出30到35dB。所述分子信号与白噪声相加，以便形成一个随机产物，所述产物保持识别分子信号特征。然后如上所述对信号进行放大和处理，以便识别样本中具有唯一低频频谱特征的物质。
所述设备使用了螺旋管的折叠磁场并且在主次元件(采样管和检测器线圈)之间提供了电感。在螺旋管空腔内部的封闭磁场(B)则是通过以下简单等式来精确量化的：B＝A/r，其中A是一个比例常数(环形线圈因数)，r是从空腔长轴开始的径向距离。
在图4中，在64显示了依照本发明这个实施例构造的环形的检测器部件的平面图。在由铁氧体这类铁磁物质构成的环形磁心72的外圆周长上放有玻璃和塑料，其中最好是放置派热克斯玻璃(Pyrex)管66。所述管在其相对的两端分别与输入和输出端口68、70相通，由此允许在一个检测操作中通过所述管来抽取液体或气体样本。螺旋管与管道的尺寸取决于单独的应用，并且只对制成品设计规范而言是重要的。此外，所述管环(tube ring)可以位于线圈内部的其他位置，例如磁心72的中心内部。
如所示，其中将噪声引入线圈76排列在所述管的外部圆周上。虽然这里显示线圈76是一个圆环，但是它也可以采取像绕组74那样部署的线圈的形式。线圈76的用途是允许将高斯噪声源噪声78提供的高斯噪声添加到样本中。
次级线圈74形成了设备中的检测器线圈，该线圈沿径向缠在螺旋管磁心、所述管66以及噪声线圈76上。环绕螺旋管的导线类型和匝数取决于次级线圈的谐振频率。尽管并不重要，但是所述结构应该能够实现一个尽可能高的变压器品质因数。检测器线圈则与一个信号放大器相连，以便进行如上所述的信号调节。
在操作中，流体或气体是以一种提供了所支持的低速流的方式经由变压器抽取的。经过所述管道的样本物质发出振幅极低的电磁波，所述电磁波由线圈进行检测。白噪声则经由一个噪声线圈引入样本区域，以便与来自目标物质的固有电磁放射相混合。然后则向噪声施加所述增益，直到噪声高出目标信号30到35dB为止。这时，噪声将会呈现出基础信号特征，由此在通常所说的随机共振这种自然条件下有效放大分子信号。所述随机产物在次级线圈产生一个感生电压，其中所述电压由一个前置放大器电路拾取和放大。
系统有效地将四周的电磁环境噪声用作一个随机源，并将傅里叶分析用于识别那些与具体分子(波形)特征相似的随机(波形)特征。由此设立了针对检测器功能范围的理论极限。
值得注意的是，螺旋管的大小取决于应用。例如，可以使用一个很大的螺旋管来制造一个大型检测器，由此对大量物质进行采样。
B. 空气检测器
在图5中描述的是具有空气样本检测器部件的设备80，用于检测和识别那些以气态形式存在的未知物质，例如空气传播微粒。所述装置包括一个空气输送管，诸如1微米的颗粒过滤器，一个检测器线圈84，一个射频防护罩86，以及用于经由所述管和过滤器来抽取空气的泵88。其中将所述检测器线圈定向为其绕组与过滤器平面平行并且紧靠过滤器背面放置。
空气管可以由任何恰当材料制成，但是最好采用塑料和纤维复合原料。空气管的用途是允许空中悬浮粒子穿过设备。在空气穿过过滤器时使用了一个可拆卸的1微米静电过滤器来俘获空气传播的颗粒。作为选择，在设备意欲测量NO、SO2、氟氯烃、烷基气体等分子气体形式的物质时，所述过滤器可以提供一个起化学反应的表面，其中所述物质可以吸附或吸引到这个表面上，但是所述物质也可以与所述表面发生化学反应。
在有必要通过分解溶剂中的那些受到关注的选定物质来检测其低频旋转模式的时候，作为选择，所述设备中的检测器部件可以包括独立的收集器和检测站。因此举例来说，所述设备可以包括一个用于对过滤器上的物质进行收集的系统，以及一个单独的检测系统，其中包括一个内置了所述过滤器的溶剂容器，由此允许将那些在过滤器上捕获的物质释放到水或有机溶剂之类的溶剂中。然后可以使用外部缠有检测器线圈的派热克斯玻璃容器中的溶液来检测所述悬浮物溶剂。
在另一个实施例中，空气是通过一个装有水或有机溶剂这类溶解了分子气体物质的溶剂的容器来提取的。也就是说，空气样本是在一个有效俘获所关注选定物质的速率上以气泡方式通过容器的。在这个实施例中，检测器线圈可以缠在一个容器外部，例如派热克斯玻璃圆柱容器外部。其中空气是以气泡形式通过所述容器的。带有所捕获气体物质的液体样本可以转移到单独的检测器中，例如上文所述的环形检测器。
III. 产生信号
现在将对如何用基准或数据集信号之类的信号来与采样信号加以比较进行说明。
参考图7，采用了本发明某些方面的处理单元包括一个样本托盘840，它允许将样本842插入法拉第圆筒844和亥姆霍兹线圈846，也允许从中去除所述样本。在低温真空瓶(cryogenic dewar)850内部存在一个SQUID/倾斜计。锁定磁通量的环路852则耦合在SQUID/倾斜计848与SQUID控制器854之间。SQUID控制器854可以是由San Diego的Tristan提供的型号iMC-303iMAG多通道控制器。
模拟噪声发生器856将一个噪声信号(如上所述)提供给锁相环858。锁相环的x轴输出提供到亥姆霍兹线圈846并且所述输出可以衰减例如20dB。锁相环的y轴输出由一个信号分路器860进行拆分。一部分y轴输出被输入到处于SQUID的噪声消除线圈，其中所述SQUID具有一个用于倾斜计的单独输入端。Y轴信号的其他部分则输入到示波器862，例如Tektronix TDS 3000b这种具有傅立叶函数的模拟/数字示波器。也就是说，锁相环的x轴输出驱动亥姆霍兹线圈，而它的Y轴输出则处于反相形式中并且通过拆分而被输入到SQUID和示波器。这样一来，锁相环充当的是一个信号变换器。并且举例来说，示波器迹线是被用于监视模拟噪声信号，以便确定何时得到一个足以产生非平稳频谱分量的噪声电平。模拟磁带录音机或记录设备864与控制器854相耦合，它记录的是从所述设备输出的信号，并且所述记录设备最好是一个宽带(例如50kHz)记录器。PC控制器866可以是一台基于微软公司视窗系统的PC，它是经由例如RS232端口对接到所述控制器854的。
图8中显示了处理单元的另一个实施例的框图。双相位锁定放大器202被配置成将一个第一信号(例如“x”或噪声信号)提供给线圈726、728，并且向超导量子干涉仪(SQUID)206的噪声消除线圈提供一个第二信号(例如“y”或噪声消除信号)。放大器202则被配置成在没有外部干扰的情况下进行锁定，并且可以是一个Perkins Elmer的型号为7265DSP的锁定放大器。这个放大器工作在一种“虚拟方式”中，在这种模式中，所述放大器锁定到一个初始基准频率，然后则去除基准频率，从而使之能够自由运行并且锁定到“噪声”。
模拟噪声发生器200电耦合到放大器202。所述发生器200被配置成经由放大器202而在线圈726、728那里产生或诱发一个模拟高斯白噪声。举例来说，所述发生器200可以是由General Radio制造的模型1380。
阻抗变换器204则电耦合在SQUID 206与放大器202之间。在这里将阻抗变换器204配置成在SQUID 206与放大器202之间提供阻抗匹配。
SQUID206的噪声消除特性可以开启或关闭。在开启噪声消除特性时，SQUID 206能够从所检测的放射中消除或抵消所引入的噪声分量。为了提供噪声消除，提供给线圈726、728的第一信号是一个比尝试检测的分子电磁放射高出20dB的噪声信号。在这个电平上，所引入的噪声通过随机共振具有了分子电磁信号的特性。提供给SQUID206的第二信号是一个大小为45dB的噪声消除信号，它是从幅度足以抵消SQUID输出端噪声的第一信号转化而来的(例如与第一信号的相位相差180度)。
SQUID 206是一个低温直流部件SQUID。举例来说，SQUID 206可以是一个由Tristan Technologies，Inc制造的模型LSQ/20 LTS dCSQUID。作为选择，在这里也可以使用高温或交流SQUID。经过组合的线圈722、724(例如倾斜计线圈)及SQUID206(合起来称为SQUID/倾斜计检测部件)具有大约为5微特/伏*赫兹的磁场测量灵敏度。线圈722、724中的感生电压由SQUID 206检测和放大。SQUID 206的输出是一个大约处于0.2～0.8微伏的范围以内的电压。
SQUID 206的输出端即为SQUID控制器208的输入端。在这里将SQUID控制器208配置成控制SQUID 206的操作状态并且进一步调节这个经过检测的信号。举例来说，SQUID控制器208可以是一个由Tristan Technologies，Inc制造的iMC-303iMAG多路SQUID控制器。而锁定磁通量的环路则以运作方式处于SQUID和SQUID控制器之间。
SQUID控制器208的输出被输入到放大器210。所述放大器210被配置为提供一个处于0～100dB这个范围的增益。当在SQUID 206那里打开噪声消除节点时，则会提供一个大约20dB的增益。当SQUID206并未提供噪声消除时，则提供一个大约为50dB的增益。
经过放大的信号输入到一个记录器或存储设备212中。所述记录器212被配置为将模拟放大信号转换成一个数字信号并且保存所述数字信号。在一个实施例中，记录器212在每一赫兹都保存了8600个数据点并且能以2.46兆比特/秒的速率来进行处理。举例来说，记录器212可以是Sony公司的数字音频磁带(DAT)记录器。通过使用DAT记录器，可以将原始信号或数据集发送到第三方来进行显示或是根据需要来进行特定处理。低通滤波器214则对来自记录器212的数字化数据集进行滤波。所述低通滤波器214是一个模拟滤波器并且可以是一个巴特沃斯滤波器。其截止频率大约是50kHz。
接下来，带通滤波器216对经过滤波的数据集进行滤波。所述带通滤波器216被配置成一个带宽介于DC到50kHz之间的数字滤波器。此外还可以调整带通滤波器216，以便将其用于不同带宽。
带通滤波器216的输出即为傅里叶变换处理器218的输入。所述傅里叶变换处理器218被配置成将时域中的数据集转换成频域数据集。它执行的是一个快速傅里叶变换(FFT)类型的转换。
经过傅里叶变换的数据集是相关和比较处理器220的一个输入。记录器212的输出也是处理器220的一个输入。所述处理器220被配置成对数据集以及先前记录的数据集进行相关并确定阈值，此外还执行噪声消除(在SQUID 206没有提供噪声消除的时候)。处理器220的输出是一个表示样本分子低频电磁发射频谱的最终数据集。
举例来说，诸如图形用户界面(GUI)这样的用户接口(UI)222可以连接到至少一个滤波器216和处理器220，以便指定信号处理参数。滤波器216、处理器218以及处理器220可以作为硬件、软件或固件来实施。举例来说，滤波器216与处理器218可以在一个或多个半导体芯片上实现。而处理器220可以是在计算设备中执行的软件。
放大器则工作在一种“虚拟模式”中，在这种模式中，所述放大器锁定到一个初始基准频率上，然后则去除基准频率，从而使得所述放大器能够自由运行并锁定到噪声。对亥姆霍兹线圈和噪声消除线圈来说，所述模拟噪声发生器(它是由General Radio制造的并且是一个真正的模拟噪声发生器)分别需要20dB和45dB的衰减。
亥姆霍兹线圈可以具有一个大小约为一立方英寸并且均衡百分比为1/100的最适点(sweet spot)。在一个替换实施例中，亥姆霍兹线圈能以垂直和旋转方式移动(在垂直通路周围)，此外该线圈还可以从一条平行线开始移动，以便能以饼图形状扩展开来。在一个实施例中，SQUID、倾斜计和驱动变压器(控制器)的值分别是1.8、1.5和0.3微亨。并且所述亥姆霍兹线圈可以在最适点具有0.5高斯/安培的灵敏度。
随机响应有可能需要大约10到15微伏的电压。通过引入噪声，系统提升了SQUID设备的灵敏度。在没有噪声的情况下，所述SQUID设备具有大约5毫微微特斯拉的灵敏度。这个系统能够通过引入噪声并使用随机谐振响应来将灵敏度提升25到35dB，而这几乎相当于1,500％的增长。
在从系统接收和记录了信号之后，举例来说，诸如大型计算机、巨型机或高性能计算机这样的计算机将会执行预处理和后处理，其中通过使用Richmond CA的Systat Software提供的Autosignal软件产品来进行预处理，同时通过使用Flexpro软件产品来进行后处理。所述Flexpro是由Dewetron公司提供的数据(统计)分析软件。
在图9中显示了系统执行的信号检测和处理的流程图。当一个样本受到关注时，至少有四个信号检测或数据运算是可以执行的：在时间t1进行的没有样本的第一数据运算，在时间t2执行的带有样本的第二数据运算，在时间t3执行的带有样本的第三数据运算，以及在时间t4执行的没有样本的第四数据运算。通过从一个以上的数据运算中执行并收集所述数据集，可以增加最终(例如所收集的)数据集的精度。而在这四个数据运算中，系统的参数和条件(例如温度、放大倍数、线圈位置、噪声信号等等)将会保持恒定。
在方框300中将恰当的样本(如果它是第一或第四数据运算，则没有样本)置于系统中。在没有引入噪声的情况下，给定样本以等于或小于大约0.001毫特斯拉的振幅而在DC～50kHz的范围中发出电磁放射。为了捕获这种低放射，在方框301中引入了一个高斯白噪声。
在方框302，线圈722、724检测的是表示样本放射和所引入噪声的感生电压。所述感生电压包括一个电压值(振幅和相位)的连续流，以此作为数据运算过程中的时间函数。数据运算的长度可以是2～20分钟，因此，这个与数据运算相对应的数据集包含了作为时间函数的2～20分钟的电压值。
在方框304，当检测感生电压的时候，引入的噪声将被消除。而在关闭SQUID 206的噪声消除特征时则忽略所述方框。
在方框306，根据方框304中是否发生噪声消除，所述数据集的电压值将会放大20～50dB。在方框308，经过放大的数据集经由模数(A/D)转换并且存入到记录器212中。其中一个数字化的数据集可以包括数百万行数据。
在保存了所获取的数据集之后，在方框310那里将会执行一个检查，以便了解是否发生了至少四个关于样本的数据运算(例如已经获取了至少四个数据集)。如果已经得到了关于给定样本的四个数据集，则在方框312中执行低通滤波，否则将会开始下一个数据运算(返回方框300)。
在对数字化的数据集执行了低通滤波(方框312)和带通滤波(方框314)之后，所述数据集将会在一个傅里叶变换方框316中转换到频域。
接下来在方框318，相似的数据集在各个数据点彼此相关。例如，与第一数据运算相对应的第一数据集(例如基准或环境噪声的数据运算)以及与第四数据运算相对应的第四数据集(例如另一个噪声数据运算)将会彼此相关。如果给定频率上的第一数据集幅值与给定频率上的第四数据集幅值相同，则关于给定频率的相关值或数字是1.0。作为选择，可以将相关值的范围设定在0～100之间。对第二和第三数据运算来说，这种相关或比较也会发生(例如样本数据运算)。由于保存了所获取的数据集，因此可以在结束剩余数据运算的稍后时间对其进行访问。
在SQUID 206没有提供噪声消除的时候，则将预定阈值电平用于各个相关数据集，以便消除那些在统计上并不相干的相关值。根据数据运算长度(数据运算越长，所获取的数据精度就越高)以及样本实际发射频谱与其他类型样本的可能相似性，在这里可以使用各种阈值。除了阈值电平之外，所述相关将被平均。使用阈值和平均相关则导致引入的噪声分量在最终得到的相关数据集中变得很小。
如果在SQUID 206提供了噪声消除，则不必使用阈值和平均相关。
一旦将这两个样本数据提炼为相关样本数据集并将这两个噪声数据集提炼为相关噪声数据集，则从相关样本数据中减去相关噪声数据集。由此产生的数据集即为最终数据集(例如一个表示样本发射频谱的数据集)(方框320)。
由于在每一赫兹都存在8600个数据点并且最终数据集可以具有用于DC～50kHz这个频率范围的数据点，因此最终数据集可以包括数亿行数据。其中每一行数据都可以包括频率、振幅、相位和相关值。
IV. 方法和应用
本节描述的是本发明的用于在液体或气态样本中查询和检测一个或多个选定物质的方法。在实施所述方法的过程中，包含所关注的选定物质的样本是邻近于检测器线圈放置的，例如处于如上所示的检测部件之一。由于至少一部分物质会变成旋转模式，因此检测器线圈将物质中的低频电磁放射转换成一个由样本源辐射构成的电磁时域信号。
所述信号通过调节而被转换成一个经过放大和调节的信号，其中在所述经过放大和调节的信号中去除了高于选定频率的频率分量。经过滤波和调节的时域信号有选择地通过低频频谱分量，其中所述分量(i)处于DC和50khz之间的频率范围中，以及(ii)表征选定物质。其中通过检索一个表征所述物质的频谱分量数据集，以及通过对经过调节的信号进行滤波来有选择地以例如0.5～1Hz的带宽来通过那些表征物质的一个或多个频率分量，由此实现了上述处理。
现在，经过滤波的信号与(i)处于DC和50kHz之间频率范围中并(ii)表征选定物质的低频频谱分量进行互相关，以便在从DC到50kHz以内的频率范围中产生一个频域频谱。从这个频谱中可以确定所述频域频谱是否包含一个或多个低频信号分量，其中所述低频信号分量表征选定物质并断定所述取样中是否存在该物质。
上文给出了本发明中用于检测空气、水、食物、化妆品和工业样本的应用，这些应用是就不良或非法物质而对行李或航空公司乘客进行鉴别的应用。
从上文中可以了解到如何满足本发明的各种目标和特征。所述方法和设备不需要激活样本并且没有使用X射线或其它潜在有害的辐射。本发明适用于范围很大的物质，其中唯一需要就是所述物质处于允许分子旋转运动的任何环境之中。此外，测试样本可以是液体或空气，也可以是出于屏蔽目的的个人或个人私有财产。
除非上下文明确需要，否则在说明书和权利要求中，单词“包括”、“包含”等等都是以一种包含的意义来解释的，这与异或或穷举的意义相反，也就是说，其意思是“包括但不局限于”。而那些使用单个或多个数字的单词还分别包含了多个或单个数字。另外，当在本申请中使用单词“在这里”、“高于”、“低于”以及相似含义的单词时，这些单词涉及的是这个应用的总体，而不是该应用的任何特定部分。当权利要求就两个或两个以上项目的列表而使用了单词“或”时，这个单词覆盖了关于所述单词的以下解释：列表中的任何条目、列表中的所有条目以及列表中条目的任何组合。
上文中关于本发明实施例的详细描述并不是意欲进行穷举或是将发明限制在这里公开的精确形式中。虽然在上文中出于说明目的而对用于本发明的具体实施例和实例进行了描述，但如相关领域技术人员所了解的那样，在本发明的范围以内，不同的等价修改也是可行的。例如，虽然处理或步骤是按照给定顺序给出的，但是替换实施例也可以执行那些具有不同顺序的步骤的例程。虽然这些步骤是按照特定顺序显示的，但在某些实施例中，可以重新调整这些步骤，其中可以删除、移动、添加、细分、组合和/或修改某些步骤。这些步骤中的每一个步骤都可以用各种不同方式实现。此外，虽然在这里显示的是串行执行这些步骤，但作为选择，也可以并行执行这些步骤或者在不同时间执行这些步骤。
在这里提供的关于本发明的教导可以应用于其他系统，而不必是这里描述的系统。根据详细描述，可以对本发明进行这些和其他改变。上述不同实施例的部件和行为可以通过组合来提供更进一步的实施例。
所有上述美国专利和申请以及其他参考文献都在此引入作为参考。如果需要的话，可以对本发明的各个方面进行修改，以便使用上述各种参考文献中的系统、功能和概念来提供本发明的其它实施例。
根据以上的详细描述，可以对本发明进行这些和其他改变。通常，后续权利要求中使用的条款不应解释成将本发明限制到说明书中规定的具体实施例，除非是以上的详细描述明确定义了这类条款。因此，本发明的实际范围不但包括公开的实施例，而且还包括依照权利要求实施或执行本发明的所有等价方式。
虽然下文中是以某些权利要求的形式来给出本发明的某些方面的，但是发明人考虑到了以任意数量的权利要求形式来提供本发明的不同方面。例如，虽然在这里只把本发明的一个方面作为一种方法来表达，但是也可以用其他方式而将其他方面作为方法来进行表述。因此，发明人保留了在提交申请之后添加附加权利要求的权利，以便为本发明的其他方面实现这种附加权利要求的形式。

Claims (21)

1.一种用于检测样本中的选定物质的设备，包括：
(a)一个数据存储设备，用于保存包括选定物质在内的一种或多种预选物质中的每一种物质，以及一个数据集，其中包含了(i)处于从DC到50kHz之间的选定频率范围之中并且(ii)表征所述物质的低频频谱分量，
(b)一个检测器部件，包括一个检测器线圈，用于在样本邻近所述线圈放置的时候产生一个时域信号，其中所述信号具有涉及样本中的选定物质所产生的低频电磁辐射的信号分量，
(c)信号调节组件，用于将来自检测器线圈的信号转换成一个经过放大和调节的信号，其中已经从所述经过放大和调节的信号中去除了高于选定频率的频率分量，
(d)一台可操作地连接到所述调节组件的电子计算机，以便从所述组件中接收经过调节的信号，并且通过以下步骤来处理这个信号：
(i)从数据存储设备(a)中检索表征选定样本物质的低频频谱分量的一个数据集，
(ii)以这样一种数字化方式来对经过调节的信号进行滤波，以便有选择地通过那些与所检索数据集中的频谱分量相对应的低频频谱分量；
(iii)对来自(ii)的已滤波信号以及来自(i)的低频频谱分量数据集进行互相关，以便在DC到50kHz以内的频率范围中产生一个频域频谱；
(iv)确定所述频域频谱是否包含一个或多个表征选定物质并诊断样本中是否存在这种物质的低频信号分量，以及
(e)一个可操作地连接到所述计算机的接口设备，用于显示所述处理的输出。
2.权利要求1的设备，用于检测流体样本中的物质，其中所述检测器部件包括一个采样管，它具有样本输入和输出端口，其中样本可以通过所述端口而被引导经由所述管，并且检测器线圈沿着基本上与所述管中样本流方向相垂直的绕线方向缠绕在所述管上。
3.权利要求2的设备，其中所述管是由派热克斯玻璃制成的。
4.权利要求2的设备，其中检测器部件还包括一个环形的铁氧体磁心，其中在至少一部分磁心圆周上放置了收集管，并且检测器线圈是沿径向绕线方向缠绕在所述管和磁心上的。
5.权利要求4的设备，其中检测器部件还包括一个高斯噪声源和一个缠绕在环形磁心圆周上的噪声引入线圈，由此可以将高斯噪声从所述源引入所述管中的样本。
6.权利要求1的设备，其中检测器线圈包括一个亥姆霍兹线圈，它具有一对不同极性的线圈元件，其中所述样本放置在这两个线圈元件之间。
7.权利要求6的设备，其中不同极性的线圈元件在其间定义了一个开放的样本检测区域，其中可以通过所述区域来插入和去除那些自承样本。
8.权利要求1的设备，其中检测器线圈包括一个特斯拉线圈。
9.权利要求1的设备，用于检测气体流样本中的气态或颗粒物质，其中所述部件包括一个收集过滤器，在样本通过过滤器时，所述收集过滤器能够有效捕获这种物质，此外还包括一个靠着过滤器放置的检测器线圈，所述线圈的绕线方向基本上与所述过滤器平行。
10.权利要求1的设备，其中在执行(iv)的过程中，所述计算机可用于识别频谱中低频信号分量的频率，其中所述频谱的互谱相关具有一个高于背景频谱噪声的选定统计量度。
11.权利要求1的设备，其中在执行(iv)的过程中，所述计算机可用于(iva)接收一个关于给定样本的附加频域频谱，(ivb)将这个附加频谱添加到最初产生的频谱中并求出添加得到的频谱的平均值，以及(ivc)重复步骤(iva)和(ivb)，直到求和与求平均值所得到频谱中的分量具有高于背景噪声的选定统计度量。
12.一种用于检测样本中的选定物质的方法，包括：
(a)将样本邻近检测器线圈放置，由此产生一个由样本源辐射构成的电磁时域信号；
(b)对这个时域信号进行调节，以便将所述信号转换成一个经过放大和调节的信号，其中从所述调节信号中去除了高于选定频率的频率分量，
(c)对经过调节的时域信号进行滤波，以便有选择地通过那些(i)处于DC与50kHz之间的频率范围中并且(ii)表征选定物质的低频频谱分量，
(d)将来自(c)的已滤波信号与(i)处于DC与50kHz之间频率范围中并且(ii)表征选定物质的低频频谱分量数据集进行互相关，以便在从DC到50kHz以内的频率范围中产生一个频域频谱，以及
(e)确定所述频域频谱是否包含一个或多个表征选定物质以及诊断样本中是否存在这种物质的低频信号分量。
13.权利要求12的方法，用于检测流体样本，其中所述放置包括使样本流经一个具有样本输入和输出端口的采样管，并且检测器线圈基本上是沿着与所述管中样本流方向相垂直的绕线方向缠绕在所述管上的。
14.权利要求13的方法，其中将采样管邻近环形的铁氧体磁心放置，检测器线圈是沿着径向绕线方向缠绕在所述管和磁心上的，并且所述方法还包括在生成时域信号的过程中把高斯噪声引入所述样本。
15.权利要求12的方法，其中检测器线圈包括一个赫姆霍兹线圈，它具有一对不同极性的线圈元件，并且所述放置包括将样本放在这两个线圈元件之间。
16.权利要求12的方法，用于检测气态流样本中的气态或颗粒物质，其中所述放置包括使样本经过一个平面的过滤器，所述过滤器能在样本经过的时候有效捕获所述物质，并且检测器线圈的绕线方向基本上是与所述过滤器平面平行的。
17.权利要求12的方法，其中所述确定包括识别频谱中的低频信号分量的频率，所述频谱的互谱相关具有一个高于背景频谱噪声的选定统计度量。
18.权利要求12的方法，其中所述确定包括(a)接收一个关于给定样本的附加频域频谱，(b)将这个附加频谱添加到最初产生的频谱中，并且求出经过添加所得到的频谱的平均值，以及(c)重复步骤(a)和(b)，直到通过求和与求平均所得到的频谱中的分量具有高于背景噪声的选定统计度量。
19.一种用于检测样本中的选定物质的系统，包括：
用于将样本邻近检测器线圈放置，以便产生一个由样本源辐射构成的电磁时域信号的装置，
用于对这个时域信号进行调节，以便将所述信号转换成一个经过放大和调节的信号的装置，其中从所述调节信号中去除了高于选定频率的频率分量，
用于对经过调节的时域信号进行滤波，以便有选择地通过那些(i)处于DC与50kHz之间的频率范围中并且(ii)表征选定物质的低频频谱分量的装置，
用于将已滤波信号与(i)处于DC与50kHz之间频率范围中并且(ii)表征选定物质的低频频谱分量数据集进行互相关，以便在从DC到50kHz以内的频率范围中产生一个频域频谱的装置，以及
用于确定所述频域频谱是否包含一个或多个表征选定物质和诊断样本中是否存在这种物质的低频信号分量的装置。
20.权利要求19的系统，还包括用于从系统周围的环境中自动提取样本的装置，并且其中所述样本是空气或气体。
21.权利要求19的系统，其中用于放置的装置包括用于检测来自样本的电磁信号的环形的检测器装置。
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