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Dokumentenidentifikation DE69033217T2 09.12.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0502998
Titel NACHWEISSYSTEM FÜR EXPLOSIFSTOFFE
Anmelder Research Corp. Technologies, Inc., Tucson, Ariz., US
Erfinder CORRIGAN, Colin, D. Suite 1101, Ottawa, Canada K1R 7T2, CA;
HALEY, Lawrence, V., Ottawa, Ontario K1G 4T7, CA
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69033217
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 10.12.1990
EP-Aktenzeichen 919016113
WO-Anmeldetag 10.12.1990
PCT-Aktenzeichen US9007269
WO-Veröffentlichungsnummer 9109307
WO-Veröffentlichungsdatum 27.06.1991
EP-Offenlegungsdatum 16.09.1992
EP date of grant 21.07.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.12.1999
IPC-Hauptklasse G01N 30/00
IPC-Nebenklasse G01N 1/24   G01V 9/00   G01N 30/70   G01N 33/22   G01N 27/62   

Beschreibung[de]

Diese Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der gleichzeitig anhängenden Anmeldung mit der Seriennummer 447,724, die eine Teilfortsetzung der Anmeldung mit der Seriennummer 364,663 ist, die am 9. Juni 1989 eingereicht wurde.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Systeme für die Detektion von Sprengstoffen und anderen kontrollierten Substanzen wie Drogen oder Betäubungsmittel. Insbesondere betrifft die Erfindung ein integriertes System, das aus einer Probenentnahmekammer, einem Detektionssysstem und einem Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem besteht, für die Detektion der Dampfemissionen und Partikel im Zusammenhang mit Sprengstoffen und kontrollierten Substanzen in einer nicht-eindringenden Weise.

2. Diskussion des Standes der Technik

In den vergangenen Jahren bestand ein ständiger Zuwachs der illegalen Verwendung von Sprengstoffen sowie ein Zuwachs beim Transport von verbotenen Substanzen wie Drogen oder Betäubungsmitteln. Es ist unmöglich, die Existenz von Bombardierungen und vor sich gehendem Drogenschmuggel zu detektieren oder sämtliche von diesen Fällen zu verhindern. Jedoch ist es möglich, Sprengstoffe und verbotene Substanzen in bestimmten Gebieten zu detektieren, bei denen eine hohe Sichtbarkeit und/oder Verletzbarkeit existiert, beispielsweise in Flughäfen oder Flugzeugen. Es gibt vielerlei Techniken, mit denen eine einzelne Person Drogen oder Sprengstoffe auf einem Flugzeug plazieren kann und sogar noch viel mehr Plätze, an denen eine einzelne Person die Drogen oder Sprengstoffe verstecken kann, sobald sie auf dem Flugzeug sind. Die illegalen Substanzen können in das Flugzeug von einer wissenden oder unwissenden Person gebracht werden, indem die Substanz auf seiner/ihrer Person versteckt wird oder indem die Substanzen in einem Gepäckstück plaziert werden, welches in dem Frachtteil des Flugzeugs gebracht werden soll.

Die Verfahren zum Detektieren von Substanzen wie Sprengstoffen und Drogen oder Betäubungsmitteln sind über viele Jahre studiert worden und verschiedene Techniken sind entwickelt worden, die von Sprengstoff/Drogen- Spürhunden bis zu höchst fortgeschrittenen Dampfdetektionseinrichtungen reichen. Grundlegend wird die Detektion der voranstehend erwähnten Substanzen in einer von zwei Vorgehensweisen erreicht, nämlich durch eine Nicht-Dampfdetektion und eine Dampfdetektion. Nicht- Dampfdetektionsverfahren umfassen eine Röntgenstrahldetektion, eine Gammastrahldetektion, eine Neutronenaktivierungsdetektion und eine Magnetkernresonanzdetektion. Diese Detektionsverfahren sind mehr auf die Detektion der verschiedenen Substanzen anwendbar, wenn die Substanzen versteckt sind und mit nicht-lebenden Stücken geführt oder diesen zugeordnet sind, beispielsweise ein Gepäckstück, welches in ein Flugzeug transportiert werden soll, und zwar dahingehend, daß die Detektionstechniken eine Bedrohung für lebende Stücke darstellen könnten. Darnpferfassungsverfahren umfassen eine Elektroneneinfangdetektion, eine Gaschromatographiedetektion, eine Massenspektroskopiedetektion, eine Plasmachromatographiedetektion, eine Biosensordetektion und eine photoakustische Laserdetektion. Diese Detektionsverfahren sind mehr auf die Detektion von Substanzen anwendbar, die versteckt werden und im Zusammenhang mit lebenden Individuen stehen, beispielsweise denjenigen, die von Personen transportiert werden können, einschließlich der Reste, die auf der Person zurückgelassen werden, die die verschiedenen Substanzen behandelt. Sämtliche der voranstehenden Verfahren werden gegenwärtig verwendet, einschließlich von Sprengstoff- und Drogenspürhunden.

Heutzutage gibt es viele private und öffentliche Forschungsstudien die sich der Entwicklung von Systemen und Verfahren für die Detektion von Sprengstoffen und Drogen oder Betäubungsmitteln widmen. Mit dem Fortschritt in der Sprengstoffmitteltechnologie, beispielsweise mit dem Erscheinen der Plastiksprengstoffe, die als gewöhnliche Teile verkleidet werden können, wird es zunehmend schwierig, diese Substanzen zu detektieren. Die Probleme, die bei der Detektion von diesen Substanzen beseitigt werden müssen, sowie andere, umfassen einen geringen Dampfdruck der bestimmten Dämpfe, die von der bestimmten Substanz entweichen, die Suchzeit und den Durchsatz der verschiedenen Systeme, die niedrige Konzentration von Dampf- oder Partikelemissionen von der bestimmten Substanz, eine Isolation der bestimmten Substanz mit einem hohen Zuverlässigkeitsgrad, und die Aufrechterhaltung der Integrität der Systemumgebung.

Es gibt viel Stand der Technik, der sich mit der Technologie von Sprengstoff- und Drogendetektionseinrichtungen beschäftigt. Der Artikel "Air Flow Studies For Personnel Explosive Screening Portals" von dem Autor R. L. Schellenbaum der Scandia National Laboratories, der 1987 als Teil der Carnahan Conference on Securities Technology in Atlanta, Georgia (15. Juli 1987) veröffentlicht wurde, offenbart eine Studie von verschiedenen Typen von integrierten Systemen für die Detektion von verbotenen Substanzen. Die Studie beschreibt einen dreistufigen Prozeß, der die Sammlung des Dampfs, die Vorkonzentrierung und die Detektion der Dämpfe, die von den Sprengstoffsubstanzen entweichen, umfaßt. Der Artikel offenbart verschiedene Typen von Sammlungseinrichtungen zum Sammeln der Probe. Verschiedene Portalkonfigurationen und Luftströmungsmechanismen innerhalb jeder der Portale wurden studiert, um nachzusehen, welches die beste Probe bereitstellte. Das Atmos-Tech Luftduschenportal, ein modifiziertes Atmos- Tech Portal und ein zylindrisches Portal wurden in der Studie mit verschiedenen Luftströmungskonfigurationen verwendet. Die Studie folgerte, daß eine nach unten gerichtete, semilaminare Strömung über die Querschnittsfläche des Körpers kombiniert mit einem Vakuumströmungs- Sammeltrichter von ungefähr zwölf Inch im Durchmesser, der unter das Gitter in dem Boden des Portals plaziert wurde, die beste Vorgehensweise zum Sammeln des Sprengstoffdampfes oder der Partikelemissionen von einer Person, die durch das Portal geht, war.

Für den Detektionsteil der Studie wurden verschiedene Detektionseinrichtungen verwendet, einschließlich des Phemto-Chem 100 Ionen Mobilitäts-Spektrometers in Kombination mit einem Vorkonzentrierer, der von Ion Track Instruments Inc. entwickelt wurde. Das Ionenmobilitätsspektrometer ist ein Plasmachromatograph, der einen atmosphärischen Ionen-Molekül-Reaktor verwendet, der geladene Partikel erzeugt, die durch eine Ionenmobilität analysiert werden können. Der Vorkonzentrierer umfaßt eine motorbetriebene, beschichtete Metallschirmscheibe, die mit einem gegossenen Metallgehäuse gedreht wird. Die Beschichtung auf dem Schirm adsorbiert den Dampf und wird dann für die Desorption des Dampfs erwärmt. Dieser Adsorptions-Desorptions-Prozeß ist ein erforderlicher Vorkonzentrationsschritt, der verwendet wird, um die Dampf- und/oder Partikelkonzentration in der gesammelten Luftprobe zu erhöhen.

Das Hauptproblem im Zusammenhang mit der Verwendung der Portaldetektionssysteme in der Studie war die Aufrechterhaltung der Integrität (Reinheit) des Probeluftvolumens. Bei der Aufrechterhaltung der Intensität des Probeluftvolumens ist es erforderlich, zu verhindern, daß das Probeluftvolumen mit der Umgebung verunreinigt wird, wobei gleichzeitig versucht wird, eine stetige Verkehrsströmung durch das Portal aufrecht zu erhalten, was wesentlich für einen Betrieb von irgendeinem Typ von Überwachungssystem ist, in dem ein starker Verkehr normal ist. Der voranstehend erwähnte Artikel schlägt vor, daß die Integrität des Probeluftvolumens in Portalen ohne Türen nicht aufrechterhalten wurde. Wenn Umgebungsluftzüge vorhanden waren, beispielsweise diejenigen von Klimaanlagen oder lediglich die Strömung von Fußgängerverkehr, wurde eine Reduktion der Detektion um zehn Prozent festgestellt. Die Hinzufügung von Türen an den Portalen verursachte einen Anstieg der Detektionsrate. Jedoch erzeugte dies nicht akzeptierbare Fußgängerverkehrsprobleme, die die Anforderungen für hohe Durchsätze, die von Flughäfen benötigt werden, nicht erfüllen.

In der Patentliteratur gibt es eine Gruppe von Referenzen, die verschiedene Verfahren und Einrichtungen zum Erfassen von verbotenen Substanzen, einschließlich sowohl Drogen als auch Sprengstoffen, offenbaren. Diese Referenzen sind alle auf die Detektion von verbotenen Substanzen innerhalb eines Behälters oder eines Gepäckstücks gerichtet und nicht auf diejenigen, die an einer Person getragen werden. Das U. S. Patent 4,580,440 und das U. S. Patent 4,718,268, beide im Namen der British Aerospace Public Company Limited, offenbaren ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren von verbotenen Substanzen, die in einer Fracht- Typ-Ladung versteckt sind. Grundlegend besteht das Verfahren aus der Abdichtung der Ladung in einem Behälter, das Bewegen der Ladung, um den Dampf oder Partikelmaterie, die von der Ladung in die umgebende Atmosphäre abgegeben wird, abzuschütteln, eine Probenentnahme der Atmosphäre vorzunehmen, die gesammelte Probe zu erwärmen und die Probe unter Verwendung einer Gaschromatographie zu analysieren. Das U. S. Patent 4,202,200 im Namen von Pye Limited offenbart eine Vorrichtung zum Detektieren von Sprengstoffsubstanzen in geschlossenen Behältern. Grundlegend werden Objekte wie beispielsweise Gepäckstücke durch einen Tunnel mit einer gesteuerten Achse geführt, in dem die Objekte durch zirkulierende Luftströmungen abgekehrt werden und dann die Luftprobe gesammelt und analysiert wird. Es wird auch vorgeschlagen, daß dann, wenn ein größerer Tunnel konstruiert wird, Personen sowie Objekte dadurch geführt werden können. Die voranstehend erwähnten Erfindungen stellen eine Einrichtung und ein Verfahren zum Detektieren von verbotenen Substanzen durch Verwendung einer Dampf-Probenentnahme bereit. Jedoch stellt keine der Erfindungen die Verwendung einer Vorkonzentrierereinrichtung zum Erhöhen der Empfindlichkeit und der Selektivität der Detektionseinrichtung bereit oder schlägt dies vor. Zusätzliche Patentreferenzen, die Systeme eines ähnlichen Typs offenbaren, sind das U. S. Patent 3,998,101 und das U. S. Patent 4,111,049.

Es gibt zahlreiche Patentreferenzen wie die US-A-4819477 in dem technischen Test- und Überwachungsgebiet, die einen Konzentrierungsschritt offenbaren, der die Filtrierung oder Adsorption der Moleküle von Interesse über der Zeit umfassen. Nach einer vorgegebenen Aussetzungsperiode, werden die Filterungs/Absorptionsmedien entfernt und mit Wärme desorbiert, während eine neues Filter/Absorptionsmedium in die Luftströmung eingebracht wird. Das U. S. Patent 3,768,302 im Namen von Barringer Research Limited offenbart ein System, das im Bereich des geologischen Testens verwendet wird und in dem das System eine Luftströmung empfängt, die Partikel enthält. Die Probe durchläuft einen Konzentrierungsschritt, der das Führen der Luftprobe über zwei Pfade mit Adsorptions/Desorptionsschritten umfaßt, und wird schließlich analysiert. Das U. S. Patent 4,056,968 im Namen des gleichen Anmelders wie das obige Patent offenbart ebenfalls ein System, welches ebenfalls im Gebiet des geologischen Testens verwendet wird. In dieser Erfindung könnten die vorkonzentrierten Moleküle von einem sich bewegenden Band sowie von einer sich bewegenden Scheibe desorbiert werden. Das U. S. Patent 4,775,484 offenbart ein sich drehendes Filtermedium, welches zum Absorbieren von Partikelmaterial während einer Stufe seiner Drehung verwendet wird, und das an einer getrennten und zweiten Stufe seiner Drehung gereinigt oder gesäubert wird. Das U. S. Patent 4,127,395 offenbart ebenfalls eine gewöhnliche Adsorption/Desorptionsschaltung unter Verwendung eines Paars von Absorptionsmedien, wobei ein Paar absorbierend ist, während das andere desorbierend ist. Das U. S. Patent 3,925,022, das U. S. Patent 3,997,297 und das U. S. Patent 3,410,663 offenbaren alle Adsorptions/Desorptions-Typ-Einrichtungen. Sämtliche der voranstehend erwähnten Einrichtungen offenbaren Systeme für die Absorption und nachfolgende Desorption von Partikel- oder Dampfmaterie. Keines offenbart jedoch eine Portal-Typ-Probenentnahmekammer.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf ein System für die Detektion von Sprengstoffen, chemischen Substanzen und anderen kontrollierten Substanzen wie Drogen oder Betäubungsmitteln durch Detektieren von ihren Dampfemissionen oder den Partikeln im Zusammenhang mit diesen Materialien gerichtet. Das System umfaßt eine Probenentnahmeeinrichtung, eine erste und zweite Probesammel- und Analyseuntersysteme, und ein Steuer- und Datenverarbeitungssystem. Das System ist insbesondere nützlich in freien Umgebungen, beispielsweise Flughäfen, an denen es zum Detektieren der voranstehend erwähnten Substanzen auf einer einzelnen Person oder in dem Gepäck der einzelnen Person verwendet werden kann. Das System erfüllt die Anforderung zum Detektieren der voranstehend erwähnten Substanzen in einer nicht-eindringenden Weise auf irgendeinem erforderlichen Pegel und dies so schnell zu tun, daß der freie Durchgang von Personen und Gepäck nicht unzulässig unterbrochen wird.

Die Probenentnahmeeinrichtung nimmt eine Vielzahl von Formen an, einschließlich eines Probenentnahmekammer-Portals; eines Handaufnahmegeräts, und einer automatisierten Gepäck/Paket- Probenentnahmekammer. Das Probenentnahmekammerportal ist ein Portal mit inneren Abmessungen von ungefähr einer Länge von sechs Fuß, einer Höhe von sieben Fuß und einer Breite von drei Fuß. Die Abmessungen des Portals sind so, daß einer Person mit durchschnittlicher Größe sowie einer an einen Rollstuhl gebundenen Person ermöglicht wird, leicht durchzugehen. Das Portal ist in solcher Weise entworfen, daß es bewirkt, daß eine interne Luftströmung über eine einzelne Person, die durch das Portal bei einer normalen Gehgeschwindigkeit geht oder durchläuft, kehrt und gleichzeitig veranlaßt, daß die Luftprobe, die von der Person abgekehrt wird, eine bedeutungsvolle Konzentration von Dämpfen oder Partikelmaterie enthält, die analysiert werden sollen. Um dies zu erreichen, ist die Probenentnahmekammer oder das Portal mit einer einzigartigen Geometrie ausgelegt und enthält Luftführungen oder Strahlen zum Bereitstellen einer Luftströmung, die das interne Luftvolumen effektiv von der Umgebung isoliert, während effektiv die Person, die durch das Portal geht, abgekehrt wird. Das Luftvolumen oder die Probe innerhalb des Portals wird durch eine Probenentnahmeöffnung, die sich innerhalb des Deckenabschnitts des Portals befindet, gesammelt. Die Luftprobe wird dann an die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme für eine Analyse transportiert.

Das Handaufnahmegerät ist eine Probenentnahmeeinrichtung zum Sammeln eines Probeluftvolumens von einem spezifischen Bereich auf einer Person oder einem Objekt und zum Entfernen von Partikelmaterie von der Person oder dem Objekt und zum Einführen der Partikelmaterie in ein Probeluftvolumen zur Analyse, während die Verunreinigung der Probe mit der Umgebung verhindert wird. Das Handaufnahmegerät umfaßt eine sich drehende Bürste, die sich an dem Eingangsteil des Geräts befindet. Die sich drehende Bürste kehrt effektiv irgendeine Partikelmaterie, die an der Person oder dem Objekt anhaftet, in eine Vakuumströmung, die von einem Vakuumgebläse in dem Hauptsystem erzeugt wird. Das Handaufnahmegerät ist in einzigartiger Weise so ausgelegt, daß es im wesentlichen eine luftdichte Abdichtung mit der Person oder dem Objekt bildet, beispielsweise einem Gepäckstück. Das Probeluftvolumen, das Dämpfe und/oder Partikel enthält, wird dann an das erste und zweite Probesammlungsuntersystem zur Analyse transportiert.

Die automatische Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer ist eine Probenentnahmeeinrichtung zum Sammeln eines Probeluftvolumens, das ein Objekt, beispielsweise ein Gepäckstück, umgibt, und zum Entfernen von Partikelmaterie von sämtlichen freiliegenden Oberflächen des Objekts und zum Einführen der Partikelmaterie in das Probeluftvolumen. Die automatisierte Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer weist die Form eines rechteckförmigen Tunnels mit offenem Ende auf. Typischerweise würde die Größe der automatisierten Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer ungefähr die Größe der Gepäckabtast-Röntgenstrahleinrichtungen sein, die gegenwärtig in Flughäfen verwendet werden. Sie ist über einem Transportband angebracht, welches zum Transportieren der Gepäckstücke durch den Tunnel verwendet wird. Die automatisierte Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer ist mit wenigstens vier Probenentnahmeköpfen ausgerüstet, die über sämtliche freiliegenden Oberflächen des Objekts bürsten. Diese Probenentnahmeköpfe enthalten sich drehende Bürsten, die die freiliegenden Oberflächen abkehren und die Partikel und irgendein Dampf, der von dem Objekt ausgeht, in ein Probeluftvolumen einleiten. Das Probeluftvolumen, das Dämpfe und/oder Partikel enthält, wird dann an die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme zur Analyse transportiert.

Die Vielzahl von Probenentnahmeeinrichtungen sind in der Lage, Dampf und/oder Partikelmaterie zu sammeln und diese an die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme zu führen, wenn sie in einer so niedrigen Konzentration wie mehrere Teile pro Trillion der Umgebungsluft vorhanden sind.

Die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme sind Einrichtungen, die zum Sammeln von Dämpfen, die von der bestimmten Klasse von voranstehend diskutierten Materialien ausgehen, und Partikel im Zusammenhang damit dienen. Das erste Probesammlungs- und Analyseuntersystem ist ein Probensammler und Verdampfer, der die gesammelten Partikel in eine erste Dampfprobe für eine Analyse umwandelt. Diese erste Dampfprobe zur Analyse wird an einem chemischen Analysator mit einem schnellen Ansprechverhalten geliefert, der entweder ein Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor oder ein Ionenmobilitätsspektrometer oder beides sein kann. Das grundlegende Betriebsprinzip ist die Sammlung von Partikelmaterie auf einem Filterelement und die Verwendung einer Blitzerwärmung, um die gesammelte Materie zu verdampfen. Das zweite Probesammlungs- und Analyseuntersystem ist ein Dampfsammler und Detektor, der durch eine Reihe von Schritten zum Verringern des Probevolumens und zum Erhöhen der Probenkonzentration eine konzentrierte Probe an einen chemischen Analysator mit einem schnellen Ansprechverhalten liefert, der entweder ein Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor oder ein Ionenmobilitätsspektrometer oder beides sein kann. Das Betriebsprinzip besteht darin, die Probe auf einem gewählten Substrat zu adsorbieren, mit einer nachfolgenden selektiven thermischen Desorption, um eine zweite Dampfprobe zur Analyse zu erzeugen. Dieser Prozeß wird durch eine Reihe von Schritten zum Verkleinern des Probevolumens und zum Erhöhen der Probenkonzentration erhöht. Auf einen Abschluß der Vorkonzentrationsschritte hin wird das gereinigte Probenmaterial durch die voranstehend erwähnten Einrichtungen analysiert, wobei die Analyse aus der Identifikation der verschiedenen Materialien und der Bestimmung der vorhandenen Materialmenge besteht.

Das Gesamtsystem und sämtliche Systemprozesse werden von dem Steuer- und Datenverarbeitungssystem gesteuert, das einen digitalen Computer und zugehörige Software umfaßt. Das System wird konfiguriert und gesteuert, um sämtliche Messungen durchzuführen und die Ergebnisse in einem verwendbaren und verständlichen Format zu erstellen. Das Steuer- und Datenverarbeitungssystem steuert die Sammlung der Dämpfe und der Partikel, die Verdampfung der gesammelten Partikel, die Vorkonzentration von gesammelten Dämpfen, die verschiedenen chemischen Analyseschritte, und die Datenanalyse und Datenformatierung.

Zusätzlich führt der Computer kontinuierlich Selbstdiagnose- und Selbstabgleichprozeduren auf dem gesamten System aus und alarmiert den Benutzer über irgendwelche potentiellen Probleme.

Das System für die Detektion von Sprengstoffen und anderen kontrollierten Materialien der vorliegenden Erfindung ermöglicht die effiziente Detektion von Sprengstoffen, chemischen Substanzen und anderen kontrollierten Materialien wie Drogen oder Betäubungsmittel durch die Detektion der Dampfemissionen und Partikel im Zusammenhang mit diesen Substanzen. Die Dampfemissionen und Partikel können von Substanzen, die an der Person versteckt sind, dem Gepäck der Person oder von einem Rest, der an einer Person zurückgelassen wird, der die bestimmte Substanz behandelt hat, kommen. Die vorliegende Erfindung stellt ein System mit einem hohen Grad der Empfindlichkeit und Selektivität für einen breiten Bereich von Substanzen bereit. Der hohe Grad der Empfindlichkeit und Selektivität wird erreicht, indem ein System verwendet wird, das die Kombination einer einzigartigen Probenentnahmeeinrichtung und eines mehrstufigen Vorkonzentrierers und Verdampfers verwendet, der ein Probevolumen verkleinert, während eine Probenkonzentration maximiert wird, wodurch die Entnahme von viel größeren Probevolumen sowie viel kürzere Probesammlungszeiten ermöglicht werden. Das System stellt eine hohe Zuverlässigkeitsrate bereit, die durch Verwendung des Computersteuer- und Datenverarbeitungssystems für eine automatische Kalibrierung und Selbstdiagnoseprozeduren verwendet wird. Zusätzlich stellt das System einen hohen Grad der Vielseitigkeit dadurch bereit, daß durch Ändern der Programmierung des Computers ein breiter Bereich von Sprengstoffen, gesteuerten chemischen Substanzen und Drogen und Betäubungsmittel, die verschiedene physikalische und chemische Eigenschaften aufweisen, detektiert werden können. Die Softwaresteuerung des gesamten Systems stellt ein vielseitigeres System und eines, welches leicht neu konfiguriert werden kann, bereit.

Die vorliegende Erfindung weist eine große Vielzahl von Anwendungen auf, bei denen ein hoher Durchsatz von Personen erforderlich ist. An Flughäfen ist die Detektion von Sprengstoffen und gesteuerten Substanzen von äußerster Wichtigkeit aufgrund des Anstiegs von Terroristenangriffen und des Drogenschmuggels. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die schnelle und zuverlässige Erfassung der voranstehend erwähnten Substanzen in einer nicht-eindringenden Weise in einer Vielzahl von Feldumgebungen wie zum Beispiel Flughäfen. Das System der vorliegenden Erfindung ist anwendbar, wenn die Detektion von versteckten Substanzen absolut erforderlich ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung sind in den Zeichnungen die Ausbildungen gezeigt, die gegenwärtig bevorzugt werden. Jedoch sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht notwendigerweise auf die genauen Anordnungen und Instrumente beschränkt ist, die hier gezeigt sind.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1A ein grobes Blockschaltbild des Sprengstoffdetektionsüberwachungssystems der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1B ein ausführliches Blockschaltbild des Sprengstoffdetektionsüberwachungssystems der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Probenentnahmekammerportals der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Probenentnahmekammerportals der vorliegenden Erfindung entlang der Schnittlinien 2-2' in Fig. 1;

Fig. 4 eine Ansicht des Handaufnahmegeräts der vorliegenden Erfindung von unten;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Handaufnahmegeräts der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine Ansicht des Handaufnahmegeräts der vorliegenden Erfindung von oben;

Fig. 7 eine diagrammartige Darstellung der automatisierten Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine diagrammartige Darstellung der automatisierten Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer und einen ersten automatisierten Probenentnahmekopf der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 eine diagrammartige Darstellung der automatisierten Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer und einen zweiten Probenentnahmekopf der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 eine diagrammartige Darstellung der automatisierten Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer und dritte und vierte automatisierte Probenentnahmeköpfe der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11A eine diagrammartige Darstellung des ersten Probesammlungs- und Analyseuntersystems der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11B eine diagrammartige Darstellung des zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystems der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11C eine diagrammartige Darstellung des ersten Probesammlungs- und Analyseuntersystems der vorliegenden Erfindung, wobei das Untersystem eine Konfiguration mit einem Ventil mit sechs Öffnungen verwendet;

Fig. 11D eine diagrammartige Darstellung des chemischen Analysators, der von dem ersten Probesammlungs- und Analyseuntersystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 11E eine diagrammartige Darstellung der Desorptionskammer der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 eine diagrammartige Darstellung der Filterelementkonfiguration, die in dem ersten Probesammlungs- und Analyseuntersystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 13A eine diagrammartige Darstellung des Ventils mit sechs Öffnungen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mit dem Sechswegventil in der Ladeposition;

Fig. 13B eine diagrammartige Darstellung des Ventils mit sechs Öffnungen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mit dem Ventil mit sechs Öffnungen in der Einspritzposition;

Fig. 14A eine diagrammartige Darstellung der oberen Seite der Filterelemente, die in dem ersten Probesammlungs- und Analyseuntersystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden;

Fig. 14B eine diagrammartige Darstellung der oberen Ebene der Filterelemente, die in dem ersten Probesammlungs- und Analyseuntersystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden;

Fig. 14C eine diagrammartige Darstellung der unteren Seite der Filterelemente, die in dem ersten Probesammlungs- und Analyseuntersystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden;

Fig. 15A eine diagrammartige Darstellung der oberen Seite der Filterelemente, die in dem zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden;

Fig. 15B eine diagrammartige Darstellung der Seitenansicht der Filterelemente, die in dem zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden;

Fig. 16 ein Blockschaltbild des Steuer- und Datenverarbeitungssystems der vorliegenden Erfindung;

Fig. 17 ein Flußdiagramm der Softwareroutine, die zum Steuern des Betriebs der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 18 ein Flußdiagramm einer alternativen Softwareroutine, die zum Steuern des Betriebs der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und

Fig. 19 ein Zeitablaufdiagramm, das die verschiedenen Zeitparameter für die verschiedenen Prozesse der vorliegenden Erfindung darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Das Sprengstoffdetektions-Überwachungssystem der vorliegenden Erfindung ist dafür ausgelegt, um Sprengstoffe, chemische Substanzen oder andere kontrollierte Materialien wie beispielsweise Drogen oder Betäubungsmittel zu detektieren, indem Dämpfe, die von jedem von diesen Materialien ausgehen, oder Partikel im Zusammenhang mit jedem von diesen Materialien detektiert werden. Es wird angenommen, daß diese Substanzen an Personen oder in deren Gepäck in Flughäfen oder in anderen Umgebungen mit einer hohen Verletzbarkeit und hohen Sichtbarkeit versteckt sind. Es ist erforderlich, diese Substanzen in einer nicht-eindringenden Weise bei irgendeinem erforderlichen Pegel zu detektieren und dies so schnell zu tun, daß der freie Durchgang von Personen und Gepäck nicht unnötig unterbrochen wird. Das System ist ein integriertes System, das eine Probenentnahmeeinrichtung, ein erstes und zweites Probesammlungs- und Analyseuntersystem und ein Steuer- und Datenverarbeitungssystem umfaßt.

In einer ersten Ausführungsform ist die Probenentnahmeeinrichtung ein Probenentnahme-Kammerportal, in dem intern erzeugte Luftströmungen die Dampfemissionen, die von einer Person oder einem Objekt, die durch die Kammer zu einem Sammlungsbereich gehen, ausgehen oder Partikel im Zusammenhang mit diesen Personen oder diesem Objekt in einen Sammelbereich kehren. Dieses Portal ist vollständiger in den Stammanmeldungen U. S. Seriennummer 364,663, eingereicht am 9. Juni 1989, und in der U. S. Seriennummer 447,724, eingereicht am 8. Dezember 1989, beschrieben. Das Probenentnahme-Kammerportal ist in solcher Weise ausgelegt, daß eine ausreichend hohe Konzentration von Dampfemissionen und/oder Partikeln eingefangen wird, um so die Anwesenheit der voranstehend erwähnten Substanzen mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit und Abhängigkeit zu detektieren. Das interne Luftvolumen wird zurückgeführt, wobei eine kleine Menge bei der Probenentnahmezeit entfernt wird. Bei der Probenentnahmezeit, die gewöhnlicherweise als eine Probenentnahmeperiode bezeichnet wird, zieht eine externe Luftpumpe oder ein Gebläse eine Probe des gesammelten Luftvolumens in die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme.

In einer zweiten Ausführungsform ist die Probenentnahmeeinrichtung ein Handaufnahmegerät. Das Handaufnahmegerät ist eine Probenentnahmeeinrichtung zum Sammeln eines Probeluftvolumens aus einem spezifischen Bereich auf einer Person oder einem Objekt und zum Entfernen von Partikelmaterie von der Person oder dem Objekt und zum Einführen der Partikelmaterie in das Probeluftvolumen zur Analyse, während eine Verunreinigung der Probe mit der Umgebung verhindert wird. Das Handaufnahmegerät besteht aus einer sich drehenden Bürste, die sich an der Einlaßöffnung des Geräts befindet. Die sich drehende Bürste kehrt irgendwelche Partikelmaterie, die an der Person oder dem Objekt anhaftet, effektiv in eine Luftströmung, die von einem Vakuumgebläse in dem Basissystem erzeugt wird. Das Handaufnahmegerät ist in einzigartiger Weise so ausgelegt, daß es eine im wesentlichen luftdichte Abdichtung zu der Person oder dem Objekt bildet. Das Probeluftvolumen, das Dämpfe und/oder Partikel enthält, wird dann an die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme transportiert.

In einer dritten Ausführungsform ist die Probenentnahmeeinrichtung eine automatisierte Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer. Die automatisierte Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer ist eine Probenentnahmekammer zum Sammeln eines Probeluftvolumens, das eine Person umgibt, und zum Entfernen von Partikelmaterie von sämtlichen freiliegenden Oberflächen des Objekts und zum Einführen der Partikelmaterie in das Probeluftvolumen. Die automatisierte Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer weist die Form eines rechteckförmigen Tunnels mit offenem Ende auf. Typischerweise würde die Größe der automatisierten Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer ungefähr die Größe der Gepäck-Abtaströntgenstrahleinrichtung sein, die gegenwärtig an Flughäfen verwendet werden. Sie ist über einem Transportband angebracht, welches zum Transportieren des Gepäcks oder der Pakete durch den Tunnel verwendet wird. Die automatisierte Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer ist mit wenigstens vier Probenentnahmeköpfen ausgerüstet, die über sämtliche Oberflächen des Objekts bürsten. Diese Probenentnahmeköpfe enthalten sich drehende Bürsten, die die freigelegten Oberflächen abkehren und die Partikel und irgendwelche Dämpfe, die von dem Objekt ausgehen, in das Probeluftvolumen einführen. Das Probeluftvolumen, das Dämpfe und/oder Partikel enthält, wird dann an die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme transportiert.

Die Vielzahl von Probenentnahmeeinrichtungen können Dampf- und/oder Partikelmaterie, wenn diese in einer sehr geringen Konzentration von nur mehreren Teilen pro Trillion der Umgebungsluft vorhanden sind, in einer kurzen Zeitperiode sammeln und diese an die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme liefern.

Die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme sind Einrichtungen, die verwendet werden, um Dämpfe, die von einer bestimmten Klasse von voranstehend diskutierten Materialien ausgehen, und Partikel im Zusammenhang damit zu sammeln. Das erste Probesammlungs- und Analyseuntersystem ist ein Probensammler und Verdampfer, der die gesammelten Partikel in eine erste Dampfprobe zur Analyse umwandelt. Diese erste Dampfprobe zur Analyse wird an einen chemischen Analysator mit einem schnellen Ansprechverhalten geliefert, der entweder ein Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor oder ein Ionenmobilitätsspektrometer oder beides sein kann. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Ionenmobilitätsspektrometer für den chemischen Analysator verwendet. Das zweite Probesammlungs- und Analyseuntersystem ist ein Dampfsammler und Detektor, der durch eine Reihe von Schritten zum Verkleinern des Probevolumens und zum Erhöhen der Probenkonzentration, eine konzentrierte Probe an einen chemischen Analysator mit einem schnellen Ansprechverhalten liefert, der entweder ein Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor oder ein Ionenmobilitätsspektrometer oder beides sein kann. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor als der chemische Analysator verwendet. Das Prinzip des Betriebs ist die Adsorbierung der Probe auf einem gewählten Substrat mit einer nachfolgenden selektiven thermischen Desorption. Dieser Prozeß wird durch eine Reihe von Schritten zum Verkleinern des Probevolumens und zum Erhöhen der Probenkonzentration wiederholt. Beim Abschluß der Vorkonzentrationsschritte wird das gereinigte Probenmaterial von den voranstehend erwähnten Einrichtungen analysiert, wobei die Analyse aus einer Identifizierung der verschiedenen Materialien und der Bestimmung der Menge des vorhandenen Materials besteht.

Das Steuersystem ist ein Steuer- und Datenverarbeitungssystem, bei dem die Hauptanforderung darin besteht, die Anwesenheit und wenn erforderlich den Pegel einer spezifizierten Substanz zu berichten. Das System kann auch zwischen Hintergrundpegeln von einer Substanz und Alarmpegeln unterscheiden. Das System steuert auch den Betrieb des gesamten Systems durch automatische Steuerverfahren, die von einem Mikroprozessor oder einem digitalen Computer ausgeführt werden. Das Steuersystem wird leicht umprogrammiert, um verschiedene Substanzen wegen modularisierter Programmiertechniken zu detektieren.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1A ist ein Blockschaltbild des Sprengstoffdetektions-Überwachungssystems 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in der Figur gezeigt, umfaßt das Sprengstoffdetektions- Überwachungssystem eine Probenentnahmeeinrichtung 20, ein erstes Probesammlungs- und Analyseuntersystem 30, das einen Partikelsammler und Detektor 35 umfaßt, ein zweites Probesammlungs- und Analyseuntersystem 40, das einen Probesammler und Detektor 45 umfaßt, und ein Steuer- und Datenverarbeitungssystem 50, welches sämtliche Phasen des Systembetriebs steuert.

Der Partikelsammler und Detektor 35, PCAD, umfaßt einen Probesammler und Verdampfer, SCAV, und einen chemischen Analysator, der entweder ein Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor oder ein Ionerimobilitätsspektrometer oder beides sein kann. Die Hauptfunktion des PCAD 35 besteht darin, Partikel in dem Probeluftvolumen, das von der Probenentnahmeeinrichtung gesammelt wird, hinsichtlich der chemischen Komponenten von Interesse zu sammeln und zu analysieren. Die Hauptfunktion wird erzielt, indem zunächst die Partikel gesammelt und in den SCAV in Dampf umgewandelt werden und die Dämpfe dann an den chemischen Analysator zur Analyse gegeben werden.

Bei der Sammlung der Partikelmaterie und der nachfolgenden Verdampfung der Partikelmaterie gibt es verschiedene Probleme, die anfallen und die gelöst werden müssen. Das erste Problem, welches anfällt, ist die Sammlung der gewünschten Partikel. Die Partikel der verschiedenen Komponenten ändern sich in der Größe und somit müssen Sammlungselemente mit unterschiedlicher Größe verwendet werden. Zusätzlich können die Partikel an größeren Partikeln, beispielsweise Wasserdampf oder Staub, anhaften. Da es möglich ist, daß viele Typen von Partikeln in einem spezifischen Luftvolumen enthalten sind, muß das Sammlungselement so sein, daß es selektiv nur gewünschte Partikel adsorbiert. Die vorliegende Erfindung verwendet Filtergitterelemente mit verschiedener Größe oder eine Vielzahl von adsorbierenden Materialien benachbart und auf den Filterelementen zum Adsorbieren der verschiedenen Partikel. Das zweite Problem, welches anfällt, besteht darin, daß die gesammelte Partikelmaterie verdampft werden muß. Der Verdampfungsprozeß ist eine extrem wichtige und komplizierte Prozedur. Verschiedene Partikel weisen verschiedene Verdampfungstemperaturen auf und somit muß die Verdampfungstemperatur genau gesteuert werden, um so Zielpartikel effektiv zu verdampfen und zu verhindern, daß eine übermäßige Wärme die gewünschten Moleküle in den Zielpartikeln beschädigt. Das dritte Problem, welches anfällt, ist das Problem der Konzentration. Für die besten Analyseergebnisse muß die Konzentration der Partikel in einem spezifischen Luftvolumen so hoch wie möglich sein. Deshalb wird der Verdampfungsprozeß mit der Verwendung eines Trägergases kombiniert, welches verwendet wird, um die verdampfte Probe in den chemischen Analysator einzuspritzen. Die Lösung von diesen Problemen sowie von anderen, die von der vorliegenden Erfindung gelöst werden, werden vollständiger in der ausführlichen Beschreibung des SCAVS diskutiert.

Der Dampfsammler und Detektor 45, VCAD, umfaßt einen Probesammler und Vorkonzentrierer, SCAP, und einen chemischen Analysator, der entweder ein Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor oder ein Ionenmobilitätsspektrometer oder beides ist. Die Hauptfunktion des VACD 45 besteht darin, eine Sammlung, Vorkonzentrierung und eine Analyse der gesammelten Luftprobe hinsichtlich der Zieldämpfe auszuführen. Diese Funktion wird erreicht, indem die Zielmoleküle zunächst in dem SCAP selektiv gesammelt und vorkonzentriert werden und die Dämpfe dann an den chemischen Analysator zur Analyse gegeben werden.

Bei der Sammlung der Dampfmaterie zur Analyse gibt es zwei Hauptprobleme, die anfallen. Das erste Problem, welches anfällt, besteht in der geringen Konzentration der Zieldämpfe in der Luftprobe. In irgendeinem bestimmten Probeluftvolumen, welches in dem Probenentnahmekammerportal, dem Handaufnahmegerät oder in der automatisierten Gepäck/Paket- Probenentnahmekammer gesammelt wird, wird die Konzentration von Zieldämpfen niedrig sein. Deshalb muß der SCAP in wenigstens einer Konzentrierungsstufe selektiv die Zieldämpfe in ein konzentriertes Probevolumen konzentrieren, während Nicht-Zieldämpfe verworfen werden. Das zweite Problem, welches anfällt, besteht in der Wärmebeschädigung der Moleküle in den Zieldämpfen. An dem Konzentrationsprozeß ist eine Adsorption und eine nachfolgende Desorption der Zieldämpfe beteiligt. Dieser Prozeß benötigt einen gewissen Wärmebetrag zum Desorbieren der Zieldämpfe von der Adsorptionssubstanz. Wenn zu viel wärme verwendet wird, können die Moleküle in den Zieldämpfen zerstört oder unnötig in Fragmente zerlegt werden, und wenn zuwenig Wärme verwendet wird, werden die Zieldämpfe nicht desorbiert. Die Lösung für diese Probleme sowie für andere sind in der ausführlichen Beschreibung des VACAD diskutiert.

Fig. 1B zeigt ein ausführlicheres Blockschaltbild des Gesamtsystems 10. Das Steuersystem 50 umfaßt einen Prozessor 51, in dem ein gespeichertes digitales Programm abläuft, das den Gesamtbetrieb des Systems 10 steuert, ein Prozeßsteuermodul 53, das eine Schnittstelle zwischen dem Prozessor 51 und den übrigen Komponenten des Systems 10 ist, und einer Anzeige 55, die eine Auslesung der Probenentnahmeergebnisse und den Zustand oder gegenwärtigen Status des Systems 10 bereitstellt. Das Stellglied- und Schnittstelleneinheitenmodul 60 ist eine Ansammlung einer Vielzahl von Steuereinheiten, die die Steuersignalen von dem Prozessorsystem 51 in elektrische Signale umwandeln, die die verschiedenen Stellglieder betreiben, die von dem System 10 verwendet werden. Die Stromversorgungseinheit 70 wird von sämtlichen Komponenten des Systems 10 als eine Stromversorgungsquelle verwendet. Die Stromversorgungseinheit 70 stellt Energie an dem Steuersystem 50, den Stellglied- und Schnittstelleneinheiten 60, dem PCAD 35 und dem VCAD 45 bereit. Zusätzlich zeigt Fig. 18 die Verwendung der verschiedenen Analysatoren 80 und 90, die im Zusammenhang mit dem PCAD 35 und dem VCAD 45 verwendet werden.

Wie in Fig. 18 dargestellt ist der PCAD 35 mit einer Kombination 80 eines Ionenmobilitätsspektrometers und eines Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektors verbunden. In der bevorzugten Ausführungsform wird nur ein Ionenmobilitätsspektrometer verwendet; jedoch kann der Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor anstelle davon verwendet werden oder eine Kombination der beiden kann verwendet werden. Der VCAD 45 ist mit einer Kombination 90 eines Gaschromatographen/Elektroneneinfangdetektors und eines Ionenmobilitätsspektrometers verbunden. In der bevorzugten Ausführungsform wird nur ein Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor verwendet; jedoch kann anstelle davon das Ionenmobilitätsspektrometer verwendet werden oder eine Kombination der beiden kann verwendet werden. Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß mehr als ein Elektroneneinfangdetektor mit einem einzelnen Gaschromatographen verwendet werden kann. Wenn mehrere Elektroneneinfangdetektoren verwendet werden, können diese in Kaskade angeordnet sein.

Der Gaschromatograph ist eine Einrichtung, die zum Trennen der Moleküle der flüchtigen Komponenten zur Detektion über der Zeit verwendet wird. Die Einrichtung verwendet eine Trennungstechnik, die die Durchführung einer gasförmigen sich bewegenden Phase durch ein Volumen, das eine feste Adsorptionsphase enthält, beinhaltet. Die Gaschromatograph wird hauptsächlich als eine quantitative analytische Technik verwendet. Der Gaschromatograph wird typischerweise im Zusammenhang mit einer abschließenden Detektionseinrichtung, beispielsweise einem Elektroneneinfangdetektor, der eine Ionisationskammer ist, die zum Bestimmen der Anwesenheit von bestimmten Ionen verwendet wird, verwendet. Das Ionenmobilitätsspektrometer ist eine Einrichtung, die Probemoleküle ionisiert und erfaßt, um so bestimmte Moleküle über deren Ankunftszeit an dem Detektor zu identifizieren.

PROBENENTNAHMEKAMMER

Das Probenentnahmekammerportal für Personen ist ein Portal, welches in solcher Weise ausgelegt ist, daß dann, wenn eine Person durch diese Kammer in einem normalen Gehschritt läuft, eine interne Luftströmung eine Probe von Dämpfen und/oder einer Partikelmaterie von diesen an eine Probenentnahmeöffnung transportiert, wo sie zur Analyse gesammelt wird. Es gibt drei Hauptentwurfsanforderungen, die die Kammer erfüllen sollte. Zunächst muß das Probenentnahmekammerportal eine bedeutungsvolle Probe der Umgebung, die eine Person oder ein Objekt umgibt, die durch die Kammer laufen, sammeln. Unter Berücksichtigung der Lösung für das Problem, das von der ersten Entwurfsanforderung gestellt wird, ist es erforderlich, zu betrachten, daß das Probenentnahmekammerportal groß genug für eine Person mit durchschnittlicher Größe sein muß, so daß diese in komfortabler Weise durch die Kammer geht; deshalb existiert ein beträchtliches Luftvolumen innerhalb der Kammer, was möglicherweise nur zu mehreren Teilen von Dampf oder Partikeln pro einer Trillion Teilen von Luft oder möglicherweise sogar weniger führt. Die Lösung für dieses Problem einer Verdünnung besteht darin, die Kammer lang genug zu entwerfen, so daß die Person oder das Objekt, die durch die Kammer laufen, in der Kammer für eine Zeitdauer bleibt, so daß eine bedeutungsvolle Probe der Umgebung gesammelt werden kann. Als zweites muß für die Zwecke der Empfindlichkeit und Selektivität und zum Verhindern einer gegenseitigen Verunreinigung der zu analysierenden Probe die zu sammelnde Probe so weit wie möglich von der Umgebung isoliert werden. In Anbetracht der Lösung des Problems, das von der zweiten Entwurfsanforderung gestellt wird, ist es erforderlich, nochmals das Problem einer Verdünnung zu berücksichtigen, die verursacht wird, weil eine große Kammer bereitgestellt wird. Da dort bereits ein Verdünnungsproblem existiert, muß die Kammer mit einer einzigartigen Geometrie und internen Aerodynamiken konstruiert werden, um eine weitere Verdünnung und Verunreinigung durch das Mischen von interner Luft mit der Umgebungsluft zum größtmöglichen Ausmaß zu verhindern. Die dritte Entwurfsanforderung besteht darin, daß die Probe in einer möglichst vollständigen Form in einer möglichst kurzen Zeit gesammelt wird. Bei der Betrachtung einer Lösung des Problems, das von der dritten Entwurfsanforderung gestellt wird, ist es erforderlich, die Probleme und Lösungen zu betrachten, die voranstehend erwogen werden, und einen Ausgleich zwischen diesen zu finden. Die Zeit, die eine Person oder ein Objekt beim Durchlaufen durch die Kammer verbringt, muß ausreichend groß sein, um eine bedeutungsvolle Probe zu sammeln, aber nicht lang genug, um in unnötiger Weise lange Fußgängerverkehrsverzögerungen zu verursachen. Da zweitens ein Verdünnungsproblem existiert, wurde die Kammer in einer einzigartigen Weise ausgelegt, um so eine gegenseitige Verunreinigung mit der Umgebungsluft zu verhindern, und dieses einzigartige Design darf den normalen Verkehrsfluß nicht verhindern; deshalb müssen die aerodynamischen Auslegungen, die bei der Lösung für das zweite Problem diskutiert werden, so sein, daß eine bedeutungsvolle Probe schnell gesammelt wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 ist eine Querschnittsansicht und eine Endansicht des Probenentnahmekammerportals 100 gezeigt. Das Probenentnahmekammerportal 100 weist eine rechteckförmige Geometrie mit internen Abmessungen von ungefähr einer Länge von sechs Fuß, einer Höhe von sieben Fuß und einer Breite von drei Fuß auf. Diese Dimensionen ermöglichen einer Person mit durchschnittlicher Größe, die in einem normalen Gehschritt geht, in der Kammer 100 für ungefähr zwei bis drei Sekunden zu bleiben, was genug Zeit ist, um die voranstehend erwähnte bedeutungsvolle Probe zu sammeln. Die rechteckförmige Kammer 100 weist zwei Wände 102a und 102b auf, die entlang der Länge der Kammer 100 verlaufen, einen Boden 104, eine zusammenlaufende oder konisch ausgebildete Decke 106, deren Bedeutung nachstehend noch diskutiert wird, und ein Dach 107. Um den ungehinderten Fluß des Fußgängerverkehrs durch die Kammer 100 aufrecht zu erhalten, wurden keine Türen und nur zwei Wände 102a und 102b verwendet. Handgeländer 108a und 108b, die jeweils an den Wänden 102a und 102b angebracht sind, sind vorgesehen, um Personen beim schnellen und sicheren Durchlaufen der Kammer 100 zu unterstützen. Der Boden 104 der Kammer 100 ist nicht eine erforderliche Komponente und in anderen Konfigurationen wird er nicht verwendet. Die Kammer 100 kann unter Verwendung einer Vielzahl von Materialien, einschließlich Aluminium und Plastikmaterialien, konstruiert sein; jedoch werden durchsichtige Materialien wie Plexiglas oder Faserglas bevorzugt, so daß Personen, die durch die Kammer 100 laufen, beobachtet werden können. Zusätzlich kann eine Videokamera 109 oder sogar eine elektronische Standbildkamera verwendet werden, um von der Person, die durch die Kammer 100 läuft, ein Bild einzufangen, welches zusammen mit den gesammelten Daten elektronisch gespeichert wird.

Das Probenentnahmekammerportal 100 arbeitet auf einem Luftzurückzirkulierungsprinzip und die einzige Luft, die von dem intern rezirkulierendem Volumen entfernt wird, ist ein vergleichsweise geringer Betrag, der die Probenentnahmeöffnung 118a verläßt. Das interne Luftvolumen wird durch interne Luftströmungsführungen oder Strahlen zirkuliert und von einem Sammlungskanal 110 gesammelt, der ein 16 Inch · 20 Inch · 6 Inch rechteckförmiger Kanal ist, der mit der Mitte der konischen Decke 106 verbunden ist und der in den Raum ausläuft, der zwischen der Decke 106 und dem Dach 107 erzeugt wird. Dies führt zu einem großen Volumen der gesteuerten rezirkulierenden Luftströmung, die eine Dampf- und/oder Partikelprobe irgendwo aus der Kammer 100 an die Probenentnahmeöffnung 118a in ungefähr einer Sekunde liefern kann.

Die konische Decke 106 trägt zu der Sammlung des Probevolumens durch Erzeugung eines umgekehrten Trichters für die Luftprobenströmung bei, was dazu dient, ein größeres Luftvolumen über einen kleineren Querschnitt für Probenentnahmezwecke zu konzentrieren. Eine dynamische Niederdruckzone wird in dem Bereich des Sammlungskanals 110 erzeugt, wenn die Luft durch den Sammlungskanal 110 in den Deckenbereich durch vier Abzuggebläse gezogen wird, von denen zwei in der Fig. 2 mit 114 und 114a gezeigt sind. In jeder Ecke der Kammer 100 sind Endsäulen 112a-d mit einem Durchmesser von sechs Inch angeordnet. Jede der vier Endsäulen 112a-d ist vertikal in der Kammer 100 angebracht und verläuft von dem Boden 104 zu der Decke 106. Jede Säule 112a-d weist sechs Schlitze mit einer Länge von einem Fuß und einer Breite von einem halben Inch und halbinterne Führungsflügel (nicht gezeigt) zum Richten der Luftströmung unter einem Winkel von 45º in Richtung auf die Mitte der Kammer 100 hin auf. Die Luftströmung durch die Säulen 112a-d wird von vier unabhängigen Gebläsen bereitgestellt, von denen zwei in der Fig. 2 als Gebläse 114 und 114a gezeigt sind. Die vier Gebläse sind in der Kammer 100 über der chronischen Decke 106 unter dem äußeren Dach 107 angebracht. Jedes Gebläse ist mit einem der Endsäulen 112a-d verbunden und stellt Luft mit 1000 CFM an jeder Säule 112a-d bereit. Die Ansaugseite der Gebläse ist zu einem gemeinsamen und offenen Bereich, der sich in dem gleichen Raum befindet, den die Gebläse belegen, offen. Zusätzlich zu diesen nach innen gerichteten vertikalen Luftströmungen 113a-d gibt es zwei nach oben gerichtete Luftführungen oder Strahlen, die sich in Seitenluftströmungsröhren 116a und 116b befinden, die entlang des Bodens 104 und an den Wänden 102a und 102b angebracht sind. Die Seitenflußröhren 116a und 116b sind mit Endsäulen 112a-d verbunden und empfangen Luft von diesen. In jeder Seitenflußröhre 116a und 116b gibt es Luftschlitze von zwölf Inch mal einem halben Inch, wobei einer von diesen bei 117a gezeigt ist, die sich in der Mitte jeder Röhre befinden und auf die Mitte der Kammer unter einem Winkel von fünfundvierzig Grad gerichtet sind, wie in Fig. 2 gezeigt. Der kombinierte Effekt der Luftströmung, die von den Endsäulen 112a-d und den Seitenflußröhren 116a und 116b erzeugt wird, ist ein Bereich mit einem dynamisch hohen Druck, der in dem Mittenbereich der Kammer 100 erzeugt wird. Die Umluftgebläse, die Luft durch den Sammlungskanal 110 ziehen, erzeugen eine dynamische Niederdruckzone innerhalb der Kammer 100, die einen Nettoluftströmung in Richtung auf den Sammlungskanal 110 hin erzeugt. Diese Luftströmung ist die Strömung, die Personen oder Objekte, die durch die Kammer gehen, abkehrt. Der Effekt des Hochdruckbereichs und des Niederdruckbereichs, die durch Aussaugen der Luftprobe durch die konische Decke 106 und in den Sammlungskanal 110 hinein erzeugt wird, ist ein Gleichgewicht von atmosphärischen Bedingungen, was dazu führt, daß sehr wenig externe Luft in die Kammer 100 eintritt oder diese verläßt. Grundlegend verhindert der Hochdruckbereich, daß Luft in die Kammer 100 eintritt. Der Hauptteil der sich bewegenden Luftmasse geht durch den Sammlungskanal 110 und an den gemeinsamen Hohlraum, wo sie wieder von den vier Gebläsen verwendet wird, um das interne Volumen der Kammer 100 umzuwälzen. Ein Teil der umgewälzten Luft wird durch eine Sammlungsöffnung 118a gesammelt, die das offene Ende eines Rohrs 118 ist, das zum Transportieren einer gewählten Probe von der Kammer 100 an die zweite Betriebsstufe verwendet wird, nämlich an die Vorkenzentrierungs- und Verdampfungsstufe, die nachstehend diskutiert wird. Das Rohr 118, das gegenwärtig verwendet wird, ist aus ABS Plastik konstruiert; jedoch kann irgendein anderes Rohrherstellungsmaterial verwendet werden, beispielsweise rostfreier Stahl.

Die vier Endsäulen 112a-d und die zwei Seitenluftströmungsrohre 116a und 116b stellen eine Ausführungsform zum Zuführen der Luft, die von den vier unabhängigen Gebläsen zugeführt wird, als getrennte und gerichtete Luftstrahlungsströmungen dar. Die Gebläse können mit verschiedenen Typen von Luftkanälen oder Hohlräumen mit Führungsflügeln oder Düsen verbunden werden, um die austretende Luft in Luftströmungen auszubilden. Zusätzlich können geteilte hohle Wände ebenfalls mit Führungsflügeln oder Düsen als ein alternativer Ansatz zum Ausbilden der Luft von den Gebläsen in getrennte und gerichtete Luftstrahlströmungen verwendet werden. Die Vorgehensweise, mit der die Luftströmung an die Führungseinrichtung geführt wird und die Vorgehensweise, in der die Strahlströmungen gebildet werden, ist nicht kritisch, unabhängig davon, wie die spezifischen Richtungen der Strahlströmungen sind. Es ist wichtig, daß der geeignete Winkel und die Orientierung der Strahlströmungen aufrechterhalten wird, um so eine Nettoluftströmung bereitzustellen, die eine Person oder ein Objekt abkehren kann, die durch die Probenentnahme-Kammereinrichtung 100 gehen, während die Integrität des Luftvolumens innerhalb der Probenentnahme-Kammereinrichtung 100 aufrechterhalten wird.

HANDAUFNAHMEGERÄT

Das Handaufnahmegerät ist eine Einrichtung zum Sammeln eines Probeluftvolumens von einem spezifischen Bereich auf einer Person oder einem Objekt und zum Entfernen von Partikelmaterie von der Person oder dem Objekt und zum Einführen der Partikelmaterie in das Probeluftvolumen, während eine unerwünschte Verunreinigung des Probeluftvolumen von der Umgebung verhindert wird. Während das Probenentnahme-Kammerportal Dämpfe, die eine Person umgeben, sammelt und Partikel von der Person abkehrt, sammelt das Handaufnahmegerät ein konzentrierteres Probeluftvolumen, das Dämpfe und Partikelmaterie von einem bestimmten Bereich der Person oder des Objekts sammelt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist die Ansicht des Handaufnahmegeräts 200 von unten gezeigt. Das Handaufnahmegerät 200 umfaßt im wesentlichen zwei Hauptabschnitte, den Kopf 210 und den Griff 240. Der Kopf 210 und der Griff 240 sind durch ein Schwenkgelenk 223 verbunden, das dem Kopf 210 ermöglicht, sich an schwer zu erreichende Stellen zu verschwenken oder verschiedene Winkel einzunehmen. Der Kopf 210 umfaßt eine sich drehende Bürste 212, die innerhalb der Einlaßöffnung 214 des Kopfs 210 angeordnet ist. Die sich drehende Bürste 212 wird verwendet, um Partikelmaterie, die an einer Person oder einem Objekt anhaftet, abzukehren und zu entfernen. Die sich drehende Bürste 212 wird von einer Luftturbine 216 über einen Riemenantrieb 218 angetrieben. Die Luftturbine 216 befindet sich in Richtung auf das Auslaßende des Kopfs 210 hin und wird von der Luftströmung über den Turbinenflügeln der Turbine 216 angetrieben. Die Luftströmung, die die Turbine 216 antreibt, wird von einem Ansauggebläse verursacht, welches sich in dem zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystem befindet. Dieses Ansauggebläse wird verwendet, um das Probeluftvolumen während der Probenentnahmeperiode anzusaugen. Eine vollständige Beschreibung der Probenentnahmeprozedur wird mit näheren Einzelheiten in den folgenden Abschnitten angegeben. Der Effekt der Abkehrwirkung und der Ansaugung des Probeluftvolumens wird kombiniert, um ein Probeluftvolumen zu erzeugen, welches sowohl Dämpfe als auch Partikelmaterie enthält.

Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß einige der verschiedenen Materialien von Interesse "klebrige Reste" oder "klebrige Partikel" auf den Personen oder Objekten, die in Kontakt mit diesen Materialien kommen, zurücklassen; um diese zu entfernen, ist es deshalb erforderlich, sie von der Person oder dem Objekt physikalisch abzukehren.

Die "klebrigen Partikel" sind von einer speziellen Klasse von Zielmaterialien; nämlich, Plastiksprengstoffe, beispielsweise das militärische Hochsprengstoffmittel C4, DM-12 und SEMTEX. Es ist wichtig, daß diese Partikel gesammelt werden, weil sie extrem niedrige Dampfdrucke aufweisen und deshalb mit Dampfdetektoren nicht detektierbar sind. Typischerweise weisen diese Sprengstoffe einen Druck von 10.000- bis 1.000.000-fach geringer als herkömmliche Sprengstoffe auf. Wenn die Partikel selbst nicht gesammelt werden, ist es im Grunde genommen deshalb unmöglich, die Anwesenheit dieser Sprengstoffe zu erfassen. Diese bestimmten Sprengstoffe können nicht behandelt werden, ohne daß der klebrige Rest an den Stellen zurückbleibt, die in Kontakt mit den Sprengstoffen gekommen sind. Eine vollständigere Beschreibung dieses Phänomens wird in dem Analyseabschnitt gegeben.

Das Ansauggebläse, welches verwendet wird, um das Probeluftvolumen anzusaugen, kann eine Strömungsrate von 70 bis 85 CFM entwickeln. Diese Strömungsrate setzt sich in ein Vakuum um, das 115 bis 140 Inch Wasser anheben kann, wenn das Handaufnahmegerät 200 an der Seite eines Gepäckstücks abgedichtet ist, und ein Vakuum, das auf 33 bis 40 Inch von Wasser ansteigen kann, wenn das Handaufnahmegerät 200 zur Umgebungsatmosphäre durch eine Öffnung von einem Inch geöffnet ist. Durch experimentelle Studien ist festgestellt worden, daß dieses Vakuum dem Handaufnahmegerät 200 ermöglicht, Dämpfe durch die Seite eines Tuchs und Vinylkoffer sowie durch die Seitenwände von Plastiktüten, in denen Sprengstoffe versteckt worden sind, anzusaugen. Die Bestimmung, ob eine bedeutungsvolle Probe von Dämpfen gesammelt worden ist, hängt von der Konzentration der anfänglichen Probe und der Porosität des bestimmten Behälters ab.

Die Einlaßöffnung 214 umfaßt Kanten 220, die aus einem festen Material, beispielsweise einem harten Plastik oder Metall gebildet sind. Diese Kanten 220 sind an der Einlaßöffnung 214 durch einen Federlademechanismus in solcher Weise angebracht, daß den Kanten 220 ermöglicht wird, in Aushöhlungen an einer Person oder auf einem Objekt gedrückt zu werden. Dies ermöglicht einer Abdichtungskante 222 aus einem weichen elastomerischen Material, welches sich an dem äußeren Umfang der Kanten 220 befindet, in Kontakt mit dem Objekt gebracht zu werden, um eine Vakuumabdichtung bereitzustellen, die eine Verunreinigung des Probeluftvolumens durch die Umgebungsatmosphäre verhindert.

Der Kopf 210 ist mit dem Griff 240 durch einen Kanal 224 und ein Schwenkgelenk 223 verbunden. Wie voranstehend angegeben, ist dieses Gelenk eine Schwenkverbindung, die einen einfachen Zugriff des Kopfs 210 auf bestimmte Stellen ermöglicht. Der Kanal 224 verläuft durch die Länge des Griffs 240 und ist danach flexibel. Er verbindet das Handaufnahmegerät 200 mit den ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystemen und zum Transportieren des Probeluftvolumens, das an diese Systeme zur Vorkonzentration und/oder Verdampfung gesammelt wird, was wie voranstehend angegeben nachstehend diskutiert wird. Die Vereinigung zwischen dem Rohr 220 und dem Griff 242 kann auch eine Gelenkverbindung sein, um eine größere Freiheit der Bewegung zu ermöglichen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist eine Seitenansicht des Handaufnahmegeräts 200 gezeigt, um die Konstruktion des Griffs 240 besser darzustellen. Der Griff 240 umfaßt einen Hauptabschnitt 242, durch den das Rohr 224 läuft, und einen Ergreifungsabschnitt 244, den der Benutzer hält. Ein Steuerkabel 246 läuft durch den Ergreifungsabschnitt 244 und führt sämtliche Steuerungs- und Signalanzeigedrähte von dem Steuer- und Datenverarbeitungssystem, das nachstehend diskutiert wird, an die Steuerungen und Anzeigen des Handaufnahmegeräts 200. Fig. 6 zeigt eine Ansicht des Handaufnahmegeräts 200 von oben und zeigt das Steuerfeld 248 und das Anzeigefeld 250. Die Steuerungen und Anzeigen können verwendet werden, um das Detektionsüberwachungssystem von einem entfernten Ort zu betreiben.

Das Steuerfeld 248 umfaßt Steuerschalter, die zum Betätigen einer Einzelzyklusfunktion, einer kontinuierlichen Zyklusfunktion, einer Pausenfunktion und der Rücksetzfunktion des Detektions- und Überwachungssystems verwendet werden. Die Funktionen für den einzelnen Zyklus, den kontinuierlichen Zyklus und die Pause sind der Sammlung der Zielmaterialien zugeordnet. Die Rücksetzfunktion wird verwendet, um das System nach einer Alarmbedingung erneut zu initialisieren. Das Anzeigefeld 250 umfaßt einen Alarmanzeigebereich und einen numerischen Anzeigebereich. Der Alarmanzeigebereich wird verwendet, um anzuzeigen, ob ein Zielmaterial von dem ersten Probesammlungs- und Analyseuntersystem, dem zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystem oder von beiden erfaßt worden ist. Zusätzlich umfaßt die Alarmanzeige einen Audioalarm, der dem Systembenutzer anzeigt, daß eine Zielsubstanz detektiert worden ist. Der numerische Anzeigebereich wird normalerweise verwendet, um eine Identifikationsnummer anzuzeigen, die zu der Probe gehört, die gerade genommen wird, sie kann aber auch zum Anzeigen der Identifikationsnummer der Probe verwendet werden, die den Alarm ausgelöst hat.

AUTOMATISIERTE GEPÄCK/PAKET-PROBENENTNAHMEKAMMER

Die automatisierte Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer ist eine Einrichtung zum Sammeln eines Probeluftvolumens, das ein Objekt umgibt, und zum Entfernen von Partikelmaterie von sämtlichen freigelegten Oberflächen des Objekts und zum Einführen der Partikelmaterie in das Probeluftvolumen. Wie das Handaufnahmegerät sammelt die automatisierte Gepäck/Paket- Probenentnahmekammer ein konzentrierteres Probeluftvolumen, das Dämpfe und Partikelmaterie enthält, als das Probenentnahmekammerportal. Wie für den Fall des Handaufnahmegeräts weist die automatisierte Gepäck/Paket- Probenentnahmekammer eine Einrichtung zum Sammeln des Probeluftvolumens direkt von dem Objekt auf.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 ist die grundlegende Konfiguration der automatisierten Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer 300 gezeigt. Die automatisierte Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer 300 ist ein Aufbau mit einem rechteckförmigen Tunnel mit einem offenen Ende. Die Größe der Kammer 300 kann unterschiedlich sein, jedoch wird in zweckdienlicher Weise die Größe der Kammer 300 so gewählt, so daß sie derjenigen einer Gepäckabtast- Röntgenstrahleinrichtung der Art, die in Flughäfen heutzutage verwendet wird, angepaßt ist. In dieser Ausführungsform ist die Länge der automatisierten Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer 300 ungefähr sechs Fuß, die Breite ungefähr 38 Inch und die Höhe 32 Inch. Die automatisierte Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer 300 ist über einem Transportband 350 angebracht, das zum Transportieren des Gepäcks oder der Pakete durch die Kammer 300 bei einer Geschwindigkeitsrate verwendet wird, die ermöglicht, daß eine Probe von dem Gepäck oder den Paketen für eine Dauer genommen wird, die ungefähr zwischen drei bis sieben Sekunden liegt, obwohl der Bereich, wenn gewünscht, erweitert werden kann. Die automatisierte Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer 300 umfaßt auch wenigstens vier automatisierte Probenentnahmeköpfe 310, 320, 330 und 340, die zum Sammeln des Probeluftvolumens verwendet werden.

Die vier automatisierten Probenentnahmeköpfe 310, 320, 330 und 340 enthalten jeweils sich drehende Bürsten, die zum Entfernen der "klebrigen" Partikel von dem Gepäck oder einem anderen Objekt von Interesse verwendet werden. Der erste automatisierte Probenentnahmekopf 310 ist an dem Eingang der Kammer 300 unmittelbar vor dem Transportband 350, wie in Fig. 8 gezeigt, angeordnet. Der Einlaß des ersten automatisierten Probenentnahmekopfes 310 erstreckt sich über die gesamte Breite der Kammer 300 und ist so eingestellt, daß die sich drehende Bürste sanft Dämpfe und Partikel von dem Boden des Gepäcks oder des Pakets 302 abkehrt und ansaugt, wenn diese auf das Transportband 350 gedrückt werden. Wie voranstehend angegeben, hinterlassen die verschiedenen Materialien von Interesse einen "klebrigen Rest" an den Objekten, mit denen sie in Kontakt kommen, und somit ist es erforderlich, die Partikelmaterie von dem Objekt abzukehren. Der erste automatisierte Probenentnahmekopf 310 ist ein Ventil, das mit einem gemeinsamen Hohlraum (nicht gezeigt) über ein Rohr oder einen Kanal 310 verbunden ist.

Der zweite automatisierte Probenentnahmekopf 320 ist mit dem Dach der Probenentnahmekammer 300 innerhalb des Eingangs der Kammer 300 schwenkbar verbunden. Ein Darstellungsbeispiel eines typischen Probenentnahmekopfs 320 ist in Fig. 9 gezeigt. Der Einlaß des zweiten automatisierten Probenentnahmekopfs 320 erstreckt sich über die gesamte Breite der Probenentnahmekammer 300, und, wenn sich das Gepäckstück oder das Paket 320 durch die Probenentnahmekammer 300 bewegt, kehrt der zweite Probenentnahmekopf 320 Dämpfe von den oberen Abschnitten des Gepäckstücks oder des Pakets 320 und saugt diese an. Der zweite automatisierte Probenentnahmekopf 320 ist mit dem Dach der Probenentnahmekammer 300 über zwei Paare von Parallelverschiebungsarmen 321 und 323 verbunden. Erste und zweite Verschiebefedern 325 und 327 sind zwischen jedem Satz der Parallelverschiebungsarme 321 und 323 angebracht, um den Probenentnahmekopf in den Pfad des Gepäcks vorzuspannen und eine Spannung zwischen dem Probenentnahmekopf 320 und dem Gepäckstück oder dem Gepäck 302 bereitzustellen, wenn sich diese durch die Kammer bewegen. Die Verschiebefedern 325 und 327 halten den zweiten automatisierten Probenentnahmekopf 320 in einem engen Kontakt an dem Gepäckstück oder dem Paket 320, wenn die Parallelverschiebungsarme 321 und 323 nach oben gedrückt werden. Der zweite automatisierte Probenentnahmekopf 320 ist ein Ventil, das mit dem gemeinsamen Hohlraum über ein Rohr oder einen Kanal 322 verbunden ist.

Wie in Fig. 10 dargestellt sind dritte und vierte automatisierte Probenentnahmeköpfe 330 und 340 an gegenüberliegenden Seiten der Probenentnahmekammer 300 über Gelenke verbunden, so daß sie den zweiten automatisierten Probenentnahmekopf 320 nicht stören. Die dritten und vierten Probenentnahmeköpfe 330 und 340 stellen sich automatisch auf die Breite des Gepäckstücks oder des Pakets 302 durch eine Federvorbelastung oder durch die Verwendung von Sensoren und Servos (nicht gezeigt) in solcher Weise ein, daß die Seiten des Gepäckstücks oder des Pakets 302 durch die Probenentnahmeköpfe sanft abgekehrt werden. Die dritten und vierten Probenentnahmeköpfe 330 und 340 sind Ventile, die mit der gemeinsamen Rohrverzweigung über Röhren oder Kanäle 332 und 342 verbunden sind.

Die Probenentnahme eines Gepäckstücks oder Paketstücks umfaßt drei Probenentnahmesequenzen. Zunächst bewegt sich das Gepäck oder das Paket 302 über den ersten automatisierten Probenentnahmekopf 310, der sich an dem Eingang der Probenentnahmekammer 300 befindet. Während dieses Prozesses wird die Ansaugung und die Luftströmung, die von dem Ansauggebläse erzeugt wird, die sich in dem zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystem befindet, vollständig an diesen Probenentnahmekopf 310 gerichtet. Das Ventilsystem (nicht gezeigt) an diesem Probenentnahmeschritt trifft Vorkehrungen, daß das Ventil für den Probenentnahmekopf 310 zu der gemeinsamen Rohrverzweigung offen ist, während die Ventile zu den übrigen Probenentnahmeköpfen 320, 330 und 340 geschlossen sind. Im zweiten Probenentnahmeschritt wird der zweite automatisierte Probenentnahmekopf 320 aktiviert. Wenn das Gepäck oder das Paket einen eingestellten Punkt in der Probenentnahmekammer 300 erreicht, dann wird der zweite Probenentnahmekopf 320 von seinem Sensor aktiviert. Ein Ventil (nicht gezeigt), das die Luftströmung an die gemeinsame Rohrverzweigung steuert, wird geöffnet und das Ventil, das zu dem zweiten automatisierten Probenentnahmekopf 320 führt, wird geöffnet, während die Ventile, die den übrigen Probenentnahmeköpfen 310, 330 und 340 zugeordnet sind, geschlossen werden. Die Luftströmung und die Ansaugwirkung ist nun vollständig dem zweiten automatisierten Probenentnahmekopf 320 zugeordnet. In dem dritten und letzten Schritt werden die dritten und vierten Probenentnahmeköpfe 330 und 340 aktiviert. Wenn das Gepäck 320 oder das Paket einen anderen eingestellten Punkt in der Probenentnahmekammer 300 erreicht, dann werden die dritten und vierten Probenentnahmeköpfe 330 und 340 von dem speziell verwendeten Sensor aktiviert. In dieser letzten Stufe ermöglicht das Ventilsystem eine Luftströmung und eine Ansaugung nur für diese zwei automatisierten Probenentnahmeköpfe 330 und 340. Wenn das Gepäck 302 oder das Paket auf dem Transportband 350 nach vorne bewegt wird, bewegen sich die dritten und vierten Probenentnahmeköpfe 330 und 340 auf die Seiten des Gepäcks 302 hin und bürsten Dämpfe und Partikel sanft ab und saugen diese an.

Das Vakuumgebläse, das zum Ansaugen des Probeluftvolumens verwendet wird, kann eine Strömungsrate von 70 bis 85 CFM in jedem Probenentnahmekopf entwickeln, was dem Probenentnahmekopf ermöglicht, Dämpfe durch die Nähte und Verschließungsgelenke des Gepäcks anzusaugen. Er wird auch Dämpfe durch Tuch- und Vinylgepäckstücke sowie durch Plastikmaterial, welches zum Verstecken von Sprengstoffen verwendet wird, ziehen. Die Bestimmung, ob eine nützliche Probe von Dämpfen gesammelt worden ist, hängt von der Konzentration der anfänglichen Probe und der Porosität des bestimmten Behälters ab.

Die gemeinsame Rohrverzweigung (nicht gezeigt) ist mit den ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystemen verbunden. In einer Ausführungsform wird das Probeluftvolumen, das von jedem automatisierten Probenentnahmekopf 310, 320, 330 und 340 gesammelt wird, direkt an die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme gesendet, und somit werden drei getrennte Analysen für ein bestimmtes Gepäckstück 302 durchgeführt. In einer zweiten Ausführungsform können die Probeluftvolumen, die von sämtlichen vier automatisierten Probenentnahmeköpfen 310, 320, 330 und 340 gesammelt werden, gesammelt und dann an die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme für eine einzelne Analyse freigegeben werden.

ERSTES PROBESAMMLUNGS- UND ANALYSEUNTERSYSTEM

Das erste Probesammlungs- und Analyseuntersystem 400, das in Fig. 11A gezeigt ist, ist der Partikelsammler und Detektor. Er ist in einer Linie zwischen der Probenentnahmeeinrichtung, die entweder das Probenentnahmekammerportal zum Durchgehen, das Handaufnahmegerät, oder die automatisierte Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer ist, und dem zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystem 500 angeordnet. Der PCAD 400 umfaßt den Probesammler und Verdampfer 410 und den chemischen Analysator 460, die entweder ein Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor(Detektoren), GC/ECD, oder ein Ionenmobilitätsspektrometers, IMS, oder beides sein können. Der PCAD 400 wird verwendet, um Partikel in dem Probeluftvolumen, das in einer der drei Probenentnahmeeinrichtungen gesammelt wird, hinsichtlich der chemischen Verbindung von Interesse zu sammeln und zu analysieren. Dies wird erreicht, indem die Partikel gesammelt und in dem SCAV 410 in Dampf umgewandelt werden und dann die Dämpfe an den chemischen Analysator 460 zur Analyse weitergegeben werden. Eine Beschreibung des SCAV 410, der im Zusammenhang mit beiden Typen von chemischen Analysatoren 460 arbeitet, wird in den folgenden Paragraphen aufgeführt.

PROBESAMMLER UND VERDAMPFER (SCAV)

Der SCAV 410 befindet sich in einer Linie zwischen einem der drei Probenentnahmeeinrichtungen und dem zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystem 500. Der SCAV 410 wird verwendet, um Partikelproben von einer Luftströmung zu sammeln und zu verdampfen, wenn sie sich von einer der drei Probenentnahmeeinrichtungen durch den PCAD 400 und weiter an das zweite Probesammlungs- und Analyseuntersystem 500 bewegt. An den SCAV 410 wird eine Luftströmung über ein Rohr 402 geführt, welches sich an eine der drei Probenentnahmeeinrichtungen erstreckt und mit dieser verbunden ist. Während Probenentnahmeperioden saugt ein Hochdruckansauggebläse 404 das Probeluftvolumen von einem der drei Probenentnahmeeinrichtungen, wodurch die Luftströmung veranlaßt wird, in den SCAV 410 hinein zu strömen. Das Ansauggebläse 404 ist mit einem Rohr 402 auf der Ansaugseite verbunden und die Ausgabe des Gebläses 404 ist mit einem Entlüftungs- oder Abgassystem an die Umgebung verbunden.

Der SCAV 410 umfaßt eine sich drehende kreisförmige Platte 412, eine Sammlungskammer 414, eine Verdampfungskammer 416, und eine Reinigungskammer 418. Die Sammlungs-, Verdampfungs- und Reinigungskammern 414, 416 und 418 sind aus der Vereinigung von ersten und zweiten festen SCAV Platten 420 und 422 gebildet. Die ersten und zweiten festen SCAV Platten 420 und 422 umfassen jeweils ungefähr eine Hälfte des Volumens jeder der drei Kammern 414, 416 und 418. Die ersten und zweiten festen SCAV Platten 420 und 422 sind so ausgerichtet, daß die Sammlungskammer 414, die Verdampfungskammer 416 und die Reinigungskammer 418 um 120 Grad getrennt voneinander konfiguriert sind. Die sich drehende kreisförmige Platte 412 befindet sich zwischen den ersten und zweiten festen Platten 420 und 422 und ist für eine Drehung dazwischen angebracht. Die sich drehende kreisförmige Platte 412 weist drei kreisförmige Löcher 412a, b und c auf, die um 120 Grad zueinander versetzt sind und mit drei Gitterfilterelementen 426a, b und c bedeckt sind. Die Konfiguration der drei Filterelemente 426a, b und c auf der sich drehenden kreisförmigen Platte 412 ist in Fig. 12 gezeigt. Die sich drehende kreisförmige Platte 412 wird von einem Motor 428 um 120 Drehungsgrade während jeder Probenentnahmeperiode gedreht, so daß jedes der Gitterfilterelemente 426a, b und c eine Kammer der Sammlungskammer 414, der Verdampfungskammer 416 oder der Reinigungskammer 418 während einer gegebenen Probenentnahmeperiode belegt. Der Motor 428, der zum Drehen der sich drehenden kreisförmigen Platte 412 verwendet wird, ist ein Getriebekopfmotor, der von einer PCAD Stelleinheit gesteuert wird, die ein integraler Teil des Steuer- und Datenverarbeitungssystems ist, welches in den nachfolgenden Paragraphen mit näheren Einzelheiten beschrieben werden soll. Ein Schrittmotor kann ebenfalls verwendet werden. Beim Abschluß jeder Drehung zieht ein Hebelmechanismus 432, der von einem Solenoid 430 betätigt wird, die ersten und zweiten festen SCAV Platten 420 und 422 so zusammen, daß jedes der drei Filterelemente 426a, b und c in jeder der drei Kammern 414, 416 und 418 während einer bestimmten Probenentnahmeperiode abgedichtet ist. Das Solenoid 430 und der Hebelmechanismus 432 werden von der PCAD Stelleinheit gesteuert. Die drei Filterelemente 426a, b und c sind vollständig in einer luftdichten Weise in jeder der drei Kammern 414, 416 und 418 abgedichtet. Die luftdichte Abdichtung wird durch eine O-Ring- Abdichtung bereitgestellt, die jede der drei Kammern 414, 416 und 418 umgibt. Die O-Ring-Abdichtungen werden um den Umfang der Kammern angeordnet, und genauer gesagt, um jede der Halbkammern in jeder der ersten und zweiten festen SCAV Platten 420 und 422. Um vollständig die Konstruktion und den Betrieb des SCAV 410 zu illustrieren, wird eine vollständige Drehung um 360º der sich drehenden kreisförmigen Platte 412 beschrieben.

Um die drei Probenentnahmeperioden zu veranschaulichen, was einer Drehung um 360 Grad der sich drehenden kreisförmigen Platte 412 entspricht, ist es erforderlich, anzunehmen oder zu fordern, daß das Filterelement 426a innerhalb der Sammlungskammer 414 ist, das Filterelement 426b innerhalb der Verdampfungskammer 416 ist, und das Filterelement 426c innerhalb der Reinigungskammer 418 beim Systemstart ist. In dieser Position sind das Filterelement 426a und das Loch 412a direkt zu dem Rohr 420 in einer Linie oder ausgerichtet und somit kann das Filterelement für 261a selektiv, oder genauer gesagt, physikalisch viel Partikel einfangen, die von irgendeiner der drei Probenentnahmeeinrichtungen während einer Probenentnahmeperiode angesaugt werden. Die angesaugte Partikelmaterie ist physikalisch auf dem Filterelement 426a eingefangen oder adsorbiert. Eine vollständige Beschreibung der Filterelemente 426a, b und c wird in den nachfolgenden Paragraphen angeführt. Dämpfe, die von irgendeiner der drei Probenentnahmeeinrichtungen gesammelt werden, gehen durch das Filterelement 426a und gehen direkt zur Konzentrierung an das zweite Probesammlungs- und Analyseuntersystem 500. Die Filterelemente 426a, b und c können in der Gittergröße variiert werden, um so Partikel mit einer spezifischen Größe sämmeln zu können und noch zu ermöglichen, daß Dämpfe leicht da durch gehen. Beim Abschluß dieser ersten Probenentnahmeperiode wird das Solenoid 430 von dem Steuer- und Datenverarbeitungssystem betätigt, wodurch der Hebelmechanismus 432 veranlaßt wird, die ersten und zweiten festen SCAV Platten 420 und 422 zu trennen. Sobald die Trennung der ersten und zweiten festen SCAV Platten 420 und 422 abgeschlossen ist, wird der Getriebekopfmotor 428 von der PCAD Stelleinheit des Steuer- und Datenverarbeitungssystems eingerückt und dreht die kreisförmige Platte 412 um 120 Grad, wobei das Filterelement 426a mit eingefangenen Partikeln innerhalb der Verdampfungskammer 416 plaziert wird, während das Filterelement 426b innerhalb der Reinigungskammer 418 plaziert wird und das Filterelement 426c innerhalb der Sammlungskammer 414 plaziert wird.

Die Verdampfungskammer 416 ist eine abgedichtete Kammer, die ein Paar von elektrischen Anschlüssen 413 enthält, die mit dem Filterelement 426a verbunden ist, wenn dieses bestimmte Filterelement die Verdampfungskammer 416 belegt. Das Paar von elektrischen Anschlüssen 413 stellt einen computergesteuerten Strom direkt an dem Filterelement 426a bereit, um einen spezifischen Betrag einer Ohm'schen Wärmeenergie zu erzeugen, um die gesammelte Partikelmaterie effektiv zu verdampfen. Der Strom wird von dem Steuer- und Datenverarbeitungssystem gesteuert. Durch Experimente ist festgestellt worden, daß eine Blitzwärme einer Dauer von 250 Millisekunden die Zielmaterialien verdampft und einen sofortigen Anstieg des Gasdrucks innerhalb der Verdampfungskammer 416 von einer sehr kurzen Dauer erzeugt, was zur Unterstützung bei der Verdampfung und der Einspritzung eines kontrollierten Volumens der Probe in den chemischen Analysator 460 beiträgt. Da die Blitzerwärmung und -verdampfung stattfindet, wird eine kleine Menge eines Trägergases von der Gaszuführungseinrichtung 434 kontinuierlich in die Verdampfungskammer 416 über eine Gasleitung 436 geführt. Die Gasströmung wird verwendet, um die Moleküle von den verdampften Partikeln in den chemischen Analysator 460 zu kehren oder zu transportieren. In der bevorzugten Ausführungsform ist das verwendete Gas ein Edelgas; jedoch können andere nicht-reaktive Gase verwendet werden. In einer Ausführungsform ist die Verdampfungskammer 416 direkt mit dem chemischen Analysator 460 verbunden und das Trägergas kehrt das verdampfte Material oder das erste Probevolumen direkt in den chemischen Analysator 460, und in einer zweiten Ausführungsform wird ein Dreiwegeventil 438 als eine Schnittstelle zwischen der Verdampfungskammer 416 von dem chemischen Analysator 460 verwendet. Das Rohr 437 transportiert das Probevolumen von der Verdampfungskammer 416 an den chemischen Analysator 460 entweder direkt oder über das Dreiwegeventil 438.

Fig. 11D veranschaulicht schematisch den Analysator 460 für die bevorzugte Ausführungsform der PCAD Einheit. Ein Ionenmobilitäts- Spektrometer 460 ist mit einer Sammlerplatte 461, einem Verschlußgitter 462, und einer Abstoßplatte 463 ausgerüstet, die von einer 3000 Volt Vorspannquelle 464 vorgespannt sind. Die IMS Einrichtung ist aus der sequentiellen Reihe von leitenden und isolierenden Ringen gebildet, die einen Spannungsgradienten über den Driftbereich 465 in einer herkömmlichen Weise bereitstellen. Ein Ring aus Nickel 63 466 ist als die Ionisationsquelle in der Mitte der Reaktionskammer 467 vorgesehen. Nickel 63 ist ein Beta-Emitter, der Elektronen mit niedriger Energie zur Ionisation von Molekülen von Interesse, die in der PCAD Einheit verdampft werden, emittiert.

Das Ionenmobilitäts-Spektrometer 460, welches in Fig. 11D dargestellt ist, ist eine Einrichtung mit einem hohen Tastverhältniszyklus, die konstruiert ist, um eine neue Probe nach jeweils vier oder sechs Sekunden zu analysieren. Während herkömmliche Massenspektrometer für den PCAD Analysator bei niedrigen Tastzyklen geeignet sein würden, ist das Ionenmobilitäts-Spektrometer eine bessere Wahl für hohe Tastzyklen. Die PCAD Einrichtung ist dafür vorgesehen, winzige Partikel von Plastiksprengstoffen, beispielsweise C4, DM12 und Semtex, zu analysieren und zu detektieren, die analytisch von den RDX und PETN Molekülen darin identifiziert werden können. Die Plastik-Sprengstoffpartikel können jedoch auch beträchtliche Mengen von Polymeren, Öl und Plastizitierern zusätzlich zu den Sprengstoffkristallen umfassen und in einer Umgebung mit einem hohen Tastzyklus können herkömmliche GC/MS Detektoren mit unerwünschten Verunreinigungen verklebt werden. Zusätzlich können herkömmliche MS/MS und API/MS Einrichtungen, die für den Betrieb ein hohes Vakuum benötigen, von dem hohen Tastzyklus gesättigt werden und deren Genauigkeit kann beeinträchtigt werden. In dem Ionenmobilitäts-Spektrometer der vorliegenden Erfindung wird die verdampfte Partikelmaterie über ein Rohr 437 von der Blitzverdampfungskammer 416 in die Reaktionskammer 467 eingeführt. Das Driftgas wird an dem Sammlerende der Einrichtung über die Öffnung 468 eingeführt und über die Auslaßöffnung 469 zusammen mit den unerwünschten Verunreinigungen, die von den Teilchen des Plastiksprengstoffes eingeführt werden, ausgelassen. In dem Reaktionsbereich 467 wird die verdampfte Probe durch den Nickelring 63 ionisiert und die ionisierten Moleküle werden dann in den Driftbereich 465 durch das Flußgitter 462 eingelassen. Sämtliche nicht-ionisierten Moleküle, einschließlich der meisten der unerwünschten Verunreinigungen, werden durch den Auslaß 469 evakuiert. Das heißt, daß die Wände des Driftbereichs 465 von dem hohen Tastzyklus relativ klein und nicht verunreinigt bleiben, da nur die ionisierten Moleküle in den Driftbereich eingeleitet werden.

Wenn die CPU 475 eine Prozeßsteuerung 473 und den Blitzverdampfungszyklus initiiert, setzt sie auch die Abtasthalte- Schaltungsanordnung 472 zurück, die wiederum den Gitterpulsgenerator 470 initiiert. Der Gitterpulsgenerator 470 pulst dann sequentiell das Triggergitter 462 nach jeweils 25 Millisekunden, um eine neue Tonenprobe in den Driftbereich 465 zuzulassen. Der Ausgang der Sammlerplatte 461 wird verstärkt und von einem Analog/Digital-Wandler 471 in eine digitale Form umgewandelt und der Ausgang davon wird an eine Abtasthalteschaltung 472 geführt. Die Abtasthalteschaltung 472 wird von einer Prozeßsteuerung 473 synchronisiert zu der Blitzverdampfung in der PCAD Einheit initiiert.

Im Betrieb umfaßt ein typischer Tastzyklus wenigstens einen Sammelzyklus und einen Verdampfungszyklus, und vorzugsweise einen Reinigungszyklus, der in Fig. 11D nicht dargestellt ist. Wie in Fig. 11D dargestellt werden die Filter 466, 467 zwischen einer Sammlungskammer 414 und einer Blitzverdampfungskammer 416 gedreht. Wenn die Filtereinheit 466 innerhalb der Sammlungskammer positioniert ist, hält sie vorzugsweise Partikelmaterie in der voranstehend beschriebenen Materie. Wenn die Filtereinrichtung 467 innerhalb der Blitzverdampfungskammer 416 positioniert ist, wird eine Zuführung eines Trägergases durch den Kanal 476 in die Verdampfungskammer 416 hineingelassen. Die Prozeßsteuerung 473 initiiert dann die Blitzverdampfung durch Anlegen eines elektrischen Gleichstroms an das Filter 467, um dadurch das Filter in der hier voranstehend beschriebenen Weise ohmisch zu erwärmen. Die Blitzverdampfung benötigt ungefähr 250 Millisekunden und verdampft die gesammelte Partikelmaterie, die auf dem Schirm 467 vorhanden ist, gleichzeitig, während das umgebende Trägergas erwärmt wird, das die Kammer durch den Kanal 476 betreten hat. Da die Gas- und Blitzverdampfungskammer erwärmt wird, wird ein Impuls eines erwärmten Hochenergiegases erzeugt, wobei die Moleküle von Interesse darin eingebunden sind, wobei dieser Impuls sich dann durch die Einspritzeinrichtung 437 in die Reaktionskammer 467 des Analysators 460 bewegt. In diesem Bereich werden die Moleküle von Interesse ionisiert und nach jeweils 25 Millisekunden wird eine andere Probe in dem Driftbereich 265 eingelassen. Während der Gitterpulsgenerator 470 kontinuierlich das Triggergitter 462 pulst, wird der Schirm 467 nur einmal in einem gegebenen Tastzyklus und einmal in jeweils vier bis sechs Sekunden erwärmt.

Nachdem eine Prozeßsteuerung 473 eine Blitzverdampfung der Probe initiiert hat, verzögert sie die Abtasthalte-Schaltungsanordnung 472 um ungefähr 2 Sekunden vor einer Abtastung des Ausgangs des A/D-Wandlers 471. Die Abtasthalte-Schaltungsanordnung wird für ungefähr eine halbe Sekunde aktiviert und während dieser einen Sekunde wird sie ungefähr 20 spektrale Abtastungen oder Plasmagramme von der Sammlerplatte 461 und dem A/D-Wandler 471 empfangen. Da die Abtasthalte-Schaltung 472 das verstärkte Ausgangssignal an der Sammlerplatte 461 bei periodischen Intervallen abtastet, mittelt sie diese, um ein digitales Muster zu bilden, das die gesammelten und gemittelten Signale darstellt. Am Ende der Mittelungsperiode wird das gesammelte digitale Muster dann von der CPU 475 mit anderen digitalen Mustern verglichen, die in einem Speicher gespeichert sind. Wenn eine Übereinstimmung zwischen dem digitalen Muster in der Abtasthalteschaltung 472 und einem der Muster in dem CPU Speicher gefunden wird, aktiviert die CPU eine Alarmbedingung.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden digitale Muster für die Spektren von RDX und PETN Molekülen in dem CPU Speicher 475 gespeichert. Wenn ein Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor für den chemischen Analysator 460 verwendet wird, wird ein Ventil 600 mit sechs Öffnungen als eine Schnittstelle zwischen der Verdampfungskammer 416 und dem chemischen Analysator 460 verwendet, wie in Fig. 11c gezeigt. In dieser Ausführungsform ist der Verdampfungsprozeß identisch zu demjenigen, der voranstehend beschrieben wurde; jedoch kehrt das Trägergas das verdampfte Material in das Ventil 600 mit sechs Öffnungen anstelle direkt an den chemischen Analysator 460 oder durch das Dreiwegeventil 438. Das Ventil mit sechs Öffnungen wird verwendet, um flüchtigere oder weniger flüchtige Dämpfe aus der verdampften Probe zu entlüften und vorzugsweise die Dampfprobe von Interesse zur Trennung von dem GC zurückzuhalten. Diese Entlüftung von unerwünschten Dämpfen ist wünschenswert, um ein Verstopfen des GC oder eine Verlängerung der Zykluszeit zu vermeiden. Die Fig. 13A und 13B zeigen den Betrieb des Ventils mit sechs Öffnungen und stellen die zwei Positionen dar, die das Ventil 600 mit sechs Öffnungen belegen kann. Die Schnittstellensteuereinheit, die ein Teil des Steuer- und Datenverarbeitungssystems ist, umfaßt einen Schrittmotor und ist betreibbar, um das Ventil 600 mit sechs Öffnungen zwischen den zwei Positionen umzuschalten. In jeder Position sind nur Paare von Öffnungen verbunden. In der Position 1, dargestellt in der Fig. 13B, sind die Öffnungen 1 und 2, 3 und 4 und 5 und 6 verbunden, und in der Position 2, dargestellt in Fig. 13A, sind Öffnungen 2 und 3, 4 und 5 und 6 und 1 verbunden. Die Position 2 plaziert ein Adsorptions/Desorptions-Rohr 604 in der Ladeposition. Die Gasströmungsleitung 436, die in Fig. 11B gezeigt ist, transportiert das Gas, das die verdampften Zielmaterialien und irgendwelche möglichen Verunreinigungen enthält, in die Öffnung 1, die bei 606 in Fig. 13A gezeigt ist, des Ventils 600, wobei das Gas automatisch durch einen internen Durchgang 608 an die Öffnung 6 strömt, die bei 610 in Fig. 13A angedeutet ist. Zwischen der Öffnung 6 und der Öffnung 3 ist das externe Adsorptions/Desorptionsrohr 604 verbunden, in dem das Gas, das das Zielmaterial und einige geringfügige Verunreinigungen enthält, durchgeht. Das adsorbierende Material innerhalb des Rohrs 604 ist speziell auf die Zielmoleküle in Dampfform gerichtet; deshalb strömen das Trägergas und die Verunreinigungen durch das Rohr 604 an die Öffnung 3, die bei 612 angedeutet ist, während das Zielmaterial innerhalb des Rohr 604 adsorbiert wird. Das Trägergas und die Verunreinigungen strömen von der Öffnung 3, die bei 612 in Fig. 13A angedeutet ist, an die Öffnung 2, die bei 614 in Fig. 13A angedeutet ist, durch einen internen Durchgang 616 und werden an die externe Atmosphäre über die Auslaßleitung 618 entlüftet. Reines Trägergas, das von einer zweiten Gaszuführungseinrichtung 620 zugeführt wird, wird in die Öffnung 4, die bei 622 geführt ist, über eine Leitung 624 geführt. Das reine Trägergas strömt automatisch von der Öffnung 4, die bei 622 angedeutet ist, an die Öffnung 5, die bei 626 angedeutet ist, über den internen Durchgang 628. Das Trägergas strömt dann von der Öffnung 5, die bei 626 angedeutet ist, an die chemischen Analysatoren 460 über die Leitung 630. Der chemische Analysator 460, der einen Gaschromatograph umfaßt, erfordert, daß eine kontinuierliche Gasströmung betriebsfähig bleibt. Die Verwendung des Ventils 600 mit sechs Öffnungen ermöglicht, daß reines Trägergas kontinuierlich an den chemischen Analysator 460 geführt wird, sogar wenn das Adsorptions/Desorptions-Rohr 604 in dem Adsorptionszyklus ist.

Am Ende des Adsorptionszyklusses schaltet die Schnittstellensteuereinheit des Steuer- und Datenverarbeitungssystems dann das Ventil 600 mit sechs Öffnungen automatisch in die Position 1, die der Desorptionsmodus ist, wie in Fig. 13B gezeigt. Die Öffnung 1, die bei 606 in Fig. 13B angedeutet ist, empfängt noch Gas von der Gaszuführungseinrichtung 434 über die Leitung 436; jedoch fließt das Gas von der Öffnung 1, die bei 606 angedeutet ist, an die Öffnung 2, die bei 614 angedeutet ist, über den internen Durchgang 632 und wird an die Atmosphäre über die Auslaßleitung 618 entlüftet. In die Öffnung 4, die bei 622 angedeutet ist, wird reines Trägergas von der Zuführung 620 über die Leitung 624 eingespritzt, das an die Öffnung 3, die bei 612 angedeutet ist, über den internen Durchgang 634 strömt. Wie voranstehend angegeben, ist die Öffnung 3, die bei 612 angedeutet ist, und die Öffnung 6, die bei 610 angedeutet ist, über ein externes Adsorptions/Desorptions-Rohr 604 verbunden; jedoch fließt in dieser Position das Trägergas durch das Rohr 604 in die entgegengesetzte Richtung. Wenn deshalb das Rohr 604 auf eine Desorptionstemperatur erwärmt wird, wird das Gas das desorbierte Zielmaterial an die Öffnung 6, die bei 610 angedeutet ist, im wesentlichen frei von Verunreinigungen kehren und transportieren. Von der Öffnung 6, die bei 610 angezeigt ist, fließt das Zielmaterial an die Öffnung 5, die bei 626 angedeutet ist, über den internen Durchgang 636 und an den chemischen Analysator 460 über die Leitung 630.

Das externe Adsorptions/Desorptions-Rohr 604 ist von dem Ventilkörper elektrisch isoliert und enthält eine gewählte Menge des Adsorptionsmaterials, welches die besten Charakteristiken zum Adsorbieren des verdampften Zielmaterials aufweist. Starkstromverbindungen werden zu den Enden dieses Rohrs 604 gebildet und sind in den Fig. 13A und 13B als elektrische Leitungen 640 und 642 gezeigt. Die Leitungen 640 und 642 sind mit dem anderen Ende einer gesteuerten Stromquelle 644 verbunden. Die gesteuerte Stromquelle 644 wird von der Schnittstellensteuereinheit gesteuert. Ein Thermoelement 646 ist an dem Rohr 604 in den Fig. 13A und 13B angebracht. Dieses Thermoelement 646, wie voranstehend erwähnt, wird zum Überwachen des Anstiegs der Temperatur des Rohrs 604 verwendet, um so die richtigen Temperaturen zur Desorption zu erreichen. Die Gasprobe, die das Zielmaterial, Verunreinigungen und überschüssiges Gas enthält, strömt durch das Rohr 605 und, weil es kalt ist und das Adsorbermaterial gewählt worden ist, um ein starker Adsorber für das Zielmaterial zu sein, wird der größte Teil der Probe an dem Ende des Rohrs 604 in der Nähe der Öffnung 6 adsorbiert. Die Verunreinigungen werden weniger stark adsorbiert und somit wird irgendeine Adsorption von diesen überall in der Länge des Rohrs 604 stattfinden. Weil die Verunreinigungen nicht stark adsorbiert werden, wird ein größerer Teil von ihnen durch das Rohr an die Auslaßentlüftung 618 strömen und abgegeben werden.

Eine wünschenswerte Eigenschaft der thermischen Desorption der Gase oder Dämpfe auf festen oder flüssigen Substraten ist, daß der Prozeß höchst thermisch empfindlich und thermisch abhängig sein kann. Bei einer spezifizierten Temperatur bezieht sich die Menge irgendeines desorbierten Materials auf seine physikalischen und chemischen Eigenschaften und die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Adsorptionsmaterials. Es ist möglich, adsorbierende Materialien so zu wählen, daß die verunreinigenden Materialien bei einer behandelbaren niedrigeren Temperatur als die Zielmaterialien desorbiert werden.

Eine vorsichtige thermische Programmierung ermöglicht die Verwendung von diesen Eigenschaften. Ein Beispiel ist die Erwärmung der Desorptionsröhre 604 in einer gesteuerten Weise mit dem Ventil 600 mit sechs Öffnungen in der Position 2. Die Verunreinigungen wie beispielsweise Wasserdampf etc. werden nicht stark adsorbiert und eine niedrige Temperatur wird bewirken, daß ein Hauptteil von diesen den Adsorber verläßt und aus dem System durch die Entlüftung herausgeht. Gleichzeitig werden die Zielmaterialien nicht desorbiert und werden von dem Ende des Adsorptionsrohrs 604 benachbart zu der Öffnung 6 bleiben. Wenn die Position des Rotors in dem Ventil 600 mit sechs Öffnungen nun auf die Position 1 geändert wird, werden zwei wichtige Änderungen durchgeführt. Das Adsorptionsrohr 604 ist nun mit der nächsten Stufe in der Sequenz verbunden und das reine Trägergas strömt durch das Adsorptionsrohr 604 in die entgegengesetzte Richtung zu der vorangehenden Gasströmungsrichtung. Ein schneller gesteuerter Anstieg der Temperatur wird nun bewirken, daß die Probe in einer kurzen Zeitperiode desorbiert wird. Dies führt zu einer Probe, die durch den voranstehend beschriebenen Adsorptions/Desorptions- Prozeß gereinigt worden ist, wobei sie an die nächste Stufe in dem Prozeß in dem Minimum des reinen Trägergases enthalten, weitergeleitet wird. Somit ist die Probe von Verunreinigungen zweimal gereinigt worden und in einem sehr verringerten Volumen eines reinen Edelträgergases konzentriert.

Während des Verdampfungsprozesses und wie in Fig. 11C gezeigt, befindet sich das Filterelement 426a in der Verdampfungskammer 416, das Filterelement 426c befindet sich in der Sammlungskammer 414, wobei es die nächste Probe der Partikelmaterie sammelt, und das Filterelement 426b befindet sich in der Reinigungskammer 418. Auf einen Abschluß dieser zweiten Probenentnahmeperiode hin, wird das Solenoid 430 von der PCAD Stellsteuereinheit des Steuer- und Datenverarbeitungssystems betätigt, um dadurch zu bewirken, daß der Hebelmechanismus 432 die ersten und zweiten festen SCAV Platten 420 und 422 trennt. Sobald die Trennung der ersten und zweiten festen SCAV Platten 420 und 422 abgeschlossen ist, wird der Schrittmotor 428 von der PCAD Stelleinheit des Steuer- und Datenverarbeitungssystems eingerückt und dreht die kreisförmige Platte 412 um 120 Grad, wobei das Filterelement 426a innerhalb der Reinigungskammer 418 plaziert wird, das Filterelement 426b in der Sammlungskammer 414 und das Filterelement 426c, mit den eingefangenen Partikeln, in der Verdampfungskammer 416.

Die Reinigungskammer 418 ist eine abgedichtete Kammer ähnlich wie die Verdampfungskammer 416. In dieser Kammer werden ein zweites Paar von elektrischen Anschlüssen 415 mit dem Filterelement 426a verbunden, wenn dieses bestimmte Filterelement die Reinigungskammer belegt. Das zweite Paar von elektrischen Anschlüssen 415 wird mit jedem der Filterelemente 426a, b und c verbunden, wenn jedes von diesen diese bestimmte Kammer 418 belegt. Dieses zweite Paar von elektrischen Anschlüssen 415 stellt einen computergesteuerten Strom bereit, um einen spezifischen Betrag einer Ohmschen Wärmeenergie zu erzeugen, um irgendwelche verbleibende Partikelmaterie, die auf dem Filterelement 426a zurückbleibt, zu verdampfen. Ein Reinigungsansauggebläse 450, welches sich in dem zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystem 500 befindet, saugt irgendwelches verbleibendes verdampftes Material aus dem Filterelement 426a und der Versammlungskammer 418 an und entlüftet dieses an die Umgebungsatmosphäre. Das Reinigungsansauggebläse 450 ist mit der Reinigungskammer 418 über ein Rohr 452 verbunden. In einer Ausführungsform ist das Rohr 451 sowohl mit der Reinigungskammer 418 als auch der Spülkammer 518 des zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystems 500 verbunden. In dieser Ausführungsform wird angenommen, daß irgendwelche Dämpfe in dem zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystem 500 direkt durch das Filterelement 426a in die Reinigungskammer 418 strömen und an die Umgebungsatmosphäre entlüftet werden. In einer zweiten Ausführungsform verzweigt ein Rohr 454 das Hauptrohr 452 und stellt einen getrennten parallelen Pfad für Reinigungszyklen bereit. In dieser Ausführungsform wird ein Ventil 453 verwendet, um die Richtung der Vakuumströmung zu steuern. Es sei darauf hingewiesen, daß während des Reinigungsprozesses das Filterelement 426b innerhalb der Reinigungskammer 414 ist, wobei die nächste Probe gesammelt wird, und das Filterelement 426c innerhalb der Verdampfungskammer 416 ist.

Dies schließt eine Drehung um 360 Grad ab und ermöglicht dem Prozeß einen erneuten Start.

Der SCAV 410 ist in solcher Weise konstruiert, daß die Bewegung der kreisförmigen Platte 412 die Filterelemente 426a, b und c in eng abgedichteten Positionen an jedem Ort plaziert, so daß keine Verunreinigung mit der Umgebungsluft auftritt. Die genaue Bewegung der sich drehenden kreisförmigen Platte 412 über den Schrittmotor 428 und die Bewegung der ersten und zweiten festen Platten 420 und 422 wird von der PCAD Betätigungseinheit gesteuert. Die genaue Steuerung des Dreiwegeventils 438 und den Ventils 600 mit sechs Öffnungen sowie der Gasströmungen wird von der Schnittstellensteuereinheit gesteuert. Sowohl die PCAD Steuereinheit als auch die Schnittstellensteuereinheiten sind Teil des Steuer- und Datenverarbeitungssystems, das nachstehend ausführlich beschrieben wird.

Die Fig. 14a, b und c stellen die verschiedenen Ansichten der einzigartigen Filterkonstruktion der vorliegenden Erfindung dar. Für Darstellungszwecke soll der Ausdruck Probefilter oder Filterelemente irgendeines der drei Filterelemente 426a, b oder c bedeuten. Die Probenfilter sind in einzigartiger Weise konstruiert, um die Sammlung von Probepartikeln zu ermöglichen, während der Durchgang von Dampfproben an das zweite Probesammlungs- und Analysesystem 500 erleichtert wird. Sie sind auch in einzigartiger Weise konstruiert, um eine Verdampfung von Partikeln und eine nachfolgende Reinigung durch eine Pyrolyse und eine Vakuumverarbeitung zu erleichtern.

Unter Bezugnahme auf Fig. 12 wird eine drehbare Platte mit drei bewegbaren Filterelementen veranschaulicht. Die Filterelemente werden in die Kante der sich drehenden Platte 412 mit dem Loch in dem Filterelement ausgerichtet zu dem Loch der Filtereinheit wie dargestellt eingefügt. Ein Zugang zu jedem Filterhohlraum ist von dem Umfang der sich drehenden kreisförmigen Platte 412. Jedes der Probefilterelemente 426a, b oder c ist in einzigartiger Weise konstruiert, um die Leitung eines elektrischen Stroms sowie eine gasdichte Einpassung zu ermöglichen, während noch eine einfache Einfügung und Entfernung bereitgestellt wird.

Wie in der Fig. 14a-c dargestellt, ist der Rahmen 427 des Filters aus eloxiertem Aluminium konstruiert und wird dann harteloxiert. Es wurde festgestellt, daß die harte eloxierte Beschichtung elektrische Isolationsqualitäten bereitstellt, die bei der Konstruktion der Einrichtung verwendet werden können. Dies erleichtert auch die Herstellung, entweder ein Gießen oder eine Bearbeitung. Der Rahmen 427 umfaßt einen elektrischen Leiter 429, der an jedem Ende eingepaßt ist, wie in Fig. 14A gezeigt. Jeder Leiter 429 weist ein angebrachtes Stück oder eine Sicherungsplatte 433 auf, die dazu dient, ein Gitter 431 aus Nickel oder rostfreiem Stahl in einer festen elektrischen Verbindung an einer Stelle über dem Loch 412a, b oder c, das kreisförmig, rechteckförmig oder quadratisch sein kann, zu halten. Die elektrischen Leiter 429 erstrecken sich durch den Rahmen 427 und enden als elektrische Anschlüsse 435. Wenn im Betrieb eines der Filter 426a, b oder c sich in die Verdampfungskammer oder die Reinigungs/Säuberungskammer dreht, greifen die elektrischen Anschlüsse 435 in Kommutatorkontakte ein, die für jede der Kammern vorgesehen sind. Fig. 12 veranschaulicht die Kontaktpunkte, die auf dem Kommutator angeordnet sind. Die Kontaktpunkte 900 und 902 sind für die Reinigungskammer und die Kontaktpunkte 904 und 906 sind für die Verdampfungskammer. Wie in der Figur gezeigt stellen die Kontaktpunkte 900-906 einen mit einer Feder vorgespannten direkten elektrischen Kontakt in der Drehrichtung bereit. Wenn eine Prozeßsteuerung eine Blitzerwärmung initiiert, wird ein elektrischer Strom an jeden Anschluß 435 geführt. Die Schaltung zwischen dem Leiter 429 wird durch einen Gitterschirm aus rostfreiem Stahl oder Nickel abgeschlossen, der von dem dadurch strömenden Strom ohmisch erwärmt wird.

Der Rahmen 427 weist eine Lippe auf, die an einem planaren Abschnitt anliegt, der in dem Umfang der sich drehenden kreisförmigen Ebene 412 gebildet ist. Auf der Lippe ist eine Ausnehmung, die einen Ring oder einen anderen geeigneten U-Ring 439 an der Stelle hält, so daß er, wenn er in den Hohlraum eingefügt ist, eine gasdichte Anordnung bildet, die in eine Stelle durch einen Haltestift (nicht gezeigt) eingepaßt ist. Der Haltestift wird um die oberen und unteren Kanten des Umfangs der sich drehenden kreisförmigen Ebene 412 durch Einfügen in Sicherungskerben umschlossen, so daß eine Drehung einer einzelnen Schraube den gesamten Filter an der Stelle sichert und abdichtet. Eine Entfernung des Filters wird leicht erreicht, indem die Schraube auf dem Haltestift herausgeschraubt wird und sie aus den Sicherungskerben entfernt wird. Ein spezielles Werkzeug wird dann in die Schlitze an den vorstehenden Enden der elektrischen Anschlüsse 435 eingesteckt und der gesamte Filter wird aus dem Hohlraum herausgezogen.

Fig. 14B zeigt eine obere Platte 443, die über die obere Seite des Filterelements 426a, b, oder c paßt, wie in Fig. 14A gezeigt. Fig. 14c zeigt die untere Seite des Filterelements 426a, b, oder c.

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß es möglich ist, die drei Filter SCAV 410 durch einen Doppelfilter SCAV 410 oder sogar einen einzelnen Filter SCAV 410 zu ersetzen. In der Ausführungsform mit zwei Filtern würde keine Reinigungskammer 418 vorhanden sein. Der SCAV 410 würde nur eine Sammlungskammer 412 und eine Verdampfungskammer 414 für einen kontinuierlichen zweistufigen Prozeß pro Probennahmeperiode aufweisen. Bei der Ausführungsform mit einem einzelnen Filterelement reicht eine Kammer entweder für die Probenentnahme oder für die Verdampfungsprozesse, oder das einzelne Filterelement wird zwischen zwei Positionen gedreht oder hin und her bewegt.

ZWEITES PROBESAMMLUNGS- UND ANALYSEUNTERSYSTEM

Das zweite Probesammlungs- und Analyseuntersystem 500, das in Fig. 11B gezeigt ist, ist der Dampfsammler und Detektor. Er ist in einer Linie zwischen dem ersten Probesammlungs- und Analyseuntersystem 400 und dem Hauptansauggebläse 404 und dem Reinigungsansauggebläse 450 angeordnet. Der VCAD 500 umfaßt einen Probensammler- und Vorkonzentrierer 510, SCAP, und den zweiten chemischen Analysator 560, der in der bevorzugten Ausführungsform ein Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor, GC/ECD ist. In einer zweiten Ausführungsform ist der chemische Analysator 560 ein Ionenmobilitäts-Spektrometer oder eine Kombination eines Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektors und eines Ionenmobilitäts- Spektrometers. Der VCAD 500 wird verwendet, um ein Probeluftvolumen hinsichtlich des molekularen Zieldampfes zu sammeln, zu konzentrieren und zu analysieren. Dies wird dadurch erreicht, daß zunächst der molekulare Dampf in dem SCAP 510 selektiv gesammelt und konzentriert wird und die Dämpfe dann dem zweiten chemischen Analysator (den zweiten chemischen Analysatoren) 560 für eine Analyse gegeben werden. Eine Beschreibung des SCAP 510, der im Zusammenhang mit beiden Typen von zweiten chemischen Analysatoren 560 arbeitet, wird in dem folgenden Paragraphen angegeben.

PROBESAMMLER UND VORKONZENTRIERER (SCAP)

Der SCAP 510 wird als Teil des Gesamtsystems verwendet, um die Gesamtsystemempfindlichkeit und Selektivität zu verbessern. In allgemeiner Hinsicht muß der SCAP 510 lediglich in einem mehrstufigen Prozeß nicht benötigte Moleküle der Luft verwerfen, während die Zielmoleküle des Interesses nicht verloren gehen. In dem Probesammlungs- und Vorkonzentrierungsschritt werden die Zielmaterialien auf einem gewählten Substrat adsorbiert und dann in ein kleineres und konzentrierteres Volumen zur Analyse selektiv desorbiert.

Der SCAP 510 wird zum Sammeln und Konzentrieren von Dampfproben aus dem Luftstrom verwendet, wenn er sich von einer der drei Probenentnahmeeinrichtungen über den SCAV 410 und auf den SCAP 510 bewegt. Der SCAP 510 wird mit einem Probeluftvolumen über das Rohr 402 versorgt, welches sich von dem SCAV 410 an den SCAP 510 erstreckt. Während einer Probenentnahmeperiode saugt das Hochdruckansauggebläse 404 das Probeluftvolumen von einer der drei Probenentnahmeeinrichtungen an, wodurch bewirkt wird, daß die Luftströmung in den SCAV 410 hineinfließt. Die Filterelemente in dem SCAV 410 sind dafür ausgelegt, um nur bestimmte Zielmaterialien physikalisch einzufangen und Dämpfen zu ermöglichen, weiter an den SCAP 510 zu gehen. Die Dämpfe gehen leicht durch den SCAV 410 und enden in dem SCAP 510, wo sie physikalisch eingefangen oder adsorbiert werden.

Der SCAP 510 umfaßt eine sich drehende kreisförmige Platte 512, eine Probenentnahmekammer 514, eine Desorptionskammer 516 und eine Ausspülungskammer 518. Die Probenentnahme-, Desorptions- und Ausspülungskammern 514, 516, und 518 werden aus der Vereinigung der ersten und zweiten festen SCAP Platten 520 und 522 gebildet. Die ersten und zweiten festen SCAP Platten 520 und 522 umfassen jeweils ungefähr eine Hälfte des Volumens der drei Kammern 514, 516 und 518. Die Desorptionskammer 516 weist eine etwas andere Konstruktion auf und wird in den nachstehenden Paragraphen ausführlich beschrieben. Die ersten und zweiten SCAP festen Platten 520 und 522 sind zueinander ausgerichtet, so daß die Probenentnahmekammer 514, die Desorptionskammer 516 und die Ausspülungskammer 518 um 120 Grad voneinander beabstandet konfiguriert sind. Die sich drehende kreisförmige Ebene 512 ist zwischen den ersten und zweiten festen SCAP Platten 520 und 522 angeordnet und kann eine Drehung dazwischen ausführen. Die sich drehende kreisförmige Ebene 512 weist drei kreisförmige Löcher 512a, b und c auf, die in gleichen Abständen zueinander um 120 Grad versetzt angeordnet und mit drei Gitterfilterelementen 526a, b und c abgedeckt sind. Die Konfiguration der drei Filterelemente 526a, b und c auf der sich drehenden kreisförmigen Ebene 512 ist die gleiche wie diejenige der sich drehenden kreisförmigen Ebene 412, die in dem SCAV 410 verwendet und in Fig. 12 gezeigt ist. Die sich drehende kreisförmige Ebene 512, die von einem Motor 528 betätigt wird, wird bei jeder Probenentnahmeperiode um 120 Grad gedreht, so daß jedes der Gitterfilterelemente 526a, b und c entweder die Probenentnahmekammer 514, die Desorptionskammer 516 oder die Ausspülungskammer 518 während einer Probenentnahmeperiode belegt. Der verwendete Motor 528 zum Drehen der sich drehenden kreisförmigen Ebene 512 ist ein Schrittmotor, der von der VCAD Betätigungseinheit gesteuert wird, die ein integraler Teil des Steuer- und Datenverarbeitungssystems ist. Beim Abschluß jeder Drehung zieht ein Hebelmechanismus 532, der von einem Solenoid 530 betätigt wird, die ersten und zweiten festen Platten 520 und 522 zusammen, so daß jedes der drei Filterelemente 526a, b und c in jeder der drei Kammern 514, 516 und 518 während einer bestimmten Probenentnahmeperiode abgedichtet ist. Das Solenoid 530 und der Hebelmechanismus 532 werden von der VCAD Betätigungseinheit gesteuert. Die drei Filterelemente 526a, b und c sind vollständig in einer luftdichten Weise in jeder drei Kammern 514, 516 und 518 abgedichtet. Die luftdichte Abdichtung wird durch die Kraft erreicht, die von dem Hebelmechanismus 532 ausgeübt wird, und weil jede der drei Kammern 514, 516 und 518 eine O-Ring-Abdichtung aufweist. Die O-Ring- Abdichtungen sind um den Umfang der Kammern, oder genauer gesagt, die Halbkammern in jeder der ersten und zweiten festen Platten 520 und 522 plaziert. Um die Konstruktion und den Betrieb des SCAP 510 vollständig zu illustrieren, wird eine vollständige Drehung um 360 Grad der sich drehenden kreisförmigen Ebene 512 beschrieben.

Um die drei Probenentnahmeperioden darzustellen, die einer 360 Grad Drehung der sich drehenden kreisförmigen Ebene 512 entspricht, ist es erforderlich, anzugeben oder anzunehmen, daß das Filterelement 526a innerhalb der Probenentnahmekammer 514 ist, das Filterelement 526b innerhalb der Desorptionskammer 516 ist und das Filterelement 518 innerhalb der Ausspülungskammer 518 beim Systemstartzeitpunkt ist. In dieser Position sind das Filterelement 526a und das Loch 512a direkt zu dem Rohr 402 ausgerichtet und somit kann das Filterelement 526a selektiv Zieldampfmoleküle sammeln, die von irgendeiner der drei Probenentnahmeeinrichtungen während einer Probenentnahmeperiode genommen werden. Eine vollständige Beschreibung der Filterelemente 526a, b und c wird in den nachfolgenden Paragraphen angegeben. Beim Abschluß der ersten Probenentnahmeperiode wird das Solenoid 530 von dem Steuer- und Datenverarbeitungssystem betätigt, wodurch der Hebelmechanismus 532 veranlaßt wird, die ersten und zweiten festen SCAP Platten 520 und 522 zu trennen. Sobald die Trennung der ersten und zweiten festen SCAP Platten 520 und 522 abgeschlossen ist, wird der Schrittmotor 528 von dem Steuer- und Datenverarbeitungssystem eingerückt und dreht die kreisförmige Ebene 512 um 120 Grad, wobei das Filterelement 526a mit adsorbierten Dämpfen innerhalb der Desorptionskammer 516 plaziert wird, während das Filterelement 526b in der Reinigungskammer 518 plaziert wird und das Filterelement 526c innerhalb der Probenentnahmekammer 514 plaziert wird.

Die Desorptionskammer 516 ist eine abgedichtete Kammer, die ein Gaserwärmungselement (nicht gezeigt) umfaßt, das mit einer Energiequelle des Steuer- und Datenverarbeitungssystems verbunden ist. Eine externe Trägergasströmung von der Gasversorgung 534 und geführt von dem Rohr 536 kommt in die Desorptionskammer 516 durch ein Rohrverbindungsstück 517 in der zweiten festen SACP Platte 522. Die Gasströmung fließt über das Gaserwärmungselement, wo es auf einen vorgegebenen Grad erwärmt wird, um eine Desorption des Zielmaterials von den Adsorptionsmitteln zu bewirken, wenn sie über dieses Element und durch dieses Element strömt. In der bevorzugten Ausführungsform ist das verwendete Gas ein Edelgas; jedoch andere weniger nicht-reaktive Gase können verwendet werden. Es wurde durch Experimente festgestellt, daß das Erwärmungselement ein Schirm aus rostfreiem Stahl sein kann, der in einem harteloxierten Aluminiumrahmen oder einem Wolfram- oder Drahtwicklungskeramik-Rahmen eingepaßt ist. Das Rohrverbindungsstück 521 auf der ersten SCAP Platte 520 ist konstruiert, um das Trägergas mit einer Dampfprobe in einem möglichst kleinen Bereich zu sammeln, um eine Konzentrierung der Probe zu verbessern und außerdem eine feste Wärme in einer thermisch isolierten Weise so aufrecht zu erhalten, daß der Transfer von Wärme an den Körper der Desorptionskammer 516 minimiert wird. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Rohrverbindungsstück 521 konisch ausgebildet und von der ersten festen Platte 520 durch die Einfügung eines keramischen Reduzierstücks isoliert. Das Rohrverbindungsstück 521 wird auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten, um den freien Durchgang der Probe in dem Trägergas an die nächste Vorkonzentrierungsstufe ohne eine Adsorption auf der Wand des Rohrverbindungsstücks 521 zu ermöglichen. Sobald das Trägergas die gewünschte Temperatur erreicht hat, kehrt das Trägergas das desorbierte Material von der Desorptionskammer 516 über die Leitung 519 in die nächste Konzentriererstufe.

Unter Bezugnahme auf Fig. 11E ist ein ausführlicheres Diagramm der Desorptionskammer 516 gezeigt. Die sich drehende kreisförmige Platte 512 mit einem Filterelement 526a ist zwischen der ersten festen Platte 520 und der zweiten festen Platte 522 positioniert. Die zwei O-Ring-Abdichtüngen 550 und 520 sind zwischen der ersten festen Platte 520 und der sich drehenden kreisförmigen Platte 512 und zwischen der sich drehenden kreisförmigen Platte 512 und der zweiten festen Platte 522 gezeigt. Ein keramischer Erwärmungsschirmhalter 554 ist gezeigt, der ein Erwärmungselement 556 hält. Das Trägergas kommt in die Kammer 516 über die Gasleitung 536 und bewegt sich über das Erwärmungselement 556 nach oben, wo es auf eine Temperatur erwärmt wird, die hoch genug ist, um irgendwelche Dämpfe auf dem Filterelement 526 zu desorbieren. Die obere Hälfte der Kammer 516 weist ein kleineres Volumen auf. Wie in der Figur gezeigt ist die obere Hälfte konisch ausgebildet. Die obere Hälfte weist einen Mantel 558 aus rostfreiem Stahl und ein keramisches Reduzierstück 560 für eine Isolierung auf. Die konzentrierte Probe existiert für die Desorptionskamnier 516 über das Reduzierstück 521, welches ein Teil des Stahlmantels 558 ist. Der sekundäre Vorkonzentrierer 538 ist ein Ventil mit sechs Öffnungen, welches identisch zu demjenigen ist, das in dem ersten Probesammlungs- und Analysesystem verwendet wird. Die konzentrierte Probe von der Desorptionskammer 516 wird in das Ventil 538 mit sechs Öffnungen zusammen mit einigen unerwünschten Materialien über die Trägergasströmung gekehrt. Das Rohr 519 wird zu einem gewissen Ausmaß erwärmt, um die mögliche Adsorption der Dämpfe auf der Wand des Rohrs 519 zu verhindern. Sobald sich die Probe innerhalb des Ventils 538 mit sechs Öffnungen befindet, geht die Probe entweder durch eine Probenschleife entweder an eine Entlüftung zu der Umgebungsatmosphäre oder an den chemischen Analysator 560, in Abhängigkeit von der Position des Ventils 538 mit sechs Öffnungen. Die Probenschleife ist das Desorptionsrohr 604, das in den Fig. 13A und 13B gezeigt ist. Der Betrieb des Ventils 538 mit sechs Öffnungen ist identisch zu dem Betrieb des Ventils 600 mit sechs Öffnungen, das von dem ersten Probesammlungs- und Analyseuntersystem 400 verwendet wird.

In einer geringfügigen Reaktion des voranstehend beschriebenen Prozesses wurde festgestellt, daß eine weitere Reinigung des Probevolumens bewirkt werden kann, indem unerwünschtes Material an die Umgebungsatmosphäre durch Manipulieren des Pfads und der Zeitsteuerung der Trägergasströmung erzielt werden kann, so daß eine reinere Probe des Zielmaterials an den chemischen Analysator 560 geführt wird. Normalerweise ist das Ventil 538 mit sechs Öffnungen so positioniert, daß es ein reines Gas an den chemischen Analysator 560 von einer Gasversorgung, beispielsweise einer Gasversorgung 620 in den Fig. 13A und 13B, zuführt und Trägergas und eine Probe von der Desorptionskammer 516 empfängt und diese über die Probenschleife zurück an das Ventil 538 mit sechs Öffnungen und heraus an die Umgebungsatmosphäre führt. Die flüchtigeren Dämpfe, die die nicht erwünschten Materialien enthalten, werden zunächst in dem Desorptionsprozeß desorbiert, der in der Desorptionskammer ausgeführt wird, und sind die ersten, die an dem Ventil 538 mit sechs Öffnungen ankommen. Die Zeit einer Positionierung des Ventils 538 mit sechs Öffnungen, so daß es den Dampf in die Probenschleife transferiert, ist so, daß die unerwünschten leichteren Dämpfe bereits durch die Probenschleife geführt und entlüftet worden sind, bevor die Probe an den chemischen Analysator 560 geführt wird.

Während des Desorptionsprozesses, bei dem das Filterelement 526a in der Desorptionskammer 516 ist, ist das Filterelement 526b in der Reinigungskammer 518 und das Filterelement 526c ist in der Probenentnahmekammer 514, wobei die nächste Dampfprobe gesammelt wird. Auf einen Abschluß der zweiten Probenentnahmeperiode hin wird das Solenoid 530 von dem Steuer- und Datenverarbeitungssystem betätigt, wodurch der Hebelmechanismus 532 veranlaßt wird, die ersten und zweiten festen Platten 520 und 522 zu trennen, und auf einen Abschluß der Trennung der ersten und zweiten festen Platten 520 und 522 hin, wird der Schrittmotor 528 durch das Steuer- und Datenverarbeitungssystem eingerückt und dreht die kreisförmige Platte 512 um 120 Grad, wobei das Filterelement 526a innerhalb der Reinigungskammer 518, das Filterelement 526b in die Reinigungskammer 514 und das Filterelement 526c mit adsorbierten Dämpfen in die Desorptionskammer 516 plaziert wird.

Das konzentrierte Probevolumen wird von der Desorptionskammer 516 oder dem Ventil 538 mit sechs Öffnungen in eine Gaschromatograph/Elektroneneinfang-Detektor-Kombination gekehrt. Der Prozeß der Gaschromatographie besteht aus Trennungen von verdampften Komponenten durch eine Kombination einer Teilungschromatographie, verschiedenen Graden einer Adsorptionschromatographie, und der veränderten relativen Flüchtigkeit des verdampften Komponenten. Das konzentrierte Probevolumen, welches Substanzen von Interesse enthält, wird in eine lange Gaschromatographensäule gekehrt, die in einem konstanten Hochtemperaturfach aufgespult ist. Die Säule ist mit edlen, organischen festen Halterungen gepackt, die mit einer oder mehreren nicht-flüchtigen organischen Beschichtungen beschichtet ist. Die Halterung mit ihrer organischen Beschichtung bildet die stationäre Phase von Gasflüssigteilungs- Chromatographiesystemen. Wenn die verflüchtigten Komponenten durch die Säule strömen, teilen sie sich zwischen dem Material mit der stationären Phase in der Säule und der flüchtigen Phase, die eine Strömung eines Edelträgergases ist, auf. Diese Aufteilung reflektiert die relative Verflüchtigung der verdampften Komponenten. Substanzen, die eine geringere Verflüchtigungsfähigkeit aufzeigen, weisen eine geringere Affinität für die stationäre Phase auf und verlassen dementsprechend den Gaschromatographen zuerst. Die konzentrierte Dampfprobe verläßt den Gaschromatographen als eine kontinuierliche Strömung mit Substanzen veränderlicher Verflüchtigungsfähigkeit, die räumlich getrennt werden. Die kontinuierliche Strömung kommt dann in den Elektroneneinfangdetektor.

Der Elektroneneinfangdetektor ist eine Einrichtung, die zum Messen der Konzentration von Elektronen einfangenden chemischen Teilchen in der Ausströmung von einer gaschromatographischen Säule verwendet wird. Der ECD ist für Amine, Alkohole und Kohlenwasserstoffe empfindlich, aber gegenüber Halogenen, Anhydriden, Peroxiden, Ketonen und Nitrogruppen sehr empfindlich und eignet sich deshalb für diese bestimmte Anwendung. Der Elektroneneinfangdetektor ist eine Gasionisationskammer, innerhalb derer Leitungselektronen bei einer bekannten Rate erzeugt werden, typischerweise durch eine radioaktive Quelle, und von den elektro-negativen Teilchen innerhalb der Ausgabeprobe von dem Gaschromatographen eingefangen werden. Elektrische Messungen, die an den Kammerelektroden durchgeführt werden, werden ausgeführt, um die freie Elektronendichte zu bestimmen und die Konzentration der Elektronen einfangenden Komponenten zu bestimmen. Die elektrischen Messungen führen zu einem Impulszug, dessen Frequenz sich linear auf die Konzentrierung von Komponenten bezieht, die in der Probe vorhanden sind.

Der Computer des Steuer- und Datenverarbeitungssystem, der in dem nachstehenden Abschnitt beschrieben werden soll, ist vorprogrammiert, um bestimmte Signaturmoleküle zu erfassen, die ebenfalls in den nachfolgenden Abschnitten diskutiert werden. Die Zeit einer Bewegung von einer anfänglichen Einspritzung über einen Einfang von dem Elektroneneinfangdetektor wird von der bestimmten Substanz bestimmt. Durch Experimente ist bestimmt worden, daß die Zeit eines Durchgangs der Signaturmoleküle für Dynamit und Nitroglyzerin bei ungefähr 1,5 Sekunden begann und bei 2,5 Sekunden endete, mit einer Spitze bei ungefähr 2 Sekunden. Deshalb wird der Computer ein 25 ms Fenster bei zwei Sekunden öffnen, um zu bestimmen, ob irgendwelche Signaturmoleküle vorhanden sind. Da zusätzlich sich die Frequenz des Impulszugs mit der Konzentration der verschiedenen Substanzen verändert, kann die Konzentration der bestimmten Signaturmoleküle für Dynamit und Nitroglyzerin bestimmt werden, indem die Frequenz des sich ergebenden Impulszuges gelogged (festgehalten) wird.

Die Reinigungskammer 518 ist eine abgedichtete Kammer ähnlich wie die Desorptionskammer 516. Sie ermöglicht eine thermische Reinigung von irgendwelchen Dämpfen oder Partikeln, die nach dem Desorptionsprozeß zurückbleiben können. Wenn ein Filterelement 526a oder irgendein Filterelement 526a, b oder c in der Reinigungskammer 518 ist, wird eine Reingasströmung von der Gasversorgungseinrichtung 534 an das Filterelement 526a über ein zweites Erwärmungselement, welches nicht gezeigt ist, geleitet. Ein computergesteuerter Strom erzeugt eine Wärmeenergie zum Desorbieren von irgendwelchem verbleibenden Dampf und Partikeln von dem Filterelement 526a. Die Gasströmung wird verwendet, um das desorbierte Material durch ein Rohrverbindungsstück 523 und in ein Rohr 452 hinein zu kehren, welches mit dem Vakuumreinigungsgebläse 450 verbunden ist, welches den Abfall von der Reinigungskammer absaugt und diesen an die Umgebungsatmosphäre entlüftet. Während des Reinigungsprozesses befindet sich das Filterelement 526b innerhalb der Probenentnahmekammer 514, wobei die nächste Probe gesammelt wird, und das Filterelement 526c ist innerhalb der Desorptionskammer 516.

Der SCAP 510 ist in solcher Weise konstruiert, daß die Bewegung der sich drehenden kreisförmigen Ebene 512 Filterelemente 526a, b und c in eng abgedichteten Positionen an jeder Stelle plaziert, so daß keine Verunreinigung mit der Umgebungsluft vorhanden ist. Die genaue Bewegung der sich drehenden kreisförmigen Ebene 512 über den Schrittmotor 528 und die Bewegung der ersten und zweiten festen SCAP Platten 520 und 522 werden von der VCAD Betätigungseinheit gesteuert. Die genaue Steuerung des Ventils mit sechs Öffnungen, sowie sämtlicher Gasströmungen werden von der Schnittstellensteuereinheit gesteuert. Sowohl die VCAD Steuereinheit als auch die Schnittstellensteuereinheiten sind Teil des Steuer- und Datenverarbeitungssystems, welches mit näheren Einzelheiten nachstehend beschrieben wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 15A und B sind zwei Ansichten der einzigartigen Filterelementkonstruktion für den SCAP 510 gezeigt. Für Darstellungszwecke bedeutet der Ausdruck Probefilter oder Filterelemente irgendeines der drei Filterelemente 526a, b oder c. Die Probenfilter 526a, b und c bestehen jeweils aus einem Rahmen 527, der zwei Schirme, 529 und 531 aus rostfreiem Stahl hält, so daß ein Hohlraum zwischen diesen gebildet wird. Der Hohlraum ist mit einer gemessenen Menge eines Adsorptionsmaterials mit einer Affinität zum Adsorbieren von Molekülen der Zielmaterialien gefüllt. Die zwei Filterschirme 529 und 531 werden durch eine Platte 533 an der Stelle gehalten, die auf den Rahmen 527 paßt und mit vier Schrauben 535 befestigt ist. Der Rahmen 527 weist eine Lippe auf, auf dem eine O-Ring-Abdichtung 537 angebracht ist, um eine abgedichtete Oberfläche bereitzustellen, wenn die Filter 526a, b oder c in die Hohlräume eingefügt werden, die auf der sich drehenden kreisförmigen Ebene 512 angeordnet sind.

Der Probenfilterrahmen 527 ist aus Aluminium konstruiert, welches dann harteloxiert wird. Es wurde festgestellt, daß dies die edle Oberfläche und thermische Qualitäten bereitstellt, die bei dieser Art von Arbeiten benötigt werden. Normalerweise würde ein Material wie beispielsweise rostfreier Stahl, Nickel oder ein keramisches Material, beispielsweise Maycor, verwendet werden, um diese Ziele zu erreichen. Durch ein Experiment wurde festgestellt, daß harteloxiertes Aluminium verwendet werden kann. Dies erleichtert eine Herstellung entweder durch einen Gießvorgang oder durch eine Bearbeitung.

Das Adsorptionsmaterial, das in den verschiedenen Stufen einer Konzentration der Zielmaterialien verwendet wird, kann aus einer großen Gruppe von Materialien gewählt werden, die für eine Dampfprobennahme normalerweise verwendet werden, einschließlich Tenax und Carbotrap. Es gibt andere adsorbierende Materialien, die mit der vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit von den bestimmten Materialien, die detektiert und isoliert werden sollen, verwendet werden können.

Der SCAP 510 mit drei Filtern kann durch einen SCAP 510 mit zwei Filtern oder einen SCAP 510 mit einem einzelnen Filter ersetzt werden. In der Ausführungsform mit zwei Filtern würde keine Reinigungskammer 518 vorhanden sein. Der SCAP 510 würde nur eine Probenentnahmekammer 512 und eine Desorptionskammer 514 für einen kontinuierlichen zweistufigen Prozeß pro Probenentnahmeperiode aufweisen. Bei der Ausführungsform mit einem einzelnen Filterelement reicht entweder eine Kammer für die Probenentnahme und die Desorptionsprozesse aus, oder der einzelne Filter wird zwischen zwei Positionen umgeschaltet.

ANALYSE

Die Analyse des gereinigten Zielmaterials besteht aus der Identifikation der Materialien und der Bestimmung der vorhandenen Mengen. Weil die ursprünglichen Konzentrationen so gering bezüglich vieler anderen gewöhnlichen Umgebungsmaterialien gewesen sind, ist es möglich, daß sogar bei den besten Reinigungs- und Konzentrationssystemen, einige verbleibende Verunreinigungen von Materialien mit ähnlichen Charakteristiken wie die Zielmaterialien vorhanden sind. Somit muß das Analysesystem die Zielmaterialantwort von der Antwort von den störenden Materialien trennen können.

Zwei Formen von Analysesystemen werden entweder separat oder in Kombination in sowohl dem ersten als auch dem zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystemen 400 und 500 verwendet. Das erste Probesammlungs- und Analyseuntersystem 400 verwendet ein Ionenmobilitäts-Spektrometer, einen Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor oder beide. Der abschließende Detektor für den Gaschromatographen ist gewöhnlicherweise ein Elektroneneinfangdetektor, jedoch kann auch das Ionenmobilitäts- Spektrometer als der zweite Detektor verwendet werden, wenn dies gewünscht ist. In Abhängigkeit von der Anwendung kann auch ein Photo- Ionisationsdetektor oder ein Stickstoff-Phosphor-Detektor oder irgendein anderer Detektor dem Gaschromatographen folgend verwendet werden. Der Gaschromatograph kann der Typ mit der "verpackten Säule" oder der Typ mit einer Kapillarsäule sein. Wenn sowohl ein Gaschromatograph/Elektroneneinfang-Detektor als auch ein Ionenmobilitäts- Spektrometer verwendet werden, können sie getrennt oder in einer kombinierten Weise verwendet werden. Ein Ventil kahn verwendet werden, um die gesammelte und gereinigte Probe an einen oder an beide Analysatoren zu richten. Das zweite Probesammlungs- und Analyseuntersystem 500 verwendet ebenfalls einen Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor und/oder einen Ionenmobilitätsanalysator. Die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme 400 und 500 können gleichzeitig oder getrennt betrieben werden und somit können beide Sätze von chemischen Analysatoren gleichzeitig oder getrennt laufengelassen werden.

In der bevorzugten Ausführungsform ist ein Ionenmobilitäts- Spektrometer der Analysator 460 für das erste Probesammlungs- und Analyseuntersystem 400. Das erste Probesammlungs- und Analyseuntersystem 400 wird verwendet, um Partikel zu sammeln und diese Partikel für eine chemische Analyse zu verdampfen. Die Partikel von Interesse sind Plastiksprengstoffen, wie beispielsweise C4, DM-12 und SEMTEX, zugeordnet. Wie voranstehend angegeben, weisen Plastiksprengstoffe extrem niedrige Dampfdrucke im Bereich von 10.000 bis 1.000.000 fach geringer als diejenigen von herkömmlichen Sprengstoffen wie Dynamit, Nitroglyzerin und Trinitrotoluel auf. Die Analyse dieser Partikel basiert auf der Detektion von bestimmten Signaturmolekülen. Für Plastiksprengstoffe sind diese Signaturmoleküle Cyclotrimethylentrinitritamin, RDX oder Pentaerythritol- Tetranitrat, PETN. Das Ionenmobilitäts-Spektrometer wird eingestellt, um diese Signaturmoleküle durch Erzeugen eines Abtastfensters für jedes von diesen zu erfassen. Ein Fenster wird verwendet, im Gegensatz zu einem Versuch, eine direkte Übereinstimmung zu entwickeln, weil man eine reine Probe des Signaturmoleküls nicht erwarten kann. Wenn eine bestimmte analysierte Substanz in eines der obigen Fenster fällt, dann wird angenommen, daß die entnommene Probe in Kontakt mit einem Plastiksprengstoff gewesen ist.

In der bevorzugten Ausführungsform ist ein Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor(detektoren) der Analysator 560 für das zweite Probesammlungs- und Analyseuntersystem 500. Das zweite Probesammlungs- und Analysesystem 500 wird verwendet, um Dämpfe zu sammeln und diese für eine chemische Analyse zu konzentrieren. Zu den Dämpfen von Interesse gehören die herkömmlichen Sprengstoffe, die voranstehend aufgezählt wurden. Die Analyse von diesen Dämpfen basiert auch auf der Detektion von bestimmten Signaturmolekülen. Für Dynamit ist das Signaturmolekül Ethylen-Glykol-Dinitrat oder EGDN. Für Nitroglyzerin ist das Signaturmolekül Nitroglyzerin oder NG. Für Trinitrotoluen oder TNT ist das Signaturmolekül Dinitrotoluen oder DNT. Wie das Ionenmobilitäts- Spektrometer wird der Gaschromatograph/Elektroneneinfangdetektor (Detektoren) eingestellt, um diese Signaturmoleküle zu erfassen, indem ein Abtastfenster für jedes von diesen erzeugt wird.

Es gibt gegenwärtig eine Vielzahl von internationalen Gruppen einschließlich nationaler Sicherheitsbehörden, den militärischen und internationalen Herstellern von Sprengstoffen, die darauf hinwirken und Entscheidungen darüber treffen, daß ein bestimmtes Reaktionsmittel zu sämtlichen Sprengstoffen hinzugefügt wird, so daß sie leichter erfaßt werden können. Das bestimmte Reaktionsmittel, für das man sich entscheiden wird, wird dann eines der Signaturmoleküle sein, die in der Analysephase des Sprengstoffmittelüberwachungsprozesses gesucht werden wird. Eine Liste der Signaturmoleküle, nach denen gegenwärtig getestet wird, ist in der nachstehend aufgeführten Tabelle 1 aufgeführt. Die Tabelle zeigt den Namen, den Code, die Formel und die Verwendung jeder Substanz an. Sprengstoffe werden typischerweise als primäre, sekundäre und hohe Sprengstoffe und Treibmittel zum Verringern der Empfindlichkeit gegenüber einer Energieeingabe kategorisiert. Mit anderen Worten ist ein primärer Sprengstoff gegenüber Wärme zum Beispiel empfindlicher als ein sekundärer Sprengstoff.

TABELLE 1

Unabhängig davon, welches Analysesystem verwendet wird, muß die Analyse in einer Zeit abgeschlossen werden, die ausreichend kurz ist, daß der freie Durchgang von Personen, Gepäck und Paketen nicht in unzweckdienlicher Weise gehindert wird. Dies impliziert auch, daß die Zeit für den Konzentrations- und Reinigungsprozeß auch kurz ist.

Wenn sämtliche Ventile in dem System motorbetriebene oder solenoidbetriebene Ventile sind, können die Zeitpunkte der Strömungsrichtungen und die Größe gesteuert und verändert werden. Die Zeit- und Temperaturparameter werden gesteuert und sind variabel. Somit können die physikalischen Charakteristiken des gesamten Systems eingestellt werden, um einen breiten Bereich von Zielmaterialien zu erfassen und die Empfindlichkeiten können eingestellt werden, um einen breiten Bereich von Bedrohungen aufzunehmen, so wie diese von den Behörden unter Verwendung des Systems wahrgenommen werden.

Sämtliche Prozesse, die bei der Sammlung und der Konzentrierung sowie bei der abschließenden Analyse des gesammelten Materials beteiligt sind, werden von dem Computer des Steuer- und Datenverarbeitungssystems gesteuert und werden vollständiger in dem nächsten Abschnitt erläutert.

STEUERUNG UND DATENVERARBEITUNG

Die Hauptanforderung an das Steuer- und Datenverarbeitungssystem des Überwachungssystems besteht darin, daß es die Anwesenheit von und, wenn erforderlich, den Grad der spezifizierten Substanzen berichtet. Dies bedeutet, daß das Gerät konfiguriert und gesteuert werden muß, um die erforderliche Messung herzustellen, und dies bedeutet auch, daß das Ergebnis an dem Benutzer in einer verwendbaren Form dargeboten werden muß. Die Objekt- oder Zielmaterialien können in verschiedenen Mengen in der Umgebung des Systems vorhanden sein und deshalb muß das System zwischen diesem Hintergrundpegel und einem Alarmpegel unterscheiden können. Es kann auch eine Anforderung sein, einen Bericht über diesen Hintergrundgrad bereitzustellen.

Eine zweite Anforderung für das Steuer- und Datenverarbeitungssystem des integrierten Systems ist eine Selbstdiagnose, da eine beträchtliche Zeit zwischen Alarmen vorhanden ist, und das Steuer- und Datenverarbeitungssystem in der Lage sein muß,

Vertraulichkeitsüberprüfungen auszuführen, die für den Betreiber auf Anforderung hin ausreichend sind. Es müssen auch routinemäßige Selbstüberprüfungen und Kalibrierungsprozeduren vorhanden sein, die für das gesamte System von dem Steuer- und Datenverarbeitungssystem ausgeführt werden. Grundlegend stellt dies sicher, daß die Testergebnisse, ob sie positiv oder negativ sind, glaubbar sind.

Eine dritte Anforderung an das Steuer- und Datenverarbeitungssystem ist die Leichtigkeit der Neukonfiguration und die Vielfältigkeit. Der Bereich von Zielmaterialien kann von Zeit zu Zeit geändert werden und das System muß in der Lage sein, seine internen Betriebsparameter unter einer Programmsteuerung zu verändern, um diese Materialien zu erfassen. Es ist wünschenswert, daß der Kern der Messung hinsichtlich der Zeitkonstanten und der Anzahl und Typen von Substanzen, die detektiert werden, in einer schnellen Weise zu irgendeiner Zeit geändert werden kann. Die Anforderungen des Benutzers hinsichtlich des Bedrohungsgrads und der Typen von Materialien können sich schnell ändern und das Gerät muß auf diese sich ändernden Erfordernisse ansprechen.

Die letzte Anforderung an das Steuer- und Datenverarbeitungssystem besteht darin, daß die Parameter und Betriebsvorgänge von sämtlichen Probenentnahmekammern und der ersten und der ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme überwacht und gesteuert werden müssen. Dies bedeutet, daß sämtliche interne Zeitsteuerungen, Temperaturen und mechanische Komponenten von dem Steuer- und Datenverarbeitungssystem steuerbar sein müssen.

Das primäre Verfahren zum Erzielen dieser Anforderungen besteht darin, das Gesamtsystem unter die Steuerung eines digitalen Computers mit einem gespeicherten Programm zu bringen. Dieser Computer führt über eine Reihe von modularisierten Softwareroutinen die Datenanalyse aus und bietet diese Ergebnisse in der angeforderten Form dem Benutzer an. Der Computer führt durch eine andere Reihe von modularisierten Softwareroutinen kontinuierlich Selbstdiagnose- und Selbstkalibrierungsprozeduren für das gesamte System aus und alarmiert den Benutzer über irgendwelche potentiellen Probleme. Der Computer steuert durch noch einen anderen Satz von modularisierten Softwareroutinen sämtliche Prozesse des Gesamtsystems und wird nachstehend im nachfolgenden Paragraphen vollständig erläutert.

Ein Hauptvorteil dieses Systems einer Steuerung ist die Zuverlässigkeit. Die Komponenten selbst sind widerstandsfähig und zuverlässig und neigen nicht zum Ausfall. Jedoch ist jedes System, das aus vielen Einzelteilen gebildet ist, Driften aufgrund der Umgebungsänderungen und der Zeit ausgesetzt. Wenn sämtliche Komponenten unter einer Programmsteuerung stehen und ein bekannter Eingang an dem System, beispielsweise eine kontrollierte Einspritzung eines Zielmaterials oder eines Zielstimulierungsmittels, angeordnet ist, kann ein Kalibrierungs- und Selbstdiagnoseprogramm vorhanden sein. Die Funktion dieses Programms besteht darin, das gesamte System zu kalibrieren und die erforderliche Zeit und die Zielparameter etc. zu bestimmen und zu speichern. Wenn diese Parameter aufgrund irgendwelcher Gründe nicht in spezifizierte Grenzen fallen, kann das Programm den Benutzer alarmieren. Geführt von einem Serviceprogramm kann das Ansprechverhalten des Benutzers von einer unmittelbaren Abschaltung bis zur Planung eines Dienstes zu einem späteren Datum, um einfach die Umstände aufzunehmen, reichen. Durch Verwendung eines Modems kann diese Information leicht an einer Stelle irgendwo in der Welt übertragen werden. Der andere Aspekt der Zuverlässigkeit in einem System dieses Typs besteht darin, daß der Benutzer wissen muß, daß das System zuverlässig ist. Es wird gehofft, daß sehr lange Zeitperioden zwischen tatsächlichen Alarmereignissen vorhanden sind. Wenn jedoch ein Kalibrierungs- und Selbstdiagnoseprogramm und zugehörige Hardware für eine realistische Probeneinspritzung vorhanden ist, dann kann der Benutzer zu jeder Zeit ein tatsächliches/stimuliertes Alarmereignis als eine Vertrauensüberprüfung erzeugen.

Der zweite primäre Vorteil dieses System einer Steuerung ist die Vielfältigkeit. Es ist für das System vorteilhaft, die Möglichkeit aufzuweisen, einen breiten Bereich von Sprengstoffen, einen Bereich von kontrollierten chemischen Mitteln, Drogen und Betäubungsmitteln etc. zu erfassen. All diese Materialien weisen unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften auf. Diese Eigenschaften verursachen einen Satz von internen Parametern für eine optimale Detektion. Jedoch werden diese Parameter für einige andere Materialien weniger optimal sein. Wenn aber diese Parameter alle steuerbar sind und leicht geändert werden können, beispielsweise durch einfaches Einlesen oder Aktivieren eines anderen Programms in dem Computerspeicher, dann kann der Benutzer effektiv das System ändern, um derjenigen Situation angepaßt zu sein, die als die Bedrohung empfunden wird, ohne irgendwelche Hardwareänderungen vorzunehmen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 16 ist ein Blockschaltbild gezeigt, das das Steuer- und Datenverarbeitungssystem 100 und seine zugehörigen Peripherieelemente zeigt. Der digitale Computer 702 oder der Prozessor ist ein AT-Typ Personalcomputer, der bei 10 MHz läuft und ein standardmäßiges Videoanzeigeterminal 704 aufweist. Der Computer 702 ist für eine Programmsteuerung, Datensammlung, Datenanalyse und Anzeige von Analyseergebnissen verantwortlich. Zusätzlich enthält der Computer 702 auch, wie voranstehend erwähnt, Softwareroutinen für Selbstdiagnose- und Selbstkalibrierungsprozeduren. Der Computer 702 empfängt Energie von der Energieverteilungseinheit 706, genauso wie das Probenentnahmekammerportal 100, das Handaufnahmegerät 200, die automatisierte Gepäck/Paket- Probenentnahmekammer 300 und die Prozeßsteuereinheit 708. Die Prozeß- und Steuereinheit 708 unter der Steuerung des Computers 702 stellt eine Schnittstelle für die erforderlichen Signale bereit und stellt diese Signale bereit, um die Probenentnahme-Betätigungseinheit 710, die Schnittstellen-Betätigungseinheit 712, die PCAD Betätigungseinheit 714 und die VCAD Betätigungseinheit 716 laufen zu lassen.

Die Prozeß- und Steuereinheit 708 ist eine standardmäßige Schnittstelleneinheit zwischen dem Computer 702 und den verschiedenen Stellgliedern. Die Probenentnahme-Betätigungseinheit 710 steuert oder betätigt sämtliche Prozesse, die an der Sammlung der Probeluftvolumen von dem Probenentnahmekammerportal 100, dem Handaufnahmegerät 200 und der automatisierten Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer 300 beteiligt sind. Unter einer Softwaresteuerung gibt die Prozeßsteuereinheit 708 Befehle an die Probenentnahme-Betätigungseinheit 710 aus, um die Luftansaugung von den verschiedenen Probenentnahmeeinrichtungen und die Betätigung der sich drehenden Bürsten zu steuern. Die Schnittstellen-Betätigungseinheit 712 umfaßt Schrittmotoren, die den Betrieb der Ventile mit sechs Öffnungen und die Gaszuführungseinrichtung, die zum Kehren der Proben in die chemischen Analysatoren verwendet werden, steuern. Die Schrittmotoren und die Gaszuführungseinrichtungen werden unter einer Softwaresteuerung laufen gelassen. Die Schnittstellenbetätigungseinheit 712 wird verwendet, um die Ventile mit sechs Öffnungen zwischen den Adsorptions- und Desorptionspositionen zu drehen und die verschiedenen Gasströmungen zu regulieren. Die PCAD Betätigungseinheit 714 umfaßt einen Schrittmotor für die Drehung der sich drehenden kreisförmigen Platte und stellt das Signal zum Steuern des Solenoids bereit, das zum Betreiben des Hebelmechanismus verwendet wird, welches die ersten und zweiten festen Platten entweder verbindet oder trennt. Die VCAD Betätigungseinheit 716 umfaßt einen Schrittmotor für die Drehung der zweiten sich drehenden kreisförmigen Platte und stellt die Steuerung des zweiten Solenoids bereit, das zum Betreiben des zweiten Hebelmechanismus verwendet wird, der den zweiten Satz von ersten und zweiten festen Platten entweder verbindet oder trennt. Daten von den chemischen Analysatoren 460 und 560 werden direkt in den Computer 702 zur Verarbeitung durch eine Datensammlungs-Einsteckkarte gebracht. Daten von dem Gaschromatographen/ECD-System werden in den Computer 702 als eine sich ändernde Frequenz hineingenommen und Daten von dem IMS System werden in den Computer 702 als eine sich ändernde analoge Spannung hereingenommen. Die Daten, die dem Steuer- und Datenverarbeitungssystem 700 eingegeben werden, sind durch einen Prozessor 702 mit dem Prozeßsteuermodul 708 korreliert, das die erforderlichen Unterbrechungen für den Prozessor 702 erzeugt, so daß Daten zu den geeigneten Zeitintervallen eingegeben werden können.

Der Computer 702 weist einen internen Takt auf, der den Referenztakt für sämtliche Zeitsteuerungssequenzen bereitstellt. Weil sämtliche Ventile und mechanische Bewegungen von dem Computer betätigt werden, sind deshalb sämtliche Gas- und Probenströmungen in dem Gerät bezüglich der Zeit der Betätigung steuerbar. Die relative Sequenzsteuerung und Zeitsteuerung von Betätigungsvorgängen sind einfache Schritte in einem gespeicherten Programm in dem Speicher des Computers. Zusätzlich werden sämtliche Temperaturen in dem Gerät in den Computer eingelesen und sämtliche Erwärmungsfunktionen werden von dem Computer betätigt. Deshalb sind sämtliche Temperaturen und deren Größen zu irgendeiner Zeit und die Änderungsrate bezüglich der Zeit unter einer Programmsteuerung. Die Datenausgabe von den chemischen Analysatoren von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystemen werden wie erforderlich verarbeitet und die erforderliche Information wird von dem gleichen Computer extrahiert und angezeigt.

Ein einzigartiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Korrelations- und Detektionssystems. In einer Umgebung mit einem hohen Durchsatz, beispielsweise an einem Flughafen, mit überlappenden Probesammlungs- und Analysatorperioden, besteht eine Notwendigkeit für eine Einrichtung, um positiv die Person oder das Objekt zu verifizieren, die/das zu der Zeit abgetastet wird, zu der die Probe genommen wird, für den Fall, daß die Probe die Zielmoleküle enthält. In der bevorzugten Ausführungsform tritt die Analyse ungefähr zwölf Sekunden nach Aufnahme der Probe auf und in einem schnellen sich bewegenden Strom von Gepäck oder Personen würde eine Identifikation schwierig, wenn nicht unmöglich sein. Deshalb ist eine Videoabbildungskamera, entweder eine Bewegungs- oder eine Standbildkamera, vorgesehen, um das Bild der Person oder des Gepäckstücks, von der/dem eine Probe genommen wird, aufzuzeichnen. Dieses Bild wird dann mit den Ergebnissen der Probe korreliert, die von dem Computer 702 genommen wird. Diese Videoabbildungseinrichtung oder Bildaufnahmeeinrichtung ist an einer Stelle plaziert, so daß sie ein Bild von irgend jemanden, irgend etwas aufnehmen kann, der/das in dem Probenentnahmebereich ist, von der gerade eine Probe genommen wird. Beispielsweise kann die Abbildungseinrichtung innerhalb des Probenentnahmekammerportals 100 angeordnet werden, wie mit der Videokamera 109 dargestellt, die in Fig. 3 gezeigt ist, oder an irgendeiner zweckdienlichen Stelle zum Einfang von Bildern eines Gepäckstücks oder von anderen Objekten, die die automatisierte Gepäck/Paket-Probenentnahmekamera 300 betreten oder verlassen, und an einer Stelle, die zum Einfangen von Bildern von Personen oder Objekten zweckdienlich ist, von denen durch das Handaufnahmegerät 200 gerade eine Probe genommen wird, wie in den Fig. 4 bis 6 gezeigt.

Die Abbildungseinrichtung ist an einer Stelle plaziert, um so ein Bild einer Person oder eines Objekts, von dem gerade von einer der verschiedenen Probenentnahmeeinrichtungen eine Probe aufgenommen wird, einzufangen. Die Abbildungseinrichtung kann in nächster Nähe zu dem Probenentnahmebereich oder an einer entfernten Stelle plaziert werden, wo sie leichter versteckt werden kann, wenn dies gewünscht ist. Unabhängig davon, welcher Typ von Abbildungseinrichtungen verwendet wird, muß das eingefangene Bild gespeichert werden. Das eingefangene Bild wird entweder auf einem Videokassettenrecorder oder einer getrennten Speichereinrichtung gespeichert. Wenn das Bild auf einer getrennten Speichereinrichtung gespeichert wird, dann muß das Videosignal von irgendeinem Typ von standardmäßiger Digitalisierungsschaltung digitalisiert werden. Jedem gespeicherten Bild wird ein Identifikationscode von dem Steuer- und Datenverarbeitungssystem wegen der Verzögerung zwischen der Aufnahme eines Bilds und der Analyse der Person oder des Objekts, von dem eine Probe genommen wird, gegeben. Wenn ein System oder beide erste und zweite Probesammlungs- und Analyseuntersysteme 400 und 500, die in den Fig. 11A- 11C gezeigt sind, die Anwesenheit von irgendwelchen Zielmaterialien detektieren, dann wird ein Alarm gesetzt. Das Steuer- und Datenverarbeitungssystem fordert dann das Bild, das zu einem bestimmten gespeicherten Bild gehört, von entweder dem Videokassettenrecorder oder der getrennten Speichereinrichtung durch seine Identifikationsnummer an. Das Steuer- und Datenverarbeitungssystem korreliert dann das bestimmte gespeicherte Bild mit den Ergebnissen der chemischen Analyse. Bei einem normalen Betrieb werden die Bilder nur gespeichert, bis die Analyse beendet ist. Für den Fall eines Alarms wird das zugehörige Bild mit einer Marke versehen, um eine Löschung zu verhindern. Zusätzlich umfaßt das Korrelations- und Detektionssystem eine Videoanzeige, um so das Bild betrachten zu können, um die Identität des Objekts oder der Person zu bestimmen, die einen Alarm ausgelöst haben.

Das Computerprogramm, das zum Steuern des Detektions- und Überwachungssystems der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfaßt die Schritte zum Definieren des Zieldampfes und der Zielpartikelparameterfenster, wobei jedes Fenster die Systemantwort auf jedes der gewählten Moleküle von Interesse, die ein Zielmaterial andeuten, begrenzt. Das Programm umfaßt auch die Schritte zum Definieren einer Probenentnahmesequenz mit wenigstens einer Probenentnahmeperiode, die Definition einer Betätigungssequenz, die Aktivierung eines Systembetriebs, die Sammlung von Daten von dem System und dann das Korrelieren oder Vergleichen der angeforderten Daten mit den Parametern, die vorher für die Zieldämpfe und Zielpartikel entwickelt worden sind. Das Programm aktiviert dann ein Detektionssignal auf eine Übereinstimmung oder Korrelation zwischen den angeforderten Daten und den Zielparametern. Zusätzlich korreliert das Computerprogramm die benötigten Daten mit einem Bild des Objekts oder der Person, die gerade durchleuchtet wird, so daß dann, wenn eine Korrelation zwischen den benötigten Daten und den Zielparametern vorhanden ist, eine positive Identifizierung des Objekts oder der Person durchgeführt werden kan.

Der Schritt zum Definieren von Zieldampf- und Zielpartikel- Parameterfenstern umfaßt das Laden der spezifischen Signaturmolekülprofile oder Signalmustern in den CPU Speicher, der an den chemischen Analysatoren angebracht ist. Der Schritt zum Definieren einer Probenentnahmesequenz umfaßt die Initialisierung der Parameter, die den ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystemen zugeordnet sind. Der Schritt zum Definieren der Betätigungssequenz und der Schritt zum Aktivieren des Systembetriebs umfaßt die Ablaufsteuerung der verschiedenen Betriebsvorgänge, die zu den Sammlungs-, Verdampfungs- und Desorptionsprozessen gehören, die an dem Betrieb des Detektionserfassungssystems beteiligt sind, wie voranstehend beschrieben worden ist. Der Schritt zum Sammeln von Daten und zum Korrelieren der gesammelten Daten mit den Zieldampf- und Zielpartikel-Parametern umfaßt den Schritt zum Ausführen der Analyse, zum Sammeln der Ausgangsdaten und zum Vergleichen der gesammelten Daten mit den Fensterparametern, um zu bestimmen, ob irgendeine Übereinstimmung existiert. Wenn verschiedene Detektoren für die ersten und zweiten Untersysteme verwendet werden, werden verschiedene Profile oder Signalmuster entwickelt, die das Ansprechverhalten von diesem Detektor auf ein spezifisches Zielmolekül von Interesse darstellen.

Fig. 17 ist ein Flußdiagramm 800, das die Gesamtprozeßsteuerung zeigt, so wie sie von dem Steuer- und Datenverarbeitungssystem erzielt wird und von dem digitalen Computer 702 ablaufen gelassen wird. Der Block 802 des Flußdiagramms 800 ist einfach der Startpunkt oder Eintrittspunkt in das gesamte Softwarepaket. Der Ablaufdiagnoseblock (Run Diagnostics Block) 804 stellt den Stoftwareblock dar, der für eine Selbstdiagnose und Selbstkalibrierung verantwortlich ist. Grundlegend steuert dieser Softwareblock verschiedene Programme zum Ausführen von verschiedenen Aspekten der Detektions- und Analyseroutinen. Der Block 806 für die Probenentnahme von Luft und die Aktivierung der Kamera stellt den Softwareblock dar, der bewirkt, daß die Luftprobe aus dem Portal, dem Handaufnahmegerät oder der automatisierten Gepäck/Paket- Probenentnahmekammer gezogen wird und in die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersysteme gezogen werden. Diese Software steuert den Betrieb der Probenentnahme-Betätigungseinheit 710, die in Fig. 16 gezeigt ist. Der Block 806 für die Probenentnahme von Luft und die Aktivierung einer Kamera stellt ebenfalls den Softwareblock dar, der für eine Aktivierung einer Kamera zum Einfangen eines Bilds des Objekts oder der Person, von dem/der gerade eine Probe genommen wird, verantwortlich ist. Das eingefangene Bild wird dann mit den chemischen Analysedaten korreliert, die zu der Probe gehören, die von der Person oder dem Objekt genommen worden ist, und wird dann in einem Speicher für eine archivierte Aufzeichnung gespeichert, um als eine Identifikationseinrichtung verwendet zu werden. Typischerweise werden die Bilder einer Person oder eines Objekts für die letzten drei oder sechs Probenentnahmeperioden gespeichert, außer wenn eines oder mehrere der Zielmaterialien erfaßt worden ist. Nach dem Block 806 für die Probenentnahme von Luft und die Aktivierung der Kamera verzweigt sich das Flußdiagramm 800 in zwei Pfade, die gleichzeitig abgearbeitet werden. Ein Pfad veranschaulicht den Betrieb des ersten Probesammlungs- und Analyseuntersystems, während der zweite Pfad den Betrieb des zweiten Probesammlungs- und Analyseuntersystems darstellt.

Der erste Pfad in dem Flußdiagramm 800 ist wie folgt:

Der Block 808 zum Drehen der PCAD Filter stellt den Softwareblock dar, der für die Drehung der sich drehenden kreisförmigen Ebene und die Vereinigung und Trennung der ersten und zweiten festen Plätten verantwortlich ist. Grundsätzlich steuert dieser Softwareblock die PCAD Betätigungseinheit 714, die in Fig. 15 gezeigt ist. Der Block 810 zum Erwärmen von gesammelter Partikelmaterie stellt den Softwareblock dar, der für die Steuerung des Verdampfungsprozesses verantwortlich ist. Dieser Softwareblock steuert den Blitzerwärmungsprozeß sowie die Gasströmungen, die zum Einspritzen der verdampften Probe in den chemischen Analysator hinein verwendet werden. Dieser Softwareblock steuert die Schnittstellen- Betätigungseinheit 712, die in Fig. 16 gezeigt ist. Der Block 812 zum Sammeln von Daten stellt den Softwareblock dar, der für die Ansammlung von Daten von dem chemischen Analysator (den Analysatoren) und die nachfolgende Analyse und Erstellung einer Anzeige über die sich ergebenden Daten verantwortlich ist. Zusätzlich korreliert dieser Softwareblock die gesammelten Daten mit dem Bild der Person oder der Objekte, die von der Kameraeinrichtung aufgenommen werden.

Der zweite Pfad in dem Flußdiagramm 800 ist wie folgt: Der Block 814 zum Drehen des VCAD Filters veranschaulicht den Softwareblock, der für die Drehung der zweiten sich drehenden kreisförmigen Ebene und die Vereinigung und die Trennung des zweiten Paars von ersten und zweiten festen Platten verantwortlich ist. Dieser Softwareblock steuert die in Fig. 16 gezeigte VCAD Betätigungseinheit 716. Der Block 816 zum Desorbieren von Dampf stellt den Softwareblock dar, der zum Steuern der Erwärmungseinrichtung und des Flusses von reinem Gas in dem Desorptionsprozeß verantwortlich ist. Der Block 818 zum Drehen des Ventils mit sechs Öffnungen stellt den Softwareblock dar, der zum Steuern des Ventils mit sechs Öffnungen verantwortlich ist, das als die Schnittstelle zwischen dem VACD und den chemischen Analysatoren des VCAD verwendet wird, so daß das konzentrierte Probenluftvolumen in geeigneter Weise an die Analysatoren geleitet wird. Der Block 816 zum Desorbieren von Dampf und der Block 818 zum Drehen des Ventils mit sechs Öffnungen steuern beide den Betrieb der Schnittstellen- Betätigungseinheit 712, die in Fig. 16 gezeigt ist. Der Block 820 zum Sammeln von Daten veranschaulicht den Softwareblock, der für die Sammlung von Daten von dem chemischen Analysator (den chemischen Analysatoren) 560 und die nachfolgende Analyse und Erstellung einer Anzeige über die sich ergebenden Daten verantwortlich ist. Zusätzlich stellt dieser Softwareblock die Beziehung zwischen den gesammelten Daten und dem Bild der Person oder den Objekten, die von der Kameraeinrichtung aufgenommen werden, her.

Auf einen Abschluß der zwei Blöcke 812 und 820 zum Sammeln von Daten wird das Flußdiagramm 800 wieder zusammengebracht. Der Anzeigedaten/Kamerabild-Block 822 veranschaulicht den Softwareblock, der zum Formatieren der erforderlichen chemischen Analysedaten in ein Format benötigt wird, welches schnell auf einer standardmäßigen CRT angezeigt und leicht verstanden wird. Das eingefangene Abbild oder das Bild können ebenfalls unter Verwendung von standardmäßigen Anzeigetechniken angezeigt werden. Der gesamte Softwareaufbau, der in Fig. 17 angezeigt ist, ist ein zyklischer Prozeß und dem Schritt des Blocks 822 folgend, kehrt er zu dem Block 806 für die Probenentnahme von Luft und die Aktivierung der Kamera zurück und setzt diese fort, bis er gestoppt wird. Die Software ermöglicht ferner dem System, in einem Einzelzyklusmodus, in einem kontinuierlichen Zyklusmodus oder einem Pausenmodus zu laufen. Wie voranstehend angegeben ist die Softwareroutine modularisiert und kann deshalb leicht geändert, aktualisiert, entfernt oder ergänzt werden.

Fig. 18 ist ein Flußdiagramm 800', das einen identischen Prozeß zeigt, so wie dies das Flußdiagramm 800 in Fig. 17 tut, mit einer Ausnahme. Im Flußdiagramm 800' ist ein zusätzlicher Block 824 zum Drehen des Ventils mit sechs Öffnungen zwischen dem Block 810 der über Wärme gesammelten Partikelmaterie und dem Block 812 zum Sammeln von Daten eingefügt. Wie zuvor stellt der Block 824 zum Drehen des Ventils mit sechs Öffnungen den Softwareblock dar, der zum Steuern des Ventils mit sechs Öffnungen verantwortlich ist und als eine Schnittstelle verwendet wird, wenn ein Gaschromatograph-Analysator verwendet wird.

Es gibt grundlegend drei Konzepte, die in dem Überwachungsprozeß existieren. Das erste Konzept umfaßt sowohl die Sammlung von Dämpfen als auch Partikeln und deren nachfolgende Analyse. Deshalb verwendet das erste Konzept sowohl das erste als auch das zweite Probesammlungs- und Analyseuntersystem. Das zweite Konzept umfaßt nur die Sammlung von Partikeln und deren nachfolgende Analyse. Deshalb verwendet das zweite Konzept nur das erste Probesammlungs- und Analyseuntersystem. Das dritte Konzept beinhaltet lediglich die Sammlung von Dämpfen und deren nachfolgende Analyse. Deshalb verwendet das dritte Konzept nur das zweite Probesammlungs- und Analyseuntersystem. Die Software ist so ausgelegt, daß sämtliche drei Konzepte zum Überwachen ungefähr 11,0 Sekunden zum Abschluß benötigen, unabhängig davon, ob sie einzeln oder gleichzeitig laufengelassen werden. Eine anfängliche Verzögerung wird zu dem PCAD-Zyklus hinzugefügt, so daß die Analyse des PCAD Systems zum gleichen Zeitpunkt abgeschlossen ist, zu dem die Analyse des PCAD Systems abgeschlossen ist. Dies verhindert, daß Testergebnisse durcheinander gebracht werden, wenn das System in einem kontinuierlichen Modus laufengelassen wird. Wenn es in einem kontinuierlichen laufengelassen wird, besteht eine Überlappung zwischen dem Ende eines Überwachungszyklusses und dem Beginn des zweiten Überwachungszyklusses, wobei jeder der nächsten Überwachungszyklen bei jeweils sieben Sekunden beendet worden sind. Dies Überlappung tritt zwischen der Analyse- und Anzeigeperiode eines Überwachungszyklusses und den Perioden zur Aufnahme von Luft bis zur Verdampfung/Desorption eines zweiten Zyklusses auf. Diese Überlappung erfordert, daß die Softwareaufgaben in dem Überwachungsprozeß in einer Multi-Tasking-Umgebung laufen gelassen werden. In einer Multi-Tasking-Umgebung laufen Softwareroutinen in einem Vordergrund/Hintergrund-Szenarium in einem echten Interrupt-Modus. Die mechanischen Betriebsvorgänge unter der Softwaresteuerung werden im Hintergrund laufen gelassen, während die Analyse- und Datenverarbeitungsfunktionen im Vordergrund laufen gelassen werden. Die Flußdiagramme der Fig. 17 und 18 sind allgemeine Darstellungen der Software und sollten nicht als Zeitablaufdiagramme verstanden werden. Die Tabelle 2, die nachstehend aufgeführt ist, illustriert die erforderlichen Schritte, die Zeiten zugeordnet sind, die bei der Überwachungsprozedur unter Verwendung dieser Multi-Tasking-Umgebung beteiligt sind.

TABELLE 2

Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß die Zeiten, die in der Tabelle 2 aufgeführt sind, die Absolutzeiten für jeden der Prozesse reflektieren und nicht die Gesamtzeit für einen Abtastzyklus reflektieren. Fig. 19 ist ein Sequenz/Zeitdiagramm, das die verschiedenen Zeitparameter für jeden Prozeß in einem Probenentnahmezyklus und einer Periode besser veranschaulicht. Von 0,0 bis 2,0 Sekunden wird ein Probenluftvolumen entweder aus dem Probenentnahmekammerportal, dem Handaufnahmegerät oder der automatisierten Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer gesammelt. Von 2,0 Sekunden bis 3,0 Sekunden werden die Filter gedreht, wobei die gesammelten Materialien an die nächste Verarbeitungsstufe transportiert werden. Von 3,0 bis 5,0 Sekunden konzentriert der VCAD die gesammelten Dämpfe. Während dieser Zeitperiode ist der PCAD in Ruhe. Die Verdampfung und die Einspritzung der gesammelten Partikel wird von 6,0 bis 5,25-6,5 Sekunden erreicht. Von 5,0 bis 6,0 Sekunden werden die konzentrierten Dämpfe von dem VACD in die chemischen Analysatoren eingespritzt. Von 6,0 bis 11,0 Sekunden wird die Analyse und die Anzeige der VCAD Probe erzielt. Von 8,0 bis 9,0 Sekunden witd die Analyse der PCAD Probe erreicht und von 10,25 bis 11,0 Sekunden wird die Anzeige der PCAD Probe durchgeführt. Deshalb werden sowohl PCAD als auch VCAD gleichzeitig abgeschlossen. Ein zweiter Zyklus oder eine zweite Probenentnahmeperiode ist gezeigt, die bei 7,0 Sekunden startet. Der zweite Zyklus ist identisch zu dem ersten.

Obwohl diejenigen Einzelheiten gezeigt und beschrieben worden sind, von denen angenommen wird, daß sie die praktischsten und bevorzugten Ausführungsformen sind, ist offensichtlich, daß Abweichungen von spezifischen Verfahren und Konstruktionen, die beschrieben und dargestellt worden sind, sich selbst Durchschnittsfachleuten offenbaren werden und ohne Abweichen von dem Grundgedanken und dem Umfang der Erfindung verwendet werden können. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die bestimmten Konstruktionen, die beschrieben und illustriert sind, beschränkt, sondern sollte so betrachtet werden, daß sie sämtliche Modifikationen abdeckt, die in den Umfang der angehängten Ansprüche fallen.


Anspruch[de]

1. Detektions- und Überwachungssystem für die Detektion von Zieldämpfen und/oder Zielpartikel im Zusammenhang mit einer definierten Klasse von Zielmaterialien, beispielsweise Sprengstoffen, chemischen Substanzen, Drogen oder Betäubungsmittel, umfassend:

a) eine Probenentnahmeeinrichtung (20; 100, 300) zum Sammeln eines Probeluftvolumens von einer Person oder einem Objekt;

b) ein erstes Partikelsammler- und Detektor-Untersystem (30; 400, PCAD, 35; 410) zur Aufnahme des Probeluftvolumens von der Probenentnahmeeinrichtung, umfassend:

einen Probensammler und Verdampfer (SCAV; 410) zum Sammeln von Zielpartikeln, die in dem empfangenden Probeluftvolumen enthalten sind, in einer ersten Probeentnahmeperiode und zum Umwandeln der gesammelten Zielpartikel in eine erste Dampfprobe zur Analyse in einer zweiten Probenentnahmeperiode; und

einen ersten Analysator (80; 460) zum Analysieren der ersten Dampfprobe in der zweiten Probenentnahmeperiode.

c) ein zweites Dampfsammler- und Detektor-Untersystem (40; 500, VCAD, 45) getrennt von dem ersten Partikelsammler- und Detektor-Untersystem zur Aufnahme des Probeluftvolumens von der Probenentnahmeeinrichtung, umfassend:

- einen Probensammler- und Vorkonzentrierer (SCAP, 510) zum Sammeln von Zieldämpfen, die in dem empfangenden Probluftvolumen enthalten sind, in der ersten Probenentnahmeperiode und zum Konzentrieren der Zieldämpfe in eine zweite Dampfprobe zur Analyse in der zweiten Probenentnahmeperiode; und

- einen zweiten Analysator (90, 560) zur Analyse der zweiten Dampfprobe in der zweiten Probenentnahmeperiode;

e) ein Steuer- und Datenverarbeitungssystem (50) zum zyklischen Steuern der ersten und zweiten Untersysteme in der ersten und zweiten Probenentnahmeperiode und zum Erzeugen eines Signals im Ansprechen auf den ersten und/oder zweiten Analysator, die die Anwesenheit der Vielpartikel bzw. Zieldämpfen erfassen, in entweder der ersten oder der zweiten Dampfprobe.

2. Detektions- und überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenentnahmeeinrichtung eine Probensammlungs einrichtung umfaßt, wobei die Probensammlungseinrichtung ferner ein Sauggebläse zum Ansaugen des Probeluftvolumens von der Probenentnahmeeinrichtung während einer Probenperiode und zum Transportieren des Probeluftvolumens an die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyse-Untersysteme umfaßt.

3. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenentnahmeeinrichtung ein Handaufnahmegerät ist.

4. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelsammler umfaßt:

(a) wenigstens ein Filterelement, um vorzugsweise Zielpartikel zurückzuhalten, die in dem Probeluftvolumen enthalten sind; und

(b) eine Verdampfungskammer, die dafür ausgelegt ist, das Filterelement aufzunehmen, wobei die Verdampfungskammer eine Einrichtung zum Erwärmen des Filterelements aufweist, um eine Entspannungsverdampfung der zurückgehaltenen Zielpartikel in die erste Dampfprobe zur Analyse auszuführen.

5. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Probensammlungs- und Analyse-Untersystem ferner umfaßt:

(a) erste, zweite und dritte Filterelemente zum selektiven Zurückhalten von Zielpartikeln, die in dem Probeluftvolumen enthalten sind;

(b) eine Sammlungskammer zur Aufnahme des Probeluftvolumens, wobei die Sammlungskammer ausgelegt ist, um sequenziell eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, um selektiv eines der Filterelemente in die Lage zu versetzen, vorzugsweise die Zielpartikel während der Probenentnahmeperiode zurückzuhalten;

(c) eine Verdampfungskammer, die dafür ausgelegt ist, eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, wobei die Verdampfungskammer eine erste Einrichtung zum Erwärmen des einen Filterelements aufweist, um eine Entspannungsverdampfung der zurückgehaltenen Zielpartikel in die erste Dampfprobe zur Analyse auszuführen;

(d) eine Reinigungskammer, die dafür ausgelegt ist, um eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente nach der Entspannungsverdampfung aufzunehmen, wobei die Reinigungskammer eine zweite Einrichtung zum Erwärmen des einen Filterelements aufweist, um effektiv irgendwelche zurückbleibende Partikelmaterie, die darauf zurückgehalten wird, zu verdampfen.

6. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung zum Erwärmen eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente ein erstes Paar von Elektroden ist, die einen Erwärmungsstrom direkt an das eine Filterelement zuführen, um die Filterelemente schnell zu erwärmen und die Entspannungsverdampfung der Zielpartikel in die erste Dampfprobe zur Analyse auszuführen.

7. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Probensammler und Verdampfer ferner eine erste Gaszuführungseinrichtung umfaßt, die kontinuierlich eine erste Gasströmung in die Verdampfungskammer während der Entspannungsverdampfung bereitstellt, um verdampfte Partikel in den ersten Detektor zu kehren.

8. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskammer eine Blitzerwärmung mit einer Dauer von 250 ms bereitstellt, was zu einer schnellen Injektion der ersten Dampfprobe in die erste Detektoreinrichtung führt.

9. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungskammer ein zweites Paar von Elektroden umfaßt, die einen elektrischen Strom direkt an das eine Filterelement in der Reinigungskammer führen, um dadurch das Filterelement zu erwärmen und irgendwelche zurückbleibenden Partikel zu verdampfen.

10. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Paar von Elektroden einen computergesteuerten Strom zuführen, um eine spezifische Wärmeenergiemenge zu erzeugen, um irgendeine Partikelmaterie zu verdampfen, die auf dem Filterelement zurückbleibt und eine zweite Gaszuführung vorgesehen ist, um eine zweite Gasströmung bereitzustellen, die die verdampften Partikel in die Umgebung kehrt.

11. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Sammlungs- und Analyse-Untersystem ferner umfaßt:

(a) wenigstens ein Filterelement, um vorzugsweise die Zieldämpfe, die in dem Probeluftvolumen enthalten sind, zu adsorbieren;

(b) eine Desorptionskammer, die dafür ausgelegt ist, um das Filterelement aufzunehmen, wobei die Desorptionskammer eine Einrichtung aufweist, um eine spezifische Wäremenergiemenge zu erzeugen, um adsorbierte Zieldämpfe von den Filterelementen zu desorbieren.

12. Detektions- und Uberwachungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Probensammlungs- und Analyse-Untersystem ferner umfaßt:

(a) ein erstes, zweites und drittes Filterelement, um vorzugsweise die Zieldämpfe, die in dem Probeluftvolumen enthalten sind, zu adsorbieren;

(b) eine Probenentnahmekammer zum Aufnehmen der Probe, wobei die Probenentnahmekammer dafür ausgelegt ist, um eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, um selektiv die Zieldämpfe während einer der Probenentnahmeperioden zu adsorbieren;

(c) eine Desorptionskammer, die dafür ausgelegt ist, um ein anderes der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, wobei die Desorptionskammer eine erste Einrichtung zum Erzeugen einer ersten spezifischen Energiemenge aufweist, um irgendwelche adsorbierten Zieldämpfe von der Filtereinrichtung zu desorbieren.

(d) eine Ausspülungskammer, die dafür ausgelegt ist, um die übrigen der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, wobei die Ausspülungskammer eine zweite Einrichtung aufweist, um eine zweite spezifische Wärmemenge zu erzeugen, um effektiv irgendeinen zurückbleibenden adsorbierten Dampf zu desorbieren.

13. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung ein elektrisches Erwärmungselement ist, das in der Desorptionskammer angebracht ist und das einen ersten gesteuerten Strom empfängt, um die Temperatur eines ersten Kehrgases, das von einer ersten Gaszuführungseinrichtung zugeführt wird, auf einen Pegel zu erhöhen, der ausreicht, um die Zieldämpfe von den Filterelementen effektiv zu desorbieren und die konzentrierte Dampfprobe zur Analyse in die zweite Detektoreinrichtung zu kehren.

14. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung für eine Erwärmung ein elektrisches Erwärmungselement ist, das in der Ausspülungskammer angebracht ist und das einen zweiten gesteuerten Strom empfängt, um die Temperatur eines zweiten Kehrgases, das von einer zweiten Gaszuführungseinrichtung zugeführt, auf einen Pegel zu erhöhen, der ausreicht, um irgendwelche zurückbleibenden Dämpfe von den Filterelementen effektiv zu desorbieren.

15. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenentnahmeeinrichtung eine Probensammlungseinrichtung umfaßt, wobei die Probensammlungseinrichtung ferner ein Ansauggebläse umfaßt, um das Probeluftvolumen aus der tragbaren Probenentnahmeeinrichtung während einer Probenperiode anzusaugen und das Probluftvolumen an die ersten und zweiten Probesammlungs- und Analyse- Untersysteme zu transportieren.

16. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Probesammlungs- und Analyse-Untersystem ferner umfaßt:

(a) erste, zweite und dritte Filterelemente, um selektiv Zielpartikel, die in dem Probeluftvolumen enthalten sind, zurückzuhalten;

(b) eine Sammlungskammer zur Aufnahme des Probeluftvolumens, wobei die Sammlungskammer dafür ausgelegt ist, um sequenziell eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, um selektiv eines der Filterelemente in die Lage zu versetzen, vorzugsweise die Zielpartikel während der Probeentnahmeperiode zurückzuhalten;

(c) eine Verdampfungskammer, die dafür ausgelegt ist, um eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, wobei die Verdampfungskammer eine erste Einrichtung zum Erwärmen des einen Filterelements aufweist, um eine Entspannungsverdampfung der zurückgehaltenen Zielpartikel in die erste Dampfprobe zur Analyse auszuführen; und

(d) eine Reinigungskammer, die dafür ausgelegt ist, um eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente nach der Entspannungsverdampfung aufzunehmen, wobei die Reinigungskammer eine zweite Einrichtung aufweist, um das eine Filterelement zu erwärmen, um effektiv irgendwelche zurückbleibende Partikelmaterie, die darauf zurückgehalten wird, zu verdampfen.

17. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung zum Erwärmen eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente ein erstes Paar von Elektroden ist, die einen Erwärmungsstrom direkt an eines der Filterelemente führen, um die Filterelemente schnell zu erwärmen und eine Entspannungsverdampfung der Zielpartikel in die erste Dampfprobe zur Analyse auszuführen.

18. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Probensammler und Verdampfer ferner eine erste Gaszuführungseinrichtung umfaßt, die kontinuierlich eine erste Gastströmung in die Verdampfungskammer während der Entspannungsverdampfung bereitstellt, um verdampfte Partikel in den ersten Detektor zu kehren.

19. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskammer eine Entspannungserwärmung mit einer Dauer von 2 ms bereitstellt, was zu einer schnellen Injektion der ersten Dampfprobe in die erste Detektoreinrichtung führt.

20. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungskammer ein zweites Paar von Elektroden umfaßt, die einen elektrischen Strom direkt an das eine Filterelement in der Reinigungskammer führen, um dadurch das Filterelement zu erwärmen und irgendwelche zurückbleibenden Partikel zu verdampfen.

21. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Paar von Elektroden einen computergesteuerten Strom zuführen, um eine spezifische Wärmeenergiemenge zu erzeugen, um irgendeine Partikelmaterie, die auf dem Filterelement zurückbleibt, zu verdampfen, und eine zweite Gaszuführung vorgesehen ist, um eine zweite Gasströmung bereitzustellen, die die verdampften Partikel in die Umgebung kehrt.

22. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlungskammer, die Verdampfungskammer und die Reinigungskammer aus ersten und zweiten Platten gebildet sind, wobei die ersten und zweiten Platten jeweils eine Vielzahl von Halbkammern definieren, die zusammen jeweils die Sammlungs-, Verdampfungs- und Reinigungskammern definieren.

23. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Probensammlungs- und Analyse-Untersystem ferner umfaßt:

(a) ein erstes, zweites und drittes Filterelement, um vorzugsweise die Zieldämpfe, die in dem Probeluftvolumen enthalten sind, zu adsorbieren;

(b) eine Probenentnahmekammer zur Aufnahme des Probevolumens, wobei die Probenentnahmekammer dafür ausgelegt ist, um eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, um selektiv die Zieldämpfe während einer der Probenentnahmeperioden zu adsorbieren;

(c) eine Desorptionskammer, die dafür ausgelegt ist, um ein anderes der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, wobei die Desorptionskammer eine erste Einrichtung zum Erzeugen einer spezifischen Energiemenge aufweist, um irgendwelche adsorbierten Zieldämpfe von der Filtereinrichtung zu desorbieren; und

(d) eine Ausspülungskammer, die dafür ausgelegt ist, die übrigen der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, wobei die Ausspülungskammer eine zweite Einrichtung aufweist, um eine zweite spezifische Wärmemenge zu erzeugen, um irgendwelchen adsorbierten Dampf effektiv zu desorbieren.

24. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung ein elektrisches Erwärmungselement ist, das in der Desorptionskammer angebracht ist und das einen ersten gesteuerten Strom empfängt, um die Temperatur eines ersten Kehrgases, das von einer ersten Gaszuführungseinrichtung zugeführt wird, auf einen Pegel zu erhöhen, der ausreicht, um die Zieldämpfe von den Filterelementen effektiv zu desorbieren und die zweite Dampfprobe zur Analyse in den zweiten Detektor zu kehren.

25. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung zum Erwärmen ein elektrisches Erwärmungselement ist, das in der Reinigungskammer angebracht ist und das einen zweiten gesteuerten Strom empfängt, um die Temperatur eines zweiten Kehrgases, das von einer zweiten Gaszuführungseinrichtung zugeführt wird, auf einen Pegel anzuheben, der ausreicht, um irgendwelche übrigen Dämpfe von den Filterelementen effektiv zu desorbieren.

26. Detektions- und überwachungssystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenentnahmekammer, die Desorptionskammer und die Reinigungskammer aus der Vereinigung einer ersten und einer zweiten Platte gebildet sind, wobei die ersten und zweiten Platten jeweils Halbkammern umfassen, die ungefähr eine Hälfte des Volumens jeder der Kammern aufweisen.

27. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Platte ferner eine O-Ring- Abdichtungseinrichtung umfaßt, die um den Umfang jeder der Halbkammern befestigt ist, um eine luftdichte Dichtung zu erzeugen, wenn die zweite Platte damit verbunden ist; wobei die Sammlungskammer, die Verdampfungskammer und die Reinigungskammer jeweils in einem Abstand von 120º angeordnet sind; wobei das System ferner eine Drehplatte umfaßt, die zwischen den ersten und zweiten Platten angeordnet ist, wobei die ersten, zweiten und dritten Filterelemente darin in Ausrichtung zu den Sammlungs-, Verdampfungs- und Reinigungskammern in einem Abstand von 120º darin angeordnet sind, wobei die ersten, zweiten und dritten Filterelemente vollständig in einer der Sammlungs-, Verdampfungs- und Reinigungskammern aufgenommen sind, wenn die ersten und zweiten Platten zusammen verbunden sind; wobei das erste Probesammlungs- und Analyse-Untersystem ferner eine erste Motoreinrichtung zum Drehen der Drehplatte um 120º zwischen den Probenentnahmeperioden umfaßt, um das erste Filterelement zwischen der Sammlungskammer, der Verdampfungskammer und der Reinigungskammer zu drehen, und eine elektromechanische Einrichtung, zum Hin- und Her- Verbinden der ersten und zweiten Platten zusammen während einer Probenentnahmeperiode und zum Trennen der ersten und zweiten Platten während der Drehung der Drehplatte; wobei während einer ersten Probenentnahmeperiode das erste Filterelement in der Sammlungskammer ist, das zweite Filterelement in der Verdampfungskammer ist und das dritte Filterelement in der Reinigungskammer ist, und wobei in der nächsten sequenziellen Probenentnahmeperiode das erste Filterelement in der Verdampfungskammer ist, das zweite Filterelement in der Reinigungskammer ist und das dritte Filterelement in der Sammlungskammer ist; wobei die Drehplatte zwischen den ersten und zweiten Platten angeordnet ist, die drei Löcher, die mit den ersten, zweiten und dritten Filterelementen abgedeckt werden, in einem Abstand von 120º zueinander angeordnet sind, so daß sie zu der Probenentnahmekammer, der Desorptionskammer und der Ausspülungskammer ausgerichtet sind und vollständig innerhalb einer der Probenentnahme, Desorptions-, und Ausspülungskammern aufgenommen sind, wenn die ersten und zweiten Platten zusammen verbunden sind; wobei das zweite Probensammlungs- und Analyse- Untersystem ferner eine zweite Motoreinrichtung zum Drehen der Drehplatte um 120º zwischen den Probeentnahmeperioden umfaßt, um das erste Filterelement zwischen der Probenentnahmekammer, der Desorptionskammer und der Ausspülungskammer zu drehen, und eine elektromechanische Einrichtung zum Hin- und Her-Verbinden der ersten und zweiten Platten zusammen während einer Probenentnahmeperiode und zum Trennen der ersten und zweiten Platten während der Drehung der Drehplatte; und wobei während einer ersten Probenentnahmeperiode das erste Filterelement in der Probenentnahmekammer ist, das zweite Filterelement in der Desorptionskammer ist, und das dritte Filterelement in der Ausspülungskammer ist, und während der nächsten sequenziellen Probenentnahmeperiode das erste Filterelement in der Desorptionskammer ist, das zweite Filterelement in der Ausspülungskammer ist und das dritte Filterelement in der Probenentnahmekammer ist.

28. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Probesammlungs- und Analyse-Untersystem erste, zweite und dritte Filterelemente zum selektiven Zurückhalten von Zielpartikeln, die in dem Probeluftvolumen enthalten sind, umfaßt; und das zweite Probesammlungs-Analyse-Untersystem erste, zweite und dritte Filterelemente umfaßt, um vorzugsweise die Zieldämpfe, die in dem Probeluftvolumen enthalten sind, zu adsorbieren.

29. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Probesammlungs und Analyse-Untersystem ferner umfaßt:

(a) eine Sammlungskammer zur Aufnahme des Probeluftvolumens, wobei die Sammlungskammer dafür ausgelegt ist, um sequenziell eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, um selektiv die Filterelemente in der Lage zu versetzen, vorzugsweise die Zielpartikel während der Probenentnahmeperiode zurückzuhalten;

(b) eine Verdampfungskammer, die dafür ausgelegt ist, um eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, wobei die Verdampfungskammer eine erste Einrichtung zum Erwärmen des einen Filterelements aufweist, um eine Entspannungsverdampfung der zurückgehaltenen Zielpartikel in die erste Dampfprobe zur Analyse auszuführen;

(c) eine Reinigungskammer, die dafür ausgelegt ist, um eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente nach der Entspannungsverdampfung aufzunehmen, wobei die Reinigungskammer eine zweite Einrichtung aufweist, um das eine Filterelement zu erwärmen, um effektiv irgendwelche zurückbleibende Partikelmaterie, die darauf zurückgehalten wird, zu verdampfen, wobei die zweite Einrichtung zum Erwärmen ein zweites Paar von Elektroden aufweist, die einen elektrischen Strom direkt an das eine Filterelement in der Reinigungskammer führen, um dadurch das Filterelement zu erwärmen und irgendwelche zurückbleibenden Partikel zu verdampfen.

30. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskammer eine Entspannungswärme mit einer Dauer von 250 ms bereitstellt, was zu einer schnellen Injektion der ersten Dampfprobe in die erste Detektoreinrichtung führt.

31. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskammer eine Entspannungswärme mit einer Dauer von 250 ms ausführt, was zu einer schnellen Injektion der ersten Dampfprobe in ein Mehrwegventil führt.

32. Detektions- und Überwachungssystem für Sprengstoffe nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrwegventil ein Dreiwegventil ist, das als ein Übergang zwischen der Verdampfungskammer und dem ersten Detektor dient, das die erste Dampfprobe zur Analyse in die erste Detektoreinrichtung während einer Analysephase der Probenentnahmeperiode entlüftet und die erste Gasströmung während einer Nicht-Analysephase der Probenentnahmeperiode an die Umgebung entlüftet.

33. Detektions- und Überwachungssystem für Sprengstoffe nach Anspruch 29 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Detektoreinrichtung ein Ionenmobilitäts-Spektrometer umfaßt.

34. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Probesammlungs- und Analyse-Untersystem ferner ein Sechswegventil umfaßt, wobei das Sechswegventil ein Übergang zwischen der Verdampfung, und der ersten Detektoreinrichtung ist und die erste Dampfprobe zur Analyse in die erste Detektoreinrichtung während einer Analysephase der Probenentnahmeperiode entlüftet und eine zweite Gasströmung, die von einer zweiten Gasströmungseinrichtung zugeführt wird, an die erste Detektionseinrichtung während einer Nicht-Analysephase der Probenentnahmeperiode entlüftet.

35. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Sechswegventil eine Adsorptions/Desorptions-Röhre, die über zwei der sechs Wege verbunden ist, umfaßt, wobei das Sechswegventil eine Einrichtung zum Drehen des Sechswegventils zwischen einer ersten Adsorptionsposition und einer zweiten Adsorptionsposition, aufweist; wobei die Einrichtung zum Drehen des Sechswegventils ein erster Getriebemotor ist, wobei das Probevolumen durch die Adsorption/Desorptions- Röhre geführt wird, wenn sich das Sechswegventil in der ersten Adsorptionsposition befindet, wobei das Probevolumen desorbiert und durch die erste Gasströmung von der ersten Gaszuführungseinrichtung in die erste Detektoreinrichtung gekehrt wird, wenn sich das Sechswegeventil in der Desorptionsposition befindet, wobei eine gesteuerter elektrischer Strom zum Erwärmen der Adsorption/Desorptions-Röhre auf eine vorgegebene Temperatur verwendet wird; und wobei die erste Detektoreinrichtung ein Gas- Chromatograph/ECD ist, der die Anwesenheit der Zielmaterialien erfaßt.

36. Tragbares Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Probesammlungs-Analyse-Untersystem umfaßt:

(a) eine Drehplatte, in der die ersten, zweiten und dritten Filterelemente angebracht sind;

(b) eine Probeentnahmekammer zur Aufnahme des Probevolumens, wobei die Probenentnahmekammer dafür ausgelegt ist, um eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, um selektiv die Zieldämpfe während einer der Probenentnahmeperioden zu adsorbieren;

(c) eine Desorptionskammer, die dafür ausgelegt ist, um ein anderes der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, wobei die Desorptionskammer eine erste Einrichtung zum Erzeugen einer ersten spezifischen Energiemenge aufweist, um irgendwelche adsorbierten Zieldämpfe von der Filtereinrichtung zu desorbieren, wobei die erste Einrichtung ein elektrisches Erwärmungselement ist, das in der Desorptionskammer angebracht ist und das einen ersten gesteuerten Strom empfängt, um die Temperatur eines ersten Kehrgases, das von einer ersten Gaszuführungseinrichtung zugeführt wird, auf einen Pegel anzuheben, der ausreicht, um die Zieldämpfe von den Filtereinrichtungen effektiv zu desorbieren und die konzentrierte Dampfprobe zur Analyse in einem Mehrwegventil zu kehren;

(d) eine Reinigungskammer, die dafür ausgelegt ist, um die übrigen der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, wobei die Reinigungskammer eine zweite Einrichtung zum Erzeugen einer zweiten spezifischen Wärmemenge umfaßt, um irgendwelchen adsorbierten Dampf effektiv zu desorbieren, wobei die zweite Erwärmungseinrichtung ein elektrisches Erwärmungselement ist, das in der Reinigungskammer angebracht ist und das einen zweiten gesteuerten Strom empfängt, um die Temperatur eines zweiten Kehrgases, das von einer zweiten Gaszuführungseinrichtung zugeführt wird, auf einen Pegel anzuheben, der ausreicht, um irgendwelche verbleibenden Dämpfe von den Filterelementen effektiv zu desorbieren.

37. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Hälfte der Desorptionskammer konisch ausgebildet ist, um den Dampfkonzentrierungsprozeß zu verbessern und die konisch ausgebildete obere Hälfte gebildet ist, indem ein keramisches Lager innerhalb der ersten Platte angeordnet wird, wobei das zweite Probensammler- und Analyse-System ferner einen Vakuummotor umfaßt, der Abfall aus der Reinigungskammer ansaugt, wobei der Vakuummotor mit der Reinigungskammer über ein Verbundstück in der zweiten Platte verbunden ist;

wobei das zweite Probesammlungs- und Analyse-System ferner ein Sechswegventil umfaßt, das ein Übergang zwischen der Desorptionskammer und der zweiten Detektoreinrichtung ist und die zweite Dampfprobe zur Analyse in den zweiten Detektor während einer Analysephase der Probenentnahmeperiode entlüftet und eine zweite Gasströmung von einer zweiten Gaszuführungseinrichtung an den zweiten Detektor während einer Nicht-Analyse-Phase der Probenentnahmeperiode entlüftet; und wobei der

zweite Detektor ein Gas-Chromatograph/Elektronen-Detektionssystem ist, welches die Anwesenheit der Zielmaterialien erfaßt und ein zweites Alarmsignal ausgibt, wenn die Zielmaterialien erfaßt werden.

38. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Detektor ein Ionenmobilitäts-Spektometer- Detektionssystem ist, das die Anwesenheit der Zielmaterialien detektiert und ein zweites Alarmsignal ausgibt, wenn die Zielmaterialien erfaßt werden.

39. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Probesammlungs- und Analyse-Untersystem ferner umfaßt:

(a) erste, zweite und dritte Filterelemente zum selektiven Zurückhalten von Zielpartikeln, die in dem Probeluftvolumen enthalten sind;

(b) eine Sammlungskammer zur Aufnahme des Probeluftvolumens, wobei die Sammlungskammer dafür ausgelegt ist, um sequenziell eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, um selektiv eines der Filterelemente in die Lage zu versetzen, vorzugsweise die Zielpartikel während der Probenentnahmeperiode zurückzuhalten;

(c) eine Verdampfungskammer, die dafür ausgelegt ist, eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, wobei die Verdampfungskammer eine erste Einrichtung zum Erwärmen des einen Filterelements aufweist, um eine Entspannungsverdampfung der zurückgehaltenen Zielpartikel in die erste Dampfprobe zur Analyse auszuführen, wobei die erste Einrichtung zum Erwärmen der ersten, zweiten und dritten Filterelemente ein erstes Paar von Elektroden ist, die einen Erwärmungsstrom direkt an das eine Filterelement zuführen, um die Filterelemente schnell zu erwärmen und eine Entspannungsverdampfung der Zielpartikel in die erste Dampfprobe zur Analyse auszuführen;

(d) eine Reinigungskammer, die dafür ausgelegt ist, um das eine der ersten, zweiten und dritten Filterelemente nach der Entspannungsverdampfung aufzunehmen, wobei die Reinigungskammer eine zweite Einrichtung zum Erwärmen des einen Filterelements aufweist, um irgendwelche verbleibende Partikelmaterie, die darauf zurückgehalten wird, effektiv zu verdampfen, wobei die zweite Erwärmungseinrichtung ein zweites Paar von Elektroden umfaßt, die einen elektrischen Strom direkt an das eine Filterelement in der Reinigungskammer zuführen, um dadurch das Filterelement zu erwärmen und irgendwelche zurückbleibenden Partikel zu verdampfen.

40. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Probesammlungs- und Analyse-Untersystem ferner umfaßt:

(a) eine Drehplatte, in der ersten, zweiten und dritten Filterelemente angebracht sind;

(b) eine Probenentnahmekammer zur Aufnahme des Probevolumens, wobei die Probenentnahmenkammer dafür ausgelegt ist, um eines der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, um selektiv die Zieldämpfe während einer der Probenentnahmeperioden zu adsorbieren;

(c) eine Desorptionskammer, die dafür ausgelegt ist, um ein anderes der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, wobei die Desorptionskammer eine erste Einrichtung zum Erzeugen einer ersten spezifischen Energiemenge aufweist, um irgendwelche adsorbierten Zieldämpfe von der Filtereinrichtung zu desorbieren, wobei die erste Einrichtung ein elektrisches Erwärmungselement ist, das in der Desorptionskammer angebracht ist und das einen ersten gesteuerten Strom empfängt, um die Temperatur eines ersten Kehrgases, das von einer ersten Gaszuführungseinrichtung zugeführt wird, auf einen Pegel zu erhöhen, der ausreicht, um die Zieldämpfe von den Filterelementen effektiv zu desorbieren und die konzentrierte Dampfprobe zur Analyse im Mehrwegventil zu kehren.

(d) eine Reinigungskammer, die dafür ausgelegt ist, um das übrige der ersten, zweiten und dritten Filterelemente aufzunehmen, wobei die Reinigungskammer eine zweite Einrichtung zum Erzeugen einer zweiten spezifischen Wärmemenge aufweist, um effektiv irgendeinen zurückbleibenden adsorbierten Dampf zu desorbieren, wobei die zweite Erwärmungseinrichtung ein elektrisches Erwärmungselement ist, das in der Reinigungskammer angebracht ist und das einen zweiten gesteuerten Strom empfängt, um die Temperatur eines zweiten Kehrgases, das von einer zweiten Gaszuführungseinrichtung zugeführt wird, auf einen Pegel zu erhöhen, der ausreicht, um irgendwelche zurückbleibenden Dämpfe von den Filterelementen effektiv zu desorbieren.

41. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Probenentnahmebereich, in dem die Probenentnahmeeinrichtung verwendet wird, um eine Probe von der Person oder dem Objekt zu nehmen; und wobei das System eine Videoabbildungseinrichtung zur Aufnahme eines Bilds der Person oder des Objekts, von der die Probe genommen wird, eine Einrichtung zum Analysieren einer Probe, die von der Probenentnahmeeinrichtung gesammelt wird; und eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Korrelieren des aufgenommenen Bilds mit der Dateneingabe von der Analyseeinrichtung umfaßt.

42. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenentnahmeeinrichtung ein Handaufnahmegerät ist.

43. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenentnahmeeinrichtung ein Probenentnahmekammerportal ist.

44. Detektions- und LTberwachungssystem nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenentnahmeeinrichtung eine automatisierte Gepäck/Paket-Probenentnahmekammer ist.

45. Detektions- und überwachungssystem nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyseeinrichtung umfaßt:

(a) eine erste Einrichtung zum Erzeugen eines ersten Alarms bei der Detektion der Zieldämpfe;

(b) eine zweite Einrichtung zum Erzeugen eines zweiten Alarms bei der Detektion von Zielpartikeln.

46. Detektions- und Uberwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a1) der Probensammler und Verdampfer (SCAV; 410) wenigstens eine Sammlungskammer (414) und eine Verdampfungskammer (416) umfaßt, die jeweils mit der Probenentnahmeeinrichtung und dem ersten chemischen Analysator (460) und wenigsten zwei Partikel-Einfang/Filtereinrichtungen (412; 426a, 426b, Fig. 12) kommunizieren, die zyklisch angeordnet werden können, um die Sammlungs- und Verdampfungskammern in jeweiligen Probenentnahmeperioden zu belegen und bestimmte Zielmaterialien des Probeluftvolumens einzufangen und Dämpfen des Probeluftvolumens zu ermöglichen, dadurch zu gehen;

(b1) der Probensammler- und Vorkonzentrierer (SCAP, 510) wenigstens eine Probenentnahmekammer (514) und eine Desorptionskammer (516) umfaßt, die jeweils mit der Sammlungskammer (414) des Probesammlers und Verdampfers (SCAV, 410) und dem zweiten chemischen Analysator (560) und wenigsten zwei Dampfeinfang/Filter-Einrichtungen (512; 526a, 526b) kommunizieren, die zyklisch in den Probenentnahmeperioden angeordnet werden können, um die Probenentnahme- und Desorptionskammern zu belegen und die Dämpfe, die durch die Probenentnahmekammer (514) und eine jeweilige Partikeleinfang/Filter- Einrichtung geführt werden, einzufangen.

47. System nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß der Probensammler und Verdampfer (SCAV; 410) ferner eine Reinigungskammer (418) und eine dritte Partikeleinfang/Filter-Einrichtung (426c) umfaßt, die zusammen mit den wenigstens zwei anderen Partikeleinfang/Filter- Einrichtungen (412; 426a, 426b) zyklisch angeordnet werden kann, um die Sammlungs-, Verdampfungs- und die Reinigungskammern zu belegen;

der Probensammler und Vorkonzentrierer (SCAP, 510) ferner eine Ausspülungskammer (518) und eine dritte Dampfeinfang/Filter-Einrichtung (526c) umfaßt, die zusammen mit den wenigstens zwei anderen Dampfeinfang/Filter-Einrichtungen (512; 526a, 526b) zyklisch angeordnet werden kann, um die Probenentnahme-, Desorptions- und Ausspülungskammern zu belegen.

48. System nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel- und Dampfeinfang/Filter-Einrichtungen jeweils unterschiedliche Filtercharakteristiken aufweisen.

49. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenentnahmeinrichtung eine Probenentnahmekammer (100), ein Handaufnahmegerät (200) oder eine automatisierte Gepäck/Paket- Probenentnahmekammer (300) ist.

50. Detektions- und Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Untersystem in einer Linie zu dem ersten Untersystem angeordnet ist, um das Probeluftvolumen aufzunehmen, von dem die Zielpartikel von dem ersten Untersystem entfernt worden sind.







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