(57)【要約】【課題】  一体型センサーパッケージを提供する。【解決手段】  化学物質検出システムは、選択された一組の化学物質のうち少なくとも１つの化学物質を検出するように構成されたセンサーを含むセンサーモジュールを含んでいる。センサーを破片から保護するために、スクリーンが動作可能に接続されている。スクリーンは、センサーによる検出のために周囲気体が通過できるように構成されている。コントローラモジュールは、センサーモジュールと共に積み重ねられ、センサーに動作可能に接続されたコントローラを含んでいる。バッテリー端子は、コントローラに動作可能に接続され、バッテリー端子はバッテリーに接続してコントローラとセンサーに電力を供給するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択された一組の化学物質のうち少なくとも１つの化学物質を検出するように構成されたセンサーを含むセンサーモジュールと、
前記センサーを破片から保護するために動作可能に接続されたスクリーンであって、前記センサーによる検出のために周囲気体がそこを通過できるように構成されている、前記スクリーンと、
前記センサーモジュールと共に積み重ねられ、前記センサーに動作可能に接続されたコントローラを含むコントローラモジュールと、
前記コントローラに動作可能に接続されたバッテリー端子であって、バッテリーに接続して前記コントローラと前記センサーに電力を供給するように構成されている、前記バッテリー端子と、
を備える、化学物質検出システム。
【請求項２】
前記バッテリー端子に電気的に接続されたバッテリーをさらに備え、前記バッテリーが封入されていない、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記バッテリー端子が正極コネクタ及び負極コネクタを含み、
前記正極コネクタ及び前記負極コネクタは平行方向に向けられており、前記バッテリーの片端が正電荷と負電荷の両方のために前記バッテリー端子に電気的に接続されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記バッテリー端子が、互いに向き合う正極及び負極のコネクタを含み、前記バッテリーが前記バッテリーの対向する端部で、正電荷及び負電荷の両方の前記バッテリー端子に接続される、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記センサーモジュール及び前記コントローラモジュールが、共通のフットプリント内に積み重ねられた、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記センサーモジュールと前記スクリーンとの間に積み重ねられたブロワーモジュールをさらに備え、
前記ブロワーモジュールが、前記ブロワーに電力供給し、周囲気体の流れを前記センサー内に向けるように前記ブロワーを制御するように前記コントローラに動作可能に接続されたファンブロワーを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ブロワーモジュール、前記センサーモジュール、及び前記コントローラモジュールが、共通フットプリント内で積み重ねられている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記ファンブロワーが、前記ブロワーと前記センサーとの間に配管または方向転換器を介在させることなく、単一方向軸に沿って前記センサーに周囲気体のストリームを直接向けるように配置されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラが、命令を格納する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含み、
前記命令は、実行されると、選択された一組の化学物質のうち少なくとも１つのいずれかの化学物質が環境空気サンプル内に存在するかどうかを示す抵抗の変化について、前記システムに前記センサーを電子的に監視させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記命令が、実行されると、前記システムに、化学物質名、化学物質濃度、化学物質カテゴリー、または毒性レベルのうちの少なくとも１つを含む情報を判定するようにさせる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラモジュールが、ワイヤレス通信のためのワイヤレス接続モジュールを含み、
前記命令が、実行されると、前記システムに前記判定された情報を前記ワイヤレス接続モジュールから外部デバイスへ伝送させる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記センサーモジュール及び前記コントローラモジュールが、出力のために、ディスプレイスクリーン及び／またはグラフィカルユーザインターフェースのいずれも有さない、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記命令が、実行されると、前記システムにファンブロワーを作動させ、環境空気サンプルを前記センサーモジュール内に取り込む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記センサーが、最大約１６個の化学的に調整されたナノセンサーのアレイを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記アレイが、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）電気抵抗トランスデューサプラットフォームでサポートされている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
各ナノセンサーが、その上に施された化学的に特異な表面コーティングを有する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
気体を通過させて循環させる閉ループと、
前記閉ループを通る気体流と流体連通する化学物質検出システムと、を備え、
前記化学物質検出システムが、
選択された一組の化学物質のうち少なくとも１つの化学物質を検出するように構成されたセンサーを含むセンサーモジュールと、
前記センサーモジュールと共に積み重ねられ、前記センサーに動作可能に接続されたコントローラを含むコントローラモジュールと、
を含む、システム。
【請求項１８】
前記閉ループが、フロードライバーを含み、
前記化学物質検出システムが、前記フロードライバーに加えブロワーを有さない、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に化学物質検出に関し、より具体的には化学物質センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
化学物質脅威の検出は、一般に、環境的背景において任意数の既知の有毒化学物質蒸気を認識して警告することに関する。軍事及び国土安全保障の用途には、敵国またはテロリストが意図的に海外または米国内の軍隊または民間人に危害を加えるために使用する化学兵器、及び有毒な工業用化学物質の検出が含まれる。古い紛争から残された化学弾薬が、日常的に化学的危険を軍隊にもたらしている。有毒化学物質を検出する能力は、火災、負傷、死亡、または健康上の問題を防ぐために、家庭、企業、または工場での潜在的に有毒な化学物質の検出を含む他の様々な状況で重要である。一般的に化学薬品及び有毒化学物質蒸気の早期検出は、適切な避難、保護具の着用による個人保護、または化学的脅威の源を封じ込めるための機会を提供するのに十分な時間で、軍人または一般市民に警告する機会をもたらすことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
典型的な化学物質脅威検出器は重くて複雑であるため、複数のデバイスを大規模なグループで輸送及び展開することを困難にしている。さらに、化学物質脅威検出器の典型的なコストが、複数のユーザへの広範な展開を妨げている。また、高感度の化学物質検出を達成することと、偽陽性率を最小限に抑える正確な化学物質検出結果を生成することとの間にはトレードオフが存在する。従来技術は、それらの意図された目的には十分であると考えられてきた。しかし、改善した化学物質脅威検出器のニーズが常に存在している。本開示は、このニーズに対する解決策を提供している。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
化学物質検出システム（例えば、空中浮遊化学物質を検出するためのもの）は、選択された一組の化学物質のうち少なくとも１つの化学物質を検出するように構成されたセンサーを含むセンサーモジュールを含んでいる。センサーを破片から保護するために、スクリーンが動作可能に接続されている。スクリーンは、センサーによる検出のために周囲気体が通過できるように構成されている。コントローラモジュールは、センサーモジュールとともに積み重ねられ、センサーに動作可能に接続されたコントローラを含んでいる。バッテリー端子は、コントローラに動作可能に接続され、バッテリー端子はバッテリーに接続してコントローラとセンサーに電力を供給するように構成されている。
【０００５】
バッテリーは、バッテリー端子に電気的に接続されることができ、バッテリーは封入されていない。バッテリー端子は、正極コネクタ及び負極コネクタを含むことができ、正極コネクタ及び負極コネクタは平行方向に向けられており、バッテリーの片端が正電荷と負電荷の両方のためにバッテリー端子に電気的に接続されることができる。バッテリー端子は、互いに向き合う正極及び負極のコネクタを含むことができ、バッテリーがバッテリーの反対側の端部で正電荷及び負電荷の両方のバッテリー端子に接続され得るようになっている。
【０００６】
ブロワーモジュールは、センサーモジュールとスクリーンの間に積み重ねられ得る。ブロワーモジュールは、ブロワーに電力供給し、ブロワーを制御するためのコントローラに動作可能に接続されたファンブロワーを含むことができ、周囲気体の流れをセンサー内に向けている。ブロワーモジュール、センサーモジュール、及びコントローラモジュールは、共通のフットプリント内で上下に積み重ねられることができる。ファンブロワーは、ブロワーとセンサーとの間に配管または方向転換器を介在させることなく、単一方向軸に沿ってセンサー上に周囲気体のストリームを直接向けるように配置されることができる。
【０００７】
コントローラは、命令を格納する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含むことができ、この命令は実行されると、選択された一組の化学物質のうち少なくとも１つのいずれかの化学物質が環境空気サンプル内に存在するかどうかを示す抵抗の変化、または他の変化について、システムにセンサーを電子的に監視させる。命令は、実行されると、システムに、化学物質名、化学物質濃度、化学物質カテゴリー、または毒性レベルのうちの少なくとも１つを含む情報を判定するようにさせることができる。コントローラモジュールは、ワイヤレス通信のためにワイヤレス接続モジュールを含むことができる。命令は、実行されると、システムに、判定された情報をワイヤレス接続モジュールから外部デバイスへ伝送させるようにすることができる。
【０００８】
センサーモジュール及びコントローラモジュールは、出力のためのディスプレイスクリーン及び／またはグラフィカルユーザインターフェースがなくてもよい。命令は、実行されると、システムにファンブロワーを作動させることができ、環境空気サンプルをセンサーモジュール内に取り込む。
【０００９】
センサーは、最大約１６個の化学的に調整されたナノセンサーのアレイを含むことができる。アレイは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）電気抵抗トランスデューサプラットフォームでサポートされることができる。各ナノセンサーは、その上に施された化学的に特異的な表面コーティングを有することができる。
【００１０】
システムは、そこを気体が循環する閉ループ、及び閉ループを介して気体流と流体連通する化学物質検出システムを含んでいる。化学物質検出システムは、選択された一組の化学物質のうち少なくとも１つの化学物質を検出するように構成されたセンサー、及びセンサーモジュールと共に積み重ねられ、動作可能にセンサーに接続されたコントローラを含むコントローラモジュールを含むセンサーモジュールを含んでいる。閉ループは、フロードライバーを含むことができ、化学物質検出システムは、フロードライバーに加えてブロワーがなくてもよい。
【００１１】
本開示のシステム及び方法のこれら及び他の機能は、図面と共に好ましい実施形態の以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろう。
【００１２】
従って、本開示の主題が関連する当業者は、必要以上の実験を行うことなく、本開示の主題のデバイス及び方法がどのように形成され、使用するかを容易に理解し、それらの好ましい実施形態が以下に特定の図面を参照して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示に従って構築された検出システムの例示的な実施形態の分解斜視図であり、センサーモジュール及び制御モジュールを示している。
【図２】図１のシステムの一部の斜視図であり、別のタイプのバッテリー端子を備えた制御モジュールを示している。
【図３】図１のシステムの斜視図であり、モジュールの共通フットプリントを示し、システムと外部デバイスとの間のワイヤレス接続を概略的に示している。
【図４】閉ループシステムの概略斜視図であり、閉ループ内の化学物質検出システムを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで図面を参照すると、同様の参照番号は、本開示の同様の構造的特徴または態様を特定している。限定するものではなく説明及び例示の目的で、本開示による化学物質検出システムの例示的な実施形態の部分図が図１に示されており、全体的に参照符号１００で指示されている。以下に説明されるような本開示による化学物質検出システムの他の実施形態、またはその態様が、図２〜４に提供されている。従来のシステムと比較して携帯型化学物質検出システムのサイズ、重量、及び複雑性を軽減するために本明細書で説明されるシステム及び方法が使用され得る。
【００１５】
例えば、ウェアラブルシステムまたは空中浮遊化学物質を検出する化学物質検出システム１００は、選択された一組の化学物質のうち少なくとも１つの化学物質を検出するように構成されたセンサー１０４を含むセンサーモジュール１０２を含む。スクリーン１０６は、センサー１０４を破片から保護するために動作可能に接続されている。スクリーン１０６は、センサー１０４による検出のために周囲気体が通過できるように構成されている。コントローラモジュール１０８は、センサーモジュール１０２とともに積み重ねられ、例えば、通信／電力線１１２を介してセンサー１０４に動作可能に接続されたコントローラ１１０を含んでいる。バッテリー端子１１４は、電力線１１６、１１８を介してコントローラに動作可能に接続されており、コントローラ１１０及びセンサー１０４に電力を供給している。
【００１６】
バッテリー１２０は、バッテリー端子１１４に電気的に接続されており、バッテリー１２０は、システム１００のいずれの種類のハウジングにも封入されていない。バッテリー端子１１４は、正極コネクタ１２２及び負極コネクタ１２４を含んでおり、正極コネクタ１２２及び負極コネクタ１２４は、平行方向、すなわち同一方向に向けられているため、バッテリー１１４の一端は、例えば、従来の９Ｖバッテリーのように、正電荷と負電荷の両方のバッテリー端子１１４に電気的に接続されている。図２に示すように、バッテリー端子１１４は、互いに向き合う正極コネクタ１２６及び負極コネクタ１２８を含むことができ、それによりバッテリー１３０（例えば、この例では従来の１．５Ｖバッテリー）がバッテリー１３０の両端で正電荷と負電荷の両方のためのバッテリー端子１１４に接続され得ることも企図されている。図２の例であっても、バッテリー１３０は、システム１００のいずれのハウジングにも封入されていない。
【００１７】
ブロワーモジュール１３２は、センサーモジュール１０２とスクリーン１０６との間に積み重ねられている。ブロワーモジュール１３２は、電力／通信線１３６及びモータ１３８を介して、ブロワー１３２に電力供給し、制御するためのコントローラ１１０に動作可能に接続されたファンブロワー１３４を含み、周囲気体の流れをセンサー１０４内に向けている。ファンブロワー１３４は、ブロワー１３４とセンサー１０４との間に配管または方向転換器を介在させることなく、単一方向軸Ａに沿ってセンサー１０４上に周囲気体のストリームを直接向けるように配置されている。
【００１８】
ここで図３を参照すると、センサーモジュール１０２及びコントローラモジュール１０８が、環状フットプリントとして示されている共通のフットプリント内で上下に積み重ねられている。しかし、当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の適切なフットプリントが使用され得ることを容易に理解するであろう。ブロワーモジュール１３２及びスクリーン１０６も、共通のフットプリント内に積み重ねられている。ブロワーモジュール１３２は、センサー１０４が強制流を用いずに周囲気体を十分にサンプリングできる用途では、任意選択で省略され得る。
【００１９】
コントローラ１１０は、命令を格納する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含んでおり、命令は、実行されると、選択された一組の化学物質内のいずれかの化学物質が環境空気サンプル内に存在するかどうかを示す抵抗の変化について、システム１００にセンサー１０４を電子的に監視させる。命令は、実行されると、システムにファンブロワー１３４を作動させることができ、環境空気サンプルをセンサーモジュール１０２に取り込む。命令は、実行されると、システム１００に、化学物質名、化学物質濃度、化学物質カテゴリー、または毒性レベルのうちの少なくとも１つを含む情報を判定するようにさせることができる。コントローラモジュール１０８は、タブレットまたはスマートフォン１４２などの外部デバイスとのワイヤレス通信のためのワイヤレス接続モジュール１４０（図１で特定されている）を含む。命令は、実行されると、システム１００が、判定された情報をワイヤレス接続モジュール１４０から外部デバイス１４２に送信するようにし、そこでセンサー１０４で検出された化学物質に関する情報をユーザに表示することができる。センサーモジュール１０２、コントローラモジュール１０８は、出力用のディスプレイスクリーン及び／またはグラフィカルユーザインターフェースを有しておらず、このことは従来のシステムと比較してシステム１００のサイズを低減するのに役立っている。
【００２０】
センサー１０４は、最大約１６個の化学的に調整されたセンサーのアレイを含むことができる。アレイは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）電気抵抗トランスデューサプラットフォームでサポートされることができる。各ナノセンサーは、その上に施された化学的に特異的な表面コーティングを有することができる。
【００２１】
ここで図４を参照すると、宇宙服、化学防護服、潜水服、宇宙船、水中船などのシステム２００は、気体を循環させる閉ループ２０２、及び閉ループ２０２を介して気体流と流体連通する化学物質検出システム１００を含んでいる。化学物質検出システムは、上述のとおりであり得るが、閉ループ２０２はフロードライバー、例えばポンプ２０４を含むことから、ファンブロワー１３４及び／またはスクリーン１０６は省略され得る。例えば、システム２００から電力が接続されて、化学物質検出システム１００に電力を供給する場合、バッテリー１２０は任意選択で省略されることができる。システム１００は、気体のサンプルを化学物質検知のために閉ループから取り出して除去しなければならないような、いくつかの従来のシステムとは異なり、閉ループ２０２からの気体損失を必要としない。システム２００などは、空間の例示的な状況で上記に説明したが、本開示の範囲から逸脱することなく、それ自体が気密でないスーツまたはシステムで容易に使用できることを当業者は容易に理解するであろう。当業者はまた、閉ループシステムの例示的な状況で上記に説明したが、システム２００は、本開示の範囲から逸脱することなく非閉ループシステムでも使用できることを容易に理解するであろう。
【００２２】
本開示の方法及びシステムは、上記で説明され、図面に示されるように、従来のシステムと比較して低減したサイズ、重量、及び複雑性を含む優れた特性を備えた携帯用化学物質検出器を提供する。本開示の装置及び方法が、好ましい実施形態を参照して示され説明されたが、当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、変更及び／または修正がなされ得ることを容易に理解するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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