(57)【要約】【課題】改良された分析能力をもち、したがって誤認警報の割合が低い放射線センサを提供する。【解決手段】光ファイバセンサを使用して目標放射線物質を測定するためのシステムおよび方法。一方法は、第１の強度レベルでセンサを活性化させるステップ５２、フォトセンサの所で光を測定するステップ５４、その測定した光が、目標放射線物質が存在する可能性を表示する場合、強度を第２の強度レベルへ増加させるステップ５６、６０、強度を増加させた後フォトセンサの所で光を測定するステップ６２、および測定した光の識別特性に基づき目標放射線タイプが検出されなかったときにはエラー信号を出力するステップ６４、６８を含む。第１の強度レベルは一般的に１〜１０００μワットの間であり、第２の強度レベルは一般的に１００〜１００００μワットの間である。エラー信号が出力されない場合には、さらなる確認で強度は大体第１の強度レベルに減少される。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）第１の光強度レベルでセンサを活性化させるステップと、
ｂ）フォトセンサの所で光を測定するステップと、
ｃ）ｂ）に基づき前記光ファイバ共振器内の往復損失を決定するステップと、
ｄ）前記測定された光が目標放射線の存在の可能性を表示する場合、強度を第２の光強度レベルに増加させるステップと、
ｅ）前記強度増加の後、前記フォトセンサの所で光を測定するステップと、
ｆ）ｅ）に基づき前記光ファイバ共振器内の往復損失を決定するステップと、
ｇ）ｃ）とｆ）の結果を比較するステップと、
ｈ）前記比較が、前記目標放射線が検出されなかったことを示す場合、エラー信号を出力するステップと、
を備える光ファイバ共振器を有するセンサを使用して目標放射線を測定するための方法。
【請求項２】
前記第１の光強度レベルは１と１０００μワットの間であり、前記第２の光強度レベルは１００と１００００μワットの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の強度レベルにおける前記光ファイバ共振器の損失は、前記第１の強度レベルにおける前記光ファイバ共振器の損失より著しく小さくない場合には、ｈ）は、エラー信号を出力するステップを含み、ａ）は、前記光ファイバ共振器の少なくとも１つの自由スペクトル域にわたり増加または減少する波長の少なくとも１つを有する光信号を生成し、
ｉ）  ｈ）の後に前記エラー信号が出力されない場合に、前記強度を大体前記第１の光強度レベルに減少させるステップと、
ｊ）前記光強度減少の後に光を前記フォトセンサの所で測定するステップと、
ｋ）  ｊ）に基づき前記光ファイバ共振器内の往復損失を決定するステップと、
ｌ）  ｋ）における前記決定された共振器損失が、ｆ）で決定される前記損失の閾値量以内である場合、前記目標放射線が経験されたことを確認するステップと、
ｍ）  所定期間が経過した後ｋ）における前記決定された往復損失がｃ）で決定された前記損失の閾値量の範囲内である場合、前記目標放射線がやはり存在していることを確認するステップと、
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の強度レベルは前記第１の強度レベルより大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
光源と、
前記光源と光通信状態にある光ファイバコイルを有する光ファイバ共振器と、
前記光ファイバ共振器と光通信状態にあり、かつ前記光ファイバ共振器から受け取った光と関連する測定された光信号を生成するように構成されたフォトセンサと、
前記光源および前記フォトセンサと信号通信状態にあり、
前記光源に第１の強度レベルで光を出力するように命令し、
前記フォトセンサから測定された光信号を受け取り、
前記第１の強度レベルでの前記測定された光信号に基づいて前記光ファイバ共振器内の往復損失を決定し、
前記決定された往復損失が、前記目標放射線が存在する可能性を表示する場合、前記光源に第２の強度レベルで光を出力するように命令し、
前記強度増加後、前記フォトセンサから測定された光信号を受け取り、
前記第２の強度レベルでの前記測定された光信号に基づいて前記光ファイバ内の往復損失を決定し、
前記往復損失を比較し、
前記比較が、前記目標放射線が検出されなかったことを表示する場合エラー信号を出力するように構成されているプロセッサと、
を備える光ファイバセンサを使用して目標放射線を測定するためのシステム。
【請求項６】
前記第１の強度レベルは１と１０００μワットの間にあり、前記第２の強度レベルは１００と１００００μワットの間にある、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の強度レベルにおける前記光ファイバ共振器の往復損失は、前記第１の強度レベルにおける前記光ファイバ共振器の往復損失より著しく小さくない場合には前記プロセッサがエラー信号を出力する、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記光源は、前記光ファイバ共振器の少なくとも１つの自由スペクトル域にわたり増加するまたは減少する波長の少なくとも１つを有する光信号を出力する、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセッサは、
前記エラー信号が出力されない場合、前記強度を大体前記第１の強度レベルに減少させるように前記光源に命令し、
前記強度減少の後、前記フォトセンサから測定された光信号を受け取り、
前記減少された強度レベルでの前記測定された光信号に基づき、前記光ファイバ共振器内の往復損失を決定し、
前記減少された強度レベルでの前記決定された往復損失が前記第２の強度レベルで決定された損失の閾値量内にある場合、前記目標放射線が経験されたことを確認し、
所定期間が経過した後、前記減少された強度レベルでの前記決定された共振器の損失が前記第１の強度レベルで決定された前記損失の閾値量内である場合、前記目標放射線がなお存在することを確認するようにさらに構成されている、
請求項５に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２の強度レベルは前記第１の強度レベルより大きい、請求項５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
近年、国家の安全および人口に対する脅威の検出が非常に重要視されている。具体的には、環境における好ましくない化学薬品および生物材料の存在の検出および感知が優先されてきており、それに応じて様々の検出装置が開発されている。
【背景技術】
【０００２】
放射線センサでは、センサが放射性物質の存在を表示した場合その表示が正確であることを確認する方法がなければならない。さもなければ高い誤認警報率がユーザによるセンサの無効化または無視に繋がることになる。１つの可能性は光ファイバセンサを使用することであり、この場合、放射線に晒されたときにはファイバは暗くなるか、または光の伝播に対しての損失が大きくなる。感知された損失がファイバの破損、光源の故障、またはその他の故障によって引き起こされ、したがって偽陽性の結果を引き起こす場合には、誤認警報（実態のない放射線の表示）に繋がる状況が発生する可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって改良された分析能力をもち、したがって誤認警報の割合が低い放射線センサに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、光ファイバセンサを使用して目標放射線タイプを測定するためのシステムおよび方法を提供する。一方法例は、センサを第１の光強度レベルで活性化させ、フォトセンサの所で光信号を測定し、それを放射線の存在しない制御された環境で得られた光信号基準と比較することを含む。比較の結果、測定された光信号が減衰しており、目標放射線タイプが存在する可能性が示された場合には、光強度を第２の光強度レベルに増加させる。次いでその第２の光強度レベルで光信号が測定される。強度を増やした後にフォトセンサの所で見て光信号が強くなっている場合には、放射線の存在を表示する電気信号が出力される。一方、増強された強度の下でも光信号が強くならない場合には、目標放射線タイプの存在の代わりにセンサ故障を表示するエラー信号が出力される。
【０００５】
本発明の一態様では、第１の強度レベルは１と１０００μワットの間であり、第２の強度レベルは１００と１００００μワットの間である。
本発明の一態様では、第２の強度レベルでの測定された光信号の損失が第１の強度レベルでの測定された光の損失より小さい場合にはエラー信号は出力されない。
【０００６】
本発明の他の態様では、エラー信号が出力されない場合、第２の強度レベルで光信号情報を得た後に、強度は大体第１の強度レベルに減少される。強度を削減した後に測定された光ファイバ共振器の往復損失が、当初の第１の強度レベルで測定された往復損失より小さい場合には目標放射線タイプの存在が確認される。共振器の往復損失が、上記増加された光強度サイクリングを経て減少されない場合にはエラー信号が生成され通報される。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態および代替形態が下記図面を参照して下記で詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態により形成された放射線センサシステム２０の一例を図示している。システム２０は、レーザダイオード（光源）２８およびフォトダイオード３２と信号／データ通信状態にあるプロセッサ２６を含む。レーザダイオードおよびフォトダイオードは、レーザダイオード２８で生成された光が光ファイバコイル３０を通して送出され、光学部品３４を介してフォトダイオード３２で受け取られるように光ファイバコイルと光通信状態にある。
【０００９】
高反射率鏡が、光を再循環させるためにファイバコイルの近傍に配置され、コイルと組み合わせたときに、コイルをその一端で出た光の大部分のエネルギが他端で反射されコイルに戻されるように光共振器を形成する。光共振器の往復損失を示す共振線形状が観測されるように、つまりその共振線形状がフォトダイオード３２での「光信号」であるようにレーザダイオード２８の波長が掃引される。図１は、環状共振器構成を示しているが直線状の共振器が使用されることもある。共振器の往復損失とは共振器内部の一往復に対する光の強度の減少量を意味するが、つまり、光は、コイルの第１の端部に入った点からファイバコイルを通って伝播し、第２の端部から出て鏡で第１の端部に向かって反射され、第１の端部に入り、したがって閉じた共振器ループの一行程を完了する。
【００１０】
プロセッサ２６は、レーザダイオード２８に特定の波長および強度レベルで光を出力するように命令する。フォトダイオード３２は、高度に反射する鏡３８および光ファイバコイル３０を含む光共振器によって出力された光信号を感知し、感知された光信号をプロセッサ２６へ送る。プロセッサ２６は、受け取られた光信号内に含まれる測定された損失に基づいて放射性物質が感知されたかどうか決定する。
【００１１】
光ファイバコイル３０は特定のタイプの放射線の放射線感知を行うために設計されている。光ファイバコイル３０は被覆材によって取り囲まれたガラスコアを含む。被覆材は放射線以外の物質に対して不浸透性である。特定タイプの放射線が経験されたときに損失（つまり黒ずむ）を表示するためにガラスコアはドープされている。例えば、ガンマ線を感知するためのコイルのファイバのためのドーパントはリンである。
【００１２】
図２ＡおよびＢは、図１のシステム２０により実施されるプロセス５０の一例を図示している。初めにブロック５２でシステム２０がオンされる。レーザダイオード２８は光を生成し、その光は、光ファイバコイル３０の多くの経路を通って伝播し、次いでプロセッサ２６にリターン信号を供給するフォトダイオード３２で感知される。光は、レーザダイオードの周波数が掃引される期間にわたって感知される。次いで２６が、共振線形状の精細度を観察することを介してブロック５４で光共振器の損失を決定する。精細度は共振線形状の鮮明さの尺度であり、共振器の往復損失に非常に反応しやすい。損失が高くなると共振線形状が広がり、その精細度が低くなる。損失が低くなると共振線形状が狭まり（入力光周波数に対して）、精細度が増す。共振器の損失、または精細度は、レーザダイオード２８の第１の強度レベル（例えば１〜１０００μワット）で第１の期間（例えば２つの自由スペクトル域にわたってレーザ周波数を掃引し、共振線形状を観察するのに必要な時間）にわたって測定される。測定された共振器損失が予め決められている閾値量より大きくなければ（判断ブロック５６を参照）プロセス５０はブロック５４での損失の測定に戻る。しかし、判断ブロック５６で、測定された損失（共振器の精細度）が第１の予め決められている閾値量より大きい場合にはプロセッサ２６は、レーザダイオード２８に強度を第１のレベルより大きい第２のレベル（例えば１００〜１００００μワット）に増加するように命令する（ブロック６０を参照）。例えば、共振器の損失が、工場で較正されるとき（つまり出荷前）には＞３００の精細度を与えることもある。つまり、共振器の精細度が３００より下の場合には損失は閾値より上であると決定され、ブロック５６で答え「はい」が生成され光強度が増加される。次にブロック６２でプロセッサ２６は、ある期間（例えば１０秒〜１０分）が満了した後にフォトダイオード３２から受け取った信号を介して共振器の精細度／損失を再度測定する。判断ブロック６４でプロセッサ２６は、共振器の第２の測定された損失（ブロック６２）が第１の測定された損失（ブロック５４）と比較して損失が減少しているかどうか判断する。ブロック６４での判断は、第２の測定された損失が、ブロック５４での損失の割合に比較して損失の増加の割合が減っていることを示しているかどうか決定することもある。第２の測定された損失が、第１の測定された損失に比較して減少を示していない、または損失増加の割合が減少していない場合には、プロセッサ２６は、エラー信号を出力する（ブロック６８）。これは、放射性物質は検出されず、結果は、その他いくつかの故障、例えば光ファイバコイルまたは光源の故障に起因する偽陽性であることを示すものである。これはセンサの故障があることを示している。しかし、判断ブロック６４で第２の測定された損失が、共振器の第１の測定された損失に比較して減少を示す、または共振器の損失の増加の割合が減少していることを示す場合にはプロセス５０はブロック７６へ続く。判断ブロック６４の結果が肯定的であればアニ−ルまたは光退色の現象が発生している。
【００１３】
ブロック７６でプロセッサ２６は、レーザダイオード２８にレーザダイオード２８によって出力される光の強度を第１の強度レベルと同等に減少させるように命令する。次いで、判断ブロック７８でプロセッサ２６は、この新しい減少強度の状態が目標放射線（例えばガンマ線、β粒子、その他）の存在を確認するかどうか決定する。判断ブロック７８でこの減少強度の状態が目標放射線の存在確認に失敗する場合にはプロセス５０はブロック６８に戻る。しかし、判断ブロック７８で減少強度の状態が目標放射線の存在を確認する場合には、ブロック８０でプロセッサ２６は、感知された放射線を確認する（ブロック５６、６４）。
【００１４】
一実施形態では、第１の検出された損失は（ブロック５４）、判断ブロック６４で陽性結果が決定されるとき感知された値として出力されることがある。ブロック７６〜８０で実行されるダブルチェックは実施する必要がない。
【００１５】
図３は、レーザダイオード２８によって生成された光の波長λのグラフを図示している。この例では、波長λは、プロセッサ２６によって命令された通りに時間と共に鋸歯状パターンで立ち上がる。波長は２つの自由スペクトル域をカバーするように立ち上がる。これで、生成された光信号は、フォトダイオード３２に感知された場合、清浄な環境の下では低損失によるディップを少なくとも１つ確実に経験する。
【００１６】
図４は、放射線が存在しない期間（ライン１００）および放射線が感知された期間（ライン１０２）に光源の波長が掃引されるにしたがってフォトダイオード３２によって感知される光の強さ（Ｉ）のグラフ例を図示している。波長の整数倍が共振器の光経路の往復長さに該当すると光の強さ（光強度）にディップ（ｄｉｐ）が発生する。図４に示す２つのディップの間の光源波長の差が自由スペクトル域である。放射線が存在しない期間（ライン１００）では共振ディップは狭く鋭く、高い精細度および低い共振器損失を表している。共振器損失が増加するとディップは広く、浅くなる（ライン１０２）。損失の状況が、目標放射線が存在する可能性を表示する。共振の幅の広がりによって表示される損失の増加が、目標放射線に起因することを確認するために光信号の強度が増加される。ライン１０２の線形状が狭くなる場合は、アニ−ルが起こっているので目標放射線の感知が確認される。光信号の強度が減少された後に線形状がライン１０２の形状より狭くなっている場合には、その存在がさらに確認される。強度が減少された後、線形状が広くなり放射線への継続被曝を表示する傾向が存在することもあるが、線形状が、当初にはライン１０２に示す形状より狭い場合にはアニ−ルが既に発生しており、共振器内の元の共振器往復損失の増加が放射線被曝に起因していることを示すことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態により形成されたシステムの一例の概略図である。
【図２Ａ】図１に示すシステムにより実施されるプロセスの一例の流れ図である。
【図２Ｂ】図１に示すシステムにより実施されるプロセスの一例の流れ図である。
【図３】図１で示すシステムのレーザダイオードにより出力された光の波長の変化を示す鋸歯状波長信号を示す図である。
【図４】図１に示すシステムに含まれるフォトダイオードの所で検出される応答例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１８】
２０  放射線センサシステム
２６  プロセッサ
２８  レーザダイオード
３０  光ファイバコイル
３２  フォトダイオード
３４  光学部品
３８  高度に反射する鏡
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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