專利名稱：分布式分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式分析系統(tǒng)以及一種使用所述系統(tǒng)來分析材料的 方法。具體地，該系統(tǒng)和方法涉及對材料進(jìn)行光學(xué)分析，以確定該材 料的特征。
背景技術(shù)：
在廣泛的各種工業(yè)中，為了定量和/或定性地確定各種材料樣本的 各種特征，諸如該材料組分的濃度和物理屬性，采用諸如光學(xué)分光光
度計，典型的為近紅外(NIR)分光光度計之類的分析儀器來分析這些 材料樣本。例如，在農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)中，可以使用NIR分析來確定以 下各個方面谷物和其它農(nóng)作物的油、蛋白質(zhì)和水分含量；肉的脂肪 含量；奶的脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖和尿素含量；谷物以及葡萄酒和其它 葡萄產(chǎn)品的質(zhì)量。事實上，還已知的是在醫(yī)療、制藥、化學(xué)和石化工 業(yè)中可以應(yīng)用類似的NIR分析。
因為光學(xué)測量值只是一種對正被確定的特征的間接指示，所以這 樣的樣本光學(xué)分析被稱為"間接，，確定。典型地約幾分鐘內(nèi)就可獲得
這些結(jié)果，與此相反的是，傳統(tǒng)的"直接"的，通常為化學(xué)的分析方 法，可能要花幾小時或幾天的時間去完成，并且通常是在遠(yuǎn)離取樣位 置的中心實驗室執(zhí)行的。
由于光學(xué)分析是一種間接確定，所以必須在光學(xué)測量值和所關(guān)注 的特征或?qū)傩?下文稱作"特性")之間建立聯(lián)系。如本領(lǐng)域內(nèi)所公 知的，可以用加權(quán)系數(shù)與由分析儀器獲取的光學(xué)吸收或透射光譜的導(dǎo) 數(shù)值的乘積的求和公式來表示該特性。典型地，使用吸收光語的一階 導(dǎo)數(shù)，但是也或替代地可以使用較高階的導(dǎo)數(shù)。依據(jù)上下文的需要， 將未分化的吸收(或在某些情況下是透射)光鐠和其任意一個導(dǎo)數(shù)或 所有導(dǎo)數(shù)共同或分別稱作"樣本光譜"或更一般地稱作"樣本數(shù)據(jù)"。 為了測量未知樣本的期望特性，則需要從類似于該未知樣本的多種已 知樣本材料中收集光鐠。這些所要確定的特性，不管是物理特征或組 分濃度，在已知樣本中都是已知的。使用從已知樣本或從相關(guān)特性的 知識獲得的收集樣本光語，通過多次回歸、通過偏最小二乘回歸或通 過包括使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的其它統(tǒng)計技術(shù)來確定那些涉及收集光 語的已知特性的公式的加權(quán)系數(shù)。該確定加權(quán)系數(shù)的值的過程通常稱 作"校準(zhǔn)，，。在已確定校準(zhǔn)系數(shù)之后，可以使用分析儀器(或被認(rèn)為 是在性能上基本相同的儀器，以便可以應(yīng)用相同的校準(zhǔn)系數(shù))與從已 知樣本材料推導(dǎo)的校準(zhǔn)系數(shù)一起來分析未知樣本。典型地，在已知的
儀器中，不是測量已知或假設(shè)與該特性相關(guān)的所選特定波長下的光譜
響應(yīng)，而是在適合于該特性的整個光譜區(qū)域(最普通的是NIR光語區(qū) 域)內(nèi)分布的波長下收集樣本光語，并且得出那些使該特性和整個光 i普區(qū)域內(nèi)的光譜測量值相關(guān)的系數(shù)和等式。校準(zhǔn)系數(shù)對于有待確定的 每個特性和每種類型的樣本材料都是需要的，并且通常被收集在"校 準(zhǔn)庫"中，以供數(shù)據(jù)處理器訪問和使用，所述數(shù)據(jù)處理器被編程來執(zhí) 行對期望特性的確定。這樣的校準(zhǔn)庫可以附加地或替代地包括供數(shù)據(jù) 處理器使用的完整的校準(zhǔn)公式，該校準(zhǔn)公式包括校準(zhǔn)系數(shù)。術(shù)語"校 準(zhǔn)模型"，依據(jù)此處使用它的上下文的需要，被用來共同或分別指校 準(zhǔn)系數(shù)和與特定特性相關(guān)的校準(zhǔn)公式。應(yīng)理解，可以對被其它類型分 析儀器采用的其它間接測量形式產(chǎn)生的其它類型樣本數(shù)據(jù)應(yīng)用類似的 方法。
例如，從Hall等人的US 6， 751， 576和從Burl ing-Claridge等人 的US 2003/0122080 (其二者的內(nèi)容通過引用而合并于此)可了解到 使用了 NIR分光光度計的分析系統(tǒng)，在該分析系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理器位于 遠(yuǎn)離分析儀器的位置，并且在該系統(tǒng)中，提供通信鏈路以實現(xiàn)分析儀 器和數(shù)據(jù)處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸。
該已知的分布式分析系統(tǒng)也配有存儲裝置，所述存儲裝置也位于 遠(yuǎn)離分析儀器的位置，典型地與數(shù)據(jù)處理器放在一起，并且該存儲裝 置保留供數(shù)據(jù)處理器訪問和使用的校準(zhǔn)庫。數(shù)據(jù)處理器適于根據(jù)通過 鏈路從特定遠(yuǎn)程分析儀器接收的數(shù)據(jù)來從該庫選擇適當(dāng)?shù)男?zhǔn)模型， 并且接著對也是通過鏈路提供的樣本數(shù)據(jù)應(yīng)用該所選模型。然后使用 相同的遠(yuǎn)程通信鏈路，將作為所選校準(zhǔn)模型的應(yīng)用結(jié)果而確定的特性 提供回 本地位置，優(yōu)選地提供給生成樣本數(shù)據(jù)的分析儀器附近的輸出
設(shè)備。以這種方式，可以中央化維護(hù)校準(zhǔn)模型庫，這有助于它們的更 新，例如當(dāng)增加了新的已知樣本或開發(fā)了統(tǒng)計分析方法時。此外，由 于校準(zhǔn)庫的開發(fā)昂貴并且耗時，所以通過中央化保存庫和使分析儀器 用戶位于遠(yuǎn)處，可以對該庫的模型的訪問和使用提供更大的控制。
然而，諸如光學(xué)光語的樣本數(shù)據(jù)，即使被壓縮，也表現(xiàn)為相對大 數(shù)量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)必須通過遠(yuǎn)程通信鏈路來發(fā)送。必須采取措施 來確保在發(fā)送所述數(shù)據(jù)所需的相對長的時間內(nèi)鏈路保持穩(wěn)定，以及確 保所發(fā)送的數(shù)據(jù)在中央處理器得到準(zhǔn)確的表示。此外，通過通常公共 可訪問的遠(yuǎn)程通信鏈路發(fā)送的分析結(jié)果是敏感信息，如果不適當(dāng)，該 敏感信息可能被利用而對指定接收人造成商業(yè)上的不利。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種如本權(quán)利要求1所描述的和 表征的分布式分析系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種使用該根據(jù)第一方面的系統(tǒng) 來進(jìn)行的并因而具有關(guān)于該系統(tǒng)描述的所有優(yōu)點的分析材料的方法。
如上所述，可以展望本發(fā)明可有效地應(yīng)用于在間接確定材料特性 中使用的許多不同類型的分析儀器。然而，本發(fā)明特別有效地適用于
NIR分光光度計分析儀器，因而在下面的示例描述中，將參考如NIR 分光光度計的儀器，特別是在分析農(nóng)業(yè)和食品產(chǎn)品的上下文中。


從系統(tǒng)和方法的示例實施方案的下列描述中以及參考附圖的圖 例，與根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法相關(guān)的優(yōu)點將變得明顯，其中 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的分布式分析系統(tǒng)的示意圖；以及 圖2示出了圖解根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在考慮圖1的分布式分析系統(tǒng)，如所圖解的，NIR光譜儀2、 4 被設(shè)置在多個分離的本地位置A、 B、 C,所述本地位置可以是全世界 中可訪問必要的遠(yuǎn)程通信鏈路的^f壬何地理位置，所述遠(yuǎn)程通信鏈路這
里指的是因特網(wǎng)6。當(dāng)然，可以使用那些能夠在地理上分離的位置之 間發(fā)送數(shù)據(jù)的其它通信鏈路，諸如常規(guī)的電話線或無線收發(fā)器，來替 代因特網(wǎng)。
為了至少部分地示例根據(jù)本發(fā)明的分布式分析系統(tǒng)的多功能性， 將圖1的實施例圖解為位置A具有多個(這里是3個)單獨的儀器 2，每一個可單獨地連接到因特網(wǎng)6;位置B只具有一個與位置A的儀 器相同的儀器2;而位置C具有儀器4，該儀器4包括一個具有多個單 獨的傳感器單元4a的網(wǎng)絡(luò)，每個傳感器單元用于生成樣本數(shù)據(jù)并且它 們都連接到一個數(shù)據(jù)處理器4b,該數(shù)據(jù)處理器配有到諸如顯示器或打 印機等輸出設(shè)備4c的連接以及到遠(yuǎn)程通信鏈路6的連接。應(yīng)理解，可 以以各種不同的方式來配置儀器2、 4,以提供這里所描述的功能性， 并且仍然保持在所要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。因而，數(shù)據(jù)處理器4b 例如可以包括在本地位置的服務(wù)器，該服務(wù)器連接到在傳感器4a或輸 出設(shè)備4b附近的中央數(shù)據(jù)處理器。
中央存儲裝置8也被提供作為該分布式分析系統(tǒng)的一部分，并且 在地理上位于遠(yuǎn)離本地位置A、 B、 C的位置。中央存儲裝置8被配置 為通過遠(yuǎn)程通信鏈路6與分析儀器2、 4進(jìn)行雙向通信。在本實施方案 中，存儲裝置8是用于存儲和操縱中央化校準(zhǔn)庫的計算機。當(dāng)然，存 儲裝置8可以包括多個計算機，這些計算機可能用于執(zhí)行諸如通信功 能、庫更新功能和校準(zhǔn)模型選擇功能之類的不同功能(如下面所公開 的)。然而，實踐中將這樣的組合配置成作為一單個實體來起作用。
現(xiàn)在考慮圖2，其示出了用于圖解通過使用圖1所圖解的系統(tǒng)來 分析樣本材料以確定其特性的方法的流程。應(yīng)理解，所有步驟不必以 所圖解的順序來執(zhí)行，流程只是對所要采取的步驟的一般性說明，這 里還與根據(jù)圖1的系統(tǒng)的實施方案結(jié)合。
首先，在10，單獨傳感器單元4a或集成在分析儀器2內(nèi)的那些 傳感器單元獲取用于確定特性的樣本數(shù)據(jù)。在本實施方案中，儀器2、 4是NIR光鐠儀，從而這里所稱的樣本數(shù)據(jù)是以常規(guī)方式記錄的樣本 光i普。如在12所示，將該樣本數(shù)據(jù)傳遞到永久或臨時地將其存儲的數(shù) 據(jù)處理器4b或集成在分析儀器2內(nèi)的數(shù)據(jù)處理器(未示出)。
在本示例實施方案中，接著執(zhí)行信息收集步驟14。從下面所公開的內(nèi)容將變得明顯的是，在某些實施方案中可以省略信息收集步驟14， 例如在僅使用 一個分析儀器來確定僅僅一個特性或固定的、已知特性 組。
可以自動地或由用戶手工輸入來收集該信息，并且在最廣泛的應(yīng) 用中，該信息識別被分析材料的類型和執(zhí)行該分析的各個儀器。僅僅 出于示例的目的，在對圖2的方法的進(jìn)一步討論中，將假設(shè)每個儀器 2和傳感器4a與諸如全球唯一標(biāo)識符(GUID )或條形碼標(biāo)識符之類的 唯一標(biāo)識符關(guān)聯(lián)，這些標(biāo)識符可以被自動讀取并可以作為電子信號來 提供，以及用戶可以使用諸如觸摸屏、鍵盤、定位設(shè)備或其任意組合 之類的用戶接口手工輸入與被分析樣本相關(guān)的信息。例如，該用戶輸 入樣本信息可以指示被分析谷物的特定類型和所要確定的一個或多個 特性。
在本示例中，在下一步驟16中，可以經(jīng)由因特網(wǎng)6向遠(yuǎn)程位置處 的中央存儲裝置8發(fā)送所有的唯一標(biāo)識符和用戶輸入信息。
在本實施方案中，中央存儲裝置8不僅僅保持校準(zhǔn)庫20，而且還 保持一個對分析儀器2、 4的標(biāo)識進(jìn)行索引以及可能還對包括分析儀器 4的各個傳感器4a的標(biāo)識進(jìn)行索引的數(shù)據(jù)庫，所述標(biāo)識諸如是由存儲 裝置8從發(fā)送給它的電子標(biāo)識符獲得的，所述數(shù)據(jù)庫具有來自庫20中 對所識別實體可用的校準(zhǔn)模型組或一些組(例如，包括一個含有整個 庫20的組)。在下一步驟18，如果可以從所索引的組獲取的話，則根 據(jù)用戶輸入，特別是識別所要確定的特性的用戶輸入，選擇一個或多 個校準(zhǔn)模型。在下一步驟22，向在適當(dāng)位置A、 B、 C的相應(yīng)數(shù)據(jù)處理 器發(fā)送回該所選的一個或多個校準(zhǔn)模型的加密表示。根據(jù)相關(guān)的索引 數(shù)據(jù)庫中的儀器ID，可以容易地識別該適當(dāng)位置和數(shù)據(jù)處理器。
如圖1中所圖解的，作為本發(fā)明分布式分析系統(tǒng)的多功能性的進(jìn) 一步示例，將存儲裝置8配置為將多個校準(zhǔn)模型保持為庫20的一部分， 使用已知樣本的不同收集，以如上所述的已知方式，構(gòu)造多個校準(zhǔn)模 型，每一個可用于相同特性的確定。因而，例如，位置A和位置B中 的每一個都提供有基本相同的分析儀器2,以基本上執(zhí)行對相同特性 的確定。然而，每個位置A、 B被不同的實體擁有，并且可以認(rèn)為分析 儀器2屬于在位置A和位置B的獨立網(wǎng)絡(luò)。位置A的所有者提供了附
加的已知樣本，以增加或替換在生成校準(zhǔn)庫20內(nèi)的一般可訪問組中使 用的樣本，并且因此在庫20中創(chuàng)建了特定的校準(zhǔn)模型組。位置A的所 有者希望對該特定組的訪問僅限于被索引為屬于位置A的那些儀器， 而位置B的所有者可以訪問相同的存儲裝置8,但^f吏其僅可^^用^L索
引為屬于 一般可訪問組的校準(zhǔn)模型。
位置C的所有者操作將谷物轉(zhuǎn)換成面粉的加工廠，并且具有位于 本地位置C的不同部分的傳感器4a，以實時監(jiān)控加工。在該實施例中， 數(shù)據(jù)處理器4b接收分別識別每個傳感器4a的電子標(biāo)識符，并且具有 一個識別位置B的標(biāo)識符。它是在16向存儲裝置8發(fā)送的位置標(biāo)識符。 本實施方案的庫20還包括僅僅對于位置C可訪問的校準(zhǔn)模型，所述校 準(zhǔn)模型在該處不僅僅用于確定谷物的特性，還用于確定中間加工材料 的特性和最終產(chǎn)品，這里是磨的面粉，的質(zhì)量。可以展望，在本實施方 案的進(jìn)一步版本中，位置C配有自動化加工控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)協(xié) 同地連接到根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)?？梢匀菀椎乩斫?，可以配置該加工控 制系統(tǒng)向數(shù)據(jù)處理器4b提供指令，該指令使那些傳感器4a中的特定 一個生成樣本數(shù)據(jù)。然后，可以將數(shù)據(jù)處理器4b配置為向加工控制系 統(tǒng)提供確定的特性，以用于監(jiān)控和改變加工廠的操作。
可以理解，存儲裝置8可以容易地配有適當(dāng)?shù)挠嬎銠C代碼和索引 數(shù)據(jù)庫，使得中央存儲裝置8的操作者(典型地獨立于本地位置A、 B、 C的所有者)可以提供滿足所有這樣的不同所有者的需求的服務(wù)。
當(dāng)根據(jù)22處圖解的步驟通過因特網(wǎng)6接收到加密傳輸后，在下一 步驟24，數(shù)據(jù)處理器嘗試解密所接收的解密模型。如果解密失敗，例 如因為被破壞的傳輸、傳輸中斷或錯誤地接收了不是用于該位置的校 準(zhǔn)模型，則在步驟26，才艮據(jù)步驟16和步驟18-22經(jīng)由遠(yuǎn)程通信鏈路 (這里為因特網(wǎng)6)向存儲裝置8重新發(fā)送該信息。
根據(jù)步驟24， 一旦成功地解密所接收的加密校準(zhǔn)模型，則將它們 臨時地保持在數(shù)據(jù)處理器中，使該數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行適當(dāng)?shù)拇_定軟件， 使以通常公知的方式，通過在步驟10處獲取的并在步驟12處存儲的樣 本數(shù)據(jù)來確定一個或多個期望特性。
例如，分析儀器2、 4的數(shù)據(jù)處理器，比如4b，可以配有諸如硬盤 的永久數(shù)據(jù)存儲器和諸如可尋址易失性存儲器的臨時數(shù)據(jù)存儲器。這
里，術(shù)語永久和臨時要根據(jù)本發(fā)明的上下文彼此相對地進(jìn)行解釋。編 程該數(shù)據(jù)處理器，以將所獲取的樣本數(shù)據(jù)存儲在永久存儲器中以及將 加密的校準(zhǔn)模型保持在臨時存儲器中。確定軟件使數(shù)據(jù)處理器檢索所 獲取的樣本數(shù)據(jù)以及訪問校準(zhǔn)模型，此處所獲取的樣本數(shù)據(jù)以樣本光
諳的形式進(jìn)入工作存儲器中。
一旦完成一個或多個特性的確定，則在步驟28，向用戶提供該結(jié) 果，諸如通過在輸出處顯示它們，所述輸出可以與分析儀器2集成(未 示出)或是儀器4的單獨組件4c。也可以將該結(jié)果保持在永久存儲器 中。
在本實施方案的該步驟28，數(shù)據(jù)處理器，比如4b，確定是否通過從 可尋址易失性存儲器擦除所接收的校準(zhǔn)模型而刪除數(shù)據(jù)處理器對它的 訪問。
可以展望，數(shù)據(jù)處理器可以適于根據(jù)要滿足的其它預(yù)定條件來刪 除校準(zhǔn)模型。因而，例如，數(shù)據(jù)處理器可以配置有計數(shù)器，該計數(shù)器 可以是流逝時間計數(shù)器或使用計數(shù)器，該計數(shù)器用于計數(shù)已根據(jù)步驟 24執(zhí)行的確定的次數(shù)，并且該數(shù)據(jù)處理器適于在最早達(dá)到預(yù)定計數(shù)或 當(dāng)執(zhí)行了由軟件啟動的"關(guān)閉"來結(jié)束分析會話時刪除模型。
可以展望，在根據(jù)本發(fā)明的方法中可以包括存儲裝置8的內(nèi)容更 新(步驟30)。如所圖解的，該更新可以包括校準(zhǔn)庫20的修改，因而 可以更新校準(zhǔn)模型和增加新模型，以擴展分析系統(tǒng)的特性確定能力， 或可以包括替換整個庫?？梢韵蛩饕龜?shù)據(jù)庫增加新用戶，或可以改變 現(xiàn)有用戶對校準(zhǔn)模型的訪問權(quán)限。
權(quán)利要求
1.一種分布式分析系統(tǒng)，包括至少一個分析儀器(2；4)，用于在本地位置(A；B；C)從樣本生成樣本數(shù)據(jù)；位于遠(yuǎn)離本地位置的位置的存儲裝置(8)，用于保持校準(zhǔn)庫(20)；以及數(shù)據(jù)處理器(4b)適于使用該樣本數(shù)據(jù)和從該庫(20)選擇的校準(zhǔn)模型確定樣本的特性，其中，該數(shù)據(jù)處理器(4b)位于該本地位置(A；B；C)，并且可經(jīng)由遠(yuǎn)程通信鏈路(6)連接到該存儲裝置(8)，所述數(shù)據(jù)處理器(4b)進(jìn)一步適于臨時地保持經(jīng)由該遠(yuǎn)程通信鏈路(6)接收的選擇校準(zhǔn)模型。
2. 如權(quán)利要求1所述的分布式分析系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理器 (4b)被配置為經(jīng)由該遠(yuǎn)程通信鏈路(6)向該存儲裝置(8)發(fā)送可用于選擇校準(zhǔn)模型的數(shù)據(jù)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的分布式分析系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處 理器(4b)適于臨時地將所選擇的校準(zhǔn)模型保持在可尋址的易失性存 儲器中，以及根據(jù)要滿足的預(yù)定條件刪除所述模型。
4. 一種在本地位置分析材料樣本的方法，包括步驟在本地位置 生成樣本數(shù)據(jù)；從保持在遠(yuǎn)離該本地位置的位置的校準(zhǔn)模型庫選擇校 準(zhǔn)模型；以及在數(shù)據(jù)處理器中使用所選擇的校準(zhǔn)模型來使用所生成的 樣本數(shù)據(jù)以確定該樣本材料的期望特性；其中，該期望特性的確定是 在本地位置執(zhí)行的，并且其中經(jīng)由遠(yuǎn)程通信鏈路從遠(yuǎn)程位置發(fā)送所選 擇的校準(zhǔn)模型，以臨時保持在本地位置，以供該數(shù)據(jù)處理器訪問。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，該方法還包括經(jīng)由該遠(yuǎn)程通 信鏈路從該本地位置發(fā)送數(shù)據(jù)的步驟，所述數(shù)據(jù)可用于在遠(yuǎn)程位置從 該校準(zhǔn)模型庫選擇校準(zhǔn)模型。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的方法，其中，提供在預(yù)定條件被滿足時刪除數(shù)據(jù)處理器對所選擇的校準(zhǔn)模型的訪問的步驟，所述預(yù)定條件 被選擇為該數(shù)據(jù)處理器臨時訪問該模型。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述預(yù)定條件是對期望特性 的單個確定的完成。
全文摘要
一種分布式分析系統(tǒng)，包括至少一個分析儀器(2；4)，用于在本地位置(A；B；C)從樣本生成樣本數(shù)據(jù)；存儲裝置(8)，用于將校準(zhǔn)庫(20)保持在遠(yuǎn)離本地位置(A；B；C)的位置；以及數(shù)據(jù)處理器(4b)，與分析儀器(2；4)集成或分離，并且其適于使用樣本數(shù)據(jù)和從庫(20)選擇的校準(zhǔn)模型確定樣本的特性。該數(shù)據(jù)處理器位于本地位置(A；B；C)，并且可經(jīng)由遠(yuǎn)程通信鏈路(6)連接到存儲裝置(8)，所述數(shù)據(jù)處理器進(jìn)一步適于臨時地保持經(jīng)由遠(yuǎn)程通信鏈路(6)接收的所選擇的校準(zhǔn)模型。
文檔編號G06F19/00GK101180628SQ200680017904
公開日2008年5月14日 申請日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者R·盧斯姆 申請人:福斯分析有限公司