CN114008417A - 用于预测和控制气体管线性能的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种监测动态系统的状况的方法，包括在动态系统的预定位置处安装振动信号获取装置，由振动信号获取装置获取振动信号，在频域中分析振动信号，以及基于频域中的振动信号预测动态系统的状况的变化。还提供了一种系统，并且动态系统的状况包括阻塞。

Description

用于预测和控制气体管线性能的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年6月21日提交的美国临时申请62/864,896的优先权和益处。上述申请的申请内容在此通过引用而并入本文。

技术领域

本申请总体上涉及一种用于监测例如半导体制造中的动态流体流动系统的状况的系统和方法，并且尤其涉及一种用于检测动态系统中流体管线的阻塞状况的系统和方法。

背景技术

本部分的陈述仅提供与本申请相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

半导体处理系统通常包括处理室和多个气体管线，处理气体通过气体管线供应到处理室中和从处理室中移除。随着时间的推移，在这些气体管线中可能发生沉淀和凝固，导致这些气体管线中的不期望的阻塞。

沉淀和凝固难以预测。通常，操作者仅在阻塞已经导致半导体处理系统故障(例如，处理气体没有流动，以及压力积聚在泵上)之后才意识到气体管线的阻塞。虽然已知检测泵上游和下游的压力，并且基于压力差确定阻塞状况，但是这种方法通常不能足够快地检测问题。

本申请解决了与流体管线阻塞的检测和预防，或相对于标称/期望流量的流体流量降级有关的这些问题。

发明内容

在一种形式中，一种监测动态系统的状况的方法包括：通过设置在动态系统的预定位置处的振动信号获取装置获取振动信号，在频域和时域中的至少一个中分析振动信号，以及基于分析的振动信号预测动态系统的状况的变化。

该方法的另一种形式包括识别振动频谱中的频率峰值和将振动频谱与动态系统的状况相关联中的至少一个。

在该方法的其它形式中，该动态系统包括处理室和排气管线，并且该预定位置是与该排气管线相邻的位置。在该方法的至少一个变型中，预定位置是直接位于与排气管线流体连通的泵上的位置，并且预定位置是位于泵平台上的位置。

该方法的又一种形式包括在多个测试条件下获得多个振动频谱。

在该方法的一些形式中，振动信号获取装置包括换能器。

该方法的至少一种形式包括使用振动特征分析模块分析振动信号，通过数字数据获取(DAQ)系统处理振动信号，以及当动态系统正在运行并且泵处于静止时，获得基线振动频谱。

该方法的多种形式包括响应于动态系统的状况的预测变化而启动加热器，利用至少一个激励装置将振动引入到动态系统中，并且多个激励装置沿动态系统的流体流动管道间隔开。

在该方法的变型中，该多个激励装置是仪表化锤，至少一个激励装置是振动马达，并且至少一个激励装置是泵。

在另一种形式中，提供了一种用于动态系统中流体流动管道的阻塞检测的系统，其包括多个操作部件和设置在多个操作部件中的至少一个的预定位置处的振动信号获取装置，其中，在频域和时域中的至少一个中分析来自振动信号获取装置的振动信号，并且基于所分析的振动信号预测阻塞的存在。

该系统的其它形式包括至少一个激励装置，并且在一些形式中，多个激励装置沿着动态系统的流体流动管道间隔开。在一种形式中，激励装置是锤式螺线管。在另一种形式中，激励装置是压电堆叠式换能器。

在其它形式中，用于监测处理管线的状况的监测系统包括设置在处理管线内部的目标元件，以及接近传感器，该接近传感器设置在处理管线外部并与目标元件相对，以在其间限定空白空间。并且其中接近传感器基于目标元件的电特性和空白空间的介电常数中的至少一个的变化，来预测处理管线的状况。

在监测系统的至少一种形式中，接近传感器选自电容式接近传感器、超声波接近传感器和电感式接近传感器中的至少一种，状况是处理管线中的凝结或沉淀，并且接近传感器是电容式接近传感器，其包括与目标元件相对的内部板，在内部板和目标元件之间限定了空白空间。

在监测系统的变型中，接近传感器是包括与目标元件相对的压电元件的超声波接近传感器，并且其中超声波接近传感器产生朝向目标元件的高频脉冲，并且基于由目标元件反射的高频脉冲的时间间隔来预测处理管线的状况，其中高频脉冲被示例为作为频率(Hz)的函数的相对振幅的曲线图上的显著振动频谱峰增加。

在监测系统的另一种形式中，接近传感器是感应式接近传感器，其包括与目标元件相对的感应线圈、振荡器、信号转换器和输出电路，并且其中感应式接近传感器基于由振荡器产生的振荡信号的幅度预测处理管线的状况。

在监测系统的许多形式中，感应线圈被配置成在目标元件中产生涡流，并且目标元件中的涡流影响振荡信号的振幅。

可选地，在本发明的另一个方面，用于监测处理管线的状况的监测系统包括至少一个光缆，设置在光缆的第一端处且用于发射通过光缆的光的光源，以及分析器。该分析器用于分析来自光源、通过至少一个光缆的光的传输，并且用于基于通过至少一个光缆的光传输和光反射中的至少一个，预测处理管线的状况。

监测系统的一个变型包括设置在至少一个光缆的第二端处并且设置在处理管线内部的双向镜。

在监测系统的至少一个方面中，分析器设置在光缆的第一端，用于接收从光源发射并由双向镜反射的光，其中分析器基于由双向镜反射的光量预测处理管线的状况。至少一个光缆包括第一光缆和第二光缆，第一光缆和第二光缆被布置成限定第一光缆和第二光缆的相邻端之间的间隙，间隙位于处理管线内部。并且光源设置在第一光缆的远离该间隙的一端。并且分析器设置在第二光缆的远离该间隙的一端，用于接收通过第一光缆、间隙和第二光缆且从光源发射的光，其中分析器基于通过间隙传输的光量预测处理管线的状况。

从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅用于说明目的，而非旨在限制本申请的范围。

附图说明

为了可以很好地理解本申请，现在将参考附图描述其以示例方式给出的各种形式，其中：

图1A是根据本申请的教导构造的监测系统的示意性框图，用于监测动态系统的状况；

图1B是根据本申请的教导的动态系统的示意图；

图2A和2B示出了当泵静止时从安装在泵上的换能器获得的双通道基线振动频谱，其中，换能器可以配备有一个或多个振动感测轴，每个通道表示一个或多个信号测量，其中，根据本申请的教导，图2A和2B的基线频谱分别被双重地表示为“左”通道和“右”通道；

图3A和3B示出了当限流阀是活动的并且残余气体分析仪(Residual gasanalyzer，RGA)泵以2托Torr运行时，从安装在泵平台上的换能器取得的双通道基线振动频谱，其中换能器可以配备有一个或多个振动感测轴，每个通道表示一个或多个信号测量，其中根据本申请的教导，图3A和3B的基线频谱分别被双重地表示为“左”通道和“右”通道；

图4A和4B示出了当开启阀是活动的并且RGA泵以2托Torr运行时，从安装在泵平台上的换能器取得的双通道基线振动频谱，其中换能器可以配备有一个或多个振动感测轴，每个通道表示一个或多个信号测量，其中根据本申请的教导，图4A和4B的基线频谱分别被双重地表示为“左”通道和“右”通道；

图5A和5B示出了当限流阀是活动的并且RGA泵以2托Torr运行时，从直接安装在泵上的换能器取得的双通道基线振动频谱，其中换能器可以配备有一个或多个振动感测轴，每个通道表示一个或多个信号测量，其中根据本申请的教导，图5A和5B的基线频谱分别被双重地表示为“左”通道和“右”通道；

图6A和6B示出了当开启阀是活动的并且RGA泵以2托Torr运行时，从直接安装在泵上的换能器取得的双通道基线振动频谱，其中换能器可以配备有一个或多个振动感测轴，每个通道表示一个或多个信号测量，其中根据本申请的教导，图6A和6B的基线频谱分别被双重地表示为“左”通道和“右”通道；

图7是示出根据本申请的教导的监测动态系统的状况的方法的流程图；

图8是安装在处理管线上的监测系统的示意图，所述监测系统根据本发明的教导构造，，并用于监测和预测处理管线的状况；

图9A和9B是监测系统的第一形式的示意图，所述监测系统根据本申请的教导构造，并且用于监测和预测处理管线的状况，其中图9A示出在处理管线中没有积聚凝结物或沉淀物，并且图9B示出在处理管线中积聚凝结物或沉淀物；

图10是监测系统的第二形式的示意图，所述监测系统根据本申请的教导构造，并且用于监测和预测处理管线的状况；

图11是监测系统的第三形式的示意图，所述监测系统根据本发明的教导构造，并且用于监测和预测处理管线的状况；

图12A是监测系统的第四形式的示意图，所述监测系统根据本发明的教导构造，并且用于监测和预测处理管线的状况；

图12B是图12A的部分A的放大图；

图13A是监测系统的第五形式的示意图，所述监测系统根据本发明的教导构造，并且用于监测和预测处理管线的状况；

图13B是图13A的部分B的放大图；

图14A和14B是示出图13A的监测系统被安装在处理管线中的示意图，其中图14A示出在处理管线中没有积聚凝结物或沉淀物，而图14B示出在处理管线中积聚凝结物或沉淀物以阻挡光传输路径；

图15是根据本发明的教导构造的一种形式的激励装置的横截面图；以及

图16是根据本发明的教导构造的另一形式的激励装置的横截面图。

本文描述的附图仅用于说明目的，而不旨在以任何方式限制本申请的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本申请、应用或用途。应当理解，在所有附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

参考图1A，监测系统10用于监测根据本申请的教导构造的动态系统12的状况/行为，监测系统10包括获取装置14，信号处理模块16，以及分析和预测模块18，该获取装置14用于从动态系统12获取信号，该分析和预测模块18分析域(例如当信号是频率信号时的频域)中的信号，并基于域中的信号预测动态系统12的状况。

在一种形式中，信号获取装置14是获取振动信号的振动信号获取装置14，而信号处理模块16是振动信号处理模块16。应当理解，其他类型的信号，例如温度、压力和质量流率等，也在本申请的教导内。

参考图1B，一种形式的动态系统12是半导体处理系统，该半导体处理通包括处理室20，包括供气管线22和排气管线24(对于任何应用一般也称为“流体流动管道”)的多个气体管线，以及邻近排气管线24设置的泵26(仅示出一个)。泵26可以是任何结构的真空泵，例如在残余气体分析仪(RGA)系统中使用的类型。如进一步所示，多个配件23将动态系统12的不同部件彼此联接。

在各种处理步骤期间，处理气体通过气体供应管线22供应到处理室20中。在每个处理步骤之后，处理气体通过排气管线24从处理室20中排出。一种形式的排气管线24包括旁通阀31。因此通过操作旁通阀31可以将排气管线24控制在打开状态或阻塞状态。此外，可以采用多个气体供应管线22和/或排气管线24，尽管在此仅示出和描述了每种管线中的一个。

应该理解，该半导体处理系统仅仅是可以采用本申请的教导的流体流动系统的示例。任何其他流体流动系统也可以采用本申请的教导，该任何其他流体流动系统包括供应管线和冷却管线等，并用于其他工业过程，诸如机械处理、注射成型、燃烧排气系统和HVAC等，。因此，半导体处理系统的使用不应被解释为限制本申请的范围。此外，术语“流体”应当被解释为表示物质的任何状况，包括气体、液体和等离子体。

信号获取装置14可包括邻近排气管线24设置的换能器28，以在频域中获取排气管线24的信号。在这种形式中，换能器28位于排气管线24的外部。然而，由于交叉污染不是半导体处理系统的排气侧的问题，所以用于检测流体相变的探针27可以放置在排气管线24的内部，同时保持在本申请的范围内。该探针27还可以包括例如温度传感器、光学传感器或如本文所述的压力传感器28等。

在本申请的一个变型中，多个外部激励装置29沿着排气管线24的长度邻近排气管线24放置或放置在排气管线内部。激励装置29探测(例如激励、振铃、撞击)排气管线24，从而使得监测系统10能够测量排气管线24和激励装置29之间的频率响应，以检测阻塞、堵塞和流量减少/限制。在一种形式中，激励装置29被配置为校准的冲击装置(例如，仪表化锤)。

在另一种形式中，激励装置29可以是振动马达。振动马达以不同的频率操作，以基于不同的振动马达频率与动态系统12的固有频率的比较来识别阻塞。

在又一种形式中，激励装置29是泵，该泵改变通过排气管线24的流体流速，以引起振动来检测阻塞。例如，当流体流动被阻塞或限制时，引起振动，并且因此可以分析振动响应以确定阻塞的存在。下面更详细地说明和描述这些不同形式的激励装置29中的每一个。

通常，流速、泵速、马达速度和类似的振动/动态变化的变化是可测量的激励装置，该激励装置能够根据本申请的教导进行预测性的阻塞检测。

当与图形用户界面联接时，原位激励测量能够实现流量的4D(长度、宽度、深度、时间)映射，或者小至在给定时间在动态系统内的给定位置处的流量(实际、估计、近似最小、近似最大)。因此，随着测量位置的数量增加，4D图的保真度提高，诊断和预测改善。保真度还随着时间而提高，因为监测系统能够测量动态系统12的各种阻塞状况之间的差异(例如，从完全清洁至阻塞引起的停机)。改进的诊断和预测检测和监测堆积物(buildup)，以将许多阻塞转变成过滤器更换或较不即时的维护活动，从而增加生产时间。

颗粒的固化可随着时间的推移而发生在动态系统12中。颗粒的固化导致气体流过流体流动管道的通道更窄，从而导致流体“阻塞”或堵塞流体流过流体流动管道。在所示的半导体处理系统实例中，大部分“阻塞”发生在大气排放侧或附近，主要是因为排放管线24不是由泵支持，而是由“房屋(house)”排放支持。当在排气管线24中出现堆积物时，泵的输出压力(背压)将随时间增加，导致排气管线24的振动的变化。因此，与排气管线24的振动相关的信号可用于预测排气管线中由于颗粒的固化而引起的无意的限制变化，该颗粒的固化使排气管线24中的气体通道变窄。根据本申请的教导，排气管线24的限制可以与排气管线24的振动模式相关。

信号处理模块16可以是数据获取(Data acquisition，DAQ)系统，用于对从换能器28传输的信号进行采样，并将信号转换成能够被转换成数字值的形式。作为示例，信号处理模块16可以包括用于将振动信号转换成可以被转换成数字值的形式的信号调节电路，以及用于将调节后的振动信号转换成数字值的模数转换器。

在另一种形式中，当信号获取装置14包括加速度计，以在时域中获取振动信号时，信号处理模块16还可以包括傅里叶变换算法以将振动信号从时域(作为时间的函数的振幅)转换到频域(作为频率的函数的振幅)。

分析和预测模块18分析频域中的振动信号(振动频谱)，并且基于振动频谱预测排气管线24的状况。分析和预测模块18可以包括具有处理器的计算机。振动频谱产生与特定振幅和频率范围(频域)相关的唯一振动特征。动态系统12的系统行为可以通过理解和分析该特征来调整和预测。分析和预测模块18分析振动特征，并基于振动频谱预测排气管线24中是否发生异常。

参照图2A至6B，换能器28在不同测试条件下获取RGA泵的频域(振幅dBFS相对于频率Hz)中的振动信号。更具体地说，动态系统12可以在两种阀状况(开启阀和限制阀状况)下操作，其中换能器28直接设置在泵上或泵平台上，并且RGA泵运行或静止。

图2A和2B示出了当泵静止时，从安装在泵上的一个或多个换能器获得的频域中的振动信号(即振动频谱)。一个或多个换能器可以安装在感兴趣的信号测量上或附近的任何地方，并且用于表示或关联到感兴趣的数据点。例如，双通道基线振动频谱可以从安装在泵26上的换能器28获得。对于配备有一个或多个振动感测轴的每个换能器，每个通道可以表示一个或多个信号测量。

在图2A和2B中，基线频谱表示当泵处于静止时所获得的一个信号，并且双重地表示为“左”通道和“右”通道，其中一个通道将信号按比例缩放到±20g满刻度(full scale)，而另一个通道将相同的信号按比例缩放到±10g满刻度。这些振动频谱是基线振动频谱，其用作与不同测试条件的振动频谱进行比较的参照。

为了有效地使用振动数据进行状况监测，应当建立基线振动频谱。一些振动本质上可以是良性的，并且对动态系统12的寿命或性能没有影响。基线振动频谱是良性振动的振动频谱，并且可以用作出于比较目的的参照。

图3A和3B包括当旁通阀部分关闭并且RGA泵在2托Torr下运行时，测试条件下的振动频谱，其中换能器28安装在泵平台上。图4A和4B包括当旁通阀打开并且RGA泵在2Torr下运行，测试条件下的振动频谱，其中换能器安装在泵平台上。图5A和5B包括当旁通阀31部分关闭并且RGA泵在2Torr下运行时，测试条件下的振动频谱，其中换能器直接放置在RGA泵上。图6A和6B包括当旁通阀打开并且RGA泵在2Torr下运行时，测试条件下的振动频谱，其中换能器直接放置在RGA泵上。

分析和预测模块18被配置成执行相关过程，以确定振动频谱和动态系统12的状况(开启或阻塞阀)之间的相关性。相关过程以识别振动频谱上的峰值(频率尖峰、频率峰值)开始。频率尖峰可以与动态系统的物理特性相关，诸如通过管道系统中的凝结而凝固。

如图3A至4B所示，当换能器放置在泵平台上时，在100-200Hz频率范围内，开启阀状态的显著峰值增加。如图5A至6B所示，当换能器直接放置在泵上而不是泵平台上的先前位置时，振动频谱显示峰值更明显，因此提供更高分辨率的频谱。因此，当换能器直接放置在泵上时，可以获得阀的阻塞状况和泵的活动的总频域之间更详细和准确的相关性。

监测系统10可以检测动态系统的整体性能，例如泵和气体管线随时间的变化。任何显著的异常和故障都可以立刻被检测到。这也将允许更好的响应时间并提高动态系统12的工作寿命。

监测系统10还可以被配置成包括故障检测系统30，故障检测系统30向用户提供警告以帮助防止意外故障和线路关闭。监测系统10也可以连接设置在气体管线附近的加热器系统。加热器系统可以响应该警告而被激活，以去除排气管线中的堆积物。替代地，可以用高流速的处理过的气体如N2清洗管线，以搅拌和除去排气管线中的堆积物。

参照图7，监测动态系统状况的方法40开始于在步骤42中将振动信号获取装置(例如换能器)放置在动态系统的预定位置处。该预定位置可以是泵处、泵平台处或排气管处的位置。在步骤44中，在各种测试条件下，换能器获取频域中的振动信号(振动频谱)。在步骤46中，分析振动频谱以识别频率尖峰。在步骤48中，将振动频谱与动态系统的状况相关联。

参照图8，根据本发明的教导构造的，并且用于监测和预测处理管线61的状况(例如材料的凝结或沉淀)的监测系统60可以包括一个或多个接近传感器62，以及与一个或多个接近传感器62相对应的一个或多个目标板68(目标元件)。处理管线61可以包括多个管状部分64，这些管状部分64通过在管状部分64的端部处的安装凸缘66连接。处理管线61可以与泵或排放系统(未示出)流体连通。监测系统60可以邻近安装凸缘66设置，以便于将目标板68安装在处理管线61内。目标板68设置在处理管线61内，并暴露于在处理管线61中流动的处理气体以及随着时间的推移可能积聚在处理管线61中的材料的凝结物或沉淀物72。

接近传感器62包括用于监测目标板68的电特性的传感器主体70。当凝结物或沉积物72积聚在处理管线61中时，凝结物或沉积物72也积聚在目标板68上，从而影响目标板68的电特性。通常，目标板68的改变的电特性，例如其电阻，提供了处理管线61中的凝结物或沉积物72的状况或状态的指示。

参照图9A和9B，根据本发明的教导构造的，并且用于监测和预测处理管线的状况的第一形式的监测系统80包括：电容位移或电容接近传感器形式的接近传感器82，以及与接近传感器82相对并设置在处理管线61内的目标板84。接近传感器82包括用于在其中容纳内部板88、电流感测元件90和振荡器92的传感器主体。目标板84设置在处理管线61中和传感器主体的外部。在目标板84和内部板88之间限定了空白空间89(介电空间)。目标板84和内部板88都用作电容器的电极。

当直流DC电压施加到内部板88时，电荷积聚在目标板84上。积聚在目标板84上的电荷量取决于施加到内部板88的电压，目标板84的表面积和空白空间89的介电常数。积聚在目标板84上的电荷引起内部板86中的交流AC电流。任何凝结物或沉淀物72将改变目标板84上的电荷的密度和分布，从而影响在内部板86中流动的电流。通过使用电流感测元件90测量由积聚电荷引起的电流，可以监测和预测目标板84的状况以及因此的处理管线61的状况。

参照图10，根据本发明的教导构造的，并用于监测和预测处理管线的状况的第二形式的监测系统100包括：超声波接近传感器形式的接近传感器102，以及目标板104，该目标板104设置在处理管线内部，并与接近传感器102相对设置，以在其间限定空白空间106。在一种形式中，超声波接近传感器102可包含压电元件(未示出)。当AC电压被施加到压电元件时，AC电压使压电元件不断地改变尺寸和形状，并且使压电元件以相同的频率振荡以产生超声波。超声波110(以实线示出)被朝向目标板104发送。当超声波110撞击目标板104时，反射波112(以虚线示出)产生回波。当凝结物或沉淀物积聚在目标板104上时，目标板104的状态，以及目标板104与超声波接近传感器102之间的空白空间106被改变。通过监测和评估目标板104的状态，以及目标板104和超声波接近传感器102之间的空白空间106，可确定和预测目标板104的状况，且因此可确定和预测处理管线61的状况。

参照图11，根据本发明的教导构造的，并且用于监测和预测处理管线的状况的第三种形式的监测系统120包括：电感式接近传感器形式的接近传感器122，以及金属目标板124，该金属目标板124设置在处理管线内部并与接近传感器122相对，以在其间限定空白空间126。接近传感器122包括限定用于容纳感应线圈130的传感器室的传感器主体128，产生电磁场的振荡器132，信号转换器134和其中的输出电路136。感应线圈130与金属目标板124相对设置，以在其间限定空白空间126。金属目标板124设置在处理管线的内部，并且空白空间126位于处理管线中。当电压施加到感应线圈130时，在金属靶板124中产生涡流。金属目标板124上的涡流将抑制由振荡器132产生的振荡信号的振幅。当凝结物或沉淀物72积聚在金属目标板124上时，空白空间126的尺寸减小，导致振荡信号的振幅减小。通过监测和评估振荡信号的幅度，可以监测和预测金属目标板124的状况，并且因此可以监测和预测处理管线的状况。

参照图12A和12B，根据本发明的教导构造的，并且用于监测和预测处理管线的状况的第四形式的监测系统150包括光学传感器151。光学传感器151包括光源152(例如LED)、光缆154、双向镜156和分析器158。光源152和分析器158设置在光缆154的第一端160处。双向镜156设置在光缆154的与第一端160相对的第二端162处。双向镜156设置在处理管线内部，并暴露于随着时间的推移可能在处理管线中积累的凝结物或沉淀物。只要双向镜156设置在处理管线内部，光缆154可以沿着处理管线的长度纵向定向或者径向跨过处理管线定向。

光源152通过光缆154向双向镜156发射光脉冲。来自光源152的光的一部分透射通过双向镜156，而光的剩余部分由双向镜156反射回到光缆154的第一端160。第一端160处的分析器158接收反射光，并确定透射通过双向镜156的光的强度与由双向镜156反射的光的强度的比率。

当在处理管线中积聚凝结物或沉淀物时，凝结物或沉淀物也积聚在双向镜156上，并影响双向镜156的透射特性。沉淀物可阻挡光透射通过双向镜156。当发生凝结物或沉淀物时，大部分的光被反射回到分析器158。因此，透射光的强度与反射光的强度的比率提供双向镜156的表面状况的指示，并且因此提供处理管线的状况/状态的指示。该比率可关联处理管线中的阻塞程度。

参照图13A和13B，根据本发明的教导构造的，并用于监测和预测处理管线的状况的第五形式的监测系统180包括光学传感器181。光学传感器181包括第一光缆182、第二光缆184、光源186(例如LED)和分析器188。第一光缆182和第二光缆184端对端地设置，以在其间限定间隙190。第一光缆182和第二光缆184的长度可被调节以改变间隙190的尺寸。间隙190位于处理管线中，并暴露于可能在处理管线中积聚的凝结物或沉淀物。

光源186设置在第一光缆182的远离间隙190的端部处。分析器188设置在第二光缆184远离间隙190的一端处。分析器188可以测量从第一光缆182传输到第二光缆184的透射光的强度。分析器188接收的光强度可用于与处理管线的状况相关联，并提供处理管线中的阻塞程度的指示。

参照图14A和14B，第一光缆182和第二光缆184延伸跨过处理管线，间隙190设置在处理管线的内部，光源186和分析器188设置在处理管线的外部。当在处理管线中积聚凝结物或沉淀物时，凝结物或沉淀物也积聚在第一光缆182和第二光缆184之间的间隙190中，从而影响光脉冲从光源186到分析器188的传输。当更多的凝结物积聚在间隙190中时，更少的光从光源186传输到分析器188。分析器188可以通过测量和确定穿过间隙190的光的量来确定和预测处理管线61中的凝结物或沉淀物72的量。间隙190可以控制处理管线内的测试区域的宽度。

在另一种形式中，第一光缆182和第二光缆184可沿处理管线延伸而不是如图14A和14B所示那样交叉。在这种形式中，第一光缆182、第二光缆184以及相关部件可集成到安装凸缘66中(见图8)，使得该设计是模块化的并且可更容易地实施。

现在参考图15，示出了一种形式的激励装置，并且通常由附图标记229表示。如图所示，激励装置229包括通过夹具234安装到导管232的锤式螺线管230，该夹具被隔热件236包围。导管232示出为具有沉积物或堆积物233，沉积物或堆积物233阻塞/堵塞通过导管232的流体流动，并且激励装置229用于检测这些沉积物。

锤式螺线管230包括可移动柱238，该可移动柱238通过螺线管主体240内的螺线管机构(未示出)延伸和缩回。锤式螺线管230还包括上热延伸部242和下热延伸部244，其提供与导管232的物理接触，如所示，以及螺线管主体240与导管232之间的热隔离。平台246在螺线管主体240和上热延伸部242之间延伸，为可移动柱238提供撞击表面。此外，振动传感器248固定到下热延伸部244，并且被配置成测量当来自锤式螺线管230的可移动柱238撞击平台246时的振动响应。例如，振动响应可以是频域中的振幅或时域中的衰减率。

然后，响应信号振幅或频率衰减率的变化可与导管232内的沉积物或材料堆积的量相关联。例如，对于清洁/通畅的导管，振动响应可以被基线化，然后在频域中改变振幅或在时域中改变衰减率可以指示沉积物的存在和量。来自振动响应的结果可以被转换到用户界面(未示出)，例如仪器上的条形图显示，其可以基于振动响应示出阻塞的百分比。

在一种形式中，锤式螺线管230是具有在大约50-500毫秒之间的撞击频率的脉冲锤式螺线管。如进一步所示，激励装置229还可包括可选的冷却翅片250，其围绕上热延伸部242和/或下热延伸部244固定。一个或多个激励装置229可以沿着导管232放置，或者靠近动态系统12的任何其它部件(例如，作为示例，如上所述的半导体处理系统的部件)放置，同时保持在本申请的范围内。

参照图16，示出了另一种形式的激励装置，其总体上由附图标记329表示。不是如前所述的锤式螺线管，这种形式的激励装置329是压电堆叠式换能器(PZT)330。(与上述元件类似的元件在该图中用相同的元件标号示出，并且为了清楚起见将不再描述)。PZT 330还包括如图所示的相对的块332。可选地，偏心旋转质量块(ERM)或线性谐振致动器(LRM)(未示出)可以与PZT 330一起用作振动声学信号源。

在一种形式中，PZT 330被以稳态频率或稳态恒定频率的脉冲激励，该稳态频率或稳态恒定频率不是导管232或动态系统12的谐振频率。振动传感器248然后如上所述测量振动响应。在一种形式中，可以进行扫描频率分析。类似地，可以如上所述地采用用户接口(未示出)。

除非另有明确说明，在描述本申请的范围时，所有表示机械/热特性、组成百分比、尺寸和/或公差或其它特性的数值应理解为由词语“约”或“大约”修饰。出于包括工业实践、制造技术和测试能力的各种原因，需要这种修改。

如这里所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当解释为表示使用非排他逻辑OR的逻辑(A OR B OR C)，并且不应当解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。

本申请的描述本质上仅是示例性的，因此，不偏离本申请的实质的变型旨在处于本申请的范围内。这些变型不应认为是偏离本申请的精神和范围。

Claims (22)

1.一种监测动态系统的状况的方法，其特征在于，所述方法包括：

从振动信号获取装置获取振动信号，所述振动信号获取装置位于所述动态系统的预定位置；

在频域和时域的至少一个中分析所述振动信号；以及

基于所分析的振动信号，预测所述动态系统的所述状况的变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

识别振动频谱中的频率峰值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述振动频谱与所述动态系统的所述状况相关联。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述动态系统包括处理室和排气管线；以及

其中，所述预定位置是与所述排气管线相邻的位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预定位置是直接位于与排气管线流体连通的泵上的位置。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预定位置是泵平台上的位置。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在多个测试条件下获得多个振动频谱。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述振动信号获取装置包括换能器。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

使用振动特征分析模块分析所述振动信号。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

通过数字数据获取(digitaldata acquisition，DAQ)系统处理所述振动信号。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述动态系统运行并且泵处于静止时，获得基线振动频谱。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

响应于所预测的所述动态系统的所述状况的变化而，启动加热器。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

利用至少一个激励装置将振动引入到所述动态系统中。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括沿着所述动态系统的流体流动管道间隔开的多个激励装置。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述多个激励装置是仪表化锤。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一个激励装置是振动马达。

17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一个激励装置是泵。

18.一种系统，用于动态系统中流体流动管道的阻塞检测，其特征在于，用于阻塞检测的所述系统包括：

多个操作部件；以及

振动信号获取装置，其设置在所述多个操作部件中的至少一个的预定位置处，

其中，在频域和时域中的至少一个中分析来自所述振动信号获取装置的振动信号，并且基于所分析的振动信号预测阻塞的存在。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，还包括至少一个激励装置。

20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，还包括沿着所述动态系统的所述流体流动管道间隔开的多个激励装置。

21.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述激励装置是锤式螺线管。

22.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述激励装置是压电堆叠式换能器。

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