JP2005338094A - ガスゲージ近接センサおよび測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスゲージ近接センサが、測定される表面の近傍の第1のガス流を検出する測定部を有し、基準表面の近傍の第2のガス流を検出する基準部を有し、変調された第3のガス流を形成する変調器を有し、第3のガス流は少なくとも部分的に測定部および基準部を通過して流れる、ガス供給源から受け取ったガスを基礎としており、第1のガス流と第2のガス流の間の差に相当する差分信号を形成する検出器を有し、差分信号をフィルタリングし、フィルタ信号を形成するフィルタを有し、フィルタ信号を復調し、測定値を形成する復調器を有する。
【選択図】図1
Description
ここでは本発明を特定の用途に関する例示的な実施形態を参照して説明するが、本発明はこれらの実施形態に制限されるものではないと解するべきである。本明細書において提供されている教えに触れた当業者であれば、本発明の範囲内での付加的な変更、用途および実施形態また本発明が有用である付加的な分野を認識するであろう。
図1は本発明の実施形態によるガスゲージ近接センサ100を示す。ガスゲージ近接センサ100は動的な流れ制御装置106(例えば質量流量コントローラ)、中央チャネル112、測定チャネル116、基準チャネル118、測定チャネル絞り120、基準チャネル絞り122,測定プローブ128、基準プローブ130、ブリッジチャネル136および質量流量センサ138を含む。ガス供給部102はガスを所望の圧力でガスゲージ近接センサ100に噴射することができる。
本発明の1つの実施形態によれば、測定チャネル116および基準チャネル118は絞り120および122を包含する。各絞り120および122はそれぞれ測定チャネル116および基準チャネル118を通過して移動するガスの流れを制限する。測定チャネル絞り120は分岐点114と分岐点124との間の測定チャネル内に配置されている。同様に、基準チャネル絞り122は分岐点114と分岐点126との間の基準チャネル118内に配置されている。1つの実施例においては、分岐点114から測定チャネル絞り120までの距離と分岐点114から基準チャネル絞り122までの距離は等しい。別の実施例においては距離が異なる。センサは対称的であるべきという固有の要求は存在しないが、センサが幾何学的に対称的である場合にはより簡単に使用することができる。
図3はそれぞれ本発明の実施形態によるノズル350の断面図およびその特性を示す。ガスゲージノズル350の基本的なコンフィギュレーションは、測定表面132または基準表面134に平行な平坦端部表面351によって特徴づけられている。ノズルの幾何学はゲージスタンドオフhおよび内径dによって決定される。一般的に、ノズル外径Dが十分に大きければ、ノズル圧力降下とこのノズル外径Dとの関係は強くない。その他の物理的なパラメータは、Qm:ガスの質量流量速度、Δp:ノズルにわたる圧力降下、である。ガスは濃度ρおよび動粘度ηによって特徴付けられる。
図4は、非常に短い距離を測定し、制御動作(例えばステップ410〜470)を実施するためにガス流を使用する方法400を表すフローチャートを示す。便宜上、方法400はガスゲージ近接センサ100に関して記述している。しかしながら方法400をこのガスゲージ近接センサ100の構造のみに制限する必要はなく、異なる構造を有するガスゲージ近接センサを用いて実施することもできる。
上記の実施例において説明したセンサは基準表面134および/または測定表面132近傍の空気の流れによって惹起される周囲雑音の影響を受ける可能性がある。図5は上述のセンサを使用する場合に発生する可能性がある欠点を克服する、本発明によるガスゲージ近接センサを示す。
上述したように、図1〜4に関連する上記の実施形態において説明したセンサは、基準表面134および/または測定表面132の近傍の空気の流れによって惹起される周囲雑音801の影響を受ける可能性がある。上述したセンサ500および600と同様に、センサ800および900は、測定信号における周囲雑音信号801の作用を補償および/または除去するようコンフィギュレートされている。雑音信号801は各表面132および134の近傍の局所的な空気の流れの変動によって惹起される可能性がある。変調信号859の任意の周波数Fmは雑音信号801の雑音周波数とは異なるように調節することができるので、雑音信号の周波数範囲と隔てることができ、したがって雑音信号801は固有の周波数範囲を有することになる。
上記において本発明の種々の実施形態を説明したが、これらは例を目的として表されていると解するべきであり、本願発明の制限を意図したものではない。当業者であれば本発明の精神および範囲を逸脱することなく、形状および詳細の変更を本発明において実施できることが明らかになる。上記においては本発明を特定の機能およびこれらの機能との関係の実施を説明するステップを用いて説明した。これらのステップの境界は明細書の便宜上ここでは任意に規定されている。代替的な境界を規定することができる。したがってそのようなあらゆる代替的な境界は請求項に記載されている本発明の範囲および精神に属する。したがって、本発明の幅および範囲は上述の例示的なあらゆる実施形態によっても制限されるべきではなく、請求項および請求項と等価のものとの関連においてのみ規定されるべきである。
Claims (47)
- ガスゲージ近接センサにおいて、
測定される表面の近傍の第1のガス流を検出する測定部を有し、
基準表面の近傍の第2のガス流を検出する基準部を有し、
変調された第3のガス流を形成する変調器を有し、該第3のガス流は少なくとも部分的に前記測定部および前記基準部を通過して流れる、ガス供給源から受け取ったガスを基礎としており、
前記第1のガス流と前記第2のガス流の間の差に相当する差分信号を形成する検出器を有し、
前記差分信号をフィルタリングし、フィルタ信号を形成するフィルタを有し、
前記フィルタ信号を復調し、測定値を形成する復調器を有することを特徴とする、ガスゲージ近接センサ。 - 前記検出器は質量流量センサを包含する、請求項1記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記変調器は、前記ガス供給源から受け取ったガスを変調する変調式の動的な流れ制御装置を包含する、請求項1記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記動的な流れ制御装置は質量流量コントローラを包含する、請求項3記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記変調器は、前記第2のガス流を変調することにより前記第3のガス流を変調する前記基準表面と接続されている変調装置を包含する、請求項1記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記変調装置は圧電装置またはコイルを包含する、請求項5記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記変調器の変調周波数を前記復調器のための復調周波数として使用する、請求項1記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記フィルタは帯域通過フィルタを包含する、請求項1記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記フィルタは帯域制限フィルタを包含する、請求項1記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記フィルタはハイパスフィルタを包含する、請求項1記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記フィルタおよび前記復調器は1つまたは複数のアナログ装置である、請求項1記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記フィルタおよび前記復調器は1つまたは複数のディジタル装置である、請求項1記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記フィルタは、前記第1のガス流および前記第2のガス流における周囲雑音の周波数に相当する測定信号の部分を除去するフィルタを包含する、請求項1記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記測定表面と前記測定部との間に測定スタンドオフを有し、前記第1のガス流は前記測定スタンドオフを通過し終えた後に前記測定表面に衝突し、
前記基準表面と前記基準部との間に基準スタンドオフを有し、前記第2のガス流は前記基準スタンドオフを通過し終えた後に前記基準表面に衝突し、
前記差分信号は前記基準スタンドオフと前記測定スタンドオフの差に相当する、請求項1記載のガスゲージ近接センサ。 - 前記フィルタおよび前記復調器は1つのディジタル装置として形成されている、請求項1記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記ガスは空気、加湿空気、乾燥空気、希ガス、ハロゲンガス、窒素、水素、酸素またはアルゴンを含む、請求項1記載のガスゲージ近接センサ。
- 測定方法において、
(a)基準チャネルおよび測定チャネルを通過して流れるガス流を変調するステップと、
(b)基準チャネルプローブを基準表面の近傍に配置し、測定チャネルプローブを測定表面の近傍に配置するステップと、
(c)第1のガス流を前記測定チャネルプローブを使用して検出し、第2のガス流を前記基準チャネルプローブを使用して検出するステップと、
(d)前記第1のガス流と前記第2のガス流を比較して、差ガス流値を形成するステップと、
(e)前記差ガス流値をフィルタリングし、フィルタ信号を形成するステップと、
(f)フィルタ信号を復調し、測定チャネルスタンドオフと基準チャネルスタンドオフを測定するステップとを有することを特徴とする、測定方法。 - 前記ステップ(a)は、ガス供給源から受け取ったガスを変調させる変調式の動的な流れ制御装置の変調周波数が前記ステップ(f)の実施に使用される周波数と等しくなるよう前記変調式の動的な流れ制御装置を使用する、請求項17記載の方法。
- 前記ステップ(a)は、変調式の動的な流れ制御装置の変調周波数が前記ステップ(f)の実施に使用される周波数と等しくなるよう、前記第1のガス流の変調を介して前記ガス流を変調させる前記基準表面と接続されている変調装置を使用する、請求項17記載の方法。
- 前記ステップ(e)は帯域通過フィルタを使用する、請求項17記載の方法。
- 前記ステップ(e)は帯域制限フィルタを使用する、請求項17記載の方法。
- 前記ステップ(e)はハイパスフィルタを使用する、請求項17記載の方法。
- 前記ステップ(e)および前記ステップ(f)を同一のディジタル装置を使用して実施する、請求項17記載の方法。
- 前記ステップ(e)および前記ステップ(f)を別個のディジタル装置を使用して実施する、請求項17記載の方法。
- 前記ステップ(e)および前記ステップ(f)を別個のアナログ装置を使用して実施する、請求項17記載の方法。
- 前記ステップ(a)は、変調式の動的な流れ制御装置の変調周波数が前記ステップ(f)の実施に使用される周波数と等しくなるように、ガス供給源から受け取ったガスを変調させる変調式の質量流量コントローラを使用する、請求項17記載の方法。
- 前記ステップ(e)は、前記第1のガス流および前記第2のガス流のうちの少なくとも一方のガス流における周囲雑音の周波数に相当する前記差ガス流値の部分を除去する、請求項17記載の方法。
- 空気、加湿空気、乾燥空気、希ガス、ハロゲンガス、窒素、水素、酸素またはアルゴンをガスとして使用する、請求項17記載の方法。
- ガスゲージ近接センサにおいて、
測定される表面の近傍の第1のガス流を検出する測定部を有し、
基準表面の近傍の第2のガス流を検出する基準部を有し、
前記測定される表面および基準表面のうちの少なくとも一方の表面の近傍のガスを使用して、双方向で前記測定部および前記基準部を通過する第3のガス流を形成する音響的なドライバを有し、
前記第1のガス流と前記第2のガス流の差に相当する差分信号を形成する検出器を有し、
前記差分信号をフィルタリングし、フィルタ信号を形成するフィルタを有し、
前記フィルタ信号を復調し、測定値を形成する復調器を有し、該測定値は前記測定される表面の部分に対応することを特徴とする、ガスゲージ近接センサ。 - 前記検出器は質量流量センサを包含する、請求項29記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記音響的なドライバはトランスデューサを包含する、請求項29記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記音響的なドライバの変調周波数は前記復調器のための復調周波数として使用される、請求項29記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記フィルタは帯域通過フィルタを包含する、請求項29記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記フィルタは帯域制限フィルタを包含する、請求項29記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記フィルタはハイパスフィルタを包含する、請求項29記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記フィルタおよび前記復調器は1つまたは複数のアナログ装置である、請求項29記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記フィルタおよび前記復調器は1つまたは複数のディジタル装置である、請求項29記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記フィルタは、前記第1のガス流および前記第2のガス流における周囲雑音の周波数に相当する測定値の部分を除去するフィルタを包含する、請求項29記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記測定表面と前記測定部との間に測定スタンドオフを有し、前記第1のガス流は前記測定スタンドオフを通過し終えた後に前記測定表面に衝突し、
前記基準表面と前記基準部との間に基準スタンドオフを有し、前記第2のガス流は前記基準スタンドオフを通過し終えた後に前記基準表面に衝突し、
前記検出器は前記基準スタンドオフと前記測定スタンドオフの差を検出する、請求項29記載のガスゲージ近接センサ。 - 前記第3のガス流においてプッシュされるガスの量はプルされるガスの量に等しい、請求項29記載のガスゲージ近接センサ。
- 前記フィルタおよび前記復調器は1つのディジタル装置として形成されている、請求項29記載のガスゲージ近接センサ。
- 測定方法において、
(a)双方向で基準チャネルおよび測定チャネルを通過するガス流を音響的に励振させるステップと、
(b)基準チャネルプローブを基準表面の近傍に配置し、測定チャネルプローブを測定表面の近傍に配置するステップと、
(c)前記測定チャネルプローブを使用して第1のガス流を検出し、前記基準チャネルプローブを使用して第2のガス流を検出するステップと、
(d)前記第1のガス流と前記第2のガス流を比較して、差ガス流値を形成するステップと、
(e)前記差ガス流値をフィルタリングして、フィルタ信号を形成するステップと、
(f)前記フィルタ信号を復調し、測定チャネルスタンドオフと基準チャネルスタンドオフを測定するステップとを有することを特徴とする、測定方法。 - 前記ステップ(a)は音響的な励振を実施するトランスデューサを使用する、請求項42記載の方法。
- 前記ステップ(e)は帯域通過フィルタを使用する、請求項42記載の方法。
- 前記ステップ(e)は帯域制限フィルタを使用する、請求項42記載の方法。
- 前記ステップ(e)はハイパスフィルタを使用する、請求項42記載の方法。
- 前記ステップ(e)および前記ステップ(f)は同一のディジタル装置を使用する、請求項42記載の方法。
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