TW202107098A - 用於監測和分析可用於半導體閥中的密封性質的智能密封件 - Google Patents

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穆坎 佩里亞薩米
卡明 Ｊ 郭德佩拉
伊麗莎白 薩薩諾
奧托 Ｊ 格雷戈里
科迪 菲舍爾
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美商葛林陀德科技公司
羅德島大學董事會
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Abstract

本發明描述用於監測密封壽命之方法、系統及自感測閥組裝件。該方法包括提供閥組裝件，該閥組裝件可自敞開位置移動至閉合位置且包括安放於閥內並與該閥組裝件之表面接觸之密封件，其中當該密封件在操作中時，其經受降級。在該閥組裝件之表面上或在該閥組裝件內置放至少一個感測器以用於量測微應變。將該閥組裝件置於一操作中，其中該密封件經受降級，且起始該閥組裝件之該操作。在起始該操作之後的一時間，記錄微應變資料，且記錄與選自周圍操作條件及與該密封件之降級相關之條件的一條件相關的至少一個其他性質；且對照與100%密封壽命相關聯之基線資料分析該經記錄資料，以在起始該操作之後的該時間將密封壽命評估為小於100%之密封壽命百分比。

Description

用於監測和分析可用於半導體閥中的密封性質的智能密封件
本發明係關於密封件之領域，該等密封件能夠作為自感測密封件，特別是提供監測及分析密封性質及密封壽命資料之能力的密封件。相關申請案之交叉參考
本申請案主張於2019年5月31日提申之名為「用於監測和分析可用於半導體狹縫及閘閥中的密封性質的智能密封件（Smart Seals for Monitoring and Analysis of Seal Properties Useful in Semiconductor Slit and Gate Valves）」之美國臨時專利申請案第62/855,639號的權利，該美國臨時專利申請案之全部揭示內容以引用之方式併入本文中。
用於半導體製造之各種閥組裝件係熟知的，各種閥組裝件包括狹縫閥及閘閥門以及其他閥組裝件。關於狹縫閥及閘閥門，此類門用密封件或墊片抵靠半導體製造設備進行閉合，以確保污染物保持於反應腔室外部並確保來自腔室內之反應物不會逸出腔室。然而，此類反應腔室需要在製造期間敞開及閉合，以允許用於製造晶片及類似目標基板之晶圓移入及移出反應腔室。在一種較佳設計中，用於此類狹縫及閘閥之密封件併入於被稱為接合閘閥或接合狹縫閥（bonded slit valve，BSV）之接合組裝件中。
出於說明之目的，吾人通常將此類門稱為狹縫閥或BSV。用於例如半導體蝕刻及沉積系統中之狹縫閥門提供所需密封性質，但可受到不同反應物及不同反應物條件不定地影響。併有門及密封件之此類狹縫閥在致動以便遍及通向腔室之「狹縫」敞開及閉合門的閥上操作。密封件經設置以便圍繞腔室中之開口或狹縫進行密封，並在閥處於閉合位置時密封腔室開口。當閥敞開時，用於半導體製造之基板通過狹縫移入及移出處理腔室。
惡劣的前驅物、電漿、高溫及其他條件可造成不同類型之密封件以可變速率磨損。大多數此類反應腔室在真空條件下操作並在整個系統中使用密封件來維持真空環境。
由於此類密封件通常由高度抗化學腐蝕彈性體材料形成，故其自身購買成本高，因此應理解，吾人可能不想倉促地換掉密封件。然而，歸因於反應物及條件對用以製造密封件之各種彈性體材料之影響的可變性，並不總是易於預測密封位準何時開始受損及/或何時即將發生意外故障。可測試材料之彈性體密封性質以及其他物理性質來估計不同環境中之故障，且使用彼資訊來提供期望密封壽命資訊。然而，在不同環境、條件及使用期望的情況下，為了安全，吾人將期望在出現損害、產品結果不一致性或特定產品出故障之前換掉密封件。
由於所製造之產品自身製造成本極高，故相較於更換密封件，不必要的維護停工時間及/或故障之成本對於製造商而言甚至更高。因此，有效密封壽命為影響腔室正常工作時間、腔室之使用、維護排程以及歸因於密封材料降級之產品故障的關鍵因素。化學、溫度及其他處理條件影響密封件及門之材料且歸因於閥致動而出現機械應力，其全部可導致密封降級及故障。
一種解決先前技術中之此類問題的方式涉及使用期望密封壽命及測試，此可招致如上文所提及之額外成本。監測器有時亦定位於反應腔室內，該等反應腔室經監測以用於改變腔室內可影響製造之條件。亦監測反應物。典型地藉由偵測真空洩漏或來自降級密封材料之粒子產生之存在來實現降級。
然而，若存在用以知道密封件何時受損及/或影響需要維護之程序的成功方式，則可改善此類問題，達成成本節省且使故障最小化。另外，若存在用以使密封壽命最大化同時避免如上文所提及之密封降級缺點的方式，則可改良操作。
在條件惡劣之某些其他環境中，諸如在油田區域中之井下應用中，已產生密封監測之某些發展以產生提供回饋之密封件。舉例而言，美國專利公開案第2017/0130562 A1號教示了用於油田應用之密封件之具體實例，其既在井中又在井口組裝件中之其他組件中，該等井口組裝件將感測器嵌入於密封件中以獲取資料，該資料可用以藉由監測密封件上之物理操作條件及應力或應變來判定及監測密封件之狀況。此資料用以判定何時將需要基於排程來更換密封件，而不管密封件之狀況如何。使用資料分析器及預測性演算法來比較所搜集之資料與基線資料，以評估密封件之期望效能特性。亦可併有天線及RFID標籤或磨損感測器。感測器亦可以包裝形式嵌入。
用以監測密封壽命之態樣或用以在半導體處理步驟中採用感測器及其他偵測器的其他先前技術嘗試包括例如將感測器置放於狹縫閥及密封板上以監測程序之態樣，但此類嘗試通常並不關注密封件之劣化，而更典型地關注門功能、門壓力或對移入及移出門之程序基板之損壞的避免，以便確保該等程序基板在腔室內之適當輸送及定位。此類專利在密封件中或上插入或併入感測器，或在腔室之間及/或在腔室或門內部及外部分隔，以用於監測壓差。
此類類型之感測器用途之實例包括以下各者。
美國專利第7,841,582 B2號描述了一種方法及裝置，其用於使用致動器來控制狹縫閥門上之壓力，以在清潔期間將不同壓力施加至致動器及門，此與在反應期間相對，在該反應中內部壓力相較於在清潔期間將較高，使得密封件在清潔期間不會不必要地處於高真空條件下。
美國專利第8,815,616號描述了一種狹縫閥單元，其具有圍繞狹縫閥之殼體及用以使區域為氣密之一系列裝填單元（O形環密封件）。小管道與密封件之間的氣密區域連通，並與可監測壓力變化以避免處理氣體之爆炸或洩漏的感測器單元及可關閉該單元以防止事件的控制單元通信。
美國專利第9,347,495號包括一種使用RFID形成之軸承組裝件，該RFID具有入口IC晶片、連接至該晶片之天線及嵌入於軸承密封件或槽板環（raceway ring）中之磁性薄片功能。
美國專利第8,282,013號描述了居中於密封件內且接著硫化之嵌入式RFID詢答器。密封件因此被描述為能夠經由RFID換能器通信，該RFID換能器可經程式化以包括關於密封件之資訊（部件號、序列、批號及/或批次號、代碼、尺寸、製造或銷售日期、安裝及/或過期日期）。
美國專利第7,398,692號係關於一種以聯合方式附接至O形環密封件之電路晶片，該O形環密封件具有用以將資訊傳輸至密封環外部之資訊傳輸構件。將晶片包夾於密封本體中之切口中，且接著固定切口。將附接至感測器之佈線自主體部件拉出，並連接至壓力量測裝置。評估壓力監測以量測內部密封應力，並在密封件將內部應力減小至80%時停止使用密封件。
美國專利公開案第2018/0052104 A1號描述了一種可置放於腔室之各種位置的部件磨損指示物材料之用途。磨耗指示物具有不同層及用以指示磨損之磷光材料。
美國專利第9,975,758號包括微感測器，該等微感測器可裝配於晶圓處理設備上以即時監測各種條件。亦可在整個處理腔室中以及在工具上置放微感測器。
美國專利第7,658,200 B2號揭示了一種由狹縫閥分隔之兩個腔室的壓力調節系統之用途。目的係監測腔室中之壓差以避免無意中敞開腔室。該專利教示了在與控制器通信之每一腔室中使用壓力感測器以防止無意敞開。該等感測器並不用以監測影響密封有效性之條件。
美國專利第6,575,186號在接合狹縫閥門上使用一系列感測器來控制門上氣動壓力之速度，以便使門在閉合過程期間得到較軟著陸並避免密封損壞。所使用之三個感測器用於定位及與氣動閉合系統互動。
美國專利第6,291,814號將感測器置放於狹縫閥之任一末端處，該等感測器具有監測門附近之移動以避免門損壞密封板上之移動晶圓之信號的發射器及接收器。
美國專利5,363,872描述了基於進入腔室與反應腔室之間的障壁（被描述為壁）上之壓差控制狹縫閥門。每一腔室具有感測器，且分析壓差以控制門之操作及由狹縫閥門施加之壓力。
本文中之申請人已對用於監測反應腔室中之性質的產品之開發作出貢獻，先前已開發出允許對處理腔室之內部進行攝影機感測的被稱為「晶圓攝影機」之攝影機，然而，此類攝影機並非針對監測BSV或其他半導體閥組裝件中之密封件之健康狀況的操作開發。
在所屬技術領域中仍需要改良方式以確保最大可用密封壽命及關鍵性分析，其將幫助選擇用於半導體處理之最佳密封件及關聯最大密封壽命，以便使停工時間及正常工作時間最小化，改良維護循環並避免密封降級故障。
本文中之本發明包括一種用於監測密封壽命之方法之具體實例，其包含：提供閥組裝件，閥組裝件可自敞開位置移動至閉合位置，且密封件安放於閥內並與閥組裝件之表面接觸，其中當密封件在操作中時，其經受降級；將用於量測微應變之至少一個感測器置放於閥組裝件之表面上或閥組裝件內；將閥組裝件置於操作中，其中密封件經受降級，且起始閥組裝件之操作；在起始操作之後的時間，記錄微應變資料，及與選自周圍操作條件及與密封件之降級相關之條件的條件相關的至少一個其他性質；及對照與100%密封壽命相關聯之基線資料分析經記錄資料，以在起始操作之後的時間將密封壽命評估為小於100%之密封壽命百分比。
密封件較佳地具有彈性體性質。閥組裝件可為具有門之閥組裝件、鐘擺閥組裝件及隔離閥組裝件或其他類似閥組裝件中之一者。在一個具體實例中，閥組裝件為具有門之閥組裝件，且門經組態以用於覆蓋處理腔室中之開口，且閥組裝件進一步包含用於將門自敞開位置操作至閉合位置之閥，且密封件接觸門。
在另一具體實例中，該方法進一步包含將至少一個感測器置放於門之外表面上以用於量測微應變。在該方法中，可藉由在門處於閉合位置時起始真空程序而起始閥組裝件之操作。該方法可進一步包含在起始真空程序之後的時間將密封壽命評估為小於100%之密封壽命百分比。在此類具體實例中，可移動閥門可為接合狹縫閥或閘閥。密封件可機械地貼附至門之表面，且密封件較佳地具有彈性體性質。
可進一步存在用於量測微應變之兩個或更多個感測器，其各自定位於門上之不同位置處。此類感測器可接合至門之外表面。另外，一個或多個應變計花瓣圖案（strain gage rosette pattern）可定位於門上。在使用兩個或更多個應變計花瓣圖案之情況下，其較佳地定位於門上之不同位置。
在使用具有門之閥的方法之一個具體實例中，在校準門之後量測基線資料。亦可在將負載施加至門且接著移除時至少部分地基於初始微應變資料量測基線資料。在此類具體實例中，可藉由在100%密封壽命下量測初始微應變資料且再次在一個或多個密封壽命百分比下量測以產生經調整範圍之基線資料來產生基線資料。可將基線資料保存及併入至資料庫中以用於在特定程序中預測一種類型之門及密封件的密封壽命。
在本文中之方法之另一具體實例中，至少一個感測器可為應變計。另外，至少一個其他性質與周圍操作條件相關且係選自溫度、濕度及振動中之一者或多者，且此類操作條件之監測用以補償周圍雜訊。較佳地置放至少一個感測器以量測至少一個其他性質中之每一者。
較佳地經由使用包括惠斯登電橋（Wheatstone bridge）之電路以將微應變轉換為電壓變化之資料而將應變計微應變資料轉換為數位信號，且該方法亦包含調節來自經量測電壓變化之類比信號，及將類比信號轉換為數位信號。在此類方法中，將電路併入至印刷電路板中。惠斯登電橋較佳地併有具有不超過約0.25%之容限且較佳地不超過約0.1%之容限的高精度電阻器。電路可包含放大器。
在另一具體實例中，在校準閥組裝件之後量測基線資料。較佳地在閥組裝件處於操作中且閥處於壓力下之後部分地基於初始微應變資料量測基線資料。亦可在將負載施加至閥且接著移除時至少部分地基於初始微應變資料量測基線資料。可藉由在100%密封壽命下量測初始微應變資料且再次在一個或多個密封壽命百分比下量測以產生經調整範圍之基線資料來產生基線資料。在使用具有門之閥組裝件之具體實例中，可將基線資料保存及併入至資料庫中以用於在特定程序中預測一種類型之門及密封件的密封壽命。
本發明進一步包括一種用於分析密封壽命之系統，其包含：至少一個記憶體，其用於儲存電腦可執行指令；及至少一個處理單元，其用於執行儲存於記憶體中之指令，其中指令之執行將至少一個處理單元程式化以執行包含以下各者之操作：嚙合可自敞開位置移動至閉合位置之閥組裝件，以將閥組裝件置於操作中，其中閥組裝件包含密封件且密封件安放於閥內並與閥組裝件之表面接觸，且其中壓力施加至在操作中之閥組裝件且密封件經受降級；自電路接收來自電壓變化之信號，其中電路與用於在閥組裝件之表面上或閥組裝件內量測微應變之至少一個感測器通信；在起始閥組裝件之操作之後，記錄微應變資料，及與選自周圍操作條件及與密封件之降級相關之條件的條件相關的至少一個其他性質；及對照與100%密封壽命相關聯之基線資料分析經記錄資料，以在起始閥組裝件之操作之後的時間將密封壽命評估為小於100%之密封壽命百分比。
在該系統之一個具體實例中，密封件具有彈性體性質。閥組裝件可為具有門之閥組裝件、鐘擺閥組裝件及隔離閥組裝件中之一者。閥組裝件可為具有門之閥組裝件，且門經組態以用於覆蓋處理腔室中之開口，且閥組裝件進一步包含用於將門自敞開位置操作至閉合位置之閥，且密封件接觸門。該系統可進一步包含至少一個感測器，其置放於門之外表面上以用於量測微應變。可藉由在門處於閉合位置時起始真空程序而起始閥組裝件之操作。在該系統中，可在起始真空程序之後的時間將密封壽命評估為小於100%之密封壽命百分比。可移動閥門可為接合狹縫閥或閘閥。
本發明進一步包括一種自感測閥組裝件，其包含：閥組裝件，其可自敞開位置移動至閉合位置，包含安放於閥組裝件內並與閥組裝件之表面接觸之密封件，其中在閥組裝件之操作中，密封件處於壓力下並經受降級；及用於在閥組裝件之表面上或閥組裝件內量測微應變的至少一個感測器，及用於量測與選自周圍操作條件及與在操作中的密封件之降級相關之條件的條件相關的至少一個其他性質的至少一個感測器，其中感測器與能夠發送來自電壓變化之信號的電路通信。
在一個具體實例中，自感測閥組裝件進一步包含熱電偶，熱電偶與在閥組裝件之外表面上量測微應變的感測器中之一者通信。密封件較佳地具有彈性體性質。閥組裝件可為具有門之閥組裝件、鐘擺閥組裝件及隔離閥組裝件中之一者。較佳地，閥組裝件為具有門之閥組裝件，且門經組態以用於覆蓋處理腔室中之開口，且閥組裝件進一步包含用於將門自敞開位置操作至閉合位置之閥，且密封件接觸門。至少一個感測器較佳地置放於門之表面上以用於量測微應變。可藉由在門處於閉合位置時起始真空程序而起始閥組裝件之操作。在此類具體實例中，可在起始真空程序之後的時間將密封壽命評估為小於100%之密封壽命百分比。可移動閥門較佳地為接合狹縫閥或閘閥。
本文中之系統及自感測閥組裝件可進一步併有如上文及本文中別處所描述之方法之其他變化中之任一者。
如本文中所使用，比如「內」及「外」、「上」及「下」、「近」及「遠」、「頂」及「底」的字組及意義類似之字組在本文中用以鑒於本文中之圖式輔助本揭示內容的讀者較佳地理解本發明，且意欲有助於讀者不意謂以任何方式加以限制。
申請人已開發出用於具有密封件之半導體閥組裝件，諸如具有密封件之狹縫閥門，例如BSV、鐘擺閥及其他腔室或流動隔離閥的自感測密封件，及能夠提供適用於此類閥組裝件，諸如用於BSV之門之密封件之可用密封壽命之即時狀態的相關系統及方法。該系統能夠偵測可影響密封壽命之多個性質及現象，包括施加至密封件之壓力之變化、門或其他閥組裝件表面及密封件之界面處之溫度、門或其他組裝件表面界面處之程序強度、半導體向密封件之化學及路徑曝露或其他嚴苛化學程序，及其他性質。該系統亦可視情況包括視覺攝影機介面。接著在該系統中接收偵測到之資訊且使用該偵測到之資訊以鑒於實際變數來估計相對密封壽命，接著在彼程序中影響BSV中之特定閥組裝件或門。因此，在使用中之各密封件可針對其最佳密封壽命進行最佳化。另外，系統之使用者可在密封件處於使用中時監測密封健康狀況，以估計密封件之期望壽命且避免可引起產品損失之門密封件及其他閥密封故障。
雖然本文中之用於監測密封壽命之自感測密封件及方法及系統特別適用於包括BSV之半導體製造閥組裝件，但其亦可用於用於流體處理及其他環境中之類似閥中，在該等環境中密封壽命對於操作至關重要且其中密封件處於其中密封件經受降級之壓力、應變及環境或周圍操作條件下的環境中。此在半導體製造中係尤其困難之問題，且特別關注半導體密封件組裝件，諸如BSV、鐘擺閥及隔離閥。出於闡釋此類自感測門密封件及本文中之其他閥組裝件及相關方法及系統之用途的目的，本申請人將經由自感測BSV密封件之較佳具體實例來說明本發明，但基於本揭示內容，應理解，所描述具體實例可用於其他類似閥密封組裝件中。
具有密封件之閘及狹縫閥在所屬技術領域中係已知的，且可使用此等設計中之任一者實施該方法及系統。此性質之商業上可接受之門之實例可購自Kulpsville, Pennsylvania, USA之Greene, Tweed & Co.，且亦描述於例如美國專利申請公開案第2012/0100379A1號中，其以引用之方式併入相關部分中。具有已知或待開發之密封件的接合或其他組裝件之其他BSV及閘閥可用於本文中之系統及方法中。
此類閘及狹縫閥通常由金屬門材料（金屬或金屬合金）形成，其中較佳材料包括鋁或不鏽鋼。此類門中之密封件較佳地由彈性體材料或在操作條件下具有彈性體性質之材料形成。所使用之典型材料為具有彈性體性質之氟彈性體、全氟彈性體、矽基彈性體或聚伸芳基材料。另外，亦可併有支承環（back-up ring）或密封件，諸如單獨的氟聚合物（比如聚四氟乙烯）或作為對用彈性體或具有彈性體性質之材料形成的主要密封件之支承保護密封件。
此類密封件可在門上機械地貼附、接合或模製就位，其中多種材料及門組裝件可商購。
由於存在影響密封壽命及BSV之各種條件，故申請人評估了受以下影響之彼等條件及性質：溫度（諸如密封件之熱膨脹、應力鬆弛及壓縮永久變形）、壓力（諸如真空度及對密封件之力、致動力（亦即，基於密封件之狀態致動器所需之力），及化學侵蝕對密封材料及門的作用（其受到電漿蝕刻、腐蝕位準及微應變影響）。基於此類評估，申請人開發出一種監測系統以量測此等性質且在BSV在使用中時將即時回饋提供給學習系統，該系統使用經開發以在學習資料庫中對照密封壽命評估性質的相關演算法，以便在使用時控制及評估密封壽命以使密封壽命最大化並預測故障及維護。
在一個具體實例中，BSV門之背面上的微應變經證實會促成門之板之背面上的反應壓力且可用作在本文中之方法中監測的性質。典型地為金屬之門材料之弓曲或應變提供門中之少量應變變化，使用該應變資料來監測密封件。在此情況下，密封件位於門自身上或研磨至門中，且BSV將包括應變儀（亦識別為應變計）。
在另一具體實例中，可採用線性可變差動變壓器（linear variable differential transformer，LVDT）（其為用於將機械運動或振動（具體而言，直線運動）轉換成可變電流、電壓或電信號，及相反之機電感測器）且將其接近於密封件置放，以內部地量測門與配合面之間的間隙中之距離。接著將距離轉譯成監測密封劣化之方法。可採用之合適商業LVDT可購自例如Norwalk, Connecticut, USA的Omega Engineering, Inc.。
在方法之另一具體實例中，電容式感測器可用於門上以量測使用近接開關隨距離變化之門與配合面之間的電容。
可將不同類型之此類感測器置放於閥組裝件之不同位置上，例如BSV上，感測器可置放於閥組裝件之外表面上的任何地方，不管是面朝反應腔室（門之內側）或在腔室外部（門之外側或閥組裝件之另一組件上）或在門或組裝件之邊緣/側面上，且亦可置放於門或組裝件之另一組件部分內（諸如藉由機械處理或以其他方式在門內形成用於收納感測器之位置）。亦在本發明之範圍內，感測器亦可置放於密封件自身上、接近密封件自身或在密封件自身中，然而，在較佳具體實例中，感測器不以損害或干擾密封件之操作的方式採用。
在本文中之較佳具體實例中，發現諸如應變計之多種感測器在更靠近密封件置放時以更強解析度起作用，且甚至可置放於密封件上或中而不脫離本發明之範圍。然而，為避免影響密封件功能，所屬技術領域中具有通常知識者基於本揭示內容應理解，在較佳具體實例中，為產生良好解析度且不會不必要地影響密封件功能，指示以允許足夠可重複性、感測器資料收集及解析度的鄰近度靠近密封件置放。
上文所提及之性質及其他性質同樣可在本文中用於評估密封壽命之方法中量測。本文中之方法可即時監測BSV及其他類似密封門壽命及使用，且資料可併入學習資料庫中，其中亦可基於可變密封件橫截面輪廓收集資料。由於並非所有密封件輪廓在橫截面之情況下相同，故密封壽命資料亦可用於評估相同或不同密封材料之給定終端應用中之最佳密封件輪廓。此資料可提供特定密封件設計在其可量測壽命過程中自新（作為基線）開始且隨著時間推移應如何在給定環境中表現的顯著洞察之基礎。
基於此類量測，本文中之方法經設計以藉由使用應變計量測至少BSV門上之應變以偵測O形環降級之變化以量測密封件磨損，來偵測密封降級。對於長期感測，在操作期間在數百萬裝載及卸載循環內，此類量測使應變資料與密封件磨損相關聯。較佳貫穿評估密封壽命之過程量測給定密封件橫截面幾何結構之微應變/微應力資料以及關於應力鬆弛、門上之真空力壓力及溫度之資料。
基於應變計測試，判定可在BSV門板上之一個或多個位置使用應變計，較佳地位於BSV門之表面或側面上以提供較佳解析度，但所使用之應變計之位置及數目不受限制，而應變計置放可視需要而變化。較佳地使用至少約2個應變計。在一些具體實例中，使用不超過約10個應變計。然而，不需要特定數目且亦可採用超過10個。較佳地，將應變計置放於門之外表面之不同位置或在閥組裝件之另一組件之外表面上，無論是在置放密封件之表面上以便接觸諸如製造電漿及化學物質之降級源（門之內側）或在門之相對表面（降級源之外側）上或在門或閥組裝件之另一表面（諸如在密封件上、附近或中，門之側面或邊緣）上或在閥組裝件組件中之一者內（若經製造以便允許安放感測器）。在本文中所描述之較佳具體實例中，感測器隨整體外部門表面之內部、外部及邊緣/側面部分上之一些而變化。
在一個較佳具體實例中，可以一個或多個應變計花瓣採用應變計，其中定位兩個或更多個緊密定位之應變計網格，其個別地定向以便量測在不同方向上之應變。此類花瓣適用於獲得歸因於便於測定主應變及應力之置放方向的獨立應變量測。應變計花瓣呈不同形式，包括兩個相互垂直之網格、具有三個網格之矩形花瓣（其中兩者分別與第一網格成45度及90度）及具有三個網格之更三角形的配置（其中兩者分別與第一者成60度及120度）。參見Vishay Precision Group, Strain Gages and Instruments, Tech Note TN-515。合適應變計可購自Vishay Precision Group, Raleigh, North Carolina, USA。若使用多於一個花瓣，則較佳的是，其處於門或其他閥組裝件外表面（包括外表面之部分，其可為內、外或側表面，其可為或可不為密封件與降級源接觸之表面）上之不同位置。
類似地，可用以監測壓力、溫度及其他監測處理條件的其他感測器亦在閥組裝件上（包括密封件附近、上或中）或組件部件之外表面上（包括安放在其中之組件內）之不同位置定位於系統內。舉例而言，熱電偶亦可單獨使用或與應變計中之至少一者通信使用以用於監測周圍操作溫度條件對微應變之影響。
可用於量測用於評估密封壽命之各種密封性質及條件的其他感測器類型包括但不限於如上文所提及之應變計、LVDT、電容式感測器、壓電感測器以及溫度及壓力感測器。
微應變之量測較佳地轉換為數位信號以藉由所屬技術領域中已知或待開發之各種方法評估資料。在一個具體實例中，本文中，感測器併有包括惠斯登電橋之電路。使用惠斯登電橋電路，其實例展示於圖1中，電阻R1 、R2 及R3 相同且等於R'且Rg經不同地設定使得Rg=R'+ΔR且ΔR=2×ε×R，接著可量測跨越電路施加之電壓。舉例而言，電壓|Vo |可如方程式(I)中表示：
Figure 02_image001
； 且可對於所施加電壓可變以將變化的微應變資料轉換成電壓的差或變化。
如圖2中所展示，在總信號轉換程序1中，自惠斯登電橋12計算之信號10使用所屬技術領域中已知或待開發之任何合適信號調節步驟進行信號調節13以提供經調節類比信號14，且接著被發送至類比/數位轉換器（analog-to-digital convertor，ADC）15。類比信號14一旦經轉換為數位信號16即使用串列介面20發送至外部器件18。由於可在不相關之頻率中出現一些雜訊，故此影響較佳地藉由應用頻率選擇性組件以移除不合需要之頻率（例如使用在64 kHz下運行之ADC中的數位時脈）而最小化。在一個具體實例中，可採用頻疊濾波器來在此等頻率下自輸入信號移除信號組分。
由於目標信號極小，故較佳的是採用高解析度轉換器，且在轉換之前應用放大以便增大信號與雜訊之間的比率。較佳地，為此目的採用放大器。可將此類放大器添加至已併有此類放大器之所使用儀器或積體電路。
串列介面或串列周邊介面（Serial Peripheral Interface，SPI）較佳地用以提供自ADC擷取資料及組態資料至所需規範的能力。
系統之電路經設計以便包括電路之功能組件以及印刷電路板上之被動元件，如圖3中所展示。圖3提供可使用之潛在電路圖之一個實例。所屬技術領域中具有通常知識者基於本揭示內容應理解，可使用或呈現其他不同電路元件以進行如本文中所描述之步驟。
PCB較佳地經設計以使雜訊之影響最小化，該雜訊諸如來自電力供應源、數位切換及時脈以及類比組件之間的耦接。普通AC/DC壁轉換器可在60 Hz之供應及其諧波中引入顯著雜訊。為減輕此情形，較佳的是，鑒於諸如惠斯登電橋及ADC之類比元件之元件之敏感度，低壓差電壓調節器用以提供更乾淨的電壓源。
另外，PCB電路中之各種組件經由PCB中之銅跡線自同一電壓供應器汲取電力，然而，由於銅並非完美導體，故信號可以非所要方式彼此互動。此可藉由在PCB中使用多個層來最小化或防止。跡線較佳地以避免類比元件與數位元件之間的互動的方式切割。另外，較大接地平面可用於提供低阻抗返迴路徑。為了進一步使在較高頻率下的雜訊之影響最小化，在一個具體實例中，可使用去耦電容器C 且在整個接近ADC的類比及數位輸入的PCB中應用。此類電容器有效地「短接」較高頻率至接地，從而防止其影響電路。
電路包括惠斯登電橋，其為了適當起作用而必須維持平衡組態，其中所有電阻值相等，如上文所提及。較佳地併入高精度電阻器以達成此目的及功能性，其中較佳容限不大於約0.1%，且較佳地不大於約0.005%或更低。
感測器及電路系統被裝配並經由與電腦通信之數位信號通信。
參考如圖4中所展示之總處理系統（在本文中整體上被稱作系統100），系統100之實施方案可使用適當硬體或軟體；舉例而言，系統100可執行且能夠運行作業系統，諸如Microsoft Windows®作業系統、Apple OS X®作業系統、Apple iOS®平台、Google Android™平台、Linux®作業系統，及UNIX®作業系統之其他變體，及其類似者。
所提供之所描述功能性及信號中之一些或全部可實施於使用者器件上之軟體及/或硬體中且經由其實施。使用者器件可包括但不限於電腦、智能手機、智能手錶、平板電腦、攜帶型電腦、電視、虛擬實境眼鏡、膝上型電腦、智能或無智能終端機、網路電腦、個人數位助理、家庭助理（諸如Alexa™或Google® Home™），其較佳地具有攝影機、無線器件、資訊器具、工作站、小型電腦、大型電腦或其他計算器件，其係作為可執行本文中所描述之功能性的通用電腦或專用硬體器件而操作。舉例而言，軟體可實施於呈包括以下之電腦形式的通用計算器件上：處理單元、系統記憶體，及將包括系統記憶體之各種系統組件耦接至處理單元的系統匯流排。
另外或替代地，可在遠端、在雲端中或經由軟體即服務執行功能性中之一些或全部。舉例而言，可在與使用者器件通信的如上文所描述之一個或多個遠端伺服器或其他器件上執行匹配功能。遠端功能性可在具有足夠記憶體、資料儲存及處理能力且運行伺服器類別作業系統（例如Oracle® Solaris®、GNU/Linux®，及作業系統之Microsoft® Windows®家族）之伺服器類別電腦上執行。
系統可包括儲存於記憶體中且在處理器上執行之複數個軟體處理模組。藉助於說明，程式模組可呈一種或多種合適程式設計語言的形式，該等程式設計語言被轉換成機器語言或物件碼以允許一個或多個處理器執行指令。軟體可呈獨立應用程式的形式，以合適程式設計語言或框架實施。
本文中所描述之技術的方法步驟可由執行一個或多個電腦程式之一個或多個可程式化處理器執行，以藉由對輸入資料進行操作且產生輸出來執行功能。亦可由以下各者執行方法步驟，且可將裝置實施為以下各者：專用邏輯電路系統，例如場可程式化閘陣列（field programmable gate array，FPGA）或特定應用積體電路（application-specific integrated circuit，ASIC）。模組可指實施該功能性之電腦程式及/或處理器/特殊電路系統之部分。
適合於執行電腦程式之處理器包括例如通用微處理器及專用微處理器兩者。通常，處理器將自唯讀記憶體或隨機存取記憶體或兩者接收指令及資料。電腦之基本元件為用於執行指令之處理器，及用於儲存指令及資料之一個或多個記憶體器件。適合於體現電腦程式指令及資料之資訊載體包括所有形式之非揮發性記憶體，包括例如：半導體記憶體器件，例如EPROM、EEPROM及快閃記憶體器件；磁碟，例如內部硬碟及可移除式磁碟；磁光碟；及CD-ROM及DVD-ROM光碟。一個或多個記憶體可儲存媒體資產（例如音訊、視訊、圖形、介面元素及/或其他媒體檔案）、組態檔案及/或指令，其在由處理器執行時形成本文中所描述之模組、引擎及其他組件且執行與組件相關聯之功能性。處理器及記憶體可由專用邏輯電路系統補充或併入於專用邏輯電路系統中。
在各種實施方案中，使用者器件包括促進本文中所描述之功能性之執行的網頁瀏覽器、原生應用程式或兩者。網頁瀏覽器允許器件藉由網頁請求來請求網頁或其他可下載程式、小程式或文件（例如向伺服器）。網頁之一個實例為資料檔案，其包括可被顯示、執行、播放、處理、串流及/或儲存且可含有至其他網頁之連結或指標的電腦可執行或可解譯資訊、圖形、聲音、文字及/或視訊。在一個實施方案中，系統之使用者可向伺服器手動地請求網頁。替代地，器件自動地藉由網頁瀏覽器作出請求。此可使系統能夠實施於多個位置。市售網頁瀏覽器軟體之實例包括Google® Chrome®、Microsoft® Internet Explorer®、Mozilla® Firefox®及Apple® Safari®。
在一些實施方案中，系統包括用戶端軟體。用戶端軟體將功能性提供至器件，其提供本文中所描述之特徵之實施及執行。用戶端軟體可以各種形式實施，例如，其可呈被下載至器件且結合網頁瀏覽器運行之原生應用程式、網頁、介面工具集及/或Java、JavaScript、.Net、Silverlight、Flash及/或其他小程式或外掛程式的形式。用戶端軟體及網頁瀏覽器可為單一主從式介面之部分；舉例而言，用戶端軟體可被實施為網頁瀏覽器或另一框架或作業系統之外掛程式。包括但不限於介面工具集框架及小程式技術之其他合適用戶端軟體架構亦可與用戶端軟體一起採用。若僅執行系統之內部用途，則軟體亦可在本機被儲存及處理而不存取基於網頁之通信。
通信網路可將器件與一個或多個伺服器連接及/或使器件彼此連接。舉例而言，通信可經由諸如標準電話線、LAN或WAN鏈路（例如T1、T3、56kb、X.25）、寬頻連接（ISDN、訊框中繼、ATM）、無線鏈路（802.11（Wi-Fi）、藍芽、GSM、CDMA等等）之媒體進行。其他通信媒體係可能的。網路可攜載TCP/IP協定通信，及由網頁瀏覽器作出之HTTP/HTTPS請求，且用戶端與伺服器之間的連接可經由此類TCP/IP網路傳達。其他通信協定係可能的。
亦可在由經由通信網路而連結之遠端處理器件執行任務的分散式計算環境中實踐系統。在分散式計算環境中，程式模組可位於本機電腦儲存媒體與遠端電腦儲存媒體兩者中，該等電腦儲存媒體包括記憶體儲存器件。取決於器件之容量及所需資料處理能力之量，亦可使用除了本文中所描述之系統硬體及軟體以外的其他類型之系統硬體及軟體。系統亦可實施於執行諸如上文所提及之作業系統且在具有諸如本文中所描述之硬體的硬體之一個或多個電腦上操作的虛擬化作業系統的一個或多個虛擬機上。
在一些狀況下，關連式或其他結構化資料庫可將此類功能性提供為例如儲存資料以供處理之資料庫管理系統。資料庫之實例包括由Redwood Shores, California的ORACLE Corp.提供之MySQL Database Server或ORACLE Database Server、Berkeley, California的PostgreSQL Global Development Group之PostgreSQL Database Server，或由IBM提供之DB2 Database Server。
亦應注意，系統及方法之實施方案可被提供為體現於一個或多個製品上或中之一個或多個電腦可讀程式。程式指令可編碼於人工產生之傳播信號上，例如經產生以對資訊進行編碼以供傳輸至合適接收器裝置以供資料處理裝置執行的機器產生之電、光或電磁信號。舉例而言，使用本文中所描述之惠斯登電橋以用於將微應變資料轉換為電壓差，該電壓差可經轉譯成類比信號且接著轉譯成數位信號。電腦儲存媒體可為以下各者或包括於以下各者中：電腦可讀儲存器件、電腦可讀儲存基板、隨機或串列存取記憶體陣列或器件，或其中之一者或多者之組合。此外，當電腦儲存媒體並非傳播信號時，電腦儲存媒體可為編碼於人工產生之傳播信號中之電腦程式指令的來源或目的地。電腦儲存媒體亦可為一個或多個單獨實體組件或媒體（例如多個CD、磁碟或其他儲存器件）或包括於該一個或多個單獨實體組件或媒體中。
使用者可經由諸如歡迎頁面之使用者介面參與系統，該使用者介面指導使用者登入且基於其為系統啟動抑或在監測系統之正在進行的應用程式期間來選擇各種選項。介面可具有允許使用者選擇操作之清單或捲動型選項。
在主要頁面上，使用者可登入，且接著開始圖4中所繪示之方法，該方法係藉由在安裝BSV之初始步驟102中參與系統來進行。在安裝中，系統100之較佳第一步驟102亦將包括校準新安裝之門。門可為具有密封件之任何合適閘或接合狹縫閥。密封件可為上文所提及之密封件中之任一者，且可在安裝時永久地接合或設定。接著較佳地藉由確保門適當地安裝及平衡以用於真空及操作環境而在步驟104中將門整合至系統100中。
門較佳地具有如上文所描述之一個或多個感測器，其在一個或多個位置裝配於門上以用於量測門上之微應變。接著，在步驟106中，藉由將門閥嚙合於閉合位置而將門置於操作中。此類門之操作在所屬技術領域中係已知的，且可在程序之範圍內使用用於敞開及閉合BSV或其他門之任何閥操作。另外，可將其他感測器併入至處理設備中以量測溫度、壓力及其他反應條件，以用於在彼特定程序中稍後分析及協調BSV中之密封件之預測性密封壽命。
在步驟108中，一旦門嚙合於閉合位置，且門接著處於壓力負載下，真空就參與於系統內，以在門面向反應腔室內部之側面上抽吸施加真空壓力，如將在BSV或其他類似門之正常操作中出現。接著在步驟110中使用置放於系統中以量測密封件上之壓力、溫度及/或力之至少一個微應變感測器及任何其他感測器收集基線資料。基線資料對於對照諸如學習資料庫或其他類似資料快取記憶體之資料庫的稍後比較及分析係重要的。初始使用時之基線零化系統，如表示100%密封壽命/有效性。接著在步驟112中藉由即時應用來自就位感測器之所產生資料調整基線資料，該所產生資料係基於藉由感測器效能對照基線資料產生的曲線，得到應力/應變曲線、應力鬆弛曲線、使用來自所施加之所量測力的資料對照微力評估微應變、對照密封件之橫截面幾何結構評估溫度及表示溫度對微應變之影響的曲線。將關係資訊的所產生資料庫與基線資料進行比較以建立呈即時經調整基線資料形式的輸出。
接著在步驟114中評估及解譯經調整基線資料。用於感測器資料資料庫之感測器資料係藉由在不同感測器位準下執行步驟，且量測在彼等密封壽命設定位準下的資料，以產生供用於用於相同類型之門及密封件組裝件的系統中之資料庫來產生，該資料庫係基於感測器資料之間的不同關係解譯。使用已確立曲線，將對照門上起作用之真空壓力而量測的微應力/微應變、應力鬆弛、微應變、對照密封件橫截面幾何結構所評估之溫度及溫度對於微應變之作用與經調整基線資料進行比較以即時判定密封壽命。使用者介面提供使用者可即時檢視資料，且可解譯資料以用於調整程序或調適密封件以使密封壽命最大化之方式。
傳入資料在步驟116中解譯且基於所產生演算法（其可視所追蹤之關係而變化）使用系統軟體轉譯，以轉譯自不同位準下所量測之經調整基線資料所產生的傳入感測器範圍資料118，例如在步驟120中在100%下，其在步驟121中解譯，且進一步在50%下，如在步驟122中基於感測器範圍資料118解譯。接著即時量測進行中的狀態124，且使用感測器範圍基線資料解譯及轉譯126，如解譯以提供評估來自監測124之即時量測資料，以提供在密封壽命中之時間點處量度密封健康狀況及狀態的輸出資料126的基礎。
參考圖5，在資料收集子步驟200中進一步闡釋在步驟110中收集基線資料之步驟。資料係在步驟210中經由感測器提供，該等感測器包括上文所描述用於接收微應變資料212、溫度資料214、來自真空之壓力216、由此類壓力或另一來源產生的門上之力218的感測器，且將此類收集之資料輸入至所產生演算法220中。將具有密封件之門安裝於BSV閥中以形成具有門之閥組裝件，且啟動門。門接著在負載/力下嚙合密封表面。如此參與之真空力抵靠面向門之側面的內部施加且施加在密封件上。接著確立基線感測器資料。
參考圖6，在步驟112中調整以上110中所收集之傳入資料。經由應力/應變曲線310，經由應力鬆弛曲線312、經由定義微應變對照力之關係的關係方程式314、經由定義溫度對密封件橫截面幾何結構之影響的方程式316，且根據自資料庫中密封壽命之不同位準下資料之量測產生的周圍操作溫度對微應變之所量測作用318（其經評估以提供併入至用於調整基線資料之演算法中的適當曲線及方程式），如圖6中所展示在子步驟300中修改經調整資料112。收集初始感測器資料且接著校準該初始感測器資料以考慮自不同物理現象產生之對資料的作用。基於所收集（模型化或經量測）資料，值被指派至不同特性，如上文所提及，從而實現所收集之感測器資料110。然而，多個變數可鑒於其隨時間推移，隨著密封件隨時間推移而降級，對材料之物理性質的影響而採用及監測。
對於資料之產生，可根據幾何結構之變化改變閥（負載）之力、真空抽吸之程度、物理侵蝕且隨時間推移累積及建置資料以進一步發展演算法及監測之準確度。針對各閥組裝件上之操作循環，例如，在處於各門閉合、門在操作中保持閉合、門敞開循環之BSV中，資料可伴隨負載之各施加，伴隨施加負載、保持負載及釋放負載連續地饋送及校準。對於資料收集或在使用中，為產生操作資料，此類循環可循環約1,000至1,800次，且在使用中可在所有操作使用循環期間循環。在終端應用中，每當新密封件/閥組裝件併入至應用中時（例如，當安裝新門時）將需要校準。因此，在初始步驟中，安裝門，接著門在負載下嚙合且經校準，且接著門參與實時操作，其中置放之感測器饋送實時資料至系統，其中演算法將用以分析資料且向使用者呈現即時密封健康狀況資料。
關於如上文所論述之演算法，下文提供例示性演算法： 微應變=x(力)+y(應力/應變)+z(應力鬆弛)+e(溫度作用)+f(密封件橫截面幾何結構)+g(大氣壓力) 其中變數x、y、z、e、f、g各自為總微應變讀數之比率（百分比）。百分比（常數）係藉由如本文中之實施例中所描述之內部模型及測試來判定。
如圖7中所提及，來自118之經調整基線資料接著用於在子步驟400中解譯經調整基線資料。在子步驟410中使用經調整基線資料118且將其解譯為範圍。假定在開始時之初始資料點為100%密封壽命（密封壽命範圍之上限），然後外推資料將在步驟412中設定為50%（其用作所解譯範圍之下限）。選擇50%作為下限僅為評估密封壽命資料之偏好。若可容許更詳細之分析及/或較高位準之降級（例如，在壓力較低之程序中），則下限可較高（若存在低於潛在使用者不希望映射或評估之降級位準）或低於50%。由此外推之資料提供可與發送至終端使用者介面之信號相比較的範圍，指示與依據傳入感測器資料之範圍相比較的密封健康狀況。在一些情況下，舉例而言，因為條件可變化，所以微應變之變化可低至約20微應變或高至約150微應變（在新密封件與降級密封件之間），其中其他條件類似，簡單地由於所施加的門壓力之變化。然而，此類關係亦可取決於諸如溫度、壓力、負載或其他力之操作環境或其他周圍操作條件對BSV之影響而變化且影響微應變之變化。因此，使用基線及經調整基線資料監測並產生不同程序的關係係重要的，其使得可對照現有資料分析微應變的變化以最佳預測並評估密封壽命並輔助自周圍或其他操作監測條件的影響濾除雜訊。
如圖8中所展示，當程序在進行中時監測即時資料收集，且在子步驟510中使用如上文所提及之用於判定用於經調整基線資料之範圍內的密封壽命的演算法解譯資料。每次參與系統時，在門閉合時由門連桿(door linkage)施加負載，使得在門嚙合（在負載下）時及在真空壓力參與時產生資料。閉合之門的基線資料係用於初始校準，且當系統以進行中之方式收集資料時，每次參與系統，其產生初始校準基線及持續使用中資料收集。
如上文所論述，且基於本揭示內容，所屬技術領域中具有通常知識者應理解，經調整基線資料及即時監測所採用之範圍可經修改以在50%至100%之範圍內變化，但取決於實際預期用途及/或待進行之資料分析之所需位準，可具有較高或較低之上下限，例如，低至可能約30%或高達70%之下限。接著將即時密封健康狀況提供至512中之使用者介面上的使用者作為以100%健康狀況之百分比514量測的密封壽命之量度。實施例
現在將結合以下非限制性實施例描述本發明。實施例 1
為了初始地評估密封行為，將具有¼對稱性之BSV模型門D用作基礎層級測試樣本。參見圖9A至圖9D。在模型化有限元分析時，模型係基於BSV，包括Chemraz® BSV，其中密封件為¼對稱性Chemraz® 656密封件S（亦即，具有如圖9A、圖9B及圖9D中所展示之橫截面視圖的密封件）及8-節點、線性磚密封件（linear brick seal）、門及板。參見圖9A至圖9D。密封件S及門D在有限元分析中進一步模型化為混成體，其中具有減少之整合及沙漏控制（hourglass control）。亦在減少之整合及沙漏控制之情況下模型化板P（圖9A、圖9B及圖9D），且門（圖9A至圖9D）以¼對稱性使用4-節點線性四面體模型化。密封件之模型化包括待出於本文中所描述之模型中之有限元分析之目的而評估及考慮的彼等特性。
藉由以0%、3%、10%、20%、27%及34%之密封損失分割密封件以模擬密封降級來模型化降級。參見圖10。BSV模型沿縱向中心路徑（以吋為單位量測）沿經分割密封件經受各種位準之接觸壓力。如圖11中所見，展示材料之損失百分比且在演算法模型中考慮該等損失百分比（密封件係以代表性方式及以未變形狀態展示）。密封件上之影響沿路徑L-L'且隨著模擬降級增加（亦即，隨著密封件損失材料變得更易受損），展現隨時間推移且沿密封件之行為變化。參見圖12，其包括接觸壓力沿密封件之路徑在不同降級位準下對密封件之影響且如展示為呈變形狀態之密封件S。實施例 2
準備測試BSV且將應變計量測且整合在門上且門堆疊在另一門上以供測試。隨著壓力以初始位準施加且保持兩分鐘之時間段，量測對微應變之影響。1 cm BSV門上之微應變之變化為約26.6微應變。參見圖13。在1 mm BSV上，當施加壓力時，微應變之平均變化為約33微應變。參見圖14。基於微應變計算來自惠斯登電橋之電壓的量測。且當對應於330×10-6 之平均量測應變，亦即33微應變施加5 V時，量測到0.825 mV之電壓作為輸出電壓。
併入其他電路，包括AD7799組合儀器放大器及電壓調節器。參見圖3中所展示之實驗電路。儘管使用此實例電路，但可設計其他電路以達成目的。
基於評估，判定最佳解析度及資料係藉由將應變計置放於BSV之面上且嵌入具有開口以供電線穿過之門內來產生。亦以較佳方式操作兩個應變計，一個平行（2）且一個垂直（1）。參見圖15。使用在門側面上垂直（1'）及平行（2'）位置之應變計進行類似試驗。參見圖16。實施例 3
將四個應變計儘可能接近密封件置放於BSV門之周邊區域上。使用Instron抗張測定器使用壓縮測試來模擬施加至門之力以用於測試目的。7 kN負載經10秒施加至門，接著保持兩分鐘且再釋放10秒。負載循環（施加負載、保持負載及釋放負載）重複進行約1,000小時。資料獲取系統用於量測應變計讀數且以所屬技術領域中具有通常知識者已知之方式進行修改，以便自周圍溫度變化抵消應變波動。在兩個不同BSV門上進行測試。BSV門中之一者為新的，且一個為經由用電腦數值控制（computer numerically controlled，CNC）機器切割密封件之內部邊緣而模擬降級的密封件。
將降級門切割兩次且獲取不同降級位準下之O形環之模具以使模擬降級與O形環健康狀況相關。在負載及無負載之兩種條件下進行兩個門之測試。
圖17展示在不同位置1（中後）、2（右前）、3（左前）及4（最左）具有應變計的新BSV。亦採用在門上之相同位置具有相同數目之應變計但具有用於溫度追蹤之額外熱電偶的降級BSV門。在負載及無負載之情況下評估各BSV。作為一實例，經受負載之降級BSV之代表性相片展示於圖18中。
圖19為展示來自具有四個如上文所提及之應變計及熱電偶而未使用負載之新BSV門之評估的隨時間推移之溫度對應變資料之影響的圖形表示。
門之各個點上之應變變化對應於房間中之周圍溫度變化。根據圖形表示及資料，可判定在整個門上，室溫之±1℃之溫度變化平均可產生±20 με反應。
圖20展示具有四個如上文所提及定位之應變計及熱電偶，其中門在施加負載下之新BSV門的微應變與溫度隨時間推移之關係的圖形表示。在壓縮測試期間，周圍溫度變化仍對應變有作用。此作用在800與1000分鐘之間最顯著。±1℃之溫度變化產生±4 με之應變反應，比不施加負載時小80%。
圖21展示具有四個以與新BSV相同之方式定位之應變計及熱電偶，而未施加負載之模擬降級BSV的微應變與溫度隨時間推移之關係的圖形表示。門之各個點上之應變變化對應於房間中之周圍溫度變化。根據資料及圖式，判定在整個門上，室溫之±1℃變化平均產生±15 με反應，其比在無負載之情況下的新BSV小5 με。
圖22展示具有四個以與新BSV相同之方式定位之應變計及熱電偶，但門上經受負載之模擬BSV的微應變與溫度隨時間推移之關係的圖形表示。在負載下之降級BSV類似地與無負載之降級BSV不同。
下文在表1中展示在上文所描述之各種應變計位置1至4之新及降級BSV之平均應變結果： 表1
Δ應變（με） 左前 右前 中後 最左
新BSV -79 -81 -58 -30
降級BSV -94 -99 -69 -18
表展現作為新門安裝之門對照其中密封件已藉由化學降級以類似於使用此類門之終端應用中經歷之方式部分腐蝕的門之間的相關性。可使用本文中之分析步驟將應變變化以及應變變化之外推值（包括其斜率）轉譯為即時評估之密封健康狀況。
所屬技術領域中具有通常知識者應理解，在不脫離本發明之較廣泛發明概念之情況下，可對上述具體實例作出改變。因此，應理解，本發明不限於所揭示之特定具體實例，但意欲涵蓋所附申請專利範圍所定義之本發明精神及範圍內之修改。
1:總信號轉換程序/位置 2:位置 3:位置 4:位置 10:信號 12:惠斯登電橋 13:信號調節 14:經調節類比信號 15:類比/數位轉換器 16:數位信號 18:外部器件 20:串列介面 100:系統 102:步驟 104:步驟 106:步驟 108:步驟 110:步驟 112:步驟 114:步驟 116:步驟 118:步驟 120:步驟 121:步驟 122:步驟 124:步驟 126:步驟 128:步驟 200:子步驟 210:步驟 212:微應變資料 214:溫度資料 216:來自真空之壓力 218:門上之力 220:演算法 300:子步驟 310:應力/應變曲線 312:應力鬆弛曲線 314:定義微應變對照力之關係的關係方程式 316:定義溫度對密封件橫截面幾何結構之影響的方程式 318:周圍操作溫度對微應變之所量測作用 400:子步驟 410:子步驟 412:步驟 500:子步驟 510:子步驟 512:步驟 514:100%健康狀況之百分比
當結合所附圖式閱讀時，將更佳地理解前述發明內容以及較佳具體實例之以下實施方式。出於說明本發明之目的，在圖式中展示了目前較佳之具體實例。然而，應理解，本發明並不限於所展示之確切配置及手段。在圖式中：
[圖1]為用於本文中之本發明之具體實例中之惠斯登電橋的實例圖；
[圖2]為用於本發明之具體實例中之總信號轉換程序的流程圖；
[圖3]為用於本發明中之電路之一個實例的電路圖，該電路可併入至PCB中；
[圖4]為繪示本文中之本發明之程序及相關系統之具體實例中之實例步驟的流程圖；
[圖5]為繪示自圖4中之總流程圖收集基線資料之步驟中之子步驟的更詳細程序流程圖；
[圖6]為繪示自圖4中之總流程圖調整基線資料之步驟中之子步驟的更詳細程序流程圖；
[圖7]為繪示解譯經調整基線資料以設定涵蓋及解譯範圍之步驟中之子步驟的更詳細程序流程圖；
[圖8]為繪示即時資料之收集及轉譯中之子步驟的更詳細程序流程圖；
[圖9A]為狹縫閥門之具體實例之四分之一的立體表示，狹縫閥門具有安裝於用於本文中之實施例中之測試的板上之門內之凹槽內的密封件；
[圖9B]為圖9A之狹縫閥門中之密封件的放大視圖；
[圖9C]為圖9A之門、密封件及板之幾何結構的放大視圖；
[圖9D]為包括幾何結構的展示圖9C之密封件、門及板之密封區域的極大放大視圖；
[圖10]為密封件之橫截面視圖的繪示，密封件係針對在不同位準下的降級而分割以用於本文中之實施例中之測試；
[圖11]為用於本文中之實施例中之測試之實例密封件的立體圖，其展示壓力施加至經分割密封件所沿之縱向中心路徑（以吋為單位量測）；
[圖12]為接觸壓力對在本文中之實施例中在沿所測試之密封件之路徑（如圖11中所展示）之不同降級位準下經測試之密封件之影響的圖形表示及繪示；
[圖13]為在本文中之實施例中以初始位準施加壓力且保持兩分鐘之時間段時量測的對微應變之影響的圖形表示，其展示在一個實例中為約26.6微應變之1 cm BSV門上微應變之平均變化；
[圖14]為在本文中之實施例中以初始位準施加壓力且保持兩分鐘之時間段時對1 mm BSV上的微應變之影響的另一圖形表示，其展示約33微應變之微應變之平均變化；
[圖15]為在狹縫閥門外表面上以平行及垂直定向置放兩個應變計的繪示；
[圖16]為在狹縫閥門側表面上以平行及垂直定向置放兩個應變計的繪示；
[圖17]為在本文中之實施例3中具有在不同位置之應變計且不經受負載之新BSV的攝影表示；
[圖18]為在實施例3中具有在不同位置之應變計且具有施加於其上之負載的模擬降級BSV的攝影表示；
[圖19]為展示溫度對來自實施例3之具有四個應變計而未施加負載之新BSV門的應變資料隨時間推移之影響的圖形表示。
[圖20]為展示溫度對在施加負載下的圖19之新BSV的應變資料隨時間推移之影響的圖形表示；
[圖21]為展示溫度對具有四個應變儀而未施加負載之模擬降級BSV的應變資料隨時間推移之影響的圖形表示；且
[圖22]為展示溫度對在施加負載下的圖21之模擬降級BSV的應變資料隨時間推移之影響的圖形表示。
100:系統
102:步驟
104:步驟
106:步驟
108:步驟
110:步驟
112:步驟
114:步驟
116:步驟
118:步驟
120:步驟
121:步驟
122:步驟
124:步驟
126:步驟
128:步驟
200:子步驟
300:子步驟
400:子步驟
500:子步驟

Claims (49)

  1. 一種用於監測密封壽命之方法，其包含： 提供閥組裝件，該閥組裝件可自敞開位置移動至閉合位置且包含安放於閥內並與該閥組裝件之表面接觸之密封件，其中當該密封件在操作中時，其經受降級； 將用於量測微應變之至少一個感測器置放於該閥組裝件之表面上或該閥組裝件內； 將該閥組裝件置於操作中，其中該密封件經受降級，且起始該閥組裝件之該操作； 在起始該操作之後的時間，記錄微應變資料，及與選自周圍操作條件及與該密封件之降級相關之條件的條件相關的至少一個其他性質；及 對照與100%密封壽命相關聯之基線資料分析該經記錄資料，以在起始該操作之後的該時間將密封壽命評估為小於100%之密封壽命百分比。
  2. 如請求項1之方法，其中該密封件具有彈性體性質。
  3. 如請求項1之方法，其中該閥組裝件為具有門之閥組裝件、鐘擺閥組裝件及隔離閥組裝件中之一者。
  4. 如請求項3之方法，其中該閥組裝件為具有門之該閥組裝件，且該門經組態以用於覆蓋處理腔室中之開口，且該閥組裝件進一步包含用於將該門自該敞開位置操作至該閉合位置之閥，且該密封件接觸該門。
  5. 如請求項4之方法，其進一步包含將該至少一個感測器置放於該門之外表面上以用於量測微應變。
  6. 如請求項5之方法，其中起始該閥組裝件之操作包含在該門處於該閉合位置時起始真空程序。
  7. 如請求項5之方法，其進一步包含在起始該真空程序之後的該時間將該密封壽命評估為小於100%之密封壽命百分比。
  8. 如請求項4之方法，其中該可移動閥門為接合狹縫閥或閘閥。
  9. 如請求項8之方法，其中該可移動閥門為接合狹縫閥。
  10. 如請求項4之方法，其中該密封件機械地貼附至該門之表面。
  11. 如請求項4之方法，其中該密封件具有彈性體性質。
  12. 如請求項4之方法，其中存在用於量測微應變之兩個或更多個感測器，其各自定位於該門上之不同位置處。
  13. 如請求項12之方法，其中該感測器接合至該門之外表面。
  14. 如請求項12之方法，其中一個或多個應變計花瓣圖案位於該門上。
  15. 如請求項14之方法，其中存在兩個或更多個應變計花瓣圖案且其位於不同位置。
  16. 如請求項4之方法，其中在校準該門之後量測該基線資料。
  17. 如請求項4之方法，其中在將負載施加至該門且接著移除時至少部分地基於初始微應變資料量測該基線資料。
  18. 如請求項17之方法，其中藉由在100%密封壽命下量測初始微應變資料且再次在一個或多個密封壽命百分比下量測以產生經調整範圍之基線資料來產生該基線資料。
  19. 如請求項18之方法，其中將該基線資料保存及併入至資料庫中以用於在特定程序中預測一種類型之門及密封件之密封壽命。
  20. 如請求項1之方法，其中該至少一個感測器為應變計。
  21. 如請求項1之方法，其中該至少一個其他性質與周圍操作條件相關且係選自溫度、濕度及振動中之一者或多者，且此類操作條件之監測用以補償周圍雜訊。
  22. 如請求項1之方法，其中置放至少一個感測器以量測該至少一個其他性質中之每一者。
  23. 如請求項1之方法，其中經由使用包括惠斯登電橋之電路以將微應變轉換為電壓變化之資料而將該應變計微應變資料轉換為數位信號，調節來自該經量測電壓變化之類比信號，且將該類比信號轉換為該數位信號。
  24. 如請求項23之方法，其中該電路併入至印刷電路板中。
  25. 如請求項23之方法，其中該惠斯登電橋併有具有不超過約0.25%之容限之高精度電阻器。
  26. 如請求項25之方法，其中該高精度電阻器具有不超過約0.1%之容限。
  27. 如請求項23之方法，其中該電路包含放大器。
  28. 如請求項1之方法，其中在校準該閥組裝件之後量測該基線資料。
  29. 如請求項1之方法，其中在該閥組裝件處於操作中且該閥處於壓力下之後部分地基於初始微應變資料量測該基線資料。
  30. 如請求項1之方法，其中在將負載施加至該閥且接著移除時至少部分地基於初始微應變資料量測該基線資料。
  31. 如請求項30之方法，其中藉由在100%密封壽命下量測初始微應變資料且再次在一個或多個密封壽命百分比下量測以產生經調整範圍之基線資料來產生該基線資料。
  32. 如請求項31之方法，其中將該基線資料保存及併入至資料庫中以用於在特定程序中預測一種類型之門及密封件之密封壽命。
  33. 一種用於分析密封壽命之系統，其包含： 至少一個記憶體，其用於儲存電腦可執行指令；及 至少一個處理單元，其用於執行儲存於該記憶體中之該指令，其中該指令之執行將該至少一個處理單元程式化以執行包含以下各者之操作： 嚙合可自敞開位置移動至閉合位置之閥組裝件，以將該閥組裝件置於操作中，其中該閥組裝件包含密封件且該密封件安放於閥內並與該閥組裝件之表面接觸，且其中壓力施加至在操作中之該閥組裝件且該密封件經受降級； 自電路接收來自電壓變化之信號，其中該電路與用於在該閥組裝件之表面上或該閥組裝件內量測微應變之至少一個感測器通信； 在起始該閥組裝件之操作之後，記錄微應變資料，及與選自周圍操作條件及與該密封件之降級相關之條件的條件相關的至少一個其他性質；及 對照與100%密封壽命相關聯之基線資料分析該經記錄資料，以在起始該閥組裝件之該操作之後的時間將密封壽命評估為小於100%之密封壽命百分比。
  34. 如請求項33之系統，其中該密封件具有彈性體性質。
  35. 如請求項33之系統，其中該閥組裝件為具有門之閥組裝件、鐘擺閥組裝件及隔離閥組裝件中之一者。
  36. 如請求項35之系統，其中該閥組裝件為具有門之該閥組裝件，且該門經組態以用於覆蓋處理腔室中之開口，且該閥組裝件進一步包含用於將該門自該敞開位置操作至該閉合位置之閥，且該密封件接觸該門。
  37. 如請求項36之系統，其中至少一個感測器置放於該門之外表面上以用於量測微應變。
  38. 如請求項37之系統，其中藉由在該門處於該閉合位置時起始真空程序而起始該閥組裝件之操作。
  39. 如請求項38之系統，其中在起始該真空程序之後的時間將該密封壽命評估為小於100%之密封壽命百分比。
  40. 如請求項36之系統，其中該可移動閥門為接合狹縫閥或閘閥。
  41. 一種自感測閥組裝件，其包含： 閥組裝件，其可自敞開位置移動至閉合位置，包含安放於該閥組裝件內並與該閥組裝件之表面接觸之密封件，其中在該閥組裝件之操作中，該密封件處於壓力下並經受降級；及 用於在該閥組裝件之表面上或該閥組裝件內量測微應變的至少一個感測器，及用於量測與選自周圍操作條件及與在操作中的該密封件之降級相關之條件的條件相關的至少一個其他性質的至少一個感測器，其中該感測器與能夠發送來自電壓變化之信號的電路通信。
  42. 如請求項41之自感測閥組裝件，其進一步包含熱電偶，該熱電偶與在該閥組裝件之該外表面上量測微應變的該感測器中之一者通信。
  43. 如請求項41之自感測閥組裝件，其中該密封件具有彈性體性質。
  44. 如請求項41之自感測閥組裝件，其中該閥組裝件為具有門之閥組裝件、鐘擺閥組裝件及隔離閥組裝件中之一者。
  45. 如請求項44之自感測閥組裝件，其中該閥組裝件為具有門之該閥組裝件，且該門經組態以用於覆蓋處理腔室中之開口，且該閥組裝件進一步包含用於將該門自該敞開位置操作至該閉合位置之閥，且該密封件接觸該門。
  46. 如請求項45之自感測閥組裝件，其中至少一個感測器置放於該門之外表面上以用於量測微應變。
  47. 如請求項45之自感測閥組裝件，其中藉由在該門處於該閉合位置時起始真空程序而起始該閥組裝件之操作。
  48. 如請求項47之自感測閥組裝件，其中在起始該真空程序之後的時間將該密封壽命評估為小於100%之密封壽命百分比。
  49. 如請求項45之自感測閥組裝件，其中該可移動閥門為接合狹縫閥或閘閥。
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