(57)【要約】【課題】レーザービーム伝送の損失を引き起こし得る問題がある。【解決手段】プロセスチャンバの壁に取り付けられた視認管の妨害を監視する方法であって、視認管は、視認管とＴＤＬＡＳ光ヘッドとの間のウィンドウとともにＴＤＬＡＳ光ヘッドに動作可能に結合される。本方法は、ＴＤＬＡＳ光ヘッド中にフォトセンサを提供するステップを含み、フォトセンサは、プロセスチャンバ内の光放射プロセスによって放射された光を受信するために配置される。プロセスチャンバ内の光放射プロセスによって放射された光がフォトセンサによって受信されることによって生成される放射信号が監視される。放射信号が劣化したかどうかの判定が行われる。【選択図】図１
2019152676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューナブルダイオードレーザー吸収分光法（「ＴＤＬＡＳ」）光ヘッドであって、
プロセスチャンバの壁に取り付けられた視認管への取付のために構成されたハウジングと、
前記視認管を通してプロセスチャンバ内にレーザービームを送信、受信又は送受信するための前記ハウジング内の光学素子と、
前記ハウジングが取り付けられた前記プロセスチャンバ内の燃焼により放射された光を受信するように配置された、ハウジング内のフォトセンサと、
ＴＤＬＡＳ光ヘッドを視認管から分離するウィンドウであって、当該ウィンドウを通して前記レーザービーム及び前記光が送信されるウィンドウと、を備える、
ことを特徴とするＴＤＬＡＳ光ヘッド。
【請求項２】
さらに、ファイバコリメータを備え、
前記ファイバコリメータは、当該ファイバコリメータの先端の傾きを制御するためにステッパーモーターと動作可能に結合されている、
請求項１に記載のＴＤＬＡＳ光ヘッド。
【請求項３】
さらに、前記ファイバコリメータに光学的に結合された光ファイバを備える、
請求項２に記載のＴＤＬＡＳ光ヘッド。
【請求項４】
前記フォトセンサは、ヘッド制御盤に配置されている、
請求項１に記載のＴＤＬＡＳ光ヘッド。
【請求項５】
前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドは、ポートロッダーの起動を制御するように構成されたプロセッサと電子通信可能であり、前記ポートロッダーは前記視認管に集積された物質を物理的に除去するように構成されている、
請求項１に記載のＴＤＬＡＳ光ヘッド。
【請求項６】
前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドは、ブローダウン装置の起動を制御するように構成されたプロセッサと電子通信可能であり、前記ブローダウン装置は前記視認管の妨害物を清掃するために空気の急激なバーストを生成するように構成されている、
請求項５に記載のＴＤＬＡＳ光ヘッド。
【請求項７】
前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドは、ブローダウン装置の起動を制御するように構成されたプロセッサと電子通信可能であり、前記ブローダウン装置は前記視認管の妨害物を清掃するために空気の急激なバーストを生成するように構成されている、
請求項１に記載のＴＤＬＡＳ光ヘッド。
【請求項８】
前記フォトセンサにより発生された放射信号の時間的履歴を分析し、前記視認管の妨害を決定し、前記時間的履歴が前記視認管の妨害を示す場合に、前記視認管のクリーニングを開始するように構成されたプロセッサを備える、
請求項１に記載のＴＤＬＡＳ光ヘッド。
【請求項９】
前記プロセッサは、レーザー送信信号の時間的履歴を分析し、前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドのウィンドウの汚れ度合いを決定するようにさらに構成されており、
前記レーザー送信信号及び前記放射信号が前記時間的履歴と同じ期間にわたり同じように影響を受けた場合に、前記ウィンドウが汚れていると判定する、
請求項８に記載のＴＤＬＡＳ光ヘッド。
【請求項１０】
燃焼システムであって、
プロセスチャンバの壁内の複数の視認管と、
複数のチューナブルダイオードレーザー吸収分光法（「ＴＤＬＡＳ」）光ヘッドと、を備え、
前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドは、それぞれ、
各視認管に取り付けられたハウジングと、
前記ハウジングが取り付けられた前記視認管を通してプロセスチャンバ内にレーザービームを送信、受信又は送受信するための前記ハウジング内の光学素子と、
前記プロセスチャンバ内の燃焼により放射された光を受信するように配置された、前記ハウジング内のフォトセンサと、を含み、
それぞれの前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドは、前記フォトセンサのそれぞれからのデータに基づき、前記複数の視認管の一つ又はそれ以上の妨害を清掃するように構成された少なくとも一つのプロセッサと電子通信可能である、
ことを特徴とする燃焼システム。
【請求項１１】
前記プロセッサは、空気の急激なバーストを生成するように構成されたブローダウン装置の起動を制御することにより、前記妨害を清掃するように構成されている、
請求項１０に記載の燃焼システム。
【請求項１２】
前記プロセッサは、前記視認管の一つに配置されたポートロッダーの起動を制御することにより妨害を清掃するように構成されており、前記ポートロッダーは前記視認管の一つに集積された物質を物理的に除去するように構成されている、
請求項１０に記載の燃焼システム。
【請求項１３】
それぞれの前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドは、当該ＴＤＬＡＳ光ヘッドを視認管から分離するウィンドウをさらに含み、前記レーザービーム及び前記光は前記ウィンドウを通して送信される、
請求項１０に記載の燃焼システム。
【請求項１４】
各々の前記フォトセンサにより発生された放射信号の時間的履歴を分析し、前記フォトセンサの対応する一つにそれぞれ結合された前記視認管の妨害を決定し、前記時間的履歴が前記視認管の妨害を示す場合に、前記フォトセンサの対応する一つにそれぞれ結合された前記視認管の清掃を開始するように構成されている、
請求項１３に記載の燃焼システム。
【請求項１５】
前記プロセッサは、それぞれの対応するＴＤＬＡＳのレーザー送信信号の時間的履歴を分析し、それぞれの前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドのウィンドウの汚れ度合いを決定するようにさらに構成されており、
前記レーザー送信信号及び前記放射信号が前記時間的履歴と同じ期間にわたり同じように影響を受けた場合に、前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドのそれぞれの前記ウィンドウが汚れていると判定する、
請求項１４に記載の燃焼システム。
【請求項１６】
前記プロセッサは、
前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドの第１のＴＤＬＡＳ光ヘッドの第１のフォトセンサにより発生された第１の送信信号がある期間わたって劣化したかどうかを判定し、
前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドの第２のＴＤＬＡＳ光ヘッドの第２のフォトセンサにより発生された第２の送信信号がある期間わたって劣化したかどうかを判定し、
前記第２の送信信号が劣化していない場合に、前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドの第１のＴＤＬＡＳ光ヘッドが取り付けられた視認管の清掃を開始する、ように構成されている、
請求項１０に記載の燃焼システム。
【請求項１７】
前記複数の視認管の一つ以上の妨害を清掃するために、
前記プロセッサは、
前記複数の視認管の第１の視認管に結合された第１のＴＤＬＡＳ光ヘッド内の第１のフォトセンサからの第１の時間に発生された第１の送信信号を分析し、
前記第１の送信信号が前記複数の視認管の前記第１の視認管が妨害されていることを示す場合に、前記複数の視認管の前記第１の視認管と結合されたポートロッダーを起動し、
前記ポートロッダーを起動した後である第２の時間に、前記第１のフォトセンサにより発生された第２の送信信号を分析し、
前記第２の送信信号が、前記複数の視認管の前記第１の視認管が妨害されていることを示す場合に、前記複数の視認管の前記第１の視認管に結合されたブローダウン装置を起動する、ように構成されている、
請求項１０に記載の燃焼システム。
【請求項１８】
前記プロセッサは、さらに、
前記ブローダウン装置を起動した後である第３の時間に、前記第１のフォトセンサにより発生された第３の送信信号を分析し、
前記第３の送信信号が、前記複数の視認管の前記第１の視認管が妨害されていることを示す場合に、ウィンドウクリーニング信号を発生する、ように構成されている、
請求項１７に記載の燃焼システム。
【請求項１９】
前記プロセッサがさらに、前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドの第１のＴＤＬＡＳ光ヘッドにより発生された送信信号と、前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドの第１のＴＤＬＡＳ光ヘッドのレーザー信号の両者が劣化していると判定した場合に高不透明度信号を出力する、ように構成されている、
請求項１０に記載の燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]著作権宣言文  本特許文献の開示の一部分は、著作権保護を受ける事柄を含んでいる。著作権所有者は、特許商標局の特許ファイルまたは記録中にそれが現れるような本特許文献または本特許開示の何人かによる複製にも異議はないが、それ以外のすべての一切の著作権の権利を確保する。
【０００２】
[0002]本発明は、過酷な環境においてポート妨害を監視するための方法および装置を対象とし、より詳細には、燃焼プロセスの監視および制御に使用されるチューナブルダイオードレーザー吸収分光法測定のためにポート妨害を監視する方法および装置を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
[0003]チューナブルダイオードレーザー吸収分光法（「ＴＤＬＡＳ」）は、多種多様な燃焼およびプロセスチャンバにおけるプロセスを監視および制御するために使用されている。ＴＤＬＡＳ測定は、検知される環境を通るレーザービームの伝送のためにクリアな見通し線を必要とする。多くの工業適用例では、クリアな見通し線を保持することが問題であり得る。例えば、石炭火力発電所では、スラグおよび灰が、必要な見通し線を提供する炉への視認管開口の中にまたはその上に堆積して、レーザービームを事実上妨害することがある。スチール再加熱炉または電気アーク炉では、脆い耐火物およびスケールが、見通し線アクセスを提供する視認管の中にまたはその上に堆積することがあり、電気アーク炉では、溶融金属、スラグまたはダストが視認管を妨害することがある。蒸気メタン改質装置、製鋼用の塩基性酸素炉、ガラス炉、エチレン分解炉、精練所プロセス炉または任意の他のタイプの工業炉、特に脆い耐火物を有する炉は、同様のポート妨害問題を有し得る。この段落で言及したすべてのそのような炉およびプロセスチャンバは、本明細書で使用する「プロセスチャンバ」を構成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
[0004]ポート妨害問題に加えて、これらの環境においてレーザービーム伝送の損失を引き起こし得る他の問題がある。例えば、上記に記載した適用例のすべてにおいて、プロセスチャンバまたはダクト壁は機械的に動的である。したがって、レーザー伝送と受信光学素子との間の整合を維持することが困難なことがある。これは、例えば米国特許第７，２４８，７５５号明細書などに記載されている、自動整合システムの使用によって克服され得る。さらに、いくつかの環境における、特に電気アーク炉、塩基性酸素炉および石炭火力炉における粒子負荷は、（本明細書では「高不透明度」と時々呼ぶ）光が検出され得ないいくつかの状況下で十分に高くなり、そのような光の光伝送および対応する測定値の損失をもたらすことがある。さらに、プロセスチャンバからＴＤＬＡＳ光学素子を分離する光学ウィンドウがふさがれ、光伝送の損失がもたらされ得る。レーザービーム伝送の損失の正確な原因は判定することが困難であり得るので、システム問題の誤った診断は一般的であり、不要なサービスおよび保守コストをもたらし得る。本開示は、上記に述べた問題のうちの１つまたは複数を克服することを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]第１の態様は、プロセスチャンバの壁に取り付けられた視認管の妨害を監視する方法であり、視認管は、視認管とＴＤＬＡＳ光ヘッドとの間のウィンドウとともにＴＤＬＡＳ光ヘッドに動作可能に結合される。本方法は、ＴＤＬＡＳ光ヘッド中にフォトセンサを提供するステップを含み、フォトセンサは、燃焼などのプロセスチャンバ中の光生成プロセスによって放射された光を受信するために配置される。プロセスチャンバ内の光生成プロセスによって放射された光がフォトセンサによって受信されることによって生成される放射信号が監視される。放射信号が劣化したかどうかの判定が行われる。
【０００６】
[0006]本方法の実施形態は、放射信号が劣化したという判定に基づいて、視認管のクリアを開始するステップをさらに含むことができる。実施形態はまた、視認管のクリアの後に、放射信号が強化したかどうかを判定するステップを含み得る。実施形態は、放射信号が強化していないという判定に基づいて、ウィンドウクリーニングを開始するステップをさらに含み得る。実施形態は、放射信号が劣化していないという判定に基づいて、ＴＤＬＡＳレーザー信号が劣化しているかどうかを判定するステップをさらに含み得る。ＴＤＬＡＳレーザー信号が劣化していると判定された場合、ＴＤＬＡＳ光ヘッドの光学素子は整合される。実施形態は、ＴＤＬＡＳ光ヘッドの光学素子を整合した後にＴＤＬＡＳレーザー信号がまだ劣化しているかどうかを判定するステップと、そのような判定に基づいて高不透明度信号を生成するステップとをさらに含み得る。
【０００７】
[0007]視認管のクリアを開始するステップは、物理的妨害をクリアするためにポートロッダーを開始するステップを含み得る。その後、信号が強化したかどうかの判定が行われる。実施形態は、放射信号が強化していない場合、物理的妨害をクリアするためにブローダウンを開始するステップをさらに含み得る。
【０００８】
[0008]本発明の第２の態様は、プロセスチャンバの少なくとも１つの壁に取り付けられた複数の視認管における妨害を監視する方法であり、各視認管は、視認管とＴＤＬＡＳ光ヘッドとの間のウィンドウとともにＴＤＬＡＳ光ヘッドに動作可能に結合される。本方法は、各ＴＤＬＡＳ光ヘッド中にフォトセンサを提供するステップを含み、各フォトセンサは、プロセスチャンバ内の光生成プロセス（例えば、燃焼）によって放射された光を受信するために配置される。プロセスチャンバ内の光放射プロセスによって放射された光が各フォトセンサによって受信されることによって生成される放射信号が監視される。フォトセンサのうちの１つによって受信された放射信号が劣化しているかどうかの判定が行われる。１つのフォトセンサによって受信された放射信号が劣化しているという判定に基づいて、他のフォトセンサによって受信された放射信号が劣化しているかどうかの判定が行われる。
【０００９】
[0009]実施形態は、他のフォトセンサによって受信された放射信号が劣化しているという判定に基づいて、カウンタにカウントを加算するステップと、フォトセンサのうちの１つによって受信された放射信号が劣化しているかどうかを判定するステップを繰り返すステップであって、１つのフォトセンサによって受信された放射信号が劣化しているという判定に基づいて、他のフォトセンサによって受信された放射信号が劣化しているかどうかをさらに判定する、ステップとを含み得る。実施形態は、他のフォトセンサによって受信された放射信号が劣化していないという判定に基づいて、１つのフォトセンサに結合された視認管のクリアを開始するステップをさらに含み得る。
【００１０】
[0010]本発明の別の態様はＴＤＬＡＳ光ヘッドである。ＴＤＬＡＳ光ヘッドは、プロセスチャンバの壁に取り付けられた視認管への取付けのために構成されたハウジングを備える。ハウジングが取り付けられた視認管を通してプロセスチャンバ内でＴＤＬＡＳビームを送信、受信、または送信と受信の両方を行うために、光学素子がハウジング内に提供される。ハウジングが取り付けられたプロセスチャンバ内の光生成プロセスによって放射された光を受信するために、フォトセンサがハウジングの中に配置される。
【００１１】
[0011]説明する実施形態に、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更および追加が行われ得る。例えば、上記で説明した実施形態は特定の特徴を示すが、本発明の範囲は、上記で説明した特徴のすべてを含むとは限らない、特徴および実施形態の異なる組合せを有する実施形態をも含んだものである。
【００１２】
[0012]特定の実施形態の性質および利点のさらなる理解は、本明細書の残りの部分および図面を参照することによって実現され得、同様の構成要素を指すために同じ参照番号が使用される。いくつかの事例では、複数の同様の構成要素のうちの１つを示すために、参照番号にサブラベルが関連付けられる。既存のサブラベルへの指定なしに参照番号への参照が行われるとき、すべてのそのような複数の同様の構成要素を指すことが意図される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、上記の課題が解決される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】燃焼チャンバの対向する壁に取り付けられた視認管に取り付けられたＴＤＬＡＳピッチおよびキャッチ光学素子の２つのペアを有する、プロセスチャンバ、特に燃焼チャンバの概略図である。
【図２】燃焼監視および制御が炉内の所定のゾーンにおいて実施される、炉内逆反射体のアレイとともに使用される合成ピッチ／キャッチ光学素子をもつステアラブルＴＤＬＡＳシステムの一実施形態の概略図である。
【図３】視認管妨害を監視するための装置をＴＤＬＡＳ光ヘッドが含む、燃焼チャンバ壁に取り付けられた視認管に取り付けられたＴＤＬＡＳ光ヘッドの概略図である。
【図４】過酷な環境におけるＴＤＬＡＳ測定のポート妨害を監視するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[0017]いくつかの実施形態の様々な態様および特徴を上記で要約したが、以下の詳細な説明では、当業者がそのような実施形態を実践することを可能にするために数個の実施形態をさらに詳細に示す。説明する例は、例示の目的で提供され、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１６】
[0018]以下で、説明の目的で、説明する実施形態の完全な理解を提供するために多数の具体的な詳細を記載する。しかしながら、これらの具体的な詳細のいくつかなしに本発明の他の実施形態が実践され得ることが、当業者には明らかであろう。いくつかの実施形態について本明細書で説明し、様々な特徴は異なる実施形態に起因するが、一実施形態に関して説明する特徴は他の実施形態にも組み込まれ得ることを了解されたい。しかしながら、同じトークンによって、説明するいかなる実施形態の単一の１つまたは複数の特徴も、本発明の他の実施形態はそのような特徴を省略し得るので、本発明のあらゆる実施形態に必須であると見なされるべきではない。
【００１７】
[0019]別段に規定されていない限り、本明細書で使用する量、寸法などを表すために使用されるすべての数は、すべての事例において「約」という用語によって修飾されるものとして理解されたい。本出願では、単数形の使用は、別段に明記されていない限り複数形を含み、「および」および「または」という用語の使用は、別段に規定されていない限り「および／または」を意味する。その上、「含んでいる」という用語、ならびに「含む」および「含まれる」などの他の形態の使用は、非排他的であると見なされたい。また、「要素」または「構成要素」などの用語は、別段に明記されていない限り、１つのユニットを備える要素および構成要素と、２つ以上のユニットを備える要素および構成要素の両方を包含する。
【００１８】
[0020]図１は、プロセスチャンバ中のプロセス、特に燃焼チャンバ１２中の燃焼プロセスの検知、監視および制御に好適な検知装置１０を概略的に示す。検知装置１０は、近赤外または中赤外スペクトル中の選択周波数においてチューナブルダイオードレーザー１４、１６からのレーザー光を使用してチューナブルダイオードレーザー吸収分光法（「ＴＤＬＡＳ」）を実施する。各チューナブルダイオードレーザー１４、１６の出力は、シングルモード光ファイバまたはマルチモード光ファイバであり得る光ファイバ１８、２０に結合される。選択周波数において動作する複数のチューナブルダイオードレーザーはまた、例えば、米国特許第７，２４８，７５５号明細書に記載されているように、マルチプレクサによって合成されるそれらの合成ビームを提供され得る。本明細書で使用する「結合される」、「光学的に結合される」または「と光通信している」は、カウンターパート間の機能的関係として定義され、光は、中間構成要素または自由空間を通してあるいはそれを通さないで第１の構成要素から第２の構成要素に移ることができる。光ファイバ１８、２０はＴＤＬＡＳ光ヘッド２２、２４に光学的に結合され、ＴＤＬＡＳ光ヘッド２２、２４は、今度は、燃焼チャンバ１２の内部へのＴＤＬＡＳ光ヘッド２２、２４の光アクセスを提供する視認管２６、２８に取り付けられる。ＴＤＬＡＳ光ヘッド２２、２４は、視認管２６、２８を通る燃焼チャンバ１２へのレーザービームの伝送を可能にするピッチ光学素子をそれぞれ含んでおり、それらは、それぞれＴＤＬＡＳ光ヘッド３０、３２に光学的に結合される。ＴＤＬＡＳ光ヘッド２２、２４の場合と同様に、ＴＤＬＡＳ光ヘッド３０、３２は視認管３４、３６に取り付けられ、視認管３４、３６は、今度は、燃焼チャンバ１２の対向する壁に取り付けられる。ＴＤＬＡＳ光ヘッド３０、３２は、レーザービームを光ファイバ３８、４０に光学的に結合する受信光学素子を有し、光ファイバ３８、４０は、今度は、検出器４２、４４に光学的に結合され、検出器４２、４４は、典型的には、ピッチ光学素子とＴＤＬＡＳ光ヘッド２２、２４とＴＤＬＡＳ光ヘッド３０、３２のキャッチ光学素子との間で伝送されるプローブ光を形成するために生成されるレーザー光の周波数に敏感なフォト検出器である。ピッチ光学素子から多重化されたビームが伝送されている場合、検出器４２、４４のアレイに選択波長のビームを提供するためにデマルチプレクサが提供され得る。検出器４２、４４は、検出器周波数において検出器４２、４４に伝送される光の性質および品質に基づいて電気信号を生成する。各検出器４２、４４からの電気信号は、典型的にはデジタル化され、コンピュータプロセッサ４６において分析される。当技術分野で知られているように、デジタル化され分析されたデータは、限定はしないが、燃焼チャンバ１２内の様々なガス種類の濃度および燃焼温度を含む、燃焼チャンバ内の物理パラメータを検知するために使用され得る。検知装置１０のピッチ側とキャッチ側の両方上の電子的および光学的構成要素の光ファイバ結合の使用は、チューナブルダイオードレーザー１４、１６、検出器４２、４４およびプロセッサ４６などの精密温度検知装置が、破線４８によって示される安定した環境を有する制御空間中に置かれることを可能にする。したがって、比較的ロバストなピッチおよびキャッチＴＤＬＡＳ光ヘッド２２、２４、３０、３２のみが、燃焼チャンバ１２の敵対的環境の近くに位置する必要がある。
【００１９】
[0021]図２は、いくつかのＴＤＬＡＳ光ヘッド５２1〜５２nを使用する検知装置５０の代替実施形態を表し、ＴＤＬＡＳ光ヘッド５２1〜５２nの各々は視認管５４1〜５４nに結合され、視認管５４1〜５４nは、今度は、燃焼チャンバ５５などのプロセスチャンバの壁に結合される。この実施形態では、ＴＤＬＡＳ光ヘッド５２1〜５２nの各々は、レーザービームのピッチングとキャッチの両方を行うためのピッチ／キャッチ光学素子を含む。ＴＤＬＡＳ光ヘッド５２1〜５２nの各々は、レーザービームを複数の逆反射体５６のうちの１つに導くための装置をさらに含み、複数の逆反射体５６は、レーザービーム５８をキャッチし、ＴＤＬＡＳ光ヘッド５２1〜５２nに反射する。図２の実施形態は、図１に示されたようにレーザー、検出器およびコンピュータプロセッサをさらに含み得るが、それらは簡略化のために省略されている。そのような実施形態はＷＯ２０１３／１５８３１１（ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３２４７９）により詳細に記載されている。
【００２０】
[0022]図３は、図１に示されたピッチＴＤＬＡＳ光ヘッド２２、２４およびキャッチＴＤＬＡＳ光ヘッド３０、３２、ならびに図２に示されたピッチ／キャッチＴＤＬＡＳ光ヘッド５２1〜５２nなど、ＴＤＬＡＳ光ヘッドとともに使用するポート妨害を監視するための装置を概略的に示す。図３に示されたポート妨害を監視するための装置は、燃焼チャンバ６８などのプロセスチャンバの壁６６に取り付けられた視認管６４への取付けのために構成されたＴＤＬＡＳ光ヘッドハウジング６２を備えるＴＤＬＡＳ光ヘッドとともに示されている。ウィンドウ７０は、視認管６４からＴＤＬＡＳ光ヘッドの内部を分離する。ＴＤＬＡＳ光ヘッド内で、ハウジング６２は、ファイバコリメータ７１の先端の傾きを制御するためにステッパーモーター７２、７４に動作可能に結合されたファイバコリメータ７１を据える。光ファイバ７６は、図１に示された検出器４２、４４などの検出器に光信号を搬送するためにファイバコリメータ７１に光学的に結合される。図３に示されたＴＤＬＡＳ光ヘッドはキャッチＴＤＬＡＳ光ヘッドであるが、その中に含まれる光学的構成要素に応じてピッチＴＤＬＡＳ光ヘッドまたはピッチ／キャッチＴＤＬＡＳ光ヘッドであり得る。ＴＤＬＡＳ光ヘッドの閉端または近位端の近くに提供されるものは、フォトセンサ８０がそれに結合されたヘッド制御盤７８である。視認管６４に動作可能に結合されるものは、視認管６４の口から燃焼チャンバ６８中にデブリを追い出すための矢印８４の方向へのポートロッダー８２の移動によって、視認管６４中に集積し得るスラグまたは他の物質を物理的に除去するように構成されたポートロッダー８２である。視認管６４に結合されるものにはまた、灰、ダストまたは小石など、視認管６４の妨害物をクリアするために、要求に応じて空気の急激なバーストを生成するように構成されたブローダウン装置８６がある。ヘッド制御盤７８およびフォトセンサ８０は、それらの間のデータおよびコマンドの転送のためにプロセッサ４６に結合される。プロセッサ４６は、ポートロッダー８２およびブローダウン装置８６に、それらの作動を制御するためにさらに結合される。図示されていないが、プロセッサ４６は、ファイバコリメータの整合を制御するためにステッパーモーター７２、７４に結合される。
【００２１】
[0023]大まかに言えば、ポート妨害を監視するための装置は、フォトセンサ８０が、燃焼チャンバ６８内の燃焼によって放射された光を検出することによって動作する。視認管中の物理的妨害（または汚れたウィンドウ）は、フォトセンサ８０に達する放射光および、フォトセンサ８０によって生成されプロセッサ４６に配信される放射信号の部分的損失または全損失を引き起こす。以下で説明するいくつかの状況下では、放射信号の損失は、視認管６４からデブリをクリアする試みにおいてポートロッダー８２を作動させるようにプロセッサ４６をトリガし得る。代替または追加として、視認管６４からデブリをクリアする作業においてブローダウン装置８６が作動され得る。
【００２２】
[0024]ポート妨害を監視するための装置は、燃焼チャンバ６８中の燃焼プロセスから、明確性のためにそれらの多くが図３の概略図から削除されているハウジング６２内の送信および受信光学素子、マウントなどによって反射または妨害されない視認管６４に沿って進む光を、フォトセンサ８０において受信する。通常の動作条件の下で、放射されるプロセス光は、平均値の辺りを変動することになる。視認管中の物理的妨害（または汚れたウィンドウ）は、この光放射信号の部分的損失または全損失を引き起こす。放射信号は残存するが、レーザー伝送信号が減少した場合、これは、光学素子の不整合および／または燃焼チャンバ６８内の不透明度がもっともらしい原因であることを示す。放射信号がそれの平均値から減少した場合、それは、ポート中の物理的妨害または汚れたウィンドウに起因し得る。汚れたウィンドウは典型的には時間とともに劣化し、レーザー送信信号と放射信号の両方は同じ時間的履歴で等しく影響を受けるので、放射信号の時間的履歴は、汚れたウィンドウが問題であるのか物理的妨害が問題であるのかに関する手がかりを提供し得る。物理的妨害は、ウィンドウ汚れの時間スケールに対して比較的瞬時に発生する傾向がある。１つまたは複数のＴＤＬＡＳ光ヘッドのフォトセンサ８０からの信号がポート妨害を示す場合、ポートロッダー８２および／またはブローダウン装置８６は、妨害を緩和することを試みるために作動され得る。
【００２３】
[0025]ポート妨害を監視しクリアするための方法１００が図４にフローチャートとして示されている。本方法は、以下で説明するようにセンサとともにプロセッサ４６などの汎用または特定用途向けコンピュータ上に実装され得る。ブロック１０２において、プロセッサ４６は、フォトセンサ８０の放射信号が時間とともに劣化したかどうかを判定する。それが劣化した場合、ブロック１０４において、プロセッサ４６は、燃焼チャンバ６８に結合された他のＴＤＬＡＳ光ヘッドからの放射信号も劣化したかどうかを判定する。それらが劣化した場合、ブロック１０６において、カウントがカウンタに加算され、本方法はブロック１０２において続く。信号がすべてのＴＤＬＡＳ光ヘッドにおいて劣化している状態ではない場合、ブロック１０７において、プロセッサ４６は、視認管からデブリをクリアするためにポートロッダー８２を開始する。ブロック１０８において、プロセッサ４６は、放射信号が強化したかどうかを判定する。それが強化した場合、何らかの物理的妨害は除去されており、プロセスはブロック１０２において続く。信号が強化していない場合、ブロック１１０において、ブローダウン装置８６が作動する。ブロック１１２において、プロセッサ４６は、放射信号が強化したかどうかを判定する。それが強化した場合、ブローダウンは成功であり、物理的妨害は除去されており、本方法はブロック１０２において続く。信号が強化していない場合、ブロック１１４において、プロセッサ４６は、ウィンドウクリーン信号を生成し、このウィンドウクリーン信号は、次いで、ウィンドウをクリーニングするためのプロセスを開始し得る。
【００２４】
[0026]ブロック１０２において放射信号が劣化していない場合、ブロック１２０において、プロセッサは、レーザー信号が劣化したかどうかを判定する。これは、例えば、図１に示された実施形態における光検出器４２、４４からの信号の強度を監視することによって達成され得る。レーザー信号が劣化していない場合、本方法はブロック１０２において続く。レーザー信号が劣化した場合、コンピュータは、ブロック１２２において、ファイバコリメータ７１を再整合させるためにステッパーモーター７２、７４を作動させる。ブロック１２４において、再整合がレーザー信号を改善するかどうかの判定が行われる。それが改善した場合、レーザー経路が不整合であったのであり、プロセスはブロック１０２において続く。改善していない場合、ブロック１２６において高不透明度信号が生成され、本方法はブロック１０２において続く。
【００２５】
[0027]本明細書で説明するポート妨害を監視するための方法および装置は、光伝送経路の「連続性」のリモートおよび連続的監視を可能にする。本方法および装置は、当該のポートがデブリをクリアされている状態か妨害されているかの質問に対するクリアな返答を可能にする。本方法および装置がクリアな経路を示し、信号がまだ検出されない場合、高不透明度につながる粒子負荷および光学不整合など、伝送の損失を引き起こし得る限られた数の理由しか残っていない。ポートが妨害された経路を示す場合、障害物をクリアするためのステップが取られ得、障害物のクリアが問題を解決することに失敗した場合、ウィンドウのクリーニングを開始するために「ウィンドウクリーン」信号が生成され得る。
【００２６】
[0028]様々な実施形態についての説明が、例示および説明のために提示されたが、網羅的であるものでも、本発明を開示される形態に限定するものでもない。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。多数の修正および変更が当業者には明らかになろう。説明され図中に図示された実施形態は、本発明の原理、実際的適用例について説明するために、および他の当業者が、企図される特定の使用に適した様々な修正とともに様々な実施形態について本発明を理解することを可能にするために、選定され、説明された。本明細書で引用されるすべての参考文献は、それらの全体が参照により組み込まれる。
【００２７】
［項１］
プロセスチャンバの壁に取り付けられた視認管の妨害を監視する方法であって、前記視認管は、前記視認管とＴＤＬＡＳ光ヘッドとの間のウィンドウとともに前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドに動作可能に結合され、前記方法は、
前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドの中にフォトセンサを提供するステップであって、前記フォトセンサが、前記プロセスチャンバ内の光放射プロセスによって放射された光を受信するために配置される、ステップと、
前記プロセスチャンバ内の前記光放射プロセスによって放射された光が前記フォトセンサによって受信されることによって生成される放射信号を監視するステップと、
前記放射信号が劣化しているかどうかを判定するステップと
を含む、方法。
［項２］
前記放射信号が劣化しているという判定に基づいて、前記視認管のクリアを開始するステップ
をさらに含む、項１に記載の方法。
［項３］
前記視認管のクリアの後に、前記放射信号が強化されているかどうかを判定するステップ
をさらに含む、項２に記載の方法。
［項４］
前記放射信号が強化されていないという判定に基づいて、ウィンドウクリーニングを開始するステップ
をさらに含む、項３に記載の方法。
［項５］
前記放射信号が劣化していないという判定に基づいて、前記ＴＤＬＡＳレーザー信号が劣化しているかどうかを判定するステップ
をさらに含む、項１に記載の方法。
［項６］
前記ＴＤＬＡＳレーザー信号が劣化しているという判定に基づいて、前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドの光学素子を整合させるステップ
をさらに含む、項５に記載の方法。
［項７］
前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドの前記光学素子の整合の後に前記ＴＤＬＡＳレーザー信号がまだ劣化しているかどうかを判定するステップと、その判定に基づいて、高不透明度信号を生成するステップと
をさらに含む、項６に記載の方法。
［項８］
クリアを開始する前記ステップは、物理的妨害をクリアするためにポートロッダーが作動するステップを含む、項２に記載の方法。
［項９］
前記ポートロッダーが作動するステップの後に、前記放射信号が強化されているかどうかを判定するステップをさらに含む、項８に記載の方法。
［項１０］
前記放射信号が強化されていない場合、物理的妨害をクリアするためにブローダウンを開始するステップをさらに含む、項９に記載の方法。
［項１１］
プロセスチャンバの少なくとも１つの壁に取り付けられた複数の視認管における妨害を監視する方法であって、各視認管は、前記視認管とＴＤＬＡＳ光ヘッドとの間のウィンドウとともに前記ＴＤＬＡＳ光ヘッドに動作可能に結合され、
各ＴＤＬＡＳ光ヘッドの中にフォトセンサをそれぞれ提供するステップであって、各フォトセンサが、前記プロセスチャンバ内の光生成プロセスによって放射された光を受信するために配置される、ステップと、
前記プロセスチャンバ内の前記光放射プロセスによって放射された光が各フォトセンサによって受信されることによって生成される放射信号を監視するステップと、
前記各フォトセンサのうちの１つによって受信された放射信号が劣化しているかどうかを判定するステップであって、前記１つのフォトセンサによって受信された前記放射信号が劣化しているという判定に基づいて、他のフォトセンサによって受信された前記放射信号が劣化しているかどうかを判定する、ステップと
を含む、方法。
［項１２］
前記他のフォトセンサによって受信された前記放射信号が劣化しているという判定に基づいて、カウンタにカウントを加算するステップと、
前記各フォトセンサのうちの１つによって受信された放射信号が劣化しているかどうかを判定する前記ステップを繰り返すステップであって、前記１つのフォトセンサによって受信された前記放射信号が劣化しているという判定に基づいて、前記他のフォトセンサによって受信された前記放射信号が劣化しているかどうかを判定する、ステップと
をさらに含む、項１１に記載の方法。
［項１３］
前記他のフォトセンサによって受信された前記放射信号が劣化していないという判定に基づいて、前記１つのフォトセンサに結合された前記視認管のクリアを開始するステップをさらに含む、項１１に記載の方法。
［項１４］
プロセスチャンバの壁に取り付けられた視認管への取付けのために構成されたハウジングと、
前記ハウジングが取り付けられた視認管を通してプロセスチャンバ内でＴＤＬＡＳビームを送信、受信、または送信と受信の両方を行うための前記ハウジング内の光学素子と、
前記ハウジングが取り付けられたプロセスチャンバ内の光放射プロセスによって放射された光を受信するために配置された前記ハウジング中のフォトセンサと
を備えるＴＤＬＡＳ光ヘッド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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