(57)【要約】  ダクト（１）内における気体中の通過粒子状物質の存在を検出するために提供される装置には、（ｉ）外側からダクトの基本的に断面全体及びダクト上を掃引可能な１つ以上の照射光（４）放射源（３）と、（ｉｉ）ビームがダクトの断面上を掃引されているとき、照射光内における任意粒子状物質からの照射光の任意閃光の存在及び位置を検出するための１つ以上の検出器（６）であって、ビームがダクトの断面上を掃引されているとき、ダクトの外部でダクトの掃引エリアを投影する領域の外側に搭載されるように構成された検出器（６）と、が含まれる。
2008527366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクト内における気体中の通過粒子状物質の存在を検出するために提供される装置であって、
（ｉ）ダクトの外側からダクトの断面のほぼ全体を掃引可能な１つ以上の照射光放射源と、
（ｉｉ）ビームがダクトの断面を掃引されているとき、照射光内の任意の粒子状物質からの照射光の任意の閃光の存在及び位置を検出するための１つ以上の検出器と、検出器はビームがダクトの断面を掃引されているときのダクトの外部であって、ダクトの掃引エリアを投影する領域の外側に搭載されるように構成されていることと、からなる装置。
【請求項２】
照射光は平行ビームである請求項１に記載の装置。
【請求項３】
放射源は段階的に掃引されるように構成されている請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
検出器は照射光に合焦可能である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
ビームがダクトを掃引されているときに照射光において検出される任意の閃光のための記録計を含む請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
検出器によって受信された画像を調整してダクトの外側で受信される画像を評価するように構成された画像調整装置を含む請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
放射源はレーザである請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
レーザは６６０ｎｍの照射光を供給する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
ダクトを横切って放射源ビームを段階的に掃引するステッパモータを含む請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
放射源はステッパモータのシャフトに取り付けられている請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
１つの放射源を含む請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
検出器は放射源の波長に調整されたカメラである請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
検出された閃光を遮蔽できる装置において雑音のレベルをしきい値制御するための手段を含む請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
記録計は検出された粒子状物質用の平面位置インジケータである請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
記録計はダクトの断面のＸ−Ｙマトリクスを表示するためのモニタである請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
記録計は警告警笛である請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
性能を補正して排除システムの故障を考慮することができる管理システムを作動させるためのフィードバックループが含まれる請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
検出器の出力からダクトの変形斜視図を修正するための手段を含む請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
ダクトを含む請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
放射源、検出器、又はその両方はダクト内に配置されている請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
放射源及び検出器の両方はダクト外に配置されている請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
ダクトと、少なくとも部分的にダクト内にある排除システムと、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の装置と、を含むダクトシステム。
【請求項２３】
検出器の視角は、少なくとも２０度、好適には３０度、さらに好適には４０度だけ、掃引断面に対して垂直な方向から離れている請求項２２に記載のダクトシステム。
【請求項２４】
ダクトはタービン入口を含む請求項２２又は２３に記載のダクトシステム。
【請求項２５】
タービン入口は発電タービンのタービン入口である請求項２４に記載のダクトシステム。
【請求項２６】
ダクト内における気体中の粒子状物質の存在を検出するために提供される方法であって、
（ｉ）ダクトの断面のほぼ全体において１つ以上の照射光放射源からの照射光ビームでダクトを掃引する工程と、
（ｉｉ）ビーム内の粒子状物質から照射光の任意の閃光を検出するための１つ以上の検出器を用いる工程と、検出器はダクトの外部であって、ダクトの掃引領域を投影する領域の外側に搭載されていることと、粒子状物質から照射光の任意の閃光を検出する工程と、からなる方法。
【請求項２７】
検出雑音用のしきい値レベルを設定する工程を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
しきい値は少なくとも部分的には空間的に定義される請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
しきい値は少なくとも部分的には時間的に定義される請求項２６又は２８に記載の方法。
【請求項３０】
任意のステップにおいて２つ以上の検出器出力が存在するとき、ビームの各ステップにおける検出器からの検出された閃光レベルを加算する工程を含む請求項２６乃至２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
ビームは掃引当り２０〜１００放射源ステップで、１〜２０回／分の速度で掃引される請求項２６乃至３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
ビームは掃引当り２０〜１００放射源ステップで掃引される請求項２６乃至３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
変形斜視図からダクトのＸ−Ｙ座標に表示を修正する工程を含む請求項２６乃至３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
ダクト内における気体中の粒子状物質の存在を検出するための方法であって、
（ｉ）ダクト断面のほぼ全体において１つ以上の照射光放射源からの平行照射光ビームでダクトを段階的に掃引する工程と、
（ｉｉ）ビームの各ステップにおいてビーム内の粒子状物質から照射光の任意の閃光を検出するために１つ以上の検出器を平行ビームに合焦する工程と、
（ｉｉｉ）粒子状物質から照射光の任意の閃光を検出する工程と、
（ｉｖ）しきい値レベルを設定する工程と、
（ｖ）ビームの各ステップにおける検出器からの検出された閃光のレベルを加算する工程と、
（ｖｉ）検出された閃光を記録する工程と、
（ｖｉｉ）提示された任意の粒子状物質のダクトにおける存在、量及び位置を決定する工程と、からなる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質の監視を含む、粒子状物質の検出のための装置及び方法と、ダクトシステムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子状物質の存在は、多くの場合には少なくとも有害であり、最悪の場合には、破壊的又は違法なものである。粒子状物質は、その存在が望ましくない場所に不純物を運ぶことがある。そうした場所には、工場や空気品質監視を含む環境が含まれる。
【０００３】
例えば、発電所では、タービンブレード上に蓄積する粒子状物質を低減するために、タービン入口の粒子状物質を最小限としておく必要がある。そのような蓄積は一般的には散水によって除去される必要があり、実行しない場合、タービン性能の低下や、最終的には明らかに破壊的な結果を伴うブレードの損壊が発生する。いずれの場合にも、発電時間は減少する。
【０００４】
上述の例では、該当エリアへの気体の入口、多くの場合には空気の入口には、粒子状物質がない状態が存在する。しかしながら、エリアの出口を通じて粒子状物質が供給されてはならない。例えば、発電所や、化学工場のプロセスを含む産業プロセスからの排出によって、大気中に粒子状物質が放出されてはならない。そのような慣行は環境的に許容されるものではなく、粒子状物質の放出は、承認された最大、即ち、法的な限界値内に保持される必要がある。
多くのエンジンシステムの設計試験及び使用において、放出される粒子状物質の量及び種類は、エンジン効率の関数である。この効率は、周囲温度及び空気圧を含む多くの要因によって影響され得る。非効率的な運転は燃料の無駄であり、エンジンに損傷を与えてさらに非効率とし、環境、エンジンシステムの運転者の健康、又はその両方を損なう場合がある。したがって、性能を最適化するためにエンジンの粒子状物質の放出の解析を可能とすることは、有用である。また、そのようなシステムがリアルタイムに動作することも、有利である。そのようなシステムがエンジン管理システムにフィードバックを行い性能を最適化することは、有利である。
【０００５】
あるエリアに出入りする粒子状物質は、一般に、ある範囲の排除システムを用いることによって低減されるが、この排除システムは、気体をエリアに供給したりエリアから除去したりするダクトに配置されることが多い。そのような排除システムは、例えば、フィルタ、フィルタの組合せ、静電集塵器、湿式捕捉器を備える。排除システムが不適切に又は誤って取り付けられている場合や、排除システムが劣化したときは、排除システムを通過する粒子状物質を低減する際の排除システムの効率は低下する。許容可能な排除システム性能の経験によって決定される所定期間後に排除システムを交換することは、一般的に行われている。しかしながら、その期間が終了する前に排除システムが破壊的に故障し、フィルタシステムを通じて粒子状物質の許容不能な通過が可能となることも分かっている。このことは、例えば、気体の流れが非常に速い場合や、又は排除システムが１組のフィルタを備え、その組のうちの１つのフィルタが期間より早く故障する場合、特に問題である。
【０００６】
排除システムの故障が許容不能な場合、その排除システム又は１つ以上の故障したフィルタは、システム寿命に達する前に交換される。そのような交換を行わないことは次に関連する。
・フィルタの適切な利用の減少によるコスト上の不利益。
・資源の無駄及びそれによる環境破壊。
・工場のダウンタイムがより定常的に発生することによるコスト上の不利益。
・一部の場合には、排除システムを通過した粒子状物質及び気体の封止の失敗の可能性が増大することによる、人間又は排除システムによって保護された環境若しくはプロセスに対する危険の増大。
【０００７】
排除システムでは、より小さいサイズの粒子は保護されるプロセスに対して問題を生じない場合があるため、除外される粒子の最小サイズには往々にして限界がある。したがって、粒子計数又は信号積分手法は、重要でないものを含む全ての粒子を係数するために破綻する場合がある。多くの用途では、解析されない粒子は連続的な、安定な、又は既知のレベルを有しない場合があるため、この状況はさらに複雑である。それらの生成は多くの複雑なパラメータの関数であり、無秩序である又は無秩序に見える場合がある。例えば、花粉は重要ではなくフィルタを通過するが、日毎の花粉の変動によって、粒子計数又は総合的な吸蔵手段を無効とする。
【０００８】
従来の手段による総合的なフィルタ故障の解析は、損傷が既に発生した点に限定される。故障の発生するときには、フィルタを通過する粒子は除外される筈の粒子よりわずかにしか大きくないため、従来の手段は故障が差し迫っていることを識別することが不可能な場合がある。
【０００９】
したがって、ダクトの断面を通じて、そのようなダクトの気体中に浮遊する粒子状物質の検出のための装置及び方法に対する要求がある。また、粒子状物質を定期的に検出することによって、その通常のゼロレベル又は低い許容可能なレベルを超える通過粒子状物質の存在が検出されるようにダクトが連続的又は定期的に監視され、本発明の装置がそのような機能を提供する。これらのダクトでは、排除システムが有効に機能しているとき、粒子状物質の通常のレベルは、ほぼゼロ（即ち、粒子状物質が存在しない）か又は非常に低い許容可能なレベルである。本発明の好適な実施形態の装置によって、断面のうちの小さなサンプルが断面全体を表すという仮定が回避される。
【００１０】
特に重大な問題は、排除システムが大きな断面積のダクトを横切って構成された一組のフィルタを備える場合に関連する。そのようなダクトは２０平方メートルになることもあるが、一般的には５平方メートルの領域である。そのようなフィルタの組は、例えば、発電所へのタービン入口に見出され得るが、他の領域においても知られている。上述の他の粒子状物質検出器は、ダクトの断面全体を通じての粒子状物質レベルに関する情報を生成する。許容不能なレベルの粒子状物質が見出される場合、排除システム全体が交換される必要がある。この全体の交換は高価であり、１組のフィルタの場合には、その組の１つのそのようなフィルタしか故障していないことがあるため、不要な可能性がある。したがって、ダクト内において許容不能なレベルの粒子状物質を検出するばかりでなく、排除システムが故障しつつある場所、例えば、１組のフィルタのうちのいずれのフィルタが不良であるためにその粒子状物質の許容不能なレベルが生じているかを決定する粒子状物質検出器に対する要求が存在する。
【００１１】
しかしながら、粒子状物質の問題は、設備をダクト中において維持し動作させる必要がある場合に直面する困難のため、そのような環境用の粒子状物質検出器の実装に直面してきた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明によれば、ダクト内における気体中の通過粒子状物質の存在を検出するために提供される装置は、
（ｉ）ダクトの外側からダクトの断面のほぼ全体を掃引可能な１つ以上の照射光放射源
と、
（ｉｉ）ビームがダクトの断面を掃引されているとき、照射光内の任意の粒子状物質からの照射光の任意の閃光の存在及び位置を検出するための１つ以上の検出器と、検出器はダクトの外部であって、ダクトの掃引エリアを投影する領域の外側に搭載されるように構成されていることと、からなる。
【００１３】
通常、このことは、視角がダクトの掃引断面に対して垂直な方向から有意に離れていることを意味する。
したがって、掃引エリアを投影する領域にカメラを配置することの不可能なダクトに、解決策が提供される。一部のダクトでは、ダクトの角度を変化させることによって、掃引エリアを投影する領域にカメラを配置することが可能であるが、これは多くの用途では実用的でない。
【００１４】
ダクトの断面に関する用語「ほぼ全体」は充分なダクトの断面が照射されることを意味しており、選択した配管断面部分のサンプリングや、粒子状物質の濃度がほぼ均一であるという仮定は不要であり、したがって、本発明によってダクトの断面全体における粒子状物質の存在の正確かつ実際的な検出が提供される。好適には、用語「ほぼ全体」にはダクトの断面の全体が照射されることが必要とされるが、わずかな欠如は許容される。照射光角範囲はダクトの断面の５０％超、好適には８０％超、最も好適には９０％超である。
【００１５】
したがって、使用時、視角は気体の流れ方向から有意に離れている。
したがって、本発明の装置及び方法は、工業プロセスの入口又は出口における気体中の通過粒子状物質の存在を、適切には、気体が排除システムを通過した後、また詳細にはそのプロセスの入口の上流又は出口の下流、例えばタービンの、例えばそれぞれ前又は後において検出する際に有用であるのみならず、粒子状物質を通過させる排除システムにおいて欠陥のある場所を決定する際にも有用である。
【００１６】
本明細書における用語「粒子状物質」は、粒子形態の動物、野菜又は鉱物物質など、１つ以上の散乱中心を意味する。詳細には、この用語には、大気中に見出され、工業プロセスやエンジン内で生成される微粒子状物質が含まれる。本明細書における用語「気体」は、排除システムに用いられる材料と化学的に有意に反応しない任意の気体状物質、詳細には空気を意味する。
【００１７】
本発明の装置及び方法は、粒子状物質が受ける照射光の粒子状物質からの閃光の検出に依存している。用語「閃光」は、粒子状物質からの照射光のきらめき又は光輝を意味する。照射光は粒子状物質から反射されるため、閃光は任意の方向であり得るが、少なくとも一部の閃光は検出器の方向である。気体の流れるエリアでは、本発明の装置及びその方法は、ダクトの断面のほぼ全体において、気体の流れの中に浮遊する粒子状物質のさらに正確な決定を可能とする。フィルタの出口に近い気体がほぼ層流である場合、本発明の装置を層流のエリアに配置することが好ましい。本発明の装置及び方法では、検出器と放出されたビームとの同期によって、ほぼそのビームに沿った閃光のみを検出することが可能となる。このことは、ビーム中の閃光の位置、したがって排除システムの特定領域において、故障、例えば、フィルタアレイにおけるフィルタの故障が検出されるという利点を有する。さらに、他の任意のダクトエリアにおける粒子状物質から生じる閃光が検出されないため、望ましくない閃光の検出は起こらない。したがって、平面的なフィルタアレイにおける特定フィルタの故障の位置が正確に決定される。照射光は、粒子状物質が存在しない気体中では、ほぼ不可視であることが認識される。
【００１８】
本発明の装置は、ある場所の中に又はその場所から気体を導く入口又は出口のダクト内に配置される。ダクトは、例えば、パイプ、煙突、トンネル、シャフト、航空機エンジン
など、気体が流れることのできる任意の密閉又は半密閉空間であってよい。ダクトは、当分野で知られている任意の適切な材料から構成され得る。配管の例には、典型的には、被覆付き又は被覆なし（例えば、亜鉛めっきされた）の鋼鉄、ステンレス鋼、アルミニウムなどの金属や、例えば、剛性又は柔軟性のポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ガラス、ポリスチレン、低密度又は高密度ポリエチレン、ＡＢＳなどのプラスチック材料が含まれる。また、配管は蛇腹型であってよい。配管は透明であってもよく、不透明であってもよい。配管は、例えば、矩形（例えば、正方形）、円形、楕円形など、任意の簡便な又は適切な断面であってよく、断面が放射源及び検出器を収容できる限り任意の断面寸法であってよい。ダクトの断面積は比較的重要ではなく、本発明の装置及び方法は任意のサイズ又は形状のダクトにおいて用いられ得るが、放射源出力及び検出器感度はダクトパラメータに対して最適化される。放射源、検出器、又はその両方は、配管の断面内に配置され得るが、気体の流量が非常に多い場合、放射源及び検出器は、好適には、配管の壁内に又は配管壁の窓（照射光に対して透明）に隣接して配置されるので、放射源又は検出器は気体の流量を低下させず、放射源又は検出器の任意の部分が外れたり、ダクト又は装置を損傷したりする危険は減少する。
【００１９】
波長３００ｎｍ〜１．５μｍの照射光が好適である。用いる波長が短くなると、散乱が大きくなり有益である。粒子の散乱効率は、照射光の波長の４乗に逆比例して増加する。しかしながら、波長は吸収の影響を低減するように選択されるべきである。大量の水蒸気又は水滴の存在する環境では、それによってＩＲ及びＵＶ照射光の使用が排除される場合がある。
【００２０】
散乱効率に加えて、照射光の検出される必要があり、検出器は波長感度を有する。固体検出器を用いるとき、一般に検出器はスペクトルの赤側で効率が良くなる。蛍光体による検出器や検出器の電子増倍を用いるとき、一般に検出器はスペクトルの青側で効率が良くなる。赤外照射光は網膜の前で強く減衰され、目はＩＲ照射光を網膜に合焦するには有効でないため、赤外照射光は目に対して可視／ＵＶレーザより安全であると考えられる傾向にある。赤外照射光は、ユーザがビームを容易に視認することが不可能であり、その位置又はその活性化状態を認識しない場合があるという点において、安全限界を有する。
【００２１】
半導体材料による検出器を用いる場合、熱雑音を低減するために検出器を冷却することが有益な場合がある。この検出器が冷却されたとしても、熱い物体はＩＲ放射を発するため、熱いサンプルの画像が形成される場合には、増大する熱的な効果の影響を被ることがある。レーザが用いる波長を超える全てのＩＲ照射光を遮蔽するフィルタをカメラが備えるとすれば、有益である。放射源の波長範囲の照射光のみを検出させるフィルタをカメラが備えるとすれば、有益である。したがって、本発明は特定の波長又は検出器の種類に限定されない。ここで用いられ得る複数の光源が存在する。これらには、６３３ｎｍ〜数ミクロンの多くの波長において利用可能なレーザダイオード光源が含まれる。さらに、イットリウム結晶（イットリウム・アルミニウム・ガーネット及び同様な材料）などによるレーザは、ダイオードレーザによって高効率で励起され、１０００〜１１００ｎｍ領域において安定な高出力のビームを生成し得る。放射源には、高調波生成光源が含まれる。ＹＡＧレーザは、そのような技術を用いて５３２ｎｍ及び３５５ｎｍのオーダの波長で放射を生成するために用いられ得る。高調波生成は非線形効果であり、通常、パルス光源が与える効率は大きくなる。さらに、広範囲の波長の光源を生成するために、発光ダイオード及び超発光ダイオード（ｓｕｐｅｒ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｄｉｏｄｅ）が用いられ得る。アーク灯などの熱光源を用いて、高輝度パルス光又は連続ビームが生成され得る。レーザを用いる安定な動作のためには、偏光レーザ光源を用いることが好適である。レーザを用いる安定な動作のため、また、高品質な平行ビームを達成するためには、単一モードのみ又は主として単一横モードのレーザを用いることが好適である。平行レーザビームは、発散が最小になるように設定されているレーザビームである。実際には、平行ビーム用
の光学系構成は非常に安定である必要があり、真の平行を達成され得ない。しかしながら、本発明の観点においては、走査距離より相当に大きな距離に合焦されたレーザビームは平行であると考えられるビームを与えることが、当分野において知られている。
【００２２】
平行ビームは球状であってもよく、非球状であってもよい。レーザのビーム形状はレーザ共振器に応じて異なる。ダイオードレーザの生産方法は電気的な接合部に存在する共振器を与えるので、共振器は光放出軸に関して対称ではないため、放出されるビームは対称ではなく楕円形である。通常、楕円のアスペクト比は１：２以上である。本発明は球状ビームに限定されず、楕円又は他のビーム形状が用いられ得る。楕円の長軸を流れ方向に整合させると、粒子がビーム内に存在する時間は最大となる。ビームの長軸が空気流を横切るようにすると、単一のステップで解析されるダクトの断面積が最大となる。楕円ビームを球状ビームに変える光学系が用いられ得るが、それらは総レーザ強度を減少させ、本発明に有意な利点を与えない。
【００２３】
他のレーザビーム形状は、レーザの横モードの性質によって定義され得る。単一モードレーザは最小の発散を与えるため、最適な平行ビームを与える。大きなレーザ出力が要求される用途、経済的なレーザが用いられる用途、又はその両方では、マルチモードレーザが用いられ得る。レーザビームは、横モードの制御によって、定義された強度プロファイルを与えるように構成され得る。１つのそのようなモードパターンは、当分野においてシルクハットプロファイルとして知られており、これには、ビーム直径を通じて照射光強度がほぼ一定であり、ビーム内における粒子位置による測定のばらつきが低減されるという利点が存在する。
【００２４】
平行ビームを用いると、ビーム内において高出力密度が生成されるという利点がある。散乱は線形現象であるため、出力密度が大きくなると散乱は大きくなり、信号対雑音が改良される。平行ビームを用いると、用いられる光学系を小さくすることが可能になるため、コストが節約される。幅広の平行ビームを用いると、平行ビームの発散がビーム直径に反比例するため、幅広径ビームの分散がレーザからの距離と共に小さくなり、画像上での照射光のばらつきが低減されるという利点が得られる。
【００２５】
ビームサイズは、より大きなダクトにはより大きなビーム直径、のように、ダクトのサイズに対して最適化されるべきであるため、低発散であることが好適である。
市販のレーザは、出力時、ほぼ平行なビームを与えるレーザ共振器を備えて生産されることが多い。標準市販レーザの通常の直径は０．５〜５ｍｍの範囲である。この範囲におけるビーム直径は、ほとんどのダクトに適合するが、より大きなダクトの場合、ビームサイズを増大するためにビーム拡大器（当分野で公知）が用いられ得る。
【００２６】
ダイオードレーザは平行出力を与えず、単一のレンズを用いて平行楕円ビームを形成し得る。単一のレンズの焦点距離を小さくすると平行ビーム直径が小さくなるため、１つのレンズの代わりに、多くのビーム直径を可能にするレーザダイオードモジュールが用いられ得る。
【００２７】
レーザを含む放射源はパルス化され得るが、そのパルスモードでは、多くの場合、パルス化によって総放出エネルギが一定であるか又は増大されるように、ピークエネルギが増大され得る。
【００２８】
散乱は線形効果であり、検出される照射光量は、粒子が励起された時間の長さではなく、粒子に出力される光量の関数である。カメラの熱雑音は露出時間の関数である。レーザをパルス化することによって、カメラの実際の露出時間を（フィードバックループを用いて）減少させて、粒子の散乱輝度を低下させることなく熱雑音を低減することが可能であ
り、これによって利益が与えられる。
【００２９】
粒子に短時間で出力を供給することによって、粒子は短い飛翔経路を通じてしか照射光を散乱させないため、粒子の画像解像度は高くなって解析が改良され、これによって利益が与えられる。
【００３０】
レーザは、その通過中、粒子に対して充分な照射光を入射して、それを熱雑音から区別する必要がある。パルスレーザを用いると、レーザは１度の露出時間に同じ平均出力のＣＷレーザを用いる通常の場合より多くの光を入射可能であるため、これによって利点が与えられる。
【００３１】
レーザは、それらの内部の特性により自己変調するレーザか、又はレーザポンピング若しくは共振器の品質の制御によって外部的に変調されるレーザが選択され得る（共振器の品質は当業者には知られている技術用語である）。制御装置がレーザ、カメラシャッタ及びレーザ走査手段を制御し得るような、外部的に変調されるレーザを用いることが好適である。
【００３２】
多くのレーザは、時間単位の動作寿命によって規定される。レーザビームの走査中や、システムがデータを取得していないときに使用不能とされる変調レーザを用いることによって、レーザ寿命を延ばすことが可能であり、これによって利点が与えられると言える。
【００３３】
この動作は、インターレース測定によってさらに減少され得る。例えば、画像は、１００の角度の各々における多くの照射で構成し得る。しかしながら、画像を更新するために１００の角度の全てを測定する必要はない。各々の新しい角度が解析される際、その角度における以前の画像部分を置き換え、この新しいデータ及び先の９９の測定結果によって画像が再表示され解析されるように、リップル・インターレース方式が用いられ得る。画像は、塵埃が検出されていない場合、測定体積範囲を覆う少数の角度しか作成されず、システムが粒子状物質を検出した場合のみ、多くの角度に切り替えられる。これによって、更新時間を短くすること、又はシステム／レーザの休止時間が長くすることが可能となる。粒子状物質が検出されない限り、特定の１組の角度が測定され、次いで、システムが、その範囲内において走査の数を増やすように、フィードバックが含められる。
【００３４】
好適な放射源はレーザである。レーザは粒子状物質から高輝度の閃光を生成することや、レーザ装置の動作寿命は比較的長いことが分かっている。適切なレーザ出力は、見込まれる粒子状物質のサイズ及び要求される装置感度に関して決定され得る。可視スペクトルのうちの短い側、例えば５３２ｎｍの可視照射光は、例えば、可視スペクトルの長い側、例えば７８０ｎｍの照射光より湿分の干渉を受けにくいため、好適である。しかしながら、スペクトル全体の照射光が用いられ得る。単一周波数放射源をその周波数専用の検出器と整合させることによって、検出時の信号対雑音比が大きくなるため、本発明の装置の感度は大きくなる。ダクトには、照射光がダクトの反対側から反射されないように、放射源と反対のダクトの側に、照射光、詳細にはレーザからの照射光を吸収するビームダンプが設けられ得る。
【００３５】
レーザ又はレーザに続く光学系は、望ましくない光を除去するフィルタを含み得る。必要以外の照射光は、自然放出によってレーザにより放出されたり、レーザポンプ源からの漏れとして放出されたりし得る。フィルタは光学フィルタを含み得る。フィルタは空間フィルタを含み得る。対象のエリア外からの光を低減するために、１つ以上の検出器にフィルタが装着され得る。熱雑音を発生し得るレーザ周波数未満の周波数におけるＩＲ検出を低減するために、１つ以上の検出器にフィルタが装着され得る。検出器は、照射光源に対して平行又は直交に偏光し得る偏光フィルタを含み得る。検出器は、例えば、固体素子又
はペルチェ冷却素子によって、熱雑音を低減するために冷却され得る。検出器は、望ましくない照射光を最小にするためにフードを含み得る。フードには、望ましくない照射光を最小にするためにバッフルが装着され得る。
【００３６】
検出器の焦点深度は、走査レーザの面内において散乱した照射光が、この面外から生じた照射光よりも優先して検出されるように制御され得る。ピンホール若しくは絞り又は他の手段を用いることによって視野の深さを限定された範囲とするように、検出器の光学系が設けられ得る。
【００３７】
また、非放射源放出照射光の任意の影響を低減するために、帯域通過フィルタが設けられ得る。放射源は平行照射光ビームを供給する。任意の閃光の決定がさらに正確になって信号対雑音比が改良されるため、一般にビーム幅が狭いほど良い。
【００３８】
放射源は、ダクトの断面全体に渡って照射光を段階的に掃引するように構成される。これは例えば、所望のステップ角度でほぼ連続的なステップ状運動により、ステッパモータによって移動又は回転されるレンズ、鏡又はプリズムを用いることによって、掃引され得る。ダクトが大きな断面積を有する場合、ステップの数を増やすことが好ましい。そのような構成では、照射光は、照射光掃引用のプリズム又は鏡に対し配向される。しかしながら、照射光放射源、例えばレーザは、ステッパモータに直接取り付けられることが好ましい。単一の照射光放射源を用いることが好適であるが、特にダクトの断面の幾何学形状が不規則である又はダクト構造が規則的でない場合には、複数が用いられ得る。
【００３９】
例えば、レンズ又はほぼ連続的な機械移動式鏡による放射源からのビームの機械的走査によって、所望の走査角度で段階的にビームが掃引されることが可能である。通常、鏡はサーボ制御の検流計又はステッパモータで制御される。ステッパモータは、装置の機械的な堅牢さが要求される場合、好適である。ステッパモータの他の利点は、放射源ビームの位置に関する情報を用いて、あらゆるスプリアス信号をマスクし得ることである。そのようなシステムの利点によって、（何らかの吸収を除き）ビームの長さ方向に沿った一定の強度が可能となり、高い強度を維持する、即ち、通常の発散以外のビーム分散をほとんどなくするとともに、掃引角度、掃引速度及びステップ速度などの走査パラメータが容易に制御され得る。一般的に、システムのパラメータからビーム位置は認識されるが、ステッパは自由に動作する。しかしながら、ビーム位置はフィードバックが行われて解析され、必要に応じてさらに位置が制御され得る。
【００４０】
掃引期間は、数十掃引／秒〜数掃引／分の速度であってよい。掃引時間が長くなると、各位置における滞留時間が長くなって撮影される画像数が多くなり、感度が向上して、より小さい粒子の検出が可能になるため、小さい粒子状物質跡の非常に高感度な検出が可能となる。
細かい閃光の検出は数秒の期間に渡って積分して、信頼性及び再現性の高い粒子状物質の測定を可能とする。一般的に、掃引速度が速くなると、破壊的な排除システム故障の場合、迅速な矯正処置が可能となる。通常の掃引回数は毎分１〜２０回の範囲であり、この場合、放射源は掃引当り１〜１００の間の出力を供給するが、そのようなパラメータは放射源及び検出器の感度並びに見込まれる粒子状物質に応じて異なる。
【００４１】
閃光は、検出器の単一出力からの光強度の検出ピークとして出現する。しかしながら、好適には、各ステップにおいて検出器から複数の出力がある場合、検出器からの出力は異なる粒子状物質粒子からの個々のピークの平均である。平均は、各ステップにおいて検出器からの閃光によって生成される総出力を減らすため、装置内の雑音は検出した閃光を実質的に遮蔽する傾向を示し得ると思われる。したがって、検出閃光を平均化する際、背景雑音の影響を低減することが望ましい。１つ以上のしきい値手段を用いて、雑音が低減さ
れ得る。雑音は、システムの任意の部分による場合があり、以下に限定されるものではないが、検出器システム内の熱雑音、検出器増幅器又は他の読み出し手段内の熱雑音、ダクト内の熱の画像化によって示される熱雑音、ダクト内の物から反射された光、光が塵埃粒子によって散乱されダクト又はその中の物から反射される場合の二次散乱を含む。
【００４２】
しきい値を設定する方法には、複数ある。
しきい値は、照射エリア内における、そのステップ角度の全照射エリア内における、又はその画像内における全画素のエリア内における、全画素の平均値であってよい。
【００４３】
画像／照射／走査エリアに対するしきい値定義を用いると、塵埃又はダクト内の部分からの反射により、画像エリアが明るくなる。
しきい値は、照射エリアに適用される線形又は非線形の関数によって定義され得る。
【００４４】
しきい値は、以前に記録された画像から定義され得る。画像は、塵埃が存在しないときに記録された画像であってよい。画像は、粒子状物質の影響が平均化されるように、粒子状物質が存在したときの有意な時間の積分であってよい。多くの照射の加算、又は単一若しくは少数の長い照射を用いることによって、長い積分時間が生成され得る。しきい値は、しきい値が安定でありながらも絶えず更新されるように、その走査角度の所定数の先行画像を平均化することによって、定義され得る。
【００４５】
しきい値は、比較を用いることによって粒子状物質の存在の決定する際に用いられ得る。この場合、しきい値からの画像における任意の有意な変化によって、粒子状物質の充填の変化が示される。
【００４６】
しきい値を低減するさらなる方法は、レーザビームが画像内のどこにあるのかを考慮することによる。空間しきい値は、レーザビームの範囲内にある点だけが信号として定義され、この領域の外側にある点が雑音と見なされるように適用され得る。空間しきい値を用いて等級しきい値が生成され得る。レーザビームの範囲外のエリアが解析され、画素値のうちの１つ以上のパラメータが定義され得る。これは、ピーク値、平均値、中央値、又は他の何らかの数学的に定義された値であってよい。
【００４７】
画像の全画素は、このしきい値未満の値を有する場合、ゼロと定義され得る。また、レーザビーム外の画素もゼロと定義され得る。したがって、この場合、しきい値は積が０又は１であるか否かを定義する論理演算子として作用する。
【００４８】
しきい値は、時間情報を含み得る。例えば、解析には、順次行われる一連の照射を通じて１つ以上の画素のばらつきの考慮が含まれ得る。ここで、画素が多数の照射において有意な値を有する場合、それは雑音のためであると見なされるが、画素が１つの又は少数の照射においてのみ有意な値を有する場合、それは粒子状物質による信号と見なされる。
【００４９】
解析には、１つ以上のしきい値の減算が伴われ得る。解析は、複数のしきい値の解析を含み得る。例えば、解析は、装置据付時に定義された従来のしきい値と、その走査角度の先行する１００の照射によって定義されたしきい値とを考慮してもよい。このように、先行する測定からのシステムの変化と同様に、据付又は較正からのシステムの変化が解析され得る。
【００５０】
解析は第２のしきい値を含んでもよく、この場合、さらに雑音を低減するため又は解析を簡単にするために、照射に続き特定のステップ角度における照射が加算される。
検出器は、粒子状物質からの照射光の閃光を検出することの可能な任意の適切な検出器であってよい。適切な検出器システムは、例えば、カメラ、フォトトランジスタ及びピン
ダイオードを含む。適切なカメラは、画素数の関数である適切な感度・空間解像度を有する。検出器は、例えば、フィルタによって照射光の狭い波長の外ではカメラの感度が低くなるように、光学フィルタ又はフィルタを装着されてよい。好適には、単一の検出器又はフォトトランジスタシステムが提供されるが、複数の検出器システムも除外されない。１つのステップ位置から次のステップ位置への放射源の移動中、検出器システムからの出力は無視される。そのような無視は検出に有意な影響を及ぼさない。
【００５１】
放射源及び検出器の相対的な配置は最適化されてよいが、これは用いられる検出器の種類に依存する。例えば、放射源の方向の線からカメラの視野を離れさせて、照射面の二次元像を得ることが好適である。しかしながら、検出器が放射源に隣接して配置され、ビームがダクトを横切って送られる場合、検出される閃光は反射されて戻ってくる（後方散乱）。しかしながら、粒子状物質に関する位置情報は二次元では決定されないことがある。放射源がダクト外に配置された場合、上述のマップは、歪んだ又は変形したダクトの二次元像、いわゆる、斜視変形を表す。実際の排除システムから変形斜視図に座標をマッピングするために、公知のアルゴリズムが用いられ得る（例えば、ウォルバーグ（Ｗｏｌｂｅｒｇ）、「デジタル画像変形１９９０（Ｄｉｇｉｔａｌ  ｉｍａｇｅ  ｗａｒｐｉｎｇ  １９９０）」、ＩＥＥＥコンピュータ学会誌（ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｐｒｅｓｓ）、１９９０年；シルビア．Ｃ．ウォン（Ｓｙｌｖｉａ．Ｃ．Ｗｏｎｇ）ら、「ロボット適用タスクのための性能メトリック（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｍｅｔｒｉｃｓ  ｆｏｒ  Ｒｏｂｏｔ  Ｃｏｖｅｒａｇｅ  Ｔａｓｋｓ）」、ロボット工学と自動化に関するオーストラレーシア会議録２００２（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ２００２  Ａｕｓｔｒａｌａｓｉａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ａｎｄ  ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）、オークランド（Ａｕｃｋｌａｎｄ）、２００２年１１月２７日〜２９日、ｐ．７〜１２）。
【００５２】
検出器は、ビームがダクトの断面を掃引される際、ビームに合焦した状態を維持する。このようにして、検出器は平行ビームの各ステップ位置から生じる閃光を検出する。したがって、ビームがダクトを掃引するにつれて、各位置からの閃光が検出される。そのように検出された閃光に関する情報から、ダクトを横切って検出された任意の粒子状物質の二次元マップが記録計上に生成される。次いで、このマップは、排除システムのいずれの部分が粒子状物質の通過の防止に失敗しているかを示す。
【００５３】
粒子状物質の決定には、最終画像の面積の加算や、最後の画像内の面積又は体積の加算が含まれてよい。この決定にはピーク数の計数値が含まれてよい。この解析には、ピークの一部のパラメータ分布の生成が含まれてよい。このパラメータは、大きさ、面積又は体積であってよい。この解析には分布形状の解析が含まれてよい。
【００５４】
この決定には、１つ以上の定義済みパラメータに対する特定の大きさの変化が起こったとき、システムの実質的な変化によりトリガがかけられるように、さらなるしきい値が含まれてよい。
【００５５】
ダクトの端から走査レーザを用いる方法では、完全な平行ビームの場合、走査内でレーザによって出力される総エネルギ密度は、レーザ位置からの距離の２乗に従って減少すると規定されている。平行ビームを用いると、全ての粒子状物質は同じ入射束を有するが、測定される粒子状物質がより多いような、レーザにより近い異なるステップ角度では、ビームの重なり合いはより大きい。好適には、決定する工程には、エリアに出力されたエネルギ密度によって画像又は画像の結果を正規化する工程が含まれる。
【００５６】
ダクトの端から走査レーザを画像化する方法によって、画像に歪みが生じる。好適には、決定する工程には、画像からの歪みの除去又は低減が含まれる。
好適には、本発明の方法には、画像システムの利得の解析を可能にするために、１つ以上の較正目標を設定する工程と、システムの利得によって照射を正規化する第２の正規化工程と、が含まれる。好適には、この正規化は画像全体に対してではなく、各走査角度に対して行われる。最も好適には、この正規化は全ての照射の総和に対してではなく各照射に対して行われる。
【００５７】
本発明では、画像システムの利得は総利得と定義され、レーザ変動や、窓の汚れ及び検出器感度のばらつき、並びに測定信号の大きさに影響を及ぼす他の任意の変化が考慮される。
【００５８】
したがって、本発明のさらなる態様では、ダクト内における気体中の粒子状物質の存在を検出するための方法が提供される。この方法は、次の工程からなる。
（ｉ）ダクトの断面のほぼ全体において１つ以上の照射光放射源からの照射光ビームでダクトを掃引する工程、
（ｉｉ）ビーム内における粒子状物質から照射光の任意の閃光を検出するための１つ以上の検出器であって、ダクトの外部でダクトの掃引領域を投影する領域の外側に搭載された検出器を用いる工程、及び、
（ｉｉｉ）粒子状物質から照射光の任意の閃光を検出することによって、提示された任意の粒子状物質のダクト内における存在を決定する工程。
【００５９】
好適には、この方法は、さらに次の工程を含む。
（ｉ）しきい値レベルを設定する工程、
（ｉｉ）ビームの各ステップにおける検出器からの検出された閃光のレベルを加算する工程、
（ｉｉｉ）検出された閃光を記録する工程、及び、
（ｉｖ）提示された任意の粒子状物質のダクトにおける存在、量及び位置を決定する工程。
【００６０】
本発明の装置及び方法は、様々な環境において、例えば、異なる寸法のダクトにおいて、様々な粒子サイズの粒子状物質を検出するために、また、ダクトにおいて、ある範囲の流速を有する気体に対して、用いられ得ることが認識される。本発明に関連するパラメータは、各環境において最適化される。一般的に、本発明では、粒子状物質において粒子を検出することの可能な照射時間は、その検出の機会を改良するように最大化される。複数の一般原則が規定され得る。例えば、
・照射時間は放射源ビームを横切る粒子の通過時間のオーダである。
・照射時間は雑音から信号を区別する必要がある。
・検出器出力は、好適には、しきい値を調整することによって、雑音を除去するように調整される。
・閃光を検出する可能性は放射源出力を増加させることによって増大されるが、関連する雑音生成は最小限に抑えられる。
【００６１】
記録計は、ダクトを通過する粒子状物質に関する情報を提供可能な任意の機器であってよい。記録計は、例えば、ダクトの断面におけるステップ掃引の平面位置表示を行うのに充分なほど長い残光性を有する任意の視覚表示ユニットであってよい。別の種類の記録計では、検出器システムはダクトの断面のＸ−Ｙマトリクスを提供するが、このマトリクスは、好適には、その変形斜視図からダクトの座標に修正される。さらに別の種類の記録計では、粒子状物質の濃度の許容可能限界が設定され得る。この限界を超えることは、粒子状物質の許容不能な濃度、例えば、排除システムの故障を示す。この故障は、例えば、１つ以上の排除システム要素の性能不良ためであり得る。次いで、その故障の位置が、例えば、工場制御盤上のＬＥＤ又はＬＣＤ表示装置に表示されるか、警報発生器、例えば、警
笛が伴われるか、又はその両方で実行される。本発明のさらに別の実施形態では、記録計は、故障を考慮して性能を修正するように、管理システム、例えば、エンジン管理システムを作動させるフィードバックループであってよい。
【００６２】
さらに、本発明の好適な実施形態の装置及び方法を用いると、粒子状物質が、例えばレーザ光を通過する際、反射して戻る光のわずかなひらめき即ち、閃光が、検出器システムによって検出される。閃光の強度は、粒子サイズ及び屈折率の差異（また、光学系上の何らかの汚れ）のため、塵埃粒子毎に異なるが、閃光の速度及び持続時間を用いて、粒子状物質の流量及び粒子状物質の内容が決定され得る。したがって、閃光の速度及び持続時間が記録され、閃光として発せられた光の強度は粒子状物質強度の表示となり得る。次いで、粒子状物質は実際に排除システムのいずこを通過しているのかを決定することに加え、ダクトにおける粒子状物質の量の表示を与えるために、閃光の速度及び持続時間が、例えば、加算によって記録され得る。
【００６３】
本発明の装置の設定及び使用と、本発明の方法の実行とにおいては、適切にはコンピュータ上に、ダクトのＸ−Ｙ断面のマトリクスを提供し、ダクトの掃引中、照射光の位置に関して記録された閃光画像を検出器からそのマトリクスへ供給することが便利である。このように、排除システムのマップと、その粒子状物質の通過を防止する際の有効性とが得られる。装置の設定し粒子状物質の存在を検出する方法を用いる際、動作時には、結果との比較のために、ベースラインの条件が得られるように、既知の粒子状物質が存在しない状態で、その装置及びダクトが最初に用いられることが好適である。
【００６４】
本発明は、ダクトシステムにおける本装置の組み込み及び本方法の使用に及ぶ。
図１には、本発明による装置が装着されたダクト（１）の平面図を示す。排除システム（２）は、ダクトの断面全体を通じてハニカム状に配置された一群のフィルタを備える。約２ｍｍ×４ｍｍのアスペクト比を有する平行楕円ビームである２０ｍＷの連続波ビームを有するレーザ（３）は、波長６６０ｎｍ（赤）の照射光を供給し、そのビーム（４）は、排除システムの下流側を横切りダクトの断面全体を通じて配向される。ビームは、ステッパモータからのギアボックスのシャフト上に配置されたレーザを備えるステッパ（５）によって、ダクトのフィルタに平行な場所を横切って掃引される。ステッパモータのステップ角度は１．８°（半ステップモードでは０．９°）、ステップ角度精度は５％、電圧は５Ｖ、公称電流は０．５Ａ／相である。ギアボックスはダクトの断面のほぼ全体を走査する（比１００：１）。この走査構成は堅牢であり、振動耐性を有し、広い温度範囲を通じ、繰り返し可能な位置情報を有する走査速度の範囲を通じて走査可能であることが分かっている。
【００６５】
ダクト（１）は、好適には、発電タービンダクトである。
ダクトの掃引エリアを投影する領域は掃引エリアから垂直に延在しているため、この実施形態では、ダクトのほぼ全体積を含む。
【００６６】
図２には、この走査構成をさらに詳細に示す。
ダクト内の任意の粒子状物質からの閃光は、Ｃ／ＣＳ搭載ＣＣＤカメラ（６）（タイプ１００４ＸＡ、ＲＦコンセプト社（ＲＦ  Ｃｏｎｃｅｐｔｓ  Ｌｉｍｉｔｅｄ）、ＢＴ１６  １ＱＴ、北アイルランド、ベルファスト）によって検出される。このカメラ（６）は、視野が１：１．２で、その視野中心がダクトを横切って約４５度の角度にある１２ｍｍコンパータレンズ（Ｃｏｍｐａｔａｒ  ｌｅｎｓ）を備える。視角（１０）は、ビーム掃引面（４）に垂直な方向から有意に離れている。５平方メートルのダクトの場合、カメラは排除システムの上端の面から約３メートルにある。次いで、カメラはダクトの側面へずらされる。放射源及びカメラの両方は、ダクトの壁の外に配置される。カメラは、排除システムの下流にあるレーザの下流に配置される。検出器の方向はビーム掃引面に対して垂
直ではない。
【００６７】
代替の一実施形態では、カメラはレーザの上流に配置され、下流を向く。この構成は、気体中の任意の粒子状物質がカメラを汚す可能性が小さいため好適であり、反射を低減するため、排除システムからの光の散乱による雑音を低減し得る。しかしながら、この構成は、層流の減少、粒子状物質の拡散、又はその両方により、装置の空間解像度を低下させる。
【００６８】
ダクト断面を掃引する際の放射源ビームの各ステップに対し、閃光の画像が得られる。この画像は、照射光ビームの位置に対してのみ固有である。次いで、各ステップに対して、検出器カメラからの出力が記録計（７）へ供給される。記録計（７）は、放射源からの照射光ビームの位置に対するその時間に基づき、検出器カメラからの出力と同期されているため、そのビームに沿った任意の粒子状物質からの閃光の強度値が得られる。このプロセスは、放射源ビームがダクトを横切って掃引される際の各ステップに対して繰り返される。
【００６９】
本発明の装置及び方法を用いる前に、ダクトを横切るＸ−Ｙ座標に関してダクトの幾何学形状を定義することが便利である。したがって、ダクト中の粒子状物質の画像又はマップを形成するように、閃光強度の配列をダクトの断面のＸ−Ｙ座標と互いに関係付けることが可能である。この情報によって、排除システムにおける個々のフィルタの性能を監視することが可能であり、いずれかのフィルタの性能における何らかの劣化を検出することが可能である。
【００７０】
この装置及び方法を用いるために、最初に装置を設定して作動させ、放射源、検出器及び同期装置が協調して機能していることを保証することが望ましい。次いで、粒子状物質を導入することなく、ダクトへの空気流が開始され得る。通常、装置がダクト上の残留粒子状物質を静置させ、任意の通過性の影響を減少させることを可能とするために、空気流が数分間、継続される。次いで、この方法では、各ステップにおいて１０秒間を通じて開始し、各ステップにおいて１００の画像を検出し、５０の放射源ステップの各々から統合画像を生成した。
【００７１】
図３には、下述の処理へ続く、記録計からの代表的な平面位置表示を示す。
図４には、１００照射に渡る単一のレーザビームによる粒子状物質からの散乱を示す。ハニカムの背景は、フィルタ群の要素における保護格子である。２つの不鮮明な線は、フィルタのメッシュ面上の接着エリアである。
【００７２】
検出された画像は、レーザビームの内外の両方に複数の閃光を含む場合があることが理解される。また、しきい値は、ビーム外で発生する閃光を低減するように手動で設定され、雑音をさらに低減するように画像全体に適用される。したがって、そのしきい値レベル未満の閃光は全て無視される。図５には、背景雑音がしきい値制御された単一の照射を示す。しきい値制御は、単一のステッパ位置における１００の照射を平均化して雑音を決定することによって実行され、この雑音が単一の照射から減算されて図５が生成する。
【００７３】
次いで、雑音をさらに低減し、各画素と３画素の半値幅のガウス分布との相互相関によってバイアスを低減する。相関は数値的に複雑な解析であり、時間を要するが、ガウス分布は軸に関して対称であるため、相関は畳み込みによって実施され得る。二次元における畳み込みはそれ自体些細なものではないが、この解析は分離可能であり、処理は各次元における畳み込みの連続として実行され得る。
【００７４】
次いで、この画像はプロセッサ８によって、閃光中心の数及び大きさについてピーク検
出アルゴリズムを用いて解析される。このアルゴリズムは寸法５×５画素のスライドマスクを用いる。このマスクは画像中の全ての画素に適用され、マスクの中心がマスクの最大である場合、この画素はピークとして定義され、そのＸ−Ｙ位置が記録される。Ｘ−Ｙ位置がレーザビームの範囲外にある場合、この中心は雑音として無視される。次いで、この方法によって各散乱中心をＸ−Ｙ位置及び大きさによって定義することが可能となり、データを大幅に低減される。
【００７５】
図６には、１０×１０マトリクスに分割された排除システムの図を検出器から見た変形斜視図として示す。この図は、上述のウォルバーグの方法を用いて、画像調整装置（９）によって粒子状物質システムの実際の幾何学形状へ変換される。また、そのような方法は、レーザ位置を歪曲画像にマッピングするために用いられる。升目４０〜４９及び升目５０〜５９に示した線は、レーザからの２つのビームの位置を示す。
【００７６】
１０×１０アレイに分割された正方形断面を有するダクトの通常のマップを、図７に示す。図７では、各升目は０〜９９までの番号が付けられている。このアレイは、検出器の出力に基づきダクトの変形斜視図から修正されたダクトを横切るＸ−Ｙマップを表す。図７のマップには、ダクト中に粒子状物質を故意に導入しなかったときの走査を示す。アレイの各升目の中心にある数値はダクト中の任意の粒子状物質の相対的な密度を表しており、粒子状物質がないことを示す０から、粒子状物質の濃度が大きいことを示す９までの尺度が用いられる。ダクトの部分を通じて、粒子状物質が低濃度でしか存在しないことが分かる。このマップはベースラインとして用いられる。
【００７７】
図８には、ダクト中への粒子状物質の連続的な注入が行われたときの走査の、図７のマップと同様のマップを示す。マップ上の数値によって示されるように、粒子状物質は狭い流れに追従するのではなく、ダクト断面の大部分を通じて分散される傾向を示した。
【００７８】
図９には、手動注入式粒子状物質源を用いてダクトを横切って排除システムの特定部分に粒子状物質が注入されたときの走査の、図７のマップと同様のマップを示す。升目２４，３４に高濃度の粒子状物質が存在することが分かる。このことは、本発明の装置及び方法によって排除システムの出力の特定の点において粒子状物質の検出が可能であることを示す。図８，９の両マップでは、図７に示したベースライン条件が考慮されている。
【００７９】
図７〜９によって表されるマップでは、ダクト中の様々な升目における粒子状物質の相対濃度が数値によって示されているが、これらのマップは、数値ではなく異なる色及び陰影によって粒子状物質密度を示すマップと置き換えられてもよい。例えば、無色（白）は粒子状物質が存在しないことを示し、明るい青色はわずかな濃度の粒子状物質を示し、さらに、緑、黄、橙、赤と続き、最後の赤が高濃度の粒子状物質を示す。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明による検出装置を組み込むダクトの概略平面図。
【図２】図１の詳細な斜視図。
【図３】代表的な平面位置インジケータの図。
【図４】粒子状物質からの散乱の図。
【図５】何らかの画像処理後の図４の画像の図。
【図６】１０×１０マトリクスに分割された排除システムの図。
【図７】図６の配列のマップ。
【図８】粒子状物質の流れが存在する状態の図７に対応する図。
【図９】粒子状物質の流れが存在する状態の図７に対応する図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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