(57)【要約】本開示は、複数のノードに接続された複数の抵抗素子と、複数のモードを指定して各抵抗素子の電気的特性を測定するようにされた制御システムとを含む検知システム及び方法に関する。複数のモードの各モードは、複数のノードのそれぞれに適用されるパワー、リターン、または開路状態の異なる組み合わせを示しており、制御システムは、モードのそれぞれに対して、当該システムによって消費された総電力と抵抗素子のそれぞれによって消費された電力とを、測定された電気的特性に基づいて計算して、物理パラメータを求める。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知システムであって、
複数のノードに接続された複数の抵抗素子と、
複数のモードを指定して各抵抗素子の電気的特性を測定するようにされた制御システムと、を備え、
前記複数のモードの各モードが前記複数のノードのそれぞれに適用されるパワー、リターン、または開路状態の異なる組み合わせを示しており、前記制御システムが、前記モードのそれぞれに対して、当該システムによって消費された総電力と前記抵抗素子のそれぞれによって消費された電力とを、前記測定された電気的特性に基づいて計算して、物理パラメータを求めるようにされた、検知システム。
【請求項２】
前記制御システムが、前記抵抗素子の抵抗を、前記消費された総電力、前記抵抗素子のそれぞれによって消費された前記電力、及び予め保存されたアルゴリズムに基づいて計算するようにされ、好ましくは、前記抵抗がムーア・ペンローズの疑似逆行列を用いて求められる、請求項１に記載の検知システム。
【請求項３】
前記制御システムが、当該検知システムの前記物理パラメータとして、温度、ひずみ、光強度、またはガス濃度のうちの少なくとも１つを前記計算された抵抗に基づいて求めるようにされ、好ましくは前記計算された抵抗と一つ以上の抵抗値を一つ以上の前記物理パラメータの値に関連付ける所定の相関情報とに基づいて求めるようにされた、請求項２に記載の検知システム。
【請求項４】
前記制御システムが、開路状態又は短絡状態の検査をすること、勾配や変化率のような微分センサ情報を演算すること、当該検知システムの温度範囲を超えたことを判定すること、及び当該システムによって消費された前記総電力と前記抵抗素子のそれぞれによって消費された前記電力とに基づいて前記複数の抵抗素子の総コンダクタンスを計算すること、のうちの少なくとも一つ以上を実行するようにされた、請求項１に記載の検知システム。
【請求項５】
前記複数のモードの数が、前記抵抗素子の数よりも多いか又は前記抵抗素子の数に等しい、請求項１に記載の検知システム。
【請求項６】
前記抵抗素子のそれぞれが前記複数のノードのうちの一対のノードの間に接続されている、請求項１に記載の検知システム。
【請求項７】
前記抵抗素子が温度依存性の電気抵抗を有する導電性材料からなる、請求項１に記載の検知システム。
【請求項８】
各モードが一組の互いに線形独立である電圧を有する、請求項１に記載の検知システム。
【請求項９】
前記制御システムが、前記電気的特性又は前記物理パラメータのうちの少なくとも１つをネットワーク制御装置を経由して外部装置に送信するようにされた、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１０】
複数のノードに接続された複数の抵抗素子を有する検知システムの温度を測定する方法であって、
複数のモードを指定して各抵抗素子の電気的特性を測定するステップであって、前記複数のモードの各モードが前記複数のノードのそれぞれに適用されるパワー、リターン、または開路状態の異なる組み合わせを示している、ステップと、
前記モードのそれぞれに対して、前記検知システムによって消費された総電力と前記抵抗素子のそれぞれによって消費された電力とを、前記測定された電気的特性に基づいて計算して、前記検知システムの物理パラメータを求めるステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記抵抗素子の抵抗を、前記検知システムによって消費された前記総電力と前記抵抗素子のそれぞれによって消費された前記電力とに基づいて、好ましくはムーア・ペンローズの疑似逆行列を使用して、計算するステップと、
前記物理パラメータを、前記抵抗素子の前記抵抗と一つ以上の抵抗値を一つ以上の前記物理パラメータの値に関連付ける所定の相関情報とに基づいて求めるステップと、
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の熱素子の総コンダクタンスを、前記検知システムによって消費された前記総電力と前記抵抗素子のそれぞれによって消費された前記電力とに基づいて計算するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記検知システムの温度範囲を超えたことを判定するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
開路状態又は短絡状態を検査するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
勾配や変化率のような微分センサ情報を演算するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は概して検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ここでの記載は、単に本開示に関する背景情報を提供するものであり、従来技術を構成するものではない。
【０００３】
熱電対やひずみゲージのような、抵抗の変化に基づいて物理パラメータを測定する従来のセンサが、多くのシステムにおいて使用されている。例えば、ペデスタルヒータのような熱システムは、熱電対を使用してヒーター表面の温度を監視する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、そのようなセンサには、典型的には、完全に分離した配線（例えば、電源のための１つとリターンのための１つ）又は各センサのための独立した電源配線と全てのセンサで共有する１つの共通配線が必要となる。そのため、これらのセンサには、熱システムのようなスペースやアクセスが限られたシステム内にまとめるのに苦労するようなかなりの数の配線が必要となる。本開示ではこのような問題や他の問題に取り組む。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ここの項目は、本開示の全体的な要約であり、全範囲の又は全ての特徴の包括的な開示ではない。
一形態においては、本願は検知システムを提供する。検知システムは、複数のノードに接続された複数の抵抗素子と、複数のモードを指定して各抵抗素子の電気的特性を測定するようにされた制御システムと、を備える。複数のモードの各モードが複数のノードのそれぞれに適用されるパワー、リターン、または開路状態の異なる組み合わせを示す。制御システムは、モードのそれぞれに対して、システムによって消費された総電力と抵抗素子のそれぞれによって消費された電力を測定された電気的特性とに基づいて計算して、物理パラメータを求めるようにされている。
【０００６】
一形態においては、制御システムは、抵抗素子の抵抗を、消費された総電力、抵抗素子のそれぞれによって消費された電力、及び予め保存されたアルゴリズムに基づいて計算するようにされている。
【０００７】
他の形態においては、検知システムの物理パラメータとして、温度、ひずみ、光強度、またはガス濃度のうちの少なくとも１つを計算された抵抗に基づいて求めるようにされている。
【０００８】
さらに別の形態においては、制御システムは、物理パラメータを、抵抗素子の抵抗と一つ以上の抵抗値を一つ以上の物理パラメータの値に関連付ける所定の相関情報とに基づいて求める。
【０００９】
一形態においては、制御システムはムーア・ペンローズの疑似逆行列を使用して抵抗素子の抵抗を求める。
【００１０】
他の形態においては、制御システムは、開路状態又は短絡状態を検査するようにされている。
【００１１】
さらに別の形態においては、制御システムは、勾配や変化率のような微分センサ情報を演算するようにされている。
【００１２】
さらに別の形態においては、制御システムは、検知システムの温度範囲を超えたこと判定するようにされている。
【００１３】
他の形態においては、電気的特性には電圧と電流が含まれる。
【００１４】
さらに別の形態においては、制御システムは、検知システムによって消費された総電力と抵抗素子のそれぞれによって消費された電力とに基づいて、複数の抵抗素子の総コンダクタンスを計算するようにされている。
【００１５】
他の形態においては、複数のモードの数が抵抗素子の数よりも多いか又は抵抗素子の数に等しい。
【００１６】
さらに別の形態においては、抵抗素子のそれぞれが複数のノードのうちの一対のノードの間に接続されている。
【００１７】
他の形態においては、抵抗素子が温度依存性の電気抵抗を有する導電性材料からなる。
【００１８】
一形態においては、各モードが一組の互いに線形独立である電圧を有する。
【００１９】
他の形態においては、電気的特性又は物理パラメータのうちの少なくとも１つをネットワーク制御装置を経由して外部装置に送信するようにされている。
【００２０】
一形態においては、複数のノードに接続された複数の抵抗素子を有する検知システムの温度を測定する方法を提供する。該方法は、複数のモードを指定して各抵抗素子の電気的特性を測定することを含む。複数のモードの各モードは、複数のノードのそれぞれに適用されるパワー、リターン、または開路状態の異なる組み合わせを示している。該方法は、モードのそれぞれに対して、検知システムによって消費された総電力および抵抗素子のそれぞれによって消費された電力を測定された電気的特性に基づいて計算して、検知システムの物理パラメータを求める。
【００２１】
他の形態においては、該方法は、抵抗素子の抵抗を、検知システムによって消費された総電力と抵抗素子のそれぞれによって消費された電力とに基づいて計算する。該方法は、物理パラメータを、抵抗素子の抵抗と、一つ以上の抵抗値を一つ以上の物理パラメータの値に関連付ける所定の相関情報とに基づいて求める。
【００２２】
さらに別の形態においては、抵抗素子の抵抗がムーア・ペンローズの疑似逆行列を使用して計算される。
【００２３】
他の形態においては、物理パラメータは温度、ひずみ、光強度、又はガス濃度のうちの少なくとも１つである。
【００２４】
一形態においては、電気的特性には電圧と電流が含まれる。
【００２５】
他の形態においては、該方法は、複数の熱素子の総コンダクタンスを、検知システムによって消費された総電力と抵抗素子のそれぞれによって消費された電力とに基づいて計算することを含む。
【００２６】
他の形態においては、抵抗素子のそれぞれが前記複数のノードのうちの一対のノードの間に接続されている。
【００２７】
さらに別の形態においては、該方法は検知システムの温度範囲を超えたことを判定することを含む。
【００２８】
他の形態においては、該方法は開路状態又は短絡状態の検査をすることを含む。
【００２９】
一形態においては、該方法は勾配や変化率のような微分センサ情報を演算する。
【００３０】
他の形態においては、各モードが一組の互いに線形独立である電圧を有する。
【００３１】
本願のさらなる目的、特徴、及び利点は、本願の一部を構成する図面及び特許請求の範囲を参照してここに続く記載を見れば、当業者にはすぐに明らかになるであろう。
【００３２】
本開示がよく理解されるようにする目的で、その様々な形態を添付の図面を参照し例示によってここに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本開示の教示に係る検知システムのブロック図である。
【００３４】
【図２】図２は、本開示の原理に従って構成された経路層、ベースヒーター層、及びセンサアレイを備えるヒーターの部分側面図である。
【００３５】
【図３】図３は、本開示の原理に係る検知システムの概略図である。
【００３６】
【図４】図４は、本開示の原理に係る制御システムのブロック図である。
【００３７】
【図５】図５は、図３の複数並列センサアレイのネットワーク図である。
【００３８】
【図６】図６は、本開示の原理に係る三線式複数並列センサアレイの例示的な概略図である。
【００３９】
【図７】図７は、本開示の原理に係る複数並列センサアレイの総電力を計算する方法を示すフローチャートである。
【００４０】
【図８Ａ】図８Ａは、本開示の原理に係る、さまざまな検知モードを有する図６の三線式複数並列熱アレイの計算を例示する概略図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本開示の原理に係る、さまざまな検知モードを有する図６の三線式複数並列熱アレイの計算を例示する概略図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本開示の原理に係る、さまざまな検知モードを有する図６の三線式複数並列熱アレイの計算を例示する概略図である。
【００４１】
ここに記載された図面は、単に説明を目的とするものであり、本開示の範囲を限定することは全く意図されていない。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下の記載は、単なる例示にすぎず、本開示、その用途、又は使用を限定することは意図されていない。
【００４３】
図１を参照して、センサアレイシステム１００は、検知システムとも参照されるが、物理パラメータの変化にともなって抵抗値が変わる素子の抵抗に基づいて、その物理パラメータを測定する。一形態においては、検知システム１００は、制御システム１０２と、複数の抵抗素子（図示しない）を有する複数並列センサアレイ１０４（例えば、センサアレイ）とを備える。後述するように、制御システム１０２は、電源１０６からセンサアレイ１０４に電力が供給される一つ以上の検知モードに従って、センサアレイ１０４を操作する。制御システム１０２は、センサアレイ１０４の抵抗に基づいて物理パラメータの値を求めるようにされている。より詳細には、制御システム１０２は、測定された電気的特性とセンサアレイ１０４によって消費された総電力とに基づいて、センサアレイ１０４の抵抗素子の抵抗を計算する。計算された抵抗を使用して、制御システム１０２は物理パラメータの値を求める。
【００４４】
検知システム１００は、温度、物理的変形（例えば、ひずみ）、光強度、又はガス濃度のような物理パラメータを測定するために、様々なシステムに適用可能である。一実施形態では、本開示の検知システムは、半導体加工のために使用されるヒーターの表面の温度プロファイルを測定するために使用される。そのようなヒーターシステムは２０１２年８月３０日に出願された本願と同一の出願人による米国特許出願第１３/５９８、９９５号に記載されており、その開示をここに参考文献としてその全体を援用する。
【００４５】
例示として、図２には、半導体処理装置のためのヒーター２００が示されている。ヒーター２００はベースヒーター層２０４の上に配置されたセンサアレイ２０２を含み、ベースヒーター層２０４とセンサアレイ２０２との間には経路層２０６が配置されている。センサアレイ２０２は複数の抵抗素子２０８を含み、ベースヒーター層２０４は熱を発生するように動作可能な一つ以上のヒーター回路２１０を含む。経路層２０６は、ベースヒーター層２０４からセンサアレイ２０２に延びる電力線を所定経路で通すようにされている。例えば、ベースヒーター層２０４はベースヒーター層２０４を通って延びる一つ以上の開口部（図示しない）を画定しており、経路層２０６は開口部に連通した空洞（図示しない）を画定している。電力線は、ベースヒーター層２０４の開口部を通って経路層２０６の内部空洞に通される。内部空洞から、電力線はセンサアレイ２０２に接続される。一形態においては、センサアレイ２０２は、本開示の教示を利用して、ヒーター２００の温度を監視するために使用される。
【００４６】
本開示の検知システムは、他のシステムとともに使用することができ、半導体加工、例えば機械システム、のためのヒーターに限定されない。また、センサアレイは、他の物理パラメータを測定するために使用することができ、温度に限定されない。例えば、ひずみゲージのアレイは、橋、建物、及び他の機械システムの構造要素に接続してひずみ測定を行うことができ、これにより測定を行うために必要とされる配線の量を低減することができる。
【００４７】
検知システムのセンサアレイは、複数の電源ノードに接続された複数の抵抗素子を含む。各ノードは、電力を受けるための電力線又はリターンに接続されるか、もしくはオープン状態に置かれる。例えば、図３を参照して、センサアレイ３００は６つの抵抗素子３１０１から３１０６を有する。これら抵抗素子は集合的に抵抗素子３１０と称する。また、センサアレイ３００は４つの電源ノード３２０１から３２０４を有する。これら電源ノードは集合的に電源ノード３２０と称する。抵抗素子３１０は、電源ノード３２０の対の間に複数並列形態で配列されている。そのため、各電源ノード３２０は他の各電源ノード３２０との間に接続された一つの抵抗素子３１０を有していて、各抵抗素子３１０は複数の電源ノード３２０のうちの一対の電源ノードの間に接続されている。
【００４８】
したがって、抵抗素子３１０１は電源ノード３２０１と３２０２との間に接続され、抵抗素子３１０２は電源ノード３２０１と３２０３との間に接続され、抵抗素子３１０３は電源ノード３２０１と３２０４との間に接続され、抵抗素子３１０４は電源ノード３２０２と３２０３との間に接続され、抵抗素子３１０５は電源ノード３２０２と３２０４との間に接続され、そして抵抗素子３１０６は電源ノード３２０３と３２０４との間に接続されている。図３には６つの抵抗素子と４つの電源ノードを有するセンサアレイが示されているが、センサアレイは２つ以上の抵抗素子と２つ以上の電源ノードを有する他の適した形態で構成されていてもよい。
【００４９】
上述の通り、抵抗素子３１０は、その抵抗が物理特性に依存するセンサ又はデバイスである。例えば、抵抗素子３１０は、特に、測温抵抗体（ＲＴＤ）、サーミスタ、ひずみゲージ、フォトセル、及び／又はガスセンサのいずれかである。そのようなデバイスの抵抗は、特に、温度、物理的変形、光強度、及びガス濃度などの物理特性の一つ以上に起因して変化する。抵抗素子３１０の抵抗を計算することにより、以下に詳述するように、物理特性の値も求められる。
【００５０】
一形態においては、システム３００は、複数の電源ノード３２０をリターン（Ｖ−）、パワー（Ｖ＋）、又は開路状態のうちの一つに電気的に接続する複数のスイッチをさらに備える。例えば、図３では、４つのスイッチ３３０１から３３０４（集合的にスイッチ３３０と称する）が電源ノード３２０に接続され、各電源ノード３２０が一つのスイッチ３３０に接続されてリターン（Ｖ−）、パワー（Ｖ＋）、又は開路状態のうちの一つを電源ノードに選択的に適用するようになっている。スイッチ３３０は個別素子の回路であってもよく、それには、トランジスタ、コンパレータ及びＲＣＳ、又は集積デバイス、例えば、マイクロプロセッサ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）が含まれるが、これらに限定されるわけではない。
【００５１】
制御システム３４０は、センサアレイ３００を操作するようにされており、コンピュータシステムとして実装されている。例えば、図４には、制御システム３４０が、以下に記載されているルーティングに記載されているような命令を実行するためのプロセッサ４１０を有するコンピュータシステムとして示されている。命令は、メモリ４１２、又は記憶装置４１４、例えばディスクドライブ、ＣＤ、又はＤＶＤ、のようなコンピュータ可読媒体に保存されている。コンピュータは、命令に応じて文字やグラフをディスプレー装置４１８、例えばコンピュータモニタ、に生成するディスプレー制御装置４１６を含む。また、プロセッサ４１０は、データまたは命令を他のシステム、例えば他の一般的なコンピュータシステム、に送信するためのデータポートを備えたネットワーク制御装置４２０と通信する。ネットワーク制御装置４２０は、イーサネット又は他の既知のプロトコルで通信して、処理を分散させたり、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、インターネット、又は他のよく使われるネットワーク・トポロジーを含む種々のネットワーク・トポロジーで情報にリモート・アクセスしたりすることができる。
【００５２】
一形態においては、制御システム３４０は、抵抗素子３１０によって検知された物理特性を、抵抗素子３１０の抵抗と、一つ以上の抵抗値を物理特性の値に関連付ける所定の情報とに基づいて求める。後述するように、制御システム３４０は、抵抗素子３１０の電気的特性を異なるモードで測定することによって、抵抗を特定する。すなわち、一形態においては、制御システム３４０はスイッチ３３０を操作して電源ノード３２０に選択的に電力を供給し、複数の検知モードを指定して抵抗素子３１０の電気的特性を測定する。検知モードは、電圧及び／又は電流の電源ノードへの印加であり、それによりネットワークを通して電力の分配がなされる。電源ノードに印加される電力量は、システムに基づいて選択されるが、一般に、２−５Ｖのように、電圧及び／又は電流を抵抗素子により測定するのに十分に小さい。
【００５３】
一形態においては、抵抗素子３１０の抵抗はセンサアレイによって消費された電力に基づいて求められる。説明として、図３のセンサアレイは、図５に示すネットワーク図として表わされ、６つの抵抗器（例えば、ｇ１、ｇ２、ｇ３、ｇ４、ｇ５、及びｇ６）が４つのノード（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）に接続されている。このネットワークから、下記の変数と関係性が規定される。
【数１】
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【数２】
2021504717.tif 000004
【数３】
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【数４】
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【数５】
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【００５４】
一形態においては、所与のモードにおいてアレイ全体によって消費された電力は方程式１によって求められる。ここで演算子“ °”は要素と要素の積（例えば、アダマール積）であり、行ベクトル“ｓ”はレッグ電圧の平方（例えば、下記［数６］）と定義される。
【数６】
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【数７】
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【００５５】
より詳細には、一形態においては、総ネットワーク電力は、測定したワイヤ電圧Ｖｉ及び測定したワイヤ電流Ｉｉを使用する方程式２又は３を用いて求められる。方程式２及び３において、ｇij＝１／Ｒij；Ｗは配線の数である。方程式４に示すように方程式を互いに合わせることにより、抵抗素子のコンダクタンス（ｇ）、よって抵抗（Ｒ＝１／ｇ）が求められる。
【数８】
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【数９】
2021504717.tif 000011
【数１０】
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【００５６】
抵抗素子のそれぞれの抵抗を求めるために、複数の測定が行われる。例えば、“ｎ”個の抵抗素子がある場合、ワイヤ電圧Ｖｉと電流Ｉｉのｎ回の測定を得るために、少なくとも“ｎ”回の測定が行われる。これらの測定は検知モードの適用中に行われ、各検知モードは互いに線形独立である電圧を有する。一形態においては、検知モードの数は抵抗素子の数よりも多いか又は抵抗素子の数に等しい。
【００５７】
ベクトル−行列の表記を用いて、方程式１はｋ番目のモードに対して方程式５のように書き直され、方程式６は全てのモードの方程式に対する行列を表わしている。方程式６から、抵抗素子の抵抗は、方程式７を用いてｇを解いて、コンダクタンスの逆数をとることにより計算される。
【数１１】
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【数１２】
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【数１３】
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【００５８】
制御システム３４０は、抵抗素子の数より多いか又は等しい“ｍ”個のモードを指定して、ｍ回の測定を得るようにされている。モードの数が抵抗素子の数に等しいとき、換言すればＳ行列が正方であり最大階数であるときには、コンダクタンス（ｇ）は方程式７を用いて解かれる。そうではなくて、検知モードの数が抵抗素子の数より大きい（例えば、正方ではないが最大階数をもつ）ときには、ｇ＝Ｓ＋ｐを得るためにムーア・ペンローズの疑似逆行列が用いられる。Ｓが可逆であるときには疑似逆行列は逆行列に等しいので、Ｓが最大列階数である限りにおいてｇを特定するために後者の方程式が用いられる。
【００５９】
一形態においては、検知システムは、演算Ｓ＋ｐにおける数値誤差に加えてｉｗ及びｖｗのノイズを測定する。ｇが一定であるか又はおおよそ一定であると仮定すると、測定の全体に対して、一形態においては、追加の電力サンプルをとりｇを推定するために線形回帰（例えば、ｇ＝（ＳＴＳ）−１ＳＴｐ）を用いることによって、ノイズおよび誤差が低減される。ｇが定数でない場合、すなわちパラメータベクトルｘに対してｇ＝（ｆ（ｘ））である場合には、非線形最小二乗法がｇを推定するために使用される。
【００６０】
制御システム３４０が抵抗素子の抵抗を計算すると、物理パラメータの値は、例えば、抵抗値を物理パラメータの値に関連付けるルックアップテーブルのような所定の情報を用いて、求められる。例えば、抵抗素子がサーミスタである場合には、ルックアップテーブル又はアルゴリズムを用いて、計算された抵抗に関連付けられた温度が求められる。
【００６１】
制御システム３４０の種々の構成には、システムの物理パラメータのある範囲を超えたことを判定すること、開路状態又は短絡状態を検査すること、及び／又は勾配や変化率のような微分センサ情報を演算すること、が含まれる。例えば、制御システム３４０は、温度、圧力、光強度、ガス濃度などの範囲を超えたことを、測定された物理パラメータの値と所定の限界値を比較することによって判定する。測定した値が所定の限界値よりも大きい場合には、制御システム３４０は警告を発する。
【００６２】
制御システム３４０は、様々な適した方法で開路状態又は短絡状態の検査をするようにされている。例えば、一形態においては、測定した抵抗がその桁数が大きくて無限に近づいているときには、開路状態が検知される。一方で、電源ノードの電流が所定の値を超えているときには、短絡状態が検知される。
【００６３】
上述の通り、制御システム３４０は、勾配のような微分センサ情報を演算するようにされている。例えば、一形態においては、制御システム３４０は、連続した一連の少なくとも２つの測定した抵抗をとり、有限差分、精密曲線当てはめ、及び／又は最小二乗曲線当てはめなどのような勾配演算アルゴリズムを適用し、、それらを微分係数と比較することにより勾配を演算する。
【００６４】
センサアレイの制御システム３４０は、さまざまな適した方法で複数の検知モードを指定して抵抗素子の抵抗を計算することができる。複数並列センサアレイを備えるシステムの例示的な動作を、図６、７、及び８Ａ−８Ｃを参照して説明する。
【００６５】
図６には、３つの抵抗素子６１０１、６１０２、及び６１０３（集合的に抵抗素子６１０と呼ぶ）、並びに３つの電源ノード６２０１、６２０２、及び６２０３（集合的に電源ノード６２０と呼ぶ）を備えた複数並列センサアレイ６００が示されている。上述の複数センサアレイと同様に、各抵抗素子６１０は一対のノード６２０に接続され、各電源ノード６２０は、例えばスイッチ６３０（例えば、図中のスイッチ６３０１、６３０２、及び６３０３）によって、パワーもしくはリターンを適用するか、又は開路状態を設定するように動作可能である。以下では、抵抗素子６１０１、６１０２、及び６１０３はそれぞれＲ１２、Ｒ２３、及びＲ１３とも称され、その数字によってそれぞれの抵抗素子が間に接続される電源ノードが識別される。
【００６６】
一形態においては、制御システム３４０と同様な制御システムが複数の検知モードに基づいてスイッチ６３０を操作する。例えば、制御システムは、３つの抵抗素子６１０の抵抗を求めるために、下記の表１に定義されている３つの検知モード（Ｋ１、Ｋ２、及びＫ３）に基づいてセンサアレイ６００を操作するようにされている。表１では、電源ノード６２０１、６２０２、及び６２０３がそれぞれＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３として示されている。値０及び１はそれぞれリターン及びパワーを示しており、各検知モードにおいて、リターン及びパワーの異なる組み合わせが電源ノード６２０に適用される。他の形態においては、制御システムは、パワー、リターン、及び／又は開路状態の異なる組み合わせを含む３つより多くの検知モードを適用するようにされており、以下に示された３つ検知モードに限定されない。
【表１】
2021504717.tif 000016
【００６７】
図７には、３つの検知モードの間に測定された電気的特性に基づいて各抵抗素子６１０の抵抗を計算するために制御システムによって実行される例示的な一連の検知動作７００が示されている。より詳細には、検知システムの抵抗測定の特徴を示すために、以下の例において、抵抗素子６１０１、６１０２、及び６１０３の抵抗がそれぞれ１Ω、３Ω、及び２Ωであると仮定する。
【００６８】
７１０において、制御システムはｋ番目のモードを１にセットし、モードＫ１をセンサアレイ６００に適用する。したがって、ノードＰＮ１及びＰＮ２はリターンに接続され、ＰＮ３はパワーに接続される。簡潔にするために、電力は１Ｖとして提供される。
【００６９】
動作中、７２０において、制御システムは適用されたモードにおけるセンサアレイ６００の電気的特性を測定して保存する。例えば、制御システムは、電源ノード６２０１、６２０２、６２０３のそれぞれを通って流れる電流をそれぞれｉ１、ｉ２、ｉ３として測定するとともに、そのノードに印加された電圧を測定する。ここで、単に例示を目的として、電源ノード６２０を通る電流は、抵抗素子６１０の既知の抵抗値とノード６２０に印加された電圧とを用いて計算される。例えば、ノード６２０１を通る電流は、ｉ１＝（ｖ１−ｖ２）／Ｒ１２＋（ｖ１−ｖ３）／Ｒ１３＝−０．５００Ａであり、Ｒ１２及びＲ１３はそれぞれ抵抗素子６１０１及び６１０３の抵抗である。同様な計算により、電源ノード６２０２及び６２０３を通る電流は、それぞれｉ２=−０３３３Ａ及びｉ３=０８３３Ａと求められる。
【００７０】
図７を参照して、制御システムは、７３０においてｋを増分し、７４０においてｋがモードの合計数よりも大きいか（例えば、ｋ＞ｍ）を判断する。すなわち、制御システムは、センサアレイが全てのモードをすでに指定されているかどうかを判定する。ｋがモードの合計数よりも少ない場合には、制御システムは、７５０においてモードｋをセンサアレイに適用し、７２０に戻って電気的特性を測定する。センサアレイ６００に関して、モードｋ１から、制御システムはモードｋ２とｋ３を適用して、センサアレイ６００の電気的特性を測定して保存する。以下の表２には各モードにおいて各電源ノードを通る電流がまとめられている。
【表２】
2021504717.tif 000017
【００７１】
制御システムが全てのモードを指定してしまったら、制御システムは、７６０において、モードＫ１、Ｋ２、及びＫ３のそれぞれにおいてセンサアレイ６００によって生成された総電力を方程式２を用いて計算する。例えば、モードＫ１において総電力はｐ１＝ｉ１ｖ１+ｉ２ｖ２+ｉ３ｖ３=０．８３３Ｗとなる。同様に、モードＫ２及びＫ３における総電力はｐ２=１．３３３Ｗ及びｐ３=１．５００Ｗとなる。ここで、抵抗素子６１０の抵抗は既知であるため、総電力は各モードの間に抵抗素子６１０に印加された電力の合計をとることにより検証できる。例えば、図８Ａ、８Ｂ、及び８Ｃには、モードＫ１、Ｋ２、及びＫ３において各抵抗素子６１０に印加された電力がそれぞれ示されている。図示の通り、モードＫ１における総電力はｐ１=ｐＲ１２＋ｐＲ１３＋ｐＲ２３=０．０００＋０．５００＋０．３３３=０．８３３Ｗであり、これはｐ１＝ｉ１ｖ１+ｉ２ｖ２+ｉ３ｖ３=０．８３３Ｗと同じである。したがって、モードＫ１、Ｋ２、及びＫ３における総電力（ｐ）は、それぞれｐ１、ｐ２、及びｐ３であり、下の行列に示される。
【数１４】
2021504717.tif 000018
【００７２】
７６０から、制御システムは、７７０において方程式６及び７を用いてコンダクタンスの値を求める。すなわち、制御システムは、各モードにおける求めた電力と抵抗素子に印加された電圧とに基づいて、抵抗素子のコンダクタンスを計算する。例えば、センサアレイ６００に関して、各モードに対して、下記の［数１５］となり、全てのモードを包含するｓ行列は完全正方行列（ｆｕｌｌ−ｓｑｕａｒｅ  ｍａｔｒｉｘ）であり、以下に与えられている。さらには、方程式７に与えられたようにコンダクタンスを求めるために、ｓ行列の逆数を求めてそれに電力の行列（ｐ）を掛け、その結果として、各抵抗素子６１０に対するコンダクタンスをえる。
【数１５】
2021504717.tif 000019
【数１６】
2021504717.tif 000020
【００７３】
上記に基づいて、抵抗素子６１０１（Ｒ１２）、６１０２（Ｒ２３）、及び６１０３（Ｒ１３）の抵抗は、１Ω、３Ω、及び２Ωと計算される。したがって、ここに実証されたように、センサアレイ６００を表１に示された３つの検知モードにしたがって操作することにより、抵抗素子６１０の抵抗がこれらのモードの間にとられた電気的特性に基づいて計算される。動作の間、制御システムは、電気的特性を測定する（例えば、モードのそれぞれにおいて各ノードに印加された電流及び電圧を測定する）ようにされている。このデータは、ここに説明したアルゴリズムを用いて、消費した総電力を求めてさらに抵抗を求めるために使用される。
【００７４】
引き続き図７を参照して、抵抗を用いて、制御システムは、７８０において、限定するわけではないがこれらのアルゴリズム及び／又はルックアップテーブルを含む所定の相関情報を用いて、抵抗素子６１０によって検知可能な物理パラメータを求める。
【００７５】
本開示の検知システムは、センサアレイを電源に接続するための配線の数を減らした状態で、複数の領域での温度を測定するようにされている。具体的には、各抵抗素子は物理パラメータを測定するためのセンサであり、センサアレイは複数並列の形態を有していて、例えば、６つセンサに対して４つ配線を必要とする。一方で、センサが共通ノードを共有する従来のシステムでは、７つ配線が必要とされる。また、物理パラメータは計算された抵抗に基づいて求められ、それはシステムの電力に基づいている。
【００７６】
本開示の教示にしたがって、ここに記載の方法は、コンピュータシステムによって実行可能なソフトウェアによって実装することができる。また、一例であり非限定の実施形態においては、、実装は、分散処理、コンポーネント／オブジェクト分散処理、及び並列処理を含み得る。代わりに、仮想コンピュータシステム処理が、ここに記載されているような一つ以上の方法又は機能を実装するために構築されてもよい。
【００７７】
また、ここに記載の方法は、コンピュータ可読媒体に埋め込まれていてもよい。用語「コンピュータ可読媒体」には、集中型又は分散型のデータベースのような単一の媒体又は複数の媒体、及び／又は一つ以上の命令セットを保存している関連キャッシュ及びサーバーも含まれる。用語「コンピュータ可読媒体」には、命令プロセッサによって実行される命令セットを保存、エンコーディング、又は持ち運びすることができる如何なる媒体、又はコンピュータシステムにここに記載のいずれか一つ又はそれ以上の方法や動作を実行させる如何なる媒体も含まれる。
【００７８】
他の実施形態においては、、特定用途向け集積回路、プログラマブルロジックアレイ及び他のハードウェア装置のような専用のハードウェア実装が、ここに記載の一つ以上の方法を実行するために構築されてもよい。様々な実施形態の装置及びシステムを含む用途には、様々な電子コンピュータシステムが広く含まれ得る。ここに記載の一つ以上の実施形態は、２つ以上の特定の相互接続されたハードウェアモジュールまたはデバイスを使用して、又は特定用途向け集積回路の一部分として機能を実装することができる。ここでのハードウェアモジュールまたはデバイスは、それらの間での通信やモジュールを介しての通信がされる関連した制御信号及びデータ信号を有する。したがって、本願のシステムは、ソフトウェア、ファームウェア、及びハードウェアの実装を包含する。
【００７９】
また、ここに開示のどのトポロジーも、どのような処理方法で使用されてもよい。さらには、トポロジー又は方法に関連して記載された如何なる特徴も、他のトポロジー又は方法で使用されてもよい。
【００８０】
本開示の教示にしたがって、ここに記載の方法は、コンピュータシステムによって実行可能なソフトウェアによって実装することができる。また、一例であり非限定の実施形態においては、、実装は、分散処理、コンポーネント／オブジェクト分散処理、及び並列処理を含み得る。代わりに、仮想コンピュータシステム処理が、ここに記載されているような一つ以上の方法又は機能を実装するために構築されてもよい。
【００８１】
また、ここに記載の方法は、コンピュータ可読媒体に埋め込まれていてもよい。用語「コンピュータ可読媒体」には、集中型又は分散型のデータベースのような単一の媒体又は複数の媒体、及び／又は一つ以上の命令セットを保存している関連キャッシュ及びサーバーも含まれる。用語「コンピュータ可読媒体」には、命令プロセッサによって実行される命令セットを保存、エンコーディング、又は持ち運びすることができる如何なる媒体、又はコンピュータシステムにここに記載のいずれか一つ又はそれ以上の方法や動作を実行させる如何なる媒体も含まれる。
【００８２】
当業者が容易に理解するように、上述の記載は本願の原理の例示を目的とするものである。本記載は本発明の範囲や用途を制限することを意図するものではなく、本記述における本発明は、以下の特許請求の範囲において定義されるような本発明の思想を逸脱することなく、修正、変形、及び変更の余地がある。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年7月13日(2020.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知システムであって、
複数のノードに接続されて熱システムに配置された複数の抵抗素子と、
前記複数のノードに接続された複数のスイッチであって、前記複数のスイッチのうちの１つのスイッチが前記複数のノードのうちの１つのノードをリターン、パワー、又は開路状態に接続するように動作可能とされた、複数のスイッチと、
前記複数のスイッチに接続されて前記複数のスイッチを操作するようにされた制御システムと、を備え、
前記制御システムが、前記複数のスイッチを操作することによって、複数のモードを指定して前記複数の抵抗素子のそれぞれの電気的特性を測定するようにされ、前記複数のモードの各モードが前記複数のノードのそれぞれに適用されるパワー、リターン、または開路状態の異なる組み合わせを示しており、
前記制御システムが、前記モードのそれぞれに対して、当該検知システムによって消費された総電力と前記抵抗素子のそれぞれによって消費された電力とを、前記測定された電気的特性に基づいて計算して、前記熱システムの物理パラメータを求めるようにされた、検知システム。
【請求項２】
前記制御システムが、前記複数の抵抗素子の前記抵抗を、前記消費された総電力、前記抵抗素子のそれぞれによって消費された前記電力、及び予め保存されたアルゴリズムに基づいて計算するようにされた、請求項１に記載の検知システム。
【請求項３】
前記制御システムが、当該検知システムの前記物理パラメータとして、温度、ひずみ、光強度、またはガス濃度のうちの少なくとも１つを前記計算された抵抗に基づいて求めるようにされた、請求項２に記載の検知システム。
【請求項４】
前記制御システムが、前記計算された抵抗と一つ以上の抵抗値を一つ以上の前記物理パラメータの値に関連付ける所定の相関情報とに基づいて求めるようにされた、請求項３に記載の検知システム。
【請求項５】
前記制御システムが、ムーア・ペンローズの疑似逆行列を用いて前記複数の抵抗素子の前記抵抗を計算するようにされた、請求項３に記載の検知システム。
【請求項６】
前記制御システムが、開路状態又は短絡状態の検査をするようにされた、請求項１に記載の検知システム。
【請求項７】
前記制御システムが微分センサ情報を演算するようにされた、請求項１に記載の検知システム。
【請求項８】
前記制御システムが、当該検知システムの温度範囲を超えたことを検知するようにされた、請求項１に記載の検知システム。
【請求項９】
前記電気的特性が電圧と電流を含む、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１０】
前記制御システムが、当該検知システムによって消費された前記総電力と前記抵抗素子のそれぞれによって消費された前記電力とに基づいて前記複数の抵抗素子の総コンダクタンスを計算するようにされた、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１１】
前記複数のモードの数が、前記抵抗素子の数よりも多いか又は前記抵抗素子の数に等しい、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１２】
前記抵抗素子のそれぞれが前記複数のノードのうちの一対のノードの間に接続されている、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１３】
前記抵抗素子が温度依存性の電気抵抗を有する導電性材料からなる、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１４】
前記複数のモードの各モードが一組の互いに線形独立である電圧を有する、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１５】
前記制御システムが、前記電気的特性又は前記物理パラメータのうちの少なくとも１つをネットワーク制御装置を経由して外部装置に送信するようにされた、請求項１に記載の検知システム。
【請求項１６】
複数のノードに接続された複数の抵抗素子を有する検知システムを使用して熱システムの物理パラメータを測定する方法であって、
複数のモードを指定して前記複数の抵抗素子のそれぞれの電気的特性を測定するステップであって、前記複数のモードの各モードが前記複数のノードのそれぞれに適用されるパワー、リターン、または開路状態の異なる組み合わせを示している、ステップと、
前記モードのそれぞれに対して、前記検知システムによって消費された総電力と前記抵抗素子のそれぞれによって消費された電力とを、前記測定された電気的特性に基づいて計算して、前記熱システムの前記物理パラメータを求めるステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記複数の抵抗素子の前記抵抗を、前記検知システムによって消費された前記総電力と前記抵抗素子のそれぞれによって消費された前記電力とに基づいて計算するステップと、
前記物理パラメータを、前記複数の抵抗素子の前記抵抗と一つ以上の抵抗値を一つ以上の前記物理パラメータの値に関連付ける所定の相関情報とに基づいて求めるステップと、
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数の抵抗素子の前記抵抗がムーア・ペンローズの疑似逆行列を用いて計算される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記物理パラメータが、温度、ひずみ、光強度、又はガス濃度のうちの少なくとも
一つである、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記電気的特性が電圧と電流を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の熱素子の総コンダクタンスを、前記検知システムによって消費された前記総電力と前記抵抗素子のそれぞれによって消費された前記電力とに基づいて計算するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記抵抗素子のそれぞれが、前記複数のノードのうちの一対のノードの間に接続されている、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記検知システムの温度範囲を超えたことを判定するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
開路状態又は短絡状態を検査するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
微分センサ情報を演算するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
各モードが互いに線形独立である一組の電圧を有する、請求項１６に記載の方法。
【国際調査報告】
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