(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
資産の稼働寿命期間を最適化するためのシステムであって、
ａ．アンテナと、ソフトウェア制御デバイスと、無線周波数モジュールとを備えたセンサヘッドであって、
前記アンテナは、前記無線周波数モジュールから、前記資産の一部を形成する材料のエリアへの第１無線周波数信号の伝送を可能にし、前記材料の前記エリアから受信される第２無線周波数信号の前記無線周波数モジュールによる受信を可能にするように構成され、
前記ソフトウェア制御デバイスは、前記無線周波数モジュールを稼働し、前記無線周波数モジュールによって受信された前記第２無線周波数信号からデータのセットを収集するように構成された第１実行可能なコンピュータコードを含む、センサヘッドと、
ｂ．第２実行可能なコンピュータコードを有するコンピュータベースのプロセッサと、データストレージユニットとを備えた制御ユニットであって、
前記第２実行可能なコンピュータコードは、前記センサヘッドの動作を制御し、前記センサヘッドと前記制御ユニットとの間の通信を管理するように構成され、
前記データのセットは、前記データストレージユニットに保存できる、制御ユニットと、
ｃ．前記センサヘッドと前記制御ユニットとの間の前記通信を可能にする通信チャネルと、
ｄ．前記コンピュータベースのプロセッサによって実行可能である第１ソフトウェアモジュールを備えたソフトウェア管理サブシステムであって、ユーザが、前記制御ユニットを動作させ、前記材料の状態を評価するための前記データのセットを取り扱うための機能を実施し制御できるようにし、前記材料を含む前記資産の前記稼働寿命期間を最適化するように構成されたソフトウェア管理サブシステムと、を備えるシステム。
【請求項２】
前記資産は、炉である請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記資産はさらに、評価される前記材料とは異なるタイプの内部材料を含み、
前記内部材料は、評価される前記材料の少なくとも１つの層に近接している請求項１記載のシステム。
【請求項４】
評価される前記材料の前記状態は、評価される前記材料の前記少なくとも１つの層への前記内部材料の浸透レベルである請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記材料の前記状態は、前記材料の厚さである請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記材料の前記状態は、前記材料の欠陥である請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記通信チャネルはさらに、通信ライン、制御ラインおよび電源ラインからなるグループから選択される少なくとも１つのラインを含むケーブルのセットを備える請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記ケーブルのセットは、トリガースイッチおよびナビゲーション制御からなるグループから選択される少なくとも１つの要素を備える請求項７記載のシステム。
【請求項９】
システムはさらに、前記ソフトウェア管理サブシステムと統合したクライアントコンピュータを備え、
前記ソフトウェア管理サブシステムは、前記クライアントコンピュータによって実行可能でもよい第２ソフトウェアモジュールであって、ユーザが、前記クライアントコンピュータを動作させ、前記材料の前記状態を評価するための前記データのセットを処理するための機能を実施し制御できるように構成された第２ソフトウェアモジュールを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記クライアントコンピュータは、前記制御ユニットを制御する請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記クライアントコンピュータは、無線チャネル、物理接続および外部コンピュータのうち少なくとも１つを含む要素を経由して前記制御ユニットと通信する請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記ソフトウェア管理サブシステムは、前記第１無線周波数信号および前記第２無線周波数信号うちの少なくとも１つの移動時間に基づいて、前記材料の前記状態に関する検査リポートを発生するように構成される請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
前記検査リポートは、２次元視覚化および３次元視覚化からなるグループから選択される前記材料の前記状態の視覚化を含む請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記視覚化は、前記材料の前記状態の予め定めたレベルに対応する色分け情報を含む請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１無線周波数信号および前記第２無線周波数信号うちの前記少なくとも１つの前記移動時間は、前記アンテナの一部からの前記第１無線周波数信号および前記第２無線周波数信号のうちの少なくとも１つの反射を含むスプリアス信号の移動時間とは、前記スプリアス信号からの、前記第１無線周波数信号および前記第２無線周波数信号うちの前記少なくとも１つの時間的隔離を可能にするのに充分な程度で異なる請求項１２記載のシステム。
【請求項１６】
前記データのセットから前記材料の前記状態を決定することは、前記材料を通過する前記第１無線周波数信号および前記第２無線周波数信号うちの少なくとも１つの既知の伝搬速度に基づいて、前記第２実行可能なコンピュータコードによって実施される請求項１記載のシステム。
【請求項１７】
評価される前記材料の前記エリアから受信される前記第２無線周波数信号は、前記無線周波数モジュールによって送信された前記第１無線周波数信号の反射から生ずる請求項１記載のシステム。
【請求項１８】
前記データのセットを取り扱うための前記機能は、前記材料の前記状態を評価するために、前記データのセットの少なくとも一部についての測定、保存、監視、記録、処理、マッピング、可視化、転送、解析、追跡、報告の少なくとも１つを含む請求項１記載のシステム。
【請求項１９】
前記制御ユニットは、携帯型デバイスの一部である請求項１記載のシステム。
【請求項２０】
前記携帯型デバイスは、データを保存してユーザに表示する能力を有するハンドヘルド型電子デバイスである請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
前記センサヘッドは、単一ユニットに物理的に統合される請求項１記載のシステム。
【請求項２２】
システムはさらに、前記アンテナに連結された第１端、および前記ソフトウェア制御デバイス、前記無線周波数モジュール、および前記制御ユニットからなるグループから選択される少なくとも１つの要素に連結された第２端を有する機械的アタッチメントを備え、
前記機械的アタッチメントは、前記アンテナと前記少なくとも１つの要素との間の距離の延長を可能にする、請求項１記載のシステム。
【請求項２３】
前記機械的アタッチメントの前記第１端は、前記アンテナが前記機械的アタッチメントの前記第１端に容易に連結できるようにするクイックコネクトシステムを備える請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
前記機械的アタッチメントは、前記アンテナが、困難なアクセスを有する前記材料のエリアに到達できるようにするために、グースネックユニット、折り畳み式部品、可撓性ピース、伸縮自在ポール、折り畳み式コンポーネント、角度付セクションアーム、および建築ブロックの少なくとも１つを備える請求項２２記載のシステム。
【請求項２５】
前記アンテナは、評価される前記材料の表面に対してコンフォーマルである端部を有する請求項１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、同時係属中の米国仮特許出願番号第６２／２４７８６９号（名称"ASSET LIFE OPTIMIZATION AND MONITORING SYSTEM"、本発明者によって２０１５年１０月２９日に米国特許商標庁へ出願）に基づいて、ここからの優先権を主張するものであり、その明細書は参照によりここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は、材料の状態を評価するためのシステムに関する。詳細には、本発明は、無線周波数(radiofrequency)信号を用いて、耐火材料の状態を監視し決定するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
無線周波数信号を用いて特定の材料の形成の間および後に特性を測定するために、種々の産業において多数の評価および監視システムが開示されている。ある材料の表面特性、内部均一性、厚さおよび浸食レートは、監視および評価を必要とする重要な属性のいくつかである。
【０００４】
より大きな規模では、ガラス、スチール、プラスチック産業などのいくつかの産業は、処理のために使用される原料を溶融するために大型の炉を使用する。これらの炉は、２０階建物の高さに相当する長さに達することがある。よって、これらはコストおよび稼働機能性の点で製造者にとって主要な資産である。高い稼働温度での内部熱損失を最小化するために、これらの炉は、極めて高い融解温度および良好な絶縁特性を有する耐火材料を用いて構成され、耐火溶融チャンバを創出する。しかしながら、炉の耐火チャンバの内壁は、稼働中に劣化することになる。この劣化の影響は、内面浸食、応力クラック、および溶融材料への耐火材料の拡散を含む。
【０００５】
特に、炉壁などの材料の厚さを測定するためにマイクロ波の使用は、米国特許第６１９８２９３号(Woskov et al.)および米国特許第９２５５７９４号(Walton et al.)に記載されているように、先行技術において取り組まれている。これらの明細書は参照によりここに全体として組み込まれる。しかしながら、これらの努力は、特定の課題および限界に直面した。特に、高温炉での炉壁厚さを決定するために行った試みは、耐火材料の内面を評価する際に生ずる大きな信号損失のために、特に比較的高い周波数帯域において、概ね失敗した。同様に、比較的低い周波数帯域においても、信号は、損失を受け、既存のシステムによって要求される帯域および解像度の点で制限される。
【０００６】
さらに、システムコンポーネントを、評価される耐火材料の表面へ近接して配置した場合、スプリアス信号反射は、関心のある反射信号を分離することを困難にし、こうした材料の内面または内部のいずれかの状態の評価をさらに複雑にする。主要な課題は、温度が増加すると、炉壁がより高い導電性を有することである。従って、高温炉壁を通過する信号は、著しい損失を受け、これらの信号の検出を極めて困難なものにする。
【０００７】
米国特許出願公開第２０１５０３６２４３９号(Bayram et al.)および米国特許出願公開第２０１５０２７６５７７号(Ruege et al.)に記載されているように、電磁波を用いて、耐火材料を評価する際に生ずる損失およびスプリアス信号のレベルを低減することによって、材料の状態を評価する追加の努力が行われた。これらの明細書は参照によりここに全体として組み込まれる。しかしながら、これらのシステムは、受信した信号に関連したクラッタ(clutter)の抑圧のために使用される電磁波の多重反射効果を軽減することを主に目標としている。さらに、これらの試みは、単一の解決法として統合を欠いたスタンドアロンのシステムに集中されており、測定データからの情報の抽出を最大化するためのソフトウェアをさらに必要とし、産業環境において困難なアクセスのエリアにアクセスする課題に直面している。その結果、これらのシステムは、追跡ツールおよびソフトウェアツールのサポートなしで、その稼働寿命を最適化するため、工業用炉などの大型資産を監視し評価することができない。
【０００８】
現時点では、炉の稼働寿命およびメンテナンス計画の両方を最適化するために、周囲の耐火材料への溶融材料の浸透レートを確定的かつ有効に測定する、良好に確立された統合システムが存在しない。その結果、製造者は、炉壁を経由した溶融材料の予想外の漏れを経験したり、または、炉の予想寿命の製造者の経験に基づいて、潜在的な漏れの可能性を低減する再建のために炉を保守的に停止する。炉の寿命は、稼働年数、稼働の平均温度、加熱および冷却する温度レート、稼働温度範囲、稼働サイクル数、耐火材料のタイプおよび品質、そして炉で使用される溶融材料の荷重およびタイプを含む多数の要因によって影響を受ける。これらの要因の各々は、炉の予想寿命の正確な推定を生成するのを困難にする不確実性に曝される。
【０００９】
さらに、高い温度において、溶融ガラスなどの溶融材料の流れは、耐火材料の内面を浸食して劣化させ、耐火壁を経由する溶融ガラス漏れの高いリスクを生成する。炉壁内の隙間およびクラックを経由する溶融ガラスの重大な漏れは、炉が稼働モードに回復できる前に、少なくとも３０日の生産の途絶を要することがある。その理由は、炉を冷却し、修復し、再び点火する必要があるためである。さらに、溶融ガラスの漏れは、炉の周りにある機器へ著しい損傷を生じさせ、最も重要には、作業者の健康および生活を危険にさらすことがある。これらの理由のため、多くの場合、炉の総点検(overhaul)は、必要とされるよりも相当により早い時点で実施される。このことは、これらの初期投資、および炉の稼働寿命に渡って減少した生産能力の点で製造者にとって著しいコストをもたらす。
【００１０】
他の重要な課題は、炉の耐火チャンバを構築するために使用される材料は、表面検査にでは見えない内部欠陥を有することがあることである。これは、炉のより短い寿命につながり、炉の稼働中に重大なリスクを引き起こすことがある。従って、一方では、耐火材料の製造者は、欠陥の無い材料を供給するための品質基準に従って炉の構築のための材料を適格とすることができるように、製造中に材料を評価する手段を有したいであろう。他方では、耐火材料を購入する顧客は、炉を構築する前にこうした材料の内部検査を実施するための手段を有したいであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
こうして、伝搬する無線周波数信号の測定を通じて、こうした耐火材料の状態を遠隔的に評価できるシステムについての技術のニーズがあり、先行技術のシステムの問題を回避する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（発明の要旨）
耐火炉などの資産(asset)の一部を形成する材料の状態を評価し監視する、改善したシステムが開示される。例示の実施形態の１つ以上の態様は利点を提供しつつ、先行技術の欠点を回避する。システムは、欠陥を識別し、無線周波数信号を用いて、工業用炉の耐火材料（非限定的な例として）を含む種々の材料の浸食プロファイルおよび厚さを測定するように動作する。システムは、困難なアクセスの領域であっても炉の検査中にデータを収集するために、複数のセンサおよび追加のハードウェアとソフトウェアを統合するように設計される。さらに、システムは、収集したデータを処理し、状態を視覚化するリポートを発生し、残存稼働寿命を評価し、炉の周囲層への溶融材料の浸透レベルを決定し報告する信号処理技術を実装するように構成されたソフトウェア管理サブシステムを備える。さらに、システムのソフトウェアは、ユーザが炉の状態を局所的かつ遠隔的に監視できるようにする。
【００１３】
システムは、無線周波数信号を、評価される材料の表面の中へ、該表面に近接して配置されたアンテナによって送信する。無線周波数信号は、材料に侵入し、遠隔の不連続部から反射する。任意の空所、欠陥、評価される材料の内側における異なる材料の存在、空気または他の材料との材料の任意の界面は、遠隔の不連続部を表すことがある。反射した無線周波数信号は、同じまたは別個のアンテナによって受信され、コンピュータベースのプロセッサを備えた制御ユニットに提供され、送信した信号または、アンテナと評価される材料との間の不連続部から反射した信号をリファレンスとして用いて計時される。
【００１４】
コンピュータベースのプロセッサは、リファレンス信号と、不要なクラッタを含むことがある他の反射信号との間の時間遅延を決定する。クラッタの大きさが、材料の遠隔の不連続部から反射した信号の大きさより小さい場合、コンピュータベースのプロセッサは、これらの不連続部に関連した大きさのピークレベルを識別し、こうした不連続部からアンテナに近接した材料の表面までの距離を決定する。材料のあるエリアについての１つ以上の評価は、各評価における材料の残余厚さおよび材料内の欠陥の位置を提供し、材料の遠隔表面の浸食プロファイルを作成する。
【００１５】
さらに、交互式(alternate)構成を有する１つ以上のアンテナおよび対応するデータ処理の使用は、評価対象の材料の内部の断面画像の発生を可能にする。これは、多層構造、例えば、工業用炉内の溶融材料を包囲する耐火材料の層を評価する場合に特に有用になる。その結果、システムは、材料の異なる層内の断層像を生成して、遠隔の不連続部の場所を識別することが可能である。より重要には、システムは、評価対象の材料内の異質材料の存在の視覚化を可能にし、そのため絶縁材料への溶融材料の浸透が早期に検出できるようになる。
【００１６】
従って、周囲材料への溶融材料の浸透レートを決定することによって、炉の残存稼働寿命を推定することが可能であり、炉の寿命を有効に延ばす。これは、稼働中断または溶融材料の漏れのリスクのレベルの著しい減少とともに、炉の修復、廃止または置換の高価なプロセスを最適化するためのより有効で正確なスケジューリングを可能にする。
【００１７】
さらに、システムは、ユーザが、収集したデータを取り扱うための１つ以上のコンピュータベースのプロセッサを制御できるように構成されたソフトウェア管理サブシステムを備える。このデータ取り扱いは、評価対象の材料の状態を評価するために、これらのデータの測定、保存、監視、記録、処理、マッピング、可視化、転送、解析、追跡、報告を含み、炉の健康全般の正確な推定を発生することを含む。さらに、ソフトウェア管理サブシステムは、システム稼働を局所的だけでなく、コンピュータネットワークまたはクラウドコンピュータ環境を経由して遠隔的に監視し制御することが可能である。
【００１８】
多数のセンサ、追加のハードウェアおよびソフトウェア管理サブシステムを統合することによって、これにより標準的な手法と比べて有効な評価を著しく増加させ、炉の稼働健康に関連した１つ以上の状態の監視、診断または追跡することによって、システムは、欠陥の場所を識別して決定し、高価で潜在的に危険な資産のメンテナンススケジューリングを最適化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明の多数の利点は、添付図面を参照して当業者によってより良く理解される。
【００２０】
【図１】構成の特定の態様に係る、被検ユニットの状態を評価し監視するために使用される監視システムの概略図を示す。
【図２】他の構成の特定の態様に係る、被検ユニットの状態を評価し監視するために使用される監視システムの概略図を示し、コンピュータベースのプロセッサがデータ処理のために使用される。
【図３】センサヘッドを用いて炉の状態を評価し監視するために使用される監視システムの概略図を示す。
【図４】プローブを用いて炉の状態を評価し監視するために使用される監視システムの概略図を示す。
【図５】炉の外面の一部を形成する壁の一部のディスプレイ上の表現の概略図を示す。
【図６】構成の特定の態様に係る、管理ソフトウェアアーキテクチャの構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
下記の説明は、本発明の特定の実施形態のものであり、人が本発明の実装を実践できるように設定され、好ましい実施形態を限定することを意図せず、その特定の例として機能するものである。当業者は、本発明の同じ目的を実行するために、他の方法およびシステムを変更し設計するための基礎として開示された概念および特定の実施形態を容易に使用できることを理解するであろう。当業者は、こうした等価な集合体が、その最も広い形態において本発明の精神および範囲を逸脱しないことも理解すべきである。
【００２２】
本発明の構成の特定の態様に従って、被検ユニット（ＵＵＴ: unit under test）１８を評価し、監視し、または検査する典型的な用途のために使用される監視システム１０のコンポーネントの概略図を図１に示す。監視システム１０は、制御ユニット１２と、センサヘッド１４と、制御ユニット１２およびセンサヘッド１４を電気的に接続または結合するケーブル１６のセットとを備える。センサヘッド１４は、ある周波数範囲内、好ましくは０．２５ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの周波数帯域内で、１つ以上の電磁（ＥＭ）波をセンサヘッド１４の周りの領域に送信し、そして、対応する１つ以上のＥＭ波を該領域から受信することが可能である。
【００２３】
さらに、センサヘッド１４は、複数のＥＭ波を周波数ドメインで送信でき、この複数のＥＭ波の時間ドメイン表現が、短時間の、例えば、ガウス型、レーリー型、エルミート型、ラプラス型のパルス、または同様なもの、またはこれらの組合せの無線周波数（ＲＦ）信号に対応する。代替として、センサヘッド１４は、こうしたタイプのパルスを発生してもよい。いずれの場合も、ＲＦ信号の持続時間は、好ましくは５ナノ秒より大きくない。
【００２４】
より詳細には、センサヘッド１４は、ＲＦモジュール、詳細には、好ましくはＲＦ送信機およびＲＦ受信機からなるＲＦトランシーバと、１つ以上のアンテナまたはプローブとを備える。例示のアンテナ構成を、特に好ましい実施形態に従ってここでは説明したが、多数のアンテナ構成が、ここで説明するセンサヘッド１４とともに使用するのに適しており、より詳細には、これらのアンテナ構成は、米国特許第９２５５７９４号(Walton et al.)および米国特許出願公開第２０１５０２７６５７７号(Ruege et al.)に記載されており、これらの明細書は参照によりここに全体として組み込まれる。
【００２５】
さらに、センサヘッド１４は、周波数ドメインまたは時間ドメインのＲＦベースの手法とは別に、他の技術、例えば、超音波、音響、渦(eddy)電流、ガンマ線および類似の技術も使用できる。さらに、センサヘッド１４は、センサヘッド１４によって受信したＥＭ波またはＲＦ信号からデータを測定し収集できる、実行可能なコンピュータコードまたはソフトウェアを備えたコンピュータベースのプロセッサと、収集したデータに関連する情報を保存するデータストレージユニットとを備える。
【００２６】
検査プロセスの際、センサヘッド１４は、ＵＵＴ１８の近傍に配置され、一方では、センサヘッド１４によって送信された信号が、検査されるＵＵＴ１８の領域の中に送出され、他方では、センサヘッド１４によって送信され、ＵＵＴ１８によって反射した信号は、センサヘッド１４によって受信できる。さらに、ケーブル１６のセットは、センサヘッド１４を活性化または不活性化させる制御ケーブル、制御ユニット１２とセンサヘッド１４との間のデータ転送のためのデータ通信ケーブル、および制御ユニット１２とセンサヘッド１４との間で電力を伝送する電源ケーブル、のうちの１つまたは２つ以上の組合せを備える。これは、センサヘッド１４から制御ユニット１２へ、生データおよび処理したデータの両方の伝送を可能にする。
【００２７】
さらに、センサヘッド１４の機能性の部分的または全体的な活性化または不活性化を可能にするインライントリガーを有効にするために、スイッチまたはトリガーがケーブル１６のセットの１つ以上のラインに沿って設置できる。ケーブル１６のセットはまた、検査されるＵＵＴ１８での場所を追跡し、制御ユニット１２と通信する際に、オペレータを支援するナビゲーションボタンを含んでもよい。
【００２８】
制御ユニット１２は、センサヘッド１４を制御し、ケーブル１６のセットを経由した制御ユニット１２とセンサヘッド１４との間の通信およびデータ転送を管理するための実行可能なコンピュータコードまたはソフトウェアを有するコンピュータベースのプロセッサを備える。好ましくは、制御ユニット１２はさらに、データを保存でき、センサヘッド１４によって収集されたデータの処理を容易にできるストレージユニットと、情報を表示するためのディスプレイユニットとを備える。より好ましくは、制御ユニット１２は、携帯型(portable)デバイスである。最も好ましくは、制御ユニット１２は、データを保存し処理でき、評価される資産の識別および場所、既に検査されたエリアの確認、および検査のために懸案中のセクションを含む情報をユーザに表示できるハンドヘルド型またはウェアラブル型電子デバイスを備える。当業者は、制御ユニット１２とセンサヘッド１４との間のデータの転送が、ブルートゥース（登録商標）、ワイ・ファイ(Wi-Fi)または同等な方法による無線通信チャネルを経由して実現できることを認識するであろう。
【００２９】
既知の送信信号およびセンサヘッド１４によって測定された信号の両方に基づいて、制御ユニット１２のコンピュータベースのプロセッサを用いて、収集されたデータを処理することによって、ＵＵＴ１８の状態が決定できる。図１を続けて参照して、センサヘッド１４のコンポーネントおよび制御ユニット１２のコンピュータベースのプロセッサが、これらのコンポーネントは本構成の説明に重要でないため、図示されていないことに留意する。
【００３０】
図２は、他の構成の特定の態様に係る監視システム１０の概略上面図を示し、コンピュータベースのプロセッサ２０が、実行可能なコンピュータコードまたはソフトウェアを有し、センサヘッド１４によって収集されたデータを処理するために使用される。さらに、コンピュータベースのプロセッサ２０によって処理されたデータは、ケーブル２４を経由してコンピュータベースのプロセッサ２０に接続されたディスプレイ２２において視覚的に表示できる。コンピュータベースのプロセッサ２０、ディスプレイ２２、およびケーブル２４は、先行技術において周知である一般に使用されるデバイスである。
【００３１】
好ましくは、センサヘッド１４は、ＵＵＴ１８に関連したデータを、ケーブル１６のセットを経由して、コンピュータベースのプロセッサ２０と通信する制御ユニット１２に転送する。当業者は、更なる処理および表示のためにセンサヘッド１４によって収集されたデータを、コンピュータベースのプロセッサ２０に転送するために、こうしたデータを保存する携帯型メモリデバイス、制御ユニット１２またはセンサヘッド１４をコンピュータベースのプロセッサ２０に接続する有線ケーブル、および制御ユニット１２またはセンサヘッド１４とコンピュータベースのプロセッサ２０との間の無線通信チャネルなど、種々の方法が存在することを理解するであろう。
【００３２】
図３は、ＵＵＴ１８が、溶融材料３４を包囲するチャンバ３２と、第１層３６と、第２層３８と、第３層４０と、第４層４２とを備える炉３０で構成される監視システムの特定の構成を示し、これらの層の各々は耐火性または絶縁性の材料で製作される。炉３０は、ガラス、スチール、プラスチック産業で使用される応用の代表的なものである。これらの応用において、チャンバ３２は、熱損失および炉３０の外部への溶融材料の漏れを防止し、作業者および炉３０の周囲で稼働する機器への安全対策として、典型的には複数の材料層で包囲される。
【００３３】
層３６，３８，４０，４２の各々は、外面および、外面に対向する内面を有し、そのため内面はチャンバ３２に接近している。こうして耐火材料の第１層３６の内面は、チャンバ３２に対して隣接（即ち、物理的に接触）している。通常、炉３０の稼働中に、チャンバ３２の内壁は劣化するようになる。この劣化の影響は、内面浸食、応力クラック、および溶融材料への耐火材料の拡散を含む。従って、溶融材料３４、例えば、溶融ガラスは、高温でチャンバ３２の内壁および包囲層３６，３８，４０，４２を浸食し劣化させ、炉３０の外部への溶融材料漏れという高いリスクを生じさせる。炉壁の耐火および絶縁材料の典型的な厚さ値は、側壁で１インチ〜２４インチの範囲である。
【００３４】
一般に、炉３０の特定の状態を監視することは、炉３０の外面４３の近傍に配置され、データを収集し、ケーブル１６のセットを経由して制御ユニット１２に接続するために使用される特定のセンサヘッド１４に依存する。特に、センサヘッド１４として耐火性厚さセンサの使用により、監視システム１０は、炉３０の層３６，３８，４０，４２の１つ以上の厚さおよび厚さプロファイルを決定できるようになる。代替として、センサヘッド１４として炉断層撮影(tomography)センサの使用により、厚さプロファイルを決定し、炉３０の層３６，３８，４０，４２の１つ以上への溶融材料３４の浸透の程度を評価できるようになる。当業者は、熱イメージングセンサ、温度センサ、炉底検出センサなど、モノスタティック(monostatic)構成またはマルチスタティック(multistatic)構成のいずれかにおける複数の同じタイプのセンサ、および他のタイプのセンサが、センサヘッドとして使用できることを理解するであろう。
【００３５】
典型的には、産業応用において、炉３０の特定領域へのアクセスは特に困難であることがある。図４は、監視システム１０の代替構成を示し、センサヘッド１４は、３つのコンポーネント、即ち、ＲＦトランシーバ、実行可能なコンピュータコードまたはソフトウェアを備えたコンピュータベースのプロセッサ、およびデータストレージユニットを備えた電子デバイス１４ａと、アンテナまたはプローブ１４ｂと、デバイス１４ａをプローブ１４ｂに電気的に接続する、同軸ケーブルなどのケーブル１４ｃとを備える。この構成は、プローブ１４ｂが電子デバイス１４ａから分離されているため、炉３０の外面４３の近傍に、より小型サイズのユニットの設置を可能にする。
【００３６】
さらに、１つ以上のプローブ１４ｂが、炉３０の複数の場所に渡って、特に困難なアクセスのエリアにおいて、現場(in-situ)に永久的または一時的に設置できる。好ましくは、現場プローブ１４ｂは、炉３０の外面４３の近傍に設置される。そして、デバイス１４ａは、コネクタ付きケーブル１４ｃを経由して各プローブ１４ｂと接続でき、各プローブ１４ｂが設置されたエリアに対応するデータを収集する。プローブ１４ｂは、炉３０と物理的に接触する必要はなく、制御ユニット１２またはケーブル１６のセットに設置されたスイッチまたはトリガーボタンによって機械的に駆動できる。同様に、プローブ１４ｂは、クイックコネクトケーブル１４ｃを装着することによって迅速に活性化できる。さらに、データをプローブ１４ｂに提供するために、通信能力を備えた複数のセンサが、溶融材料３４を包囲する層３６，３８，４０，４２の各々またはチャンバ３２に設置できる。好ましくは、この複数のセンサは、炉建設の際または修復プロセスの際に設置される。
【００３７】
さらに、プローブ１４ｂに容易に接続するクイックコネクトシステムを用いて、ポールなどの機械的アタッチメントが、監視システム１０の使い勝手を優先させ、プローブ１４ｂのアクセス性を増加させ、プローブ１４ｂによって到達可能になる炉３０の場所を延長するために使用できる。好ましくは、機械的アタッチメントは、窮地にアクセスするために、グースネック型など、延長可能かつ可撓性であり、炉３０の壁とある程度の自己整合を提供する。より好ましくは、機械的アタッチメントはまた、頑丈で、軽量で、持ち込みサイズのケースの中に収納するために折り畳み式である。当業者は、他のタイプの機械的アタッチメントが、アクセスが困難なことがある炉３０のエリアへのプローブ１４ｂのアクセスを改善するために使用できることを理解するであろう。これらの機械的アタッチメントは、伸縮自在ポール、折り畳み式エレメント、角度付セクションアーム、格納式部品を含んでもよい。
【００３８】
図１〜図４を参照して、好ましい構成において、制御ユニット１２は、複数のセンサヘッド１４およびプローブ１４ｂを制御し操作することが可能である。制御ユニット１２のコンピュータベースのプロセッサおよび実行可能なソフトウェアは、制御ユニット１２とセンサヘッド１４またはデバイス１４ａとの間のハンドシェイクプロトコルを起動することによって、制御ユニット１２に接続されたセンサヘッド１４のタイプまたはデバイス１４ａに装着されたプローブ１４ｂのタイプの識別を可能にできる。このハンドシェイクプロトコルは、フラッシュドライブを認識するためにコンピュータによって使用されるものに類似している。従って、いったんセンサヘッド１４またはプローブ１４ｂのタイプが識別されると、制御ユニット１２は、炉３０の対応する状態を監視するために、センサヘッド１４またはデバイス１４ａを動作させる。
【００３９】
典型的には、制御ユニット１２は、種々のセンサヘッド１４およびプローブ１４ｂに接続することが可能である。当業者は、温度プロファイルを決定する温度センサ、炉３０が設置された床に対して略平行なエリアにおいてチャンバ３２の底と炉３０の外面４３との間の距離を決定する炉底センサなど、多数の他のタイプのセンサが制御ユニット１２に接続できることを理解するであろう。
【００４０】
図５は、壁５０の一部のディスプレイ上の表現の概略側面図を示し、これは炉の外面４３の一部である。壁５０は、耐火材料製の複数の煉瓦を備える。垂直に配向した第１セットのマッピングラベル５４、および水平に配向した第２セットのマッピングラベル５６からなるグリッドが、外面４３の上に外面的に配置でき、リアルタイムまたは一定期間に渡って監視される炉の特定領域の追跡を容易にする。好ましくは、外面４３は、ラベル５４，５６を用いて行および列に文字または数字でラベル付与される。ラベル５４，５６は、外面４３において、１０００°Ｆ超に達することがある比較的高い温度に耐えられる必要がある。
【００４１】
図１〜図５を参照して、好ましくは、特注(customized)ソフトウェアが制御ユニット１２にインストールされ、マッピングラベル５４，５６に基づいて、炉３０の外面４３のマッピングを可能にする。層３６，３８，４０，４２の各々、材料のタイプ、層厚を含む、炉３０の寸法およびレイアウトは、制御ユニット１２にインストールされた特注ソフトウェアに設定される。さらに、ラベル５４，５６に従って、炉３０の外面４３にマッピングされた行および列は、炉３０のソフトウェアレイアウトの上に対応してマッピングされ、そして制御ユニット１２にインストールされ、炉３０の領域の各検査の適切なマッピングおよび追跡を可能にする。
【００４２】
本発明の構成の特定の態様によれば、資産耐用年数最適化システムが、管理ソフトウェアサブシステムと統合した監視システムを備える。詳細には、好ましい構成において、上述した構成の各々は、図１〜図４を参照して、管理ソフトウェアサブシステムと統合でき、資産耐用年数最適化システムを実装し、炉３０は、各資産を表す。こうして管理ソフトウェアサブシステムは、炉３０の状態の監視、記録、マッピング、可視化、診断、解析および追跡を実施し制御するために使用できる。特に、図６は、制御ユニット１２にインストールされた第１ソフトウェアモジュール６２と、クラウドコンピュータサブシステム６４と、クライアントコンピュータ６８にインストールされた第２ソフトウェアモジュール６６とを備えた管理ソフトウェアサブシステムアーキテクチャ６０の構成を示す。管理ソフトウェアサブシステムアーキテクチャ６０は、制御ユニット１２によるデータ収集および保存、データ転送および処理、ならびに検査リポート発生を可能にする。
【００４３】
図１〜図６を参照して、好ましくは、炉３０のエリアを検査する前に、炉３０の設計のマップが制御ユニット１２にダウンロードされる。そして、ユーザがソフトウェアモジュール６２を稼働して、制御ユニット１２上で、検査される炉３０の特定領域に入ることができる。これは、マッピングラベル５４，５６を参照して、炉３０の外面４３での行および列の識別に従って、制御ユニット１２上で、対応するブロックまたはセクションを選択することによって行ってもよい。
【００４４】
より好ましくは、ソフトウェアモジュール６２により、制御ユニット１２上の１つ以上のナビゲーションボタンは、ユーザに、検査される炉３０の領域を選択させ、またはセンサヘッド１４またはデバイス１４ａの機能、例えば、データの収集の起動を制御させるようにできる。検査の際、ソフトウェアモジュール６２は、制御ユニット１２上で、炉３０の外面４３のそれぞれ検査されたセクションについて収集された全てのデータを保存する。
【００４５】
最も好ましくは、炉３０の設計のマップは、クラウドコンピュータサブシステム６４にアップロードされ、第２ソフトウェアモジュール６６は、このマップをクラウドコンピュータサブシステム６４から制御ユニット１２にダウンロードできるようにする。代替として、ソフトウェアモジュール６２は、このマップをクラウドコンピュータサブシステム６４から直接にダウンロードできるようにしてもよい。
【００４６】
いったん検査が完了すると、ソフトウェアモジュール６２は、炉３０の検査したブロックまたはセクションに対応するデータを制御ユニット１２からクラウドコンピュータサブシステム６４に転送するために使用できる。そして、第２ソフトウェアモジュール６６は、データをクラウドコンピュータサブシステム６４からクライアントコンピュータ６８にダウンロードするために使用できる。代替として、ユーザが、第２ソフトウェアモジュール６６を稼働して、制御ユニット１２からクラウドコンピュータサブシステム６４へのデータの転送を可能にしてもよい。いずれの場合も、第２ソフトウェアモジュール６６は、クラウドコンピュータサブシステム６４またはクライアントコンピュータ６８のいずれかに保存されたデータの評価または解析のために使用できる。このデータ解析は、データ処理、画像処理アルゴリズム、信号処理視覚化手法の使用を含んでもよい。
【００４７】
収集したデータが処理された後、ソフトウェアモジュール６６は、検査リポートを発生して検査データを体系化し、潜在的な溶融材料浸透を可視化し、炉の劣化についての分析論を提供して炉３０のメンテナンス計画を最適化できる。典型的には、検査リポートは、炉３０の外壁の情報を提供する２次元または３次元の視覚化を含んでもよい。例えば、リポートは、予め定めた基準に従って、厚さが特定のレベルに到達しているであろう領域に対応して、マッピングラベル５４，５６または色分けされた表現を用いて耐火材料の厚さを示してもよい。
【００４８】
詳細には、検査リポートは、図５に示す表現と同様に、耐火材料の欠陥または厚さに対応して、そして検査した外壁４３の各エリアについて予め定めた厚さレベル（例えば、正常、適度、または重大）に従って、色分けまたは警告情報を表示する、炉３０の外壁４３の２次元視覚化を含んでもよい。同様に、検査リポートは、炉３０の層３６，３８，４０，４２の各々の状態を示す壁５０の断面図の３次元視覚化を含んでもよい。
【００４９】
さらに、検査リポートは、材料劣化の傾向を観測し、修復または炉利用のための適切な時間を推定するために、炉３０の特定のブロックまたはセクションについて経時的な厚さプロファイルの観点からの情報を提供してもよい。他の検査リポートは、潜在的な破損のエリアを識別し、炉３０および周囲の機器および人員への損傷を防止するために、炉３０の層３６，３８，４０，４２の各々への溶融材料３４の浸透レベル、および炉３０の特定のブロックまたはセクションに対応した温度を含んでもよい。ソフトウェアモジュール６６は、各検査の記録を維持し、耐火材料浸食レートを計算し、炉３０の層３６，３８，４０，４２の各々の劣化の履歴を提供し、溶融プロセスの影響を決定し、そして使用した特定タイプの溶融材料について炉３０の層３６，３８，４０，４２の各々の性能を評価することが可能である。
【００５０】
他の構成において、図２〜図６を参照して、クライアントコンピュータ６８は、制御ユニット１２に直接に接続してもよい。換言すると、図６のクライアントコンピュータ６８は、図２のコンピュータベースのプロセッサ２０として使用してもよい。この場合、全てのデータ収集、保存、転送、処理および報告は、局所的に実施してもよい。
【００５１】
当業者は、クライアントコンピュータ６８が、堅牢なデータベースおよびバックアップストレージシステムを有する外部コンピュータまたはサーバと接続し、または統合してもよいことを理解するであろう。この外部コンピュータまたはサーバは、クラウドコンピュータサブシステム６４と置換してもよい。好ましくは、この外部コンピュータまたはサーバは、ウェブアプリケーションを備え、そのためユーザが、ウェブまたはスマートフォン用プラットフォームを経由して、炉の検査の結果に遠隔的にアクセスして視覚化できる。同様に、当業者は、データ処理および画像処理のアルゴリズムが、１つの手法または２つ以上の手法の組合せを使用することによって実装できることを認識するであろう。これらの手法は、画像処理のために、差分イメージングの適用の有りまたは無しとともに、フーリエ変換、スペクトル解析、周波数および時間ドメイン応答解析、デジタルフィルタリング、コンボリューションおよび相関、間引きおよび補間、適応信号処理、波形解析、および、データ処理のためのデータウインドウおよび位相接続法(unwrapping)、そして、時間ドメイン、逆投影、遅延和(delay and sum)、合成開口レーダーイメージング、逆伝搬(back propagation)、逆散乱、および超解像を含む。
【００５２】
種々の実施形態を例示的な方法でここでは記載しており、使用した用語は、限定というより説明の用語の性質を有するように意図されていると理解すべきである。ここで開示したいずれの実施形態も他の実施形態の１つ以上の態様を含むことができる。例示的な実施形態は、当業者が本発明を実践できるように、本発明の原理のいくつかを説明するために記載した。明らかに、本発明の多くの変更および変形は、上記教示の観点で可能である。本発明は、添付の請求項およびこれらの法的な等価物の範囲で具体的に記載したもの以外の方法で実践してもよい。
【００５３】
種々の実施形態を例示的な方法でここでは記載しており、使用した用語は、限定というより説明の用語の性質を有するように意図されていると理解すべきである。ここで開示したいずれの実施形態も他の実施形態の１つ以上の態様を含むことができる。例示的な実施形態は、当業者が本発明を実践できるように、本発明の原理のいくつかを説明するために記載した。明らかに、本発明の多くの変更および変形は、上記教示の観点で可能である。本発明は、添付の請求項およびこれらの法的な等価物の範囲で具体的に記載したもの以外の方法で実践してもよい。
【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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