KR101710245B1

KR101710245B1 - 듀얼 빔 비접촉 변위 센서

Info

Publication number: KR101710245B1
Application number: KR1020147028495A
Authority: KR
Inventors: 토마스 하우; 게리 커첵크
Original assignee: 어드밴스드 에너지 인더스트리즈 인코포레이티드
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2017-02-24
Also published as: KR20140136032A; TW201346226A; US20130245996A1; CN104303026A; US9228878B2; WO2013142428A1; CN104303026B

Abstract

본 발명은, 용융 사파이어와 같은 유체 표면의 상승, 또는 상승의 변화를 원격적으로 모니터하기 위한 시스템, 방법 및 장치를 기술한다. 상기 원격 모니터는 이미지 센서 상에 검출된 유체 표면으로부터 한 쌍의 반사된 레이저 빔들의 위치를 측정함으로써 행해질 수 있다. 표면 상승이 떨어질 때, 한 쌍의 반사된 레이저 빔들의 위치들이 서로에 대해 이동하고, 이 위치 변화는 유체 표면 상승의 변화로 변환될 수 있다.

Description

듀얼 빔 비접촉 변위 센서{DUAL BEAM NON-CONTACT DISPLACEMENT SENSOR}

본 발명은 일반적으로 원격 감지에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 이에 한정되는 것은 아니나, 유체의 높이를 원격적으로 감지하기 위한 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다.

사파이어 잉곳 성장(예컨대, 카이로플로스, 초크랄스키, 바그다사로프 방법들)에 대한 다중 변화들은 용융된 사파이어가 형성되는 도가니 내에 사파이어 씨드(seed) 상의 결정을 수반한다. 각종 성장 방법들에 있어서, 잔여 용융 사파이어의 체적의 정확한 지식은 필수적이며 레벨의 지식 또는 유체의 높이를 통해 알아낼 수 있다. 예를 들면, 사파이어 결정체는 용융된 유체보다 농축되어 있기 때문에, 유체가 결정화할 때, 유체의 레벨이 저하되고, 이 변화하는 레벨을 모니터하기 위한 능력이 결정 성장률의 추정 측정을 가능케 한다.

종래의 방법들은 유체 레벨을 측정하기 위해 싱글 빔 삼각측량을 사용하지만, 불가능하지 않더라도, 빔 소스와 빔 검출기(예컨대, MICRO-EPSILON's OPTONCDT) 간의 큰 각도(예컨대, 20°)의 요망사항으로 인해 실시하기가 어렵다. 사파이어가 용융되는 챔버는 2050℃에 달할 수 있으며, 이와 같은 온도를 유지하기 위해, 두꺼운 도가니 벽이 종종 사용되며, 이는 단일의 길고 좁은 조망측(또는 창)만 도가니 내로 허용한다. 이들 방법에 의해 요구되는 ~ 20°각은 이와 같은 길고 좁은 관으로는 실현 불가능하다.

도 1은 원격 변위 감지를 위한 전통적인 싱글 빔 삼각측량 시스템을 도시한다. 용기(102)는 제1 레벨(104) 및 그 다음의 제2 레벨(106)의 액체(103)를 함유한다. 싱글 빔 삼각측량-기반 변위 모니터(108)는, 액체(103)의 제1 및 제2 면(104, 106) 상에 입사 빔(112)을 투사하기 위해 레이저 소스(110)를 사용한다. 제1 레벨(104)로부터의 반사(114)는 센서(116)에 의해 측정되고 제2 레벨(104)로부터의 반사(114)는 센서(116)에 의해 측정된다. 센서(116) 상의 반사 빔들(114, 118)의 위치들 간의 거리(120)에 기초하여, 레벨들(104, 106) 간의 거리(122)가 계산될 수 있다. 그러나, 이 시스템은 일반적으로, 변위 측정들이 전형적으로 도 2에 도시된 바와 같이 좁고 긴 조망측(202)을 통해 행해지고, 또한 전형적으로 상기 빔들 간의 각도가 상기 좁고 긴 조망측(202)을 통해 허용가능한 것보다 크기 때문에 사파이어 성장 로에서는 작동이 불가능하다.

어떤 시스템들은 보다 작은 입사각을 사용하여 원격 변위 측정들을 행할 수 있고, 그에 따라 노(200)의 좁고 긴 조망측(202)에 적용할 수 있는 반면, 이와 같은 시스템들은 전형적으로 유체 표면에 대한 소망의 높이 분해능을 달성하지 못한다. 이들 시스템은 종종 용융된 사파이어 유체 표면으로부터 반사되는 싱글 빔을 사용하고, 또한 CCD 상에 반사된 빔 위치의 변화의 함수로서 유체 높이 변화를 측정한다. 그 이유는 이와 같은 시스템의 해상도가 미흡하여, 유체 레벨의 상승에 있어서의 이동이 아닌, 다수의 변화들이 반사된 빔 위치에 있어서의 이동으로 되기 때문이다. 도가니의 진동들, 레이저 소스의 오 정합, 유체 표면에 있어서의 변동들은 모두, 유체 레벨에 변동이 일어나지 않는 경우에도 반사된 빔이 CCD를 가로질러 불안정하게 한다. 더욱이, 상당히 고가의 CCD들은 일반적으로 70 Hz 리프레시 레이트 부근 이하에서 가능한 2차원 화소 어레이들이며, 그 결과 반사된 빔의 신속한 이동이 종종 이상적인 가우시안 원 또는 타원이 아닌 블러(blur)로서 흐릿하게 검출된다. 모든 이들 팩터는 유체 레벨의 정확하고 고해상도의 측정을 어렵게 한다.

종래 기술의 시스템에 의한 다른 문제는, 레이저 반사가 종종 2000℃ 초과 용융 사파이어의 흑체(blackbody) 방사에 의해 종종 그늘지게 된다. 종래 사용되는 CCD들은 사파이어가 1200℃에 달할 때 포화하는 경향이 있으며, 그에 따라 사파이어가 그의 용융 온도에 달하기 전에 오랫동안 매우 높은 신호대 잡음비를 갖는다.

이 문제에 대한 하나의 해법은 용융된 사파이어(예컨대, MICRO-EPSILON's OPTONCDTBL과 같은 청색)로부터 흑체 밀도가 적은 파장에서 동작하는 레이저를 사용하는 것이다. 그러나, 짧은 파장의 레이저를 사용하더라도, CCD들은 1200℃ 넘어 포화하는 경향이 있다.

달리 시도되는 해법은, 공초점형 변위 센서들의 사용이며, 이들은 나노미터 해상도의 하이 리프레시 레이트 변위 측정들을 행하도록 상이한 거리에서 초점을 맞춘 빛의 다중 주파수를 사용하나, 이와 같은 장치들은 범위에 제한이 있다(예컨대, MICRO-EPSILON'S CONFOCALDT는 24 mm의 최대 범위를 갖는다). 공초점형 센서들은 전형적으로 용융된 사파이어 측정들에는 적용이 불가능한 데 그 이유는 센서들이 유체 표면으로부터 1.5 m 부근에 있도록 도가니를 설계할 필요가 있기 때문이다.

도면에 나타낸 본 발명의 예시적인 실시예들은 이하와 같이 요약된다. 이들 및 다른 실시예들은 상세한 설명란에서 보다 완전히 기술된다. 그러나, 본 발명이 발명의 개요 또는 상세한 설명란에 기술된 형태로 제한된다는 뜻은 아님을 이해하여야 할 것이다. 당업자라면 본 청구범위에 나타낸 발명의 사상 및 범주 안에 있는 많은 변형, 균등 및 대체 구성을 인식할 수 있을 것이다.

본 발명의 어떤 실시예는 유체 측정을 위한 원격 변위 감지 시스템으로서 특정될 수 있다. 상기 시스템은, 1차원 이미지 센서, 제1 레이저 소스, 제2 레이저 소스 및 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 제1 레이저 소스는, 제1 반사 빔이 제1 위치에서 상기 1차원 이미지 센서에 의해 검출되도록 노 내의 유체 표면으로 유도될 수 있다. 상기 제2 레이저 소스는, 제2 반사 빔이 제2 위치에서 상기 1차원 이미지 센서에 의해 검출되도록 노 내의 유체 표면으로 유도될 수 있다. 상기 프로세서는, 상기 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리를 모니터하고 상기 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리에 있어서의 변화에 기초하여 유체의 레벨의 변동을 계산하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법으으로 특정될 수 있다. 상기 방법은, 노의 조망측(view corridor)을 통과하고, 노의 내측의 유체 표면으로부터 반사하고, 조망측을 통해 복귀하도록 제1 레이저 빔을 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한, 노의 조망측을 통과하고, 노의 내측의 유체 표면으로부터 반사하고, 조망측을 통해 복귀하도록 제2 레이저 빔을 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한, 적어도 하나의 이미지 센서를 통해, 제1 시간 주기 동안 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 사이의 제1 평균 거리를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한, 적어도 하나의 이미지 센서를 통해, 제2 시간 주기 동안 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 사이의 제2 평균 거리를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한, 프로세서를 통해, 제1 평균 거리와 제2 평균 거리 사이의 차를 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 끝으로, 상기 방법은, 프로세서를 통해, 상기 차의 함수로서 유체 표면의 상승이 변화를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는, 이미지 센서, 제1 펄스동작 레이저 소스, 제2 펄스동작 레이저 소스, 및 프로세서를 포함하는 원격 변위 감지 시스템으로 특정될 수 있다.

상기 이미지 센서는 불연속 검출 통합 기간을 가질 수 있다. 상기 제1 펄스동작 레이저 소스는, 제1 반사 빔이 제1 위치에서 상기 이미지 센서에 의해 검출되도록 노 내의 유체 표면으로 유도될 수 있다. 상기 제1 펄스동작 레이저 소스의 펄스들은, 이미지 센서 상의 제1 위치의 불분명이 감소되도록 펄스 길이를 가질 수 있다. 상기 제2 펄스동작 레이저 소스는, 제2 반사 빔이 제2 위치에서 상기 이미지 센서에 의해 검출되도록 노 내의 유체 표면으로 유도될 수 있다. 상기 제2 펄스동작 레이저 소스의 펄스들은, 이미지 센서 상의 제2 위치의 불분명이 감소되도록 펄스 길이를 가질 수 있다. 끝으로, 상기 프로세서는, 상기 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리를 모니터하고 상기 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리에 기초하여 유체의 레벨을 계산하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는, 유체 표면의 수직 변위를 원격으로 측정하기 위한 방법을 행하도록 프로세서 판독가능한 명령들로 인코딩된, 비일시적(non-transitory), 유형(tangible)의 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서 특정될 수 있다. 상기 방법은, 제1 시간에서 제1 반사 레이저 빔의 제1 위치를 검출하는 단계, 제1 시간에서 제2 반사 레이저 빔의 제2 위치를 검출하는 단계, 제1 위치와 제2 위치 사이 사이의 제1 거리를 계산하는 단계, 제2 시간에서 제1 반사 레이저 빔의 제3 위치를 검출하는 단계, 제2 시간에서 제2 반사 레이저 빔의 제4 위치를 검출하는 단계, 제3 위치와 제4 위치 사이 사이의 제2 거리를 계산하는 단계, 제2 거리 빼기 제1 거리로서 반사 레이저 빔 분리의 변화를 계산하는 단계, 제1 또는 제2 반사 레이저 빔 중 어느 것의 입사각의 탄젠트에 반사 레이저 빔 분리를 4회 나눗셈하여 유체 표면의 수직 변위를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 목적, 이점 및 더욱 복잡한 이해가 첨부 도면과 함께 후술하는 설명 및 청구범위를 참조함으로써 명백해지고 더욱 완전히 이해될 것이다.
도 1은, 원격 변위 감지를 위한 통상적인 싱글 빔 삼각측량 시스템을 도시한다.
도 2는, 용융된 사파이어로부터 사파이어 결정을 성장시키기 위해 사용되는 통상적인 노를 도시한다.
도 3은, 유체의 변위를 원격적으로 모니터하기 위한 장치의 1 실시예를 도시한다.
도 4는, 유체의 상승이 감소되는 후속 시간에서의 도 3의 장치를 도시한다.
도 5A는, 제1 유체 표면에 대한 레이저 빔들 및 반사된 빔들을 도시한다.
도 5B는, 유체 표면 상승이 떨어졌을 때 레이저 빔들 및 반사된 빔들을 도시한다.
도 6은, 유체 표면의 변위를 원격적으로 모니터하기 위해 사용되는 구성 요소들 및 측정을 도시한다.
도 7은, 1차원 이미지 센서 상에 두 개의 긴 방사 레이저 빔들이 입사되는 1차원 이미지 센서의 1 실시예를 도시한다.
도 8A는, 이미지 센서에 대한 연속 통합 검출 구성과 조합된 펄스동작 레이저 소스를 도시한다.
도 8B는, 불연속 검출 통합 구성과 조합된 연속파 레이저 소스를 도시한다.
도 8C는, 불연속 검출 통합 구성으로 동작하는 이미지 센서와 비동기적으로 정합되는 펄스동작 레이저 소스를 도시한다.
도 8D는, 불연속 검출 통합 구성과 동기적으로 동작되는 펄스동작 레이저에 대한 터이밍 패턴의 1 실시예를 도시한다.
도 9는, 유체 표면의 변위 측정을 원격적으로 행하기 위한 방법을 도시한다.
도 10은, 본 발명의 방법 및/또는 임의의 하나 이상의 관점들을 실시 또는 실행하기 위한 장치를 일련의 명령들이 실행할 수 있는 컴퓨터 시스템의 예시적 형태에 있어서의 기계의 1 실시예를 도식적으로 나타내는 도면이다.
도 11은, 해상도를 향상시키기 위해 렌즈 소자를 사용하는 원격 변위 모니터 시스템의 1 실시예를 도시한다.

명세서에서 용어 "예시적"은, "일례, 사례, 또는 예시적으로 작용하는 것"을 의미하도록 사용된다. "예시적"으로 명세서에 기술된 임의의 실시예들은 반드시 다른 실시예들에 비해 바람직하거나 유익한 것으로 이해해서는 안된다.

어떤 실시예에서, 본 발명에 기술된 시스템, 방법 및 장치는 하나 이상의 다음 구성을 통해 종래의 과제를 극복한다: (1) 두 개의 빔들이 측정될 유체 표면으로부터 반사되는 경우, 제2 빔에 대한 제1 빔의 이동을 측정, (2) 2차원 센서가 아닌 1차원 이미지 센서를 사용하여 반사된 빔을 측정, (3) 빔들을 라인 스캐너의 배향에 수직인 기다란 형상 내로 확산, (4) 레이저 소스 및 선택적으로 1차원 이미지 센서를 펄스동작, 및/또는 (5) 이미지 센서에 도달하는 빛을 필터링.

두 개의 레이저 빔들의 사용

도 3은, 유체의 변위를 원격적으로 모니터하기 위한 장치(320)의 1 실시예를 도시한다. 특히, 상기 장치(320)는, 유체, 또는 반사성 유체, 또는 완전반사의 반사성 유체, 또는 용융된 액체, 또는 몇 개의 예를 들면 사파이어, 실리콘, 탄화 규소, 및 유리와 같은 용융 물질의 변위를 원격적으로 모니터하기 위한 구성을 갖는다. 상기 장치(320)는 또한, 유체가 대기 온도보다 높거나 화학적 또는 열적으로 열악한 환경에 있는 유체 표면의 임의의 원격 변위 측정에 대한 구성을 갖는다. 상기 유체들은, 점성 및 반유동체는 물론 기체-액체 조합을 포함하는 혼합물을 포함한다.

상기 측정들은 측정될 표면들(310, 312)이 노 또는 도가니(300) 내에 있을 수 있기 때문에 원격적으로 행해진다. 이와 같은 노(300)는, 예컨대, 사파이어 결정을 성장시킬 때, 물질을 가열 또는 용융하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 유체(306a)를 가열하기 위해 또한 다른 경우에 있어서는 유체(306a)를 형성하도록 물질을 용융하기 위해 가열 부재들(314)이 사용될 수 있으며, 그로부터 결정(308a)이 성장할 수 있다(예컨대, 사파이어, 실리콘, 탄화 규소 결정). 노(300)는 좁고 긴 조망측(view corridor)(302)을 포함할 수 있으며, 이는 용융 유체(306a)에 대한 단독의 시각적 접근을 제공할 수 있다. 유체(306a)는 용기(304) 내에 있고 결정(308a)이 제1 크기를 가질 때 존재하는 제1 표면(310)을 갖는다. 결정(308a)이 성장함에 따라 유체(306a)가 고체로 변환되며, 이에 따라 제1 표면(310)의 상승을 제2 표면(312)으로 하강시킨다(도 4에 도시).

상기 장치(320)는 노(300)의 외부에 배치될 수 있고 제1 레이저 소스(322), 제2 레이저 소스(324), 이미지 센서(326) 및 상기 이미지 센서(326)에 결합된 프로세서(330)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 레이저 소스(322, 324)는 각각, 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔에 대한 시작점 및 방사 점들이다. 상기 제1 및 제2 레이저 빔들은 좁고 긴 조망측(302)을 통해 유체(306a)의 제1 표면(310)에 유도된다. 상기 제1 및 제2 레이저 빔들은 제1 표면(310)으로부터 제1 및 제2 반사 레이저 빔들로서 반사하고, 이들 반사된 레이저 빔들은 이미지 센서(326) 상에 입사하고 그에 의해 검출된다. 상기 제1 반사 레이저 빔은 제1 반사 레이저 빔 위치(예컨대, 하나 이상의 화소 위치들)에서 검출될 수 있고 상기 제2 반사 레이저 빔은 제2 반사 레이저 빔 위치에서 검출될 수 있다. 상기 제1 및 제2 반사 레이저 빔 위치들은 프로세서(330)로 전달되며, 상기 프로세서는 제1 반사 레이저 빔 위치와 제2 반사 레이저 빔 위치 사이의 제1 거리(328a)를 결정할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 결정(308a)이 성장할 때, 유체(306b)의 체적이 감소하고 제2 표면(312)은 제1 표면(306b)의 상면으로 되는데, 환언하면, 유체(306a, 306b)의 표면 상승은 도면 부호 310으로부터 312로 바뀐다. 제1 및 제2 레이저 빔들은 이들이 제1 표면(310)으로부터 반사할 때 이들이 주행한 것보다 반사 전에 다른 거리를 주행하며, 이에 따라 다른 위치들에서 이미지 센서(320)에 대해 악영향을 준다. 이미지 센서(326)는 제1 반사 레이저 빔의 위치를 검출할 수 있고 이 위치를 프로세서(330)에 제3 반사 레이저 빔 위치로서 전달한다. 상기 이미지 센서(326)는 또한, 제2 반사 레이저 빔의 위치를 검출할 수 있고 이 위치를 프로세서(330)에 제4 반사 레이저 빔 위치로서 전달한다. 제3 및 제4 반사 레이저 빔 위치들에 기초하여, 프로세서(330)는 제3 반사 레이저 빔 위치와 제4 반사 레이저 빔 위치 사이의 제2 거리(328b)를 결정할 수 있다. 상기 프로세서(330)는, 제1 표면(310)으로부터 제2 표면(312)으로의 유체(306b)의 상승의 변화(332)를 결정하기 위해, 이미지 센서(326)에 대한 제1 및 제2 레이저 빔들 중 어느 빔의 입사각(예컨대, 0.5°- 1.5°)와 함께, 제1 및 제2 거리(328a, 328b) 간의 차를 사용할 수 있다.

두 개의 레이저 빔들의 사용에 의해, (예컨대, 0.5°- 1.5°와 같이) 종래에 가능했던 것보다 입사각의 각도(빔들과 유체 표면 310, 312 사이 또는 빔들과 이미지 센서 사이의 각도)를 더욱 적게 할 수 있어, 장치(320)가 좁고 긴 조망측(302)을 통해 유체(306b)의 제1 및 제2 표면(310, 312)의 원격 변위 감지를 행할 수 있다. 이와 같이, 레이저 소스 대 유체 표면 거리는 1 미터, 1.25 미터, 1.5 미터 및 다른 거리들을 포함할 수 있으며 이와 같은 변위 측정들은 종래 기술에는 비효율적이다. 두 개의 빔들을 사용하여 측정들을 행하는 것은, 제1 및 제2 레이저 빔 소스들(322, 324) 및/또는 이미지 센서 간의 오정합이 일어나거나, 유체(306b) 표면에서의 리플이나 다른 난류가 싱글 빔 시스템으로부터 달리 일어나더라도 정확한 원격 변위 측정들을 가능케 한다. 반사된 레이저 빔 위치의 변화들이 제2 반사 레이저 빔에 대해 측정되기 때문에, 각각의 빔은 이미지 센서 상의 한 점과 달리 기준으로 작용한다.

제1 레이저 소스(322)는 제1 레이저에 대한 방출구이고 제2 레이저 소스(324)는 제2 레이저에 대한 방출구이다. 이들 방출구들은 레이저들의 개구로 될 수 있으며 또는 레이저들이 제1 및 제2 레이저 소스들(322, 324)로부터 원격적으로 될 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 광섬유와 같은 광학 경로들 또는 하나 이상의 반사 표면들의 시스템(예컨대, 미러)은 레이저로부터 제1 및 제2 레이저 소스들(322, 324)로 레이저 광을 전송할 수 있다.

당업자는 제1 및 제2 레이저 빔들이 하나의 연속파 레이자 빔 또는 두 개의 분리된 펄스들로 될 수 있음을 이해할 것이다. 각각의 경우에, 소스와 빔의 방향은 동일하며; 제1 및 제2 빔에 대한 참조(reference)는 단순히 제1 시간에서의 빔 경로 및 후속 시간에서의 빔 경로를 기술하는 데 도움을 주기 위해 사용될 뿐이다.

도 5A는 및 도 5B는, 반사된 레이저 빔들 간의 거리(526a, 526a)의 변화가 어떻게 측정될 수 있는 지를 나타낸, 레이저 소스들*520, 522) 및 이미지 센서(524)를 클로즈업하여 도시한 것이다. 도 5A는 제1 유체 표면(도시되지 않음)에 대한 레이저 빔들 및 반사된 빔들을 도시하고, 도 5B는 (결정이 팽창하고 유체를 소모함에 따라) 유체 표면 상승이 떨어졌을 때 그 레이저 빔들 및 반사된 빔들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 제1 거리(526a)는 제2 거리(526b)보다 적다. 제1 거리(526a)와 제2 거리(526b) 사이의 차는 제3 거리(528)로 될 수 있다. 제3 거리(528)는 도 6을 참조하여 기술되는 바와 같이 유체 표면의 상승 변화를 계산하기 위해 사용될 수 있다.

도 6은, 유체 표면의 변위를 원격적으로 모니터하기 위해 사용되는 구성 요소들 및 측정들을 도시한다. 도 6은 정확한 척도로 나타낸 것이 아니고, 측정 부재들의 시각화에 도움을 주기 위해 과장된 각도 및 비율로 된 것을 포함한다. 도면에는, 제1 레이저 소스(602), 제1 레이저 빔(609), 제1 반사 레이저 빔(610), 제3 레이저 빔(611), 제3 반사 레이저 빔(612), 제2 레이저 소스(604), 제2 레이저 빔(613), 제2 반사 레이저 빔(614), 제4 레이저 빔(615), 제4 반사 레이저 빔(616), 이미지 센서(628), 제1 유체 표면(606), 제2 유체 표면(608), 및 각종 거리와 각도들이 도시되어 있다.

제1 레이저 소스(602)는 (유체 표면 606, 608에 대해 수직 관계로) 입사각(618)으로 제1 레이저 빔(609)을 방사하고, 제2 레이저 소스(604)는 입사각(618) 또는 비슷한 각도로 제2 레이저 빔(613)을 방사한다. 제1 및 제2 레이저 빔(609, 613)은 노(도시되지 않음) 내로 통과되고 제1 및 제2 반사 레이저 빔(610, 614)을 생성하는 유체의 제1 표면(606)으로부터 반사된다. 제1 및 제2 반사 레이저 빔(610, 614)은 제1 인터셉트 위치(630) 및 제2 인터셉트 위치(632)에서 이미지 센서(628)를 인터셉트한다. 제1 및 제2 레이저 빔(609, 613)은 제1 시간에서 방사되고, 대응하는 반사 레이저 빔들(610, 614)은 후에 잠시 이미지 센서(628)에 의해 검출될 수 있다.

상기 이미지 센서(628)는 제1 및 제2 인터셉트 위치(630, 632)를 나타내는 데이터를 프로세서에 전송할 수 있으며, 상기 프로세서는 제1 및 제2 인터셉트 위치들(630, 632) 사이의 제1 거리(620)를 결정할 수 있다.

유체의 제1 표면(606)의 상승은 결정이 성장함에 따라 제2 표면(608)의 상승으로 감소될 수 있다. 제2 시간에서, 제2 표면(606)에서 표면상승이 있을 때 제1 레이저 소스(602)는 제3 레이저 빔(611)을 방출할 수 있고, 이는 제2 표면(608)으로부터의 제3 반사 레이저 빔(612)이 노로부터 반사하여 제3 인터셉트 위치(634)에서 이미지 센서(628)에 충돌하도록 한다. 제2 시간에서, 제2 레이저 소스(604)가 제4 레이저 빔(615)을 방출할 수 있고, 이는 제4 반사 레이저 빔(616)이 반사하여 제4 인터셉트 위치(636)에서 이미지 센서(628)에 충돌하도록 한다.

상기 이미지 센서(628)는 프로세서(예컨대, 도 3 및 4의 프로세서 330)에 제3 및 제4 인터셉트 위치들(636, 636)을 제공할 수 있으며, 상기 프로세서는 제3 및 제4 인터셉트 위치들(634, 636) 간의 제2 거리(622)를 결정할 수 있다.

상기 프로세서는 또한, 제1및 제2 거리(620, 622) 사이의 거리(624)의 변화를 결정하기 위해 제2 거리(622)로부터 제1 거리(620)를 감산한다. 이 거리의 변화(624)는, 유체 상승에 있어서의 변위(626)를 결정하기 위해 입사각(618)과 함께 사용될 수 있다. 특히, 상기 변위(626)는 다음과 같이 식 1을 통해 풀 수 있다: (1) 식 Δ₆₂₆ = Δ₆₂₄/4tan(θ)

상기 식 1에서, Δ₆₂₆은 변위(626)이고 Δ₆₂₄는 거리(624)에 있어서의 변화이며, θ는 입사각(618)이다. 보다 큰 각도 618θ를 사용하면 유체 표면 변위의 원격 감지를 보다 높은 해상도로 행할 수 있다. 동시에, Δx/Δz~2θ이므로 각도 618θ가 보다 큰 이미지 센서 상의 반사 레이저 빔의 변화를 보다 용이하게 결정할 수 있다. 각도 618θ는 특히 0.5°~ 1.5°를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 0°와 90°사이의 모든 각도를 포함할 수 있다.

어떤 실시예에서, 입사각(618)은 제1 및 제2 레이저 소스(602, 604) 에 대해 다를 수 있다. 입사각들의 차는, 알고리즘들이 표면 상승의 부정확한 결정으로 되는 유체 표면의 난류(disturbance)를 고려하도록 한다.

당업자는 제1 및 제2 레이저 빔들이 하나의 연속파 레이저 빔 또는 두 개의 분리된 펄스들로 될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 각각의 경우에, 소스 및 빔의 방향은 동일하며; 제1 및 제2 빔에 대한 기준은 단순히 제1 시간에서의 빔 경로 및 후속 시간에서의 빔 경로를 기술하는 데 도움을 주기 위해 사용될 뿐이다.

어떤 실시예에서, 렌즈 또는 다른 빔 형상 부재들이 해상도를 더 향상시키도록 사용될 수 있다. 예컨대, 이미지 센서에 달하기 전에 볼록 렌즈를 통해 반사 빔을 통과시키는 것은 해상도를 더 좋게 하거나 또는 입사각을 감소시킨다. 도 11은 분해능을 향상시키기 위해 렌즈 소자(1104)를 사용한 원격 변위 모니터 시스템의 1 실시예를 도시한다. 두 레이저 빔 소스들(1102)의 하나가, 제1 반사 레이저 빔(1110)으로서 제1 상승(1006)에서의 유체 표면으로부터 반사하는 제1 레이저 빔(1109)을 방출하는 것으로 도시되어 있다(제2 레이저 소스는 설명의 간략화를 위해 도시되지 않음). 제1 반사 레이저 빔(1110)이 노(도시되지 않음)로부터 방출되고 볼록 렌즈 소자(1104)를 통과하여 이미지 센서(1128)로 향한다. 제1 반사 레이저 빔(1110)의 경로는 렌즈 소자(1104)에 의해 변경된다.

이어서, 레이저 빔 소스(1102)는 낮은 상승(1108)의 유체 표면으로부터 반사하는 제2 레이저 빔(1111)을 방출하고, 노를 떠나서 볼록 렌즈 소자(1104)를 통과하는 제2 반사 레이저 빔(1112)을 생성한다. 제2 반사 레이저 빔(1112)의 경로는 렌즈 소자(1104)에 의해 변경된다. 그러나, 제2 반사 레이저 빔(1112)은, 제1 반사 레이저 빔(1110)보다 넓은 범위로 변경되어, 이미지 센서(1128)에 대한 제1 및 제2 반사 레이저 빔(1110, 1112)의 검출 위치들 간의 거리가 이들 레이저 빔들이 렌즈 소자(1104)에 도달하기 전에 제1 및 제2 반사 레이저 빔들(1110, 1112) 간의 거리(1132)보다 크도록 한다.

당업자는 제1 및 제2 레이저 빔들(1109, 1111)이 하나의 연속파 레이저 빔 또는 두 개의 분리된 펄스들로 될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 각각의 경우에, 소스 및 빔의 방향은 동일하며; 제1 및 제2 빔에 대한 기준은 단순히 제1 시간에서의 경로(1109) 및 후속 시간에서의 경로(1111)를 기술하는 데 도움을 주기 위해 사용될 뿐이다.

유사한 라인을 따라, 하나 이상의 렌즈 소자들이 이미지 센서 상에 빔을 맞추고 해상도를 증대시키기 위해 반사 레이저 빔의 결로들에 위치될 수도 있다. 이상적으로는, 렌즈 소자들 없이 이미지 센서 상에 초점이 맞추어지는 것이나, 이미지 센서 상에 빔들을 초점 맞추기 위해 렌즈 소자의 사용이 바람직한 요인이 있을 수도 있다. 예컨대, 도 11에 도시된 바와 같은 발산 렌즈 소자(1104)가 사용되었을 때, 각 반사 빔에 대한 하나의 초점 렌즈 소자가 렌즈 소자(1104)와 이미지 센서(1128) 사이에 위치되어 렌즈 소자(1104)의 디포커싱 효과 후 반사 빔을 재초점화할 수도 있다.

두 빔의 사용은 정합 및 시스템 진동으로 인한 부정확을 경감시키면서, 본 발명의 다수의 다른 관점은 이미지 센사 상의 반사 레이저 위치들의 분해능 및 정확도를 향상시키는 것이다. 이들은 다음의 어느 하나 이상을 포함한다: (A) 1차원 이미지 센서, (B) 레이저 빔을 1차원 이미지 센서의 길이에 대해 수직으로 정렬된 긴 단면들 내로 확산, (C) 레이저 소스들을 펄스동작시키고 이산 이미지 센서 통합 기간을 사용, (D) 이미지 센서에 입사되는 방사를 필터링.

1차원 이미지 센서

도 7은, 1차원 이미지 센서(702) 상에 두 개의 긴 방사 레이저 빔들(704, 706)이 입사되는 1차원 이미지 센서(702)의 1 실시예를 도시한다. 상기 1차원 이미지 센서(702)는, 각 화소가 (단지 단일 화소에 인접한 단부들 상의 각 화소를 제외하고)두 개의 다른 화소들에만 인접하도록 단일 라인으로 배치된 복수의 화소들을 갖는다. 팩스기, 스캐너 또는 복사기에서 발견되는 라인 스캐너는 1차원 이미지 센서의 비 제한적 일례이다.

상기 1차원 이미지 센서(702)의 한가지 이점은, 각 화소에 대한 리프레시 레이트가 유사한 가격의 2차원 이미지 센서에 의해 가능한 것보다 상당히 빠를 수 있다는 것이다. 예컨대, 통상적인 2차원 이미지 센서는 70 Hz의 데이터 획득률을 달성할 수 있는 반면, 1차원 이미지 센서(702)는 1 kHz에서 데이터를 획득할 수 있다. 이러한 증대된 획득률은, 레이저의 입사 위치의 움직임이 이미지 센서 획득률보다 빠른 경우 입사각의 레이저 빔이 겪을 수 있는 불분명함을 감소시킨다. 요컨대, 단일 검출 통합 기간 동안 레이저 빔 위치가 이동한 경우, 그 위치는 흐릿해져 불분명하게 된다. 1차원 이미지 센서(702)의 사용은 또한 이미지 센서로부터 데이터를 판독하고, 기록하고 분석하는 것에 관련된 소프트웨어, 프로그래밍 및 처리 시간을 단축시킨다.

1차원 이미지 센서(702)는 이전에는 반사 레이저 빔(704, 706)의 이동 때문에 사용되지 않았는데 상기 빔들(704, 706)은 통상적으로 1차원 이미지 센서(702)의 지터를 온 및 오프하도록 한다. 예컨대, 유체 표면에서의 난류는 빔이 종종 단일 스폿에 머물지 않고 주위로 점프하도록 한다. 두 빔의 사용은 적어도 (도 7에 있어서의 업 및 다운과 같이) 일 방향에 있어서의 이와 같은 지터들의 문제점을 경감시키는 반면, 지터가 센서(702)의 길이방향에 대해 수직일 때 1차원 센서(702)에 대한 문제점을 완화하지는 않는다. 그러나, 1차원 센서(702)의 길이방향에 대해 수직으로 배치된 긴 단면들(704, 706)(예컨대, 길이는 폭보다 실질적으로 크다)을 갖는 레이저 빔을 사용함으로써, 반사 레이저 빔들(704, 706)의 어떤 부분이 1차원 센서(702)의 일부 상에 항시 입사될 수 있도록 한다.

제3 및 제4의 긴 반사 레이저 빔들(708, 710)(점선들)은, 유체 표면 레벨에 변화가 일어나지 않더라도 시스템에서의 진동 또는 오 정렬에 의해 빔이 1차원 이미지 센서(702)에 대한 이동이 야기된 경우 제1 및 제2의 긴 반사 레이저 빔들(704, 706)의 새로운 위치를 도시한다. 도시된 바와 같이, 두 개의 반사 레이저 빔들(708, 710) 간의 거리는 동일하게 있으며, 이들 모두 1차원 이미지 센서와 일치하여 중심축으로부터 이동되더라도, 두 빔들(708, 710)의 일부는 여전히 이미지 센서에 입사되고 그에 따라 계속 검출된다. 1차원 이미지 센서(702)와 이 1차원 이미지 센서(702)의 길이에 대해 수직으로 배치된 기다란 레이저 빔 단면의 신규한 조합은 빠르고, 예리하고, 중단되지 않는 반사 레이저 빔의 위치 검출을 가능케 한다.

2차원인 라인 스캔 이미지 장치들은 길이 치수에 있어서의 화소들의 수가 폭 치수에서의 화소들의 수보다 실질적으로 많도록 실시될 수 있다. 이와 같은 2차원 라인 스캔 이미지 장치는 바람직하게 70 Hz보다는 1 kHz에 가까운 획득률을 갖는다.

긴 레이저 빔 단면

도 7에 도시된 바와 같이, 레이저 빔들은 좁고 긴 단면을 갖는데, 이는 길이가 폭보다 실질적으로 큰 것을 의미한다. 어떤 예에서, 단면은 도 7에 있어서와 같이 타원에 가까울 수 있다. 그러나, 다른 긴 단면들은 사각형을 나타낼 수도 있다. 그의 정확한 형상은 상기의 어느 것에 한정되지 않는다. 보다 중요한 것은, 반사 빔들이 1차원 이미지 센서(702)에 대해 이동하거나 진동할 때 반사 레이저 빔의 일부가 1차원 이미지 센서(702)에 의해 검출되도록 길이가 충분하도록 하는 것이다.

긴 형상부는 원형 또는 타원형 단면과 같은 임의의 레이저 소스로부터 발생될 수 있다. 긴 형상부는 (평면측에서 볼록측으로) 튜블라 렌즈를 통해 레이저 빔을 통과시킴으로써 형성될 수 있으며 그에 따라 원형 또는 타원형 단면이 실질적으로 폭보다 긴 길이를 갖는 타원형 단면으로 확산되도록 한다. 긴 형상부는 또한, 고정된 미러 또는 다른 형태 또는 조합 또는 렌즈들을 통해 생성될 수 있다. 또는, 긴 형상부는 스캔법을 통해 원래 단면을 왜곡시키도록 동적 미러 또는 렌즈들의 사용을 통해 형성될 수 있다. 예컨대, 소 진동 미러가 직선 경로를 가로질러 원형 레이저 단면을 스캔할 수 있으며, 그에 따라 시간 평균 방식으로 보았을 때 긴 빔 단면을 생성한다.

비록 상기에는 기다란 레이저 빔 단면을 기술했으나, 당업자는 이러한 특징에 한정되지 않고 많은 실시예들에 있어서 원형 또는 타원형 (좁고 길지 않은) 단면 없이 생성될 수 있음을 이해할 것이다.

불연속(또는 펄스형 동작) 레이저 소스들 및 이미지 센서 검출 통합 기간

원격 유체 변위 측정에 있어서의 하나의 과제는, 평탄한 유체 표면으로부터의 정반사 형태의 결과로, 반사 레이저 빔이 매우 좁은 빔 단면을 갖는다는 점이다. 확산 반사는, 표면이 난류를 보이거나 시스템에 진동 또는 오정합이 있더라도 빛이 동일한 스폿에 충돌하도록 하는 것을 의미한다. 그러나, 정반사에 의해, 이들 의 임의의 움직임은 반사 빔들이 이미지 센서 주위로 또는 이미지 센서로부터 이동하도록 야기한다. 이와 같은 이동은 유체의 원격 변위 측정이 행해지는 긴 거리(예컨대, ~1.5 미터)만큼 증폭된다. 이에 따라, 이미지 센서에 대해 연속 통합 검출 구성과 조합된 연속파 레이저 소스들은 검출된 빔들을 흐릿하게 할 수 있다. 본 발명의 제안된 해법은, 흐릿해지는 것을 피하기 위해 불연속 검출 통합 기간을 사용한 이미지 센서 또는 펄스동작 레이저 소스들의 하나 또는 둘 다를 사용하는 것을 포함한다.

도 8A는, 이미지 센서에 대한 연속 통합 검출 구성과 조합된 펄스동작 레이저 소스를 도시한다. 레이저가 충분히 빨리(예컨대, 10 마이크로초) 펄스동작할 때 이미지 센서에 걸쳐 움직임이 있더라도, 이미지 센서에 의해 검출될 레이저 빔 단면의 레이저의 분명한 영상을 위해 충분한 시간으로 된다. 다라서, 빠른 레이저 펄스들이 불분명해지는 것을 회피할 수 있다.

불연속 검출은 불분명해지는(흐릿해지는) 것도 감소시킬 수 있다. 도 8B에서, 레이저가 연속파 모드로 동작되더라도, 이미지 센서의 불연속 검출 통합 기간(예컨대, ~100 마이크로초)은, 불연속 검출 통합 기간 동안 레이저 빔의 움직임만 검출되는 것을 의미하며, 그에 따라 흐릿해짐이 덜 나타나게 된다.

어떤 실시예에서, 도 8C 및 8D의 예와 같이, 펄스동작 레이저 소스들 및 불연속 검출 통합이 조합될 수 있다. 도 8C는, 불연속 검출 통합 구성으로 동작하는 이미지 센서와 비동기적으로 정합되는 펄스동작 레이저 소스를 도시한다. 도 8A에 있어서와 같이, 검출 레이저 위치들의 흐릿해짐이 감소될 수 있다. 이 모드를 행하기 위해 구성, 프로그래밍 및 복잡한 구성들이 덜 요구되기 때문에 비동기 동작이 바람직하다.

그러나, 레이저 빔들과 이미지 센서 강의 비동기 동작이 바람직한 경우, 도 8D는, 많은 동기 타이밍 패턴들 중 하나를 도시한다. 도 8C 및 8D의 동기 및 비동기 타이밍 패턴들에 있어서, 이미지 센서의 검출 통합 기간(예컨대, ~100 마이크로초)은, 단일의 검출 통합 기간이 두 개의 연속적 펄스들로부터 빛을 픽업하지 않도록 레이저 펄스들의 기간보다 짧은 것이 바람직하다(예컨대, >100 마이크로초).

이들 타이밍 차트는 1차원 및 2차원 이미지 센서 모두에 적용할 수 있다. 비록 상기는 펄스동작 레이저 빔들의 사용을 기술했으나, 당업자는 이러한 특징에 한정되지 않으며 상기 실시예들의 대부분이 연속파 레이저 소스들로 동작할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 펄스동작 레이저 소스들은 두 개의 예를 들면 듀티 사이클 및 파워의 변화와 같은 다양한 특성을 가질 수 있다.

필터링

다시 도 3을 참조하면, 유체는 통상적으로 2030-2050 ℃에서 용융하며, 이에 따라 유체(306a)는, 처리되지 않을 경우 반사 레이저 빔을 인출할 수 있는 다량의 흑체 방사를 발한다. 신호대 잡음비(SN)를 향상시키기 위한 하나의 방법은, 유체(306a)로부터 흑체 방사를 덜 발하는 파장에서 동작하도록 하는 것이다. 이는 가시 스펙트럼의 청 또는 보라색 단을 향해 일어나며, 그에 따라 어떤 실시예에서는 청색 또는 보라색 레이저들이 사용될 수 있다. 특히, 500 nm 미만 또는 450 nm 미만의 파장이 사용될 수 있다. 1 실시예에서, 레이저 소스들(322, 324)은 405 nm의 파장으로 빛을 발한다.

또한, 이들 파장 부근의 흑체 방출은 정반사보다는 확산으로 되는 경향이 있다. 이와 같이, 대단히 적은 백분율의 흑체 방출이 레이저 빔의 정반사로부터 광자화하는 것보다 이미지 센서에 도달한다. 이에 따라, 확산 방출과 정반사 사이의 차가 SN비를 더욱 향상시킨다.

SN비는 상기 이미지 센서에 도달하는 청색 또는 보라색 광자 외에 모두를 감소시키도록 필터의 사용을 통해 개선될 수있다. 1 실시예에서, 레이저 발광 파장을 둘러싸는 이미지 센서에 도달하는 발광량을 감소시키기 위해 일련의 필터가 배치 될 수 있다. 예컨대, (예컨대, 녹색 및 청색 파장을 흡수하기 위한 B390 Hoya 글래스와 같이) 보라색 대역과 직렬로 (예컨대, 적색 및 IR 파장을 흡수하기 위한 BG37 Schott Glass와 같이 청색 및 녹색 대역과 직렬과 보라색 대역 통과 필터(예를 들면, 400 nm) 보라색 광자를 제외한 모두를 필터링하는데 사용될 수 있다.

유체 표면 난류에 대한 정규화

다른 과제는, 유체 표면의 난류가 표면 높이가 동일하게 유지되는 경우에도 반사된 레이저 빔이 서로에 대해 이동할 수 있다는 것이다. 이러한 표면 난류를 고려하여, 검출된 레이저 빔들 사이의 거리는 일정 기간 동안 복수의 레이저 펄스 (예컨대, 1000개 펄스들)에 대해 모니터될 수 있으며, 평균 거리가 결정될 수있다. 평균화함으로써, 액체 표면에서의 난류에 의해 야기되는 위치들 간의 변동이 감소 될 수 있다. 이 절차는 또한 유체 표면에 대한 곡률 동적 상태 및 표면 외란 특성과 동작을 기술하는 데이터를 제공한다.

본원에 개시된 다양한 실시예들에서, 응용 프로그램들은, 특히 접촉 측정이 불가능한 임의의 유체 표면의 원격 변위 감지를 포함한다. 예컨대, 이들 실시예는 특히 유체 표면이 열적으로 또는 화학적으로 좋지 않은 환경에 적합하다. 어떤 비 제한적인 예는, 단지 몇 개의 예를 들면, 사파이어, 실리콘, 탄화 규소, 유리, 및 이들의 용융된 버전을 포함하는 유체와 같은 유체 표면들의 원격 변위 측정을 포함한다.

어떤 실시예에서, 반사된 레이저 빔의 단면의 치수는 반사 레이저 빔들 간 거리의 측정을 보완 또는 대체하기 위해 측정될 수 있다. 예컨대, 반사된 레이저 빔들의 하나 또는 모두의 폭 또는 직경이 측정될 수 있고, 시간 경과에 따른 변화들이 유체 표면의 변위를 개략적으로 결정하기 위해 사용될 수 있다(예컨대, 보다 큰 반경은 표면 높이가 감소했음을 의미하지만, 이는 레이저 빔의 최소 시준 점이 이미지 센서의 앞 또는 뒤에 있는지에 따른다).

일 실시예에서, 본원에 개시된 시스템, 방법 및 장치는 다이내믹 레인지 탐색 애플리케이션을 위해 변형될 수 있다. 제1 및 제2 레이저 소스의 입사각은 소정 기단 주기 동안 각도들의 범위를 통해 스위프될 수 있으며, 이와 같은 스위프는 초 당 1,000 사이클(1 ㎑) 까지 발생한다. 각각의 입사각에 대해, 원격 표면으로부터의 반사된 레이저의 위치는 이미지 센서에 의해 검출될 수 있다. 프로세서는 제1 및 제2 레이저 소스와 원격 표면 사이의 거리를 결정하기 위해 입사각 및 반사 레이저 빔 위치들을 사용할 수 있다. 프로세서는 또한, 위치에 있어서의 변화율 및 시간에 있어서의 다수의 지점에서 표면의 위치의 변화들을 결정할 수 있다. 범위 탐색의 동적 방법의 하나의 장점은, 표면에서의 큰 변위가 관찰 및 계산될 수 있다는 것이다.

도 9는 유체 표면의 원격 변위 측정을 행하는 방법(900)을 도시한다. 상기 방법(900)은 제1 및 제2 레이저 빔이 노의 조망측을 통과하고 유체 표면으로부터 반사하고 조망측을 통해 복귀하도록 유도되는 제1 및 제2 레이저 빔의 동작(902)을 포함한다. 상기 빔들은, 그들의 반사가 노를 떠나서 이미지 센서 상에 검출되도록 배치된다. 이는 두 개의 측정 동작(904, 906)을 통해 발생한다. 제1 측정 동작(904)에 있어서, 이미지 센서는 제1 시간 주기 동안 제1 및 제2 레이저 빔들 간의 제1 평균 거리를 측정한다. 평균 거리는 일정 시간 주기 동안 또는 다수의 레이저 펄스(예컨대, 1000개 펄스들)에 걸쳐 제1 및 제2 레이저 빔의 위치들을 평균화함으로써 측정할 수 있다. 제2 측정 동작(906)에 있어서, 이미지 센서는 제2 시간 주기 동안 제1 및 제2 레이저 빔 사이의 제2 평균 거리를 측정한다. 이 데이터는 다음, 계산 동작(908)에 있어서 제1 및 제2 평균 거리 사이의 차를 계산하는 프로세서에 전송할 수 있다. 이 차에 기초하여, 결정 동작(910)에 있어서의 차의 함수로서 유체 표면의 상승의 변화를 결정할 수 있다.

본 명세서에 기술된 시스템 및 방법들의 일부분은, 상기한 특정 물리적 장치에 부가하여, 컴퓨터 시스템과 같은 기계에서 구현될 수 있다. 도 10은, 본 발명의 방법 및/또는 임의의 하나 이상의 관점들을 실시 또는 실행하기 위한 장치를 일련의 명령들이 실행할 수 있는 컴퓨터 시스템(1000)의 예시적 형태에 있어서의 기계의 1 실시예를 도식적으로 나타내는 도면이다. 도 1의 부재들은 단지 예시적이며, 사용의 관점 또는 임의의 하드웨어, 소프트웨어, 내장된 로직 컴포넌트들의 기능, 또는 특정 실시예를 구현하는 두 개 이상의 구성 요소의 조합을 제한하지 않는다.

컴퓨터 시스템(1000)은 프로세서(1001), 메모리(1003) 및 및 저장부(1008)을 포함할 수 있으며 이들은 버스(1040)를 통해 서로에 대해 또한 다른 부재들과 통신한다. 상기 버스(1040)는 또한, 디스플레이(1032), 하나 이상의 입력 장치들(0133)(예컨대, 키패드, 키보드, 마우스, 스틸러스, 이미지 센서 등을 포함 할 수 있다), 하나 이상의 출력 장치들(1034)(예컨대 332, 324와 같은 하나 이상의 레이저 소스들), 하나 이상의 저장 장치들(1035), 다양한 유형의 저장 매체(1036)들을 링크할 수 있다. 이들 모든 부재들은, 예컨대, 버스(1040)에 대한 직접 또는 하나 이상의 인터페이스 또는 어댑터들을 인터페이스 할 수 있다. 예컨대, 각종 유형의 저장 매체(1036)는, 저장 매체 인터페이스(1026)를 통해 버스와 인터페이스 할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1000)은, 하나 이상의 집적 회로들(IC들)에 한정되지 않고, 인쇄 회로 기판(PCB들), (휴대 전화 또는 PDA와 같은) 모바일 휴대형 장치, 랩톱 또는 노트북 컴퓨터, 분산형 컴퓨터 시스템, 컴퓨팅 그리드, 또는 서버를 포함하는 임의의 적절한 물리적 형태를 가질 수 있다.

프로세서(들)(1001)(또는 중앙 처리 장치들) (CPU들)은, 선택적으로 명령, 데이터, 또는 컴퓨터 어드레스의 임시 저장을 위한 캐시 메모리 유닛(1002)을 포함한다. 일 예에 있어서, 캐시 메모리 유닛(1002)은 하나 이상의 레이저 소스들(예컨대, 332, 324, 520, 522, 604 602)의 펄스 폭 및 주기와 검출 통합 길이 및 이미지 센서(예컨대, 326, 524, 628, 702, 1128)의 주기를 제어하기 위한 명령들을 저장할 수 있다. 캐시 메모리 유닛 (1002)은 또한, 이미지 센서(예컨대, 326, 524, 628, 702, 1128)에 의해 검출된 하나 이상의 반사 레이저 빔들(예컨대, 630, 632, 634, 636)의 위치들을 기술하는 데이터를 저장할 수 있다. 상기 캐시 메모리 유닛 (1002)은 또한, 반사 레이저 빔의 위치들(예컨대, 630, 632, 634, 636) 간의 거리, 및/또는 시간의 함수로서 반사 레이저 빔의 위치들(예컨대, 630, 632, 634, 636) 간의 거리의 변화를 기술하는 데이터를 저장할 수 있다. 프로세서(들)(1001)는, 컴퓨터 판독 가능 명령어의 실행을 지원하도록 구성되어 있다. 컴퓨터 시스템(1000)은, 메모리(1003), 저장부(1008), 저장 장치(1035), 및/또는 저장 매체(1036)와 같은 하나 이상의 유형 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에서 구현되는 소프트웨어를 실행하는 프로세서(들)(1001)의 결과로서 기능성을 제공할 수있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는, 특정 실시예를 구현하는 소프트웨어를 저장할 수 있고, 프로세서(들)(1001)은 소프트웨어를 실행할 수 있다. 메모리(1003)는, (예컨대, 대용량 저장 장치들 1035, 1036)과 같은) 하나 이상의 다른 컴퓨터 판독 가능 매체로부터 또는 등) 또는 네트워크 인터페이스(1020)와 같은 적절한 인터페이스를 통해 하나 이상의 다른 소스들로부터 소프트웨어를 판독할 수 있다. 소프트웨어는, 프로세서(들)(1001)가, 하나 이상의 프로세스 또는 본원에 기술되거나 도시된 하나 이상의 프로세스의 하나 이상의 단계를 실행하도록 한다. 예컨대, 소프트웨어는, 프로세서(들)(1001)가, 유체의 표면을 향해 펄스 레이저 빔을 투사하도록 하나 이상의 레이저 소스에 명령하거나 또는 하나 이상의 반사 된 레이저 빔의 위치를 검출하도록 이미지 센서에 명령하도록 할 수 있다. 이러한 프로세스 또는 단계를 실행하는 것은, 메모리(1003)에 저장된 데이터 구조를 정의하고 소프트웨어에 의해 지시된 바와 같이 데이터 구조를 수정하는 것을 포함할 수 있다.

메모리(1003)는, 이에 한정되지는 않지만, 랜덤 액세스 메모리 부재(예컨대, RAM 1004)(예컨대, 정적 RAM "SRAM", 동적 RAM "DRAM", 등), 판독 전용 소자(예컨대, ROM 1005) 및 이들의 임의의 조합을 포함하는 각종 부재들(예컨대, 기계 판독가능 매체)을 포함할 수 있다. ROM (1005)은, 프로세서(들)(1001)과 단방향으로 데이터와 명령을 통신하도록 동작할 수 있고, RAM(1004)은 프로세서(들)(1001)과 쌍방향으로 데이터와 명령을 통신하도록 동작할 수 있다. ROM(1005)과 RAM(1004)은, 후술되는 임의의 적절한 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 1 예에있어서, 기동시와 같이, 컴퓨터 시스템(1000) 내 요소들 간의 정보를 전송하도록 지원하는 기본 루틴을 포함한 기본 입/출력 시스템(1006)(BIOS)이 메모리(1003)에 저장 될 수 있다. 어떤 실시예에서, 메모리(1003)는 도 9에 도시된 바와 같이 하나 이상의 방법 단계를 수행하기 위한 프로세서(들)(1001)에 의해 실행되는 프로세서 실행가능 명령들을 저장할 수 있다. 상기 메모리는 또한, 하나 이상의 레이저 소스(예컨대, 332, 324, 520, 522, 604 602)의 펄스 폭과 주기 및 이미지 센서 (예컨대, 326, 524, 628, 702, 1128)의 검출 통합 길이 및 주기를 제어하기 위한 프로세서 실행가능 명령들을 저장할 수 있다. 메모리(103)는 또한, 이미지 센서(예컨대, 326, 524, 628, 702, 1128)에 의해 검출되는 하나 이상의 반사 레이저 빔(예컨대, 630, 632, 634, 636)의 위치를 기술하는 데이터 및/또는 반사 레이저 빔 위치들 간의 거리 및/또는 시간의 함수로서 반사 레이저 빔의 위치들(예컨대, 630, 632, 634, 636) 간의 거리의 변화의 변화를 기술하는 데이터를 저장할 수 있다.

고정 저장부(1008)는, 선택적으로 저장부 제어 장치(1007)를 통해 프로세서(들)(1001)에 양방향으로 접속되어있다. 저장부(1008)는 부가적인 데이터 저장 용량을 제공하며, 상기한 임의의 적절한 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수도 있다. 저장부(1008)는, 운영 체제(1009), EXEC들(1010)(실행가능), 데이터(1011), API 애플리케이션(1012)(응용 프로그램) 등을 저장하는 데 사용될 수 있다. 종종, 항상은 아니지만, 저장부(1008)는 주 저장부(예컨대, 메모리)보다 느린 (하드 디스크와 같은) 부 저장 매체이다. 저장부(1008)는 또한, 광 디스크 드라이브, 고체 상태 메모리 장치(예를 들면, 플래시 기반 시스템), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 저장부(1008)의 정보는, 적절한 경우에, 메모리(1003)에 가상 메모리로서 채용될 수도 있다.

일례에 있어서, 저장 장치(들)(1035)는 저장 장치 인터페이스(1025)를 통해 (예컨대, 도시되지 않은 외부 포트 커넥터를 통해) 컴퓨터 시스템(1000)과 인터페이스 할 수 있다. 특히, 저장 장치(들)(1035) 및 관련된 기계 판독가능 매체는, 기계 판독가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 및/또는 컴퓨터 시스템의 다른 데이터의 비위발성 및/또는 휘발성 저장을 제공할 수 있다. 일례에 있어서, 소프트웨어는, 저장 장치(들)(1035)에 대한 기계 판독가능 매체 내에, 완전히 또는 부분적으로 제공될 수 있다. 다른 예에서, 소프트웨어는 프로세서(들)(1001) 내에 완전히 또는 부분적으로 제공될 수 있다.

버스(1040)는 다양한 서브시스템들을 접속한다. 여기서, 버스에 대한 참조는 적절한 경우, 공통 기능을 제공하는 하나 이상의 디지털 신호 라인을 포함할 수 있다. 버스(1040)는, 이에 한정되지는 않지만, 임의의 다양한 버스 아키텍쳐를 사용한, 메모리 버스, 메모리 컨트롤러, 주변 버스, 로컬 버스, 및 이들의 임의의 조합을 포함하는 몇몇 형태의 버스 구조의 하나일 수 있다. 일례로서, 제한적인 것은 아니나, 이러한 아키텍처들은, ISA(Industry Standard Architecture) 버스, EISA(Enhanced ISA) 버스, MCA(Micro Channel Architecture) 버스, VLB(Video Electronics Standard Association local bus), PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스, PCI-Express(PCI-X) 버스, AGP(Accelerated Graphics Port) 버스, HTX(Hyper Transport) 버스, SATA(serial advanced technology attachment) 버스 및 이들의 조합을 포함한다.

컴퓨터 시스템(1000)은 또한, 입력 장치(1033)를 포함할 수 있다. 입력 장치 (1033)는, 몇 개의 비 제한적 예를 들면, 예컨대, 키패드, 키보드, 마우스, 스틸러스, 이미지 센서(예컨대, 326, 524, 628, 702, 1128), 또는 CCD에서 구현될 수 있다. 일례로서, 컴퓨터 시스템(1000)의 사용자는 입력 장치(들)(1033)을 통해 컴퓨터 시스템(1000)에 명령 및/또는 다른 정보를 입력할 수 있다. 입력 장치(들)(1033)의 일례는, 이에 한정되지 않지만, 영숫자 입력 장치(예컨대, 키보드), 포인팅 장치(예컨대, 마우스 또는 터치 패드), 터치 패드, 조이스틱, 게임 패드, 오디오 입력 장치(예컨대, 마이크로폰, 음성 응답 시스템 등), 광 스캐너, 비디오 또는 스틸 이미지 캡쳐 디바이스(예컨대, 카메라, CCD, 일차원 이미지 센서, 2차원 이미지 센서), 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 입력 장치(들)( 1033)는, 이에 한정되지 않으나, 직렬, 병렬, 게임 포트, USB, FIREWIRE, THUNDERBOLT, 또는, 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 입력 인터페이스들(1023)(예컨대, 입력 인터페이스 1023)의 어느 것을 통해 버스(1040)에 인터페이스될 수 있다.

특정 실시예에서, 컴퓨터 시스템(1000)이 네트워크(1030)에 접속된 경우, 컴퓨터 시스템(1000)은, 네트워크에 연결된 다른 장치들, 특히 모바일 장치와 엔터프라이즈 시스템과 통신할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1000)과의 통신은 네트워크 인터페이스(1020)를 통해 전송될 수 있다. 예컨대, 네트워크 인터페이스(1020)는, 네트워크(1030)로부터 ((인터넷 프로토콜(IP) 패킷들과 같은)) 하나 이상의 패킷의 형태로 (다른 장치로부터의 요청 또는 응답과 같은) 인입 통신을 수신할 수 있고, 컴퓨터 시스템(1000)은 처리를 위해 메모리(1003)에 상기 인입 통신을 저장할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1000)은 유사하게, 네트워크 인터페이스(1020)로부터 네트워크(1030)와 통신하고 메모리(1003)에 있어서 하나 이상의 패킷들의 형태로 (다른 장치에 대한 요구 및 응답과 같은) 발신 통신을 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 원격 변위 모니터링 시스템(예컨대, 320)에 대한 명령은 네트워크(1030)를 통해 전달되고 시스템으로부터의 데이터는 네트워크(1030)를 통해 원격 서버 또는 사용자에 전달될 수 있다. 프로세서(들)(1001)는 처리를 위해 메모리(1003)에 저장된 이들 통신 패킷들에 액세스할 수 있다.

네트워크 인터페이스(1030)의, 예로는, 이에 한정되지 않으나, 네트워크 인터페이스 카드, 모뎀 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 네트워크(1030) 또는 네트워크 세그먼트(1030)의 예로는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 광역 네트워크 (WAN)(예컨대, 인터넷, 기업 네트워크), 근거리 통신망(LAN) (예를 들면, 오피스, 빌딩, 캠퍼스 또는 비교적 좁은 지리적 공간과 관련된 네트워크), 전화 네트워크, 두 개의 컴퓨팅 장치들 간의 직접 접속, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 네트워크(1030)와 같은 네트워크는 유선 및/또는 무선 통신 모드를 채용할 수 있다. 일반적으로, 임의의 네트워크 토폴로지가 사용될 수 있다.

정보 및 데이터는 디스플레이(1032)를 통해 표시될 수 있다. 예컨대, 유체 표면 상승은, 텍스트, 그래픽, 또는 디스플레이를 통해 사용자에 차트로서 표시될 수 있다. 레이저 펄스 기간, 레이저 펄스의 듀티 사이클, 및 이미지 센서(예컨대, 326, 524, 628, 702, 1128)의 검출 통합 기간과 같은 측정 시스템의 파라미터는 디스플레이(1032)를 통해 사용자에게 표시될 수 있다. 디스플레이(1032)의 예로는, 이에 한정되지 않으나, 액정 디스플레이(LCD), 유기 액정 표시 장치(OLED), 음극선관(CRT), 플라즈마 디스플레이, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 디스플레이(1032)는 버스(1040)를 통해 입력 장치(들)(1033) 등의 다른 장치는 물론, 프로세서(들)(1001), 메모리(1003) 및 고정 스토리지(1008)에 인터페이스 할 수 있다. 디스플레이(1032)는 비디오 인터페이스(1022)를 통해 버스(1040)에 링크되고, 디스플레이(1032)와 버스(1040) 간의 데이터의 전송은 그래픽 제어부(1021)를 통해 제어될 수 있다.

디스플레이(1032)에 부가하여, 컴퓨터 시스템(1000)은, 이에 한정되지 않지만, 오디오 스피커, 프린터, 레이저 소스(예컨대, 332, 324, 520, 522, 602, 604) 및 이들의 조합을 포함하는 하나 이상의 다른 주변 출력 장치를 포함할 수 있다. 이러한 주변 출력 장치는, 출력 인터페이스(1024)를 통해 버스(1040)에 접속 될 수 있다. 출력 인터페이스(1024)의 예로는, 이에 한정되지 않지만, 직렬 포트, 병렬 접속, USB 포트, FIREWIRE 포트, THUNDERBOLT 포트 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.

부가적 또는 대안적 예로서, 컴퓨터 시스템(1000)은, 회로에 있어서 하드와이어링 또는 달리 구현된 로직의 결과로서의 기능성을 제공할 수 있으며, 상기 회로는, 본원에 설명 또는 도시된 하나 이상의 프로세스 또는 하나 이상의 하나 이상의 프로세스의 단계를 실행하기 위해 소프트웨어 대신 또는 그와 함께 동작할 수 있다. 본 발명에 있어서의 소프트웨어에 대한 참조는 로직을 포함할 수 있고, 로직에 대한 참조는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 판독 가능 매체에 대한 참조는, 적절한 경우, 실행을 위한 소프트웨어를 저장하는 (IC와 같은) 회로, 또는 실행을 위한 논리 회로를 구현하는 회로 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 본 발명은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함한다.

어떤 실시예에서, 프로세서(1001)(예컨대, 330)는 제1 및 제2 레이저 빔의 위치를 모니터하고 그들 사이의 거리(예를 들면, 328A, 328b, 526a, 526B, 620, 622)를 결정할 수 있다. 또한, 빔들 간의 평균 거리를 결정할 수 있다. 프로세서(1001)는 또한, 시간의 함수로서 빔들(예컨대, 528, 624) 사이의 평균 거리의 변화를 계산하고, 유체의 표면의 상승(예컨대, 332, 626)의 변화를 계산하기 위해 이러한 변화를 사용할 수 있다. 프로세서(1001)는 또한 유체 표면의 난류에 대해 정규화하도록 알고리즘들을 사용할 수 있다.

이 기술 분야의 당업자는 정보 및 신호가 다양한 다른 테크놀로지 및 기술 중 하나를 사용하여 표현될 수 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 상기 설명 전반에 걸쳐 참조될 수 있는, 데이터, 지시, 명령, 정보, 신호, 비트, 심볼 및 칩들은, 전압, 전류, 전자기파, 자기장 또는 입자, 광 필드 또는 입자, 또는 이들의 임의의 조합으로 표시될 수 있다.

당업자들은 본 발명에 기술된 실시예들과 관련하여 설명된 각종 예시적 논리 블록, 모듈, 회로 및 알고리즘 단계들이 전자적 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 이를 명확히 예시하기 위해, 하드웨어와 소프트웨어의 호환성, 다양한 예시적인 부재들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들은 그들의 기능성의 관점에서 일반적으로 기술되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되는지 여부는, 전체 시스템에 부과된 특정 애플리케이션 및 설계상 제약들에 따른다. 당업자는, 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방식으로 설명된 기능성을 구현할 수도 있지만, 이러한 구현 결정은 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 발명에 기술된 실시예들과 관련하여 설명된 각종 예시적인 논리 블록, 모듈, 및 회로는, 본원에 기재된 기능을 수행하도록 설계된, 범용 프로세서, 디지털 신호 처리기(DSP), ASIC(application specific integrated circuit), 필드 프로그래머블 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그래머블 로직 디바이스, 이산형 게이트 또는 트랜지스터 로직, 개별 하드웨어 부품들, 도는 이들의 임의의 조합에 의해 실시 또는 실행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있으나, 대안적으로, 이 프로세서는 임의의 종래 프로세서, 콘트롤러, 마이크로콘트롤러, 또는 스테이트 머신 일 수도 있다. 또한, 프로세서는, DSP와 마이크로 프로세서의 조합, 복수의 마이크로 프로세서, DSP와 조합된 하나 이상의 마이크로 프로세서들, 또는 이들 구성의 임의의 조합과 같은 컴퓨팅 장치의 조합으로 구현될 수 있다.

본원에 개시된 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 하드웨어, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈, 또는 이 둘의 조합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은, RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 이동식 디스크, CD-ROM, 또는 당 업계에 알려진 임의의 다른 형태의 저장 매체에 위치될 수도 있다. 예시적인 저장 매체는, 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 판독하고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있도록 프로세서에 결합된다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서에 통합 될 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC에 위치할 수도 있다. ASIC은 사용자 단말에 위치할 수도 있다. 대안적으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말에 개별 부품으로 위치할 수도 있다.

기술된 실시예들의 전술한 설명은 당업자가 본 발명을 행하거나 사용할 수 있도록 제공된다. 이들 실시 형태에 대한 다양한 변형이 당업자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 실시 형태에 적용될 수도 있다. 예를 들면, 어떤 경우에, 이미지 센서 상에 반사된 레이저 빔의 위치들의 변화는 절대 유체 표면 상승을 결정하기 위한 캘리브레이션과 함께 사용될 수 있다. 다른 경우에, 두 빔의 위치들을 각각 모니터링하기 위해 둘 이상의 이미지 센서가 사용될 수도 있고, 두 빔의 위치들의 하나를 모니터링하기 위해 각 이미지 센서가 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 도시된 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위를 부여하고자 하는 것이다.

Claims

유체 레벨 측정을 위한 원격 변위 감지 시스템으로서, 상기 시스템은,
1차원 이미지 센서;
제1 반사 빔이 제1 위치에서 상기 1차원 이미지 센서에 의해 검출되도록 노 내의 유체 표면으로 유도되는 제1 레이저 소스;
제2 반사 빔이 제2 위치에서 상기 1차원 이미지 센서에 의해 검출되도록 노 내의 유체 표면으로 유도되는 제2 레이저 소스; 및
상기 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리를 모니터하고 상기 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리에 있어서의 변화에 기초하여 유체의 레벨의 변동을 계산하도록 구성되는 프로세서를 포함하고,
상기 1차원 이미지 센서를 수직으로 통과하는 평면에 수직인 관점에서, 상기 제1 반사 빔 및 상기 제2 반사 빔이 교차하는, 원격 변위 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 레이저 소스 및 제2 레이저 소스는, 실질적으로 폭보다 큰 길이를 갖는 단면들을 갖는 빔들을 발생하는, 원격 변위 감지 시스템.
제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 레이저 소스들의 빔 단면의 길이는, 상기 1차원 이미지 센서에 대해 수직인, 원격 변위 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 레이저 소스들은 동시에 펄스동작하고, 동일한 펄스 길이에 대해 온(on) 상태로 유지되는, 원격 변위 감지 시스템.
제4항에 있어서, 상기 1차원 이미지 센서는, 펄스 길이보다 긴 검출 통합 기간을 갖는, 원격 변위 감지 시스템.
제5항에 있어서, 상기 1차원 이미지 센서는 상기 제1 및 제2 레이저 소스들과 비동기적으로 펄스동작하는, 원격 변위 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유체 표면과 상기 1차원 이미지 센서 사이에 직렬로 있는 하나 이상의 필터들은 450 또는 500 나노미터 파장을 포함하는 통과대역을 갖는, 원격 변위 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 1차원 이미지 센서는 2차원 이미지 센서보다 빠른 데이터 획득률을 갖는, 원격 변위 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 레이저 소스들은 500 나노미터 파장 미만으로 동작하는, 원격 변위 감지 시스템.
제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 레이저 소스들은 450 나노미터 파장 미만으로 동작하는 원격 변위 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 프로세서는,
식 Δ₆₂₆ = x₂-x₁/4tan(θ)에 기초하여 유체의 레벨, Δ₆₂₆에 있어서의 변화를 계산하도록 구성되고,
상기 식에서, x₂-x₁은 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리의 변화이고 θ는 비 교란 시 유체 표면과 제1 또는 제2 레이저 소스들의 어느 것 사이의 각도인, 원격 변위 감지 시스템.
제11항에 있어서, 각도 θ는 0.5°와 1.5°사이에 있는, 원격 변위 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유체는, 사파이어, 실리콘, 탄화 규소 및 유리로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 원격 변위 감지 시스템.
유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
노의 조망측(view corridor)을 통과하고, 노의 내측의 유체 표면으로부터 반사하고, 조망측을 통해 복귀하도록 제1 레이저 빔을 유도하는 단계;
노의 조망측을 통과하고, 노의 내측의 유체 표면으로부터 반사하고, 조망측을 통해 복귀하도록 제2 레이저 빔을 유도하는 단계;
적어도 하나의 이미지 센서를 통해, 제1 시간 주기 동안 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 사이의 제1 평균 거리를 측정하는 단계;
적어도 하나의 이미지 센서를 통해, 제2 시간 주기 동안 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 사이의 제2 평균 거리를 측정하는 단계;
프로세서를 통해, 제1 평균 거리와 제2 평균 거리 사이의 차를 계산하는 단계; 및
프로세서를 통해, 상기 차의 함수로서 유체 표면의 상승의 변화를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 이미지 센서를 수직으로 통과하는 평면에 수직인 관점에서, 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔이 교차하는, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
제14항에 있어서, 상기 조망측은 유체 표면으로부터 적어도 1 미터인, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
제15항에 있어서, 상기 유체 표면상의 제1 레이저 빔의 입사각은 1.5°미만인, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
제16항에 있어서, 상기 유체 표면상의 제1 레이저 빔의 입사각은 0.5°와 1.5°사이인, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
제14항에 있어서, 상승시의 변화의 해상도는 입사각의 증가에 따라 증대되는, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
제14항에 있어서, 제1 및 제2 레이저 빔을 동시에 펄스동작시키는 단계를 더 포함하는, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
제19항에 있어서, 측정이 이산 시간 주기 동안 주기적으로 행해지는, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
제20항에 있어서, 상기 펄스동작이 상기 측정보다 짧은 듀티 사이클을 갖는, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
제21항에 있어서, 상기 측정 및 펄스동작이 비동기적인, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
제14항에 있어서, 상기 이미지 센서가 1차원인, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 레이저 빔들은 실질적으로 폭보다 큰 길이를 갖는 단면들을 갖는, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
제24항에 있어서, 상기 제1 및 제2 레이저 빔의 단면들은 평행한 길이 치수들을 갖는, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
제25항에 있어서, 상기 제1 및 제2 레이저 빔의 각각의 길이 치수가 실질적으로 1차원 이미지 센서의 길이에 대해 수직이고, 상기 이미지 센서는 제1 및 제2 측정을 가능케 하는, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
제14항에 있어서, 상기 유체 표면으로부터의 제1 및 제2 레이저 빔의 반사는 일차적으로 완전반사인, 유체 표면의 원격 변위 감지를 행하기 위한 방법.
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유체 표면의 수직 변위를 원격적으로 측정하기 위한 방법을 행하도록 프로세서 판독가능한 명령들로 인코딩된, 비일시적, 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 방법은,
제1 시간에서 제1 반사 레이저 빔의 제1 위치를 검출하는 단계;
제1 시간에서 제2 반사 레이저 빔의 제2 위치를 검출하는 단계;
제1 위치와 제2 위치 사이 사이의 제1 거리를 계산하는 단계;
제2 시간에서 제1 반사 레이저 빔의 제3 위치를 검출하는 단계;
제2 시간에서 제2 반사 레이저 빔의 제4 위치를 검출하는 단계;
제3 위치와 제4 위치 사이 사이의 제2 거리를 계산하는 단계;
제2 거리 빼기 제1 거리로서 반사 레이저 빔 분리의 변화를 계산하는 단계;
제1 또는 제2 반사 레이저 빔 중 어느 것의 입사각의 탄젠트에 반사 레이저 빔 분리를 4회 나눗셈하여 유체 표면의 수직 변위를 계산하는, 컴퓨터 판독가능 저장 매체.