光学传感器窗口清洁器

摘要

本申请涉及一种光学传感器窗口清洁器。传感器组件包括用于工艺流体的通路、光学窗口、光学传感器和喷嘴。所述光学传感器被配置成检测所述工艺流体的光学性质。所述光学窗口包括内表面。所述喷嘴被配置成沿与所述光学窗口的所述内表面相交的排出方向排出雾化流体。传感器系统包括传感器组件和用于向所述传感器组件的喷嘴供应气体和液体的导管。一种清洁传感器组件中的光学窗口的方法包括形成雾化流体并沿与所述光学窗口相交的排出方向排出所述雾化流体。

说明书

技术领域

本公开涉及用于测量流体性质的传感器。更具体地，本公开涉及测量流动流体的光学性质的光学传感器。

背景技术

光学传感器可用于确定流动流体的一或多个性质。光学传感器可以通过窗口向流体传输光。光可以在窗口和流体之间的边界处折射。光学传感器可以通过检测由流体折射的光的量、角度或者量和角度来确定流体的折射率。流体的折射率可用于确定流体的其它性质。例如，可以使用流体的折射率来确定流体的浓度或纯度。工艺流体可以包括液体或混合物，该混合物包括液体和固体。

发明内容

传感器系统包括传感器组件和向传感器组件供应工艺流体的导管。传感器组件包括用于工艺流体的通路、光学窗口和光学传感器。光学窗口形成通路的侧壁。工艺流体流过通路并接触光学窗口。传感器被配置成通过光学窗口传输光并且检测工艺流体的光学性质。

公开了用于清洁光学窗口的传感器系统、传感器组件和方法的实施例。在一实施例中，传感器系统包括传感器组件。工艺流体被供应到传感器组件。在一些实施例中，传感器组件包括光学窗口和用于检测工艺流体的光学性质的光学传感器。

在一实施例中，传感器系统包括传感器组件和用于向传感器组件供应工艺流体、液体和气体的流体回路(例如，导管、管路、管道、其组合等)。传感器组件包括用于工艺流体的通路、光学窗口和喷嘴。光学窗口形成通路的侧壁并且工艺流体接触光学窗口。流体回路流体连接到喷嘴以供应液体。流体回路还流体连接到喷嘴以供应气体。该喷嘴被配置成沿冲击光学窗口的内表面的方向排出包括液体和气体的雾化流体。雾化流体冲击并去除可以散射光的材料。

在一实施例中，传感器组件包括用于工艺流体的通路、光学窗口和喷嘴。光学窗口形成通路的侧壁，并且工艺流体被配置成接触光学窗口。该喷嘴被配置成沿冲击光学窗口的内表面的方向形成和排出包括液体和气体的雾化流体。

在一实施例中，清洁传感器组件中的光学窗口的方法包括雾化液体和气体。传感器组件包括用于工艺流体的通路、光学窗口和用于工艺流体的光学传感器。雾化流体沿冲击光学窗口的方向排出到通路中。

附图说明

通过以下附图将更好地理解传感器系统、传感器组件和清洁传感器组件中的光学窗口的方法的所描述的和其它特征、方面和优点：

图1是传感器系统的实施例的示意图。

图2是根据本公开的实施例的图1中的传感器组件的截面图。

图3是根据本公开的实施例的图2中的喷嘴的放大截面图。

图4是清洁传感器组件中的光学窗口的方法的实施例的框图。

虽然本公开可以具有各种修改和替换形式，但是其细节已经通过附图中的实例示出并且将被详细描述。然而，应当理解，其意图并不在于将本公开的方面限定于所描述的特定说明性实施例。相反，其意图是覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替换。

具体实施方式

如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“所述”包括复数的所指示物，除非内容另外清楚地指示。如在本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“或”通常以其包括“和/或”的意义来使用，除非内容另外清楚地指示。

术语“约”通常是指被认为等同于所叙述的值的数值范围(例如具有相同的功能或结果)。在许多情况下，术语“约”可以包括四舍五入到最接近的有效数字的数字。

使用端点表示的数值范围包括落入该范围内的所有数值(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。

下面的详细说明应该参考附图来阅读，其中不同附图中的类似元件用相同的附图标记表示。详细说明和附图(其不一定是按比例的)描述了说明性的实施例，并且不旨在限制本发明的范围。所描述的说明性实施例仅被认为是示范性的。任何说明性实施例的所选定的特征可以结合到额外的实施例中，除非清楚地相反说明。

光学传感器可以用于检测流体的一或多个光学性质。流体可以被引导沿着光学窗口的一侧流动而光学传感器沿着窗口的另一侧定位。光学传感器可以被配置成通过光学窗口传输光并且检测流体如何影响光。例如，光学传感器可以被配置成检测光在光学窗口和流动流体之间的过渡处如何折射。例如，光学传感器可以被配置成检测由流动流体反射的光量。工艺流体的光学性质可以用于确定工艺流体的一或多个其它性质，例如工艺流体的浓度或纯度。

流体的成分可以被吸引到光学窗口并沉积在光学窗口上，从而在光学窗口上形成材料层。该成分向光学窗口的吸引和沉积可以由例如该成分和光学窗口的材料之间的分子间力引起(例如，成分的ζ电势可以驱动它们朝向光学窗口，并且一旦彼此接近，吸引由范德华力驱动)。当流体包括更容易粘附到光学窗口上的固体颗粒时，这个问题可能更明显地发生。此外，已经发现，随着时间的推移，沉积变得更难以去除。因此，颗粒在光学窗口上停留的时间越长，颗粒沉积得越强烈，越难以除去。

本领域的普通技术人员将认识到，光学窗口上的部分材料层可能不利地影响光的传播并产生错误的测量。在依赖于高精度测量的传感器中，例如在半导体制造中，这种误差在半导体制造工艺中可能具有显著的不利影响。

本文中公开的实施例涉及传感器组件、传感器系统和清洁传感器组件中的光学窗口的方法。如本文中所使用的，清洁光学窗口可以包括例如从该光学窗口去除沉积的成分以至少部分地暴露该光学窗口的表面。传感器系统可以包括传感器组件。在本文中所描述的实施例能够在光学窗口处排出雾化流体以去除沉积在光学窗口上的任何材料的大部分到全部。对液体进行雾化以排出雾化流体可以加速雾化流体的液体部分并且在表面上导致的空化(例如，在冲击光学窗口之后，雾化流体的液体部分的液滴内爆)。不受理论的约束，据信雾化流体的液体部分的液滴对光学窗口的冲击可以引发冲击波，从而从光学窗口除去沉积物或材料。

图1是传感器系统1的实施例的示意图。传感器系统1包括被配置成检测工艺流体F

传感器组件10包括通路12、光学窗口32、光学传感器38和喷嘴50。通路12包括入口20和出口22。通路12穿过传感器组件12从入口20延伸到出口22。工艺流体F

第一导管60将工艺流体F

在一实施例中，工艺流体F

当从入口20到出口22流经通路12时，工艺流体F

喷嘴50可以清洁光学窗口32。喷嘴50形成雾化流体52并且向光学窗口32排出雾化流体52。雾化流体52冲击光学窗口32并且被配置成去除沉积在光学窗口32上的材料。在一个实施例中，喷嘴50可以被称为空气喷射或空气辅助雾化器。下面更详细地讨论喷嘴50的操作。雾化流体52包含液体F

第二导管70流体连接到喷嘴50并将液体F

第二导管70包括流量阀74和流量传感器76。流量阀74控制供应到喷嘴50的液体F

第三导管80流体连接到喷嘴50并将加压气体F

导管80包括流量阀84和流量传感器86。流量阀84控制供应到喷嘴50的气体F

图2是传感器组件10的实施例的截面图。传感器组件10包括具有入口20和出口22通路12、光学窗口32、光学传感器38、喷嘴50、用于液体F

工艺流体F

光学窗口32形成通路12的侧壁14。光学窗口32包括内表面34和外表面36。外表面36与内表面34相对。在一实施例中，光学窗口32的内表面34形成通路12的侧壁14。当流经通路12时，工艺流体F

光学传感器38连接到光学窗口32。在一实施例中，光学传感器38附着在光学窗口32的外表面36上。光学传感器38被配置成通过光学窗口32传输光，并且在光学窗口32中检测向光学传感器38传输的光。例如，光学传感器38可以沿方向D

导管70、导管80将液体F

类似地如上所述，当工艺流体F

喷嘴50被配置成在光学窗口32处高速排出雾化流体52。下面将更详细地讨论喷嘴50的结构和操作。雾化流体52中的液体F

在一实施例中，排出方向可以不同于垂直于内表面34。在一实施例中，喷嘴50可以被配置成沿着排出方向D

在图2中，喷嘴50和通路12是分开的部件，并且喷嘴50与螺纹24连接。然而，应当了解，在一实施例中的喷嘴50可以以不同的方式连接，例如但不限于夹紧、焊接、机加工在一起、其适当的组合等。在一实施例中，通路12和喷嘴50可以是单个的连续部件。

图3是喷嘴50和导管70、导管80的放大视图。如上所述，导管70、导管80分别向喷嘴50供应液体F

喷嘴50包括内通道54和用于液体F

喷嘴50包括外通道56和用于气体F

外通道56围绕内通道54。内通道54具有位于腔室59处的端部55。端部55与第一入口58A相对。在一实施例中，外通道56与内通道54的端55处的第一通道56同心。液体F

气体F

在一实施例中，供应到喷嘴50的所有液体F

当需要清洁光学窗口32时，打开流量阀74、流量阀84，使得液体F

在一实施例中，当清洁光学窗口32时，第二导管70将约0.5升-2升每分钟(LPM)的液体F

图4是清洁传感器组件中的光学窗口的方法100的实施例的框图。例如，方法100可以用于清洁图1至3中的传感器组件10中的光学窗口32。在一实施例中，光学窗口32可以是传感器系统(例如，传感器系统1)的一部分。该方法开始于110。

在110，工艺流体流(例如工艺流体F

在120，到通路的工艺流体流被停止。在一实施例中，流量阀(例如流量阀64)控制工艺流体流。在一实施例中，停止工艺流体120流可以包括关闭流量阀。然后，方法100进行到130。

在130，形成含有气体(例如气体F

在一实施例中，在喷嘴136中形成雾化流体130还包括组合液体流和气体流。组合液体流和气体流以形成雾化流体。在一实施例中，喷嘴136包括腔室(例如腔室59)。液体流和流动气体流各自流入腔室并在腔室中组合。然后，方法100从130进行到140。

在140，雾化流体通过喷嘴排出到通路中。雾化流体沿与光学窗口32的内表面34相交的排出方向(例如，排出方向D

在一实施例中，方法100可以基于如图1所示出或如上所描述的传感器系统1，或如图1至3所示出或如上所描述的传感器组件1修改。例如，方法100可以包括用阀门停止液体的供应。

方面1至7中的任意一个可以与方面8至19中的任一个组合，方面8至15中的任一个可以与方面16至19中的任一个组合。

方面1.一种传感器组件，其包含：用于工艺流体流经传感器组件的通路；光学窗口，其包括形成通路的侧壁的第一部分的内表面；光学传感器，其被配置成通过光学窗口向通路传输光以检测工艺流体的光学性质；以及喷嘴，其用于沿冲击光学窗口的内表面的方向将雾化流体形式的液体和气体排出到通路中。

方面2.根据方面1所述的传感器组件，其中雾化流体通过通路的侧壁的第二部分中的开口排出到通路中。

方面3.根据方面2所述的传感器组件，其中所述侧壁的第一部分和所述侧壁的第二部分设置在通路中的相对侧上。

方面4.根据方面1至3中任意一个方面所述的传感器组件，其中排出方向与垂直于光学窗口的内表面的方向之间的角度小于45度。

方面5.根据方面1至4中任意一个方面所述的传感器组件，其中喷嘴包括用于气体的外通道和用于液体的内通道，外通道围绕内通道，喷嘴通过将气体与液体组合而形成雾化流体。

方面6.根据方面1至5中任意一个方面所述的传感器组件，其中雾化流体包含按体积计约0.05-20％的液体。

方面7.根据方面1至6中任意一个方面所述的传感器组件，其中液体是去离子水并且气体是惰性气体。

方面8.一种传感器系统，其包含：用于工艺流体的传感器组件，该传感器组件包括：用于工艺流体流经传感器组件的通路；具有形成通路的侧壁的内表面的光学窗口；被配置成通过光学窗口向通路传输光以检测工艺流体的光学性质的光学传感器，用于形成含有液体和气体的雾化流体的喷嘴，该喷嘴被配置成沿冲击光学窗口的内表面的方向将雾化流体排出到通路中；流体连接到喷嘴以将液体供应到喷嘴的第一导管；以及流体连接到喷嘴以将气体供应到喷嘴的第二导管。

方面9.根据方面8所述的传感器系统，其中工艺流体接触光学窗口的内表面。

方面10.根据方面8或9中的一项所述的传感器系统，其中雾化流体通过通路的侧壁中的开口被排出到通路中。

方面11.根据方面10所述的传感器系统，其中通路的侧壁中的开口和光学窗口被设置在通路的相对侧上。

方面12.根据方面8至11中任意一个方面所述的传感器系统，其中喷嘴包括外通道和内通道，该外通道围绕该内通道，第一导管将所述液体供应到喷嘴的所述内通道并且第二导管将气体供应到喷嘴的外通道。

方面13.根据方面8至12中任意一个方面所述的传感器系统，其中第一导管将液体的流量供应到喷嘴并且第二导管将气体的流量供应到喷嘴，使得雾化流体包含按体积计约0.02％-20％的液体。

方面14.根据方面8至13中任意一个方面所述的传感器系统，其中第一导管将液体的流量供应到喷嘴并且第二导管将气体的流量供应到喷嘴，液体的流量与气体的体积的比例是从0.05：300到2：10。

方面15.根据方面8至14中任意一个方面所述的传感器系统，其进一步包含：第一流量阀，其控制液体通过第一导管流向喷嘴的流量；第二流量阀，其控制气体通过第二导管流向喷嘴的流量；以及控制器，其被配置成当工艺流体流入通路时关闭第一流量阀和第二流量阀。

方面16.一种清洁传感器组件中的光学窗口的方法，传感器组件包括通路和光学传感器，该光学传感器经由光学窗口向通路传输光以检测流过通路的工艺流体的光学性质，该方法包含：形成含有气体和液体的雾化流体；以及沿冲击光学窗口的内表面的方向将雾化流体排出到通路中。

方面17.根据方面16所述的方法，其中形成雾化流体包括：将液体流供应到喷嘴，将气体流供应到喷嘴，在喷嘴中混合液体流和气体流。

方面18.根据方面16或17中的一个方面所述的方法，其中沿冲击光学窗口的内表面的方向将雾化流体排出到通路中包括沿该方向引导雾化流体通过通路的侧壁中的开口。

方面19.根据方面16至18中的任意一个方面的所述方法，其进一步包含：将工艺流体流供应到通路；以及在将雾化流体排出到通路中之前停止将工艺流体流入通路中。

已经如此描述了本公开的几个说明性实施例，本领域内的技术人员将容易理解，在所附权利要求的范围内可以制造和使用其它实施例。在前面的描述中已经阐述了本文件所覆盖的公开内容的许多优点。然而，应当理解，本公开在许多方面仅仅是说明性的。可以在细节上，特别是在部件的形状、尺寸和设置方面进行改变，而不超出本发明的范围。当然，本公开的范围由所附权利要求表达的语言限定。