特表 2017-534893 超音波液体レベルセンシングシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2017-534893(P2017-534893A)

(43)【公表日】2017年11月24日

(54)【発明の名称】超音波液体レベルセンシングシステム

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/296 20060101AFI20171027BHJP

【ＦＩ】

   G01F23/296 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-545530(P2017-545530)

(86)(22)【出願日】2015年11月18日

(85)【翻訳文提出日】2017年5月17日

(86)【国際出願番号】US2015061307

(87)【国際公開番号】WO2016081581

(87)【国際公開日】20160526

(31)【優先権主張番号】62/081,266

(32)【優先日】2014年11月18日

(33)【優先権主張国】US

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US

(71)【出願人】

【識別番号】517114182

【氏名又は名称】バーサム マテリアルズ ユーエス，リミティド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100077517

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100087413

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 哲次

(74)【代理人】

【識別番号】100093665

【弁理士】

【氏名又は名称】蛯谷 厚志

(74)【代理人】

【識別番号】100173107

【弁理士】

【氏名又は名称】胡田 尚則

(74)【代理人】

【識別番号】100128495

【弁理士】

【氏名又は名称】出野 知

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(72)【発明者】

【氏名】チャールズ マイケル バーッチャー

(72)【発明者】

【氏名】トーマス アンドリュー ステイドル

【テーマコード（参考）】

2F014

【Ｆターム（参考）】

2F014AA07

2F014AC00

2F014FB04

(57)【要約】

超音波センサプローブ（１００）及びコントローラ（１０９）。コントローラ（１０９）は、プローブ（１００）のバレル（１２３）内に配置された複数の超音波センサ（１５６）の各々の湿潤及び乾燥ステータスを決定し、表示するように作動的に構成される。コントローラ（１０９）は、センサ（１５６）が複数の読み出しに亘って、または所定の期間に亘って新たなステータスを一貫して示すなど、ある条件が満たされた場合に、湿潤から乾燥、または乾燥から湿潤へとセンサのステータスを変更することができる。コントローラ（１０９）は、プローブ（１００）が配置された容器内の流体レベルを示す段階的なアナログ又はデジタル信号を生成することができる２‐ワイヤ出力を含むことが好ましい。
【選択図】図１Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器の中に配置されたプローブを用いて容器内の流体の流体レベルを決定し、表示する方法であって、
前記プローブが、バレルの中に配置された複数の超音波センサを有し、
前記複数のセンサの各々が、容器内の異なる流体レベルにおいて配置されており、
前記方法が、
（ａ）前記複数の超音波センサの第一のセンサに電気パルスを送信することと、
（ｂ）工程（ａ）において送信された電気パルスに応答して、第一のセンサから電気信号を受信することと、
（ｃ）第一のシーケンスにおいて、前記複数の超音波センサの各々で工程（ａ）を実施することと、
（ｄ）第一の周波数にて工程（ａ）を繰り返すことと、
（ｅ）工程（ｂ）において受信された第一のセンサからの少なくとも１つの電気信号に基づいて、第一の周波数における工程（ａ）の各々の実施に対する第一のセンサのステータスを決定することであって、前記ステータスが、第一のセンサが配置された流体レベルにおける流体の不在を示す乾燥ステータス、第一のセンサが配置された流体レベルにおける流体の存在を示す湿潤ステータス、及び任意選択的にエラーステータスの群から選択される、ステータスを決定することと、
（ｆ）少なくとも１つの所定の条件が満たされている場合にのみ、工程（ｅ）において決定された第一のセンサのステータスを、工程（ｅ）の直前の実施で決定されたステータスとは異なるステータスに変更することと、
（ｇ）前記複数の超音波センサの各々で工程（ｅ）〜（ｆ）を実施することと、
（ｈ）工程（ｇ）を繰り返すことと、
（ｉ）工程（ｅ）〜（ｇ）で決定された前記複数の超音波センサの各々のステータスの視覚的表示を表示することと
を含む方法。

【請求項2】

前記少なくとも１つの所定の条件が、第１のセンサでの工程（ｂ）の逐次的な実施の間に、第１のセンサから、全てが同じステータスを示す複数の電気信号を受信することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記少なくとも１つの所定の条件が、第１のセンサでの工程（ｂ）の逐次的な実施の間に、第１のセンサから、所定の期間に亘って全てが同じステータスを示す複数の電気信号を受信することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記所定の期間は、第１のセンサのステータスが湿潤ステータスから乾燥ステータスに変化している場合は第１の所定の期間であり、第１のセンサのステータスが乾燥ステータスから湿潤ステータスに変化している場合は第２の所定の期間であり、第１の所定の期間は第２の所定の期間よりも長い、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

第１のセンサのステータスの変化が湿潤ステータスから乾燥ステータスである場合に、工程（ｆ）を実施することだけを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記所定の期間が少なくとも５秒である、請求項３に記載の方法。

【請求項7】

工程（ｆ）が、工程（ｂ）で受信された第１センサからの電気信号が乾燥ステータスを示し、かつ、第１のセンサの上方の流体レベルにて配置された前記複数のセンサのうちのいずれかが、その時点で湿潤ステータスであると決定された場合に、第一のセンサのステータスがエラーステータスであると決定することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

容器内の流体のレベルを決定することを含むシステムであって、前記システムが、
コントローラと、
容器と、取り付け組立品から下側に延在するバレルと、前記バレルの中に配置された複数の超音波センサとに設置されるように適合された取り付け組立品を含む超音波プローブであって、前記複数の超音波センサの各々が前記コントローラに電気的に結合されており、かつ、前記コントローラから送信された電気信号を受信し、前記コントローラから送信された電気信号に応答して音波を放出し、音波を検出し、検出された音波を示す電気信号を前記コントローラに伝送するように適合されており、前記超音波プローブが、前記容器に挿入されるように成形され、構成されている、超音波プローブと、
前記コントローラに電気的に結合されたディスプレイとを含み、
前記コントローラは、第一の周波数で電気パルスを送信し、かつ、第一のシーケンスにおいて前記複数の超音波センサの各々に対して電気パルスを方向付けるように作動的に構成されており、
前記コントローラは、前記複数の超音波センサの各々から伝送された電気信号に基づいて、前記複数の超音波センサのセンサから受信された伝送された電気信号が、容器内の流体レベルがそのセンサの位置より下であること示すことを意味する乾燥ステータスと、前記複数の超音波センサのセンサから受信された伝送された電気信号が、容器内の流体レベルがそのセンサの位置以上であることを示すことを意味する湿潤ステータスとを含む、前記複数の超音波センサの各々のステータスを決定するように作動的に構成されており、
前記コントローラは、前記ディスプレイに前記複数の超音波センサの各々に関する乾燥ステータス又は湿潤ステータスの視覚的表示を提供させるように作動的に構成されており、
前記コントローラは、前記複数の超音波センサの各々から逐次的に伝送された電気信号を比較するように作動的に構成されており、
前記コントローラは、少なくとも１つの所定の基準が満たされた場合にのみ、湿潤ステータスから乾燥ステータスへ前記複数の超音波センサのうちのいずれか１つに関する視覚的表示を変更するように作動的に構成されている、システム。

【請求項9】

前記少なくとも１つの所定の基準が、所定の期間の間の前記複数の超音波センサのうちの１つからの電気信号の全ての伝送が、前記複数の超音波センサのうちのその１つに関して乾燥ステータスを示すことを含み、前記所定の期間は、前記所定の期間の間に、複数の電気パルスが前記コントローラから前記複数の超音波センサのうちの１つに送信されることを可能にするのに十分に長い、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記ステータスがエラーステータスを更に含み、
前記コントローラが、前記複数の超音波センサのうちのいずれか１つの上方に配置された、前記複数の超音波センサのうちのいずれかのステータスが湿潤ステータスである場合に、前記複数の超音波センサのうちの概１つに関する視覚的表示を乾燥ステータスからエラーステータスに変更するように作動的に構成されている、請求項８に記載のシステム。

【請求項11】

前記バレルが、
上部開口部と、下部開口部と、側壁と、前記側壁に配置された側面開口部とを有する外管と、
前記外管に連結された内管とを含み、
前記内管が、上部開口部と、下部開口部と、側壁とを含み、
前記内管の上部開口部が、前記外管の側面開口部と揃えられており、
前記内管の下部開口部が、前記外管の下部開口部と揃えられており、
前記内管が管路を画定しており、
内容積が、前記内管の側壁と前記外管の側壁との間に位置しており、前記複数の超音波センサの少なくとも一部が、前記内容積の中に配置されている、請求項８に記載の方法。

【請求項12】

第一のシールドと、第二のシールドと、複数の導体とを含む多芯シールドケーブルであって、前記第一のシールドが外部シールドを含み、前記複数の導体の各々が個別に絶縁されているが、個別に遮蔽されていない多芯シールドケーブルを更に含む、請求項８に記載の方法。

【請求項13】

容器内の流体のレベルを決定することを含むシステムであって、前記システムが、
コントローラと、
容器と、取り付け組立品から下側に延在するバレルと、前記バレルの中に配置された複数の超音波センサとに設置されるように適合された取り付け組立品を含む超音波プローブであって、前記複数の超音波センサの各々が前記コントローラに電気的に結合されており、かつ、前記コントローラから送信された電気信号を受信し、前記コントローラから送信された電気信号に応答して音波を放出し、音波を検出し、検出された音波を示す電気信号を前記コントローラに伝送するように適合されており、前記超音波プローブが、前記容器に挿入されるように成形され、構成されている、超音波プローブとを含み、
前記コントローラは、第一の周波数で電気パルスを送信し、かつ、第一のシーケンスにおいて前記複数の超音波センサの各々に対して電気パルスを方向付けるように作動的に構成されており、
前記コントローラは、前記複数の超音波センサの各々から第一の周波数において電気信号を受信し、かつ、前記複数の超音波センサの各々から逐次的に伝送された電気信号を比較するように作動的に構成されており、
前記コントローラは、前記複数の超音波センサの各々から伝送された電気信号に基づいて、前記容器内の流体レベルを決定するように作動的に構成されており、
前記コントローラは、前記コントローラとの電気通信において１つ又はそれより多くの外部装置に伝達するための出力信号を発生させるように動作可能に構成されており、前記出力信号が、前記コントローラにより決定された前記容器内の流体レベルを表している、システム。

【請求項14】

前記出力信号が、段階的なアナログ出力である、請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

前記段階的なアナログ出力が前記流体レベルに対して直接的に比例する電流を有する、請求項１４に記載のシステム。

【請求項16】

前記段階的なアナログ出力が、前記流体レベルに対して直接的に比例する電圧を有する、請求項１４に記載のシステム。

【請求項17】

前記出力信号が、前記流体レベルに対して直接的に比例するデジタル出力である、請求項１３に記載のシステム。

【請求項18】

２‐ワイヤインターフェースが、前記コントローラと前記１つ又はそれより多くの外部装置との間の電気通信を提供し、前記コントローラが、前記２‐ワイヤインターフェースを通る出力信号を発生させるように作動的に構成されている、請求項１３に記載のシステム。

【請求項19】

内容積と外径とを有する超音波プローブであって、前記超音波プローブが、
外部シールドを含む第一のシールドと、第二のシールドと、複数の導体であって、その各々が、個別に絶縁されているが個別に遮蔽されていない複数の導体とを含む、多芯シールドケーブルと、
前記内容積の中に配置された複数の超音波センサとを含み、
前記外径が、２１．０ｍｍ以下であり、
前記複数の超音波センサの各超音波センサが、前記複数の導体のうちの別個の１つと、第一のシールドとに電気的に接続されており、第二のシールドが、前記多芯シールドケーブルの接地パスを含む、超音波プローブ。

【請求項20】

前記第二のシールドが、多芯シールドケーブルのアース接地パスを含む、請求項１９に記載の超音波プローブ。

【請求項21】

前記第二のシールドが、前記多芯シールドケーブルの最外シールドである、請求項１９に記載の超音波プローブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
２０１４年１月２４日に出願された米国特許出願第１４／１６３，４０７号、及び２０１４年８月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／０４３６６８号は、完全に記載されたかのように参照により本開示に組み入れられる。

【0002】

発明の背景
半導体製造プロセスは、厳しい純度要求を満たす必要がある化学試薬の使用を含む。典型的に、これらの液体化学試薬は、化学試薬を汚染から保護し、漏れを防止するために、密閉容器（例えばアンプル）の中に収容される。化学試薬は、腐食、汚染、又は高圧下での漏れを避けるためにメタル‐オン‐メタルシールを用いる金属容器及び容器取り付け具を典型的に要求する。このような容器中で保存された化学試薬を用いる際、環境に対して化学試薬を曝露すること、又は化学試薬に対して作業者を曝露することなく、容器内に残された化学試薬の量を決定することができることが必須であることが多い。

【0003】

超音波プローブは、半導体産業において、密閉容器の中の化学試薬のレベルの測定に一般的に用いられている。典型的な設計は、プローブの中の管路の長さに沿って直列に配置された複数の超音波センサを含む（たとえばＤａｍらの米国特許第５６６３５０３号に開示されたセンサ及び構成）。信号処理装置（例えばコントローラ、計器、パーソナルコンピュータ等）は、電気信号を超音波センサに伝送し、それは次いで管路を通過し、センサにエコーバックするバースト音波を発生させる。各センサは、それが受信するエコー波を、信号処理装置へ伝送して戻される電気信号に変換する。次いで、信号処理装置は、電気信号を解釈して、エコー波の強度、及びエコー波の放出と到着との間に経過した時間を決定する。管路の特定の部分に沿って配置された各センサに関して、超音波が管路の中を移動する速度、及びエコー超音波の強度は、管路のその部分が化学試薬又はガス又は蒸気を含むかどうかに応じて異なる（すなわち、音はガス又は蒸気と比較して液体媒体の中をより速く移動する）。このように、信号処理装置は、管路の長さに沿って化学試薬のレベル、ひいては容器の中の化学試薬の量を決定することができる。

【0004】

概して、超音波プローブの中に配置された超音波センサの数が多いと、化学試薬レベルの測定の精度が増大する。センサとコントローラコンシュームとを電気的に接続する従来の方法は、より多くのセンサに対して必要な追加の接続を受け入れるのに要求される空間が管路の大きさを超えるため、不十分である。加えて、従来のセンサの動作方法は、信頼性があるように（例えば、クロストークを避けるように）、そのような電気的接続をなすための選択肢をそれが制限するため不十分である。

【0005】

したがって、既存の標準的な容器取り付け具を用いつつ、超音波プローブが、増加した数の超音波センサを信頼できるように動作させることを可能にする、センサとコントローラとを電気的に接続する改善された手段を有する超音波プローブ、及びセンサの改善された動作方法に対する当分野における必要がある。

【図面の簡単な説明】

【0006】

請求された発明の実施態様は、同様の数字が同様の要素を記述する添付の図面と関連してこれ以降に記載される。

【図1A】図１Ａは、例示的な実施態様による超音波プローブの分解斜視図である。

【図1B】図１Ｂは、図１Ａの超音波プローブの線１Ｂ‐１Ｂに沿った非分解断面図である。

【図2A】図２Ａは、例示的な実施態様による容器に設置された図１Ａ及び１Ｂの超音波プローブの斜視図である。

【図2B】図２Ｂは、線２Ｂ‐２Ｂに沿った、図２Ａの破線領域の中に示された超音波プローブと容器の部分の拡大部分断面図である。

【図3】図３は、線２Ｂ‐２Ｂに沿った、別の例示的な実施態様による超音波プローブのセンサの配線を示す、図２Ｂの拡大部分断面図である。

【図4】図４は、例示的な実施態様による超音波プローブと連結したコントローラ回路のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

好ましい実施態様の詳細な説明
以下の詳細な説明は、好ましい例示的な実施態様を与えるだけであり、本発明の範囲、適用可能性、又は構成を制限することは意図されない。むしろ、以下の好ましい例示的な実施態様の詳細な説明は、当業者に本発明の好ましい例示的な実施態様を実行することを可能にする記載を与える。添付の特許請求の範囲に記載の本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の変更を要素の機能及び配列において行うことができる。

【0008】

図において、本発明の他の実施態様のものに類似する要素は、１００だけ増加した参照番号により表される。このような要素は、本開示に別段の主張又は記載がない限り、同じ機能及び特徴を有すると考えるべきであり、したがってこのような要素の議論を、複数の実施態様に関して繰り返さなくてよい。

【0009】

本明細書及び特許請求の範囲で用いられる用語「管路」は、システムの２つ又はそれより多くの構成要素間で流体を輸送することができる１つ又はそれより多くの構造を指す。例えば、管路としては、液体、蒸気、及び／又はガス輸送するパイプ、ダクト、通路、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。

【0010】

本明細書及び特許請求の範囲で用いられる用語「流体連通」は、液体、蒸気、及び／又はガスを制御された方法で（すなわち漏れなく）構成要素間で輸送することを可能にする２つ又はそれより多くの構成要素の間の連結性を指す。２つ又はそれより多くの構成要素を互いに流体連通するように連結することは、溶接部、フランジ管路、ガスケット及びボルトを用いた方法等、当分野で知られている任意の適切な方法を含むことができる。２つ又はそれより多くの構成要素を、それらを分離することができるシステムの他の構成要素を介して一緒に連結することもできる。

【0011】

本発明の説明の助けとするために、本発明の部分を記載する明細書及び特許請求の範囲において方向に関する用語を用いる場合がある（例えば、上、下、左、右等）。これらの方向に関する用語は、単に本発明の説明及び請求の助けとなることを意図するだけのものであって、いかなる形であれ、本発明を限定することを意図するものではない。加えて、図面に関連して本明細書において導入される参照番号は、他の特徴に関する文脈を与えるために、本明細書において追加の記載なく１つ又はそれより多くの後の図面において繰り返す場合がある。

【0012】

図１Ａ及び１Ｂは、本発明の例示的な実施態様による超音波プローブ１００を示す。より具体的には、図１Ａは、超音波プローブ１００の分解斜視図を示し、図１Ｂは、図１Ａの線１Ｂ‐１Ｂに沿った超音波プローブ１００の非分解断面図を示す。破線１Ｄは、プローブ１００の長手方向の軸を示す。

【0013】

超音波プローブ１００は、シール取り付け部材１０２ａ及び１０２ｂと、可撓性コネクタ１０４と、ケーブルシース１０６と、肩部１１３を有するネック管１０８と、バレル１２３とを備える。本開示でより詳細に議論されるように、シール取り付け部材１０２ａ及び１０２ｂは、超音波プローブ１００を容器１５９に固定するシール取り付け組立品１５７の部分である。例示的な実施態様において、その教示が参照により本開示に組み入れられる、２０１４年１月２４日出願の関連の同時係属米国特許出願シリアル番号第１４／１６３，４０７号に記載されているもの等のように、シール取り付け組立品１５７は、シール取り付け部材１０２ａが貫通穴１０３を有する面シール取り付けグランドであり、シール取り付け部材１０２ｂが３／４インチ（１９．１ｍｍ）の六角ナットを有する標準的な大きさの面シール取り付け具である、面シール取り付け組立品である。本実施態様において、シール取り付け部材１０２ｂは、シール取り付け部材１０２ａのリップ１４９上に載置され、貫通穴１０３を通して描かれた軸線を中心にシール取り付け部材１０２ａに対して回転させることができる。代替的な実施態様において、当業者に明らかであるにように、シール取り付け部材１０２ａ及び１０２ｂは、より長いグランド、半インチ（１２．７ｍｍ）若しくは標準的でない大きさの面シール取り付け具、及び／又はシール取り付け部材１０２ａに結合されたシール取り付け部材１０２ｂ等、他の寸法及び特徴を有することができる。同様に、例えば、表面実装Ｃ‐シール等の他のタイプの取り付け具をシール取り付け組立品１５７のために用いることができる。

【0014】

シール取り付け部材１０２ａは、可撓性コネクタ１０４とケーブルシース１０６とに連結される。ネック管１０８は、上部開口部を画定する上端１１０と、下部開口部を画定する下端１１２と、側壁１１４とを備える。本実施態様において、ネック管１０８の肩部１１３は、上部開口部を画定する上端１１８と下部開口部を画定する下端１２０とを有する肩管１１６を備える。例示的な実施態様において、図１Ａに示されているものや、関連の同時係属米国特許出願シリアル番号第１４／１６３，４０７号に記載されているもの等のように、肩管１１６は円錐形状であり、ネック管１０８からバレル１２３の外管１２２への滑らかな移行を提供する。ネック管１０８の下端１１２は、肩管１１６の中に配置され、肩管１１６は、ネック管１０８の側壁１１４に連結される。他の実施態様において、肩部１１３を含むネック管１０８全体を単一の単位部分で形成することができる。ネック管１０８の上端１１０は、シール取り付け部材１０２ａの貫通穴１０３の中、及び可撓性コネクタ１０４の中に配置される。

【0015】

バレル１２３は、外管１２２と、内管１３２と、ディスクキャップ１４０とを備える。外管１２２は、上部開口部を画定する上端１２４と、下部開口部を画定する下端１２６と、側壁１２８と、上端１２４の近くの側壁１２８内に配置された貫通穴１３０とを有する。外管１２２の上端１２４は、肩管１１６の下端１２０に連結される。

【0016】

内管１３２は、上部開口部を画定する上端１２４と、下部開口部を画定する下端１３６と、側壁１３８とを備える。例示的な本実施態様において、上端１３４は、下端１３６によって画定された下部開口部に対してほとんど垂直である上部開口部を画定する。内管１３２は、管路１４４を画定する（図１Ｂ参照）。本発明の他の実施態様において、超音波プローブ１００の場合と同様に、管路を完全に閉鎖しなくてよいことを理解されたい。例えば、「音叉」型のバレルを有する（すなわち、下向きに延びる二つの離れた部材を有する）プローブにおいて、管路は、二つの離れた部材の間に位置する空間を含むことができる。

【0017】

ディスクキャップ１４０は、開口部を画定する内側リム１４２を備える。組み立てられた構成において、内管１３２の全体が外管１２２の中に配置され、内管１３２の上端１３４は、側壁１２８内に配置された貫通穴１３０に揃えられ、内管１３２の下端１３６は、外管１２２の下端１２６に揃えられる。内管１３２の上端１３４は、側壁１２８に連結される。ディスクキャップ１４０を外管１２２の下端１２６と内管１３２の下端１３６とに連結することによって、外管１２２の下端１２６が内管１３２の下端１３６に連結される。

【0018】

管路１４４は、バレル１２３の中に配置され、内管１３２の下端１３６によって画定された下部開口部を有する（下部開口部は、ディスクキャップ１４０の内側リム１４２によって画定されると考えることもできる）（図１Ｂ参照）。バレル１２３が容器中に挿入される場合（図２の容器１５９参照）、管路１４４は、液体が管路１４４の中を流れることができるように、液体を保持する容器の内容積と流体連通する。

【0019】

図示されるように、外管１２２の側壁１２８と内管１３２の側壁１３８とは、ディスクキャップ１４０によっても画定されている、それらの間にある内容積１４６（すなわち、区画）を画定する。内容積１４６は、管路１４４の中を流れるいかなる液体も内容積１４６に入ることができないように、管路１４４から隔離される（すなわち、内容積１４６は管路１４４と流体連通していない）。

【0020】

バレル１２３の内容積１４６の中には、複数の超音波センサ１５６が配置される。１つの例示的な実施態様において、複数の超音波センサ１５６は、内管１３２の側壁１３８に連結された１２個の超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌを含む。本実施態様において、エポキシによって、複数の超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌの各々が側壁１３８に結合される。したがって、超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌは、側壁１３８に対面する方向（例えば、長手方向の軸線１Ｄに対して垂直）に音波を放出するように配向される。両面テープや他の接着剤等、連結のための他の適切な手段を用いることもできる。他の実施態様において、複数の超音波センサ１５６は、より多くの又はより少ない数のセンサを含むことができる。好ましくは、複数の超音波センサ１５６は、少なくとも５つの超音波センサを含む。複数の超音波センサ１５６には、例えば圧電性結晶等、当業者に知られている任意の適切な超音波センサを実装することができる。複数の超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌの各超音波センサは、側壁１３８及び管路１４４（及びその中に存在する任意の液体）を通して音波を放出し、エコーバックした音波を検出するように配向される。複数の超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌの各超音波センサは、内容積１４６からネック管１０８を通り、ケーブルシース１０６を通って延在する（少なくとも１つのワイヤを含む）配線１５８を含む。配線１５８は、コントローラ１０９に接続されるコネクタ１０７（図２参照）において終端される。

【0021】

コントローラ１０９は、複数の超音波センサ１５６に電気信号を伝送し、複数の超音波センサ１５６から電気信号を受信し、超音波プローブ１００が挿入された容器１５９の中の液体のレベルを決定するプログラム可能なデータ処理装置である。本実施態様において、コントローラ１０９は、１つ又はそれより多くののマイクロプロセッサ（図示せず）と、電源（図示せず）と、コネクタ１０７を受け入れるための少なくとも一つの入力／出力ポート（図示せず）と、容器の中の液体の量の視覚的表示を提供する発光ダイオード（ＬＥＤ）計器又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１１１とを備える。代替的な実施態様において、コントローラ１０９は、他の入力／出力ポート並びに／又は容器の中の液体のレベルを示すための他の聴覚的及び視覚的機構を含むことができる。同様に、コントローラ１０９には、制御ソフトウエアを実行するパーソナルコンピュータを含む任意のタイプのプログラム可能なデータ処理装置を実装することができる。

【0022】

複数の超音波センサ１５６の各超音波センサに関して、コントローラ１０９は、配線１５８を介して超音波センサに電気信号（例えば、１つ又はそれより多くの電子パルス）を伝送し、それによって超音波センサは音波を放出する（すなわち、圧電性結晶が振動する）。次いで、超音波センサは、エコー音波を受信し、エコー波を、配線１５８を介してコントローラ１０９に伝送して戻される電気信号に変換する。好ましい実施態様において、コントローラ１０９は、一連の多重パルス（例えば、２０のパルス）を超音波センサ１５６のうちの個別の１つに伝送し、それは、該パルスに対応する音波を放出する。コントローラ１０９は、超音波センサが、放出された音波から返ってくる任意のエコー波を受信するように、所定の期間（例えば、時間窓）待機する。エコー波が超音波センサによって受信される場合、センサは、コントローラ１０９に伝送される信号を発生させる（例えば、圧電性結晶は、受信したエコー波の周波数及び強度に基づいた周波数及び強度で振動する）。任意のエコー波が時間窓において受信されたかどうかに基づいて（例えば、超音波センサによって発生した任意の信号の周波数及び／又は強度に基づいて）、コントローラ１０９は、液体が、所定の超音波センサにおける管路１４４内に存在するかどうかを決定する。典型的には、液体が存在しない場合、エコー波は、時間窓において超音波センサによってほとんどまたは全く検知されず（例えば、圧電性結晶の振動の強度は、非常に低いか、または全くない）、液体が存在する場合、エコー波は、周波数及び強度が伝送波とほとんど同じである。時間窓が終了した後、コントローラ１０９は、超音波プローブ１００の次のレベルにおける液体の存在を検知するために、一連の多重パルスを超音波センサの次の一つに伝送する。

【0023】

前述のように、コントローラ１０９は、受信信号の強度と、超音波センサへの電気信号の送信と超音波センサからの電気信号の受信との間に経過した時間とを解釈して、その特定のセンサが配置された管路１４４の部分に液体が存在するかどうかを決定する。したがって、複数の超音波センサ１５６を用いることによって、コントローラ１０９は、管路１４４の長さに沿って液体のレベルを決定することができるため、バレル１２３が挿入された容器の中の液体の量を決定することができる。複数の超音波センサ１５６の各センサを、ＬＥＤ計器１１１内のＬＥＤにより表すことにより、容器の中の液体の量の視覚的表示を提供することができる（例えば、液体が特定のセンサによって検出される場合のみ、各ＬＥＤが明るくなる）。

【0024】

管路１４４に流入する液体を超音波プローブ１００によって測定することを可能にするために、ディスクキャップ１４０（例えば、超音波プローブ１００の底部端）と容器１５９の底１７９の内面１７８との間の距離（Ｄ５）は、ゼロでない値であるので、側壁１３８及び管路１４４を通して音波を放出するように配向された複数の超音波センサ１５６の最下部の超音波センサ（例えば、超音波センサ１５６ｌ）は、容器の底の内面１７８の上方の幾らかの距離にある。したがって、超音波プローブ１００には、容器１５９の中の液体の正確なレベルを測定する際に幾らかの固有の不正確性がある。したがって、超音波プローブ１００の幾つかの実施態様は、２０１４年８月２９日に出願された関連の同時係属米国仮特許出願第６２／０４３６６８号に記載のように、ディスクキャップ１４０（例えば、超音波プローブ１００の底部端）と容器１５９の底１７９の内面１７８との間の空間（Ｄ５）内に存在する液体のレベルを決定するために、容器１５９の底に向けてディスクキャップ１４０を通して音波を放出するように配向された超音波センサを使用することができる。

【0025】

コントローラ１０９を、同時に、複数の超音波センサ１５６の超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌの全てより少ないものに信号を伝送し、それらから信号を受信するようにプログラムすることができる。この特徴によって、複数の超音波センサ１５６のための配線１５８を個別に遮蔽する必要がなくなり、また、超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌを一緒に、より近くに配置することも可能になる。従来技術のシステムにおいて、超音波センサをコントローラに接続する配線は、同時にプローブ内の超音波センサの全てへ、及び全てから伝送される電気信号から生じる干渉（すなわち、クロストーク）から保護するために、典型的には個別に遮蔽される。例えば、典型的な従来技術の設計における各超音波センサのための配線は、内部導体が超音波センサへの信号線としての役割を果たし、かつ外部シールドが接地（例えば、プローブの鋼管に接地される）及び超音波センサからの信号リターンとしての役割を果たす、同軸ケーブルを含むことができる。従来技術のシステムにおいて、同時に音波を放出する超音波センサから生じる干渉を回避するために、プローブの中の超音波センサを更に遠く離して間隔を置く必要もある。これらの特徴の各々（すなわち、複数のシールドケーブル及びセンサ間のより大きな間隔による追加のかさ）は、プローブ及び関連のハードウェアの大きさを増大させることなくプローブ内に配置することができる超音波センサの数を制限する。

【0026】

好ましい実施態様において、コントローラ１０９は、一度に複数の超音波センサ１５６のうちの１つの超音波センサに信号を伝送し、それから信号を受信するようにプログラムされるか、またはそうでなければ、動作可能に構成される。例えば、まず、電気信号を超音波センサ１５６ａに伝送し、超音波センサ１５６ａから戻り信号を受信するのを待ち、次いで、電気信号を超音波センサ１５６ｂに伝送し、超音波センサ１５６ｂから戻り信号を受信するのを待つように、そして、複数の超音波センサ１５６の各超音波センサについて同様にしてコントローラ１０９をプログラムすることができる。一度目に、複数の超音波センサ１５６の各々に電気信号を伝送し、それから電気信号を受信すると（例えば、他の順序が可能であるが、超音波センサ１５６ａで開始し、超音波センサ１５６ｌで終了する）、二度目に、コントローラ１０９は、このシーケンスを繰り返し、超音波センサ１５６ａ及び複数の超音波センサ１５６の各々に電気信号を伝送し、それらから電気信号を受信し、そして、超音波プローブ１００を動作させる限り同様にする。このように、超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌが、全て同時に音波の放出又は受信を行わず、超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌの各々のための配線１５８が電気信号を同時に搬送しないため、各超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌのための配線１５８間の、及び超音波センサ自体の間の干渉の可能性は、大きく低下するか、又はなくなる。

【0027】

複数の超音波センサ１５６を動作させるこの方法によって、各超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌのための配線１５８を個別に遮蔽する必要がなくなり、超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌを、従来技術のシステムにおけるものよりも近くに（すなわち、図１Ｂに示されるものよりも更に近くに）、一緒に配置することができ、それらの両方によって、より多くの数の超音波センサをバレル１２３の中に配置することが可能になる。例示的な構成において、配線１５８は、個別に遮蔽されていない複数の内部導体を有する多芯シールドケーブルを備え、ここで別々の内部導体は、複数の超音波センサ１５６の各超音波センサに接続されて信号線としての役割を果たし、かつ多芯シールドケーブルの外部シールドは、複数の超音波センサ１５６の超音波センサの全てのための共通の戻り線及び接地としての役割を果たす。例えば、多芯シールドケーブルとして同軸ケーブルを用いることができ、ここで内部導体は、複数の超音波センサ１５６に接続されて信号線としての役割を果たし、かつ同軸ケーブルの外部シールドは、共通の戻り線としての役割を果たす。好ましい実施態様において、多芯シールドケーブルは、米国ミズーリ州セントルイスのベルデン社によって製造されたモデル８３５６２ケーブル等、市販で入手可能なケーブルである。

【0028】

ネック管１０８は、シール取り付け部材１０２ａ及び１０２ｂ並びに可撓性コネクタ１０４の中に配置される。ネック管１０８は、溶接ゾーン１４８の中に作製される融接部（すなわちビーズ）によって、シール取り付け部材１０２ａに固定される。好ましくは、溶接部は、溶接ゾーン１４８の一部のみを占め、ネック管１０８の側壁１１４がシール取り付け部材１０２ａに当接する場所に作製される。シール取り付け部材１０２ａは、ネック管１０８の周辺に延在する突出シール面（すなわち、密封面）１５０を含む。突出シール面１５０は、距離Ｄ１だけネック管１０８の側壁１１４から分離された内側縁部１５１を有する。溶接ゾーン１４８の中の溶接部による突出シール面１５０の損傷を防ぐために（例えば、溶接材料は高くなった面を作りだす可能性があり、及び／または溶接の熱が、突出シール面１５０を変形させる可能性がある）、距離Ｄ１は、好ましくは少なくとも２．０ｍｍ、より好ましくは少なくとも６．０ｍｍである。シール取り付け部材１０２ｂは、シール取り付け組立品１５７の別のシール取り付け部材１６４の反対側のねじ領域１６６に係合するねじ領域１５２を含む。容器１５９に超音波プローブ１００を固定する場合、超音波プローブ１００は、漏れ検出のために用いられる試験ポート（図示せず）も含むこともできる。

【0029】

バレル１２３は、外径Ｄ３（すなわち、外管１２２の外径）を有する。ネック管１０８及び内管１３２は、バレル１２３の外径Ｄ３未満である外径Ｄ２を有する。内管１３２の外径Ｄ２より大きなバレル１２３の外径Ｄ３によって、増加した数の超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌ及びそれらのそれぞれの配線１５８を収容するのに必要な内容積１４６の中の空間の量が増大する。好ましくは、バレル１２３の外径Ｄ３に対する内管１３２の外径Ｄ２の比率は、０．９５以下である。より好ましくは、バレル１２３の外径Ｄ３に対する内管１３２の外径Ｄ２の比率は、０．９５以下０．３以上である。より好ましくは、バレル１２３の外径Ｄ３に対する内管１３２の外径Ｄ２の比率は、０．８以下であり、バレル１２３の外径Ｄ３は、０．８２７インチ（２１．０ｍｍ）以下である。より好ましくは、バレル１２３の外径Ｄ３に対する内管１３２の外径Ｄ２の比率は、０．８以下０．４以上である。より好ましくは、内管１３２の外径Ｄ２は約５／１６インチ（７．９ｍｍ）であり、バレル１２３の外径Ｄ３は約５／８インチ（１５．９ｍｍ）である。好ましくは、複数の超音波センサ１５６が少なくとも４つの超音波センサを含む場合、少なくとも０．１０インチ（２．５ｍｍ）の外管１２２の側壁１２８と内管１３２の側壁１３８との間の最小距離が存在し、複数の超音波センサ１５６が１２個の超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌを含む場合、少なくとも０．１５インチ（３．８ｍｍ）の最小距離が存在する。

【0030】

他の実施態様において、関連の同時係属米国特許出願シリアル番号第１４／１６３，４０７号に記載されているもの等のように、超音波プローブ１００は、ネック管１０８及びバレル１２３の異なる構成を使用することができる。例えば、幾つかの実施態様において、関連の同時係属米国特許出願シリアル番号第１４／１６３，４０７号に記載されているもの等のように、ネック管１０８の肩部１１３は、別々の部分としてではなく、側壁１１４によって形成され、例えば、ネック管１０８の外径Ｄ２から、バレル１２３の外径でもあるネック管１０８の外径Ｄ３まで移行する釣鐘形状を有する肩部１１３によって、ネック管１０８の残りと一体となる（すなわち、ネック管１０８及び肩部１１３は単一の材料片である）。

【0031】

更に、関連の同時係属米国特許出願シリアル番号第１４／１６３，４０７号に記載されている他の実施態様は、側壁１２８内に配置された貫通穴を含まず、かつ外管１２２の上端１２４が肩管にもネック管１０８の下端１１２にも連結されない超音波プローブ１００の外管１２２を使用する可能性がある。代わりに、内管１３２の上端１３４は、ネック管１０８の下端１１２と外管１２２の上端１２４とに連結された鍔の側壁内に配置された貫通穴に揃えられることができる。鍔によって、有利にはバレル１２３の組み立てを完了する前に複数の超音波センサ１５６を試験することを可能にすることができる１つ又はそれより多くの組立品としてバレル１２３を構成することが可能になる。加えて、この特徴は、複数の超音波センサ１５６を設置する前にバレル１２３の大部分の構成要素を一緒に溶着することができるので有利であるが、さもなければ溶接からの熱は、複数の超音波センサ１５６に、及び／又は内容積１４６の中の所定の位置に複数の超音波センサ１５６を保持する結合材に損傷を与える可能性がある。

【0032】

図２Ａは、本発明の例示的な実施態様による容器１５９に設置された超音波プローブ１００の斜視図を示す。前述のように、超音波プローブ１００は、コントローラ１０９とＬＥＤ計器１１１とを含む。容器１５９は、本体１６０と、上部１６２と、上部１６２に連結されたシール取り付け部材１６４とを備える。当業者に明らかであるにように、容器１５９は、明確性及び例示の目的のために図２に示されない他の構成要素（例えば、容器１５９を補充するための更なるバルブ及びハードウェア）を含むことができる。本体１６０及び上部１６２は、流体を収容することができる内容積を画定する。本実施態様において、上部１６２は、本体１６０に連結された蓋である。他の実施態様において、上部１６２は、本体１６０の一体的な部分であることができる。シール取り付け部材１０２ａ及び１０２ｂ等のシール取り付け部材１６４は、超音波プローブ１００を容器１５９に固定するシール取り付け組立品１５７の一部である。この例示的な実施態様において、容器１５９の構成要素は、１種又はそれより多くの金属から構成される。

【0033】

図２Ｂは、線２Ｂ‐２Ｂに沿った図２Ａの破線箱の中の超音波プローブ１００及び容器１５９の一部の断面図を示す。図示されるように、ステム１６８は、容器１５９の本体１６０の上部１６２内の穴内に配置される。本実施態様において、ステム１６８は、本体１６０の上部１６２に結合された（例えば溶接された）面シール取り付けグランドである。ステム１６８は、突出シール面１７０と、リップ１７２と、側壁１７４とを含む。ステム１６８の側壁１７４は、バレル１２３をステム１６８に挿入することができるように、バレル１２３の外径Ｄ３より大きい内径Ｄ４を有する。シール取り付け部材１６４は、ステム１６８の周りに配置され、シール取り付け部材１０２ｂのねじ領域１５２と係合するねじ領域１６６を含む（すなわち、ねじ領域１５２及び１６６は、各々雌及び雄ねじ等の相補的なねじを有する）。貫通穴を有する金属ガスケット１７６は、シール取り付け部材１０２ａの突出シール面１５０とステム１６８の突出シール面１７０との間に配置される。

【0034】

全体に設置された構成において、バレルが容器１５９の内側に配置され、ネック管がステム１６８及び金属ガスケット１７６の中に配置されるように、バレル１２３は、金属ガスケット１７６及びステム１６８を通して挿入される。シール取り付け部材１０２ｂのねじ領域１５２は、シール取り付け部材１０２ｂがシール取り付け部材１０２ａのリップ１４９と係合（すなわちそれに対して押し付ける）し、シール取り付け部材１６４がステム１６８のリップ１７２に係合し、金属ガスケット１７６が、シール取り付け部材１０２ａの突出シール面１５０とステム１６８の突出シール面１７０との間で圧縮されるように、次いでシール取り付け部材１６４のねじ領域１６６上にねじ込まれる。このように、突出シール面１７０、突出シール面１５０、及び金属ガスケット１７６は、流体（すなわち液体、蒸気、及び／又はガス）の容器１５９に対する出入りを防止するメタル‐オン‐メタルシールを形成する。

【0035】

全体に設置された構成において、この例示的な実施態様において、距離Ｓ１は、ネック管１０８の側壁１１４とステム１６８の側壁１７４との間に存在し、距離Ｓ２は、容器１５９の上部１６２（すなわち蓋）と肩管１１６の上端１１８との間に存在し、肩管１１６の上端１１８は、ステム１６８の最下部より下に位置し、距離Ｓ３は、容器１５９の上部１６２とバレル１２３の外管１２２の上端１２４との間に存在する。好ましくは、距離Ｓ２は、０．１０インチ（２．５ｍｍ）以上であり、距離Ｓ１は、０．７０ｍｍ以上である。概して、距離Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３は、流体がネック管１０８の側壁１１４とステム１６８の側壁１７４との間を移動するだけでなく、後退して流れ、重力下で容器１５９に戻るのに十分大きいことが好ましい。別の言い方をすれば、距離Ｓ１、Ｓ２及びＳ３は、ネック管１０８の側壁１１４とステム１６８の側壁１７４との間に流体が留まる毛管現象を回避するのに十分大きいことが好ましい。このような毛管現象を回避することは、使用に関して容器１５９から抜き出すことができる化学試薬の使用可能な量を最大化することを助け、全体に設置された構成中の容器１５９及び超音波プローブ１００の洗浄中に、容器１５９に後に加えられる未使用の化学試薬を潜在的に汚染する、残される残留化学品がないことも確実にする。

【0036】

したがって、超音波プローブの記載された実施態様は、標準的な寸法を有する既存の容器取り付け具により使用することができる増加した量の超音波センサを有する超音波プローブに対する当分野の必要を満たす。バレル１２３は、増加した数の超音波センサ１５６ａ〜１５６ｌとその各々の配線１５８とを収容する必要がある内容積１４６の中の空間を増大させる外径Ｄ３を有する。従来技術の超音波プローブ設計において、バレルは、典型的にはシール取り付け組立品内に延在する。バレルの増加した外径は、したがってより大きく、及び／または標準的でないシール取り付け組立品を要求し、またはより大きいバレル径を受け入れることができるように、貫通穴（例えばシール取り付け部材１０２ａの貫通穴１０３）をボーリングすることなどにより、標準的なシール取り付け組立品を改変することを要求する。しかし、標準的でない取り付け組立品は、その標準的な同等品より典型的にははるかに高価であり、更に他の標準的でない構成要素の使用も要求する場合がある。標準的でない取り付け組立品は、半導体製造プロセスにおいて用いられる標準的な取り付け組立品の広範な試験及び証明された歴史による利益も享受しない。より大きいシール取り付け具は、容器の蓋（例えば上部１６２）上により大きな空間も要求し、しっかりとした密閉を得ることをより困難にする可能性がある。最後に、本発明者らは、標準的なシール取り付け組立品を改変して、より大きいバレル径を受け入れる試みが、超音波プローブ及び／又はシール取り付け組立品の構造的な品位に悪影響を与える可能性があることを見出した。例えば、図１Ｂに関して、シール取り付け部材１０２ａ内の貫通穴１０３が、ネック管１０８の外径Ｄ２の代わりにより大きい外径Ｄ２を受け入れるようにボーリングされた場合、距離Ｄ１は減少する。結果として、溶接ゾーン１４８の大きさも減少し、溶接の熱は、突出シール面１５０を損傷させる（すなわちたわませる）可能性があり、突出シール面１５０と金属ガスケット１７６との間に作製されたシールの品位に悪影響を与える可能性がある。

【0037】

従来技術のプローブ設計とは異なり、超音波プローブ１００のバレル１２３は、シール取り付け部材１０２ａ中に延在しない。代わりに、バレル１２３は、ネック管１０８に連結され、それは次いでシール取り付け部材１０２ａに連結される。ステム１６８は、ステム１６８の内径Ｄ４が、バレル１２３の外径Ｄ３より大きいようにボーリングされ、バレル１２３はステム１６８に挿入されることができる。ネック管１０８が、バレル１２３の外径Ｄ３より小さい外径Ｄ２を有する（すなわち、Ｄ２とＤ３との比は１未満である）ことにより、より大きいシール取り付け具（例えば１インチのシール取り付け具）を要求すること、又は増加したバレル１２３の外径Ｄ３を受け入れるようにシール取り付け部材１０２ａ内の貫通穴１０３をボーリングすることとは対照的に、シール取り付け部材１０２ａの貫通穴１０３が、より小さい穴サイズを有することが可能になる。ネック管１０８のより小さい外径Ｄ２は、ネック管１０８及びシール取り付け部材１０２ａを、溶接材料及び／又は突出シール面１５０を損なう溶接熱なしで一緒に溶接することができるような十分に大きい溶接ゾーン１４８を有するのに必要な距離Ｄ１も提供する。突出シール表面１５０に対するそのような損傷を抑制することは、突出シール面１５０と金属ガスケット１７６との密閉の品位の維持、ひいては半導体製造において使用される化学試薬の分析（純度）の維持に不可欠である。

【0038】

図３は、複数の超音波センサ１５６までの配線１５８の更なる詳細を示す。本開示に記載されるように、コントローラ１０９は、超音波センサ１５６のうちの１つに対して電気信号を逐次的に伝送し、超音波センサからの戻り信号の受信を待つ。図３に示されるように、配線１５８は、内側配線（図示されるようにワイヤ１８１、１８２、及び１８３）と、ケーブルシールド１８０として示される外部シールドとを含む多芯シールドケーブルである。図示されるように、ワイヤ１８１、１８２及び１８３の各々は、個別に絶縁される（例えば、電気的に互いに隔絶される）が、個別に遮蔽されない。図３に示されるように、ワイヤ１８１は、超音波センサ１５６ａへの信号線として接続される。ワイヤ１８２及び１８３は、複数の超音波センサ１５６（図３には示されていない）の後続の１つひとつに対する信号線として接続される。図３に更に示されるように、ケーブルシールド１８０は、内管１３２の側壁１３８に電気的に接続される。本開示に記載されるように、側壁１３８に対してケーブルシールド１８０を電気的に接続することにより、ケーブルシールド１８０が、コントローラ１０９へ戻る、超音波センサ１５６の全てからのエコー信号のための共通の戻り線として用いられるため、共通のワイヤが各超音波センサに与えられる必要はなく、むしろ、各超音波センサに対する共通の接続は、側壁１３８に対して電気的に接続されることができる。これにより、超音波センサ１５６は、従来技術のシステム中よりも近くに一緒に配置されることができ、超音波プローブ１００の構成が簡易化され、配線１５８中のワイヤの数と配線１５８の大きさが低減される。代替的な実施態様において、配線１５８は、シールド層のうちの１つが共通の戻りであり、外側シールド層が接地している２層の外部シールドを含むことができる。例えば、例示的な実施態様において、内側シールド層が共通の戻りとして用いられ、外側シールド層が接地として用いられる。

【0039】

本開示に記載のように、コントローラ１０９は、所定の周波数において超音波センサ１５６の各々を逐次的に律動させることができる。例えば、１つの実施態様において、コントローラ１０９は、動作の他の周波数が可能であるが、超音波センサ１５６を１００ｋＨｚの周波数にて律動させる。超音波センサ１５６の逐次的な律動は、任意の順序（例えば、上から下、下から上、またはあらゆる他の順序）であることが可能であるが、１つの実施態様において、コントローラ１０９は、超音波プローブ１００の下から上に超音波センサを逐次的に律動させる（例えば、超音波センサ１５６ｌから超音波センサ１５６ａ）。例示的な実施態様において、１つのセンサが「乾燥」であると決定される（例えば、液体が所定の超音波センサにより検出されない）と、コントローラ１０９は、「乾燥」センサより物理的に上方に位置している全てのセンサも「乾燥」である（例えば、容器の中の液体レベルが、第一の「乾燥」超音波センサのレベルより下である）はずであることを予測するように任意選択的にプログラムすることができる。したがって、幾つかの実施態様において、予測された液体レベルの上方（例えば、「乾燥」センサの上方）のセンサが、「湿潤」ステータスに戻った（例えば、センサが、液体の存在を示す）場合、作業者が、容器の中の液体レベルを変更して超音波プローブ１００が正常に動作していないかを決定することができるように、エラー状態をコントローラ１０９により（例えばＬＥＤディスプレイ１１１に）報告することができる。

【0040】

例示的な実施態様において、コントローラ１０９は、各超音波センサ１５６に対応するステータスを表示するＬＥＤディスプレイ１１１を動作させる。例えば、超音波センサ１５６のうちの所定の１つが、液体が存在すること（「湿潤」）を示している場合、ＬＥＤディスプレイ１１１の対応する表示は、完全に点灯することができる。同様に、超音波センサ１５６のうちの所定の１つが、液体が存在していないこと（「乾燥」）を示している場合、ＬＥＤディスプレイ１１１の対応する表示が点灯し、点滅することができる。コントローラ１０９が超音波プローブ１００と通信することができない場合、または容器の液体が完全に空である場合、ＬＥＤディスプレイの表示の全てが点滅することができる。代替的な配列は、例えば、「湿潤」の表示が、第一のＬＥＤ色（例えば緑色）である場合、一方で「乾燥」の表示は、第二のＬＥＤ色（例えば赤色）であることが可能である。同様に、液体レベルのグラフィック描写をＬＣＤスクリーン又は他のグラフィカルユーザー出力装置に示すことができる。

【0041】

超音波プローブ１００は、スプラッシング、撹拌、バブリング、気化／凝縮、又は超音波プローブ１００により検知された液体レベルを一時的に変える可能性がある他の物理的かく乱に供される可能性がある容器の中の液体のレベルを測定するのに用いられる。したがって、ＬＥＤディスプレイ１１１に表示される液体レベルの変動を制限するために、コントローラ１０９は、ヒステリシス及び／又は遅延を用いて、容器の中の液体レベルをより正確に報告することができる。例えば、幾つかの実施態様において、コントローラ１０９を、特定のセンサの読み出しを「湿潤」から「乾燥」へ変更する（液体レベルの低減を示す）前に、所定の期間遅延させることができ、これにより、液体レベル指示を変更する前に、容器の液体レベルの任意の一次的なかく乱をできれば避けつつ、コントローラ１０９に、所定の超音波センサ１５６から複数の読み出しを受信させることができる。例示的な実施態様において、コントローラ１０９は、「湿潤」から「乾燥」へ特定のセンサの読み出しを変更する前に、５秒遅延させる。これは、コントローラ１０９が、前に「湿潤」を読み出したセンサから「乾燥」のセンサ読み出しを受信したら、コントローラ１０９がＬＥＤディスプレイ１１１をそのセンサが乾燥であると示すように変更する前に、そのセンサは５秒間「乾燥」を読み出さなければならないことを意味する。５秒間の間の任意の期間において、そのセンサが「湿潤」を読み出した場合、コントローラ１０９は「湿潤」の指示を維持する。

【0042】

幾つかの実施態様において、「乾燥」から「湿潤」へ特定のセンサの読み出しの変更（液体レベルの増加を示す）を指示するように、コントローラ１０９は遅延を含まない。この非対称の動作は、容器の過充填を回避するために、液体レベルの増加を迅速に示すことが有利である場合がある所定位置補充容器において望ましい場合がある。代わりに、より短い所定期間の遅延（例えば、１秒）を、「乾燥」から「湿潤」へ特定のセンサの読み出しが変化する際に用いることができる。幾つかの実施態様において、コントローラ１０９は、超音波センサ１５６の前の読み出しを保存して、超音波センサの１つまたはそれより多くの前の読み出しに基づくヒステリシスを用いることができる。

【0043】

工場の作業者が信号位置から離れて複数の容器の液体レベルを監視することができるように、コントローラ１０９の幾つかの実施態様が、外部装置、例えば、製造施設の中に位置する中央コンピュータに液体レベルデータを伝達することが望ましい場合がある。例えば、コントローラ１０９は、外部装置に連絡するための２‐ワイヤ出力リンクを提供することができる。係る実施態様において、コントローラ１０９は、「段階的なアナログ出力」又は量子化された出力を提供して、容器の中の液体レベルを伝達することができる。例えば、固定された電圧（又は電流）の段階は、各超音波センサ１５６に対応する出力であることができる。例えば、最下部の超音波センサ（例えば超音波センサ１５６ｌ）が液体を検知する場合、容器の中の最も低い液体レベルに対応する第一の電圧（又は電流）を、コントローラ１０９により出力することができる。この電圧（又は電流）を、液体を検知する超音波センサ１５６ｌの上方の各センサに関して固定された段階ごとに増加させることができる。１つの例示的な実施態様において、段階的なアナログ出力は、１２個の超音波センサ１５６に亘って４〜２０ｍＡである。別の例示的な実施態様において、段階的なアナログ出力は、他の電圧又は電流の範囲が可能である（例えば０〜５ボルト等）が、１２個の超音波センサ１５６に亘って０〜１０Ｖである。幾つかの実施態様において、段階的なアナログ出力のタイプ（例えば、電圧又は電流）は、例えば、コントローラ１０９が電気的に連結される装置のタイプ、又はコントローラ１０９が動作する環境に基づいて、使用者により選択することができる。例えば、実際には、段階的なアナログ電流出力は、幾つかの動作環境において、段階的なアナログ電圧出力よりノイズに対する感受性がより低い可能性がある。

【0044】

段階的なアナログ出力又はデジタル出力を発生させるように出力を与え、コントローラ１０９を構成することは、容器１５９が用いられるシステム内の他の構成要素が、２‐ワイヤインターフェースのみを用いて容器１５９内の流体レベルに関する情報を受信することを可能にする。これは、超音波センサ１５６の各々に関して少なくとも１つの出力信号ワイヤからなることが、出力に関して一般的であった従来技術のセンサプローブシステムを上回る改善である。

【0045】

図４は、コントローラ１０９の電気回路のブロック図を示す。図４に示されるように、コントローラ１０９は、マイクロコントローラ１８６とステータスディスプレイ１１１とを含む。記載されるように、ステータスディスプレイ１１１は、１つ又はそれより多くのＬＥＤ、ＬＣＤスクリーン、又は容器１５９の中の液体レベルを表示するのに適した他のディスプレイのタイプとして実装されることができる。超音波プローブ１００は、マイクロコントローラ１８６と電気的に連絡しており、例えば、ケーブル１０６及び配線１５８により、超音波センサ１５６及びマイクロコントローラ１８６間の電気信号を伝達する。マイクロコントローラ１８６は、容器１５９の液体レベルを決定する超音波プローブから受信された信号を処理する。マイクロコントローラ１８６は、次いで、決定された液体レベルに基づく指示を表示するステータスディスプレイ１１１を制御する。幾つかの実施態様において、マイクロコントローラ１８６は、例えば、信号出力１９２及びケーブル１９０を介して１つ又はそれより多くの外部制御装置１８８に電気的に連結される。外部制御装置１８８は、製造施設のコンピュータ若しくはサーバのデータベース若しくは監視アプリケーションであることができ、または具体的な製造装置の制御ユニットであることができる。記載されるように、幾つかの実施態様において、ケーブル１９０は二芯ケーブルであることができ、マイクロコントローラ１８６は、超音波プローブ１００を介して決定された容器１５９内の液体のレベルに対応する「段階的なアナログ出力」又は量子化された出力を介して、二芯ケーブルで連絡することができる。１２個の超音波センサ１５６及び段階的なアナログ出力電流等の段階的なアナログ出力を用いる実施態様において、段階的なアナログ出力電流は、以下の表１に示されるようなものであることができる。

【0046】

【表1】

【0047】

代替的な実施態様において、コントローラ１０９は、（イーサネット（登録商標）等の）標準的な通信リンクを提供して、コントローラ１０９を他のコンピュータ、サーバ、又は製造施設の中のコントローラにつなぎ、１つ又はそれより多くの容器内の液体レベルの遠隔での監視を可能にすることができる。このような実施態様において、コントローラ１０９は、容器の中の見積もられた液体レベルを単純に伝達することができ、超音波センサ１５６のうちのどれが液体を検知しているかを報告することができ、超音波センサ１５６の各々のステータスを報告することができ、またはこれらの組み合わせであることができる。このような実施態様において、マイクロコントローラ１８６は、通信モジュールと通信し、標準的な通信リンクのフォーマットにおいてデータを提供することができる（例えば、マイクロコントローラ１８６からイーサネット（登録商標）データパケットにデータをフォーマットするイーサネット（登録商標）通信モジュール）。

【0048】

請求された発明の原理が、好ましい実施態様に関連して上記で記載される一方、この記載は、ほんの一例であり、請求された発明の範囲を制限しないことが明確に理解されるであろう。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】