JP2017528783A - 高周波プロセス感知、制御、及び診断ネットワーク - Google Patents

Abstract

空洞共振及び導波管測定を利用して、プロセス状態変数を直接監視し、またはシステムの状態での変化を検知し、直接に原位置でフィードバック制御を提供してプロセスを最適化する、感知及び制御システム及び方法を開示する。同じシステムは、物質の組成、量、分布、及び物理的または化学的性質を含むいくつかの異なるプロセス・パラメータを監視するために、またはシステム若しくはサブシステムの状態若しくは健全性を監視するために使用されることができる。このシステムは、エンジン及び排気系から製造プラントまでを含む、システム及びプロセスの広範囲に広く適用可能である。【選択図】図１

Description

本出願は、２０１４年６月６日に出願された、米国仮特許出願第６２／００８，５０５号の優先権を主張し、この開示は、その全体を参照により本明細書で援用される。

キャビティ及び導波管を利用する高周波測定は、広範囲のプロセス制御システム内で使用され、このシステムの状態を監視し、故障を検知し、適応可能なフィードバック制御を提供し、プロセスを最適化することができる。マイクロ波キャビティ及び導波管測定は、多くの既存のシステムと同様に、サンプル採取及びその後の分析を不要な、原位置でシステムの状態に関する情報を提供するために有用である。

高周波ベース・キャビティ及び透過測定システムの幅広い適用性を説明する実施例は、エンジン及びエンジン系、発電所、化学プラント、石油抽出及び精製、ならびに任意の数のシステム内でのプロセス感知及び制御を含む。

プロセス制御システムのための現在の感知及び制御ネットワークは、いくつかの制約を受け、以下のように簡潔に要約される。

第一に、多くのシステムにおいて、指定された時間間隔にシステム内の離散点からサンプルを物理的に採取し、その後サンプルを分析する必要がある。これらの測定は、サンプルを収集する時間及びサンプルを分析する時間の間の時間遅延を被り、場合により数分から数週間または数ヶ月にさえ及ぶ可能性がある。サンプルを採取するプロセスは、測定において追加の可変性をもたらすことができ、とりわけ、サンプル取り扱い、用いられるサンプリング方法、ならびにサンプル抽出の位置及びタイミングに関連することができる。追加された可変性の可能性をもたらすことに加えて、抽出されたサンプルに基づく測定は、このシステムからのサンプル抽出時にサンプル特性または状態にのみ対応する制限された情報を提供する。サンプル収集及び測定結果の受信間の時間遅延は、それらが発生するときに効率的なプロセスの最適化または故障若しくはエラー状態の検知を不可能にする。

第二に、多くのプロセスは、センサを用いて、さまざまなシステム・パラメータ・インラインの状態または特性を監視する。これらのタイプのセンサの実施例は、温度センサ、圧力センサ、湿度センサ、ガス・センサのような組成センサ、パーティクル・センサ、及び同様のセンサを含む。これらのセンサのほとんどは、しかしながら、センサに近接するプロセス・パラメータの測定のみを提供する、または計測される物質及び感知素子自体間で密接な接触を必要とする。これらのタイプのセンサの使用は、直接監視されることができるパラメータのタイプを大幅に制限し、またセンサを設置するシステム内の離散点への測定を制限する。

第三に、システムのさまざまな異なる特性を計測するために、一般的に、異なる測定原理を各々採用する、複数の異なるタイプのセンサを必要とする。たとえば、温度、圧力、及びガス組成センサ（酸素、ＮＯｘ、アンモニア、ＰＭ）を排気系で使用することができる。複数の異なるタイプのセンサの使用は、それら自体の特定の要件及び応答特性を各々有し、感知及び制御ネットワークのコスト及び複雑さを増大させる。

第四に、多数のセンサの普及にもかかわらず、頻繁に関心の実際の状態変数は、直接に計測されることができず、利用可能なセンサからの測定に基づき間接的に推定されなければならない。たとえば、フィルタに蓄積された物質の量は、フィルタにわたる圧力損失測定から推測されることができる、または触媒に吸着したガスの量は、触媒の上流側または下流側のガス組成を監視するガス組成センサから推測されることができる。別の実施例において、上流側及び下流側のプロセス・パラメータの測定は、従来のセンサを使用して、フィルタまたは触媒のような、デバイスの不具合の障害を推測する、または間接的に検知するために使用されることができる。しかしながら、これらの事例において、必要な状態変数の直接測定、すなわち、フィルタ上の物質の量または触媒に吸着した種類の量は、直接に計測されることが不可能である。これらのような間接的な推定は、精度不良に悩まされ、較正するために煩雑で時間がかかる。

第五に、多くの場合、システム故障または不具合が発生したときにそれらを検知する必要がある、または優先的に故障若しくは不具合が発生する前にそれらの兆候を検知する必要がある。特に、システム内の特定の構成要素は、故障または不具合の兆候を隠し、従来の感知手段を介してそれらを検知することを困難にする可能性がある。たとえば、排気微粒子フィルタは、高いオイル若しくは燃料消費またはクーラント漏れによる水蒸気に関連する煙のような、差し迫ったエンジン故障の観測可能な兆候を隠す可能性がある。これらのような故障は、従来のセンサを使用して検知することが困難である、または従来のセンサからの測定を使用すると、間違えられやすい若しくは混乱されやすい可能性がある。

第六に、電気化学式ガス・センサ、蓄積型煤またはパーティクル・センサ、及び同様のもののような多くの従来のセンサは、計測される物質と感知素子の接触または直接的な相互作用を必要とする。これらのようなセンサは、回避される必要がある、感知素子上での汚染物質のビルドアップを介するファウリング、被毒、または経年劣化を被る。

したがって、改良された感知及び制御ネットワークを有することを望む。このような、改良されたネットワークは、つぎの属性、（ｉ）関心の１つの状態変数または複数の状態変数の直接測定、（ｉｉ）原位置測定、（ｉｉｉ）高速応答時間、（ｉｖ）複数の大容量をサンプリングする（すなわち、サンプリングされているデバイス内の領域を選択的に選ぶ）及び／または感知素子に近接することができないシステム内の変化を検知する能力、（ｖ）改良された測定精度及びフィードバック制御、（ｖｉ）感知素子がインテロゲートされる物質またはプロセスと接触する必要がない非接触感知方法、及び（ｖｉｉ）簡略化されあまり煩雑ではない測定システムのうちの１つ以上を示すことができる。

さらに、１つの実施例で、デバイスの動作に不利益である、デバイスまたは反応器の壁部のような、プロセス・システムの表面上での物質の堆積（溶鉱炉のクラッディングまたは化学反応器内のバイオフィルムでの堆積のような）を計測することを望む。

したがって、広範囲の適用及び用途の分野のために相当の有用性を有する、改良されたプロセス感知及び制御ネットワークを必要とする。

プロセス状態変数を直接監視する、またはシステムの状態での変化を検知して直接に原位置でフィードバック制御を提供し、プロセスを最適化する、空洞共振及び導波管測定を利用する、感知及び制御システム及び方法を開示する。同じシステムは、キャビティまたは導波管の誘電特性での変化を監視することで、物質の組成、量、分布、及び物理的または化学的性質を有するいくつかの異なるプロセス・パラメータを監視するために、またはシステム若しくはサブシステムの状態若しくは健全性を監視するために使用されることができる。このシステムは、エンジン及び排気系から製造プラントまでにわたる広範囲のシステム及びプロセスへ広く適用可能である。

１つの実施形態でエンジン及び排気系のような、プラントまたはプロセス・システムを表現するが、高周波システムにより監視及び制御された、任意のプラントまたはプロセス制御システムであってもよい。 １つの実施形態において高周波プローブを表現する。 １つの実施形態においてエンジン系であってもよいが、任意のプラントまたはプロセス制御システムであってもよい、高周波ベース制御システムのためのプロセス・フロー図を表現する。

図１は、高周波システムにより監視されたエンジン及び排気系のようなプラントを描写する。このプラントは、化学プラント、食品加工プラント、発電所、精製所、蒸留酒製造所、またはいずれかのタイプのプラント若しくはプロセスのような、いずれかのタイプのプラントであってよい。プラントまたは反応器は、流通式反応器であってもよい、またはそれは、回分式反応器であることが可能である。

一方の実施例においてエンジンまたは他方の実施例においてプラントのような、機械１０２は、さまざまな構成要素及びセンサに接続されることができる、コンジット１０６のような、排気口接続を有することができる。機械１０２は、コンジット１０６を介して導かれることができるか否かにかかわらず、排気ストリーム、または任意の他のストリームのような流出ストリームを生成することができる。１つの実施形態において、コンジット１０６は、第一モジュール１０８及び第二モジュール１１０に接続されることができる。一方の実施形態において、モジュール１０８及び１１０は、共振空洞のような、キャビティであってもよい、または他方の実施形態において、導波管であってもよい。

特定の実施形態において、モジュール１０８は、ガソリン微粒子フィルタまたはディーゼル微粒子フィルタ・ハウジングのような、微粒子フィルタ・ハウジングであってもよい。モジュール１０８は、三元触媒（ＴＷＣ）、酸化触媒（ＯＣ）、選択接触還元触媒（ＳＣＲ）、リーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）、またはいずれかのタイプの触媒であってもよい、触媒素子１１２、及び微粒子フィルタのようなフィルタ素子１１４のような、複数の素子を含むことができる。一方の実施形態において、モジュール１１０は、ＳＣＲ、ＬＮＴ、ＴＷＣ、アンモニア貯蔵、炭化水素トラップ、またはいずれかの他のタイプの触媒のような触媒素子１１６を含む、触媒ハウジングであってもよい。他方の実施形態において、モジュール１０８または１１０は、存在することができず、別の実施形態において、１つより多いモジュールは、存在することができる。各モジュールは、一方の実施例において、触媒、フィルタまたは膜のような１つ以上の素子を含むことができる、または他方の実施例において、内部素子を含まないことができる。

またコンジット１０６は、コンジット１０６内のいずれかの位置に設置されることができる、フィルタ、触媒、混合器、散布器、または他の素子のような、１つ以上の内部素子１１８を含むことができる。また、起動用のまたは高周波信号の受信用のロッド・アンテナ、ループ・アンテナ、導波管、誘電体共振器、またはいずれかの他の適切なプローブのような、高周波プローブ１２０、１２２、１２４、及び１２６は、コンジット１０６またはモジュール１０８若しくは１１０沿いのいずれかの位置に装備されることができる。

追加のコンジット１３８は、吸気ダクト、燃料配管、オイル配管、クーラント配管、またはダクト、チューブ、若しくはパイプのような他の同様のコンジットのような機械１０２に接続されることができる。コンジット１３８は、プラントまたは機械１０２に吸気ストリームを供給することができる。コンジット１３８は、エア・フィルタ・ハウジング、オイル・フィルタ・ハウジング、燃料フィルタ・ハウジング、ラジエータ、ＥＧＲクーラ、燃料タンク、オイル・タンク、尿素タンク、またはモジュール、キャビティ、若しくは導波管のいずれかの他のタイプのような、１つ以上のモジュール１３６を含むことができる。高周波プローブ１２８または１３０は、コンジット１３８またはモジュール１３６内に挿入されてもよいし、挿入されなくてもよい。

図１は、１つの吸気コンジット１３８及び１つの排気コンジット１０６を含むような機械１０２を描写するが、機械１０２は、１つより多い吸気コンジット、１つより多い排気コンジットを含むことができる。または吸気コンジット若しくは排気コンジットがない場合があり得る。加えて、各コンジットは、存在する場合に、さまざまなサイズ及び幾何学的形状の相互接続されたコンジットからなるパイプまたはダクト系またはネットワークのような接続、通路及びコンジット（図示せず）のためのネットワークからなることができる。追加のモジュール、たとえば、複数のモジュール１３６、１０８、１１０、または１１８は、吸気または排気コンジット内に存在してもよいし、存在しなくてもよい。

高周波プローブ１３２は、エンジンの場合、シリンダ１３４のような機械１０２の１つの構成要素内に挿入されることができる。また追加のプローブは、描写されないが、機械１０２の他の構成要素内に挿入されることができる。高周波プローブ１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０、及び１３２は、制御部１０４に接続されることができる。１つの実施形態において、単一の制御部１０４を使用して、すべての高周波プローブを監視及び制御することができる、または１つより多い制御部１０４を使用することができる。１つの実施形態において、高周波プローブ数は、図１で描写されたこれらのものより多くても少なくてもよい。追加のセンサ、たとえば、温度センサ、圧力センサ、ガス組成センサ（ＮＯｘ、ＰＭ、酸素、アンモニア）またはいずれかの他のタイプのセンサは、使用されることができ、図１で示されない。これらの補助センサは、エンジン、プラント、またはプロセス制御部のような、制御部１０４または別の制御部に接続されることができ、また図示されないが、制御部１０４と通信することができる。

制御部１０４は、エンジン制御部またはプロセス制御部（図示せず）のような、機械１０２または別の制御部に接続されることができる。制御部１０４は、インストラクション、アルゴリズム、データ、ルックアップ・テーブル、ならびに接続されたセンサ及び機械を制御するために必要な任意の他の情報を含む、処理部及びコンピュータ可読記憶媒体１４０を備えることができる。制御部１０４は、イーサネット（登録商標）、ＵＳＢ、アナログ、ＣＡＮ、シリアル、またはいくつかの他のタイプの接続のような通信接続、または電力接続であってよい、接続１４２を有することができる。接続１４２は、プラント制御部へ、車両内のエンジン制御部（ＥＣＵ）へ、または部の状態及び潜在的な問題のオペレータへの信号へ接続されることができる。

制御部１０４は、発振器のような、高周波信号を伝送するために使用されるハードウェアまたは電子機器、及びダイオードまたは電力検出器のような高周波信号を検知する検出器または任意の他のタイプの検出器を含むことができる。さらに制御部１０４は、混合器、スプリッタ、方向性カプラ、スイッチ、ならびに高周波信号を制御、変調、伝送、及び監視する他の構成要素を含むことができる。

制御部１０４は、高周波プローブ１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０、または１３２のうちのいずれかを介して高周波信号を送信及び受信するように構成されることができる。各プローブは、透過、反射、及び透過または反射を有するマルチポート・ネットワーク内でのような、高周波信号を送信、受信、または送受信するように独立して制御されることができる。たとえば、プローブ１２２は、１つ以上のプローブ１２６、１２４、１２２、または１２０により検知されることができる高周波信号を伝送することができる。別の実施例において、プローブ１２６は、プローブ１２６により、またはプローブ１２４によりのみ受信されることができる、高周波信号を送信することができる。任意の数のプローブは、使用されることができ、１つのプローブは、別のプローブと通信してもよいし、通信しなくてもよい。

さらに制御部１０４は、同時に、または異なる時間に高周波プローブ１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０、または１３２のうちのいずれかを介して高周波信号を送受信するように構成されることができる。これらのプローブは、制御部１０４からのコマンドまたは要求に基づき、指定された時間間隔で、またはオンデマンドで、連続的に動作する（送信する／受信する）ことができる。各プローブは、各プローブのタイプ、位置、及び測定アプリケーションにより変えることができる、指定された周波数または周波数範囲で動作することができる。

高周波信号特性は、使用されるプローブ及びインテロゲートされる変数に依存することができる。このようにして、１つのプローブは、モジュール１０８、１１０、または１３６の共振／透過特性として、第二プローブと異なる周波数範囲を使用してもよい、またはコンジット１０６若しくは１３８は、異なるプローブによりインテロゲートされる変数（すなわち、周波数依存であることが可能である、より良い選択度または感度）の改善された特性のための所望の異なる周波数範囲と同様に、異なってもよい。同じプローブが複数の周波数範囲を使用して、１つの変数の検知を改良すること、または異なる変数用の部をインテロゲートすることのいずれか一方は可能である。

異なるモジュール内で、または同じモジュール内で異なる変数のプロービングは、制御部１０４によるスキャンが異なる時間に異なるプローブへ信号を送信しながら、異なる時間に発生することが可能である。異なるキャビティにプロービングを行うときに異なる送信電力（制御部１０４で生成された）、または単一のプローブ用の異なる周波数範囲のためにプロービングを行うときに異なる電力を使用することは可能である。このようにして、異なる時間に制御部１０４は、異なる周波数範囲で、選択された放射アンテナへ送信されている、一定または可変振幅の高周波信号を生成すること、及び所与の時間で、１つまたは複数の受信アンテナから信号を受信することが可能である。

別の実施例において、ＳＣＲ、ＬＮＴ、ＴＷＣ、アンモニア貯蔵、炭化水素トラップまたは任意のタイプの触媒内のプローブ１２０により生成された信号は、１２２、１２４、１２６、１３２、１３０、または１２８のような別個のプローブによりモジュールについて上流側または下流側で検知されることが可能である、またはこの信号は、この実施例において同じ送信用プローブ１２０により検知されることができる。あるいは、信号は、プローブ１２８により送信されプローブ１３０により検知されることが可能であり、そこでモジュール１３６は、エア・フィルタ・ハウジング、オイル若しくは燃料フィルタ・ハウジング、ＥＧＲクーラ、燃料タンク、オイル・タンク、ＳＣＲタンク、または他のタイプのフィルタ、タンク、筐体、若しくは触媒である。プローブ及びコンジットまたはモジュールの任意の構成を使用することができる。

高周波信号は、１つ以上の共振モードを確立するためのような、周波数範囲に及ぶことができる、または共振モードを含まない周波数範囲に及ぶことができる、または単一の周波数であることができる。さまざまなモジュール１０８、１１０、１３６、及びコンジット１０６若しくは１３８、または機械の構成要素１３４は、マイクロ波共振空洞または導波管として機能することができる、または監視されているデバイスの限定された領域をサンプリングするために使用されることが可能である共振器（誘電体共振器のような）を含むことができる。共振曲線、絶対振幅、相対振幅（すなわち、プローブにより送信されている電力に正規化された）、位相、共振周波数シフト、周波数シフト、または極大値か極小値か絶対最大値か絶対最小値、周波数シフト、位相シフト、平均値、品質係数、総和、面積、ピーク幅、若しくは他のパラメータを含むいくつかのそれらの導関数を含む、高周波信号は、システムの状態に相関されること、及びこのシステムの負荷状態での変化を監視するために使用されることができる。キャビティまたは導波管内の誘電特性での変化は、以下のパラメータのうちの１つ以上を監視または検知するために使用されることができる。

１．物質量：キャビティか導波管内に含まれる若しくはこれを流通する、またはキャビティ若しくは導波管から漏れる、またはこぼれる、固相、液相、または気相成分の量のようなもの。１つの実施例において、フィルタ上に収集された煤若しくはアッシュの量、または触媒に吸着された気相成分の量を検知できる。また触媒、フィルタまたは膜の負荷または貯蔵状態での変化を検知でき、そこで負荷状態は、固相、液相、または気相成分の蓄積または損失による。

２．物質タイプ：物質または種類の１つより多いタイプの混合物の組成のようなもの。１つの実施例において、燃料、バイオディーゼル及び石油ディーゼルの混合物、エタノール及びガソリンの混合物、クーラント及び水の混合物、気体中の煤粒子、石油中の煤粒子、経年劣化での変化、燃料若しくはオイルのような液体の酸化若しくは状態、煤及びアッシュの混合物、ＳＯＦ、ＳＯＬ、粒子のアッシュ及び炭素留分、または任意の他のタイプの混合物中での水の存在のような、液体混合物を検知することができる。

３．空間分布：フィルタ上に収集された、触媒上に吸着された、キャビティ若しくは導波管の壁部若しくは表面上に堆積した物質、またはキャビティ若しくは導波管内のさまざまな成分の混合物の分布のようなもの。

４．物質の物理的または化学的性質：そこで物質の誘電特性は、酸化若しくは還元状態、極性、ｐＨ、導電率若しくは抵抗率、または他の化学的性質（たとえば、化学吸着による）のような、化学状態の関数である、またはそこで物質の誘電特性は、密度、構造、位相、または他の物理的性質のような物理的性質の関数である。

５．環境条件：そこで物質の誘電特性は、温度、圧力、湿度、または他の関連要因のような環境条件の関数である。

６．位置またはレベル：シリンダ、クランク角、直線若しくは回転位置内のピストンの位置、または燃料タンク、オイル・サンプ、尿素タンク、若しくは任意の他のタンクか貯留槽かパイプかホースのようなタンク、貯留槽、若しくはコンジット内の液体の体積のようなもの。

７．キャビティまたは導波管完全性：そこでキャビティまたは導波管の壁部または構造に含まれる物質内での変化は、キャビティまたは導波管の表面上の物質のビルドアップ若しくは蓄積、キャビティまたは導波管の表面からの物質の損失若しくは漏れ、またはクラッキング、希釈、疲労、応力、穴部の発生、システムの幾何学的形状での変化、若しくはフランジ、カップリング、及び同様のもののような接続の分離のようなキャビティまたは導波管表面内での変化を介するような、高周波信号に影響を与える。

８．プロセス・パラメータの変化率：高周波信号の時分割測定は、時間の関数として信号での導関数または変化を測定することを可能にする。これらのような測定は、第１〜７号内に記載されたプロセスの変化率に関する情報を提供することが可能である。

上記のリストは、高周波手段を使用して監視されることができるパラメータのいくつかの主なカテゴリを説明するが、決して網羅的ではない。また多くの他のパラメータは、それらのパラメータがキャビティまたは導波管の誘電特性に影響を与える限り、監視されることができる。

制御部１０４は、１つ以上の高周波プローブから信号を送受信し、さまざまなシステムの構成要素及び機能の状態を監視することができる。１つの実施例において、機械１０２は、内燃機関のようなエンジンであるが、機械１０２は、少なくとも１つの入力である機能を実行すること、及び少なくとも１つの出力で製造することで特徴づけられることができる、機械、プロセス、またはプラントのうちの任意のタイプであってもよい。この実施例において、モジュール１３６は、エア・フィルタ、オイル・フィルタ、燃料フィルタ、ラジエータ、及びＥＧＲクーラであり、インタークーラ、タンク若しくは貯留槽、または同様のデバイス及びプローブ１２８を使用して、フィルタの負荷状態若しくは素子内での物質の堆積かビルドアップのようなデバイスの状態、または燃料、オイル、クーラント、空気、尿素、ＥＧＲガス、若しくは他の物質の量、性質、または組成のようなモジュール１３６内の物質の量、性質、または組成を監視する。１つの実施例において、プローブ１２８を使用して、水、硫黄レベル、酸化状態、煤ビルドアップ、塩基数での変化、またはモジュール１３６内の、若しくはこれを通過する物質のいくつかの他の特性を検知することができる。

また、モジュール１３６及びプローブ１２８に関して記述された同じ測定は、プローブ１３０によりコンジット１３８内で行われることができる。この場合、コンジット１３８は、燃料、空気、クーラント、作動液、尿素、ＥＧＲ配管若しくはクーラ、またはいくつかの他の物質用の、パイプ、チューブ、ホース、またはコンジットであってもよい。これらの測定は、物質の組成、量、特性、または他の性質に関連することができる。

別の実施例において、プローブ１３２は、１つ以上のエンジン・シリンダ内に装備され、シリンダ内のピストンの位置、燃焼プロセスの性質、燃焼プロセスにより生成された排出物、噴射された燃料量、または温度若しくは圧力のような任意の他のパラメータを計測するために使用されることができる。プローブ１３２は、他の実施例において、他の位置内に装備され、リニア若しくは回転アクチュエータのような他のタイプのアクチュエータ内での位置、または燃料タンク若しくは尿素タンク若しくはオイルかクーラント・タンク用の液体タンクのようなタンク及び貯留槽内の空隙容量を監視することができる。

さらに別の実施例において、プローブ１２６または１２４を使用して、モジュール１０８内の誘電特性での変化を監視することができる。２つのプローブを示すが、１つのみのプローブまたは１つより多いプローブは、反射、透過、またはこれら２つのいくつかの組み合わせで使用されることができる。プローブは、モジュール１０８内に含まれてもよいし、含まれなくてもよい。１つの実施形態において、モジュール１０８は、微粒子フィルタ１１４及び触媒素子１１２を含む微粒子フィルタ・ハウジングである。モジュール１０８は、１つのフィルタ若しくは１つの触媒のみ、または複数のフィルタ及び触媒のような複数の素子を含むことができる。触媒素子１１２または微粒子フィルタ１１４のようなモジュール１０８内の素子は、負荷状態、経年劣化、硫黄によるような被毒、アッシュまたは煤の蓄積または分布、及び触媒素子１１２またはフィルタ素子１１４またはモジュール１０８の健全性または完全性のような、フィルタまたは触媒の状態を判定するためにプローブ１２６または１２４を使用して監視されることができる。

加えて、モジュール１０８、触媒素子１１２またはフィルタ素子１１４の状態の時分割測定を使用して、プローブ１２６または１２４を使用してモジュールからの物質の流入率または流出率を測定することができる。１つの実施例において、モジュール１０８は、微粒子フィルタ・ハウジングであってもよく、フィルタ１１４上に蓄積された煤の量は、位相、振幅、またはいくつかの導関数パラメータまたはそれらの組み合わせによるような、プローブ１２６または１２４を使用する高周波測定により決定されることができる。この実施例において、高周波信号は、１つの実施形態において、毎秒１サンプルより速い速度でサンプリングされることができるが、速くなったり遅くなったりする場合がある。高周波信号の導関数、または時間内の連続的な測定間の信号での差は、この実施例においてフィルタ素子１１４上での煤の蓄積の変化率の指標を提供する。この方式で、フィルタ素子１１４の全体は、蓄積煤センサとして機能し、総蓄積だけでなく、フィルタ素子１１４上での煤蓄積速度を判定することができる。

１つの実施例において、モジュール１０８及びプローブ１２６または１２４を含む組み合わされたフィルタは、エンジンアウト煤センサとして機能し、モジュール１０８内に含まれたフィルタ１１４上の煤蓄積の変化率に基づきエンジン・フィードバック制御または診断情報を提供することができる。煤酸化モデルは、この実施例の特定の条件下でフィルタ１１４上での煤酸化を補償するために使用されてもよいし、使用されなくてもよい。

別の実施例において、モジュール１０８は、微粒子フィルタ・ハウジングではなくてもよいが、任意のタイプの触媒、または三元触媒コーティング・フィルタ、酸化触媒コーティング・フィルタ、若しくは選択接触還元コーティング・フィルタのような組み合わされたフィルタ及び触媒系であってもよい。同様の方式で、触媒または触媒コーティング・フィルタの全体は、ガス・センサとして使用され、触媒面上の特定のガス種の吸着または触媒と関心のガス種の他の相互作用を示すＲＦ信号の監視された変化率に基づき、ＮＯｘ、ＮＨ３、ＨＣ、ＣＯ、またはいくつかの他の種類のような、特定のガス種の流入率を判定することができる。監視された物質は、上記の実施例においてのような、気相または粒子相にある必要はないが、さらに液体である可能性がある。

１つの実施例において、監視された高周波パラメータは、最大値若しくは最小値、平均値、周波数シフト、所与の電力レベルでのピーク若しくは共振幅、品質係数、または関連パラメータのような、絶対若しくは相対振幅若しくは位相測定またはそれらのいくつかの導関数から決定されることができる。パラメータは、固定された周波数で、または周波数の連続的若しくは不連続的な範囲にわたり決定されることができる。周波数は、共振条件を含んでもよいし、含まなくてもよい。

１つ以上の計測された高周波パラメータＰの変化率（Δ／ｔ）は、特定の時間ｔで以下のように計算され、
（Δ／ｔ）＝（Ｐｔ−１−Ｐｔ）／（（ｔ−１）−ｔ） 式１
そこで表記（ｔ−１）は、前回でのパラメータＰの測定を示し、下付き（ｔ）は、今回の測定を示す。この方式で、モジュール１０８またはそれらの１部を使用して、モジュールに入る関心の構成物質の割合を測定することが可能である。この回は、制御部１０４内に含まれる、タイミング・デバイスにより計測されることができる。

一方で、同じ手法を使用して、モジュール１０８若しくは１１０若しくは１３６、またはコンジット１３８若しくは１０６から漏れる、またはこれを出る関心の構成物質の割合を測定することが可能である。１つの実施例において、モジュール１０８に入る物質の割合が既知である場合に、特定の１セットの条件下で、たとえば、つぎにモジュール１０８内での物質レベルの変化率を使用して、モジュール１０８からの物質の漏れまたは損失を検知することができる。

１つの実施例において、微粒子フィルタ・モジュール１０８からの煤または粒子の損失または漏れは、この方式で検知されることができる。この実施例において、エンジンからの既知の煤排出率、及び微粒子フィルタ素子１１４上の煤酸化の既知のまたはわずかな量をもたらす条件でエンジンの運転を使用して、煤漏れをもたらすフィルタ素子１１４の故障を検知することができる。この実施例において、フィルタ素子１１４上での煤蓄積の変化率、または指定された時間間隔にわたるフィルタ素子１１４上の煤蓄積での全体の変化をこの期間中にモジュール１０８に入る既知のエンジンアウト煤排出量と比較することができる。フィルタ１１４上で計測された煤蓄積及びフィルタ・モジュール１０８に入る煤の量での差は、フィルタ１１４上で計測された煤レベル内での増加がモジュール１０８に入る煤の量より少ない場合に、亀裂または融解領域のようなフィルタ不具合または故障による、煤の損失または漏れを示すことができる。この実施例の１つの適用は、オンボード診断用のフィルタ故障を検知することである。この測定の時間間隔は、１つの事例において数秒または数分を超える可能性がある。この間隔は、駆動サイクルまたはモーダル・サイクルのようなテスト・サイクル全体、または１つのみの特定の動作条件を包含することができる。エンジンアウト煤排出物は、ＰＭセンサまたは高周波センサのようなセンサにより先に測定される、または計測されることができる。

上記の実施例は、微粒子フィルタに限定される必要はないが、任意のタイプのフィルタ、膜、または触媒系に限定される必要があり、そこで固相、液相、または気相成分は、１０８の相互作用壁部または１０８内に含まれた特定の素子１１２若しくは１１４での堆積、吸着、反応によるような、モジュール１０８と計測可能な方式で相互作用する。この方式において、モジュール１０８は、式１により、１つ以上の高周波パラメータでの変化を監視することで、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ、Ｏ２、ＮＨ３、若しくは任意の他のガス、またはさらに液体用のようなガス・センサとして機能することができる。これらの適用は、制御または診断目的用のモジュール１０８から１つ以上の構成要素の流入物または流出物を検知することを備える。この方式において、特定のガス種の漏れによるような、触媒の故障は、また測定されることができる、またはプラント若しくは機械１０２により生成された特定の種類の排出率は、フィードバック制御のためにまた測定されることができる。

上記の実施例は、流通式反応器に常に適用される必要がない。回分式反応器で使用されるときに、変換速度は、異なるプロービング・モード／周波数を使用することにより反応器内で時間及び位置の両方の関数として変換速度を測定する可能性がある、式１を使用して決定されることが可能である。得られた情報を使用して化学反応器を制御することが可能である。

また上記で説明された測定は、プローブ１２２によるような、コンジット１０６内で実行されることができる。プローブ１２２は、コンジット１０６の壁部を通過する、またはこれらの上に堆積する物質を監視することができる。１つの実施例において、制御部１０４と共にプローブ１２２は、周波数領域リフレクトメトリまたは時間領域リフレクトメトリとして動作し、コンジット１０６に接続された構成要素及びシステムの１部またはすべてを通して、誘電特性、閉塞物、障害物、または瑕疵及び中断での故障、障害、または変形の位置を監視することができる。一方の実施例において、この方式で、複数の素子１１２、１１４、１１８、または１１６を単一のプローブから監視することができる。他方の実施例において、複数のプローブを使用することができる。特に、プロービングの変数は、ＳＣＲ、ＬＮＴ、ＴＷＣ、炭化水素トラップ、アンモニア貯蔵触媒または任意の他の触媒上に装備されたプローブ１２０、及びモジュール１１０の上流側または下流側に装備されたプローブ１２２を伴うことが可能である。

別の実施例において、コンジット１０６は、コンジット・ネットワークのような、さまざまな接続部、トランジション、キャビティ、及び他の要素を含む複数の分岐部または脚部からなることができる。１つの実施例において、コンジット・ネットワークは、パイプラインまたは分配された配管系である。プローブ１２２、１２０、１２４、または１２６を使用して、破壊または切断されたコンジットのようなコンジット・ネットワーク内での故障、または素子１１２、１１４、１１８、若しくは１１６のようなネットワーク内の素子の故障を検知することができる。素子の故障は、フィルタからの未透過物の漏れ、気体か液体か固体の漏れ、またはいくつかの他の物質のような、漏れをもたらす可能性がある。故障は、異常な特徴または不連続のようなパラメータを監視された高周波での変化により検知されることができる。

図１で示されたシステムの１つの際立った特徴は、制御部１０４を使用して、プローブ１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０、または１３２のネットワークを監視及び制御することができることである。このネットワークは、少なくとも１つのプローブまたは任意の数のプローブからなることができる。１つの実施例において、１つのみの制御部１０４を使用して、多数のプローブを制御及び監視することができる。各プローブを使用して、異なる態様、パラメータ、若しくは状態、または図１で示されたプラント、プロセス若しくはエンジン系の異なる構成要素を監視することができる。この測定は、異なる時間間隔で行い、周波数、位相、及び／または振幅のような、異なる高周波特性を使用することが可能である。さまざまなプローブからの測定を使用して、プラントまたは機械１０２の直接フィードバック制御を提供することができる。別の実施例において、複数の制御部１０４を使用できる。

たとえば、制御部１０４は、システム流入物の特性及び組成の高周波測定に基づき、燃料供給、気流、過給圧、ＥＧＲ率、噴射タイミング、尿素または炭化水素ドージング、及び関連パラメータのような、エンジン燃焼または較正を修正することができる。１つの適用において、石油系燃料及びエタノールまたはバイオエタノールのようないくつかの他の燃料の混合物を監視することができる。別の実施例において、尿素の品質または組成を監視することができる。

また制御部１０４は、高レベルの水または硫黄のような、燃料品質の高周波測定に基づく故障状態をオペレータまたはトリガに警告することができる。別の実施例において、制御部１０４は、燃料、オイル、クーラント、作動液、吸気、尿素、アンモニア発生成分、または他のプロセス・パラメータの、品質、組成、またはレベルの高周波測定に基づき故障状態をオペレータまたはトリガに警告することができる。

さらに制御部１０４は、コンジット１０６またはモジュール１０８若しくは１１０内に装備された高周波プローブを使用して、排気排出物測定に基づきエンジン及び排気系の動作を修正することができる。１つの実施形態において、モジュール１１０は、ＳＣＲ触媒系であってもよく、プローブ１２０は、反射測定、若しくはモジュール１１０（透過）内の第二プローブでの透過を使用して、またはモジュール１１０から上流側か下流側に若しくはモジュール１１０内に装備されたプローブ１２２を使用して、ＳＣＲ触媒上でのアンモニア貯蔵を監視することができる。制御部１０４は、ＳＣＲ素子１１６上のアンモニア貯蔵の監視されたレベルに基づき尿素ドージングを命令することができる。別の実施形態において、プローブ１２６またはプローブ１２２は、排気系内の他の素子間で、ＳＣＲ触媒を監視することができる。別の実施例において、プローブ１２０からＳＣＲ触媒１１６上のアンモニア貯蔵の高周波測定は、上流側のＴＷＣ触媒、いわゆるパッシブＳＣＲからアンモニアを生成するような、エンジンのリーン及びリッチ運転を命令する、エンジン制御部との通信に使用される。

別の実施例において、モジュール１０８は、微粒子フィルタ・システムであってもよく、プローブ１２６または１２４からの測定は、排気温度、炭化水素ドージング、または任意の他の手段を増加させることにより再生を誘発するように機械１０２の動作を制御するために、及びまた再生を終了させるために、または再生事象のための温度上昇速度を制御するために使用されることができる。

１つの実施例において、素子１１８は、アンモニア・スリップ触媒または小さいフィルタ素子であってもよく、プローブ１２２からの測定は、診断目的用に上流側の触媒またはフィルタを通過するアンモニア・スリップまたは粒子を検知するために使用されることができる。

別の実施例において、プローブ１２２、１３０または任意の他のプローブは、コンジット１０６若しくは１３０またはモジュール１３６、１０８、若しくは１１０を通過する、またはこれらの内に含まれる、任意の気体、液体、または固体のような物質の特性を監視することができる。

別の実施例において、プローブ１２６のような、単一のプローブのみを使用して、コンジット１０６ならびにモジュール１０８及び１１０からなる排気系全体を介して高周波信号を伝送し、単一のプローブからこの系の各部品内で発生するプロセスを監視することができる。この事例において、メッシュは、モジュール１１０の下流側にコンジット１０６の流出口または排気口部で信号を含むために使用されることができる。別の実施例において、１つ以上のプローブ１２６を使用でき、１つ以上のメッシュまたはスクリーンを使用できる。

さらに別の実施例において、化学製造プラント、たとえば、フィッシャートロプシュ・プラントにおいて、センサは触媒の温度、及び触媒上でのワックスの堆積または煤の生成さえ監視することが可能である。化学プラントは、流通式プラント（押し出し流れ反応器のような）または回分式プラントであることが可能である。回分式プラントの事例において、センサは、試薬、変換速度、圧力及び／または温度の変換のような条件を監視することが可能である。制御部１０４からの情報は、プラントの性能を最適化するために使用されることが可能である。

別の実施例において、発電所で、フィルタ部の固体負荷は、この部内の１つ以上のプローブにより測定されることが可能であり、同じ部は、ＮＯｘ制御用のＳＣＲ部を監視するために使用されることが可能である。発電所排気部（たとえば、バグ・ハウスまたは電気集塵器）の粒子負荷は、フィルタの異なる領域にプロービングを行う異なる周波数で１つのプローブを使用することにより、または複数のプローブにより空間分解能で計測されることが可能である。自動車関連用途でのＳＣＲ部の高周波プロービングのような、プローブは、触媒上でアンモニア濃度を検知し、反応器を介する気体の適切な流れ（均一）及び適切なアンモニア分配を決定することが可能である。またそれは、交換または再生のいずれか一方の必要性を示す、触媒の焼結または被毒に関する潜在的な問題を示す、触媒の活性レベルを測定することが可能である。この部内での測定は、アンモニアの偏在または気体の流速に関する問題を示すことが可能である。アンモニア・スリップの最小化は、高度に制御されたシステム内で達成されることが可能である。同じ部を使用して、特に過渡時に、反応器の温度を監視して、この部の適切な動作を支援することが可能である。

集合的に、図１で示されたシステムは、高周波ベースのプロセス制御システムを形成することで、複数の構成要素またはサブシステムは、図１で示される、プラント若しくは機械１０２、または任意のモジュール１０８、１１０、若しくは１３６、または任意の他の構成要素若しくはサブシステムの動作を最適化するために１つ以上の高周波制御部１０４により監視及び制御されることができる。この最適化は、任意の故障状態への警告または故障状態による保護措置の開始と同様に、改良された効率、拡張された耐久性、改善された性能若しくは排出物、または任意の他の所望の結果を有することができる。最適化は、図１で示された任意の構成要素またはサブシステムへ１つ以上の入力またはプロセス制御変数を制御することにより達成されることができる。この制御は、所望の範囲内で計測された値を維持するために、各プローブの測定からの直接フィードバック制御に基づくことができる。制御は、他のセンサまたはデバイスからの補足的なモデル・ベースの制御または入力を有してもよいし、有さなくてもよい。

システム動作を制御することに加えて、また故障及び不具合は、制御部１０４により検知されることができる。このような故障状態は、図１で示されたいずれかの高周波プローブからの測定が許容可能な範囲外にある、または要求された閾値を上回る若しくは下回るときに検知されることができる。故障は、粒子（煤、アッシュ、または任意の他の粒子）または規制排出物などの気体、または任意の他の物質のような過度の排出物、を含む。監視されることができる他のシステム・パラメータは、オンボード診断要件を満たすために必要なパラメータを含む。

また、潜在的な故障モードまたは故障の初期兆候、及び図１で示されたいずれかのサブシステムまたは構成要素の致命的な故障を監視することができる。たとえば、微粒子フィルタ・システム（モジュール１０８）の使用は、高い燃費、高いオイル消費量、クーラント漏れ、または関連不具合によるような、高い煙排出量を消す可能性がある。制御部１０４及びプローブ１２６または１２４は、フィルタ素子１１４上に堆積する、またはモジュール１０８若しくはコンジット１０６を通過することができる、高い煙、クーラント、または水蒸気排出量を検知するために使用されることができる。またフィルタ素子１１４上で高レベルのアッシュ蓄積のような異常は、高いオイル消費量を示すことができる。

別の実施例において、またＮＯｘまたはアンモニアのような、異なるガス種の異常な排出量（高または低レベル）は、モジュール１１０または１０８内の触媒の高周波測定に基づき検知されることができる。また潤滑剤及び燃料の品質及び状態は、プローブ１３０または１２８により監視され、たとえば、低品質の燃料若しくは異常な潤滑剤の経年劣化、または高い煤レベル若しくは摩耗金属レベルの存在を診断することができる。また燃焼不良は、プローブ１３２により直接検知されることができる。また触媒素子１１２、１１４、１１６の負荷状態、及び触媒の経年劣化、被毒、または経時的な性能低下若しくは変化の他の特性を監視できる。

また制御部１０４は、図１で示されないが、高周波ベースではない、温度センサ、圧力センサ、ガス組成センサ、位置センサ、及び同様のもののような他のセンサからの入力を利用することができる。

別の実施形態において、素子１３６、１１２、１１４、１１８、または１１６は、感知素子自体として利用され、プローブ１２８、１２６、１２４、１２２、または１２０を使用してマイクロ波手段により監視されることができる。１つの実施例において、フィルタ素子１１４は、微粒子フィルタであり、プローブ１２６または１２４は、フィルタ素子１１４上に蓄積した煤の量を迅速にサンプリングすることができる。経時的に監視された煤負荷または煤負荷での変化の導関数は、エンジンアウト煤排出量の直接測定を提供する。制御部１０４は、フィルタ素子１１４から計測されたエンジンアウト煤排出量に基づき機械１０２へフィードバック制御を提供することができる。１つの実施例において、サンプル・レートは、１〜１０Ｈｚに及ぶことができるが、いくつかの事例において、より高速またはより低速であってもよい。同じ方式において、任意の素子１３６、１１２、１１４、１１８、または１１６の負荷状態での瞬時変化は、プローブ１２８、１２６、１２４、１２２、または１２０を使用して監視され、素子からのこれらの物質のいずれかについての、物質の追加、蓄積、吸着、または損失の割合の実時間または連続的な測定を提供することができる。別の実施例において、触媒素子１１２は、ＴＷＣであり、実時間酸素濃度は、プローブ１２６またはプローブ１２４により計測されることができる。別の実施例において、触媒素子１１６は、ＳＣＲまたはＬＮＴであり、ＮＯｘ排出率またはアンモニア・ドージング率は、直接監視されることができる。さらに別の実施例において、またコンジット１０６のようなコンジット内での物質濃度を計測することができる。

図２は、図１で示されたプローブ１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０、または１３２と同じであってもよいし、同じでなくてもよい、高周波プローブの追加の詳細を提示する。このプローブは、導電性の外側スリーブ２０２、内側誘電体２０４、及び内側導電体２０６からなることができる。あるいは、プローブは、ループ・アンテナの導波管、または任意の他のタイプのアンテナであってもよい。穿孔導電性メッシュ、スクリーン、他のハウジングまたはシース２０８は、導電性外側スリーブ２０２と電気的に接触してもよいし、しなくてもよい。内側誘電体は、内側導電体２０６を完全にまたは部分的に覆うように内側導電体２０６上に完全にまたは部分的に延伸してもよいし、しなくてもよい。

一方の実施例において、シース２０８は、使用されなくてもよく、内側導電体２０６は、内側誘電体２０４を越えて延出することができる。他方の実施例において、シース２０８は、使用されなくてもよいが、内側誘電体２０４は、延伸し、内側導電体２０６を覆うことができる。１つの実施例において、固体、液体、または気体のような物質は、直接に内側誘電体２０４上で収集または吸着されることができ、計測されることができる。別の実施例において、シース２０８は、使用され、シース領域内で高周波信号を含むように機能する。この方式において、信号は、周囲環境によりデカップリングされる、またはこれにより影響を受けないが、それでも穿孔またはメッシュを通過することができる物質の流れにさらされる。１つの実施例において、図２で示されたプローブは、煤センサまたはガス・センサまたは液体センサである。

制御部動作の１つの限定しない方法は、図３でシステム制御ロジックを示す流れ図で記述される。図面は、排気系を具体的に指すが、同じロジックがエンジン、プラント、機械、及び同様のものを含む、任意のプロセス制御システムに適用されることができることを意図する。図１で示された高周波プローブからの入力数、ならびに温度、圧力、フロー、組成センサ、及び同様のもののような追加のセンサは、ステップ６０で示されるような、制御部１０４により取得及び監視される。つぎにセンサ出力（本開示において、用語「センサ」及び「プローブ」を互換可能に使用する）は、ステップ６２で示されるように、制御部１０４内のコンピュータ可読記憶媒体１４０上に含まれた制御アルゴリズムにより利用される。その上、ステップ６２は、別のセンサまたはプローブからの測定に基づき、または制御部１０４内に格納される、任意のセンサまたはプローブの値を補正することを備えることができる。一方の実施例において、このような補正は、温度センサ、または他のタイプのセンサからの測定に基づき、ＲＦ信号、またはＲＦ測定された信号パラメータの補正を有することができる。他方の実施例において、複数のＲＦパラメータ（振幅、位相、周波数）またはその導関数を利用し、最終的なセンサ値を測定することができる。例示的な実施形態において、振幅及び位相信号の両方を使用できる。さらに制御部１０４は、タイミング機構を含み、時分割情報を提供することができる。

制御部１０４内に格納されたインストラクションは、センサ値のいずれかがステップ６４で示されるように、許容可能な範囲外にある、またはある閾値を超えるかどうかを判定するために使用される。

センサ値が許容可能な範囲外にない場合に、制御アルゴリズムは、ステップ６０へ戻る。１つ以上のセンサまたはプローブの値が許容可能な範囲外にある場合に、ステップ６６で示されるように、センサ測定を１回以上検証する。検証は、センサ性能を確認するために同じセンサからの繰り返し測定、または関連したセンサ若しくは冗長センサからの測定を介して、または追加のモデル、ルックアップ・テーブル、若しくは格納された値との比較により実行されることができる。反射、透過、または反射及び透過モードで１つ以上のプローブを動作させることで同じパラメータの複数の測定を行うことによるような、妥当性チェックを使用して、センサの値を検証することができる。ステップ６８で示されるように、制御部１０４内のコンピュータ可読記憶媒体１４０内に格納されたインストラクションを使用して、センサの値が許容可能な範囲外、または上記のある閾値外に本当にあるかどうかを判定する。センサの値が許容可能な範囲外であることを確認される場合に、ステップ７０で示されるように、コンピュータ制御部１０４は、いくつかのセンサ値を保存して故障をログに記録することができる。保存されたセンサの値は、異常な値を計測する同じセンサからであってもよいし、なくてもよい。

ステップ７２で示されるように、つぎに制御部１０４内のコンピュータ可読記憶媒体１４０内で追加のインストラクションを使用して、不具合及び行われる動作の重大度を判定する。制御部１０４は、ステップ７４で示されるようにオペレータに不具合を警告すること、ステップ７６で示されるようにエンジン、排気後処理動作、またはプラントを変えること、またはステップ７８で示されるようにいくつかの代替動作を実行することができる。

また、コンパウンド・ストリーム内への導入によりエンジン系または化学プラントの状態を監視することは、可能であることができる。導入されたコンパウンドは、機械の通常運転条件下で存在することが可能である、またはそれは、無関係であるものであることが可能である。コンパウンドの導入は、化学的または物理的性質での変化をもたらし（機械内の触媒またはフィルタの実効誘電率での変化をもたらし）、この誘電率での変化は、マイクロ波システムを使用して監視されることが可能である。機械の誘電率での変化へのマイクロ波応答の感知を可能にする、オン及びオフを物質の導入で切り替えることが可能である。

当業者は、上記で記述されたステップが本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく別の順序で実行されることができることを確実に理解するであろう。

本発明の特定の実施形態は、図示及び記述されていながら、さまざまな変更形態及び修正形態がそのより広範囲に及ぶ態様内で本発明から逸脱することなく行われることができることは、当業者に明らかであろう。上記の説明に含まれ添付の図面で示されるすべての事項が例示として解釈されるものとし、限定的な意味で解釈されないものとすることを意図する。

Claims (20)

1. 少なくとも１つの流入を必要とし、少なくとも１つの流出ストリームを生成するプラントまたは機械、
   前記流出ストリームを介して伝播された高周波信号を受信する少なくとも１つの高周波プローブ、及び
   前記高周波プローブと通信し、前記高周波信号を監視して前記高周波信号に基づき１つより多いパラメータを計測する高周波制御部、
   を備える、高周波プロセス制御システム。
2. 前記計測されたパラメータは、温度、圧力、煤、アッシュ、ＮＯｘ、ＮＨ３、ＣＯ、及びＯ２を含む前記群から選択される、請求項１の前記システム。
3. 前記高周波プローブは、少なくとも１つの開口部を備える一体型キャビティを含む、請求項１の前記システム。
4. 前記高周波制御部は、前記流出ストリーム内で計測された物質蓄積及び前記機械から前記物質の既知の排出物に基づき、前記流出ストリームを介して物質の漏れを測定する、請求項１の前記システム。
5. 前記流入が通過するモジュール、及び前記モジュールを介して伝播された第二高周波信号を受信する第二高周波プローブをさらに備える、請求項１の前記システム。
6. 前記高周波制御部は、前記第二高周波信号を使用して前記プラントまたは機械への流入を監視する、請求項５の前記システム。
7. 前記高周波制御部は、前記モジュール内の物質の量、性質または組成を測定する、請求項６の前記システム。
8. 前記物質は、燃料、オイル、クーラント、空気、尿素、及びＥＧＲガスからなる前記群から選択される、請求項７の前記システム。
9. 前記プラントまたは機械は、エンジンを備え、さらに前記エンジンのシリンダ内に配置された第三高周波プローブを備え、１つ以上のエンジン・パラメータを監視する、請求項１の前記システム。
10. 前記１つ以上のエンジン・パラメータは、ピストンの位置、燃焼プロセスの性質、前記燃焼プロセスにより処理された排出物、噴射された燃料の量、温度及び圧力からなる前記群から選択される、請求項９の前記システム。
11. 機械内でキャビティ内の高周波信号を送信及び受信する高周波プローブ、
    タイミング・デバイス、ならびに
    前記高周波プローブ及び前記タイミング・デバイスと通信し、送信及び受信した高周波信号に基づきプロセス・パラメータを測定し、前記タイミング・デバイスからの流入に基づき前記測定されたプロセス・パラメータ内での変化を計算し、前記測定されたプロセス・パラメータ内での前記変化に基づき作動を開始する高周波制御部、
    を備える、高周波感知システム。
12. 前記高周波制御部は、前記測定されたプロセス・パラメータ内での前記変化に基づきオペレータに診断情報を提供する、請求項１１の前記高周波感知システム。
13. 前記診断情報は、フィルタ素子の故障の兆候、触媒素子の故障の兆候、破損したコンジットの兆候、及び前記機械内での閉塞物または障害物の兆候からなる前記群から選択される、請求項１２の前記高周波感知システム。
14. 前記高周波制御部は、前記測定されたプロセス・パラメータ内での前記変化に基づき前記機械の動作を修正する、請求項１１の前記高周波感知システム。
15. 前記高周波制御部は、燃料供給、気流、過給圧、ＥＧＲ率、噴射タイミング、尿素または炭化水素ドージングを修正する、請求項１４の前記高周波感知システム。
16. 機械において、
    少なくとも１つの流入及び少なくとも１つの流出ストリームを生成すること、
    前記機械内のキャビティを介して伝播された高周波信号を受信する複数の高周波プローブ、及び
    前記高周波プローブと通信し、前記高周波信号を監視し、前記高周波信号に基づき１つより多いパラメータを計測し、前記計測されたパラメータに基づき作動を開始する高周波制御部、
    を備える、前記機械。
17. 少なくとも１つの第一高周波プローブは、前記流入を監視し、少なくとも１つの第二高周波プローブは、前記流出ストリームを監視する、請求項１６の前記機械。
18. 前記高周波制御部は、前記計測されたパラメータに基づき前記機械の動作を修正する、請求項１６の前記機械。
19. 前記高周波制御部は、前記計測されたパラメータに基づく故障状態をオペレータに警告する、請求項１６の前記機械。
20. 前記高周波制御部は、タイミング・デバイスと通信し、前記高周波制御部は、前記計測されたパラメータの変化率を測定する、請求項１６の前記機械。

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