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    重庆时时彩哪家好: 用于燃料量测量的光阻抗调制.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201510699142.6

    申请日:

    2015.10.23

    公开号:

    CN105606068A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01C 5/00申请日:20151023|||公开
    IPC分类号: G01C5/00; G01C9/00; G01C9/02 主分类号: G01C5/00
    申请人: 波音公司
    发明人: T·K·特隆; D·G·克施恩茨; E·Y·陈; T·C·托马斯; J·E·格洛特; S·J·瓦林; J·L·文托; S·S·哈利瑞姆; R·J·内丝廷
    地址: 美国伊利诺斯州
    优先权: 2014.11.19 US 14/547,828
    专利代理机构: 北京三友知识产权代理有限公司 11127 代理人: 王小东
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510699142.6

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.09.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及用于燃料量测量的光阻抗调制。使用消除电力的光阻抗传感器的系统和方法用于测量燃料箱中的燃料量。所述光阻抗传感器包括在弯月管内侧间隔开的两根光纤,一根光纤沿着其长度传输光,另一根光纤沿着其长度接收光。所述弯月管最大限度地减少了燃料水平的晃动。所述箱中的燃料水平调制这两根光纤之间的光阻抗,导致由光学检测器接收的总光改变。取决于燃料箱高度,所述光阻抗传感器可包括不同的实施方式,其中检测设备使光成形为单向的(仅在光纤的一侧发射以及收集)或全向的(所有方向)。

    权利要求书

    1.一种光阻抗传感器,该光阻抗传感器包括:
    管,所述管具有内部容积;
    第一光导件,所述第一光导件包括第一光纤以及包围所述第一光纤的第一管,其
    中所述第一管包括第一护套,所述第一护套具有纵向槽和第一透镜,所述第一透镜被
    设置在所述第一护套的所述纵向槽中并且被光耦合到所述第一光纤,并且所述第一光
    纤包括包覆层,所述第一光纤的所述包覆层具有位于由所述第一护套的所述纵向槽界
    定的区域中的非均质表面;以及
    第二光导件,所述第二光导件包括与所述第一光纤间隔开的第二光纤,其中所述
    第二光纤包括包覆层,所述第二光纤的所述包覆层具有位于面对所述第一护套的所述
    纵向槽的区域中的非均质表面。
    2.根据权利要求1所述的光阻抗传感器,其中,所述第二光导件进一步包括包
    围所述第二光纤的第二管,所述第二管包括第二护套,所述第二护套具有纵向槽和第
    二透镜,所述第二透镜被设置在所述第二护套的所述纵向槽中并且被光耦合到所述第
    二光纤,其中所述第一护套的所述纵向槽和所述第二护套的所述纵向槽被布置为相互
    对置,使得从所述第一护套的所述纵向槽发射的至少一些光将直接进入所述第二护套
    的所述纵向槽。
    3.根据权利要求1所述的光阻抗传感器,所述光阻抗传感器进一步包括第三光
    导件,所述第三光导件包括第三光纤以及包围所述第三光纤的第二管,其中所述第二
    管包括第二护套,所述第二护套具有纵向槽和第二透镜,所述第二透镜被设置在所述
    第二护套的所述纵向槽中并且被光耦合到所述第三光纤,并且所述第三光纤包括包覆
    层,所述第三光纤的所述包覆层具有位于由所述第二护套的所述纵向槽界定的区域中
    的非均质表面。
    4.根据权利要求1所述的光阻抗传感器,所述光阻抗传感器进一步包括弯曲的
    反射表面,所述弯曲的反射表面被设置在所述第一光纤和所述第一护套之间,并且其
    中所述第一护套由非光学透明或半透明的材料制成。
    5.一种用于测量贮存器中的液体水平的系统,该系统包括:
    管,所述管具有内部容积,所述管被设置在所述贮存器中;
    光源,所述光源用于输出光;
    光学检测器,所述光学检测器用于将入射光转换为代表所述入射光的光功率的电
    信号;
    第一光导件,所述第一光导件包括第一光纤以及包围所述第一光纤的第一管,其
    中所述第一管包括第一护套,所述第一护套具有纵向槽和第一透镜,所述第一透镜被
    设置在所述第一护套的所述纵向槽中并且被光耦合到所述第一光纤,并且所述第一光
    纤包括包覆层以及位于所述包覆层内侧的芯部,所述第一光纤的所述包覆层具有位于
    由所述第一护套的所述纵向槽界定的区域中的非均质表面,并且所述第一光纤的所述
    芯部被光耦合以接收来自所述光源的光;以及
    第二光导件,所述第二光导件包括与所述第一光纤间隔开的第二光纤,其中所述
    第二光纤包括包覆层以及位于所述包覆层内侧的芯部,所述第二光纤的所述包覆层具
    有接收由所述第一光纤经所述第一护套的所述纵向槽发射的光的非均质表面,并且所
    述第二光纤的所述芯部被光耦合以将光输出到所述光学检测器。
    6.根据权利要求5所述的系统,所述系统进一步包括计算机系统,所述计算机
    系统被编程以基于从所述光学检测器接收的光功率数据来计算所述贮存器中的液体
    水平,其中所述贮存器是飞机上的燃料箱。
    7.根据权利要求5所述的系统,其中,所述光源包括激光器,并且所述光学检
    测器包括光电二极管。
    8.根据权利要求5所述的系统,其中,所述第二光导件进一步包括包围所述第
    二光纤的第二管,所述第二管包括第二护套,所述第二护套具有纵向槽和第二透镜,
    所述第二透镜被设置在所述第二护套的所述纵向槽中并且被光耦合到所述第二光纤,
    其中所述第一护套的所述纵向槽和所述第二护套的所述纵向槽被布置为相互对置,使
    得从所述第一护套的所述纵向槽发射的至少一些光将直接进入所述第二护套的所述
    纵向槽。
    9.根据权利要求5所述的系统,所述系统进一步包括第三光导件,所述第三光
    导件包括第三光纤以及包围所述第三光纤的第二管,其中所述第二管包括第二护套,
    所述第二护套具有纵向槽和第二透镜,所述第二透镜被设置在所述第二护套的所述纵
    向槽中并且被光耦合到所述第三光纤,并且所述第三光纤包括包覆层,所述第三光纤
    的所述包覆层具有位于由所述第二护套的所述纵向槽界定的区域中的非均质表面。
    10.根据权利要求9所述的系统,其中,所述第一透镜和所述第二透镜被设置在
    不同的高度上。
    11.根据权利要求5所述的系统,所述系统进一步包括弯曲的反射表面,所述弯
    曲的反射表面被设置在所述第一光纤和所述第一护套之间。
    12.一种用于测量具有多个隔间的燃料箱中的燃料水平的方法,该方法包括:
    将第一管放置在第一隔间中;
    当所述第一隔间至少部分地填充有燃料时以大致垂直于所述燃料的表面的方位
    将第一光导件放置在所述第一管的内侧,其中所述第一光导件包括第一光纤,所述第
    一光纤被包围以防止当所述第一光导件被浸没在所述燃料中时润湿所述第一光纤;
    将第二光导件放置在所述第一管的内侧,所述第二光导件与所述第一光导件间隔
    开并且与所述第一光导件大致平行,其中所述第二光导件包括第二光纤,所述第二光
    纤被包围以防止当所述第二光导件被浸没在所述燃料中时润湿所述第二光纤;
    沿着所述第一光导件的长度朝向所述第二光导件的长度发射光;
    检测从所述第二光导件输出的光功率;以及
    基于从所述第二光导件输出的被检测到的光功率确定所述第一隔间中的燃料水平。
    13.根据权利要求12所述的方法,其中,确定燃料水平的所述步骤包括:将被
    检测到的光功率与关于被校准的燃料水平对光功率的数据库进行比较。
    14.根据权利要求12所述的方法,所述方法进一步包括:
    将第二管放置在第二隔间中,所述第二隔间的高度小于所述第一隔间的高度;
    当所述第二隔间至少部分地填充有燃料时以大致垂直于所述燃料的表面的方位
    将第三光导件放置在所述第二管的内侧,其中所述第三光导件包括第三光纤,所述第
    三光纤被包围以防止当所述第三光导件被浸没在所述燃料中时润湿所述第三光纤;
    将第四光导件放置在所述第二管的内侧,所述第四光导件与所述第三光导件间隔开
    并且围绕所述第三光导件,其中所述第四光导件具有螺旋形状并且包括第四光纤,所述
    第四光纤被包围以防止当所述第四光导件被浸没在所述燃料中时润湿所述第四光纤;
    沿着所述第三光导件的长度朝向所述第四光导件的长度发射光;
    检测从所述第四光导件输出的光功率;以及
    基于从所述第四光导件输出的被检测到的光功率确定所述第二隔间中的燃料水平。
    15.根据权利要求12所述的方法,其中,所述燃料箱被整合在飞行器的机翼中。

    说明书

    用于燃料量测量的光阻抗调制

    技术领域

    本公开总体涉及用于测量诸如存储罐或其它容器的贮存器中的液体水平的系统
    和方法。更具体地,本公开涉及使用光学传感器的液体水平测量的系统和方法。

    背景技术

    在许多商业和军事应用中需要连续测量液体水平。例如,液体水平传感器常用在
    飞行器、汽车和卡车的燃料箱中。液体水平传感器还用于监测存储罐内的液体水平,
    该存储罐用于燃料分配、污水处理、化学品存储、食品加工等。

    许多用于测量液体水平的换能器采用电力。这样的换能器的电力输出响应于被测
    量液体水平的改变而改变,并且通常采取改变电阻、电容、电流、磁场、频率等等的
    形式。这些类型的换能器可包括可变电容器或电阻器、光学部件、霍尔效应传感器、
    应变计、超声装置等等。

    目前,飞行器上的大多数燃料传感器使用电力。例如,现有的电容传感器需要箱
    内侧的电线,这又需要复杂的安装和?;げ饬恳耘懦承┑缙收咸跫碌陌踩?br />题。该电线需要小心屏蔽、粘接以及接地以最大限度地减少杂散电容,并且进一步需
    要定期维护以确保电气接触完整性。

    有足够的空间来改进可以检测燃料箱中的液体水平而不会将电流引入燃料箱中
    的系统和方法。

    发明内容

    本文中公开的主题涉及使用光阻抗传感器来消除电力以测量燃料箱中的燃料量
    的系统和方法。所述光阻抗传感器包括在弯月管(meniscustube)内侧间隔开的两根
    光纤,一根光纤沿着其长度传输光,而另一根光纤沿着其长度接收光。所述弯月管最
    大限度地减少燃料水平的晃动。所述箱中的可变燃料水平在这两根光纤之间产生光阻
    抗改变,导致由光学检测器接收的总的光改变。

    取决于燃料箱高度,其高度范围可以从若干英寸到若干英尺,所述光阻抗传感器
    可包括不同的实施方式,其中检测设备使光成形为单向的(仅在所述光纤的一侧发射
    以及收集的)或全向的(所有方向的)。所述光纤可以由玻璃或塑料制成,沿着所述
    传感器的整个长度具有足够的光学输出。

    本文中公开的所述光阻抗传感器不需要任何电力。所述传感器的安装也不需要所
    述光纤与所述箱内侧的燃料接触,从而避免可能的污染物积聚。与现有的电容传感器
    比较,所述光阻抗传感器被设计成使复杂的安全测量简化,同时维持准确度并且降低
    成本、重量和容积。

    下面详细公开的主题的一个方面是一种光阻抗传感器,该光阻抗传感器包括:管,
    所述管具有内部容积;第一光导件,所述第一光导件包括第一光纤以及包围所述第一
    光纤的第一管,其中所述第一管包括第一护套,所述第一护套具有纵向槽和第一透镜,
    所述第一透镜被设置在所述第一护套的所述纵向槽中并且被光耦合到所述第一光纤,
    并且所述第一光纤包括包覆层,所述包覆层具有位于由所述第一护套的所述纵向槽界
    定的区域中的非均质表面;以及第二光导件,所述第二光导件包括与所述第一光纤间
    隔开的第二光纤,其中所述第二光纤包括包覆层,所述包覆层具有位于面对所述第一
    护套的所述纵向槽的区域中的非均质表面。非均质的包覆层的表面被设计成控制沿着
    所述光纤的长度发射/收集的光的量。

    依据一些实施方式,所述第二光导件进一步包括包围所述第二光纤的第二管,所
    述第二管包括第二护套,所述第二护套具有纵向槽和第二透镜,所述第二透镜被设置
    在所述第二护套的所述纵向槽中并且被光耦合到所述第二光纤,其中所述第一护套和
    第二护套的所述纵向槽被布置为相互对置,使得从所述第一护套的所述纵向槽发射的
    至少一些光将直接进入所述第二护套的所述纵向槽。

    依据其它实施方式,所述光阻抗传感器进一步包括第三光导件,所述第三光导件
    包括第三光纤以及包围所述第三光纤的第二管,其中所述第二管包括第二护套,所述
    第二护套具有纵向槽和第二透镜,所述第二透镜被设置在所述第二护套的所述纵向槽
    中并且被光耦合到所述第三光纤,并且所述第三光纤包括包覆层,所述包覆层具有位
    于由所述第二护套的所述纵向槽界定的区域中的非均质表面。所述第一光导件和第三
    光导件可具有均朝向所述第二光导件的不同区段发射光的非重叠或稍微重叠的纵向
    槽。

    本文中公开的主题的另一方面是一种用于测量贮存器中的液体水平的系统,该系
    统包括:管,所述管具有内部容积,所述管被设置在所述贮存器中;光源,所述光源
    用于输出光;光学检测器,所述光学检测器用于将入射光转换为代表所述入射光的光
    功率的电信号;第一光导件,所述第一光导件包括第一光纤以及包围所述第一光纤的
    第一管,其中所述第一管包括第一护套,所述第一护套具有纵向槽和第一透镜,所述
    第一透镜被设置在所述第一护套的所述纵向槽中并且被光耦合到所述第一光纤,并且
    所述第一光纤包括包覆层以及位于所述包覆层内侧的芯部,所述第一光纤的所述包覆
    层具有位于由所述第一护套的所述纵向槽界定的区域中的非均质表面,并且所述第一
    光纤的所述芯部被光耦合为接收来自所述光源的光;以及第二光导件,所述第二光导
    件包括与所述第一光纤间隔开的第二光纤,其中所述第二光纤包括包覆层以及位于所
    述包覆层内侧的芯部,所述第二光纤的所述包覆层具有接收由所述第一光纤经所述第
    一护套的所述纵向槽发射的光的非均质表面,并且所述第二光纤的所述芯部被光耦合
    为将光输出到所述光学检测器。前述系统可进一步包括计算机系统,所述计算机系统
    被编程以基于从所述光学检测器接收的光功率数据来计算所述贮存器中的液体水平。
    在一个实施方案中,所述光源包括激光器,并且所述光学检测器包括光电二极管。所
    公开的系统可以用于测量飞机上的燃料箱中的燃料水平。

    依据前面的段落所描述的系统的一个实施方式,所述第二光导件进一步包括包围
    所述第二光纤的第二管,所述第二管包括第二护套,所述第二护套具有纵向槽和第二
    透镜,所述第二透镜被设置在所述第二护套的所述纵向槽中并且被光耦合到所述第二
    光纤,其中所述第一护套和第二护套的所述纵向槽被布置为相互对置,使得从所述第
    一护套的所述纵向槽发射的至少一些光将直接进入所述第二护套的所述纵向槽。

    依据另一实施方式,所述系统进一步包括第三光导件,所述第三光导件包括第三
    光纤以及包围所述第三光纤的第二管,其中所述第二管包括第二护套,所述第二护套
    具有纵向槽和第二透镜,所述第二透镜被设置在所述第二护套的所述纵向槽中并且被
    光耦合到所述第三光纤,并且所述第三光纤包括包覆层,所述包覆层具有位于由所述
    第二护套的所述纵向槽界定的区域中的非均质表面。

    另一方面是一种光导件,该光导件包括:光纤,所述光纤具有轴线和圆周表面;
    护套,所述护套具有平行于所述光纤的所述轴线延伸的纵向槽,除了在所述纵向槽的
    区域中,所述护套与所述光纤的所述圆周表面接触;以及透镜,所述透镜被设置在所
    述护套的所述纵向槽中并且与所述光纤的所述圆周表面建立界面,其中所述光纤包括
    包覆层,所述包覆层具有位于由所述护套的所述纵向槽界定的区域中的非均质表面。
    所述光导件可进一步包括弯曲的反射表面,所述弯曲的反射表面被设置在所述光纤和
    所述护套之间。优选地,所述护套由非光学透明或半透明的材料制成。

    本文中公开的主题的又一方面是一种用于测量具有多个隔间的燃料箱中的燃料
    水平的方法,该方法包括:(a)将第一管放置在第一隔间中;(b)当所述第一隔间至
    少部分地填充有燃料时以将大致垂直于所述燃料的表面的方位将第一光导件放置在
    所述第一管的内侧,其中所述第一光导件包括第一光纤,所述第一光纤被包围以防止
    当所述第一光导件被浸没在所述燃料中时润湿所述第一光纤;(c)将第二光导件放置
    在所述第一管的内侧,所述第二光导件与所述第一光导件间隔开并且与所述第一光导
    件大致平行,其中所述第二光导件包括第二光纤,所述第二光纤被包围以防止当所述
    第二光导件被浸没在所述燃料中时润湿所述第二光纤;(d)沿着所述第一光导件的长
    度朝向所述第二光导件的长度发射光;(e)检测从所述第二光导件输出的光功率;以
    及(f)基于从所述第二光导件输出的被检测的光功率来确定所述第一隔间中的燃料
    水平。依据一些实施方式,确定燃料水平的步骤包括将被检测的光功率与被校准的燃
    料水平对光功率的数据库进行比较。所述方法可进一步包括:(g)将第二管放置在第
    二隔间中,所述第二隔间的高度小于所述第一隔间的高度;(h)当所述第二隔间至少
    部分地填充有燃料时以将大致垂直于所述燃料的表面的方位将第三光导件放置在所
    述第二管的内侧,其中所述第三光导件包括第三光纤,所述第三光纤被包围以防止当
    所述第三光导件被浸没在所述燃料中时润湿所述第三光纤;(i)将第四光导件放置在
    所述第二管的内侧,所述第四光导件与所述第三光导件间隔开并且围绕所述第三光导
    件,其中所述第四光导件具有螺旋形状并且包括第四光纤,所述第四光纤被包围以防
    止当所述第四光导件被浸没在所述燃料中时润湿所述第四光纤;(j)沿着所述第三光
    导件的长度朝向所述第四光导件的长度发射光;(k)检测从所述第四光导件输出的光
    功率;以及(l)基于从所述第四光导件输出的被检测的光功率来确定所述第二隔间
    中的燃料水平。该方法非常适合于测量整合在飞行器机翼中的燃料箱中的燃料水平。

    适用于燃料箱的光阻抗传感器的其它方面在下面进行公开并要求?;?。

    附图说明

    图1是代表调制液体电容的典型传感器的部件的等视轴图的图表??缭酱衅鞯?br />非线性线代表液体水平;箭头代表电荷流。

    图2是代表用于测量液体水平的系统的混合图,该系统包括光阻抗传感器,该光
    阻抗传感器调制液体的光阻抗。该混合图包括示出光学收发器的部件的框图以及代表
    光阻抗传感器的等视轴图的图表??缭酱衅鞯姆窍咝韵叽硪禾逅?;箭头代表从
    一根光纤传播到另一光纤的光子。

    图3是代表用于测量依据一个实施方式的贮存器中的液体水平的系统的部件的
    框图。

    图4是代表在一端具有镜帽用于增加光纤内侧的光强度的光纤的视图的图表。

    图5是代表包围在各自护套中的一对光纤的平面图的图表,该护套具有相互对置
    的纵向槽,用于光从传输光纤向接收光纤的侧向光耦合(由箭头指示)。

    图6是代表包围在各自护套中的一对光纤的平面图的图表,该护套具有由各自透
    镜覆盖的相互对置的纵向槽,用于光从传输光纤向接收光纤的侧向光耦合(由箭头指
    示)。

    图7是代表光阻抗传感器的平面图的图表,该光阻抗传感器具有由弯月管内侧的
    多根传输光纤围绕的单根居中定位的接收光纤,每根传输光纤均具有用于朝向接收光
    纤来发射光的侧窗口。

    图8是代表三根光纤的等视轴图的图表,这三根光纤具有非重叠或稍微重叠的发
    射区段(由斑纹图案指示),供具有延伸长度的光阻抗传感器使用。

    图9是代表光阻抗传感器的等视轴图的图表,该光阻抗传感器具有螺旋接收光
    纤,供诸如在机翼燃料箱的末端处具有较小深度的贮存器使用。

    下文中将参考附图,其中不同附图中的类似元件带有相同的附图标记。

    具体实施方式

    现在将出于说明的目的详细描述用于测量贮存器中的液体水平的系统和方法的
    各种实施方式。下面公开的至少一些细节涉及可选特征或方面,其在一些应用中可被
    略去而不脱离所附的权利要求书的范围。

    图1示出了液体水平传感器50,液体水平传感器50包括铝制内管54以及围绕
    铝制内管54并与铝制内管54同心的铝制外管52??缭揭禾逅酱衅?0的大致水
    平非线性线代表燃料水平,即,燃料和空气之间的界面。一些燃料占据了铝制管之间
    的空间。液体水平传感器50的总电容以熟知的方式随着燃料水平而改变(空气和燃
    料具有不同的介电常数)。箭头代表在铝制管之间的空间的电场影响下从铝制内管54
    朝向铝制外管52的电荷流动。该液体水平传感器可以用于检测燃料水平,因为流出
    铝制外管52的电流根据铝制管之间的空间中的燃料容积的高度而改变。

    图2是代表依据本文中公开的光阻抗调制概念的一个实施方式的用于测量贮存
    器中的燃料水平的系统的混合图。图2中描绘的系统包括光阻抗传感器2,光阻抗传
    感器2检测使传输光纤和接收光纤分离的流体的光阻抗,获取稍后可以用于确定燃料
    水平的光功率数据。依据图2所示的实施方式,光阻抗传感器2包括:传输光纤4,
    传输光纤4借助光纤12被光耦合到光源10;和接收光纤6,接收光纤6借助光纤16
    被光耦合到光学检测器14。光阻抗传感器2进一步包括弯月管8,弯月管8最大限度
    地减少燃料箱(未示出)中的燃料晃动??缭酵?中光阻抗传感器2的非线性线代表
    燃料水平。以间隔开的关系将传输光纤4和接收光纤6放置在弯月管的内侧(优选地,
    光纤是直的且彼此平行)。在燃料箱被整合在飞机机翼的情况下,传输光纤4和接收
    光纤6被优选地刚性地支撑为处于固定的空间关系,以提供使光接收功率对可能形成
    在燃料箱中的冰凌颗粒优化的分离距离。延伸向燃料箱底板的弯月管8在底板附近具
    有开口,该开口允许燃料流入由弯月管8界定的空间容积。在弯月管8的内侧和外侧
    的燃料水平将是相同的。

    当由光源10泵送时,传输光纤4径向向外发射光。轴向分布的发射光可沿着传
    输光纤4的长度基本恒定。光的第一部分将穿过燃料并照射接收光纤6的下部。由传
    输光纤4发射的光的第二部分将穿过空气并照射接收光纤6的上部。在接收光纤6
    的芯部的内侧,由接收光纤6接收的至少一些光被引导向上,而其它光被引导向下。
    被引导向下的光可从设置在接收光纤6底端处的镜向上反射(参见下面的图4的描
    述)。被引导向上的光离开接收光纤6的上端。由接收光纤6输出的光被传输到光学
    检测器14,光学检测器14将入射光转换为电流。该电流由线缆传导至处理单元(在
    图2中未示出,但另见图3)。处理器分析来自光学检测器14的信号并且计算空气/
    燃料界面的高度。

    图2中的箭头代表在操作光源10期间从传输光纤4传播到接收光纤6的光(即,
    光子)。在监测燃料水平期间,由光源10(即,它的光功率)产生的光的亮度(即,
    强度)优选是恒定的。随着燃料水平的变化,由于空气和燃料具有不同折射率的事实,
    传输光纤4和接收光纤6之间的空间容积中的燃料的光阻抗根据燃料水平而改变。

    熟知的是:空气的折射率小于燃料的折射率;燃料的折射率小于光纤的包覆层的
    折射率;包覆层的折射率小于光纤的芯部的折射率。折射率确定在到达界面时被反射
    的光的量。

    因为在液体中比在空气中损失了更多的光功率(即,光阻抗更大),随着液体水
    平下降,由接收光纤6输出的光功率将单调增加?;痪浠八?,随着燃料水平的改变,
    传输光纤4和接收光纤6之间的光阻抗将改变。光阻抗的这些改变又产生了由接收光
    纤6输出到光学检测器14的光功率(即,光强度)的改变。

    虽然在图2中未描绘,但是每根光纤均是由压型玻璃或塑料制成的柔性的、光学
    透明或半透明的光纤。光纤可以充当在光纤的两端之间传输光的波导管或光管。光纤
    通常包括具有相对较高折射率的透明或半透明芯部,芯部由具有相对较低折射率的透
    明或半透明包覆层材料围绕。通过全内反射将光保持在芯部中。这致使光纤充当波导
    管。

    依据本文中公开的实施方式,(例如,通过使圆周表面粗糙化或开槽)修改传输
    光纤4的包覆层,以获得沿着光纤长度输出的径向光的受控水平。更确切地,可处理
    传输光纤4的包覆层以至少在由护套的纵向槽界定的区域中产生非均质表面。例如,
    可至少在由护套的纵向槽重叠的区域中使包覆层的外表面粗糙化或开槽,从而形成侧
    窗口,这将在下面参考图5和图6更详细地描述。能以类似的方式修改接收光纤6
    的包覆层,以形成侧窗口,当光学传感器被安装在燃料箱的内侧时,该侧窗口面向传
    输光纤4的侧窗口。

    另外或替代地,接收光纤6可以是具有包含荧光掺杂剂的芯部的荧光光纤,荧光
    掺杂剂可以由来自传输光纤4、入射于接收光纤6的侧窗口上然后进入接收光纤6的
    芯部的光激活。(当在由某一类型的能量激发至更高的量子状态之后通过发射光的光
    子使轨道电子松弛到其基态时,荧光发生。)荧光掺杂剂产生沿着接收光纤6的长度
    行进然后输出到光学检测器14的光。

    在沿着传输光纤4长度的任何给定轴向位置处,发射光的圆周变化优选地在因修
    改传输光纤4的包覆层而形成的侧窗口所对的窄的角度范围内强烈见顶。如前面提到
    的,该侧窗口可以通过仅在一侧修改光纤的包覆层(例如,开槽、划伤或打磨)而形
    成,从而以入射于通过修改接收光纤6的包覆层而形成的相应侧窗口上的角展度更容
    易地发射光。

    图3是代表用于测量依据一个实施方式的燃料箱中的燃料水平的系统的部件的
    框图。该系统包括图2所描绘类型的无源光学传感器2、光耦合到光学传感器2的光
    学收发器40、电气联接到光学收发器40的处理单元42以及以图形的方式和/或以字
    母数字的方式指示燃料水平的燃料计44。在该示例中,光学传感器2被安装在燃料
    箱的隔间中。光学收发器40的部件可包括:光源,该光源采取连接到传输光学子组
    件(包括激光器或LED)的传输集成电路的形式;和光学检测器,该光学检测器采
    取连接到接收光学子组件(包括光电二极管)的接收集成电路的形式。燃料计44可
    采取具有显示处理器的显示装置的形式,该显示处理器被编程到显示屏,从而以图形
    的方式和/或以字母数字的方式显示测量结果(例如,燃料水平)。

    随着从接收光纤6的端部发射的光强度的增加,由光学收发器40的光检测器输
    出的信号大小单调增加。处理单元42可以是专用微处理器或通用计算机,并且可根
    据需要通过使用查找表、校准曲线或者通过求解方程来计算燃料的测量水平(即,高
    度)。燃料计44可呈现信息,其基于处理单元42所接收的光功率数据来识别呈现在
    燃料箱内的燃料量。

    处理单元42可以是计算机或飞行控制系统的位于飞行器上的一部分。在识别呈
    现在不规则形状的燃料箱中的燃料量时,处理单元42可执行各种程序,以计算基于
    从适当地放置在燃料箱的各种隔间中的多根接收光纤接收的光功率数据而呈现的燃
    料量。燃料信息处理软件可包括考虑燃料箱的形状以确定燃料箱中的剩余燃料量的程
    序。燃料信息处理软件可进一步包括用于校准过程以在第一次使用之前形成基线或维
    持燃料读数的准确度的程序。由处理单元42提供给燃料计44的读数可在呈现之前被
    积分或平均化,并且能以不同的时间间隔来提供。

    在图3所示的示例中,光纤用于测量燃料箱中的燃料水平。在其它实施方式中,
    相同的设备可用于检测其它液体。例如,上面描述的系统可用于检测容器中水的存在
    或用于液压系统的贮存器中的液压流体。检测燃料箱中的燃料的说明出于说明的目的
    而提出,并不意味着限制图3所示的系统可使用的方式。

    如图4所示,反射镜帽22可附接至传输光纤4的底端,以经传输光纤4把光反
    射回去并且防止光在离开底端时损失。类似的反射帽可附接至接收光纤6的底端,以
    经接收光纤6朝向光学检测器14把光反射回去(参见图3)。

    图5是代表依据一实施方式的光学传感器的一对直的光导件的平面图的图表,其
    旨在用于测量当暴露光纤被浸没在液体中时将不损坏暴露光纤的液体水平。传输光导
    件包括:传输光纤4,传输光纤4具有轴线和圆周表面;和护套18,护套18具有纵
    向槽20,纵向槽20平行于传输光纤4的轴线延伸了传输光纤的整个长度。优选地,
    纵向槽20与在传输光纤4的包覆层上由非均质表面形成的侧窗口重叠。除了纵向槽
    20的区域,护套18接触并覆盖传输光纤4的圆周表面。传输光导件可进一步包括弯
    曲的反射表面,该弯曲的反射表面被设置在传输光纤4和护套18之间。优选地,护
    套18由诸如金属或聚合材料的非光学透明或半透明材料制成。

    类似地,接收光导件包括:接收光纤6,接收光纤6具有轴线和圆周表面;和护
    套24,护套24具有纵向槽26,纵向槽26平行于接收光纤6的轴线延伸了接收光纤
    的整个长度。优选地,纵向槽26与接收光纤6的包覆层上由非均质表面形成的侧窗
    口重叠。除了纵向槽26的区域,护套24与接收光纤6的圆周表面接触。接收光导件
    可进一步包括弯曲的反射表面,该弯曲的反射表面被设置在接收光纤6和护套24之
    间。优选地,护套24由诸如金属或聚合材料的非光学透明或半透明材料制成。在护
    套24由聚合材料制成的情况下,护套24可以通过模制而形成。传输光纤4可具有圆
    形、方形或六边形横截面,被模制的护套符合光纤的形状。

    图5中的箭头代表经形成在传输光纤4的包覆层中的侧窗口由传输光纤4发射并
    经过干涉的流体(例如,液体或空气)朝向形成在接收光纤6的包覆层中的相应侧窗
    口传播的光。然而,应当理解的是,当不存在覆在传输光纤4的侧窗口上的聚焦透镜
    时,离开的光线可发散,而非准直。

    图6是代表依据一实施方式的光学传感器的一对直的光导件的平面图的图表,其
    中液体未与传输光纤4和接收光纤6直接接触。与图5所描绘的实施方式的差别仅在
    于,传输光导件和接收光导件进一步包括(例如,通过模制)形成在相应的护套18
    和24的纵向槽中的相应的透镜28和30。优选地,透镜28和30延伸纵向槽的全长。
    组合起来,透镜28和护套18包围传输光纤4,透镜28与传输光纤4的侧窗口建立
    界面。类似地,透镜30和护套24包围接收光纤6,透镜30与接收光纤6的侧窗口
    建立界面。优选地,透镜28和30由环氧树脂制成。

    图6中的箭头代表经透镜28由传输光纤4发射的并经过干涉的流体(例如,液
    体或空气)朝向接收光导件的透镜30传播的光。透镜28可被设计成使得离开的光线
    被朝向透镜30平行地引导。透镜30可被设计成使得入射的平行光线汇聚到接收光纤
    6中。透镜的效果是针对泵送到传输光纤4中的相同光功率增加了由接收光纤6输出
    的光的强度,从而提高光阻抗传感器的性能。

    如果由高强度LED传输的光功率足够,则该系统可包括与一根接收光纤平行设
    置的单根传输光纤。如果来自一个LED的光功率不足,则能以各种方式增加所发射
    的光的量。在一些实施方式中,该系统可包括围绕居中定位的接收光纤的两根或更多
    根传输光纤。在这种情况下,接收光纤从各个侧面收集光,并且每个传输光学器件都
    有它自己的LED源。在这些替代实施方式中,通过采用多根传输光纤和/或接收光纤
    而增加光阻抗传感器的信噪比。

    图7是代表光阻抗传感器的平面图的图表,该光阻抗传感器具有在弯月管8内侧
    由多根传输光纤4a-4e围绕的单根居中定位的接收光纤6,传输光纤4a-4e中的每个
    均被部分地包围在具有纵向槽用于朝向接收光纤6侧向地传输光的相应的护套18中。
    在这种情况下,接收光纤6的包覆层的整个圆周表面可(例如,通过粗糙化、开槽或
    打磨)被修改,以便于使光进入接收光纤6。在操作期间,由传输光纤4a-4e发射的
    光被导向居中定位的接收光纤6。由接收光纤6输出的光功率将取决于弯月管8内侧
    的液体水平。

    依据进一步改进,每根围绕的传输光纤可将其传输功率仅集中在光纤长度的一个
    区段中。图8是代表三根传输光纤32a-32c的等视轴图的图表,这三根传输光纤32a-32c
    分别具有非重叠或稍微重叠的发射区段34、36和38(由斑纹图案指示),供具有延
    伸长度的光阻抗传感器使用。(传输光纤32a-32c的无斑纹的部分指示的是光纤的下
    述部分,这些部分未被修改或改变,以促进侧面发射。)发射区段34、36和38均可
    构造有(如先前描述的)各自的侧窗口和透镜,以在各自首选方向上、即朝向居中定
    位的接收光纤的侧窗口(参见图7)发射光。处理单元可以被编程,以考虑从相应的
    光学收发器接收的信号,该信号代表由相应的接收光纤输出的光功率。该系统可以被
    校准,以基于光功率数据来确定燃料水平??梢曰谟捎诰剂隙强掌サ墓?br />导致的衰减损耗以熟知的方式根据光功率数据容易地确定燃料箱隔间中的空气/燃料
    界面的高度。

    飞机的机翼尤其在翼展方向上的高度是变化的。作为结果,整合在飞行器机翼内
    侧的燃料箱的高度是变化的。通常,机翼燃料箱包括多个隔间。期望提供适合安装在
    不同高度的燃料箱隔间中的不同类型的燃料水平传感器。例如,机翼根部处的一些隔
    间可具有若干英尺的高度,而机翼末端附近的其它隔间可具有若干英寸的高度。

    高的传感器通常被安装在机翼根部处的燃料箱隔间中。由于长度较长,通过简单
    地使用与接收光纤平行的直的传输光纤,有足够的燃料高度差实现1%的准确度。在
    针对光接收功率对燃料箱中的冰凌颗粒而被优化的两根光纤的之间存在可控间隙。

    结合高传感器在机翼根部附近的燃料箱隔间中的安装,矮的传感器可安装在机翼
    末端处的燃料箱隔间中。无论该传感器的长度多短,准确度要求仍为1%。图9是代
    表光阻抗传感器的等视轴图的图表,该光阻抗传感器比如在机翼燃料箱的末端处具有
    螺旋接收光纤46,供具有较小深度的贮存器使用。螺旋接收光纤46被放置在弯月管
    8的内侧,缠绕在中央传输光纤4周围,以增加每单位传感器长度的光功率拾取。

    为了改进由于燃料的不同分层(不同的燃料密度)导致的光学响应的线性度,可
    以采用螺旋接收光纤的可变螺距或直的接收光纤的可变侧漏。

    使用电气传感器的机翼燃料箱系统可以通过替换本文中公开的光学传感器加以
    改型。用于电气传感器的双屏蔽电线可以更换为轻质且柔性的塑料光纤,消除了接线
    和支撑托架的重量,并且消除了由电线的雷击、短路、磨损导致的电磁效应。

    本文中公开的无源光学传感器优选地使用坚固耐用的塑料光纤。不需要信号接线
    的屏蔽/粘接/接地。不可能点燃燃料。由于使用光阻抗传感器来测量燃料水平,可以
    降低飞机的重量和成本。

    虽然已经参考各种实施方式描述了光阻抗传感器,但是本领域技术人员将理解的
    是,可做出各种改变,并且对于其元件可替换等同物而不脱离本文的教导。此外,可
    做出许多修改以适应概念并且针对特殊情况降低至本文中公开的实践。因此,由权利
    要求书涵盖的主题旨在不限于公开的实施方式。

    如权利要求书中使用的,术语“计算机系统”应当被宽泛地解释为涵盖具有至少
    一个计算机或处理器的系统,并且该系统可具有经由网络或总线进行通信的多个计算
    机或处理器。如前一句所使用的,术语“计算机”和“处理器”均指的是具有处理单
    元(例如,中央处理单元)和一些形式的存储器(即,计算机可读介质)的装置,用
    于存储可被处理单元读取的程序。

    此外,下文中阐述的方法权利要求不应该被解释为需要其中叙述的步骤按字母顺
    序(权利要求中的任何字母顺序出于参考先前叙述步骤的目的而单独使用)或叙述它
    们的顺序来执行。也不应被理解为排除同时或交替执行的两个或更多个步骤的任何部
    分。

    注意:以下段落描述了本公开的其它方面:

    A1、一种光导件,该光导件包括:

    光纤,所述光纤具有轴线和圆周表面;

    护套,所述护套具有平行于所述光纤的所述轴线延伸的纵向槽,除了在所述纵向
    槽的区域中以外,所述护套与所述光纤的所述圆周表面接触;以及

    透镜,所述透镜被设置在所述护套的所述纵向槽中并且与所述光纤的所述圆周表
    面建立界面,

    其中所述光纤包括包覆层,所述包覆层具有位于由所述护套的所述纵向槽界定的
    区域中的非均质表面。

    A2、根据段落A1所述的光导件,所述光导件进一步包括弯曲的反射表面,所述
    弯曲的反射表面被设置在所述光纤和所述护套之间。

    A3、根据段落A1所述的光导件,其中,所述护套由非光学透明或半透明的材料
    制成。

    关 键 词:
    用于 燃料 测量 阻抗 调制
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    关于本文
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