具有双荧光塑料光纤的燃料液位传感器制造技术

一种用于测量储存器中的液体的液位的系统和方法及光学系统，飞机燃料液位光传感器使用一个侧发射塑料光纤(SPOF)和两个荧光塑料光纤(FPOF)来检测飞机燃料液位，而不使用放置在燃料箱内的任何导电部件或元件。这种双FPOF传感器能够在实际的飞机燃料箱环境中通过一次校准来实现高分辨率和高精度。双FPOF传感器的一个实施例使用一个SPOF和两个FPOF来基于从两个FPOF输出的光信号检测燃料液位变化。传感器设计采用大直径(芯部和包层)、重量轻、低成本、高耐用性的塑料光纤，这对飞机安装是非常令人满意的。

Fuel level sensor with double fluorescent plastic optical fibers

A system and an optical system for measuring the liquid level in an aircraft fuel tank. The aircraft fuel level optical sensor uses a side-emitting plastic optical fiber (SPOF) and two fluorescent plastic optical fibers (FPOF) to detect the liquid level of the aircraft fuel without using any conductive components or components placed in the fuel tank. This dual FPOF sensor can achieve high resolution and high precision by one calibration in the actual aircraft fuel tank environment. One embodiment of a dual FPOF sensor uses one SPOF and two FPOFs to detect fuel level changes based on optical signals output from two FPOFs. The sensor is designed with large diameter (core and cladding), light weight, low cost, high durability plastic optical fiber, which is very satisfactory for aircraft installation.

【技术实现步骤摘要】
具有双荧光塑料光纤的燃料液位传感器
本公开总体上涉及用于测量储存器(例如，储存罐或其他容器)中的液体的液位的系统和方法。更具体地，本公开涉及使用光传感器进行液位测量的系统和方法。
技术介绍
在许多商业和军事应用中存在连续测量液体的液位的需要。例如，液位传感器通常用于飞机、汽车和卡车的燃料箱中。液位传感器还用于监测用于燃料分配、废水处理、化学品储存、食品加工等的储存罐内的液位。用于测量液位的许多换能器都使用电。这种换能器的电输出响应于正在被测量的液位的变化而变化，并且通常具有电阻、电容、电流、磁场、频率等的变化的形式。这些类型的换能器可以包括可变电容器或电阻器、光学部件、霍尔效应传感器、应变仪、超声波装置等。目前，飞机上的大多数燃料传感器都使用电。例如，现有的电容式传感器需要将金属电容板和金属布线放置在罐内，这又需要复杂的安装和保护措施，以在某些电气故障情形下排除安全问题。这种电气布线需要仔细的屏蔽、接合和接地，以尽量减少寄生电容，并进一步要求定期维护，以确保电气接触的完整性。其次，电容探头测量需要其他传感器输入，例如，温度和密度传感器输入，以补充电容测量来完成燃料液位感测。可以在不将电流引入燃料箱中的情况下检测燃料箱中液体的液位的系统和方法还有改进的余地。
技术实现思路
荧光是由已吸收光或其他电磁辐射的物质发射的光。如本文所使用的，术语“荧光塑料光纤”是指塑料光纤，其包括被包层(cladding，包壳)围绕的芯部，其中，芯部掺杂有特殊材料，当具有以与第一波长不同的第二波长为中心的第二光谱带宽的光被该芯部吸收时，所述特殊材料将产生具有以第一波长为中心的第一光谱带宽的光(即，光子)。通常，第一波长大于第二波长。如本文所使用的，术语“侧发射塑料光纤”是指沿着塑料光纤的侧面发射光的塑料光纤。根据替代实施例，可以使用荧光玻璃光纤来代替荧光塑料光纤。本文公开的主题广泛涉及使用一个侧发射光纤和两个荧光光纤来检测液位而不使用放置在燃料箱内的任何导电部件或元件的光学液位传感器的设计和实施。为了说明的目的，以下公开涉及使用一个侧发射塑料光纤(SPOF)和两个荧光塑料光纤(FPOF)来检测飞机燃料液位而不使用放置在燃料箱内的任何导电部件或元件的飞机燃料液位光传感器的设计和实施。这种双FPOF传感器可以在不需要使用其他辅助传感器输入的情况下检测燃料液位，并且能够在实际的飞机燃料箱环境中通过一次校准来实现高分辨率和高精度。更具体地，双FPOF传感器使用具有不同光响应效率的一个SPOF和两个FPOF来基于从双FPOF输出的光功率信号检测燃料液位变化。没有电流通过燃料箱中的燃料而引起任何安全问题。传感器设计采用大直径(芯部和包层)、重量轻、低成本、高耐用性的POF，这对飞机安装是非常令人满意的。以下详细公开的主题的一个方面是一种用于测量储存器中的液体的液位的系统，包括：光源，用于输出光；侧发射光纤，具有光耦合到光源的一端；光检测器，用于将入射光转换为表示入射光的光功率的电信号；以及荧光光纤，定位成与侧发射光纤平行且距侧发射光纤一定距离，并具有光耦合到光检测器的一端。侧发射光纤和荧光光纤可以由塑料或玻璃制成。根据一些实施例，该系统还包括：电压控制的可变光衰减器(在下文中称为“可变光衰减器”)，其将所述荧光光纤光耦合到光检测器；计算系统，其电耦合到可变光衰减器；电流到电压转换器，电耦合以接收由光检测器输出的光电流，并且将电压传输到计算系统；以及燃料液位指示器，电耦合到计算系统，其中，计算系统还被配置成将燃料液位输出到燃料液位指示器，该燃料液位部分地基于从电流到电压转换器接收的电压。下面详细公开的主题的另一方面是一种用于测量储存器中的液体的液位的系统，包括：光源，用于输出光；侧发射光纤，具有光耦合到光源的一端；第一光检测器和第二光检测器，用于将入射光转换为表示入射光的光功率的电信号；第一荧光光纤，定位成与侧发射光纤平行且距侧发射光纤一定距离，并具有光耦合到第一光检测器的一端；以及第二荧光光纤，定位与侧发射光纤平行且距侧发射光纤一定距离，并具有光耦合到第二光检测器的一端，其中，第一荧光光纤和第二荧光光纤具有不同的光响应效率。侧发射光纤和荧光光纤可以由塑料或玻璃制成。根据一些实施例，该系统还包括：第一可变光衰减器，其将所述第一荧光光纤光耦合到第一光检测器；第二可变光衰减器，其将所述第二荧光光纤光耦合到第二光检测器；光源功率控制器，用于控制提供给光源的电流；以及计算系统，被配置为将第一控制信号发送到第一可变光衰减器和第二可变光衰减器，第一控制信号设置由第一可变光衰减器和第二可变光衰减器提供的衰减液位，并且还被配置为将第二控制信号发送到光源功率控制器，第二控制信号设置提供给光源的电流的电平。该系统还可以包括：第一电流到电压转换器，被耦合以接收由第一光检测器输出的光电流，并将第一电压传输到计算系统；以及第二电流至电压转换器，被耦合以接收由第二光检测器输出的光电流，并将第二电压传输到计算系统，其中，计算系统还被配置为计算第一电压和第二电压的比率，并且第一控制信号和第二控制信号部分地基于该比率。此外，该系统还可以包括电耦合到计算系统的燃料液位指示器，其中，计算系统还被配置为将燃料液位输出到燃料液位指示器，该燃料液位部分地基于在发送第一控制信号和第二控制信号之后从第一电流到电压转换器接收的第三电压。下面详细公开的主题的另一方面是一种光学系统，包括：第一复合保持杆、第二复合保持杆和第三复合保持杆；第一玻璃管、第二玻璃管和第三玻璃管，分别部分地嵌入第一复合保持杆、第二复合保持杆和第三复合保持杆中并部分地从第一复合保持杆、第二复合保持杆和第三复合保持杆突出；侧发射塑料光纤，嵌入第一玻璃管内；第一荧光塑料光纤，嵌入第二玻璃管中；第二荧光塑料光纤，嵌入第三玻璃管中；以及支撑结构，其支撑所述第一复合保持杆、第二复合保持杆和第三复合保持杆，使得由侧发射塑料光纤发射的光将被第一荧光塑料光纤和第二荧光塑料光纤接收。根据一些实施例，支撑结构包括：复合外管，具有第一端和第二端；第一端盖，附设到复合外管的第一端；以及第二端盖，附设到复合外管的第二端，其中，第一复合保持杆、第二复合保持杆和第三复合保持杆设置在复合外管内部。此外，光学系统还可以包括具有第一开口、第二开口和第三开口的光纤保持筒，其中，第一端盖具有被配置为接收光纤保持筒的开口，侧发射塑料光纤穿过光纤保持筒中的第一开口，第一荧光塑料光纤穿过光纤保持筒中的第二开口，并且第二荧光塑料光纤穿过光纤保持筒中的第三开口。第二端盖具有第一开口、第二开口和第三开口，该第一开口、第二开口和第三开口被配置成接收第一复合保持杆、第二复合保持杆和第三复合保持杆的相应端部。下面详细公开的主题的另一方面是一种用于测量储存器中的液体的高度的方法，包括：将侧发射光纤和第一荧光光纤放置在包含在储存器内具有相应位置的液体中，在该相应位置处，侧发射光纤和第一荧光光纤相互平行并隔开一定距离，并且第一荧光光纤具有第一光响应效率；将来自光源的光输入到侧发射光纤的一端中；从侧发射光纤侧发射至少一些输入光；将至少一些侧发射光吸收到第一荧光光纤内部；响应于侧发射光的吸收通过第一荧光光纤内部的荧光来产生光；从第一荧光光纤的一端发射由荧光产生的光；将由第一荧光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量储存器中的液体的液位的系统，包括：光源，用于输出光；侧发射光纤，具有光耦合到所述光源的一端；光检测器，用于将入射光转换为表示所述入射光的光功率的电信号；以及荧光光纤，定位成与所述侧发射光纤平行且距所述侧发射光纤一定距离，并且具有光耦合到所述光检测器的一端。

【技术特征摘要】
2017.02.09 US 15/428,6261.一种用于测量储存器中的液体的液位的系统，包括：光源，用于输出光；侧发射光纤，具有光耦合到所述光源的一端；光检测器，用于将入射光转换为表示所述入射光的光功率的电信号；以及荧光光纤，定位成与所述侧发射光纤平行且距所述侧发射光纤一定距离，并且具有光耦合到所述光检测器的一端。2.根据权利要求1所述的系统，还包括将所述荧光光纤光耦合到所述光检测器的可变光衰减器。3.根据权利要求2所述的系统，还包括：计算系统，所述计算系统电耦合到所述可变光衰减器；电流到电压转换器，电耦合以接收由所述光检测器输出的光电流，并且将电压传输到所述计算系统；以及燃料液位指示器，电耦合到所述计算系统，其中，所述计算系统还被配置成将燃料液位输出到所述燃料液位指示器，所述燃料液位部分地基于从所述电流到电压转换器接收的电压。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述侧发射光纤和所述荧光光纤由塑料制成。5.一种光学系统，包括：第一复合保持杆、第二复合保持杆和第三复合保持杆；第一玻璃管、第二玻璃管和第三玻璃管，分别部分地嵌入所述第一复合保持杆、所述第二复合保持杆和所述第三复合保持杆中并部分地从所述第一复合保持杆、所述第二复合保持杆和所述第三复合保持杆突出；侧发射塑料光纤，嵌入所述第一玻璃管中；第一荧光塑料光纤，嵌入所述第二玻璃管中；第二荧光塑料光纤，嵌入所述第三玻璃管中；以及支撑结构，所述支撑结构支撑所述第一复合保持杆、所述第二复合保持杆和所述第三复合保持杆，使得由所述侧发射塑料光纤发射的光将被所述第一荧光塑料光纤和所述第二荧光塑料光纤接收。6.根据权利要求5所述的光学系统，其中，所述支撑结构包括：复合外管，具有第一端和第二端；第一端盖，附设到所述复合外管的所述第一端；以及第二端盖，附设到所述复合外管的所述第二端，其中，所述第一复合保持杆、所述第二复合保持杆和所述第三复合保持杆设置在所述复合外管内部。7.根据权利要求6所述的光学系统，还包括具有第一开口、第二开口和第三开口的光纤保持筒，其中，所述第一端盖具有被配置为接收所述光纤保持筒的开口，所述侧发射塑料光纤穿过所述光纤保持筒中的所述第一开...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·Y·钱，丹尼斯·G·科申斯，祥·K·张，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US