用于燃料量测量的光阻抗调制的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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保护测量以排除某些电气故障条件下的安全问题。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。
[0005]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】
[0006]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(meniscus tube)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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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侦U，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