光学传感器系统及方法
【专利摘要】提供了光学传感器及感测方法。具体方法包括将光应用于光纤（110、210、310、410、506）的第一末端。由耦连到光纤（110、210、310、410、506）第二末端的第一光子晶体传感器（106）和耦连到光纤（110、210、310、410、506）第二末端的第二光子晶体传感器（107）中的至少一个反射的光被探测。第一光子晶体传感器（106）显示响应第一感测参数而改变的第一反射光谱，并且第二光子晶体传感器（107）显示响应第二感测参数而改变的第二反射光谱。第一感测参数和第二感测参数中的至少一个的参数值基于探测到的光来确定。
【专利说明】光学传感器系统及方法
【技术领域】
[0001 ] 本公开一般涉及光学传感器。
【背景技术】
[0002]在很多系统中，为监控操作条件，可感测多个参数，如操作温度、压力、液面等。安装传感器和相关导线对系统来说会增加相当大的重量以及花费。当多个传感器用于特定区域时，多个导线可用于连接传感器至收集来自传感器的信息的控制系统。安装多个传感器可需要穿过结构大量布线，这可成为一道昂贵和耗时的工序。例如，飞机燃料箱感测系统在燃料箱内部可包括多个传感器。每个传感器可通过导线与控制系统相连。而且，每个传感器可与燃料箱穿孔相连以便从传感器到控制系统布线。由于控制系统可远离燃料箱，每根导线也可穿过其他飞机结构如隔板(bulkhead)布线。为导线提供穿孔(在燃料箱以及其他飞机结构中)以及布线可在飞机设计过程中以及在飞机的制造和维修中都具有挑战性。此夕卜，导线和传感器本身对飞机来说可增加相当大的花费及重量。
【发明内容】
[0003]光学传感器比电学传感器可具有某些优势。例如，光学传感器通常对电磁干扰并不敏感。而且，光学传感器与某些传统传感器相比可相对小。本文公开的特定光学传感器组件和光学传感器系统可相对廉价以及可提供高度精确的感测。例如，光学传感器系统可使用具有光纤尖端传感器(fiber tip sensors)的封装多模式光纤阵列(encapsulatedmultimode fiber arrays)来同时测量温度、压力、或其他参数。这种系统可以是配置简单、灵活、对光源波动容忍度高、并且造价低。另外，当在不利环境中操作时，该系统能达到高精度。例如，公开的光学传感器可用于飞机引擎和燃料箱，其中条件例如热和安全问题可导致应用电学感测系统的困难。此外，光学传感器相比电学传感器可以小很多，并且可使用较小的功率。进一步地，由于光学传感器对电磁干扰不敏感，因此不需要金属屏蔽，并且可节省相当大的成本及减轻重量。
[0004]在【具体实施方式】中，光学传感器组件包括基底、耦连至基底的第一光子晶体传感器和耦连至基底的第二光子晶体传感器。第一光子晶体传感器配置用于反射对应于第一反射光谱的第一部分入射光。第一反射光谱的第一波长范围响应第一感测参数的变化而变化。第二光子晶体传感器配置用于反射对应于第二反射光谱的第二部分入射光。第二反射光谱的第二波长范围响应第二感测参数的变化而变化。第一反射光谱和第二反射光谱可不同。
[0005]在【具体实施方式】中，光学传感器系统包括光纤和耦连在光纤尖端的光学传感器组件。光学传感器组件包括第一光子晶体传感器，其配置用于显示响应第一感测参数而变化的第一反射光谱；以及第二光子晶体传感器，其配置用于显示响应第二感测参数而变化的第二反射光谱。第一反射光谱和第二反射光谱可不同。
[0006]在【具体实施方式】中，方法包括将光应用于光纤的第一末端。通过稱连到光纤第二末端的第一光子晶体传感器和耦连到光纤第二末端的第二光子晶体传感器中至少一个反射的光被探测。第一光子晶体传感器显示响应第一感测参数而改变的第一反射光谱，第二光子晶体传感器显示响应第二感测参数而改变的第二反射光谱。该方法还包括基于探测到的光来确定第一感测参数和第二感测参数中的至少一个的参数值。
[0007]已描述的特征、功能及优势可在各种不同的实施方式中独立实现，或者还可在其他实施方式中组合，实施方式的进一步细节参考以下实施方式和附图公开。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是光学传感器系统的第一【具体实施方式】的方框图；
[0009]图2是光学传感器组件的第一【具体实施方式】的简化透视图；
[0010]图3是光学传感器组件的第二【具体实施方式】的简化透视图；
[0011]图4是光学传感器组件的第三【具体实施方式】的简化透视图；
[0012]图5是配置在飞机中的光学传感器系统的第二【具体实施方式】的图；
[0013]图6是利用光学传感器系统确定参数值的方法的【具体实施方式】的流程图；以及
[0014]图7是适于利用光学传感器系统确定参数值的计算机系统的方框图。
【具体实施方式】
[0015]某些感测系统使用多个独立定向的电学的或电磁的传感器包。例如，单独的传感器可用来感测压力、温度、加速度等。在某些应用如飞机燃料箱中，使用单独的传感器用于每个感测参数会非常复杂。例如，每个传感器可通过导线耦连到控制系统，并且可利用电信号将关于感测参数的信息通信到控制系统。从每个传感器到控制系统布线可要求结构穿孔以及燃料箱穿孔，这会是一个相当大的设计挑战。例如，每个结构穿孔和燃料箱穿孔可引入要解决的安全考虑。而且，每个结构穿孔和燃料箱穿孔具有相关的安装时间和花费。在使用碳纤维蒙皮和结构的新型飞机中，与金属蒙皮及结构相关联的屏蔽不再可用。因此，由于设计和安装为导线及传感器提供屏蔽的屏蔽和隔离系统，会出现额外复杂性及花费。
[0016]光学技术和光学传感器可用于避免电子传感器系统带来的这些问题中的一些。例如，光学光子晶体传感器装置比相应的电学传感器小很多以及轻很多。而且，电磁干扰对于光学技术不是问题；因此，屏蔽及隔离问题可大大减少。进一步，本文公开的实施方式能通过单一光纤从多个光学传感器感测，这减少了在特定区域安装多个传感器系统而进行的许多结构穿孔和燃料箱穿孔。使用单一光纤而不是多个光纤或多个电路连接可大大减少安装和维修费用以及传感器系统的重量。因此，通过使用光学传感器系统，特别是包含依附在单一光纤上的多个光子晶体传感器的光学传感器系统，费用、可靠性、安装时间和其他因素可以改善。
[0017]另外，光子晶体在化学和电学方面可基本是惰性和耐用的。因此，光子晶体传感器可能够在恶劣环境一如高温环境、化学侵蚀性环境和高冲击或加速度或振动环境一中可靠操作。例如，光子晶体的玻璃光纤和感测节点可在900摄氏度以上的极端温度中操作。在不太极端的环境中，成本更低的聚合物材料可用于光纤，这样可以降低费用及重量更轻。
[0018]光学光子晶体传感器包括构建为在其环境中以修改材料折射率的方式响应变化的材料。折射率的这种改变可导致在光学光子晶体传感器的反射光谱内的频移。因此，光学光子晶体传感器的反射光谱可对环境内感测到的参数有响应。例如，根据光学光子晶体传感器的配置，光学光子晶体传感器的折射率可响应温度变化、压力变化、振动、加速度、磁力等而变化。因此，通过将光应用到光学光子晶体传感器以及从光学光子晶体传感器探测反射光谱，可确定光学光子晶体传感器的环境中一个或多个感测参数的值的指示。
[0019]图1是光学传感器系统100的第一【具体实施方式】的方框图。光学传感器系统100可包括耦连到光纤Iio的基底102。基底102包括与基底102上的分开的物理位置相对应的多个区域104和105。第一光子晶体传感器106可耦连到或位于基底102的第一区域104内，第二光子晶体传感器107可耦连到或位于基底102的第二区域105内。在【具体实施方式】中，光子晶体传感器106-107形成基底102的一部分。例如，基底102可被侵蚀、烧蚀、或者以其它方式加工形成第一光子晶体传感器106、第二光子晶体传感器107，或者形成二者。在另一个【具体实施方式】中，光子晶体传感器106-107分别从基底102形成，并且随后机械地贴在基底102上(例如，使用粘合剂或制造工艺)。
[0020]第一光子晶体传感器106可配置为反射对应于第一光子晶体传感器106的第一反射光谱的第一部分入射光。第一反射光谱的波长范围可响应于第一感测参数的改变而改
变。例如，第一光子晶体传感器106可具有以两种或多种材料-例如具有第一折射率的
第一材料和具有第二折射率的第二材料——形成的第一结构。响应于两种或多种材料在位置或方向上的改变(例如，由于压力、温度、加速度、振动、磁力或其他物理影响或力)，第一光子晶体传感器106的折射率(和反射光谱)可改变。需要说明的是，第一光子晶体传感器106的第一结构在充有第二材料的第一材料内可包括空穴或其他“缺陷”(即，不规则性)。例如，第一材料可以是固体、玻璃或晶体材料，并且第二材料可以是气体、液体或另外的固体(例如，空气、周围气体或另外的材料)。由于两种或多种材料具有不同的折射率，第一材料结构的改变可引起两种材料的相对折射率的改变，导致第一光子晶体传感器106的第一反射光谱的整体移位。
[0021]类似地，第二光子晶体传感器107可具有由两种或多种材料形成的第二结构。用于第二光子晶体传感器107的两种或多种材料可与用于第一光子晶体传感器106的材料相同，或者第二光子晶体传感器107可包括不同于第一光子晶体传感器106的材料的一种或多种材料。第二光子晶体传感器107可配置为反射对应于第二反射光谱的第二部分入射光。第二反射光谱的波长范围可响应于第二感测参数(例如，压力、温度、加速度、振动、磁力等)而改变。在【具体实施方式】中，第一光子晶体传感器106的第一反射光谱可不同于第二光子晶体传感器107的第二反射光谱。也就是说，第一光子晶体传感器106和第二光子晶体传感器107可反射不同波长的光。第一感测参数和第二感测参数可以是相同的参数或可以是不同的参数。
[0022]光纤110可耦连到询问器系统120。询问器系统120可包括一个或多个光源122以及一个或多个探测器124。一个或多个光源122可提供可通过光纤110应用到第一光子晶体传感器106和第二光子晶体传感器107的入射光112。在【具体实施方式】中，入射光112可基本同时应用至第一和第二光子晶体传感器106-107。例如,一个或多个光源122可同时发射与第一光子晶体传感器106的第一反射光谱相对应的波长的光以及与第二光子晶体传感器107的第二反射光谱相对应的波长的光。例如，一个或多个光源122可包括宽光谱光源。在另一个例子中，一个或多个光源122可包括两个或多个分开的相对窄的光谱光源，例如激光光源。一个或多个光源122、询问器系统120、光纤110或者基底102可包括过滤器(未显示)，用于过滤掉光子晶体传感器106、107不用的或不需要的入射光112的部分光
-1'TfeP曰。
[0023]第一光子晶体传感器106可响应于第一感测参数而反射第一反射光114。由于第一光子晶体传感器106的反射光谱响应于第一感测参数而变化，第一反射光114可具有为第一感测参数值的指示的波长。第二光子晶体传感器107可反射第二反射光115。第二反射光115可具有为第二感测参数值的指示的第二波长。
[0024]一个或多个探测器124可探测第一反射光114和第二反射光115。一个或多个探测器124可耦连到一个或多个处理器126。一个或多个处理器126可从一个或多个探测器124接收第一反射光114、第二反射光115、或二者的波长指示信息。响应于探测器124提供的信息，处理器126可确定第一感测参数和第二感测参数中至少一个的参数值。
[0025]在【具体实施方式】中，感测参数可包括温度、压力、加速度、振动、磁力、一个或多个其他参数，或者这些参数的组合。虽然在图1示出两个光子晶体传感器106、107，光学传感器系统100可包括多于两个光子晶体传感器，并且光学传感器系统100的光子晶体传感器可配置来感测一个或多个感测参数。在【具体实施方式】中，第一光子晶体传感器106如同第二光子晶体传感器107对相同的感测参数有响应。在另一个【具体实施方式】中，第一光子晶体传感器106对与第二光子晶体传感器107不同的感测参数有响应。当存在多于两个光子晶体传感器时，每个光子晶体传感器可对相同的感测参数有响应，或者一个或多个光子晶体传感器可对与一个或多个其他光子晶体传感器不同的参数有响应。此外，光纤110可包括多模式光纤，其适于发送包括入射光112、第一反射光114、第二反射光115的波长、其他波长、或这些波长组合的多个波长的光。
[0026]在【具体实施方式】中，第一光子晶体传感器106的第一反射光谱可响应于第一感测参数和响应于第二感测参数而改变。例如，当第一光子晶体传感器106是压力传感器时，压力传感器的反射光谱可由于经由压力变化引起的第一光子晶体传感器106结构的物理尺寸发生改变而变化。第二光子晶体传感器107可以是温度传感器。温度传感器的反射光谱可由于经由温度变化引起的第二光子晶体传感器107结构的物理尺寸发生改变而变化。在本例子中，第一光子晶体传感器106的温度的变化也可改变第一光子晶体传感器106结构的物理尺寸。这可导致第一光子晶体传感器106感测的压力出现一些误差。在本实施方式中，处理器126可使用校准关系，处理器126可利用校准关系基于来自第一光子晶体传感器106的第一反射光114、来自第二光子晶体传感器107的第二反射光115、以及将第一反射光谱变化和第一感测参数变化及第二感测参数变化相关联的校准关系，来确定第一感测参数值。例如，通过比较第一反射光谱变化的信息和第二反射光谱变化的信息，处理器126可从确定的压力值去除温度变化的影响。
[0027]在【具体实施方式】中，光学传感器系统100的至少一部分可置于飞机的燃料箱内。在本实施方式中，第一光子晶体传感器106和第二光子晶体传感器107反射的光可用来提供燃料箱内存在的燃料量的指示信息。例如，通过传感器感测燃料的压力，燃料数量的估算可以确定(例如，基于燃料的密度或者基于校准关系，如，查找表)。可通过采用多个压力读数(可能在燃料箱内不同位置)、通过感测燃料的温度及压力以更精确地估算燃料密度、或者二者来确定更精确的估算。因此，在燃料箱内，光学传感器系统100可用于避免在燃料箱内使用电学传感器系统相关的一些问题。例如，光学传感器系统100相比对应的电学传感器系统可以小很多以及轻很多。由于单一光纤(例如，光纤110)可用来连接多个光子晶体传感器(例如，第一光子晶体传感器106和第二光子晶体传感器107)至询问器系统120，可减少可用来安装光学传感器系统100的许多结构穿孔和燃料箱穿孔。此外，使用单一光纤110相对于电学传感器系统可减少光学传感器系统100的安装和维修费用、以及重量。因此，通过使用光学传感器系统100，成本、可靠性、安装时间、和其他因素可改善。光学传感器系统100也可基本免除电磁干扰。此外，光学传感器系统100可在恶劣环境一如高温环境、化学侵蚀性环境和高冲击或加速度或振动环境一中可靠操作。
[0028]图2是光学传感器组件200的第一【具体实施方式】的简化透视图。光学传感器组件200包括具有尖端或末端212的光纤210。基底202可耦连到光纤210的末端212。基底202可包括一个或多个光子晶体传感器。例如，基底202可分为四象限(或其他空间区域)，每个象限和单独的光学光子晶体传感器——如第一光子晶体传感器206、第二光子晶体传感器207、第三光子晶体传感器208、以及第四光子晶体传感器209——相关联。光子晶体传感器206-209中的每一个可与不同的反射光谱相关联。光子晶体传感器206-209中每一个的反射光谱可响应一个或多个感测参数而改变。例如，第一光子晶体传感器206和第二光子晶体传感器207的反射光谱可响应相同感测参数如温度而各自变化。在另一例子中，第三光子晶体传感器208和第四光子晶体传感器209的反射光谱可响应第二感测参数如压力而各自变化。感测参数变化的描述信息可经由光纤210通过光子晶体传感器206-209的反射光谱传送。基于来自光子晶体传感器206-209的反射光谱的不同波长，来自光子晶体传感器206-209之一的信息可不同于来自光子晶体传感器206-209中另一个的信息。因此，光学传感器组件200可包括共同提供一个或多个感测参数指示的两个或多个光子晶体传感器。
[0029]图3是光学传感器组件300的第二【具体实施方式】的简化透视图。光学传感器组件300包括具有尖端或末端312的光纤310。基底302可耦连到光纤310的末端312。两个或更多光子晶体传感器如第一光子晶体传感器305、第二光子晶体传感器306、第三光子晶体传感器307、第四光子晶体传感器308、以及第五光子晶体传感器309可耦连到基底302。光学传感器组件300图解了相对于图2的光学传感器组件200的光子晶体传感器206-209的布置的光子晶体传感器305-309的不同物理布置。光子晶体传感器305-309的布置使得光学传感器组件300比基于图2的光学传感器组件200布置的象限包括更多光子晶体传感器。在其他实施方式中，光学传感器组件可包括比图3示出的五个光子晶体传感器305-309更多，或者比五个光子晶体传感器更少。
[0030]图4是光学传感器组件400的第三【具体实施方式】的简化透视图。光学传感器组件400包括具有尖端或末端412的光纤410。基底402可耦连到光纤410的末端412。两个或更多光子晶体传感器如第一光子晶体传感器(例如，参考光子晶体传感器405)、第二光子晶体传感器406、第三光子晶体传感器407、第四光子晶体传感器408、以及第五光子晶体传感器409可耦连到基底402。光学传感器组件400图解了相对于图2的光学传感器组件200的光子晶体传感器206-209的布置和相对于图3的光学传感器组件300的光子晶体传感器305-309的布置不同的光子晶体传感器405-409的物理布置。例如，光学传感器组件400包括参考光子晶体传感器405，其可至少部分与光学传感器组件400的周围环境隔离。例如，参考光子晶体传感器405可封装或覆盖(例如，被覆盖层404覆盖)。
[0031]参考光子晶体传感器405可相对于一个或多个其他光子晶体传感器406-409用作参考。覆盖层404可至少部分从周围环境屏蔽参考光子晶体传感器405，以便能够区别不同的感测参数。例如，参考光子晶体传感器405可经历周围环境中的温度，但是可至少部分屏蔽周围环境中的压力变化。因此，来自参考光子晶体传感器405的信息可用来隔离被一个或多个其他光子晶体传感器406-409感测的温度和压力影响。例如，第二光子晶体传感器406可具有响应第一感测参数和响应第二感测参数而变化的反射光谱。第三光子晶体传感器407同样可具有响应第一感测参数而变化的反射光谱，并且第三光子晶体传感器407响应第二感测参数。参考光子晶体传感器405可具有仅响应第二感测参数而变化的反射光谱。因此，通过从来自其他感测参数的影响隔离一个感测参数的影响，参考光子晶体传感器405可用于确定独立于第二感测参数的第一感测参数的参数值，确定独立于第一感测参数的第二感测参数的参数值，或者二者的参数值。
[0032]图5是光学传感器系统500的第二【具体实施方式】的方框图。图5示出的实施方式中，光学传感器系统500放置在飞机502的一部分上。光学传感器系统500可包括稱连在一个或多个光纤例如光纤506上的询问器系统504。光纤506可具有第一尖端，尖端耦连在光学传感器组件508上。例如，光学传感器组件508可置于收集感测数据的位置中，如在飞机502的燃料箱512内，在飞机502的引擎内，在飞机502的外部等。
[0033]光学传感器组件508可包括第一光子晶体传感器510和第二光子晶体传感器511。第一光子晶体传感器510可配置用于显示响应第一感测参数而变化的第一反射光谱。第二光子晶体传感器511可配置用于显示响应第二感测参数而变化的第二反射光谱。第一感测参数和第二感测参数可相同或可不同。例如，第一光子晶体传感器510和第二光子晶体传感器511可感测飞机燃料箱512内的压力。在另一例子中，第一光子晶体传感器510可感测压力，并且第二光子晶体传感器511可感测飞机燃料箱512内的温度。
[0034]第一光子晶体传感器510和第二光子晶体传感器511的反射光谱可不同。因此，询问器系统504可基于光学传感器组件508的反射光波长来识别和区分来自光子晶体传感器510、511的信息。光学传感器系统500可基于反射至询问器系统504的光探测器的光来估算燃料箱512中存在的燃料量。因此，由于多个传感器可通过单一光纤506提供信息，可减少与燃料箱512内的多个传感器相关的光，以及可减少传感器给飞机系统提供感测信息所需的许多穿孔。光学传感器系统500可用于避免电学传感器系统带来的一些问题。例如，光学传感器系统500比起相应的电学传感器系统可小很多以及轻很多。由于单一光纤(例如，光纤506)可用于连接多个光子晶体传感器(例如，第一光子晶体传感器510和第二光子晶体传感器511)至询问器系统540，可以减少安装光学传感器系统500的许多结构穿孔和燃料箱穿孔。而且，使用单一光纤506可相对于电学传感器系统的降低光学传感器系统500的安装和维修费用以及重量。因此，通过使用光学传感器系统500，费用、可靠性、安装时间和其他因素可以改善。光学传感器系统500也可基本免除电磁干扰。而且，光学传感器系统500可在恶劣环境一如高温环境、化学侵蚀性环境和高冲击或加速度或振动环境一中可靠操作。
[0035]图6是利用光学传感器系统确定参数值的方法的【具体实施方式】的流程图。该方法可包括，在602，将光应用到光纤第一末端。例如，询问器系统的一个或多个光源，如图1的询问器系统120的一个或多个光源122，可将具有一个或多个特定波长的光应用到光纤110作为入射光112。
[0036]在604，响应应用到光纤第一末端的光，可探测光。探测的光可被耦连到光纤第二末端的第一光子晶体传感器反射、被耦连到光纤第二末端的第二光子晶体传感器反射、或被第一光子晶体传感器和第二光子晶体传感器二者反射。如上述所阐明，多于两个光子晶体传感器可耦连到光纤第二末端，如图2的四个光子晶体传感器206-209，图3的五个光子晶体传感器305-309，或图4的四个光子晶体传感器406-409和参考光子晶体传感器405。因此，探测光可从多于两个光子晶体传感器反射。
[0037]使用两个光子晶体传感器作为例子，第一光子晶体传感器可配置为显示响应第一感测参数而变化的第一反射光谱。第二光子晶体传感器可配置为显示响应第二感测参数而变化的第二反射光谱。第一感测参数和第二感测参数可相同或可不同。第一反射光谱的波长和第二反射光谱的波长可不同。
[0038]该方法还可包括，在606，基于探测光确定第一感测参数和第二感测参数中至少一个的参数值。例如，参数值可基于第一光子晶体传感器反射的光、基于第二光子晶体传感器反射的光、或基于二者反射的光来确定。例如，第一光子晶体传感器可显不响应于第一感测参数和响应于第二感测参数的变化。通过在第一光子晶体传感器上提供关于第二感测参数影响的信息，第二光子晶体传感器反射的光可用于确定第一感测参数值。在另一例子中，系统包括可第三传感器。第三传感器可以是另一个光子晶体传感器，如图4的参考光子晶体传感器405，或可以是另一种类型的传感器(如非光学传感器，例如电学传感器)。第三传感器可提供关于第一感测参数、第二感测参数、或二者的信息。因此，参数值可基于第三传感器的信息和基于第一光子晶体传感器反射的光来确定。而且，第二光子晶体传感器反射的光可用于确定参数值。在【具体实施方式】中，第一光子晶体传感器的第一反射光谱不响应于第二感测参数的变化而显著改变。例如，第一光子晶体传感器可以是与第二感测参数的影响物理或机械隔离的参考传感器。因此，第一反射光谱可独立于第二感测参数的变化。
[0039]图7是通用计算机系统700的方框图，通用计算机系统700可操作以执行计算机执行方法或者处理计算机可执行指令，来处理来自一个或多个传感器的数据，如图1的光子晶体传感器106-107、图2的光子晶体传感器206-209、图3的光子晶体传感器305-309、图4的光子晶体传感器406-409、图4的参考传感器405、图5的光子晶体传感器510-511，其他传感器，或其任何组合。例如，计算机系统700可包括或被包括在图1的询问器系统120或图5的询问器系统504内。
[0040]在示例性实施方式中，计算机系统700的计算装置710可包括至少一个处理器720。处理器720可配置来执行指令以便实施使用光学传感器系统确定参数值的方法，如参考图6描述的方法。经由输入/输出界面750,处理器720可以与系统内存730、一个或多个存储装置740、以及一个或多个输入/输出装置770通信。
[0041]系统内存730可包括易失性存储器装置，如随机存取存储器(RAM)装置，和非易失性存储器装置，如只读存储器(R0M)，可编程只读存储器和闪存存储器。系统内存730可包括操作系统732，其可包括基本输入/输出系统(BIOS)，用来启动计算装置710以及整个操作系统以使计算装置710与用户、其他程序和其他装置互动。系统内存730还可包括一个或多个应用程序734。[0042]处理器720也可以和一个或多个存储装置740通信。存储装置740可包括非易失性存储器装置，如磁盘、光盘、或闪速存储器。在可选的实施方式中，存储装置740可配置来存储操作系统732、应用734、程序数据736、或者其任何组合。处理器720可以和一个或多个通信接口 760通信，以便使计算装置710和其他计算机系统780通信。在【具体实施方式】中，存储装置740可存储由处理器使用以利用光学传感器系统确定参数值的信息。例如，存储装置740可包括将一个或多个反射光谱的变化和感测参数的变化相关联的校准关系。
[0043]如图1-7不出的以及上述附文,公开的光学传感器系统100、500包括光纤110、510以及耦连到光纤110、210、310、410、506的尖端的光学传感器组件200、300、400、508。光学传感器组件200、300、400、508可包括配置来显示响应第一感测参数而变化的第一反射光谱的第一光子晶体传感器106和配置来显示响应第二感测参数而变化的第二反射光谱的第二光子晶体传感器107，其中第一反射光谱和第二反射光谱不同。在一个变体中，光纤110、210、310、410、506是多模式光纤。在另一个变体中，光源可耦连到光纤，其中光源经由光纤110、210、310、410、506提供光到光学传感器组件200、300、400、508，并且其中光源122提供的至少一部分光具有在第一反射光谱和第二反射光谱中至少一个内的波长。在仍另一个例子中，光探测器124可耦连到光纤110、210、310、410、506，并且配置来探测由第一光子晶体传感器106和第二光子晶体传感器107中的至少一个反射的光。
[0044]在一个可选项中，处理器126、720可耦连到光探测器124，并且配置为基于光探测器124探测的光来确定第一感测参数值和第二感测参数值。在另一个可选项中，第一光子晶体传感器106的第一反射光谱响应第二感测参数的变化而进一步变化，其中光学传感器系统100、500进一步包括处理器126、720，以基于第一光子晶体传感器106反射的光、第二光子晶体传感器107反射的光、以及将第一反射光谱的变化和第一感测参数的变化及第二感测参数的变化相关联的校准关系来确定第一感测参数值。在一个例子中，光学传感器组件200、300、400、508可置于飞机的燃料箱512内，并且配置来将光反射到飞机上的光探测器124，以便估算燃料箱512内存在的燃料量。
[0045]本文所述的实施方式的说明旨在提供对各种实施方式的结构的大致了解。说明并非旨在提供对利用本文所述结构和方法的设备和系统的所有要素及特征的全面描述。通过参考本公开，许多其他实施方式对本领域技术人员而言是显而易见的。可利用其他实施方式及可从本公开衍生其它实施方式，以便在不偏离本公开范围的前提下，可以进行结构和逻辑的替换及改变。例如，可以以不同于附图所示的顺序执行方法步骤，或者可省略一个或多个方法步骤。因此，本公开及附图被视为是示例性的而不是限制性的。
[0046]此外，虽然本文已经示出和描述特定实施方式，但是应该理解，设计实现相同或类似结果的任何后来的布置可被示出的特定实施方式替代。本公开旨在包括任何及所有各种实施方式的随后改编及变化。通过参考本说明，上述实施方式的组合以及本文未具体描述的其他实施方式对本领域技术人员而言是显而易见的。
[0047]本公开的摘要提交应该理解为，其不用于解释或限制权利要求的范围或含义。此夕卜，在前述【具体实施方式】中，为使本公开简单化，各种特征可集合在一起或在单独的实施方式中描述。本公开不应理解为表明这样的目的:要求保护的实施方式的特征要比每一条权利要求明确列举的特征多。而是，如权利要求反映的，要求保护的主题可比任何本公开实施方式的所有特征少。
【权利要求】
1.一种光学传感器组件，其包括: 基底(102、202、302、402)； 耦连至基底(102、202、302、402)的第一光子晶体传感器(106)，所述第一光子晶体传感器(106)配置用于反射对应于第一反射光谱的第一部分入射光，其中所述第一反射光谱的第一波长范围响应于第一感测参数的改变而改变；以及 耦连至基底(102、202、302、402)的第二光子晶体传感器(107)，所述第二光子晶体传感器(107)配置用于反射对应于第二反射光谱的第二部分入射光，其中所述第二反射光谱的第二波长范围响应于第二感测参数的改变而改变； 其中所述第一反射光谱和所述第二反射光谱不同。
2.根据权利要求1所述的光学传感器组件，其中: 所述第一光子晶体传感器(106 )具备由具有第一折射率的第一材料和具有第二折射率的第二材料形成的第一结构；以及 所述第二光子晶体传感器(107)具备由所述第一材料和所述第二材料形成的第二结构，所述第一结构不同于所述第二结构。
3.根据权利要求1所述的光学传感器组件，其中: 所述第一光子晶体传感器(106)具备由具有两个或多个不同折射率的两种或多种材料形成的第一结构；以及 所述第二光子晶体传感器(107)具备由不同于所述第一结构的两种或多种材料的至少一种材料形成的第二结构。
4.根据权利要求1-3中任何一项所述的光学传感器组件，其中所述第一感测参数包括温度、压力、加速度和振动中的一个。
5.根据权利要求1-3中任何一项所述的光学传感器组件，其中所述第一感测参数不同于所述第二感测参数。
6.根据前述权利要求中任何一项所述的光学传感器组件，其中所述第一光子晶体传感器(106)耦连至基底(102、202、302、402)的第一区域(104)，并且所述第二光子晶体传感器(107)耦连至基底(102、202、302、402)的第二区域(105)，其中所述第一区域(104)不同于所述第二区域(105)。
7.根据前述权利要求中任何一项所述的光学传感器组件，其中，当所述基底(102、202,302,402)耦连至光纤(110、210、310、410、506)的末端时，所述入射光基本上同时经由所述光纤(110、210、310、410、506)应用于所述第一光子晶体传感器(106)和所述第二光子晶体传感器(107)。
8.一种方法，其包括: 将光应用于光纤的第一末端； 探测由耦连至所述光纤的第二末端的第一光子晶体传感器(106)和耦连至所述光纤的第二末端的第二光子晶体传感器(107)中的至少一个反射的光，其中所述第一光子晶体传感器(106)显示响应第一感测参数而改变的第一反射光谱，并且所述第二光子晶体传感器(107)显示响应第二感测参数而改变的第二反射光谱；以及 基于探测到的光来确定所述第一感测参数和所述第二感测参数中的至少一个的参数值。
9.根据权利要求8所述方法，其中所述应用于所述光纤(110、210、310、410、506)的光具备的波长范围包括对应于所述第一反射光谱的第一波长范围及对应于所述第二反射光谱的第二波长范围。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的方法，其中所述第一感测参数和所述第二感测参数是相同参数，并且其中所述参数值基于由所述第一光子晶体传感器(106)反射的光和基于由所述第二光子晶体传感器(107)反射的光来确定。
11.根据权利要求8或9任一项所述的方法，其中所述第一光子晶体传感器(106)的第一反射光谱不响应于所述第二感测参数的改变而产生显著变化。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一光子晶体传感器(106)的第一反射光谱响应于所述第二感测参数的变化而变化，并且其中确定参数值包括使用由所述第一光子晶体传感器(106)反射的光和由所述第二光子晶体传感器(107)反射的光来确定对应于所述第一感测参数的值。
13.根据权利要求8或9任一项所述的方法，其中所述第一光子晶体传感器(106)的第一反射光谱响应于所述第二感测参数的变化而变化，并且其中该方法进一步包括接收来自第三传感器的信息，其中所述参数值基于来自所述第三传感器的信息以及基于由所述第一光子晶体传感器(106)反射的光来确定。
14.根据权利要求1-7任一项和方法权利要求8-13任一项所述的装置。
15.根据权利要求8-13任一项和装置权利要求1-7任一项所述的方法。
【文档编号】G01D5/353GK103635781SQ201280030514
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年5月23日 优先权日:2011年6月27日
【发明者】M·A·卡拉勒罗, T·A·拉森 申请人:波音公司