用于监测被测量的设备制造技术

提供了一种用于沿着光波导定位诸如热点的被测量异常的设备，所述设备包括：光波导；光源，所述光源被配置为沿着所述波导传输脉冲光；以及第一传感器集合和第二传感器集合，所述第一传感器集合和所述第二传感器集合沿着所述波导设置。每个传感器被配置为在对应于被测量的相应传感器波长下反射沿着所述波导传播的光的一部分。所述第一传感器集合提供一组或多组传感器，所述一组或多组传感器被配置为检测那组内的被测量异常。所述第二集合包括多个传感器，所述多个传感器各自沿着所述波导与那个集合的相邻传感器隔开某一距离，所述距离大于所述光在脉冲持续时间期间沿着所述波导行进的距离的一半。所述第一集合的多个传感器设置在所述第二集合的每个相邻传感器之间。所述设备还包括：检测器，所述检测器被配置为监测由所述传感器反射的所述光；以及控制系统，所述控制系统被配置为控制所述光源和所述检测器以至少定位包含被测量异常的所述组以及使用所述第二集合来监测所述被测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测被测量的设备
本专利技术涉及一种用于沿着波导监测被测量以及沿着所述波导定位被测量异常的方法和设备。
技术介绍
在许多行业中，需要监测在沿着安装的不同位置处的被测量并定位这些被测量的任何异常，诸如超过或低于正常操作范围的温度。一个这种示例是在航空航天工业中。现代飞机经常使用发动机“引气”以用于诸如在高空飞行时运行空调，防止冰在飞行翼面上积聚并防止电子器件变得过冷等功能。这种引气是从刚好在初始压缩机级后面的喷气式发动机或涡轮螺旋桨发动机分接的，因此它处于高压和高温(高达300℃)下并且在飞机周围在绝缘管道中输送。如果这些管道中的一个遭遇泄漏，那么热引气将逃逸并且可能迅速对飞机系统造成损坏并且甚至可能对接近泄漏的结构造成损坏。因此重要的是知道何时和哪里发生泄漏，使得能够在任何损坏发生之前关闭通过故障管道的气流。当前优选的泄漏或“热点检测”(HSD)方法涉及在每个管道旁边运行一个或两个连续的电传感器。这些传感器包括形成外部导体的金属管以及悬挂在固体盐中央从而形成内部导体的导线。在正常操作下，两个导体彼此电隔离，但是当温度达到某一值时，盐融化并且在两个导体之间形成短路。检测到这种情况并且使用对两个导体之间的电气特征(例如电阻和电容)的测量来确定所谓的热点的位置。然后将发出警报，从而向用户警示热点的位置。虽然这个技术是起作用的，但是这个系统具有某些不利的特征，即：1)发出警报的温度由盐成分确定并且不能调整，但是在传感器的不同部分中可使用不同的成分来允许不同的警报温度。2)填充了盐的导体只能以短的长度制造并且易于在剪切力下破裂。这意味着它们通常以相对短的长度产生并且需要将许多区段连接在一起来覆盖整个管道。例如，可能需要200个连接器来覆盖飞机的单个引气管道。安装这些传感器是耗时的。此外，每个连接器提供额外的可能的故障点。3)传感器链因为所需的金属部分和连接器的数量而为重的。4)电气测量的本质意味着无法一直准确地局部化泄漏。已知使用光纤来监测被测量，诸如压力、温度或应变。这些技术通常没有与多段式填充盐的电缆相关联的上述问题。基于背向散射光检测(布里渊或拉曼散射)的当前的分布式温度传感器(DTS)不适合于飞机使用，这是因为它们需要强力激光以及昂贵的专用的光电子处理单元，强力激光可能因为其高能量而构成着火危险。光纤布拉格光栅(FBG)制成极好的温度传感器，但是将它们用于HSD并不简单，因为它们是点式传感器并且应用需要持续覆盖几十米的管道。时分复用(TDM)和波分复用(WDM)是通常用于使用FBG来监测被测量的两种技术。TDM系统不能提供沿着引气管道检测泄漏所需的空间密度。在常规的TDM系统中，传感器通常需要沿着波导隔开至少1m以便使反射脉冲能够根据飞行时间被单独解析。泄漏通常是高度局部化的并且最初可能仅延伸5cm，因此系统有95%的机会完全错过它。WDM实际上不能提供覆盖引气管道所需的大量传感器。在WDM中，每个FBG传感器被配置为在不同的离散波段内的不同的相应的布拉格波长下反射光。当前的WDM系统限于每个光纤大约130个FBG传感器。如果FBG传感器各自间隔开5cm，即每米20个FBG，则这将系统限于130/20=6.5m。这太短，因为引气管道的长度会延伸50m或更长。因此，为了操作WDM系统将需要许多光纤，这增加系统的成本和复杂性。光频域反射仪是用于寻址一个光纤上的几百个低反射光栅的一种技术。然而，它需要昂贵的和专用的仪器(通常超过10万美元)，这不适合于诸如飞机的应用。需要提供一种用于沿着光波导定位被测量异常的没有上述缺陷的改进方法和设备。具体地，需要提供一种可沿着广泛的伸长区域以高空间准确度定位被测量异常的简单的、轻的、稳健的、灵活的且具有成本效益的设备。另外，需要能够在沿着波导的多个离散位置处对被测量采样。具体地，某些现有系统向用户提供万一出现被测量异常则沿着波导定位被测量异常的能力。然而，光学传感器的布置不允许在这种异常不存在的情况下监测在可识别位置处的被测量本身。本专利技术是在解决这些问题的背景下提出的。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供一种用于沿着光波导监测被测量的设备，所述设备包括：光波导；光源，所述光源被配置为选择性地将具有给定波长和持续时间的窄带脉冲光发射通过所述光波导并且还被配置为调制所述光的所述波长；第一传感器集合和第二传感器集合，所述第一传感器集合和所述第二传感器集合沿着所述波导设置，其中所述第一集合和所述第二集合的每个传感器被配置为在对应于被测量的相应传感器波长下反射沿着所述波导传播的光的一部分；其中所述第一传感器集合根据它们的传感器波长被配置成一组或多组，每一组包括多个传感器，其中当相应组中的所述传感器中的每一者所经历的所述被测量相等时，那组中的每个传感器的所述传感器波长基本上相等；其中所述集合的每个相邻传感器沿着所述波导隔开某一距离，所述距离大于所述光在所述脉冲持续时间期间沿着所述波导行进的距离的一半，其中所述第一集合的多个传感器设置在所述第二集合的每个相邻传感器之间；并且其中所述第一集合和所述第二集合被配置为使得当所述第一集合和所述第二集合中的传感器中的每一者所经历的所述被测量相等时，所述第一集合中的每个传感器的传感器波长与所述第二集合中的每个传感器的所述传感器波长不同；检测器，所述检测器被配置为监测由所述第一传感器集合和所述第二传感器集合反射的光；以及控制系统，所述控制系统被配置为通过致使执行以下步骤来定位测量异常：(i)使用所述光源沿着所述光波导传输光；(ii)监测由所述第一传感器集合反射的所述光以便获得表示由所述第一集合中的所述传感器中的每一者所经历的被测量的测得光谱；(iii)在所述测得光谱中检测异常信号，所述异常信号具有特征波长并且源自所述第一传感器集合中的异常传感器，所述异常传感器经历被测量异常；以及(iv)至少定位包括所述异常传感器的组；其中所述控制系统还被配置为通过致使执行以下步骤来监测在沿着所述光波导的多个位置处的被测量：(v)沿着所述光波导发射窄带光脉冲串，所述脉冲串包括在不同的相应峰值波长下的多个脉冲；(vi)监测由所述第二传感器集合沿着所述波导反射的所述光；以及(vii)基于由所述第二集合反射的所述监测的光而估计所述第二集合中的每个传感器的被测量。不同于标准的WDM系统，当在传感器中的每一者处的被测量相同时，不要求传感器中的每一者在不同的传感器波长下反射光。这意味着设备不受可沿着波导设置的传感器的数目限制。此外，不同于TDM系统，异常信号是在(使用来自第一集合的传感器中的每一者的聚集响应获得的)测得光谱中而不是通过解析和分析从每个传感器单独反射的光检测到的。这意味着第一集合的每个传感器不需要沿着波导隔开最小距离。还有利地，通过使用沿着光波导分布的传感器而不是填充盐的导体，设备可制成为轻而灵活的。这在航空航天工业中尤其需要，在航空航天工业中需要减少飞机的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于沿着光波导监测被测量的设备，所述设备包括：/n光波导；/n光源，所述光源被配置为选择性地将具有给定波长和持续时间的窄带脉冲光发射通过所述光波导并且还被配置为调制所述光的所述波长；/n第一传感器集合和第二传感器集合，所述第一传感器集合和所述第二传感器集合沿着所述波导设置，其中所述第一集合和所述第二集合的每个传感器被配置为在对应于被测量的相应传感器波长下反射沿着所述波导传播的光的一部分；/n其中所述第一传感器集合根据它们的传感器波长被配置成一组或多组，每一组包括多个传感器，其中当相应组中的所述传感器中的每一者所经历的所述被测量相等时，那组中的每个传感器的所述传感器波长基本上相等；/n其中所述第二集合的每个相邻传感器沿着所述波导隔开某一距离，所述距离大于所述光在所述脉冲持续时间期间沿着所述波导行进的距离的一半，其中所述第一集合的多个传感器设置在所述第二集合的每个相邻传感器之间；并且/n其中所述第一集合和所述第二集合被配置为使得当所述第一集合和所述第二集合中的所述传感器中的每一者所经历的所述被测量相等时，所述第一集合中的每个传感器的传感器波长与所述第二集合中的每个传感器的所述传感器波长不同；/n检测器，所述检测器被配置为监测由所述第一传感器集合和所述第二传感器集合反射的所述光；以及/n控制系统，所述控制系统被配置为通过致使执行以下步骤来定位测量异常：/n(i) 使用所述光源沿着所述光波导传输光；/n(ii) 监测由所述第一传感器集合反射的所述光以便获得表示由所述第一集合中的所述传感器中的每一者所经历的被测量的测得光谱；/n(iii) 在所述测得光谱中检测异常信号，所述异常信号具有特征波长并且源自所述第一传感器集合中的异常传感器，所述异常传感器经历被测量异常；以及/n(iv) 至少定位包括所述异常传感器的所述组；/n其中所述控制系统还被配置为通过致使执行以下步骤来监测在沿着所述光波导的多个位置处的被测量：/n(v) 沿着所述光波导发射窄带光脉冲串，所述脉冲串包括在不同的相应峰值波长下的多个脉冲；/n(vi) 监测由所述第二传感器集合沿着所述波导反射的所述光；以及/n(vii) 基于由所述第二集合反射的所述监测的光而估计所述第二集合中的每个传感器的被测量。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180409 GB 1805874.31.一种用于沿着光波导监测被测量的设备，所述设备包括：
光波导；
光源，所述光源被配置为选择性地将具有给定波长和持续时间的窄带脉冲光发射通过所述光波导并且还被配置为调制所述光的所述波长；
第一传感器集合和第二传感器集合，所述第一传感器集合和所述第二传感器集合沿着所述波导设置，其中所述第一集合和所述第二集合的每个传感器被配置为在对应于被测量的相应传感器波长下反射沿着所述波导传播的光的一部分；
其中所述第一传感器集合根据它们的传感器波长被配置成一组或多组，每一组包括多个传感器，其中当相应组中的所述传感器中的每一者所经历的所述被测量相等时，那组中的每个传感器的所述传感器波长基本上相等；
其中所述第二集合的每个相邻传感器沿着所述波导隔开某一距离，所述距离大于所述光在所述脉冲持续时间期间沿着所述波导行进的距离的一半，其中所述第一集合的多个传感器设置在所述第二集合的每个相邻传感器之间；并且
其中所述第一集合和所述第二集合被配置为使得当所述第一集合和所述第二集合中的所述传感器中的每一者所经历的所述被测量相等时，所述第一集合中的每个传感器的传感器波长与所述第二集合中的每个传感器的所述传感器波长不同；
检测器，所述检测器被配置为监测由所述第一传感器集合和所述第二传感器集合反射的所述光；以及
控制系统，所述控制系统被配置为通过致使执行以下步骤来定位测量异常：
(i)使用所述光源沿着所述光波导传输光；
(ii)监测由所述第一传感器集合反射的所述光以便获得表示由所述第一集合中的所述传感器中的每一者所经历的被测量的测得光谱；
(iii)在所述测得光谱中检测异常信号，所述异常信号具有特征波长并且源自所述第一传感器集合中的异常传感器，所述异常传感器经历被测量异常；以及
(iv)至少定位包括所述异常传感器的所述组；
其中所述控制系统还被配置为通过致使执行以下步骤来监测在沿着所述光波导的多个位置处的被测量：
(v)沿着所述光波导发射窄带光脉冲串，所述脉冲串包括在不同的相应峰值波长下的多个脉冲；
(vi)监测由所述第二传感器集合沿着所述波导反射的所述光；以及
(vii)基于由所述第二集合反射的所述监测的光而估计所述第二集合中的每个传感器的被测量。


2.根据权利要求1所述的设备，其中步骤(iv)包括通过在所述异常信号的所述特征波长下传输光脉冲以及监测反射信号的飞行时间来定位所述异常传感器。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述第一集合和所述第二集合被布置为使得所述第一集合的两个传感器与所述第二集合的每个传感器相邻地设置。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述组沿着所述波导彼此在空间上隔开。


5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第二传感器集合被配置为使得当所述第二集合中的所述传感器中的每一者所经历的所述被测量相等时，所述第二集合中的每个传感器的所述传感器波长基本上相等。


6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一集合中的每一组传感器与所述第二集合相比具有更高的传感器空间密度。


7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一集合中的每一组的每个相邻传感器沿着所述波导隔开某一距离，所述距离小于所述光在所述脉冲持续时间期间沿着所述波导行进的距离的一半。


8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一集合的所述传感器被配置为使得从每一组的所述传感器反射的所述光的至少一部分的波长基本上重叠以便形成每一组的组响应，所述组响应在所述测得光谱中具有不间断的峰宽，并且其中所述异常信号的波长不与所述组响应中的任一者重叠。


9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中每一集合中的所述传感器具有相应的传感器波长，所述传感器波长位于那个集合的特征波段内，其中所述第一集合与所述第二集合的所述特征波段不重叠。


10.根据权利要求9所述的设备，其中在步骤(i)中传输的所述光具有在所述第一集合的所述特征波段内的一个或多个波长。


11.根据权利要求9或10所述的设备，其中在步骤(v)中传输的所述光具有在所述第二集合的所述特征波段内的峰值波长。


12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述光源能够在用于步骤(i)中的宽带模式与用于步骤(v)中的窄带模式之间切换。


13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述光源包括激光器。


14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述光源被配置为在步骤(v)中发射带宽低于0.1nm的窄带脉冲光。


15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述光源被配置为在步骤(v)中发射带宽低于0.1pm的单色脉冲光。


16.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述光源能够选择性地在连续波模式与脉冲模式之间切换。


17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述光源还包括被配置为控制所述发射光的所述脉冲持续时间的快门或开关机构。


18.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一集合和所述第二集合的每个传感器被配置为使得所述传感器波长响应于所述传感器处的被测量的变化而被扰动。


19.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述第一集合和所述第二集合的每个传感器包...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·多伊尔，K·琼斯，
申请(专利权)人：基德科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US