[发明专利]具有双荧光塑料光纤的燃料液位传感器

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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。