[发明专利]用于监测被测量的设备

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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1 m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5 cm，因此系统有95%的机会完全错过它。