[发明专利]用于在恶劣环境中测量物理参数的光学传感器及其制造和使用方法

说明书

一种用于测量物理参数的光电子系统，包括：利用耦合器被一并耦合为组合光的具有不同峰值频率的两个窄带光源。所述组合光被分成第一法布里‑珀罗干涉仪和第二法布里‑珀罗干涉仪，所述第一法布里‑珀罗干涉仪被设置为暴露于温度和另一个物理参数，所述第二法布里‑珀罗干涉仪被设置为仅暴露于温度。所述系统还包括：第一光学检测器和第二光学检测器，被设置为通过包括透镜和/或反射镜的组合的光路和菲索干涉仪分别接收从第一、第二法布里‑珀罗干涉仪的腔反射的光。处理器被设置为分析第一光学检测器和第二光学检测器接收的数据，并计算温度值和物理参数。

相关申请的交叉引用

本申请主张2019年11月29日提交的美国临时专利申请号62/942,064的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本专利文献通常涉及一种光学传感器。更具体地，本专利文献的主题涉及一种用于航空发动机、诸如燃气或蒸汽涡轮的陆基涡轮或具有燃烧室的任意发电机的光学传感器。

背景技术

光纤传感技术提供一些优于监视和控制航空发动机、诸如燃气或蒸汽涡轮的陆基涡轮或具有燃烧室的任意发电机的物理参数的传统的电传感技术的一些优点。尤其，以下优点已被证实：(i)被提高的测量精度和带宽；(ii)对外扰动，即电磁干扰和射频干扰的固有的不灵敏性；(iii)以可忽略不计的信号衰减进行远程至超远程测量；(iv)分布式传感：复用单独定址的大量点传感器的可能性；以及(v)与高温至极高温的兼容性。因此，以光纤传感器替代电传感器对许多应用，尤其对航空航天应用是可取的。

在航空航天应用中，航空发动机需要多个传感系统以可靠且安全地进行操作。一些传感系统向电子发动机控制器(EEC)提供物理参数，以控制发动机操作。其他传感系统向发动机监控单元(EMU)提供参数，以监控发动机操作，当需要彻底检修发动机时，在不安全状况或地面上的维护的情况下对飞行员进行警告。在当前的航空发动机中，所有传感器都基于电气工作原理技术，例如压电、压阻以及电容测量原理。对于每个单独的传感器，均通过连接至发动机电子单元的电线发送电读出信号。这些离散的输出导致具有多个连接器的电缆线束较长，增加发动机架构的复杂性并显著增加重量，从而增加发动机的燃料消耗。

一种特定的应用是在发动机高压压缩机的最新级与燃烧室之间的压力的测量。该测量输出在发动机操作的控制回路中使用。迄今为止，尚没有发明被证明能够在操作过程中在超过300℃的温度下可靠地测量绝对(静态)压力，并且绝对没有可以在高于400℃或500℃的温度下进行处理的。因此，发动机控制依赖于位于被安装在发动机的风扇壳体的电子单元的低温压力传感器，该低温压力传感器是发动机的最低温度区域(最大操作温度通常在80℃至125℃之间)。这种配置需要将压力管从燃烧室布线路由至传感器，并补偿测量中的温度差。此外，可能会导致在某些环境条件下测量不稳定。本发明的一个目的在于，直接测量发动机核中的压力，消除压力管，减轻重量，并提高测量精度。

发明内容

本发明提供一种用于测量物理参数的光电子系统。所述光电子系统特别适合在诸如在发动机舱中发现的恶劣(harsh)环境中测量物理参数。

在一优选实施例中，所述光电子系统包括光学传感器，所述光学传感器包括：第一法布里-珀罗干涉仪，其被设置为接收组合光的第一部分，其中所述第一法布里-珀罗干涉仪暴露于感兴趣的物理参数和温度；以及第二法布里-珀罗干涉仪，其被设置为接收所述组合光的第二部分，其中所述第二法布里-珀罗干涉仪暴露于温度而不暴露于所述感兴趣的物理参数；