BR102015031872A2 - sistema para armazenar um líquido, e, método para determinar uma característica do líquido armazenado em um tanque de armazenamento - Google Patents

Abstract

1 / 1 resumo “sistema para armazenar um lãquido, e, mã‰todo para determinar uma caracterãstica do lãquido armazenado em um tanque de armazenamento” ㉠descrito um sistema sensor de combustã­vel que utiliza um sensor de fibra ã³ptica que compreende uma membrana feita de um material semicondutor com interstã­cio de banda direta (tal como arsenieto de gã¡lio) que forme uma cavidade ã³ptica com uma fibra ã³ptica no interior de um pacote sensor hermeticamente vedado localizado no fundo de um tanque de combustã­vel. a fibra ã³ptica no interior do tanque de combustã­vel nã£o ã© exposta ao combustã­vel. a cavidade ã³ptica formada pela superfã­cie de fundo da membrana e pela superfã­cie da extremidade distal da fibra ã³ptica interna ã© capaz de se comportar como um interferã´metro fabry-pã©rot. mãºltiplas fontes de luz que operam em diferentes comprimentos de onda e mãºltiplos espectrã´metros podem ser acopladas na superfã­cie confrontante da membrana por meio da fibra ã³ptica no interior do tanque de combustã­vel, um conector de fibra ã³ptica hermeticamente vedado que passa atravã©s da parede do tanque de combustã­vel, e um acoplador de fibra ã³ptica localizado no exterior do tanque de combustã­vel.

Description

“SISTEMA PARA ARMAZENAR UM LÍQUIDO, E, MÉTODO PARA DETERMINAR UMA CARACTERÍSTICA DO LÍQUIDO ARMAZENADO EM UM TANQUE DE ARMAZENAMENTO” FUNDAMENTOS

[001] Esta descrição, no geral, refere-se a sistemas e a métodos para medir um nível de líquido em um reservatório, tais como um tanque de armazenamento ou outro contêiner. Mais particularmente, esta descrição refere-se a sistemas e a métodos para medição do nível de líquido usando um sensor óptico.

[002] Uma necessidade de medir continuamente o nível de um líquido existe em muitas aplicações comerciais e militares. Por exemplo, sensores do nível de líquido são comumente usados nos tanques de combustível de aeronave, automóveis e caminhões. Sensores do nível de líquido também são usados para monitorar níveis de líquido em tanques de armazenamento usados para dispensação de combustível, tratamento de água servida, armazenamento de produtos químicos, processamento de alimento, etc.

[003] Muitos transdutores para medir nível de líquido empregam eletricidade. A saída elétrica de tais transdutores muda em resposta a uma mudança no nível do líquido que está sendo medido e é, tipicamente, na forma de uma mudança na resistência, na capacitância, no fluxo de corrente, no campo magnético, na frequência e congêneres. Estes tipos de transdutores podem incluir capacitores ou resistores variáveis, componentes ópticos, sensores de efeito Hall, medidores de esforço, dispositivos ultrassônicos e congêneres.

[004] Atualmente, a maior parte dos sensores de combustível em aeronave usa eletricidade. Por exemplo, sensores de capacitância elétrica existentes exigem fiação elétrica no interior do tanque, que, por sua vez, exigem complexas instalações e medidas de proteção para impedir um problema de segurança sob certas condições de falha elétrica. Esta fiação elétrica exige cuidadosos blindagem, ligação e aterramento para minimizar capacitância desgarrada e exige adicionalmente manutenção periódica para garantir a integridade do contato elétrico.

[005] Para novas aeronaves com grandes tanques de combustível incorporados em asas compostas, o número de sensores de combustível é grande. Usar sensores de combustível elétricos adiciona mais peso na aeronave não apenas em virtude do peso do sensor elétrico e do cabo elétrico, mas, também, em virtude de os separadores de metal e os chicotes elétricos que suportam os cabos elétricos e os sensores no interior do tanque de combustível adicionarem mais peso. E, de forma mais importante, com grandes tanques de combustível em asas compostas, interferência eletromagnética (EMI) e relâmpagos podem ser um desafio para sensores de combustível elétricos.

[006] Outras abordagens envolvem o uso de sensores de fibra óptica de combustível que exigem um ou dois elementos sensores de fibra óptica a serem instalados no combustível. Qualquer mudança na densidade do combustível causa mudança no índice de refração do combustível. Isto, por sua vez, causa uma mudança na intensidade da luz transmitida de um elemento sensor da fibra óptica para o outro. Os problemas que afligem sensores de fibra óptica de combustível podem incluir variação na temperatura do combustível, congelamento no combustível, e fungo e depósito de resíduo do combustível nos elementos sensores de fibra óptica que bloqueiam a transmissão de luz e toma o sensor inútil durante a vida útil de uma aeronave comercial.

[007] Outros, mais complicados, métodos ópticos foram estudados. Um tal método conecta a fibra óptica em um sensor de capacitância e converte luz em eletricidade para operar o sensor de capacitância e, então, reconverte a mesma em luz que sai do sensor para que ainda haja componentes eletrônicos ativos no tanque de combustível. Alguns propuseram o uso de fibra de vazamento de luz para medição do nível do combustível, mas todos estes empregam o princípio da refração e exigem que a fibra esteja em contato com o combustível para modular o ângulo de transmissão de luz na camada de revestimento devido ao diferente índice refrativo do combustível.

[008] Há espaço para melhorias nos sistemas e nos métodos para perceber propriedades (tais como nível, densidade, temperatura e composição química) do combustível líquido em um tanque de combustível.

SUMÁRIO

[009] O assunto em questão aqui descrito é direcionado, em parte, ao desenho de sistemas sensores de combustível de fibra óptica que eliminam complexas fiações elétricas no interior dos tanques de combustível para medir temperatura do combustível, densidade do combustível, nível do combustível e composição química do combustível, ao mesmo tempo em que mantém a precisão e reduz custo, peso e volume, se comparados com sensores elétricos existentes. Os sistemas sensores de combustível de fibra óptica descritos com detalhes a seguir incorporam sensores de combustível que não precisam estar em contato com o combustível.

[0010] De acordo com um exemplo, o sistema sensor de combustível utiliza um sensor de fibra óptica que compreende uma membrana feita de um material semicondutor com interstício de banda direta (tal como arsenieto de gálio) que forma uma cavidade óptica com uma fibra óptica no interior de um pacote sensor hermeticamente vedado localizado no fundo do tanque de combustível. A fibra óptica no interior do tanque de combustível não é exposta ao (isto é, não fica em contato com o) combustível. A cavidade óptica formada pela superfície de fundo da membrana e pela superfície da extremidade distai da fibra óptica interna é capaz de se comportar como um interferômetro Fabry-Pérot. Múltiplas fontes de luz que operam em diferentes comprimentos de onda e múltiplos espectrômetros podem ser acoplados na superfície confrontante da membrana por meio da fibra óptica no interior do tanque de combustível, um conector de fibra óptica hermeticamente vedado que passa através da parede do tanque de combustível e um acoplador de fibra óptica localizado no exterior do tanque de combustível.

[0011] Com o propósito de ilustração, um sistema sensor de combustível que tem uma membrana feita de arsenieto de gálio (GaAs) será descrito com detalhes a seguir. Entretanto, outros materiais semicondutores com interstício de banda direta podem ser usados, tal como fosfeto de índio (InP).

[0012] Em um exemplo que tem uma membrana de GaAs, a temperatura do combustível pode ser continuamente medida em função da refletividade da membrana de GaAs quando luz proveniente de uma fonte de laser de 850 nm colidir na superfície de fundo da membrana. A densidade do combustível pode ser derivada a partir da temperatura medida. Com densidade do combustível derivada, a pressão do combustível que é exercida na superfície de topo da membrana de GaAs pode ser derivada a partir do espectro de reflexo da cavidade ressonadora Fabry-Pérot da membrana de GaAs usando uma fonte de banda larga de entrada, preferivelmente, com um comprimento de onda de cerca de 1.550 nm. Usando a densidade do combustível e a pressão do combustível, o nível do combustível do tanque pode ser medido em qualquer momento, isto é, durante o voo, antes do voo e depois do voo da aeronave. Além do mais, quando luz proveniente de uma fonte de laser de 1.060 nm colidir sobre a membrana de GaAs, um espectrômetro Raman pode ser usado para analisar o sinal de espalhamento óptico proveniente do combustível, habilitando que a composição química do combustível seja monitorada continuamente.

[0013] O sistema aqui descrito evita os problemas associados com o uso de sensores elétricos em virtude do e sensor de fibra óptica não ter fiação elétrica no interior do tanque de combustível e em virtude de a fibra óptica estar em um pacote hermético que não é exposto ao combustível, desse modo, eliminando bloqueio de luz devido a resíduo de combustível, fungo, depósito de sujeira e contaminação do combustível. O sensor de fibra óptica aqui descrito realiza múltiplas funções de percepção, o que reduz o peso, o tamanho, a energia e o custo do sistema, em virtude de o número de sensores exigidos para a função de percepção do combustível ser reduzido. Este sensor multifuncional de fibra óptica também elimina os problemas de relâmpago e de EMI em virtude de nenhuma fiação elétrica ou energia elétrica serem exigidas para aplicar no sensor colocado no interior do tanque de combustível.

[0014] Um aspecto do assunto em questão descrito com detalhes a seguir é um sistema para armazenar um líquido, que compreende: um reservatório que compreende um invólucro; uma estrutura de definição de câmara disposta no interior do invólucro que divide um volume interno do invólucro em um compartimento de armazenamento e uma câmara que são hermeticamente vedados um em relação ao outro, a estrutura de definição de câmara compreendendo uma membrana com uma superfície de topo que define parcialmente o compartimento de armazenamento e uma superfície de fundo que define parcialmente a câmara, e um alojamento que suporta a membrana e define parcialmente a câmara; e uma fibra óptica com um comprimento disposto no interior da câmara, o comprimento da fibra óptica com uma extremidade distai com uma superfície que confronta a superfície de fundo da membrana com um interstício entre as mesmas, em que a membrana é feita de um material semicondutor que tem um interstício de banda direta. Preferivelmente, a membrana é suficientemente fina para que a membrana seja capaz de flexionar para cima ou para baixo quando uma magnitude de uma pressão que é exercida em sua superfície de topo mudar. Em alguns exemplos, a membrana tem uma espessura em uma faixa de 0,01 mm a 0,5 mm, ao mesmo tempo em que o material semicondutor é arsenieto de gálio ou fosfeto de índio. Em um exemplo, a interstício tem uma dimensão de maneira tal que a superfície de fundo da membrana e uma superfície confrontante da extremidade distai da fibra óptica formem uma cavidade ressonadora Fabry-Pérot. O sistema descrito tem múltiplas aplicações. Por exemplo, o reservatório pode ser incorporado em uma asa de uma aeronave.

[0015] O sistema descrito no parágrafo precedente pode compreender adicionalmente: uma fonte óptica para transmitir luz; um espectrômetro para converter luz recebida em um sinal elétrico que representa uma característica da luz recebida; um acoplador óptico que acopla opticamente a fonte óptica e o espectrômetro na fibra óptica; e um sistema de computador programado para computar um valor de um parâmetro do líquido contido no reservatório com base nos sinais elétricos recebidos a partir do espectrômetro. O parâmetro pode ser selecionado a partir do seguinte grupo: uma temperatura do líquido, uma pressão do líquido, um nível do líquido e uma composição química do líquido.

[0016] Um outro aspecto do assunto em questão descrito é um sistema para armazenar um líquido, que compreende: um tanque de armazenamento; um pacote hermeticamente vedado disposto no interior do tanque de armazenamento; o pacote hermeticamente vedado compreendendo uma membrana e um comprimento da fibra óptica, em que a membrana tem uma superfície de topo que é parte de uma superfície exterior do pacote hermeticamente vedado e uma superfície de fundo que é parte de uma superfície interior do pacote hermeticamente vedado, em que a membrana é feita de um material semicondutor que tem um interstício de banda direta, e o comprimento da fibra óptica tem uma extremidade distai com uma superfície que confronta a superfície de fundo da membrana com um interstício entre as mesmas; uma primeira fonte óptica para transmitir luz; um primeiro espectrômetro para converter luz recebida em um sinal elétrico que representa uma característica da luz recebida; e uma rede de fibra óptica que acopla opticamente a fonte óptica e o espectrômetro no comprimento da fibra óptica, a rede de fibra óptica compreendendo um acoplador óptico. Em alguns exemplos, a primeira fonte óptica é uma fonte de laser, o primeiro espectrômetro é um espectrômetro de sondagem de temperatura, e o sistema compreende adicionalmente um sistema de computador programado para determinar uma temperatura do líquido contido no tanque de armazenamento com base nos sinais elétricos recebidos a partir do espectrômetro de sondagem de temperatura seguinte à saída de luz da fonte de laser. Em outros exemplos, a primeira fonte óptica é uma fonte de luz de banda larga, o primeiro espectrômetro é um espectrômetro de percepção de pressão, e o sistema compreende adicionalmente um sistema de computador programado para determinar uma pressão do líquido contido no tanque de armazenamento com base nos sinais elétricos recebidos a partir do espectrômetro de percepção de pressão seguinte à saída de luz da fonte de luz de banda larga. Em ainda outros exemplos, a primeira fonte óptica é uma fonte de laser, o primeiro espectrômetro é um espectrômetro Raman, e o sistema compreende adicionalmente um sistema de computador programado para determinar uma composição química do líquido contido no tanque de armazenamento com base nos sinais elétricos recebidos a partir do espectrômetro Raman seguinte à saída de luz da fonte de laser.

[0017] De acordo com exemplos adicionais, o sistema compreende adicionalmente: uma segunda fonte óptica para transmitir luz, a segunda fonte óptica sendo opticamente acoplada no comprimento da fibra óptica pela rede de fibra óptica; um segundo espectrômetro para converter luz recebida em um sinal elétrico que representa uma característica da luz recebida, o segundo espectrômetro sendo opticamente acoplado no comprimento da fibra óptica pela rede de fibra óptica; e um sistema de computador programado para computar um nível do líquido contido no reservatório com base nos sinais elétricos recebidos a partir do primeiro e do segundo espectrômetros. De acordo com um exemplo, a primeira fonte óptica é uma fonte de laser, a segunda fonte óptica é uma fonte de banda larga e o sistema de computador é programado para realizar as seguintes operações: determinar uma temperatura do líquido contido no tanque de armazenamento com base nos sinais elétricos recebidos a partir do primeiro espectrômetro; calcular uma densidade do líquido contido no tanque de armazenamento com base na temperatura determinada; determinar uma pressão do líquido contido no tanque de armazenamento com base nos sinais elétricos recebidos a partir do segundo espectrômetro; e calcular um nível do líquido contido no tanque de armazenamento com base na densidade calculada e na pressão determinada.

[0018] De acordo com um aspecto adicional, é provido um método para determinar uma característica do líquido armazenado em um tanque de armazenamento que compreende: colocar um pacote hermeticamente vedado no interior do tanque de armazenamento, o pacote hermeticamente vedado compreendendo uma membrana e um comprimento da fibra óptica, em que a membrana tem uma superfície de topo que é parte de uma superfície exterior do pacote hermeticamente vedado e uma superfície de fundo que é parte de uma superfície interior do pacote hermeticamente vedado, em que a membrana é feita de um material semicondutor que tem um interstício de banda direta, e o comprimento da fibra óptica tem uma extremidade distai com uma superfície que confronta a superfície de fundo da membrana com um interstício entre as mesmas; emitir luz a partir de uma primeira fonte óptica que entra em uma extremidade proximal da fibra óptica, sai da extremidade distai da fibra óptica e colide na superfície de fundo da membrana; guiar luz a partir da membrana que entra na extremidade distai da fibra óptica na direção de uma extremidade proximal da fibra óptica depois que a luz foi emitida pela primeira fonte óptica; medir uma primeira propriedade da luz que saiu da extremidade proximal da fibra óptica usando um primeiro espectrômetro depois que a luz foi emitida pela primeira fonte óptica; e processar eletronicamente dados emitidos pelo primeiro espectrômetro para determinar uma primeira característica do líquido disposto no interior do tanque de armazenamento e no topo da membrana.

[0019] O método exposto pode compreender adicionalmente: emitir luz a partir de uma segunda fonte óptica que entra em uma extremidade proximal da fibra óptica, sai da extremidade distai da fibra óptica e colide na superfície de fundo da membrana; guiar luz a partir da membrana que entra na extremidade distai da fibra óptica na direção de uma extremidade proximal da fibra óptica depois que a luz foi emitida pela segunda fonte óptica; medir uma segunda propriedade da luz que saiu da extremidade proximal da fibra óptica usando um segundo espectrômetro depois que a luz foi emitida pela segunda fonte óptica; e processar eletronicamente dados emitidos pelo segundo espectrômetro para determinar uma segunda característica do líquido disposto no interior do tanque de armazenamento e no topo da membrana. Em um exemplo, a primeira característica é temperatura, a segunda característica é pressão, e o método compreende adicionalmente: calcular uma densidade do líquido contido no tanque de armazenamento com base na temperatura determinada; e calcular um nível do líquido contido no tanque de armazenamento com base na densidade calculada e na pressão determinada.

[0020] Outros aspectos dos sistemas sensores ópticos adequados para uso com tanques de armazenamento de líquido são descritos e reivindicados a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0021] A figura 1 é um diagrama que representa componentes de um sistema sensor de combustível de fibra óptica multifimções de acordo com um exemplo que usa uma membrana fotônica de GaAs para medir temperatura do combustível, densidade do combustível e nível do combustível.

[0022] A figura 2 é um diagrama que demonstra o princípio de percepção da temperatura do combustível na membrana fotônica de GaAs empregado pelo sistema sensor de combustível de fibra óptica esquematicamente representado na figura 1.

[0023] A figura 3 é um gráfico da temperatura da membrana fotônica de GaAs (em °C) em função da intensidade do reflexo R para colidir luz com um comprimento de onda de 850 nm.

[0024] A figura 4 é um gráfico da densidade do combustível D em função da temperatura do combustível (em °C).

[0025] A figura 5 é um diagrama que demonstra o princípio de percepção da pressão do combustível na membrana fotônica de GaAs empregado pelo sistema sensor de combustível de fibra óptica esquematicamente representado na figura 1.

[0026] A figura 6 é um gráfico que mostra a intensidade do reflexo de percepção de pressão em uma faixa de comprimentos de onda para sinais de luz refletidos a partir da membrana fotônica de GaAs em um espectrômetro de percepção de pressão incorporado no sistema sensor de combustível de fibra óptica esquematicamente representado na figura 1.

[0027] A figura 7 é um diagrama que representa componentes de um sistema sensor de combustível de fibra óptica multifunções de acordo com um exemplo que usa uma membrana fotônica de GaAs para medir temperatura do combustível, densidade do combustível, nível do combustível e composição química do combustível.

[0028] A figura 8 é um diagrama que demonstra o princípio inerente ao método de percepção da composição química do combustível empregado pelo sistema sensor de combustível de fibra óptica esquematicamente representado na figura 7, método este que usa uma membrana fotônica de GaAs e a técnica de Raman.

[0029] A figura 9 é um gráfico que mostra mudanças na intensidade de sinal em função do número de onda detectado por um espectrômetro Raman, mudanças estas que correspondentemente indicam uma mudança na composição química do combustível.

[0030] Referência será feita a seguir aos desenhos nos quais elementos similares em diferentes desenhos portam os mesmos números de referência.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0031] Vários exemplos de sistemas e métodos para medição de um nível e outras propriedades de líquido em um reservatório serão agora descritos com detalhes com o propósito de ilustração. Pelo menos alguns dos detalhes descritos a seguir referem-se a recursos ou aspectos opcionais, que, em algumas aplicações, pode ser omitidos sem fugir do escopo das reivindicações anexas.

[0032] As exigências básicas do sensor de qualidade do combustível para um tanque de combustível incorporado nas asas compostas de uma aeronave são percepção da temperatura do combustível, da densidade do combustível e do nível do combustível. A função de percepção do sensor precisa ser dinâmica, o que significa que o sensor deve ser capaz de prover estes valores de qualidade do combustível chaves no solo ou durante o voo, em diferentes envelopes de voo e em extremas condições de temperatura e ambiental. O sensor de fibra óptica multifunções aqui descrito é desenhado para satisfazer as exigências de percepção da qualidade do combustível para asas compostas. O sensor de fibra óptica proposto elimina o uso de cabos elétricos e energia elétrica no interior do tanque de combustível, e elimina problemas de EMI e de relâmpago para o tanque de combustível composto. Além do mais, ele reduz o tamanho, o peso e a energia dos sensores elétricos usados em atuais aeronaves comerciais. Entretanto, a tecnologia aqui descrita pode ser aplicada em outros tipos de reservatórios de líquido e não é limitada ao uso em tanques de combustível a bordo da aeronave.

[0033] A figura 1 é um diagrama que representa componentes de um sistema sensor de combustível de fibra óptica multifunções de acordo com um exemplo. O sensor de fibra óptica de combustível deste sistema pode ser instalado no interior de um tanque de combustível 2 que compreende uma parede 20 e uma fundo 22. Este sistema sensor de combustível de fibra óptica usa uma membrana fotônica de GaAs 12 para medir a temperatura, a densidade e o nível de combustível líquido no tanque de combustível 2. A fina membrana de GaAs 12 é formada em uma porção central de um substrato de GaAs 10. Arsenieto de gálio é usado em vez de silício em virtude de sua superior propriedade para uso em percepção de temperatura. A porção de substrato 10 que circunda a membrana 12 tem uma espessura maior que a espessura da membrana 12. Preferivelmente, a membrana de GaAs tem uma espessura na faixa de 0,01 até 0,5 mm e um diâmetro de maneira tal que ela seja suficientemente flexível quando uma pressão do combustível for exercida em uma superfície de topo da membrana. Preferivelmente, a membrana de GaAs 12 tem uma orientação, no geral, horizontal.

[0034] O substrato de GaAs 10 é um componente de um pacote de fibra óptica hermeticamente vedado 4 que pode ser instalado no tanque de combustível 2 como uma unidade premontada. A periferia do substrato de GaAs 10 é ligada em um alojamento 6 que também é parte do pacote de fibra óptica 4. O alojamento 6 em conjunto com o substrato de GaAs 12 efetivamente divide o volume interno do tanque de combustível 2 em um compartimento de armazenamento de combustível 50 (cheio com combustível) e uma câmara 52 (sem combustível). O substrato de GaAs 12 é hermeticamente vedado no alojamento 6 para impedir a entrada de combustível a partir do compartimento de armazenamento de combustível 50 na câmara 52 através da interface substrato / alojamento.

[0035] Preferivelmente, pelo menos o espaço acima da membrana de GaAs 12 é confinado e protegido por um fino filtro em malha 26 que elimina por filtragem resíduo de grande tamanho, partículas ou sujeira do combustível que ocupam o espaço acima da membrana de GaAs 12. No exemplo mostrado na figura 1, o filtro 26 é suportado por uma parede de suporte 24 que circunda o espaço acima do substrato de GaAs 10. A parede de suporte de filtro 24 pode ser anexada na periferia do substrato de GaAs 10 ou pode ser uma extensão do alojamento 6 que circunda e se estende acima da elevação da superfície de topo do substrato de GaAs 10. O filtro 26 e a parede de suporte de filtro 24 podem ser incorporados no pacote de fibra óptica premontado 4 ou anexados depois da instalação do pacote de fibra óptica 4. O filtro 26 é configurado para admitir combustível líquido no interior do espaço acima da membrana de GaAs 12 e no interior da parede de suporte 24, ao mesmo tempo em que exclui matéria particulada do exterior deste espaço.

[0036] Ainda em relação à figura 1, o pacote de fibra óptica 4 compreende adicionalmente uma fibra óptica 8a, um conector de fibra óptica 14, e um pedestal de alinhamento e travamento de fibra 16. O conector de fibra óptica 14 é fixamente assentado em uma abertura no alojamento 6, mas tem uma porção que se projeta para fora do alojamento 6 e através de uma abertura na parede 20 do tanque de combustível 2 quando o pacote 4 for instalado. O conector de fibra óptica 14 é hermeticamente vedado tanto na abertura do alojamento 6 quanto na abertura da parede 20 do tanque de combustível 2, de forma que combustível não possa fluir a partir do compartimento de armazenamento de combustível 50 para o interior da câmara 52 ou para fora do tanque de combustível 2 na área do conector de fibra óptica 14.

[0037] O pedestal de alinhamento e travamento de fibra 16 é conectado no fundo do alojamento 6 por uma estrutura de suporte não mostrada na figura 1. Esta estrutura de suporte pode compreender uma estrutura suficientemente dura que conecta o pedestal de alinhamento e travamento de fibra 16 em uma fundo do alojamento 6. A estrutura de conexão deve ser suficientemente rígida para que o pedestal de alinhamento e travamento de fibra 16 fique estável e se mova tão pouco quanto possível durante a operação da aeronave. Mais especificamente, o pedestal de alinhamento e travamento de fibra 16 suporta a extremidade distai da fibra óptica 8a de uma maneira tal que uma superfície desta extremidade distai confronte uma superfície de fundo da membrana de GaAs 12 com uma pequena interstício de comprimento constante entre as mesmas. Esta pequena interstício é aqui referida como a cavidade óptica e é indicada pelo rótulo "OC" na figura 2 e outras figuras.

[0038] A instalação ou a remoção de uma unidade premontada tem a vantagem de que a íntegra da unidade pode ser prontamente substituída ou removida para reparo no evento de uma avaria. Entretanto, em exemplos alternativos, a fibra óptica 8a e o substrato de GaAs 10 podem ser suportados no mesmo relacionamento espacial usando uma estrutura de suporte que é integrada com o tanque de combustível 2, desde que a estrutura de suporte defina uma câmara hermeticamente vedada na qual a fibra óptica não fica em contato com o combustível no tanque de combustível.

[0039] No exemplo representado na figura 1, a membrana é feita de arsenieto de gálio, que é um material de interstício de banda direta. Entretanto, outros materiais de interstício de banda direta podem ser usados, tal como fosfeto de índio (InP). Um interstício de banda é "direta" se o momento de elétrons e furos for o mesmo tanto na banda de condução quanto na banda de valência, significando que um elétron pode emitir diretamente um fóton sem passar através de um estado intermediário e momento de transferência para a estrutura de cristal.

[0040] A fibra óptica 8a (preferivelmente, multimodos, mas modo individual é aceitável) no interior do pacote de fibra óptica hermeticamente vedado 4 é alinhada com, e confronta, a superfície de fundo da membrana de GaAs 12 na porção central do substrato de GaAs 10. Entende-se que o termo modo individual inclui fibras ópticas com faixa de diâmetro do núcleo de 8 a 10 mícrons que transmitem apenas um único modo de guia de onda óptica na fibra. Fibras de modo individual são fibras ópticas de vidro com diâmetro total de cerca de 125 mícrons com o revestimento ao redor do núcleo. Similarmente, entende-se que o termo multimodos inclui fibras ópticas com diâmetros do núcleo de 50 mícrons a 1 mm. Fibras multimodos transmitem múltiplos modos de guia de onda óptica na fibra em virtude de seu grande diâmetro do núcleo. Fibras multimodos podem ser feitas de vidro ou plástico. Fibras ópticas de vidro multimodos têm diâmetros totais em uma faixa de 125 a 140 mícrons com o revestimento ao redor do núcleo, ao mesmo tempo em que fibras multimodos de plástico têm diâmetros do núcleo em uma faixa de 0,1 a 0,98 mm e diâmetros totais em uma faixa de 0,25 a 1 mm com o revestimento ao redor do núcleo. Preferivelmente, a extremidade distai da fibra óptica 8a é alinhada precisamente com um centro da membrana de GaAs 12 e anexada no pedestal de alinhamento e travamento de fibra 16 usando um processo de soldagem de fibra de alta confiabilidade. A extremidade proximal da fibra óptica 8a é opticamente acoplada em uma extremidade de uma fibra óptica 8b (disposta no exterior do tanque de combustível 2) pelo conector de fibra óptica hermético e a prova de vazamento 14 inserido em uma abertura na parede 20 do tanque de combustível 2.

[0041] A fibra óptica 8a no interior do tanque de combustível 2 é opticamente acoplada no lado de saída de um acoplador de fibra óptica 1x4 28 pela fibra óptica 8b. A função do acoplador de fibra óptica 1 x 4 28 é acoplar o sinal óptico proveniente de uma fonte óptica localizada no exterior do tanque de combustível 2 na fibra óptica 8a no interior do tanque de combustível 2 e, então, acoplar o sinal óptico da fibra óptica 8a em um espectrômetro localizado no exterior do tanque de combustível 2 para análise do sinal óptico que vem da membrana de GaAs 12. No outro lado, o acoplador de fibra óptica 1 x 4 28 é conectado em quatro fibras ópticas 8c até 8f.

[0042] Um par de fibras ópticas 8c e 8d é usado para aquecimento e percepção de temperatura da superfície de fundo da membrana de GaAs 12. A fibra óptica 8c é conectada em uma fonte de laser 32 (por exemplo, um diodo de laser) que é acionado por um acionador de laser 34 para prover uma fonte de laser de 850 nm (por meio do acoplador de fibra óptica 28, da fibra óptica 8b, do conector de fibra óptica 14 e da fibra óptica 8a) para iluminar a superfície de fundo da membrana de GaAs 12. A fibra óptica 8a no interior do pacote de fibra óptica 4 acopla o sinal óptico de 850 nm na superfície de fundo da membrana de GaAs 12 através da cavidade óptica. O sinal óptico que representa o reflexo da superfície de fundo da membrana de GaAs 12 (indicado por uma seta adjacente à fibra óptica 8d na figura 1) é acoplado pela fibra óptica 8a, pelo conector de fibra óptica 14, pela fibra óptica 8b, pelo acoplador de fibra óptica 28, e pela fibra óptica 8d de volta a um espectrômetro de sondagem de temperatura 36.

[0043] A figura 2 é um diagrama que demonstra o princípio de percepção da temperatura do combustível na membrana fotônica de GaAs empregada pelo sistema sensor de combustível de fibra óptica esquematicamente representado na figura 1. Arsenieto de gálio é um semicondutor que tem um interstício de banda direta que varia com a temperatura: à medida que a temperatura do combustível diminui, a interstício de banda da membrana de GaAs aumenta. Isto reduz a absorção do sinal de 850 nm (indicado por uma seta para cima na figura 2). Quando a absorção for reduzida, o sinal de reflexo (indicado por uma seta para baixo na figura 2) aumenta. A medida que a temperatura do combustível aumenta, a interstício de banda da membrana de GaAs 12 diminui. Esta diminuição na interstício de banda tem o efeito de aumentar a absorção do sinal de luz de 850 nm e reduzir o reflexo do sinal de 850 nm. O aumento e a diminuição na quantidade de luz refletida são precisamente detectados e analisados pelo espectrômetro de sondagem de temperatura 36.

[0044] A figura 3 é um gráfico da temperatura da membrana fotônica de GaAs (em °C) em função da intensidade do reflexo R para luz coerente de 850 nm que colide em uma membrana de GaAs. Com base nos dados representados pela curva mostrada na figura 3, o espectrômetro de sondagem de temperatura 36 mede a temperatura do combustível instantaneamente e transmite sinais elétricos que representam esta temperatura do combustível para um sistema de computador 42. Já que a densidade do combustível é uma função bem conhecida da temperatura, da forma mostrada na figura 4, o sistema de computador 42 pode processar a informação da temperatura do combustível e realizar os cálculos necessários para determinar a densidade do combustível D instantaneamente. Usando a temperatura medida pelo espectrômetro de sondagem de temperatura 36, a densidade do combustível pode ser determinada pelo sistema de computador 42 em qualquer momento durante o voo ou enquanto a aeronave estiver no solo.

[0045] Depois que a densidade do combustível D foi determinada, o nível do combustível pode ser determinado a partir da pressão do combustível medida na membrana de GaAs 12. Retomando para a figura 1, o outro par de fibras ópticas 8e e 8f é usado para perceber a pressão do combustível que é exercida na membrana de GaAs 12. A fibra óptica 8f é conectada em uma fonte de luz de banda larga 38 que é acionada para prover um espectro de luz centralizado em 1.550 nm com uma largura espectral uniforme de cerca de 40 nm (por meio do acoplador de fibra óptica 28, da fibra óptica 8b, do conector de fibra óptica 14 e da fibra óptica 8a) para iluminar a superfície de fundo da membrana de GaAs 12. A fibra óptica 8a no interior do pacote de fibra óptica 4 acopla o sinal óptico de 1.550 nm na superfície de fundo da membrana de GaAs 12 através da cavidade óptica. O sinal óptico que representa os reflexos da luz de banda larga da superfície de fundo da membrana de GaAs 12 (indicado por uma seta adjacente à fibra óptica 8e na figura 1) é acoplado pela fibra óptica 8a, pelo conector de fibra óptica 14, pela fibra óptica 8b, pelo acoplador de fibra óptica 28 e pela fibra óptica 8e de volta a um espectrômetro de percepção de pressão 40.

[0046] A figura 5 é um diagrama que demonstra o princípio de percepção da pressão do combustível na membrana fotônica de GaAs empregado pelo sistema sensor de combustível de fibra óptica esquematicamente representado na figura 1. A distância que separa a superfície da extremidade distai da fibra óptica 8a e a porção confrontante da superfície de fundo da membrana de GaAs 12 (aqui referida como o "comprimento da cavidade óptica") é indicada por um comprimento variável L na figura 1. Quando o compartimento de combustível 50 (veja a figura 1) estiver vazio, o comprimento da cavidade óptica tem um valor Lo; ao contrário, quando o compartimento de combustível 50 tiver combustível suficiente para que o espaço acima da membrana de GaAs 12 seja pelo menos parcialmente ocupado pelo combustível, então, este combustível exercerá uma pressão para baixo na membrana de GaAs flexível 12. A pressão do combustível exercida na membrana de GaAs 12 causa uma deflexão da membrana 12 para baixo, desse modo, reduzindo o comprimento da cavidade óptica L. Já que a superfície de fundo da membrana de GaAs 12 e a superfície da extremidade distai da fibra óptica 8a formam uma cavidade ressonadora Fabry-Pérot (também conhecido como um interferômetro Fabry-Pérot), a mudança no comprimento da cavidade óptica AL pode ser medida pelo espectrômetro de percepção de pressão 40 usando os múltiplos reflexos retomados a partir da cavidade ressonadora Fabry-Pérot.

[0047] Da forma mostrada na figura 1, a altura do nível do combustível está mudando dinamicamente. Mediante enchimento de combustível no solo, o nível do combustível cheio (isto é, inicial) é Iif. Ao contrário, durante o voo, o nível do combustível em voo (isto é, atual) é hf. Mais especificamente, Iif é a altura medida da elevação da membrana de GaAs 12 até o nível completo de combustível no tanque de combustível, ao mesmo tempo em que hf é a altura medida da elevação da membrana de GaAs 12 até o nível atual de combustível no tanque de combustível 2. Os relacionamentos entre as respectivas pressões Pf e Pf (no enchimento e em voo, respectivamente) exercidas na membrana de GaAs, a densidade do combustível D, e os níveis de combustível Iif e hf podem ser descritos pelas seguintes equações: (1) (2) (3) (4) [0048] Nas equações (1) até (4), m é a massa de combustível, g é a aceleração gravitacional, A é a área de percepção da pressão da membrana de GaAs, e Vf é o volume de combustível que sobrepõe a área A mediante enchimento. O relacionamento da altura do nível do combustível cheio hp pela densidade do combustível D é dado na equação (2); o relacionamento do nível do combustível em voo hf pela densidade do combustível D é dado na equação (4). Já que a densidade D pode ser determinada pelo sistema de computador 42 com base nos dados de medição provenientes do espectrômetro de sondagem de temperatura 36, os níveis de combustível hF e hf podem ser determinados depois que as respectivas pressões Pf e Pf tiverem sido medidas pelo espectrômetro de percepção de pressão 40.

[0049] Na figura 5, o comprimento da cavidade óptica L formado pela superfície de fundo da membrana de GaAs 12 e pela superfície confrontante da extremidade distai da fibra óptica 8a é dado pela seguinte equação: (5) em que λί é o comprimento de onda de operação (por exemplo, 1.550 nm), Δλ é a faixa espectral livre da cavidade óptica, e neffé o índice de refração para o ar.

[0050] Usando a equação (5), L pode ser determinado a partir da medição da faixa espectral livre Δλ. A figura 6 é um gráfico que mostra a intensidade do reflexo de percepção de pressão em uma faixa de comprimentos de onda para sinais de luz refletidos a partir da membrana fotônica de GaAs 12 no espectrômetro de percepção de pressão 40. Da forma vista na figura 6, Δλ pode ser medido pelo bombeamento de um espectro de luz de banda larga de 1.550 nm no interior da fibra óptica 8a e, então, aquisição de sinais ópticos refletidos a partir da membrana de GaAs 12 de volta ao interior da fibra óptica 8. O espectrômetro de percepção de pressão 40, então, determina o espaçamento entre os picos de sinal refletidos dos respectivos comprimentos de onda na largura de banda da fonte de banda larga. Este espaçamento de comprimento de onda de pico corresponde à faixa espectral livre Δλ.

[0051] A curva superior na figura 6 representa o espectro da fonte de banda larga centralizado em 1.550 nm com uma largura espectral uniforme de cerca de 40 nm. O espectro do sinal refletido a partir da membrana de GaAs é mostrado na parte inferior da figura 6. Os picos neste espectro são os picos ressonantes da cavidade ressonadora Fabry-Pérot (OC na figura 6) formados entre a superfície da extremidade distai da fibra óptica 8a e a superfície de fundo confrontante da membrana de GaAs 12. O espaçamento entre estes picos ressonantes periódicos é a faixa espectral livre Δλ. A medida que o nível do combustível muda, a faixa espectral livre é instantaneamente medida pelo espectrômetro de percepção de pressão 40 (veja a figura 1). Esta informação é emitida para o sistema de computador 42, que realiza computações para determinar o nível do combustível.

[0052] Depois que o comprimento da cavidade óptica L tiver sido medido, a atual pressão do combustível Pf pode ser derivada a partir de L usando as seguintes equações, que aplicam a teoria mecânica das membranas: (6) (7) em que AL é a mudança no comprimento da cavidade óptica devido ao deslocamento ou à deflexão da membrana de GaAs 12, 1 é a largura da membrana, h é a espessura da membrana, e E é o módulo de Yoimg. Da forma previamente notada, AL = Lo - L, em que Lo é o comprimento da cavidade óptica quando o compartimento de combustível 50 estiver vazio, e L é derivado a partir da equação (5).

[0053] A pressão do combustível Pf derivado a partir da equação (7) pode ser usada na equação (4) para derivar a altura hp a partir da elevação da membrana de GaAs 12 em relação ao nível atual de combustível no tanque de combustível 2. A pressão do combustível Pf pode ser derivada de uma maneira similar e usada na equação (2) para derivar a altura hp a partir da deflexão da membrana de GaAs 12 em relação ao nível completo do combustível.

[0054] Novamente, em relação à figura 1, o sistema de computador 42 é programado para realizar os cálculos previamente descritos e é adicionalmente programado para controlar as fontes de luz e os espectrômetros. Em particular, o sistema de computador 42 é programado para monitorar a operação da fonte de laser de 850 nm 32 e da fonte de banda larga de 1.550 nm 38; ele também controla a função de teste e de medição do espectro metro de sondagem de temperatura 36 e do espectrômetro de percepção de pressão do combustível 40.

[0055] O sistema de computador 42 monitora a fonte de laser de 850 nm 32 e o acionador de laser 34 para prover um laço de controle de temperatura automático 44 para acionar a fonte de laser de 850 nm 32 para energia de saída de luz constante durante a faixa de temperatura operacional da aeronave e outras condições ambientais extremas. Por exemplo, o sistema de computador 42 pode ser programado para aumentar a energia da fonte de laser de 850 nm 32 para derreter todo gelo formado na superfície exterior da membrana de GaAs 12. Esta capacidade também pode ser usada para limpar a superfície exterior da membrana de GaAs 12 pelo ligeiro aquecimento da membrana com energia de laser de 850 nm superior no limite de aquecimento permissível do tanque de combustível 2.

[0056] Para monitoramento mais avançado da qualidade do combustível, o sistema sensor representado na figura 1 pode ser aprimorado pela adição de componentes que monitoram a composição química do combustível. Este aprimoramento é mostrado na figura 7. O sistema representado na figura 7 difere daquele mostrado na figura 1, em que uma fonte de laser de 1.060 nm 46 e um espectrômetro Raman 48 para determinar a composição química do combustível são adicionados; o acoplador de fibra óptica 1 x 4 28 é substituído por um acoplador de fibra óptica 1 x 6 30; e um par de fibras ópticas 8g e 8h é adicionado para conectar o acoplador de fibra óptica 1 x 6 30 na fonte de laser de 1.060 nm 46 e no espectrômetro Raman 48. Estes componentes são usados para monitoramento da composição química do combustível no tanque de combustível 2 para garantia da qualidade do combustível. A fibra óptica 8g é conectada com a fonte de laser de 1.060 nm 46 e a fibra óptica 8h é conectada no espectrômetro Raman 48. A fonte de laser de 1.060 nm 46 é opticamente acoplada na fibra óptica 8a no interior do tanque de combustível 2 através do acoplador de fibra óptica 1x6 30. O sinal óptico de espalhamento do combustível que ocupa o espaço acima da membrana de GaAs 12 passa através da membrana, entra na extremidade distai da fibra óptica 8a e, então, é acoplado no espectrômetro Raman 48 através do acoplador de fibra óptica 1 x 6 30.

[0057] A figura 8 é um diagrama que demonstra o princípio inerente ao método de percepção da composição química do combustível empregado pelo sistema sensor de combustível de fibra óptica esquematicamente representado na figura 7, método este que usa uma membrana fotônica de GaAs 12 e a técnica de Raman. O feixe de laser de 1.060 nm que é acoplado na fibra óptica 8a é transparente para a membrana de GaAs 12 (da forma indicada pela seta tracejada que aponta para cima na figura 8). Isto é devido à maior interstício de banda de GaAs, se comparada como a energia de fóton do feixe de laser de 1.060 nm. Tirando vantagem da transparência de GaAs para luz coerente de 1.060 nm, o feixe de laser de 1.060 nm passa através da membrana de GaAs 12 e para o interior do espaço acima da membrana, que é ocupado pelo combustível. Os fótons de 1.060 nm excitam os elétrons nas moléculas de combustível até estados de vibração superiores. A medida que estes elétrons excitados relaxam para seus respectivos estados básicos, eles emitem fótons que têm menos energia que o fóton absorvido, produzindo um deslocamento no comprimento de onda a partir do comprimento de onda da fonte de 1.060. Esta diferença de energia é o bem conhecido deslocamento de Stokes do material que é excitado. Diferentes moléculas têm diferentes deslocamentos de Stokes, propriedade esta que pode ser usada para determinar a composição química do combustível. A composição química em diferentes tempos pode ser comparada para indicar mudanças na estrutura molecular do combustível. O monitoramento da estrutura molecular do combustível é muito importante para a garantia da qualidade do combustível. O sinal de espalhamento Raman é acoplado através da membrana de GaAs 12 de volta na fibra óptica 8a no interior do tanque de combustível 2 e, então, no espectrômetro Raman 48 no exterior do tanque de combustível 2. O espectrômetro Raman 48, então, analisa o espectro de luz retomado a partir do combustível e transmite uma "assinatura" Raman que contém informação que representa a intensidade de sinal em função do número de onda. O espectrômetro Raman 48 transmite estas assinaturas para o sistema de computador 42, que é programado para comparar assinaturas Raman de chegada com uma assinatura Raman de referência, determinar os respectivos deslocamentos nos comprimentos de onda de pico manifestados na assinatura Raman de chegada e, então, identificar todas as mudanças na composição química do combustível com base nestes deslocamentos no comprimento de onda de pico.

[0058] A figura 9 é um gráfico que mostra deslocamentos na intensidade de sinal de pico em função do número de onda detectado pelo espectro metro Raman 48. Estes deslocamentos nas intensidades do sinal de pico indicam mudanças na composição química do combustível. No exemplo mostrado na figura 9, uma assinatura Raman (indicada como a "Assinatura de Referência" na figura 9) representa o espectro Raman para combustível com uma composição química inicial. A outra assinatura Raman na figura 9 representa o espectro Raman para combustível com uma composição química que desvia da composição química inicial representada pela primeira assinatura Raman. Respectivos deslocamentos nos comprimentos de onda de pico são indicados por Αλί, Δλ2 e Δλ3 na figura 9. Estes deslocamentos indicam que uma mudança na composição química do combustível ocorreu.

[0059] O sistema de computador 42 monitora a fonte de laser de 1.060 nm 46 para constante energia de saída em relação à temperatura operacional da aeronave, e ele também monitora a operação do espectrômetro Raman 48 para calibração, detecção e medição.

[0060] O acoplador óptico 28 e as fibras ópticas 8c até 8f representadas na figura 1 formam uma rede óptica. Similarmente, o acoplador óptico 30 e as fibras ópticas 8c até 8h representados na figura 7 formam uma rede óptica.

[0061] O sensor de fibra óptica supradescrito usa fibras ópticas, componentes ópticos e equipamento de medição comprovados e qualificados. Nenhuma percepção e medição de capacitância são exigidas; o sensor não tem operação eletrônica ativa no interior do tanque de combustível. Nenhuma blindagem / ligação / aterramento da fiação do sinal é exigida. Não há possibilidade de ignição do combustível. O sensor não é afligido com complicações devido a capacitância / indutância desgarrada da fiação. Em decorrência de uso dos sensores de combustível ópticos para medir níveis de combustível, o peso e o custo de uma aeronave podem ser reduzidos. Também, a fibra óptica de percepção não fica exposta ou em contato com o combustível.

[0062] Cada fibra óptica é uma fibra flexível, opticamente transparente ou translúcida feita de vidro ou plástico extrusados. Ela pode funcionar como um guia de onda ou tubo de luz para transmitir luz entre as duas extremidades da fibra. Fibras ópticas tipicamente incluem um núcleo transparente ou translúcido com um índice de refração relativamente mais alto circundado por um material de revestimento transparente ou translúcido com um índice de refração relativamente mais baixo. Luz é mantida no núcleo por reflexo interno total. Isto faz com que a fibra óptica aja como um guia de onda.

[0063] O sistema de computador 42 pode compreender um ou mais microprocessadores dedicados ou um ou mais computadores de uso geral, e pode calcular o nível medido (isto é, altura) do combustível pelo uso de uma tabela de busca, uma curva de calibração, ou pela resolução de equações, conforme apropriado. Um medidor de combustível (não mostrado nos desenhos) exibido na cabine de pilotagem pode ser controlado para indicar a quantidade de combustível presente no tanque de combustível com base nos dados da espectrometria recebidos pelo sistema de computador 42.

[0064] O sistema de computador 42 pode ser um computador ou parte de um sistema de controle voo localizado em uma aeronave. Na identificação da quantidade de combustível presente em um tanque de combustível de formato irregular, o sistema de computador 42 pode executar várias rotinas para calcular a quantidade de combustível presente com base nos dados recebidos a partir de múltiplas membranas de GaAs apropriadamente colocadas em vários compartimentos do tanque de combustível. O software de processamento de informação de combustível pode incluir rotinas que levam em consideração a forma do tanque de combustível para determinar a quantidade de combustível restante no tanque de combustível. O software de processamento de informação de combustível pode incluir adicionalmente rotinas para processos de calibração para formar um padrão de referência antes de um primeiro uso ou para manter a precisão das leituras de combustível. As leituras providas pelo sistema de computador 42 para o medidor de combustível podem ser integradas ou ponderadas antes da apresentação e podem ser providas em diferentes intervalos de tempo.

[0065] No exemplo mostrado nas figuras 1 e 7, fibras ópticas são usadas para medir o nível de combustível em um tanque de combustível. Em outros exemplos, o mesmo aparelho pode ser usado para detectar outros líquidos. Por exemplo, o sistema supradescrito pode ser usado para detectar a presença de água em um contêiner ou fluidos hidráulicos em um reservatório para um sistema hidráulico. A ilustração da detecção de combustível em um tanque de combustível é apresentada com propósitos de ilustração e não pretende-se que limite a maneira na qual os sistemas mostrados nas figuras 1 e 7 podem ser usados.

[0066] Um sistema de tanque de combustível na asa que usa sensores elétricos pode ser retroinstalado pela substituição dos sensores ópticos aqui descritos. Fiação elétrica de blindagem dupla para os sensores elétricos pode ser substituída com fibra óptica de plástico leve e flexível, eliminando o peso da fiação e dos consoles de suporte, e eliminando efeitos eletromagnéticos provenientes de relâmpago, curto-circuito e desgaste de fiação elétrica.

[0067] Adicionalmente, a descrição compreende exemplos de acordo com as seguintes cláusulas: Cláusula 1. Um sistema para armazenar um líquido, que compreende: um reservatório que compreende um invólucro; uma estrutura de definição de câmara disposta no interior do dito invólucro que divide um volume interno do dito invólucro em um compartimento de armazenamento e uma câmara que são hermeticamente vedados um em relação ao outro, a dita estrutura de definição de câmara compreendendo uma membrana com uma superfície de topo que define parcialmente o dito compartimento de armazenamento e uma superfície de fundo que define parcialmente a dita câmara, e um alojamento que suporta a dita membrana e define parcialmente a dita câmara; e uma fibra óptica com um comprimento disposto no interior da dita câmara, o dito comprimento de fibra óptica com uma extremidade distai com uma superfície que confronta a dita superfície de fundo da dita membrana com um interstício entre as mesmas, em que a dita membrana é feita de um material semicondutor que tem um interstício de banda direta.

Cláusula 2. O sistema, de acordo com a cláusula 1, em que a dita membrana é suficientemente fina para que a dita membrana seja capaz de flexionar para cima ou para baixo quando uma magnitude de uma pressão que é exercida em sua superfície de topo mudar.

Cláusula 3. O sistema, de acordo com a cláusula 2, em que a dita membrana tem uma espessura em uma faixa de 0,01 até 0,5 mm.

Cláusula 4. O sistema, de acordo com a cláusula 1, em que o dito material semicondutor é arsenieto de gálio ou fosfeto de índio.

Cláusula 5. O sistema, de acordo com a cláusula 1, em que a dita fibra óptica é uma fibra óptica de modo individual ou multimodos.

Cláusula 6. O sistema, de acordo com a cláusula 1, em que compreende adicionalmente: uma parede de suporte de filtro que circunda um espaço no interior do dito compartimento de armazenamento que sobrepõe a dita membrana; e um filtro suportado pela dita parede de suporte de filtro, o dito filtro sendo configurado para admitir líquido no interior do dito espaço, ao mesmo tempo em que exclui matéria particulada do exterior do dito espaço.

Cláusula 7. O sistema, de acordo com a cláusula 1, em que a dita interstício tem uma dimensão de maneira tal que a dita superfície de fundo da dita membrana e uma superfície confrontante da dita extremidade distai da dita fibra óptica forme uma cavidade ressonadora Fabry-Pérot.

Cláusula 8. O sistema, de acordo com a cláusula 1, em que compreende adicionalmente um conector de fibra óptica assentado em, e hermeticamente vedado em, uma abertura no dito invólucro e em uma abertura no dito alojamento, em que uma outra extremidade do dito comprimento da dita fibra óptica é acoplada no dito conector de fibra óptica.

Cláusula 9. O sistema, de acordo com a cláusula 1, em que o dito reservatório é incorporado em uma asa de uma aeronave.

Cláusula 10. O sistema, de acordo com a cláusula 1, que compreende adicionalmente: uma fonte óptica para transmitir luz; um espectrômetro para converter luz recebida em um sinal elétrico que representa uma característica da luz recebida; e um acoplador óptico que acopla opticamente a dita fonte óptica e o dito espectrômetro na dita fibra óptica.

Cláusula 11. O sistema, de acordo com a cláusula 10, que compreende adicionalmente um sistema de computador programado para computar um valor de um parâmetro do líquido contido no reservatório com base nos sinais elétricos recebidos a partir do dito espectrômetro.

Cláusula 12. O sistema, de acordo com a cláusula 11, em que o dito parâmetro é selecionado a partir do grupo que consiste em: uma temperatura do líquido, uma pressão do líquido, um nível do líquido e uma composição química do líquido.

Cláusula 13.0 sistema, de acordo com a cláusula 10, em que a dita fonte óptica é uma fonte de laser ou uma fonte de banda larga.

Cláusula 14. Um sistema para armazenar um líquido, que compreende: um tanque de armazenamento; um pacote hermeticamente vedado disposto no interior do dito tanque de armazenamento; o dito pacote hermeticamente vedado compreendendo uma membrana e um comprimento de fibra óptica, em que a dita membrana tem uma superfície de topo que é parte de uma superfície exterior do dito pacote hermeticamente vedado e uma superfície de fundo que é parte de uma superfície interior do dito pacote hermeticamente vedado, em que a dita membrana é feita de um material semicondutor que tem um interstício de banda direta, e o dito comprimento de fibra óptica tem uma extremidade distai com uma superfície que confronta a dita superfície de fundo da dita membrana com um interstício entre as mesmas; uma primeira fonte óptica para transmitir luz; um primeiro espectrômetro para converter luz recebida em um sinal elétrico que representa uma característica da luz recebida; e uma rede de fibra óptica que acopla opticamente a dita fonte óptica e o dito espectrômetro no dito comprimento de fibra óptica, a dita rede de fibra óptica compreendendo um acoplador óptico.

Cláusula 15. O sistema, de acordo com a cláusula 14, em que a dita primeira fonte óptica é uma fonte de laser e o dito primeiro espectrômetro é um espectrômetro de sondagem de temperatura, compreendendo adicionalmente um sistema de computador programado para determinar uma temperatura do líquido contido no dito tanque de armazenamento com base nos sinais elétricos recebidos a partir do dito espectrômetro de sondagem de temperatura seguinte à saída de luz da dita fonte de laser.

Cláusula 16. O sistema, de acordo com a cláusula 14, em que a dita primeira fonte óptica é uma fonte de luz de banda larga e o dito primeiro espectrômetro é um espectrômetro de percepção de pressão, compreendendo adicionalmente um sistema de computador programado para determinar uma pressão do líquido contido no dito tanque de armazenamento com base nos sinais elétricos recebidos a partir do dito espectrômetro de percepção de pressão seguinte à saída de luz da dita fonte de luz de banda larga.

Cláusula 17. O sistema, de acordo com a cláusula 14, em que a dita primeira fonte óptica é uma fonte de laser e o dito primeiro espectrômetro é um espectrômetro Raman, compreendendo adicionalmente um sistema de computador programado para determinar uma composição química do líquido contido no dito tanque de armazenamento com base nos sinais elétricos recebidos a partir do dito espectrômetro Raman seguinte à saída de luz da dita fonte de laser.

Cláusula 18. O sistema, de acordo com a cláusula 14, que compreende adicionalmente: uma segunda fonte óptica para transmitir luz, a dita segunda fonte óptica sendo opticamente acoplada no dito comprimento de fibra óptica pela dita rede de fibra óptica; um segundo espectrômetro para converter luz recebida em um sinal elétrico que representa uma característica da luz recebida, o dito segundo espectrômetro sendo opticamente acoplado no dito comprimento de fibra óptica pela dita rede de fibra óptica; e um sistema de computador programado para computar um nível do líquido contido no tanque de armazenamento com base nos sinais elétricos recebidos a partir dos ditos primeiro e segundo espectrômetros.

Cláusula 19. O sistema, de acordo com a cláusula 18, em que a dita primeira fonte óptica é uma fonte de laser e a dita segunda fonte óptica é uma fonte de banda larga, e em que o dito sistema de computador é adicionalmente programado para realizar as seguintes operações: determinar uma temperatura do líquido contido no dito tanque de armazenamento com base nos sinais elétricos recebidos a partir do dito primeiro espectrômetro; calcular uma densidade do líquido contido no dito tanque de armazenamento com base na temperatura determinada; determinar uma pressão do líquido contido no dito tanque de armazenamento com base nos sinais elétricos recebidos a partir do dito segundo espectrômetro; e calcular um nível do líquido contido no dito tanque de armazenamento com base na densidade calculada e na pressão determinada.

Cláusula 20. O sistema, de acordo com a cláusula 14, em que o dito material semicondutor é arsenieto de gálio ou fosfeto de índio.

Cláusula 21. Um método para determinar uma característica do líquido armazenado em um tanque de armazenamento, que compreende: colocar um pacote hermeticamente vedado no interior do tanque de armazenamento, o pacote hermeticamente vedado compreendendo uma membrana e um comprimento da fibra óptica, em que a membrana tem uma superfície de topo que é parte de uma superfície exterior do pacote hermeticamente vedado e uma superfície de fundo que é parte de uma superfície interior do pacote hermeticamente vedado, em que a membrana é feita de um material semicondutor que tem um interstício de banda direta, e o comprimento da fibra óptica tem uma extremidade distai com uma superfície que confronta a superfície de fundo da membrana com um interstício entre as mesmas; emitir luz a partir de uma primeira fonte óptica que entra em uma extremidade proximal da fibra óptica, sai da extremidade distai da fibra óptica e colide na superfície de fundo da membrana; guiar luz a partir da membrana que entra na extremidade distai da fibra óptica na direção de uma extremidade proximal da fibra óptica depois que a luz foi emitida pela primeira fonte óptica; medir uma primeira propriedade da luz que saiu da extremidade proximal da fibra óptica usando um primeiro espectrômetro depois que a luz foi emitida pela primeira fonte óptica; e processar eletronicamente dados emitidos pelo primeiro espectrômetro para determinar uma primeira característica do líquido disposto no interior do tanque de armazenamento e no topo da membrana.

Cláusula 22. O método, de acordo com a cláusula 21, que compreende adicionalmente: emitir luz a partir de uma segunda fonte óptica que entra em uma extremidade proximal da fibra óptica, sai da extremidade distai da fibra óptica e colide na superfície de fundo da membrana; guiar luz a partir da membrana que entra na extremidade distai da fibra óptica na direção de uma extremidade proximal da fibra óptica depois que a luz foi emitida pela segunda fonte óptica; medir uma segunda propriedade da luz que saiu da extremidade proximal da fibra óptica usando um segundo espectrômetro depois que a luz foi emitida pela segunda fonte óptica; e processar eletronicamente dados emitidos pelo segundo espectrômetro para determinar uma segunda característica do líquido disposto no interior do tanque de armazenamento e no topo da membrana.

Cláusula 23. O método, de acordo com a cláusula 22, em que a dita primeira característica é a temperatura e a dita segunda característica é a pressão, compreendendo adicionalmente: calcular uma densidade do líquido contido no tanque de armazenamento com base na temperatura determinada; e calcular um nível do líquido contido no tanque de armazenamento com base na densidade calculada e na pressão determinada.

[0068] Embora sensores de combustível ópticos com membranas feitos de material semicondutor com interstício de banda direta tenham sido descritos em relação a vários exemplos, será entendido pelos versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos das mesmas sem fugir dos preceitos aqui expostos. Além do mais, muitas modificações podem ser feitas para adaptar os conceitos e reduções à prática aqui descritos a uma situação em particular. Desta maneira, pretende-se que o assunto em questão coberto pelas reivindicações não seja limitado aos exemplos descritos.

[0069] Da forma usada nas reivindicações, o termo "sistema de computador" deve ser interpretado amplamente para abranger um sistema com pelo menos um computador ou processador, e que pode ter múltiplos computadores ou processadores que comunicam através de uma rede ou um barramento. Da forma usada na sentença precedente, os termos tanto "computador" quanto "processador" referem-se a dispositivos com uma unidade de processamento (por exemplo, uma unidade de processamento central) e alguma forma de memória (isto é, mídia legível por computador) para armazenar um programa que é legível pela unidade de processamento.

[0070] Além do mais, as reivindicações do método apresentadas a seguir não devem ser interpretadas para exigir que as etapas citadas sejam realizadas em ordem alfabética (qualquer ordenação alfabética nas reivindicações é usada exclusivamente com o propósito de referenciar etapas previamente citadas) ou na ordem na qual elas são citadas. Nem devem elas ser interpretadas para excluir quaisquer porções de duas ou mais etapas que são realizadas concorrentemente ou altemadamente.

Claims (16)

1. Sistema para armazenar um líquido, caracterizado pelo fato de que compreende: um reservatório (2) que compreende um invólucro (20, 22); uma estrutura de definição de câmara (4) disposta no interior do dito invólucro (20, 22) que divide um volume interno do dito invólucro (20, 22) em um compartimento de armazenamento (50) e uma câmara (52) que são hermeticamente vedados um do outro, a dita estrutura de definição de câmara (4) compreendendo uma membrana (12) com uma superfície de topo que define parcialmente o dito compartimento de armazenamento (50) e uma superfície de fundo que define parcialmente a dita câmara (52), e um alojamento (6) que suporta a dita membrana (12) e define parcialmente a dita câmara (52); e uma fibra óptica (8a) com um comprimento disposto no interior da dita câmara (52), o dito comprimento da fibra óptica (8a) com uma extremidade distai com uma superfície que confronta a dita superfície de fundo da dita membrana (12) com um interstício entre os mesmos, em que a dita membrana (12) é feita de um material semicondutor que tem um interstício de banda direta.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita membrana (12) é suficientemente fina para que a dita membrana 12 seja capaz de flexionar para cima ou para baixo quando uma magnitude de uma pressão que é exercida em sua superfície de topo mudar.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a dita membrana (12) tem uma espessura em uma faixa de 0,01 até 0,5 mm.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito material semicondutor é arsenieto de gálio ou fosfeto de índio.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita fibra óptica (8a) é uma fibra óptica de modo individual ou multimodos.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma parede de suporte de filtro (24) que circunda um espaço no interior do dito compartimento de armazenamento (50) que sobrepõe a dita membrana (12); e um filtro (26) suportado pela dita parede de suporte de filtro (24), o dito filtro (26) sendo configurado para admitir líquido no interior do dito espaço, ao mesmo tempo em que exclui matéria particulada do exterior do dito espaço.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita interstício tem uma dimensão de maneira tal que a dita superfície de fundo da dita membrana (12) e uma superfície confrontante da dita extremidade distai da dita fibra óptica (8a) formem uma cavidade ressonadora Fabry-Pérot.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um conector de fibra óptica (14) assentado em, e hermeticamente vedado em, uma abertura no dito invólucro (20, 22) e em uma abertura no dito alojamento (6), em que uma outra extremidade do dito comprimento da dita fibra óptica (8a) é acoplada no dito conector de fibra óptica (14).

9. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito reservatório (2) é incorporado em uma asa de uma aeronave.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma fonte óptica (32, 38 ou 46) para transmitir luz; um espectrômetro (36, 40 ou 48) para converter luz recebida em um sinal elétrico que representa uma característica da luz recebida; e um acoplador óptico (30) que acopla opticamente a dita fonte óptica (32, 38 ou 46) e o dito espectrômetro (36, 40 ou 48) na dita fibra óptica (8a).

11. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um sistema de computador (42) programado para computar um valor de um parâmetro do líquido contido no reservatório (2) com base nos sinais elétricos recebidos a partir do dito espectrômetro (36, 40 ou 48).

12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dito parâmetro é selecionado a partir do grupo que consiste em: uma temperatura do líquido, uma pressão do líquido, um nível do líquido e uma composição química do líquido.

13. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a dita fonte óptica (32, 38 ou 46) é uma fonte de laser (32 ou 46) ou uma fonte de banda larga (38).

14. Método para determinar uma característica do líquido armazenado em um tanque de armazenamento (2), caracterizado pelo fato de que compreende: colocar um pacote hermeticamente vedado (4) no interior do tanque de armazenamento (2), o pacote hermeticamente vedado (4) compreendendo uma membrana (12) e um comprimento da fibra óptica (8a), em que a membrana (12) tem uma superfície de topo que é parte de uma superfície exterior do pacote hermeticamente vedado (4) e uma superfície de fundo que é parte de uma superfície interior do pacote hermeticamente vedado (4), em que a membrana (12) é feita de um material semicondutor que tem um interstício de banda direta, e o comprimento da fibra óptica (8a) tem uma extremidade distai com uma superfície que confronta a superfície de fundo da membrana (12) com um interstício entre as mesmas; emitir luz a partir de uma primeira fonte óptica (32, 38 ou 46) que entra em uma extremidade proximal da fibra óptica (8a), sai da extremidade distai da fibra óptica (8a) e colide na superfície de fundo da membrana (12); guiar a luz proveniente da membrana (12) que entra na extremidade distai da fibra óptica (8a) na direção de uma extremidade proximal da fibra óptica (8a) depois que a luz foi emitida pela primeira fonte óptica (32, 38 ou 46); medir uma primeira propriedade da luz que saiu da extremidade proximal da fibra óptica (8a) usando um primeiro espectrômetro (36, 40 ou 48) depois que a luz foi emitida pela primeira fonte óptica (32, 38 ou 46); e processar eletronicamente os dados emitidos pelo primeiro espectrômetro (36, 40 ou 48) para determinar uma primeira característica do líquido disposto no interior do tanque de armazenamento (2) e no topo da membrana (12).

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: emitir luz a partir de uma segunda fonte óptica (32, 38 ou 46) que entra em uma extremidade proximal da fibra óptica (8a), sai da extremidade distai da fibra óptica (8a) e colide na superfície de fundo da membrana (12); guiar luz proveniente da membrana (12) que entra na extremidade distai da fibra óptica (8a) na direção de uma extremidade proximal da fibra óptica (8a) depois que a luz foi emitida pela segunda fonte óptica (32, 38 ou 46); medir uma segunda propriedade da luz que saiu da extremidade proximal da fibra óptica (8a) usando um segundo espectrômetro (36, 40 ou 48) depois que a luz foi emitida pela segunda fonte óptica (32, 38 ou 46); e processar eletronicamente dados emitidos pelo segundo espectrômetro (36, 40 ou 48) para determinar uma segunda característica do líquido disposto no interior do tanque de armazenamento (2) e no topo da membrana (12).

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a dita primeira característica é a temperatura e a dita segunda característica é a pressão, compreendendo adicionalmente: calcular uma densidade do líquido contido no tanque de armazenamento (2) com base na temperatura determinada; e calcular um nível do líquido contido no tanque de armazenamento (2) com base na densidade calculada e na pressão determinada.