CN107764367A - 使用光学传感器确定燃料箱的燃料储量的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了使用光学传感器确定燃料箱的燃料储量的系统和方法。一种示例性燃料量指示系统包括：燃料箱；光学传感器，安装在燃料箱内并且各自包括传感器芯片和当周围压力不同于传感器芯片的参考压力时偏转的膜片；光纤束，具有连接至光学传感器中的每一个以用于引导光向光学传感器中的每一个的光纤；以及处理器，连接至光纤束并用于接收光学传感器的指示相应压力的输出，并且基于光学传感器的输出确定燃料箱的燃料储量。
Description
技术领域
本公开内容总体上涉及用于确定燃料箱的燃料储量(fuel level measurement，燃料液面测量)的系统和方法，且更具体地涉及基于安装在燃料箱内的光学传感器的输出确定燃料箱的燃料储量。
背景技术
许多飞行器现今使用基于电容的燃料量指示系统，在该系统中，燃料探针包括用作电容器的两个同心管。用于探针的金属线插入燃料箱中，为配线提供冗余支撑，这增加了系统的总重量，并增加了系统的制造时间。
在操作中，当探针浸没在燃料箱中的燃料中时，电介质改变探针的电容输出。探针的输出传输到处理单元以确定燃料箱中的总燃料量。
其他类型的探针包括超声波探针来代替电容探针。超声波探针是管，探针的顶部将超声波信号发送到探针的底部。信号传播通过介质的路径(是燃料还是空气)与信号是否接触燃料表面决定燃料箱中的燃料高度。再次，这种类型的量指示系统需要燃料箱中的金属线和冗余支撑，这增加了系统重量和制造时间。
需要的是一种燃料指示系统，其提供在燃料箱中不需要金属的电磁干扰(EMI)安全系统，消除了燃料箱中的金属线并且消除了对冗余支撑的需要，并且减小系统重量和制造时间。
发明内容
在一个实例中，描述了一种系统，包括燃料箱以及安装在燃料箱内的多个光学传感器。多个光学传感器各自包括传感器芯片和当周围压力不同于传感器芯片的参考压力时偏转的膜片。系统还包括：光纤束，具有连接至多个光学传感器中的每一个的光纤，用于向多个光学传感器中的每一个引导光；以及一个或多个处理器，连接至光纤束，一个或多个处理器用于接收多个光学传感器的指示相应压力的输出，并且用于基于多个光学传感器的输出确定燃料箱的燃料储量。
在另一实例中，描述了一种飞机，包括：燃料箱，定位在飞机的机翼和机身的一个或多个中；以及多个光学传感器，安装在燃料箱内。多个光学传感器各自包括传感器芯片和当周围压力不同于传感器芯片的参考压力时偏转的膜片。飞机还包括：光纤束，具有连接至多个光学传感器中的每一个的光纤，用于向多个光学传感器中的每一个引导光；以及一个或多个处理器，连接到光纤束，用于接收多个光学传感器的指示相应压力的输出，并且用于基于多个光学传感器的输出来确定燃料箱的燃料储量，并且解释机翼的任何偏转和飞行动力学。
在另一实例中，描述了用于确定燃料箱的燃料储量的方法。该方法包括从安装在燃料箱内的多个光学传感器接收指示相应压力的输出，并且多个光学传感器各自包括传感器芯片和当周围压力不同于传感器芯片的参考压力时偏转的膜片。方法还包括由一个或多个处理器基于多个光学传感器的输出，确定燃料箱的燃料储量。
已经论述的特征、功能及优点可以在各种实例中独立地实现或者可以在其他实例中结合实现，实例的更多细节参照以下说明和附图可以看出。
附图说明
所附权利要求中阐述了被视为示例性实例的特性的新颖性特征。然而，通过参考结合附图所阅读的本公开内容的示例性实例的以下详细描述中，示例性实例以及使用的优选方式、其他目的和其描述将被充分理解，其中：
图1是根据实例的系统的框图。
图2是根据实例的示例性飞机的框图。
图3示出了根据实例的包括燃料箱的机翼的实例。
图4示出了根据实例的光学传感器中的一个的实例。
图5示出了根据实例的具有光学传感器的燃料箱的一部分。
图6示出了根据实例的具有光学传感器的燃料箱的一部分，其中燃料箱由于飞机的飞行状态而倾斜，并且在燃料箱中没有看到变形。
图7示出了根据实例的具有光学传感器的燃料箱的一部分，其中燃料箱由于飞机的飞行状态而倾斜，并且在燃料箱的顶部和底部中看到变形。
图8示出了根据实例的用于确定燃料箱的燃料储量的示例性方法的流程图。
图9示出了根据实例的与该方法一起使用的示例性方法的流程图。
图10示出了根据实例的与该方法一起使用的示例性方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图更为全面地描述所公开的实例，附图中示出了一些但并非全部公开的实例。实际上，几个不同的实例会被描述，但并不被解释为局限于本文中所阐述的实例。相反，描述这些实例以便本公开内容将是详尽的并完整的，并且将向本领域的技术人员全面传达本公开内容的范围。
在本文的实例中，描述了示例性燃料量指示系统，包括：燃料箱；安装在燃料箱内的光学传感器，各自包括传感器芯片和膜片，该膜片在周围压力不同于传感器芯片的参考压力时偏转；光纤束，具有连接至光学传感器中的每一个的光纤，用于向光学传感器中的每一个引导光；以及处理器，连接至光纤束，用于接收光学传感器的指示相应压力的输出，并且用于基于光学传感器的输出确定燃料箱的燃料储量。
现在参考图1，图示了根据实例的系统100的框图。系统100包括：燃料箱102；多个光学传感器104，安装在燃料箱102内；光纤束106，具有连接至光学传感器104中的每一个的光纤108，用于向光学传感器104中的每一个引导光；以及一个或多个处理器110，连接至光纤束106，用于接收光学传感器104的指示相应压力的输出，并且用于基于光学传感器104的输出确定燃料箱102的燃料储量。
燃料箱102可以是具有单个部分的单个燃料箱、具有多个部分的单个燃料箱或多个燃料箱。
光学传感器104各自包括传感器芯片140和当周围压力不同于传感器芯片的参考压力时偏转的膜片142，如下面参照图4更详细地描述的。在一个实例中，光学传感器104包括动态光子晶体光学压力传感器。
光纤束106包括用于传送光的光纤108。光纤108可以分别包覆有塑料层并包含在保护管中。可以使用不同类型的缆线，并将缆线一起布置在光纤束106内。光纤束106被布置成在一个位置伸入燃料箱102并且位于燃料箱102内部并且以光学传感器104的相应位置处的相应的光纤108终止。尽管图1示出了整个光纤束106位于燃料箱102内，但是光纤束106的一部分可以位于燃料箱102的外部，以连接到处理器110。
还示出了系统100包括计算设备112，该计算设备112具有处理器110，以及各自连接到通信总线122的通信接口114、数据存储器116、输出接口118和显示器120。计算设备112还可以包括使能够在计算设备112内和计算设备112与其他设备(未示出)之间通信的硬件。例如，硬件可包括传输器、接收器、以及天线。
通信接口114可以是无线接口和/或一个或多个有线接口，其允许与一个或多个网络或一个或多个远程设备进行短距离通信和远程通信。这种无线接口可以提供一种或多种无线通信协议下的通信，例如超高频(VHF)数据链路(VDL)、VDL模式2、通过VHF无线电和卫星通信(SATCOM)的飞机通信寻址和报告系统(ACARS)数字通信、蓝牙、WiFi(例如，电子和电气工程师协会(IEEE)802.11协议)、长期演进(LTE)、蜂窝通信、近场通信(NFC)和/或其他无线通信协议。这种有线接口可包括飞机数据总线，诸如航空无线电、基于合并的(ARINC)429、629或664的接口、以太网接口、通用串行总线(USB)接口或类似的接口，用于经由配线、双绞线配线、同轴电缆、光链路、光纤链路或其他物理连接与有线网络通信。因此，通信接口114可以被配置为从一个或多个设备接收输入数据，并且还可以被配置为将输出数据发送至其他设备。
数据存储器116可以包括或采用一个或多个计算机可读存储介质的形式，一个或多个计算机可读存储介质可以由处理器110读取或存取。计算机可读存储介质可以包括可与处理器110整体或部分集成的易失性和/或非易失性存储部件，诸如光学、磁性、有机或其他存储器或盘存储器。数据存储器116被看作非暂时的计算机可读介质。在一些实例中，可以使用单个物理设备(例如，一个光学、磁性、有机或其他存储器或盘存储单元)来实现数据存储器116，而在其他实例中，可以使用两个或更多个物理设备实现数据存储器116。
因此，数据存储器116是非暂时的计算机可读存储介质，并且可执行指令124存储在其上。指令124包括计算机可执行码。当指令124由处理器110执行时，使得处理器110能够执行功能。这种功能包括从光学传感器104接收指示相应压力的输出，以及基于光学传感器104的输出来确定燃料箱102的燃料储量。
处理器110可以是通用处理器或者专用处理器(例如，数字信号处理器、专用集成电路等)。处理器110可以接收来自光纤束106的输入，并且处理输入以生成存储在数据存储器116中并输出到显示器120的输出。处理器110可以被配置为执行存储在数据存储器116中的并且可执行以提供本文所述的系统100的功能的可执行指令124(例如，计算机可读程序指令)。
输出接口118还输出信息至显示器120或者也输出信息至其他部件。因此，输出接口118可以类似于通信接口114，并且也可以是无线接口(例如，传输器)或有线接口。
系统100还包括耦接或连接到光纤束106的光源126，光源126用于生成由光纤108传送的光。光源126可以包括例如单个发光二极管(LED)，或者多个LED。光源126可以连接至燃料箱102外面的光纤束106。
系统100可以包括在多个不同的运输工具中，运输工具例如包括飞机、汽车或船只。
图2是根据实例的示例性飞机130的框图。飞机130可包括系统100，但是为简单起见仅在图2中示出系统100的一部分。飞机130包括定位在飞机130的机翼132和机身134的一个或多个中的燃料箱102。在一些实例中，燃料箱102可以完全定位在机翼132内。在其他实例中，燃料箱102可以完全定位在机身134内。在另外的实例中，如图2所示，燃料箱102可以定位成一部分在机翼132内和一部分在机身134内。
图3示出了根据实例的包括燃料箱102的机翼132的实例。在图3中，燃料箱102示出为定位在机翼132中并且延伸到机翼132的尖端。燃料箱102还示出为分成多个部分。每个部分可以包括例如至少一个光学传感器104。在其他实例中，燃料箱102不包括多个部分。
返回参考图2，系统100的其他部件(例如光源126和处理器110)也可以定位在飞机130的其他地方，或者邻近燃料箱102。
处理器110连接到光纤束106，以用于接收光学传感器104的指示相应压力的输出，并且用于基于光学传感器104的输出以及考虑(account for)机翼132的任何偏转和飞行动力学来确定燃料箱102的燃料储量。在这方面，飞机130包括飞行控制系统136，该飞行控制系统136可以确定飞机130的飞行动力学，例如翻滚、俯仰和偏航，并且处理器110可以从飞行控制系统136接收与飞机130的以及由此燃料箱102的翻滚、俯仰和偏航有关的信息。
在实例中，处理器110可以执行存储在数据存储器116中的可执行指令124，以在飞机130的飞行期间实时地执行功能。这种功能可以在没有或几乎没有延迟的情况下发生，以处理从其他来源接收的或通过手动输入的附加数据。实时处理意味着处理器110在飞机130的飞行期间执行动作。实时处理可以连续地处理从光学传感器104接收的信息。换句话说，实时方面包括处理器110基本上在接收到来自光学传感器104的新的或更新的输出后立即确定燃料储量。术语“基本上”是指所述特征、参数或值不需要精确地获得，而是包括例如公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其他因素的偏差或变化，可以以不阻碍特征旨在提供的效果的量发生。
图4示出了根据实例的光学传感器104之一(示出为光学传感器104a)的实例。光学传感器104a包括传感器芯片140和膜片142，并且膜片142可以是传感器芯片140的中心部分。光纤108安装在套管144中，并且传感器芯片140使用粘合剂146安装在套管144的端面(facet)上，以便形成具有参考压力的参考压力腔148。当周围压力不同于参考压力时，传感器芯片140的膜片142发生偏转。
在一个实例中，光学传感器104a是微电机械系统(MEMS)装置，并且可以基于光的反射来测量膜片的偏转的变化。
在光学传感器104a的示例性操作中，在光纤108上向下朝向膜片142传播的光从光纤面150(例如，第一反射器)部分地反射，然后从箭头152处所示的传感器芯片140的膜片142(例如，第二反射器)部分地反射。这两个反射波干涉，并且如果第一反射器和第二反射器之间的距离是半波长的整数，则光的反射相长地干涉，并且总反射高(或高于阈值)。如果第一反射器和第二反射器之间的距离是半波长加四分之一波长的整数，则光的反射会相消地干涉，并且总反射低(或低于阈值)。如果第一反射器和第二反射器的分离在这些值之间，则总反射在高值和低值之间。因此，反射光是反射器分离的度量，反射器分离是周围压力的度量。在又一实例中，反射光的强度和不同反射之间的相位提供压力测量。可以关于压力与反射光对应来提供查找表。
在一个实例中，光学传感器104的输出包括各个膜片的反射光，并且处理器基于反射光确定相应的压力。处理器110可以参考查找表来识别对应于反射光量的测量压力。在一些实例中，可以包括光检测器或光谱仪以向处理器110提供另外的输出，以提供对确定压力有用的信息。
图5示出了根据实例的具有光学传感器104a-104b的燃料箱102的一部分。在一个实例中，燃料箱102具有顶部160、底部162以及侧面164、166、168和170，并且相应的光学传感器可以定位在侧面164-170、顶部160以及底部162中的任一个上，这取决于燃料箱102的尺寸和构造。在另一实例中，如图5所示，光学传感器104a-104b定位在侧面170上，其中光学传感器104a在侧面170上定位为靠近顶部160，光学传感器104b在侧面170上定位为靠近底部162。可以使用在燃料箱102上的许多其他不同的光学传感器布置。光学传感器104a-104b可以提供对确定燃料箱102的燃料储量有用的信息。
在图5中示出光学传感器104a-104b在燃料箱102的外部，然而，光学传感器104a-104b中的每一个的至少相应的膜片142在燃料箱102的内部，使得燃料或空气/气体接触膜片142。在图5中示出的实例中，空气/气体接触光学传感器104a并且燃料接触光学传感器104b。此外，在图5所示的实例中，可以将连接器放置在燃料箱102的表面上，以将光学传感器104a-104b中的每一个连接到燃料箱102。连接器可以是将光学传感器104a-104b插入燃料箱102中的插入件。因此，光纤束106可以连接到连接器并且在一个位置中穿入燃料箱102，以使束线在燃料箱102内部延伸并终止于每个光学传感器位置。光学传感器104可以定位在燃料箱102内和底部162处，以获得压力读数。
在其他实例中，光纤束106和光学传感器104完全定位在燃料箱102中，并且可以用粘合剂附接到燃料箱102的内表面。
为了确定燃料箱中的燃料的燃料储量，计算燃料的体积并利用燃料的密度。为了确定体积，首先确定燃料箱中的燃料的高度。光学传感器104a-104b的输出可用于确定高度。例如，当周围压力不同于传感器芯片140的参考压力时，光学传感器104a-104b的膜片142偏转，并且当燃料处于或高于光学传感器104a-104b的水平面从而接触膜片142时将发生这种情况。因此，当光学传感器104a-104b在燃料箱102中在飞行期间被浸没在燃料中或在空气中时，压力δ是明显的，并且光学传感器104a-104b的输出由于膜片142的偏转而改变。
如以下公式(1)所示，可以计算如图5所示的水平燃料箱(即，不倾斜)的高度H。
其中γfuel是燃料的比重(例如，密度×重力)，并且p1和p2是使用光学传感器104a-104b测量的压力。燃料储量包括燃料箱102中的燃料体积，并且可以通过H×W×L确定燃料的体积，其中H由上述公式(1)确定，W是燃料箱102的宽度并且L是燃料箱102的长度，如图5所示。在光学传感器104b定位在燃料箱102的底部的实例中，可以使用公式(1)来确定高度。
因此，在实例中，燃料箱102内的光学传感器104a-104b的各个位置由燃料箱102的底部162上方的高度(H)表示，并且当燃料箱水平时，处理器110基于由第一光学传感器104a和第二光学传感器104b所指示的压力差与燃料箱102中包括的燃料的比重的比率确定高度(H)。
在一个实例中，处理器110基于燃料箱102内的温度并参考密度/温度经验查找表，来确定包括在燃料箱102中的燃料的比重。燃料密度不是常量，并且基于温度的函数。例如，燃料箱102中的燃料类型是已知的，燃料的类型将在特定温度下具有已知的密度。温度传感器可以包括在燃料箱102中并且连接到处理器110，然后可以使用经验查找表来确定给定燃料温度下已知类型的燃料的密度。在燃料箱102安装在飞机130上的应用中，当飞机130在地面上时，可以选择密度/温度曲线，然后当飞机130处于飞行中时，可以使用来自温度传感器的读数在查找表中确定密度。
在另一实例中，为了确定燃料的密度并因此确定燃料的比重，处理器110可以基于以下确定燃料箱中包括的燃料的比重：(i)两个光学传感器104a-b的输出之间的差异，用于确定燃料重量的差异，以及(ii)两个光学传感器104a-b之间的已知距离，用于计算燃料的每单位体积的重量。
在又一实例中，光学传感器104a-104b可以被配置为进一步提供用于确定燃料箱102内的温度的输出。例如，通过测量两个反射光束之间的相位差，可以通过参考使相位差与温度相关的查找表再次确定温度。
在燃料箱102安装在飞机130的机翼132中的示例性应用中，在飞行期间，机翼132由于风湍流和其他飞行条件而偏转。随着机翼132的长度增加，偏转量也增加。机翼132的偏转可以引起以上计算的体积的变化。使用光学传感器104使得处理器110能够在基于所测量的压力计算燃料储量中考虑机翼偏转和飞行动力学。
图6示出了根据实例的具有光学传感器104a-104b的燃料箱102的一部分，其中燃料箱102由于飞机130的飞行状态而倾斜一翻滚角，并且在燃料箱102中没有看到变形。因此，燃料箱102转动了该翻滚角，并且流体分散在燃料箱102中。在此，如下所示，可以使用公式(2)和(3)计算高度(H)。
角度θ可以从燃料箱102或飞机130的翻滚确定，并由飞行控制系统136提供。因此，飞行控制系统136可以将角度θ输出至处理器110。一旦使用公式(3)确定高度(H)，则可以如上所述地执行体积计算。对于具有偏航和俯仰倾斜的飞机，将进行类似的计算。
因此，在一个实例中，处理器110还接收与燃料箱102的翻滚、俯仰和偏航中的一个或多个相关的信息，并且基于以下确定燃料箱102中的燃料的高度(H)：(i)由第一光学传感器104a和第二光学传感器104b指示的压力的差值与燃料箱102中包括的燃料的比重的比率，以及(ii)从与燃料箱102的翻滚、俯仰、及偏航的一个或多个相关的信息确定的燃料箱102的倾斜角度θ。
图7示出了根据实例的具有光学传感器104a-104n的燃料箱102的一部分，其中燃料箱102由于飞机130的飞行状态而倾斜，并且在燃料箱102的顶部160和底部162中看到变形。这里，如下所示，可以使用公式(4)计算燃料箱102中的燃料体积。
其中Δx＝xi-xi-1，和Δh＝hi-hi-1
在上述公式中表示为pi(x)的每个光学传感器104a-104n提供压力输出以计算该x位置处的高度hi(x)。由于飞机130和燃料箱102的倾斜，采取cosθ并且使用各个部分的测量压力离散并且求和燃料体积。此外，由于顶部160和底部162中的变形，可以使用来自所有光学传感器104a-104n的输出来考虑燃料箱102的体积变化。
因此，在实例中，处理器110基于相应的压力和燃料箱102的相应倾斜角，确定燃料箱102中在每个光学传感器104a-n的位置处的燃料的高度(H)，并且基于燃料体积的总和来确定燃料箱102的燃料储量，燃料体积的总和由于每个光学传感器104a-104n的高度(H)确定。
尽管图7所示的实例示出了定位在燃料箱的侧面170上的光学传感器104a和位于燃料箱102的底部162上的光学传感器104b-104n，但可以提供光学传感器在燃料箱102上或中的许多其他布置。当燃料箱102安装在飞机130的机翼132中时，随着机翼132偏转越多并且越柔性，可以使用更多的光学传感器提供更高精度的燃料储量。与此相反，当机翼132是刚性机翼132时，可能需要较少的光学传感器用于燃料储量的高精度。类似地，与较长的机翼相比，较短的机翼可以使用较少的光学传感器。可以使用任何数量的光学传感器，这取决于机翼的尺寸和形状。
图8示出了根据实例的用于确定燃料箱102的燃料储量的示例性方法200的流程图。图8所示的方法200呈现了可以与例如图1所示的系统100和图2所示的飞机130一起使用的方法的实例。此外，设备或系统可以用于或配置为执行图8中呈现的逻辑功能。在一些情况下，设备和/或系统的部件可以被配置为执行功能，使得部件实际上被配置和构造为(利用硬件和/或软件)以实现这种性能。在其他实例中，设备和/或系统的部件可以布置成例如当以特定方式操作时适用于、能够或适于执行功能。方法200可以包括由框202和204中的一个或多个所示出的一个或多个操作、功能或动作。尽管按顺序示出了框，但是这些框也可以并行执行，和/或以与本文所描述的不同的顺序执行。而且，基于期望的实现，多个框可以组合成更少的框，被划分成另外的框，和/或移除。
应当理解，对于本文公开的这个和其他过程和方法，流程图示出了本实例的一个可能实现方式的功能和操作。在这方面，每个框可以表示模块、段或程序代码的一部分，程序代码包括一个或多个可由处理器执行以用于实现该过程中的特定逻辑功能或步骤的指令。程序代码可以存储在任何类型的计算机可读介质或数据存储器上，例如诸如包括盘或硬盘驱动器的存储设备。此外，程序代码可以以机器可读格式编码在计算机可读存储介质上或其他非暂时性介质或制品上。计算机可读介质可包括非暂时性计算机可读介质或者存储器，例如诸如短时间段内存储数据的计算机可读介质，类似寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质还可以包括例如，非暂时性介质，诸如备用或持久的长期存储，类似只读存储器(ROM)、光盘或磁盘、压缩盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质也可以是任何其他易失性或非易失性存储系统。例如，计算机可读介质可以被认为是有形的计算机可读存储介质。
此外，图8中的每个框可以表示被线连接以在该过程中执行特定逻辑功能的电路。如本领域技术人员合理理解的那样，替代实现方式包括在本公开内容的实例的范围内，其中功能可以根据所涉及的功能不以显示或讨论的顺序执行，包括基本上同时或相反的顺序。
在框202，方法200包括从安装在燃料箱102内的多个光学传感器104接收指示相应压力的输出。多个光学传感器104各自包括传感器芯片140和当周围压力不同于传感器芯片140的参考压力时偏转的膜片142。
在一些实例中，可以接收包括温度传感器读数和飞行控制读数的额外输入，以便在燃料箱102不是水平的情况下计算燃料箱102的燃料储量。
在框204，方法200包括由处理器110基于多个光学传感器104的输出，确定燃料箱102的燃料储量。可以使用上述公式(1)至(4)来确定燃料储量。
图9示出了根据实例的与方法200一起使用的示例性方法的流程图。在框206中，功能包括基于由第一光学传感器104a和第二光学传感器104b指示的压力的差和燃料箱102中包括的燃料的比重的比率来确定燃料箱102中的燃料的高度。在该实例中，燃料箱102内的多个光学传感器104的相应位置由燃料箱102的底部162上方的高度表示。
图10示出了根据实例的与方法200一起使用的示例性方法的流程图。在框208，功能包括基于相应压力和燃料箱102的倾斜角，确定燃料箱102中在多个光学传感器104中的每一个的位置处的燃料的高度，并且在框210，功能包括基于由于多个光学传感器104的每个的高度确定的燃料体积的总和来确定燃料箱102的燃料储量。
所描述的系统100可以使用光学传感器104来替换当前燃料量指示系统(FQIS)，光学传感器104具有在燃料箱102中不需要金属的新固有EMI安全系统。例如，使用光纤束106，在燃料箱102中不需要金属线，并且不需要冗余支撑。期望在燃料箱102中消除使用铜线，并且光纤束106的使用可以这样做。这减小系统重量和制造时间。
用于飞机燃料储量的光子晶体压力传感器的示例性应用使得能够在遇到机翼偏转和飞行动力学时计算燃料储量。使用系统100的示例性益处包括满足没有引燃源要求的高精度压力测量，因为它使用完全封闭的低功率光束，与燃料没有相互作用，并且在燃料箱102中没有引燃源。与现有的电容式传感器相比，由于光学传感器104重量轻，所以系统100具有比现有的燃料计量系统重量大大减轻的潜力。
系统100可以用在诸如燃料箱的区域中，其中由于诸如热量或安全忧虑的条件导致的环境可能导致困难的工程挑战。
此外，本公开内容包括根据下列项的实例：
项1、一种系统(100)，包括：
燃料箱(102)；
多个光学传感器(104)，安装在燃料箱(102)内，其中，多个光学传感器(104)各自包括传感器芯片(140)和当周围压力与传感器芯片(140)的参考压力不同时偏转的膜片(142)；
光纤束(106)，具有连接至多个光学传感器(104)中的每一个的光纤(108)，用于向多个光学传感器(104)中的每一个引导光；以及
一个或多个处理器(110)，连接至光纤束(106)以用于接收多个光学传感器(104)的指示相应压力的输出，并且用于基于多个光学传感器(104)的输出确定燃料箱(102)的燃料储量。
项2、根据项1所述的系统(100)，其中，燃料箱(102)具有顶部(160)、底部(162)、及侧面(164-170)，并且其中，多个光学传感器(104)的中的各个传感器至少定位在侧面(164-170)和底部(162)上。
项3、根据项1所述的系统(100)，其中，随着多个光学传感器(104)浸没在燃料箱(102)中的燃料中，多个光学传感器(104)的输出改变。
项4、根据项1所述的系统(100)，其中，光纤束(106)在一个位置伸入燃料箱(102)并且定位在燃料箱(102)内部并且终止于多个光学传感器(104)的相应位置处的相应的光纤(108)。
项5、根据项1所述的系统(100)，其中，多个光学传感器(104)的输出包括各个膜片(142)反射的光，并且其中，一个或多个处理器(110)基于反射光确定相应的压力。
项6、根据项1所述的系统(100)，其中，燃料储量包括燃料箱(102)中的燃料体积。
项7、根据项1所述的系统(100)，其中，多个光学传感器(104)还提供用于确定燃料箱(102)内的温度的输出。
项8、根据项1所述的系统(100)，进一步包括光源(126)，耦接至光纤束(106)并用于生成光。
项9、根据项1所述的系统(100)，其中，燃料箱(102)内的多个光学传感器(104)的相应位置由燃料箱(102)的底部上方的高度表示，并且
其中，一个或多个处理器(110)基于由第一光学传感器(104a)和第二光学传感器(104b)指示的压力的差和燃料箱(102)中包括的燃料的比重的比率来确定燃料箱(102)中的燃料的高度。
项10、根据项1所述的系统(100)，其中，一个或多个处理器(110)基于燃料箱(102)内的温度并参考密度/温度曲线图来确定包括在燃料箱(102)中的燃料的比重。
项11、根据项1所述的系统(100)，其中，一个或多个处理器(110)基于以下确定燃料箱(102)中包括的燃料的比重：(i)用于确定燃料的重量差值的多个光学传感器(104)中的两个传感器的输出之间的差值和(ii)用于计算燃料的每单位体积的重量的两个传感器之间的已知距离。
项12、根据项1所述的系统(100)，其中，一个或多个处理器(110)进一步接收与燃料箱(102)的翻滚、俯仰、和偏航的一个或多个相关的信息，并且
其中，一个或多个处理器(110)基于以下确定燃料箱(102)中的燃料的高度：(i)第一光学传感器(104a)和第二光学传感器(104b)指示的压力的差和燃料箱(102)中包括的燃料的比重的比率和(ii)从与燃料箱(102)的翻滚、俯仰、和偏航的一个或多个相关的信息确定的燃料箱(102)的倾斜角。
项13、根据项1所述的系统(100)，其中，一个或多个处理器(110)基于相应压力和燃料箱(102)的倾斜角度来确定燃料箱(102)中在多个光学传感器(104)中的每一个的位置处的燃料的高度，并且
其中，一个或多个处理器(110)基于由于多个光学传感器(104)中的每一个的高度而确定的燃料体积的总和来确定燃料箱(102)的燃料储量。
项14、一种飞机(130)，包括：
燃料箱(102)，定位在飞机(130)的机翼(132)和机身(134)的一个或多个中。
多个光学传感器(104)，安装在燃料箱(102)内，其中，多个光学传感器(104)各自包括传感器芯片(140)和当周围压力与传感器芯片(140)的参考压力不同时偏转的膜片(142)；
光纤束(106)，具有连接至多个光学传感器(104)中的每一个的光纤(108)，用于向多个光学传感器(104)中的每一个引导光；以及
一个或多个处理器(110)，连接到光纤束(106)，用于接收多个光学传感器(104)的指示相应压力的输出，并且用于基于多个光学传感器(104)的输出并且考虑机翼的任何偏转和飞行动力学来确定燃料箱(102)的燃料储量。
项15、根据项14所述的飞机(130)，进一步包括光源(126)，耦接至光纤束(106)以用于生成光。
项16、根据项14所述的飞机(130)，其中，燃料箱(102)内的多个光学传感器(104)的相应位置由燃料箱(102)的底部(162)上方的高度表示，并且
其中，一个或多个处理器(110)基于由第一光学传感器(104a)和第二光学传感器(104b)指示的压力的差和燃料箱(102)中包括的燃料的比重的比率来确定燃料箱(102)中的燃料的高度。
项17、根据项14所述的飞机(130)，其中，一个或多个处理器(110)基于相应压力和燃料箱(102)由于飞行动力学的倾斜角度来确定燃料箱(102)中的多个光学传感器(104)中的每一个的位置处的燃料的高度，并且
其中，一个或多个处理器(110)基于由于多个光学传感器(104)中的每一个的高度而确定的燃料体积的总和来确定燃料箱(102)的燃料储量。
项18、一种用于确定燃料箱(102)的燃料储量的方法(200)，包括：
从安装在燃料箱(102)内的多个光学传感器(104)接收(202)指示相应的压力的输出，其中，多个光学传感器(104)各自包括传感器芯片(140)和当周围压力与传感器芯片(140)的参考压力不同时偏转的膜片(142)；并且
由一个或多个处理器(110)基于多个光学传感器(104)的输出，确定(204)燃料箱(102)的燃料储量。
项19、根据项18所述的方法，其中，燃料箱(102)内的多个光学传感器(104)的相应位置由燃料箱(102)的底部(162)上方的高度表示，并且方法进一步包括：
基于由第一光学传感器(104a)和第二光学传感器(104b)指示的压力的差和燃料箱(102)中包括的燃料的比重的比率来确定(206)燃料箱(102)中的燃料的高度。
项20、根据项18所述的方法，进一步包括：
基于相应压力和燃料箱(102)的倾斜角确定(208)燃料箱(102)中的多个光学传感器(104)中的每一个的位置处的燃料的高度；并且
基于由于多个光学传感器(104)的每个的高度确定的燃料的体积总和确定(210)燃料箱(102)的燃料储量。
对不同的有利布置的描述是为了示出和描述的目的而呈现，且不旨在详尽或局限于以所公开的形式的实例。对于本领域的普通技术人员，许多修改和变化将是明显的。此外，与其他有利的实例相比，不同的有利实例可以描述不同的优点。所选择的一个或多个实例是为了更好地说明该实例的原理、实际应用、以及能够使本领域的普通技术人员了解本公开内容中适合所考虑的特定用途的具有各种变化的各种实例而被选择和描述的。
Claims (15)
1.一种用于确定燃料箱(102)的燃料储量的系统，包括：
燃料箱(102)；
多个光学传感器(104)，安装在所述燃料箱(102)内，其中，所述多个光学传感器(104)各自包括传感器芯片(140)和当周围压力与所述传感器芯片(140)的参考压力不同时偏转的膜片(142)；
光纤束(106)，具有连接至所述多个光学传感器(104)中的每一个的光纤(108)，用于向所述多个光学传感器(104)中的每一个引导光；以及
一个或多个处理器(110)，连接至所述光纤束(106)，以用于接收所述多个光学传感器(104)的指示相应压力的输出并且用于基于所述多个光学传感器(104)的输出确定所述燃料箱(102)的燃料储量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述燃料箱(102)具有顶部(160)、底部(162)及侧面(164-170)，并且其中，所述多个光学传感器(104)中的各个传感器至少定位在所述侧面(164-170)和所述底部(162)上，并且当所述多个光学传感器(104)浸没在所述燃料箱(102)中的燃料中时，所述多个光学传感器(104)的输出改变。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述光纤束(106)在一个位置伸入所述燃料箱(102)并且定位在所述燃料箱(102)内并且以所述多个光学传感器(104)的相应位置处的相应的光纤(108)终止。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述多个光学传感器(104)的输出包括自相应膜片(142)反射的光，并且其中，所述一个或多个处理器(110)基于反射的光确定相应的压力。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述燃料储量包括所述燃料箱(102)中的燃料体积，并且所述多个光学传感器(104)进一步提供用于确定所述燃料箱(102)内的温度的输出。
6.根据权利要求1或2所述的系统，进一步包括光源(126)，耦接至所述光纤束(106)，所述光源(126)用于生成所述光。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述燃料箱(102)内的所述多个光学传感器(104)的相应位置由所述燃料箱(102)的底部上方的高度表示，并且
其中，所述一个或多个处理器(110)基于由第一光学传感器(104a)和第二光学传感器(104b)指示的压力的差与所述燃料箱(102)中包括的燃料的比重的比率，来确定所述燃料箱(102)中的燃料的高度。
8.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述一个或多个处理器(110)基于所述燃料箱(102)内的温度并参考密度/温度曲线图，来确定包括在所述燃料箱(102)中的燃料的比重。
9.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述一个或多个处理器(110)基于以下来确定所述燃料箱(102)中包括的燃料的比重：(i)所述多个光学传感器(104)中的两个传感器的输出之间的差值，用于确定燃料的重量差值；以及(ii)所述两个传感器之间的已知距离，用于计算燃料的每单位体积的重量。
10.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述一个或多个处理器(110)进一步接收与所述燃料箱(102)的翻滚、俯仰和偏航中的一个或多个相关的信息，并且
其中，所述一个或多个处理器(110)基于以下确定所述燃料箱(102)中的燃料的高度：(i)第一光学传感器(104a)和第二光学传感器(104b)指示的压力的差与所述燃料箱(102)中包括的燃料的比重的比率；以及(ii)从与所述燃料箱(102)的翻滚、俯仰和偏航中的一个或多个相关的信息确定的所述燃料箱(102)的倾斜角。
11.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述一个或多个处理器(110)基于相应压力和所述燃料箱(102)的倾斜角，来确定所述燃料箱(102)中的燃料在所述多个光学传感器(104)中的每一个的位置处的高度，并且
其中，所述一个或多个处理器(110)基于由针对所述多个光学传感器(104)中的每一个的高度而确定的燃料体积的总和，来确定所述燃料箱(102)的燃料储量。
12.一种飞机，包括：
燃料箱(102)，定位在飞机(130)的机翼(132)和机身(134)的一个或多个中；
多个光学传感器(104)，安装在所述燃料箱(102)内，其中，所述多个光学传感器(104)各自包括传感器芯片(140)和当周围压力与所述传感器芯片(140)的参考压力不同时偏转的膜片(142)；
光纤束(106)，具有连接至所述多个光学传感器(104)中的每一个的光纤(108)，以用于向所述多个光学传感器(104)中的每一个引导光；以及
一个或多个处理器(110)，连接到所述光纤束(106)，以用于接收所述多个光学传感器(104)的指示相应压力的输出，并且用于基于所述多个光学传感器(104)的输出并且考虑所述机翼的任何偏转和飞行动力学来确定所述燃料箱(102)的燃料储量。
13.一种用于确定燃料箱(102)的燃料储量的方法，包括：
从安装在燃料箱(102)内的多个光学传感器(104)接收(202)指示相应压力的输出，其中，所述多个光学传感器(104)各自包括传感器芯片(140)和当周围压力与所述传感器芯片(140)的参考压力不同时偏转的膜片(142)；并且
由一个或多个处理器(110)基于所述多个光学传感器(104)的输出，确定(204)所述燃料箱(102)的燃料储量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述燃料箱(102)内的所述多个光学传感器(104)的相应位置由所述燃料箱(102)的底部(162)上方的高度表示，并且所述方法进一步包括：
基于由第一光学传感器(104a)和第二光学传感器(104b)指示的压力的差与所述燃料箱(102)中包括的燃料的比重的比率，来确定(206)所述燃料箱(102)中的燃料的高度。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
基于相应压力和所述燃料箱(102)的倾斜角确定(208)所述燃料箱(102)中的燃料在所述多个光学传感器(104)中的每一个的位置处的高度；并且
基于由针对所述多个光学传感器(104)的每个的高度确定的燃料的体积总和，确定(210)所述燃料箱(102)的燃料储量。
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