CN108072596A - 基于高灵敏度光纤的检测 - Google Patents

Abstract

一种用于测量预定区域内的一个或多个状况的检测系统包括纤维束，所述纤维束具有用于传输光的至少一根光纤电缆。所述至少一根光纤电缆限定被布置来测量所述状况的节点。所述节点被布置成使得由邻近所述节点的大气散射的光由所述光纤电缆的至少一根芯以相对于传输通过所述节点的光的至少一个散射角度接收。控制系统可操作地联接至所述纤维束，使得与所述节点相关联的散射光传输至所述控制系统。所述控制系统分析所述散射光以确定所述节点处的所述一个或多个状况的存在和量值中的至少一个。

Description

基于高灵敏度光纤的检测

背景

本公开的实施方案总体上涉及用于检测预定义空间内的状况的系统，并且更具体来说，涉及光纤检测系统。

常规光电烟尘检测系统通过利用光检测烟尘或其他空气传播的污染物的存在来操作。在颗粒的阈值水平的检测时，可启动警报或诸如通知信号的其他信号并且可引发灭火系统的操作。贯穿说明书，术语警报将用来指示检测的这些可能结果。

烟尘检测系统对从并非危险的源生成的警报敏感。作为一个实例，烟尘检测系统附近或内侧的无害颗粒的存在产生假警报状况。颗粒可包括不燃或可燃材料，所述不燃或可燃材料在检测器内产生模仿烟尘的状况。烟尘检测系统区别烟尘与无害源的能力减少假警报。

烟尘检测系统利用各向异性的光散射来减少假警报。各向异性的光散射导致光子数目就角度而言不一致地从所述光子的原始方向重新定向。在实践中，这可利用被布置并且定向成使得多于一个角度被利用于警报状况的确定的光电检测器和光源的组合来实现。

当前航空规则FAR 25.858不仅要求航空器货舱中的火的检测，而且要求在一分钟内向航空器的全体机务人员提供可见指示。然而，大小上小得多、在关键位置中或在当前未保护的区域中的火具有风险。早期可靠检测将允许对火的较好控制。火检测系统的较高灵敏度使较早检测实现，但是增加假警报的风险。用于点传感器和抽气系统的信号处理和传感器设计中的进步已通过合并温度和烟尘检测减少了扰乱性警报。然而，这些系统的大小和复杂性使传感限于飞机的较大部分。

概述

根据第一实施方案，用于测量预定区域内的一个或多个状况的检测系统包括纤维束，所述纤维束具有用于传输光的至少一根光纤电缆。所述至少一根光纤电缆限定被布置来测量所述状况的节点。所述节点被布置成使得由邻近所述节点的大气散射的光由所述光纤电缆的至少一根芯并且以相对于传输通过所述节点的光的至少一个散射角度接收。控制系统可操作地联接至所述纤维束，使得与所述节点相关联的散射光传输至所述控制系统。所述控制系统分析所述散射光以确定所述节点处的所述一个或多个状况的存在和量值中的至少一个。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中包括光敏装置，其中所述光敏装置可操作地联接至控制单元和至少一根芯。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中所述光敏装置将与所述节点相关联的所述散射光转换成可由所述控制单元接收的信号。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中所述光敏装置为光电二极管。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中包括用于将光传输至节点的光源。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中所述光源为激光二极管。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中所述光源可操作地联接至所述控制单元和所述至少一根芯。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中还包括邻近所述节点安置的光模具，所述至少一根芯可操作地联接至所述光模具以光学地维持所述传输光相对于所述散射光的取向。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中包括所述光模具，所述光模具邻近所述节点安置，以选择性地从指示一个或多个状况的存在的一个或多个散射角度接收散射光。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中所述至少一根芯还包括与节点相关联的用于传输和接收光的多根芯。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中所述预定区域为航空器的一部分。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中所述状况为所述预定区域中的烟尘的存在。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中所述光纤电缆的所述至少一根光纤芯还包括第一光纤芯和第二光纤芯。所述第一光纤芯以相对于传输通过所述节点的所述光的第一散射角度接收所述散射光，并且所述第二光纤芯以相对于传输通过所述节点的所述光的第二散射角度接收所述散射光，所述第一散射角度不同于所述第二散射角度。

根据一个实施方案，测量预定区域内的状况的方法包括沿纤维束传输光并将其传输通过所述纤维束的光纤电缆的节点。所述节点被布置来测量所述一个或多个状况。与所述节点相关联的散射光以相对于传输通过所述至少一节点的光的至少一个散射角度被接收。对应于与所述节点相关联的所述散射光的信号被传达至控制单元，并且所述信号被分析来确定所述预定区域内的所述一个或多个状况的存在和量值中的至少一个。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中所述散射光通过以所述至少一个散射角度布置的至少一根光纤芯被接收。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中确定所述一个或多个状况的存在和量值中的至少一个包括使用与多个散射角度相关联的所述信号的互相关评估所述信号。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中确定所述一个或多个状况的存在和量值中的至少一个包括使用与多个散射角度相关联的所述信号的比率评估所述信号。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中可操作地联接至所述控制单元的至少一个光敏装置被配置来在将所述信号传达至所述控制单元之前将与所述至少一节点相关联的所述散射光转换成电信号。

除以上所描述的特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在进一步实施方案中所述一个或多个状况包括所述预定区域中的烟尘的存在。

附图简述

在说明书结束时的权利要求书中具体指出了并且明确地要求了被视为本公开的主题。本公开的先前和其他特征和优点自结合附图进行的以下详细描述显而易见，在附图中：

图1为根据一个实施方案的检测系统的示意图；

图1A为根据一个实施方案的在检测系统的节点处的光传输的示意图；

图2A为根据另一个实施方案的检测系统的示意图；

图2B为根据另一个实施方案的检测系统的示意图；

图3为根据一个实施方案的图1的纤维束的光纤节点的横截面图；

图4A为根据一个实施方案的检测系统的纤维束的侧视图；

图4B为根据一个实施方案的检测系统的纤维束的示意图；

图5为根据一个实施方案的包括多个纤维束的检测系统的示意图；

图6为根据一个实施方案的将通过检测系统监视的建筑物内的区域的透视图；

图7为根据一个实施方案的检测系统的控制系统的示意图；

图8为根据一个实施方案的包括雪崩光电二极管传感器的检测系统的另一个示意图；

图9为根据一个实施方案的操作检测系统的方法；

图10为根据一个实施方案的用于评估通过光敏感装置生成的信号的过程流的示意图；

图11A和图11B为例示根据一个实施方案的针对各种预定义状况或事件随时间推移通过检测系统记录的信号的图表；

图12为根据一个实施方案的光纤分支的横截面示意图；并且

图13为根据一个实施方案的光模具的示意图。

详细描述参考附图通过实例解释了本公开的实施方案以及优点和特征。

详细描述

现在参考各图，例示了用于检测指定区域内的一个或多个状况或事件的系统20。检测系统20可能能够检测一个或多个危险状况，包括但不限于烟尘、火、温度、火焰，或多种污染物、燃烧产物，或化学品中的任一个的存在。替代地或另外，检测系统20可被配置来执行监视人、照明状况，或对象的操作。在一个实施方案中，系统20可以类似于运动传感器的方式操作，诸如用来检测例如人员、乘客或对指定区域的未授权接近的存在。将光纤利用于从多个角度散射的光的检测使检测和区别实现。本文所描述的状况和事件仅意图作为实例，并且其他适合的状况或事件在本公开的范围内。

检测系统20使用光来评估用于状况的存在的体积。在本说明书中，术语“光”意味在任何频率或电磁频谱中的频率的组合处的相干或非相干辐射。在一个实例中，光电系统使用光散射来确定环境大气中的颗粒的存在，以指示预定状况或事件的发生。在本说明书中，“散射光”可包括对入射光的振幅/强度或方向的任何变化，包括在任何/所有方向上的反射、折射、绕射、吸收，和散射。在这个实例中，将光发射至指定区域中；当光遭遇对象(例如人员、烟尘微粒，或气体分子)时，光可由于对象的折射指数与周围介质(空气)相比的差异而被散射且/或吸收。取决于对象，光可在所有不同方向上散射。通过检测通过例如对象散射的光，观察入射光的任何变化可提供关于指定区域的信息，包括确定预定状况或事件的存在。

光散射是归因于光与组成材料的原子或表面的相互作用的物理性质。用于从源发射的光的重定向的角度取决于材料组成和几何形状。光的重定向可为各向同性的，其中每一角度接收相同数量的辐射。另外，光的重定向可为各向异性的，或一定数量的光的重定向就角度而言不一致。各向异性的量取决于与材料的几何性质组合的光学性质、电子性质，和磁性性质。各向异性也是依赖频率的。在实践中，这个原理可利用于区别；一种材料与另一种材料；一个材料组与另一个材料组；或材料组合与材料组。

以其最基本形式，如图1中所示，检测系统20包括具有至少一根光纤芯的单个光纤电缆28。术语光纤电缆28包括任何形式的光纤。作为实例，光纤为由单模、多模、保偏、光子晶体纤维或中空芯的一根或多根光纤芯组成的一段电缆。节点34位于光纤电缆32的终止点处并且内在地包括于光纤电缆28的定义中。节点34安置成处于与环境大气连通中。光源36诸如例如激光二极管和光敏装置38诸如例如光电二极管联接至光纤电缆28。以下进一步详细地论述的检测系统20的控制系统50被利用来管理检测系统操作，并且可包括组件、数据获取、数据处理和数据分析的控制。

如图1A中所示，来自光源的光通过节点34传输至周围区域，示意性地例示在21处。光21与指示状况的一个或多个颗粒相互作用，示意性地例示在22处，并且被反射或传输回至节点34，示意性地例示在23处。提供至节点34的光的比较和/或从节点34反射回至光敏装置38的光的变化将指示引起光的散射的大气中的变化是否存在于邻近节点34的环境大气中。如本文所描述的散射光意图另外包括反射光、传输光，和吸收光。尽管检测系统20被描述为使用光散射来确定状况或事件，但是其中除光散射之外或代替光散射使用光遮蔽、吸收，和荧光的实施方案也在本公开的范围内。

在另一个实施方案中，检测系统20可包括多个节点34。例如，如图2A中所例示，多根光纤电缆28和对应的节点34各自与相异光敏装置38相关联。在其中单独光敏装置38与每一节点34相关联的实施方案中，如图2A中所示，可监视从每一节点34输出的信号。在预定事件或状况的检测时，将可能定位事件的位置，因为系统20内的每一节点34的位置为已知的。替代地，如图2B中所示，多根光纤电缆28可联接至单个光敏装置。

在其中单个光敏装置38被配置来从多个节点34接收散射光的实施方案中，控制系统50能够定位散射光，即，识别从所述多个节点34中的每一个接收的散射光。在一个实施方案中，控制系统50使用每一节点34的位置，具体来说与每一节点34相关联的光纤电缆28的长度和对应的飞行时间(即在光由光源36发射时与光由光敏装置38接收时之间过去的时间)，来将光信号的不同部分与连接至那个光敏装置38的各个节点34中的每一个相关联。替代地或另外，飞行时间可包括在光从节点发射时与散射光在节点处接收回时之间过去的时间。在这类实施方案中，飞行时间提供关于对象相对于节点的距离的信息。

在一个实施方案中，例示于图3中所示的光纤电缆的横截面中，两根大致上相同和平行的光传输纤维芯40、42包括于光纤电缆28中并且在节点34处终止。然而，应理解，本文也设想其中光纤电缆28包括仅单根纤维芯或超过两根芯的实施方案。光源36可联接至第一纤维芯40并且光敏装置38可联接至第二纤维芯42，例如在光纤电缆28的第一末端附近。光源36选择性地可操作以发射光，所述光沿着光纤电缆28的第一纤维芯40行进至节点34。在节点34处，发射光被逐出至邻近的大气中。光被散射并且传输回至节点34中，并经由第二纤维芯42沿纤维电缆28传输至光敏装置38。

现在参考图4A，在更复杂的实施方案中，检测系统20包括具有捆扎在一起的多根光纤电缆28的纤维束30。应注意，纤维束30也可以是仅单根光纤电缆28。在一个实施方案中，多根纤维芯40、42在一个位置处捆扎在一起以形成纤维束主干31，并且光纤电缆28的末端分离(未包括在捆扎主干中)以限定纤维束30的多个光纤分支32。如所示，所述多个纤维芯40、42分叉以形成多个单独纤维分支32，所述多个单独纤维分支中每一个终止于节点34处。在图4A和图4B的非限制实施方案中，纤维束30另外包括与纤维分支32相关联的发射器支脚33和接收器支脚35。发射器支脚33可含有来自多个纤维分支32中的每一个的第一纤维芯40并且接收器支脚35可含有来自纤维分支32中的每一个的第二纤维芯42中的全部。在发射器支脚33或接收器支脚35与节点34之间延伸的光纤芯40、42的长度在长度上可改变，使得分支32和对应的节点34沿纤维束主干31的长度布置在各种位置处。在一个实施方案中，可在制造期间或在系统20的安装时设定节点34的位置。

替代地，纤维束30可包括具有多个分支32的光纤电缆(未示出)，所述多个分支与所述光纤电缆整体地形成并且自所述光纤电缆延伸。分支32可包括仅单根光纤芯。配置，具体地说纤维束30内的节点34的间隔可为大致上等距的，或可在束30的长度上改变。在一个实施方案中，每一节点34的安置可与指定区域内的特定位置相关。

在一个实施方案中，系统20包括光模具、波导或其他分配装置39，如图12中所示。光模具39被安置，使得节点布置成处于与联接至环境大气的光模具连通中。由于节点34的安置，光经由光模具39从节点34发射。光模具39将光引导至第一位置并且以给定角度α照射大气并且在给定角位置处从大气接收光。发生的所得光散射在发射光的周边周围是不一致的。实情为，发生的散射也是依赖角度的，这使光在相对于发射光的一些方向上比其他方向更强烈地散射。

为有效地检测节点34处或附近的一个或多个状况，系统20需要能够区别来自在已知角位置处发射的光的反向散射与来自另一个角位置的光散射。为这样做，光模具39被利用来从多个角度收集光。在一个实施方案中，光模具39为其中来自节点34的反射光的信号被收集并且基于飞行时间延迟加以评估的节点34。飞行时间提供关于反向散射位置与第二角位置之间的距离的额外信息。

光模具39为使光从多个角度的收集实现的检测系统的组件。光模具39可由任何适合的材料制造，包括但不限于例如光纤、自由空间光学、模制塑胶光学或光子集成电路。另外，光模具39和节点34可整合；多根光纤芯40可在纤维分支32中捆扎在一起，使得节点34含有相对于发射光以不同角度放置的多根光纤芯。

现在参考图5，检测系统20可另外包括多个纤维束30。在所例示的非限制性实施方案中，相异光敏装置38与多个纤维束30中的每一个相关联。然而，这里也设想其中单个光敏装置38联接至多个纤维束30的实施方案。另外，单个光源36可为可操作地联接至系统20的多个纤维束30内的多根光传输纤维芯40。替代地，检测系统20可包括多个光源36，所述多个光源中的每一个联接至多个纤维束30中的一个或多个。

检测系统20可被配置来监视诸如建筑物的预定区域。检测系统20可尤其被利用于具有拥挤环境的预定区域，诸如服务器房，如例如图6中所示。每一纤维束30可与一个或多个设备行46对准，并且其中的每一节点34可位于成直接邻近行46内的塔状结构48中的一个。另外，节点可被布置以便监视特定外壳、电子装置或机械。节点34以此方式的安置允许状况以及定位的较早检测，这可限制室中的其他设备对于相同状况的暴露。在另一个应用中，检测系统20可整合至航空器中，诸如用于监视货舱、航空电子机架、厕所或航空器的对火或其他事件敏感的另一个受限区。

检测系统20的控制系统50被利用来管理检测系统操作，并且可包括组件、数据获取、数据处理和数据分析的控制。图7中所例示的控制系统50包括至少一个光敏装置38、至少一个光源36，和控制单元52，诸如具有用于将算法58实施为由处理器54执行的可执行指令的一个或多个处理器54和存储器56的计算机。指令可在任何抽象级处以任何方式存储或组织。处理器54可为任何类型的处理器，包括中央处理单元(“CPU”)、通用处理器、数字信号处理器、微控制器、特定用途集成电路(“ASIC”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)等。另外，在一些实施方案中，存储器56可包括随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)，或用于储存和支持存储器56中的处理的其他电子、光学、磁性、或任何其他计算机可读介质。除了可操作地联接至至少一个光源36和至少一个光敏装置38之外，控制单元52可与一个或多个输入/输出装置60相关联。在一个实施方案中，输入/输出装置60可包括在预定义事件或状况的检测时启动的警报或其他信号，或灭火系统。本文中应理解，如本文所使用的术语警报可指示检测的可能结果中的任何结果。

处理器54可经由连接器联接至至少一个光源36和至少一个光敏装置38。光敏装置38被配置来将从节点34接收的散射光转换成可由处理器54接收的对应信号。在一个实施方案中，由光传感装置38生成的信号为电子信号。从光传感装置38输出的信号然后被提供至控制单元52以用于使用算法处理来确定预定义状况是否存在。

由光敏装置38接收或从光敏装置38输出的信号可诸如通过比较器(未示出)放大且/或滤波，以在传达至位于节点34远处的控制单元52之前减少或消除信号内的无关信息。在这类实施方案中，信号的放大和滤波可直接在光传感装置38内发生，或替代地，可经由设置在光传感装置38与控制单元52之间的一个或多个组件发生。控制单元52可诸如通过调节例如放大器的增益、滤波器的带宽、采样速率、定时量和数据缓冲来控制光敏装置38的数据获取。

现在参考图8，在系统20的一个实施方案中，光敏装置38可包括一个或多个雪崩光电二极管(APD)传感器64。例如，APD传感器64的阵列66可与一个或多个纤维束30相关联。在一个实施方案中，传感器阵列66内的APD传感器64的数目等于或大于可操作地联接至所述传感器阵列的纤维束30的总数。然而，本文也设想其中传感器阵列66内的APD传感器64的总数小于纤维束30的总数的实施方案。

表示来自APD阵列66中的每一APD传感器64的输出的数据由交换机68周期性地采用，或替代地同时收集。数据获取67从APD收集电子信号并且使所收集信号与元数据相关联。作为一个实例，元数据可为时间、频率、位置或节点。在一个实例中，使来自APD的电子信号同步至激光调制，使得在激光于激光脉冲之后被脉冲几微秒时开始的一段时间内收集电信号。数据将由处理器54收集并且处理以确定节点34中的任何节点是否指示预定义状况或事件的发生。在一个实施方案中，收集由传感器阵列66输出的数据的仅一部分，例如来自与第一纤维束30相关联的第一APD传感器64的数据。交换机68因此被配置来顺序地从传感器阵列66中的各个APD传感器64收集信息。当从第一APD传感器64收集的数据正被处理以确定事件或状况是否已发生时，来自传感器阵列66中的第二APD 66的数据被收集并提供至处理器54以用于分析。当预定义状况或事件已自从APD传感器64中的一个收集的数据检测时，交换机68可被配置来将来自相同APD传感器64的额外信息提供至处理器54以追踪状况或事件。

检测系统20的操作方法100例示于图9中。可操作地联接至光源36的控制单元52被配置来选择性地激励光源36，如方框102中所示，并且将光发射至联接至所述光源的纤维束30，如方框104中所示。基于检测系统20的所需操作，控制单元52可改变所发射的光的强度、持续时间、重复、频率，或其他性质。当光沿至少一个光纤分支32的第一纤维芯40行进时，光中的全部或一部分在纤维束30的一个或多个节点34处发射。在方框106中，光在预定区域中散射并且经由第二纤维芯42通过光纤分支32向回传输。散射光可包括邻近节点的大气内的散射光和从光纤分支32的内部反射的散射光中的一个或多个。在方框108中，散射光传输至至少一个光传感装置38。如方框110中所示，光传感装置38响应于由每一节点34接收的散射光而生成信号，并且将那个信号提供至控制单元52以用于进一步处理。

使用由处理器54执行的算法58，评估表示由对应的节点34接收的散射光的信号中的每一个以确定节点34处的光是否指示预定义状况，诸如例如烟尘。参考图10，例示了例示用于处理由节点34中的每一个生成的信号的流程的实例的示意图。如所示，指示散射光的信号69基于信号的各个起源节点34被解析成多个信号，展示在方框70处。在所例示的非限制性实施方案中，在针对单独信号中的每一个评估脉冲特征之前从数据减去背景信号，示意性地例示在72处。通过整合、脉冲压缩和/或特征提取，展示在方框74处，可确定信号的一个或多个特性或特征(脉冲特征)。这类特征的实例包括但不限于峰值高度、由信号限定的曲线下的区域、诸如均值、方差和/或高阶矩的统计特性、时间、频率、空间和/或其组合上的相关，和如通过深入学习、字典学习和/或自适应学习等确定的经验特征。

在一个实施方案中，解析飞行时间记录并且提取特征。飞行时间记录可覆盖一段时间。例如，飞行时间记录可在0.001毫微秒至1,000,000毫微秒、0.1毫微秒至100,000毫微秒或0.1微秒至10,000微秒内记录光强度。从信号提取的特征可包括但不限于例如高度、半宽度、信号拾取时间、信号掉落时间、波群速度、整合、变化速度、均值和方差。

通过数据处理的施加，示意性地例示在方框76处，然后可通过使用例如平滑、傅里叶变换或互相关进一步处理特征。在一个实施方案中，处理后的数据然后被发送至方框78处的检测算法以确定信号是否指示对应节点34处的状况或事件的存在和/或量值。这个评估可为不识别特性与阈值之间的偏差量值的简单二进制比较。评估也可为一个或多个特性的数值函数与阈值的比较。阈值可被事前确定或可根据信号确定。根据信号的阈值的确定可称为背景学习。背景学习可通过自适应滤波、基于模型的参数估计、统计模型化等完成。在一些实施方案中，如果识别的特征中的一个不超过阈值，则不施加检测算法的剩余部分，以便减少在检测算法期间进行的总量处理。在检测算法指示状况在一个或多个节点34处的存在的事件中，可以但不需要启动警报或其他灭火系统。应理解，本文所例示并且描述的用于评估数据的过程仅意图作为一个实例，并且本文也设想包括在图中指示的步骤中的一些或全部的其他过程。

评估也可以有利地使用包括可经由深度学习技术从信号学习的那些的分类器，包括但不限于深度神经网络、卷积神经网络、递归神经网络、词典学、视觉/深度词汇口袋技术、支持向量机(SVM)、决策树、决策森林、模糊逻辑等。分类器也可以使用马尔科夫模型(Markov Model)技术、隐马尔科夫模型(HMM)、马尔科夫决策过程(MDP)、部分可观察MDP、马尔科夫决策逻辑、概率规划等加以构造。

除了单独地评估从每一节点34生成的信号之外，处理器54另外可被配置来诸如通过数据融合操作共同地评估多个信号或所述多个信号的特性以产生融合信号或融合特性。数据融合操作可提供与事件或预定状况的时间和空间进化有关的信息。因此，数据融合操作可在检测不足以单独地在节点34中的任何节点处引发警报的较低水平事件中为有用的。例如，在缓慢燃烧的火的情况下，由节点34中的每一个附近的少量烟尘单独地生成的光信号可能不足以引发警报。然而，当来自多个节点34的信号作为总体检查时，从多个节点34返回至光敏装置38的光中的增加可指示否则未被检测的事件的发生或对象的存在。在一个实施方案中，融合通过贝叶斯估计(Bayesian Estimation)执行。替代地，可使用线性或非线性联合估计技术，诸如最大似然(ML)、最大因果概率(MAP)、非线性最小平方法(NNLS)、聚类技术、支持向量机决策树和决策森林等。

如以上所例示并且描述，处理器54被配置来关于时间分析由至少一个光传感装置38生成的信号。在另一个实施方案中，检测算法可被配置来将傅里叶变换、子波变换、时空变换、Choi-Williams分布、Wigner-Ville分布等施加至信号以将信号从时间域转换至频率域。当节点34正被单独地分析时，当节点34正在数据融合期间被共同地分析时，或在两个情况下，可将这个变换施加至信号。

通过测量信号的因果关系和依赖性推断光散射与状况的量值或存在之间的关系。作为一个实例，因果关系的测量利用一个或多个信号特征作为输入，并且根据假设检验方法、前景比率、二阶导数、均值或格兰杰因果关系检验(Granger Causality Test)的计算确定一个或多个输出。类似地，一个或多个信号特征可被用作输入以评估信号的依赖性。一个或多个输出是选自相关、快速傅里叶变换系数、二阶导数或窗口的计算。状况的量值和存在然后基于因果关系和依赖性。状况的量值和存在可利用以下一个或多个评估方法加以计算：阈值、速度、变化速率或分类器。检测算法可包括利用来自计算因果关系、依赖性或两者的输出。这用来指示状况在一个或多个节点34处的存在并且引发响应。

因为烟尘的频率在诸如例如从约0.01Hz至约10Hz的小范围内改变，所以关于频率的信号的评估可以有效地并且精确地确定预定空间82内的烟尘的存在。检测算法可被配置来评估固定时间窗口中的信号以确定频率的量值或烟尘的运动的强度。因此，如果频率组件的量值超过预定阈值，则检测算法可引发指示火的存在的警报。在一个实施方案中，预定阈值为约10Hz，使得当光学烟尘频率的量值超过阈值时，烟尘存在。

在一个实施方案中，算法58被配置来基于由节点34附近的大气散射和由节点34中的一个或多个随时间推移接收的光的变化速率分辨不同的事件或状况。参考图11A和图11B，例示了关于不同事件随时间推移从节点34记录的信号的图形。图11A指示当人员步行穿过正由节点34监视的区域时由节点34接收的光信号中的变化。如曲线图中所示，人员的移动表现为具有变化的量值的梯级。表示来自闷烧火的烟尘的检测的图11B在曲线图上随时间推移表现为具有由节点34接收的光信号中的变化的加速增加的更加连续改变的信号。应理解，所例示的曲线图仅为实例。此外，可由检测系统20检测的每一预定义事件可具有与所述预定义事件相关联的一个或多个独特参数。

为减少与每一信号相关联的噪声，可调制光发射装置36，使得装置36选择性地操作来以特定图案生成已调制光。在一个实施方案中，图案内的光可在强度、宽度、频率、相位上改变，并且可包括离散脉冲或可为连续的。特定光图案可被设计以具有合意的性质，诸如与自身的特定自相关或与第二特定图案的互相关。当光以特定图案发射时，散射回至对应的光传感装置38的光应以大致上相同的图案到达。一个或多个特定和已知图案的使用通过允许系统20减少整体噪声来提供增强的处理性能。噪声的这个减少在与信号处理组合时可导致改善的信号噪声比，并且检测的假事件或状况的总数将降低。替代地或另外，可改善装置灵敏度，借此增加检测系统20的限制。类似地，通过使一个或多个第二图案互相关，可例如通过所接收信号与一个或多个第二图案的各个互相关的贝叶斯估计来分辨传输信号或反射信号的特定原因。

另外，由光源36发射的光信号的调制可通过确定关于在由节点34接收的光信号中引起散射的事件或状况的更多信息来提供改善的检测。例如，这个调制可允许系统20更容易地分辨如图11A中所示的行走穿过邻近节点的指定区域的人员与节点34邻近的闷烧火。

现在参考图12和图13，检测系统20可用来分辨烟尘与其他类型的预定状况或麻烦事。在一个实施方案中，每一节点34包括用于将光传输至邻近节点34的在纤维束30外侧的环境区域的发射芯40和用于从正由节点34监视的指定区域收集/接收散射光的多根接收芯42、44。如图12中所示，每一接收芯42、44可操作地连接至不同的光敏装置38，以便将由不同芯接收的散射光区分开。替代地，接收芯42、44为不同的长度，并且可为可操作地连接至相同光敏装置，并且由光敏装置38中的每一个接收的散射光可基于散射光的飞行时间加以区分。

尽管图12中的光纤电缆28的横截面被例示为具有用于将散射光传输回至光敏装置38的第二芯42和第三芯44，但是本文也设想具有用于接收散射光的三个或更多个芯的实施方案。另外，本文设想其中存在多根发射芯的实施方案。本文也设想其中至少一根发射芯也接收散射光的实施方案。

被配置来将散射光接收回至光敏装置38的多根芯42、44中的每一个相对于发射芯40以不同角度定向。例如，第一角度形成在发射芯40与第一接收芯42之间，并且第二角度形成在发射芯40与第二接收芯44之间。第一角度和第二角度为已知的，并且为相异的。在一个实施方案中，不同角度可通过物理上不同地定向/安置芯来实现。在另一个实施方案中，可通过使用多个节点34实现不同角度，其中不是所有节点包括发射芯40。在另一个实施方案中，如图13中所示，光模具39可用来在多个接收芯42、44处从不同散射角度接收散射光。光模具39可操作地连接至节点34，并且被配置来支持发射芯40和多个接收芯42、44，使得节点34处的多个芯40、42、44各自从所需角度接收散射光。

在这类实施方案中，由处理器54执行的算法58被配置来将与每一节点34相关联的两个信号提供至算法中。一起，处理器54被配置来使用已知角度和算法来分辨各种类型的状况，诸如气体、粉尘、水蒸汽、固体对象和烟尘。

虽然已与仅有限数目的实施方案结合地详细描述了本公开，但是应容易地理解，本公开不限于这些公开的实施方案。实情为，本发明可加以修改以合并至今未描述但与本公开的精神和范围相当的任何数目的变化、更改、置换或等效布置。另外，虽然已描述了本公开的各种实施方案，但是应理解，本公开的方面可包括所描述的实施方案中的仅一些。因此，本公开不被视为受前述描述限制，但仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (15)

1.一种用于测量预定区域内的一个或多个状况的检测系统，其包括：

纤维束，其具有用于传输光的至少一根光纤电缆，所述至少一根光纤电缆限定被布置来测量所述状况的节点，其中所述节点被布置成使得由邻近所述节点的大气散射的光由所述光纤电缆的至少一根芯并且以相对于传输通过所述节点的光的至少一个散射角度接收；以及

控制系统，其可操作地联接至所述纤维束，使得与所述节点相关联的散射光传输至所述控制系统，其中所述控制系统分析所述散射光以确定所述节点处的所述一个或多个状况的存在和量值中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的系统，其还包括光敏装置，其中所述光敏装置可操作地联接至控制单元和所述至少一根芯。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述光敏装置将与所述节点相关联的所述散射光转换成可由所述控制单元接收的信号。

4.根据权利要求1所述的系统，其还包括用于将光传输至所述节点的光源。

5.根据权利要求1所述的系统，其还包括邻近所述节点安置的光模具，所述至少一根芯可操作地联接至所述光模具以光学地维持所述传输光相对于所述散射光的取向。

6.根据权利要求1所述的系统，其还包括所述光模具，所述光模具邻近所述节点安置，以选择性地从指示所述一个或多个状况的存在的一个或多个散射角度接收散射光。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一根芯还包括与节点相关联的用于传输和接收光的多根芯。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定区域为航空器的一部分。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述状况为所述预定区域中的烟尘的存在。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述光纤电缆的所述至少一根光纤芯还包括第一光纤芯和第二光纤芯，其中所述第一光纤芯以相对于传输通过所述节点的所述光的第一散射角度接收所述散射光，并且所述第二光纤芯以相对于传输通过所述节点的所述光的第二散射角度接收所述散射光，所述第一散射角度不同于所述第二散射角度。

11.一种测量预定区域内的状况的方法，其包括：

沿纤维束传输光并将其传输通过所述纤维束的光纤电缆的节点，所述节点被布置来测量所述一个或多个状况；

接收与所述节点相关联的散射光，所述散射光以相对于传输通过所述至少一节点的光的至少一个散射角度被接收；

将对应于与所述节点相关联的所述散射光的信号传达至控制单元；以及

分析所述信号以确定所述预定区域内的所述一个或多个状况的存在和量值中的至少一个。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述散射光通过以所述至少一个散射角度布置的至少一根光纤芯被接收。

13.根据权利要求11所述的方法，其中确定所述一个或多个状况的所述存在和所述量值中的至少一个包括使用与多个散射角度相关联的所述信号的互相关评估所述信号。

14.根据权利要求11所述的方法，其中确定所述一个或多个状况的所述存在和所述量值中的至少一个包括使用与多个散射角度相关联的所述信号的比率评估所述信号。

15.根据权利要求11所述的方法，其中可操作地联接至所述控制单元的至少一个光敏装置被配置来在将所述信号传达至所述控制单元之前将与所述至少一个节点相关联的所述散射光转换成电信号。