CN116698768A - 封闭空间中的气体检测 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气体检测领域，特别地属于飞行器机载的飞行器系统的封闭空间内部的气体检测领域。特别地，本发明提供了一种飞行器系统和一种用于通过安装在飞行器系统上的检测系统来确定飞行器系统内部的气体的存在性的方法。本发明的可能的非限制性应用是监测和/或检测布置在飞行器中的飞行器系统内部的真空泄漏或火灾。

Description

封闭空间中的气体检测
技术领域
本发明属于气体检测领域，特别地属于飞行器中机载的封闭空间内部的气体检测领域。
特别地，本发明提供了一种飞行器系统和一种用于通过安装在飞行器系统上的检测系统来确定封闭空间内部的气体的存在性的方法。本发明的可能的非限制性应用是监测和/或检测布置在飞行器中的封闭空间内部的真空泄漏或火灾。
背景技术
在用于在飞行器系统中计量和分配低温液体和/或气体的系统中，有时需要真空隔绝。例如，氢气(H2)或液态氢(LH2)流动通过的分配管是通过覆盖H2或LH2分配管的真空夹套真空隔绝的。有必要对真空隔绝的完整性进行监测，以便及时检测到可能的失效。具体地，真空夹套的失效可能导致热进入LH2分配管中，从而潜在地导致气化和压力增加，最终导致分配管所在的系统关闭。
存在几种已知的方法来监测夹套内部的真空，这些方法要么通过测量气体压力或密度来直接地进行监测，要么通过测量真空夹套的外表面的温度来间接地进行监测。一些检测技术并不是很快，比如基于温度的检测。实际上，对于足够显著地改变以至于被检测到的温度，泄漏一定是重大的或已经存在了很长时间。在直接技术中，有必要向夹套内部引入特定传感器。一些真空夹套已经并入有安装在内部的这些传感器。在任一情况下，都有必要侵入真空夹套内，并且当由于传感器的可能故障而需要更换和/或修复传感器时，必须操纵真空夹套进入内部以到达传感器。
此外，需要监测密闭空间内部(比如燃料电池包封、尤其是位于飞行器中的燃料电池包封中)的火灾或未来火灾的存在性。
为了在封闭空间中预测火灾形成或检测火灾，已知的方法是监测所述封闭空间内部的气体。这些方法可以通过检测来源于火灾的UV(紫外线)光或IR(红外)光来直接地或通过测量温度梯度来间接地监测火灾。这些技术无法提供早期检测，但暗示了与上文针对真空泄漏检测所提及的缺点相同的缺点。
由于需要正确监测密闭空间内部的真空的可能泄漏或火灾的存在性，本发明提出了一种飞行器系统，该飞行器系统设置有用于确定封闭空间内部的气体的存在性的特定检测系统。另外，本发明提供了对真空泄漏和火灾的极早期检测。
发明内容
本发明通过根据权利要求1所述的飞行器系统、根据权利要求14所述的飞行器以及根据权利要求15所述的用于确定气体的存在性的方法，提供了前述问题的解决方案。在从属权利要求中，限定了本发明的优选实施例。
在本发明的第一方面，本发明提供了一种飞行器系统，该飞行器系统包括：
外壳，该外壳限定封闭空间，以及
检测系统，该检测系统用于检测封闭空间内部的气体，该检测系统包括：
辐射源，该辐射源布置在封闭空间外部并被配置成向封闭空间中发射电磁辐射，
辐射检测器，该辐射检测器布置在封闭空间外部并被配置成从封闭空间接收电磁辐射。
本发明提供了封闭空间，该封闭空间被理解为完全封闭的、在一些实施例中气密地封闭的区域。
飞行器系统包括外壳，该外壳将所提及的封闭空间或区域封闭在外壳的内容积内。
在实施例中，该外壳是燃料电池的包封，其中，燃料电池容置在由包封限定的内容积中。
在实施例中，该外壳是分配管或箱的真空夹套并且优选地是燃料分配管或燃料箱的真空夹套，其中，燃料分配管或箱容置在由真空夹套限定的内容积中，并且燃料分配管或燃料箱与真空夹套之间存在真空。
飞行器系统还包括被配置成检测封闭空间内部的气体的检测系统。具体地，检测系统安装在封闭空间外部(即，外壳外部)，但能够与外壳的内容积相互作用。
检测系统包括均位于外壳外部的辐射源和辐射检测器。特别地，辐射源被配置成向封闭空间中发射电磁辐射，在该封闭空间中要评估气体的存在性。另一方面，辐射检测器被配置成从外壳内部(即，从封闭空间)接收电磁辐射。
即，辐射源能够向外壳的内容积中发射电磁辐射，使得如果封闭空间中存在气体分子，则气体分子将通过其与所发射的辐射的相互作用而被激发，并且这些气体分子将重新发射电磁辐射。由气体分子重新发射的电磁辐射的主要部分的波长将与由辐射源发射的电磁辐射相同(瑞利散射辐射)，但重新发射的电磁辐射的一小部分的波长将不同于由辐射源发射的电磁辐射的波长(拉曼散射辐射)。当气体分子(如果有的话)由于本发明检测系统的辐射源先前所发射的辐射而被激发时，辐射检测器检测由这些气体分子发射的电磁辐射。检测瑞利散射辐射允许确定气体的存在性。检测拉曼散射辐射允许不仅确定气体的存在性，还确定气体的组成，因为拉曼散射辐射的波长变化是气体的化学组成的特性。
外壳并且特别是其壁被配置成(外壳和其壁的至少一部分)允许电磁辐射从外壳的外部传递到内部和/或从外壳的内部传递到外部。
基于辐射检测器检测到超过设定阈值的辐射(或在未检测到超过设定阈值的辐射的情况下)，检测系统能够确定封闭空间中的气体的存在性，即，检测系统确定封闭空间中是否有气体。有利地，通过确定封闭空间中的气体的存在性，本发明检测系统允许监测和检测潜在的风险和/或失效。例如，当在燃料分配管或燃料箱的真空夹套内部检测到气体时，可以检测到真空失效。而且，当在燃料电池包封内部检测到气体时，允许对燃料电池包封内部的火灾风险的早期检测。
因此，根据本发明，适时地检测封闭燃料分配管或燃料箱的真空外壳或夹套中的真空泄漏的存在性。对真空失效的早期检测避免了燃料分配管或燃料箱内部的气化和压力增加。
此外，检测系统位于外壳外部这一事实有利地确保了，如果有必要替换和/或修理检测系统或其任何部件，则不需要侵入外壳内部(其内容积)，从而维持了真空完整性。
而且，在封闭空间中发生火灾的情况下，检测系统由外壳保护。
此外，检测系统存在于外壳外部允许更容易地制造外壳。
在实施例中，检测系统被配置成至少检测氢气、氮气和/或氧气。
在特定实施例中，辐射源被配置成发射UV辐射。
在特定实施例中，辐射检测器被配置成检测UV辐射。
UV辐射被封闭空间中存在的气体分子散射，并且因此，气体分子重新发射的辐射被UV辐射检测器检测到。UV辐射检测器被适配成检测与由封闭空间中存在的气体分子重新发射的瑞利散射辐射相对应的UV辐射。
在其他实施例中，辐射检测器被配置成仅检测波带比UV更大的辐射。实际上，由辐射源发射的UV辐射激发了封闭空间中存在的气体分子，并且由于气体分子的激发，这些气体分子重新发射各个波长的辐射。具体地，对从封闭空间重新发射的光的波长的分析允许确定封闭空间中存在的气体的组成。有利地，通过识别真空夹套中存在的气体的组成，本发明允许确定泄漏是在真空夹套外部还是来自真空夹套内的燃料分配管或箱的内部。
在特定实施例中，辐射检测器被配置成检测光辐射并且包括分光计。分光计被适配成检测与由封闭空间中存在的气体分子重新发射的拉曼散射辐射相对应的辐射。
与比如温度或压力变化等其他技术相比，分光计的使用允许检测非常少量的不合适气体，从而提供对真空泄漏和火灾的极早期检测。
在特定实施例中，检测系统包括至少一根光纤，该至少一根光纤布置成将辐射从辐射源传输至封闭空间和/或将辐射从封闭空间传输至辐射检测器。在实施例中，光纤在更靠近封闭空间的一端(即，光纤的与光纤连接至辐射源和/或辐射接收器的地方相反的一端)处包括透镜。
在检测系统中使用光纤允许将辐射从辐射源路由并导引至封闭空间和/或从封闭空间路由并导引至辐射检测器，从而有利地简化了路由约束并提供了抗电磁干扰。
在特定实施例中，至少一根光纤包括第一光纤和第二光纤。这些光纤中的一根光纤旨在将辐射从辐射源传输至封闭空间中，并且另一光纤旨在从封闭空间接收辐射并将所述辐射传输至辐射检测器。
在特定实施例中，检测系统包括：
发射光学器件，该发射光学器件被配置成将辐射从辐射源引导到封闭空间中，使得发射光学器件被适配成形成至少一个辐射束，
接收光学器件，该接收光学器件被配置成从封闭空间接收辐射，使得接收光学器件具有可以从中接收辐射的视场，
其中，发射光学器件和接收光学器件布置为使得辐射束和视场以非零角度在封闭空间内的相交区域处相交，
其中，发射光学器件和接收光学器件布置为使得相交区域不与外壳的任何部分相交。
根据这个实施例，发射光学器件和接收光学器件被定向为使得辐射进入外壳的方向和辐射从外壳进入接收光学器件的方向形成非零角度。来自发射光学器件的至少一个辐射束和接收光学器件的视场相交的区域在本文中被称为“相交区域”。发射光学器件和接收光学器件布置为使得相交区域不与外壳的任何壁或部分相交。
有利地，根据这个实施例，由来自发射光学器件的辐射束辐照的外壳部分不在接收光学器件的视场内。因此，来自从辐射源接收辐射的外壳部分的材料的瑞利发射不在接收光学器件的视场内，这允许避免或至少减少由外壳的所述材料的瑞利散射引起的噪声，从而提高了系统的灵敏度。
在实施例中，发射光学器件包括至少一个光学元件，比如一个或多个镜子或透镜。
在实施例中，发射光学器件光纤耦合至辐射源。
在实施例中，接收光学器件包括至少一个光学元件，比如一个或多个镜子或透镜。
在实施例中，接收光学器件光纤耦合至辐射检测器。
根据其中外壳是分配管或箱的真空夹套、优选地燃料分配管或燃料箱的真空夹套的实施例，封闭空间包括第一真空空间和第二真空空间，第一真空空间和第二真空空间由中间壁相互隔开；检测系统的辐射源被配置成向第一真空空间和第二真空空间中发射电磁辐射；检测系统的辐射检测器被配置成从第一真空空间内部接收电磁辐射；并且检测系统包括第二辐射检测器，该第二辐射检测器布置在封闭空间外部并被配置成从第一真空空间和第二真空空间内部接收电磁辐射。
即，外壳的封闭空间至少被分成两个区域。这两个真空空间由封闭空间中所包括的中间壁相互隔开，使得第二真空空间环绕燃料分配管或燃料箱，并且第一真空空间环绕第二真空空间。换句话说，由检测系统发射的辐射首先通过第一真空空间，并随后继续通过第二真空空间。
此外，检测系统被配置成检测这两个真空空间内部的气体。具体地，检测系统能够向第一真空空间和第二真空空间两者中发射电磁辐射。而且，两个辐射检测器的存在允许检测系统通过一个辐射检测器从第一真空空间接收电磁辐射并通过附加的辐射检测器从第一真空空间和第二真空空间接收电磁辐射。在这个意义上，中间壁被配置成仅允许电磁辐射在第二辐射检测器所处的区域中通过。在这个实施例中，检测系统包括单个辐射源，该单个辐射源被配置成向第一真空空间和第二真空空间两者中发射电磁辐射。所述电磁辐射可以使用一根或多根光纤进行导引。在另一实施例中，检测系统包括两个辐射源，即，被配置成向第一真空空间中发射电磁辐射的第一辐射源和向第一真空空间和第二真空空间两者中发射电磁辐射的第二辐射源。所述电磁辐射可以使用光纤进行导引。
每个真空空间可以具有不同的真空状态。在特定实施例中，第一真空空间具有中等真空状态，并且第二真空空间具有超高真空状态。
在其中外壳包括由中间壁相互隔开的两个真空空间的更具体的实施例中，中间壁包括中间窗口，并且检测系统被配置成穿过中间窗口向第二真空空间内部发射电磁辐射和/或从第二真空空间内部接收电磁辐射。这个中间窗口是中间壁的具有不同性质(例如，不同材料)的部分，该部分维持了外壳在中间壁处闭合的连续性，但允许辐射在第一真空空间与第二真空空间之间传递。
在特定实施例中，外壳至少包括第一窗口，检测系统被配置成通过该第一窗口向封闭空间中发射电磁辐射和/或从封闭空间内部接收电磁辐射。
该窗口对应于外壳的具有不同性质(例如，具有不同材料)的部分，该部分维持了外壳的闭合的连续性并允许辐射从检测系统朝向外壳内部以及从外壳内部朝向检测系统传递。外壳中存在至少一个窗口有助于检测系统的使用。即，这有助于辐射朝向封闭空间传递以及从封闭空间接收辐射。
辐射源和辐射检测器均被定位为使得辐射源将所发射的辐射朝向第一窗口聚焦并且辐射检测器从外部感知到通过第一窗口来自封闭空间的辐射。
在其中外壳包括由中间壁相互隔开的两个真空空间的更具体的实施例中，中间壁包括中间窗口，并且检测系统被配置成穿过第一窗口和中间窗口向第二真空空间内部发射电磁辐射和/或从第二真空空间内部接收电磁辐射。这个中间窗口是中间壁的具有不同性质(例如，不同材料)的部分，该部分维持了外壳在中间壁处闭合的连续性，但允许辐射在第一真空空间与第二真空空间之间传递。
在特定实施例中，外壳包括第一窗口和第二窗口，辐射源被配置成通过该第一窗口向封闭空间内部发射电磁辐射，辐射检测器被配置成通过该第二窗口从封闭空间内部接收电磁辐射。这个实施例提出了为检测系统的辐射源和辐射检测器提供单独的窗口。在实施例中，检测系统布置在外壳外部的方式为使得辐射源朝着外壳内部位于第一窗口前面并且辐射检测器朝着外壳内部位于第二窗口前面。
在实施例中，检测系统设置有如上文所述的发射光学器件和接收光学器件，并且外壳包括由具有中间窗口的中间壁相互隔开的两个真空空间(也如上文所述)，使得相交区域可以设置在第一真空空间或第二真空空间内。此外，这个实施例也可以与如先前的实施例中所述的至少提供第一窗口或提供第一窗口和第二窗口相结合。
在特定实施例中，外壳包括观察室，并且辐射源被配置成向观察室中发射辐射，并且辐射检测器被配置成从观察室接收辐射。
观察室将被理解为封闭空间的腔室，使得封闭空间容积与观察室容积之间有连续性。因此，可以在外壳内部流动的气体还在观察室内部流动。有利地，观察室允许检测系统在这个室周围比直接朝着箱或管有更高的可检测性且易于安装。
在特定实施例中，飞行器系统包括多个检测系统。有利地，多个检测系统的存在允许在外壳的不同地方执行气体检测。
在本发明的第二方面，本发明提供了一种飞行器，该飞行器包括根据本发明的第一方面的飞行器系统。
本发明旨在用于密闭空间内部的任何气体检测，优选地，本发明旨在用于飞行器中机载的封闭空间。
在本发明的第三方面，本发明提供了一种用于确定飞行器系统的封闭空间内部的气体的存在性的方法，其中，该飞行器系统是根据本发明的第一方面的飞行器系统，该方法包括以下步骤：
(a)由检测系统的辐射源向封闭空间中发射辐射；
(b)由检测系统的辐射检测器监测当封闭空间中存在的气体分子与由辐射源发射的辐射相互作用时由这些气体分子发射的辐射的存在性，以及
(c)基于监测到的辐射的存在性来确定封闭空间中的气体的存在性。
本发明方法旨在用于确定飞行器系统的封闭空间内部的气体的存在性，确定方式是通过检测系统对封闭空间内部进行监测。
首先，根据步骤(a)，从飞行器系统的检测系统的辐射源朝向外壳内部、特别是向外壳的封闭空间中发射辐射。如果封闭空间中存在气体，则气体分子将通过其与由辐射源发射的辐射的相互作用而被激发，并且因此，根据步骤(b)，这些气体分子将发射由检测系统的辐射检测器检测和监测到的辐射。最后，基于由辐射检测器检测到的辐射，确定封闭空间中的气体的存在性，即，确定封闭空间中是否有气体。基于检测到的光子的数量来确定封闭空间中的气体的存在性。一旦检测到的光子的数量超过设定阈值，则确定封闭空间中存在气体。由于这个设定阈值，从气体中检测到的光子可以与检测系统内的噪声或与可以由外壳发射的光子区分开来。该方法还可以包括基于检测到高于设定阈值的辐射来触发信号的步骤。
有利地，本发明方法允许在不穿透封闭空间的外壳的情况下检测封闭空间内部的气体。此外，本发明方法提供了确定外壳内部的气体的存在性的改进的且准确的技术。
本说明书(包括权利要求、描述和附图)中描述的所有特征和/或所描述的方法的所有步骤可以以任何组合进行组合，除了这些互斥的特征和/或步骤的组合。
附图说明
参考附图，鉴于本发明的详细描述，将清楚地理解本发明的这些和其他特性和优点，这些特性和优点从本发明的仅作为示例给出并且并不受其所限的优选实施例中变得显而易见。
图1此图示出了根据本发明的第一实施例的飞行器系统的示意图。
图2此图示出了根据本发明的第二实施例的飞行器系统的示意图。
图3此图示出了根据本发明的第三实施例的飞行器系统的示意图。
图4此图示出了根据本发明的第四实施例的飞行器系统的示意图。
图5此图示出了根据本发明的第五实施例的飞行器系统的示意图。
图6此图示出了根据本发明的第六实施例的飞行器系统的示意图。
图7此图示出了根据本发明的实施例的飞行器的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的飞行器系统(1)的示例性实施例。
根据图1，飞行器系统(1)包括限定封闭空间(2.1)的外壳(2)。飞行器系统(1)进一步包括用于检测封闭空间(2.1)内部的气体的检测系统(3)。检测系统(3)包括布置在外壳(2)外部并被配置成向封闭空间(2.1)中发射电磁辐射的辐射源(3.1)以及也布置在外壳(2)外部并被配置成从封闭空间(2.1)接收辐射的辐射检测器(3.2)。
在图1的实施例中，外壳(2)是封闭液态氢分配管(5)的真空夹套，其中，液态氢分配管(5)的壁(5.1)与真空夹套之间存在真空。尽管已经针对这个示例描述了用于液态氢分配管(5)的真空夹套，但这并不限制本发明，并且可以为需要维持隔绝的、处于非常低或非常高的温度下的任何流体的其他分配管或箱提供真空夹套。
在图1所示的实施例中，外壳(2)包括两个窗口，即，第一窗口(4.1)和第二窗口(4.2)。这些窗口(4.1，4.2)布置在外壳(2)结构中，从而允许检测系统(3)与外壳(2)的内部相互作用。
具体地，辐射源(3.1)放置在外壳(2)外部、朝着第一窗口(4.1)定向，以便于从辐射源(3.1)向封闭空间(2.1)中发射辐射。进一步地，辐射检测器(3.2)也放置在外壳(2)外部并朝着第二窗口(4.2)定向，以便于检测来自封闭空间(2.1)的辐射。在特定示例中，检测系统(3)的辐射源(3.1)被配置成发射波长为355nm的光以激发外壳(2)内部的气体分子，使得不同气体对这种特定波长的光做出响应。
在这个实施例中，飞行器系统(1)进一步包括观察室(2.2)，该观察室限定远离管(5)突出并容置外壳(2)的内容积的一部分的空腔或小腔室。相比于外壳的总内容积，观察室(2.2)的容积更小，并且这个室(2.2)允许检测系统(3)在室(2.2)周围比朝着管(5)有更高的可检测性且易于安装。
根据图1，第一窗口(4.1)和第二窗口(4.2)均位于观察室(2.2)中，并且检测系统(3)布置成与观察室(2.2)内部的内容积相互作用。具体地，在此实施例中，这两个窗口(4.1，4.2)放置在观察室(2.2)的同一壁中，使得辐射源(3.1)和辐射检测器(3.2)均从观察室(2.2)的同一壁或同一侧与封闭空间(2.1)相互作用。在另一示例(图上未示出)中，窗口(4.1，4.2)放置在观察室(2.2)的多个壁中，这些壁可以彼此相对。在这些示例中，每个辐射源(3.1)和辐射检测器(3.2)分别根据每一个窗口(4.1，4.2)进行布置。
在另一示例(图上未示出)中，外壳(2)包括仅一个窗口，并且辐射源和辐射检测器均放置成通过所述窗口分别发射和接收辐射。
在图1的实施例中，外壳(2)包括真空端口(2.3)，该真空端口布置在观察室(2.2)上，并且通过该真空端口在外壳(2)内部提供真空。
图2示出了包括外壳(2)(即，封闭燃料电池(未示出)的包封)的飞行器系统(1)的另一示例性实施例。飞行器系统(1)还包括如上文针对图1的实施例所描述的检测系统(3)。
在实施例中，检测系统(3)被配置成由辐射源(3.1)发射UV辐射并由辐射检测器(3.2)检测UV辐射。
在一些实施例中，辐射检测器(3.2)被配置成检测各个波长的辐射并且包括分光计。
图3示出了飞行器系统(1)的示例性实施例，该飞行器系统包括封闭液态氢管(5)(比如图1所示的实施例)的真空夹套或外壳(2)。具体地，在图3的实施例中，检测系统(3)包括用于向封闭空间(2.1)中传输UV辐射的第一光纤(6.1)和用于从封闭空间(2.1)接收辐射的第二光纤(6.2)。
图4示出了飞行器系统(1)的实施例，该飞行器系统包括封闭(如图2的实施例中那样的)燃料电池的包封或外壳(2)。在图4的实施例中，检测系统(3)包括用于向外壳的封闭空间(2.1)中传输UV辐射的第一光纤(6.1)和用于从封闭空间(2.1)接收辐射的第二光纤(6.2)。
根据图3和图4这两者，第一光纤(6.1)连接至检测系统(3)的辐射源(3.1)，使得UV辐射传输通过第一窗口(4.1)。另外，第二光纤(6.2)连接至辐射检测器(3.2)以检测通过第二窗口(4.2)来自封闭空间(2.1)的辐射。在实施例中，透镜(未示出)可以布置在这两根光纤(6.1，6.2)中的一者或两者的、分别最靠近第一窗口(4.1)或第二窗口(4.2)的一端处。
图5示出了包括封闭液态氢管(5)的真空夹套或外壳(2)的飞行器系统(1)的另一示例性实施例，其中，液态氢分配管(5)的壁(5.1)与真空夹套(2)之间存在真空。具体地，封闭空间(2.1)包括两个真空空间：具有中等真空状态的第一真空空间(2.4)和具有超高真空状态的第二真空空间(2.5)。这些真空空间(2.4，2.5)由中间壁(2.6)相互隔开并隔离。即，封闭空间(2.1)中容置有中间壁(2.6)，该中间壁将第一真空空间(2.4)与第二真空空间(2.5)隔开。而且，在这个实施例中，检测系统(3)包括两个辐射源(3.1.1，3.1.2)和两个辐射检测器(3.2.1，3.2.2)。第一辐射源(3.1.1)被配置成向第一真空空间(2.4)中发射电磁辐射，并且第二辐射源(3.1.2)被配置成向第一真空空间(2.4)和第二真空空间(2.5)中发射电磁辐射。第一辐射检测器(3.2.1)被配置用于检测第一真空空间(2.4)内部的气体，并且第二辐射检测器(3.2.2)被配置用于检测第一真空空间(2.4)和第二真空空间(2.5)内部的气体。
此外，图5所示的飞行器系统(1)进一步包括布置在外壳(2)上的两个第一窗口(4.1)。通过第一窗口(4.1)，这两个辐射源(3.1.1，3.1.2)向第一真空空间(2.4)中发射电磁辐射并且这两个辐射检测器(3.2.1，3.2.2)从第一真空空间(2.4)内部接收电磁辐射。
另外，中间壁(2.6)上布置有中间窗口(4.3)，以用于允许在第一真空空间(2.4)与第二真空空间(2.5)之间传递辐射。在这种情况下，第二辐射源(3.1.2)从外壳(2)外部向封闭空间(2.1)中发射电磁辐射，使得辐射通过第一窗口(4.1)朝向第一真空空间(2.4)并通过中间窗口(4.3)继续到达第二真空空间(2.5)。在这个特定实施例中，第一窗口(4.1)之一和中间窗口(4.3)迎着由第二辐射源(3.1.2)发射的电磁辐射的路径。当第一真空空间(2.4)和第二真空空间(2.5)两者中存在的气体分子(如果有的话)与由第二辐射源(3.1.2)发射的辐射相互作用时，所发射的这种辐射使这些气体分子激发。气体分子与所发射的辐射之间的这种相互作用引起第二辐射检测器(3.2.2)从外壳(2)外部检测到的辐射发射。即，第二辐射检测器(3.2.2)检测来自第一真空空间(2.4)和第二真空空间(2.5)内部的电磁辐射。
因此，第一辐射检测器(3.2.1)被配置成检测第一真空空间(2.4)内的气体，并且第二辐射检测器(3.2.2)被配置成检测第一真空空间(2.4)和第二真空空间(2.5)内的气体。在这个实施例中，如果第一辐射检测器(3.2.1)检测到气体的存在性，则确定中等真空丧失。相比之下，如果第二辐射检测器(3.2.2)检测到气体的存在性而第一辐射检测器(3.2.1)未检测到气体的存在性，则确定超高真空丧失。
在特定示例中，辐射检测器(3.2，3.2.1，3.2.2)中所包括的分光计使用由所激发的气体分子发射的瑞利发射(Rayleigh emission)来确定外壳(2)内部的气体的存在性。在另一示例中，辐射检测器(3.2，3.2.1，3.2.2)中所包括的分光计使用由所激发的气体分子发射的拉曼发射(Raman emission)来确定外壳(2)中所含气体的性质。确定外壳中存在的气体允许确定真空外壳的哪个壁正在泄漏。
在图5的实施例中，检测系统(3)包括用于向封闭空间(2.1)中传输UV辐射的第一光纤(6.1)和用于从封闭空间(2.1)接收辐射的第二光纤(6.2)。在其他实施例中，可以使用单根光纤来在两个方向上传输辐射。
在示例(图上未示出)中，飞行器系统(1)包括多个检测系统(3)(如上文已经描述的)，该多个检测系统沿着外壳(2)布置在多个位置处以与外壳(2)的封闭空间(2.1)相互作用。在更具体的示例中，外壳(2)包括多个观察室(2.3)，每一个观察室被用来监测和确定内部的气体的存在性。
图1、图3和图5所示的飞行器系统(1)旨在确定真空夹套或外壳(2)的封闭空间(2.1)中的气体的存在性，以检测真空泄漏。另一方面，图2和图4所示的飞行器系统(1)旨在确定燃料电池包封或外壳(2)的封闭空间(2.1)中的气体的存在性，以检测火灾的风险和/或产生。
图6示出了包括外壳(2)和检测系统的飞行器系统(1)的另一示例性实施例。在这个实施例中，检测系统包括被配置成将辐射从辐射源(3.1)引导到封闭空间(2.1)中的发射光学器件(8.1)以及被配置成从封闭空间(2.1)接收辐射的接收光学器件(8.2)。发射光学器件(8.1)被适配成形成至少一个辐射束并且可以包括一个或多个光学元件，比如透镜或镜子。接收光学器件(8.2)具有其可以从中接收辐射的视场。接收光学器件(8.2)可以包括一个或多个光学元件，比如透镜或镜子。
在图6的实施例中，发射光学器件(8.1)光纤耦合(即，经由光纤耦合)至辐射源(3.1)。而且，在这个实施例中，接收光学器件(8.2)光纤耦合至辐射检测器(3.2)。这允许远离外壳(2)地布置辐射源和辐射检测器。然而，在其他实施例中，发射光学器件(8.1)在没有光纤的情况下耦合至辐射源(3.1)，和/或接收光学器件(8.2)在没有光纤的情况下耦合至辐射检测器(3.2)。
在图6的实施例中，发射光学器件(8.1)和接收光学器件(8.2)被布置为使得来自发射光学器件(8.1)的至少一个辐射束(9.1)和接收光学器件(8.2)的视场(9.2)以形成非零角度的方式在封闭空间(2.1)内的相交区域(9.3)处相交。如图6所示，发射光学器件(8.1)和接收光学器件(8.2)被定向为使得辐射进入外壳的方向(8.1.1)和辐射从外壳(2)进入接收光学器件(8.2)的方向(8.1.2)形成非零角度。而且，在这个实施例中，来自发射光学器件(8.1)的至少一个辐射束(9.1)和接收光学器件(8.2)的视场(9.2)相交的相交区域(9.3)不包括外壳(2)的任何部分，即，相交区域(9.3)和外壳(2)不相交。
检测拉曼散射辐射允许确定气体的类型，但拉曼散射提供弱响应。另一方面，瑞利发射提供可以强10000倍的响应，从而潜在地允许对真空丧失有更大的灵敏度，但不允许确定气体的类型。这种附加灵敏度可以允许更早检测到真空完整性的丧失。然而，来自外壳材料的瑞利发射可能在检测中引入噪声，从而潜在地损害了检测真空完整性丧失的准确性。
在一些实施例中，过滤掉瑞利发射以确保仅看到拉曼发射。图6的实施例提供了提高检测灵敏度的不同方式。有利地，由于图6的实施例中的发射光学器件(8.1)和接收光学器件(8.2)的布置，相交区域(9.3)不与外壳(2)相交，并且来自外壳(2)的材料的瑞利发射不在接收光学器件(8.2)的视场内，从而使来自所述材料的瑞利发射对所执行的检测的任何潜在作用最小化。因此，使由来自外壳材料的瑞利发射引起的噪声在由辐射检测器(3.2)获得的信号中最小化。
此外，如图6所示的发射光学器件(8.1)和接收光学器件(8.2)的分离确保了来自发射光学器件(8.1)的任何瑞利发射也不会被接收光学器件(8.2)检测到。
在图6的实施例中，外壳(2)包括两个容座以用于接纳发射光学器件(8.1)和接收光学器件(8.2)。因此，在这个实施例中，辐射在不通过任何窗口的情况下进入和离开外壳。
如结合图6披露的检测系统的实施例可以结合外壳(2)的任何实施例(比如燃料电池的包封或者分配管或箱的真空夹套)来应用。
而且，如结合图6披露的检测系统的实施例可以结合外壳(2)的实施例来应用，其中，外壳包括观察室(未示出)，使得发射光学器件将辐射从辐射源引导到观察室中，并且接收光学器件从观察室接收辐射。
下文描述了用于通过在飞行器系统(1)内部进行气体检测的方式检测真空泄漏的方法。在这个示例中，飞行器系统(1)是根据图1所示的实施例的飞行器系统。
该方法包括以下步骤：
(a)由检测系统(3)的辐射源(3.1)向封闭空间(2.1)中发射UV光。
首先，辐射源(3.1)通过第一窗口(4.1)朝向容置在外壳(2)的观察室(2.3)中的封闭空间(2.1)发射UV光。
(b)由检测系统(3)的辐射检测器(3.2)监测当封闭空间(2.1)中存在的气体分子与由辐射源(3.1)发射的UV光相互作用时由气体分子发射的光的存在性。
UV光从辐射源(3.1)发射到外壳(2)的封闭空间(2.1)中引起封闭空间(2.1)中存在的气体分子(如果有的话)激发。这些气体分子的激发进而使气体分子发射光。然后，由气体分子发射的这种光被辐射检测器(3.2)通过第二窗口(4.2)从外壳(2)外部检测到。
(c)基于监测到的光的存在性来确定封闭空间(2.1)中的气体的存在性。
如果辐射检测器检测到来自封闭空间的高于设定阈值的辐射，则确定封闭空间中有气体。如果辐射检测器未检测到高于设定阈值的辐射，则确定封闭空间中没有泄漏。设定阈值是指检测到的辐射量，即检测到的光子的数量。当检测到的辐射高于设定阈值时，根据发射的光的波长，可以确定封闭空间中存在的气体的类型和/或组成。在该方法被用来检测管或箱的真空夹套中的真空泄漏的实施例中，识别封闭空间中存在的气体有助于确定泄漏所在的位置。例如，如果在真空夹套(2)内部检测到H2，则确定存在来自管(5)或箱的内部泄漏，从而指示管(5)或箱的完整性失效。在另一示例中，如果在真空夹套(2)内部检测到氮气和/或氧气，则确定存在来自环境的外部泄漏，从而指示真空夹套的完整性失效。
下文描述了用于通过在封闭空间(2.1)内部进行气体检测的方式检测火灾产生的方法。在这个示例中，飞行器系统(1)是根据图2所示的实施例的飞行器系统。这个方法包括上文示例中已经限定的步骤。
特别是对于火灾预防或检测，根据发射的光的强度以及特定波长，可以确定氧气和/或H2的浓度。在实施例中，当可燃气体的浓度超过预定义阈值时，生成警报信号，以触发系统隔离来防止火灾或制止火灾的蔓延。
下文描述了用于通过在飞行器系统内部进行气体检测的方式检测真空泄漏的方法的另一示例。在这个示例中，飞行器系统(1)是根据图5所示的实施例的飞行器系统。
该方法包括以下步骤：
(a)由检测系统(3)的第一辐射源(3.1.1)向第一真空空间(2.4)中发射UV光，并且由第二辐射源(3.1.2)向第一真空空间(2.4)和第二真空空间(2.5)中发射UV光。
第一辐射源(3.1.1)通过一个第一窗口(4.1)朝向第一真空空间(2.4)发射UV光。第二辐射源(3.1.2)通过另一个第一窗口(4.1)朝向第一真空空间(2.4)和第二真空空间(2.5)发射UV光，使得UV光首先通过第一真空空间(2.4)并随后通过中间壁(2.6)的中间窗口(4.3)到达第二真空空间(2.5)。
(b)由检测系统(3)的第一辐射检测器(3.2.1)监测当第一真空空间(2.4)中存在的气体分子与由第一辐射源(3.1.1)发射的UV光相互作用时由气体分子发射的光的存在性，和/或由第二辐射检测器(3.2.2)监测当第一真空空间(2.4)和/或第二真空空间(2.5)中存在的气体分子与由第二辐射源(3.1.2)发射的UV光相互作用时由气体分子发射的光的存在性。
UV光从第一辐射源(3.1.1)发射到第一真空空间(2.4)中引起第一真空空间(2.4)中存在的气体分子(如果有的话)激发。这些气体分子的激发进而使气体分子发射光。然后，由气体分子发射的这种光被第一辐射检测器(3.2.1)通过第一窗口(4.1)中的一个第一窗口从外壳(2)外部检测到。另外，UV光从第二辐射源(3.1.2)发射到第一真空空间(2.4)和第二真空空间(2.5)中引起第一真空空间(2.4)和/或第二真空空间(2.5)中存在的气体分子(如果有的话)激发。这些气体分子的激发进而使气体分子发射光。然后，由气体分子发射的这种光被第二辐射检测器(3.2.2)通过另一个第一窗口(4.1)从外壳(2)外部检测到。
(c)基于检测到的光来确定第一真空空间(2.4)和第二真空空间(2.5)中的任何一个中的气体的存在性。
如果第一辐射检测器(3.2.1)检测到来自第一真空空间(2.4)的高于设定阈值的辐射，则确定第一真空空间(2.4)中有气体，并且因此中等真空丧失。如果第二辐射检测器(3.2.2)检测到来自第一真空空间(2.4)和第二真空空间(2.5)中的任何一个的高于设定阈值的辐射，并且如果第一辐射检测器(3.2.1)未检测到高于设定阈值的辐射，则确定第二真空空间(2.5)中有气体，并且因此超高真空丧失。如果第一辐射检测器(3.2.1)或第二辐射检测器(3.2.2)中的任何一个都未检测到高于设定阈值的辐射，则确定第一真空空间(2.4)和第二真空空间(2.5)中的任何一个中都没有过量气体。
图7示出了根据本发明的飞行器(7)。飞行器(5)包括如针对图1至图6中的任何一个所描述的机载飞行器系统(1)。

Claims (15)

1.-一种飞行器系统(1)，包括：
外壳(2)，所述外壳限定封闭空间(2.1)，以及
检测系统(3)，所述检测系统用于检测所述封闭空间(2.1)内部的气体，所述检测系统(3)包括：
辐射源(3.1)，所述辐射源布置在所述封闭空间(2.1)外部并被配置成向所述封闭空间(2.1)中发射电磁辐射，以及
辐射检测器(3.2)，所述辐射检测器布置在所述封闭空间(2.1)外部并被配置成从所述封闭空间(2.1)接收电磁辐射。
2.-根据权利要求1所述的飞行器系统(1)，其中，所述辐射源(3.1)被配置成发射UV辐射。
3.-根据权利要求1或2中任一项所述的飞行器系统(1)，其中，所述辐射检测器(3.2)被配置成检测UV辐射。
4.-根据前述权利要求中任一项所述的飞行器系统(1)，其中，所述辐射检测器(3.2)被配置成检测光辐射并且包括分光计。
5.-根据前述权利要求中任一项所述的飞行器系统(1)，其中，所述检测系统(3)包括至少一根光纤(6.1，6.2)，所述至少一根光纤布置成将辐射从所述辐射源(3.1)传输至所述封闭空间(2.1)和/或将辐射从所述封闭空间(2.1)传输至所述辐射检测器(3.2)。
6.-根据前述权利要求中任一项所述的飞行器系统(1)，其中，所述检测系统(3)包括：
发射光学器件(8.1)，所述发射光学器件被配置成将辐射从所述辐射源(3.1)引导到所述封闭空间(2.1)中，使得所述发射光学器件(8.1)被适配成形成至少一个辐射束，
接收光学器件(8.2)，所述接收光学器件被配置成从所述封闭空间(2.1)接收辐射，使得所述接收光学器件(8.2)具有能够从中接收辐射的视场，
其中，所述发射光学器件(8.1)和所述接收光学器件(8.2)布置为使得所述辐射束和所述视场在所述封闭空间(2.1)内的相交区域处以非零角度相交，
其中，所述发射光学器件和所述接收光学器件布置为使得所述相交区域不与所述外壳的任何部分相交。
7.-根据前述权利要求中任一项所述的飞行器系统(1)，其中，所述外壳(2)是：
-燃料电池的包封；或者
-分配管或箱的真空夹套，并且优选地是燃料分配管或燃料箱的真空夹套。
8.-根据前述权利要求中任一项所述的飞行器系统(1)，其中，
所述封闭空间(2.1)包括第一真空空间(2.4)和第二真空空间(2.5)，所述第一真空空间(2.4)和所述第二真空空间(2.5)由中间壁(2.6)相互隔开；
所述检测系统(3)的辐射源(3.1.1，3.1.2)被配置成向所述第一真空空间(2.4)和所述第二真空空间(2.5)中发射电磁辐射；
所述检测系统(3)的辐射检测器(3.2.1)被配置成从所述第一真空空间(2.4)内部接收电磁辐射；并且
所述检测系统(3)进一步包括布置在所述封闭空间(2.1)外部的第二辐射检测器(3.2.2)，所述第二辐射检测器(3.2.2)被配置成从所述第一真空空间(2.4)和所述第二真空空间(2.5)内部接收电磁辐射。
9.-根据前述权利要求中任一项所述的飞行器系统(1)，其中，所述外壳(2)至少包括第一窗口(4.1)，所述检测系统(3)被配置成通过所述第一窗口向所述封闭空间(2.1)中发射电磁辐射和/或从所述封闭空间(2.1)内部接收电磁辐射。
10.-根据权利要求8和9所述的飞行器系统(1)，其中，所述中间壁(2.6)包括中间窗口(4.3)，并且所述检测系统(3)被配置成穿过所述第一窗口(4.1)和所述中间窗口(4.3)向所述第二真空空间(2.5)内部发射电磁辐射和/或从所述第二真空空间(2.5)内部接收电磁辐射。
11.-根据前述权利要求中任一项所述的飞行器系统(1)，其中，所述外壳(2)包括第一窗口(4.1)和第二窗口(4.2)，所述辐射源(3.1，3.1.1，3.1.2)被配置成通过所述第一窗口向所述封闭空间(2.1)内部发射电磁辐射，所述辐射检测器(3.2，3.2.1，3.2.2)被配置成通过所述第二窗口从所述封闭空间(2.1)内部接收电磁辐射。
12.-根据前述权利要求中任一项所述的飞行器系统(1)，其中，所述外壳(2)包括观察室(2.2)，并且其中，所述辐射源(3.1)被配置成向所述观察室(2.2)中发射辐射，并且所述辐射检测器(3.2)被配置成从所述观察室(2.2)接收辐射。
13.-根据前述权利要求中任一项所述的飞行器系统(1)，所述飞行器系统包括多个检测系统(3)。
14.-一种飞行器(7)，所述飞行器包括根据前述权利要求中任一项所述的飞行器系统(1)。
15.-一种用于确定飞行器系统(1)的封闭空间(2.1)内部的气体的存在性的方法，其中，所述飞行器系统(1)是根据权利要求1至13中任一项所述的飞行器系统，所述方法包括以下步骤：
(a)由所述检测系统(3)的辐射源(3.1)向所述封闭空间(2.1)中发射辐射；
(b)由所述检测系统(3)的辐射检测器(3.2)监测当所述封闭空间(2.1)中存在的气体分子与由所述辐射源(3.1)发射的辐射相互作用时由所述气体分子发射的辐射的存在性，以及
(c)基于监测到的辐射的存在性来确定所述封闭空间(2.1)中的气体的存在性。
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