ES2969998T3 - Sensores de temperatura de fibra óptica en un sistema de detección de humo distribuido - Google Patents

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Abstract

Un sistema de detección de humo y temperatura incluye una pluralidad de cables de fibra óptica que terminan en una pluralidad de nodos colocados para monitorear una condición de incendio o humo en uno o más espacios protegidos, y un cable de fibra óptica de detección de temperatura que tiene una pluralidad de rejillas de fibra de Bragg dispuestas a lo largo. el cable de fibra óptica de detección de temperatura. Un sistema de control está conectado operativamente a la pluralidad de cables de fibra óptica y al cable de fibra óptica de detección de temperatura. El sistema de control incluye un primer dispositivo sensible a la luz configurado para recibir una señal de luz dispersada desde la pluralidad de cables de fibra óptica, y un segundo dispositivo sensible a la luz configurado para recibir una señal de luz reflejada desde las rejillas de fibra de Bragg. El sistema de control está configurado para detectar una temperatura en las rejillas de Bragg de fibra en función de una o más propiedades de la señal de luz reflejada recibida en el segundo dispositivo sensible a la luz. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sensores de temperatura de fibra óptica en un sistema de detección de humo distribuido
Antecedentes
La presente divulgación se refiere a sistemas detectores de humo y temperatura para, por ejemplo, compartimientos de carga de aeronaves.
Actualmente, los detectores de humo para compartimientos de carga y otras zonas de una aeronave detectan la temperatura utilizando sensores de temperatura electrónicos con el fin de mantener el rendimiento y el control sobre la temperatura, así como indicar una alarma cuando la temperatura alcanza o excede un umbral preseleccionado. Estos detectores de humo son unidades reemplazables en línea (LRU, por sus siglas en inglés) autónomas, con toda la electrónica para detección de humo y monitorización de temperatura contenida dentro de un paquete que está expuesto a los elementos de un compartimento de carga típico.
Actualmente está en desarrollo un sistema de detección de humo, que incluye un controlador aislado centralizado que contiene todos los componentes electrónicos del sistema de detección de humo, y una red de fibra de nodos sensores de detección de humo que se extienden desde el controlador centralizado y que emiten y reciben luz a través de una zona monitorizada. El documento EP 3246683 divulga un sistema de detección de sobrecalentamiento basado en fibra óptica para aeronaves y el documento US 2018/136053 divulga un sistema de detección de humo y sobrecalentamiento basado en fibra óptica para aeronaves.
Breve compendio
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de detección de humo y temperatura como se reivindica en la reivindicación 1.
Adicionalmente o como alternativa, en esta u otras realizaciones, la pluralidad de rejillas de Bragg de fibra están sustancialmente separadas por igual a lo largo del cable de fibra óptica de detección de temperatura. Adicionalmente o como alternativa, en esta u otras realizaciones, el segundo dispositivo sensible a la luz es un fotodiodo.
Según una realización de la presente invención, se proporciona una aeronave como se reivindica en la reivindicación 4.
Adicionalmente o como alternativa, en esta u otras realizaciones, la pluralidad de rejillas de Bragg de fibra están sustancialmente separadas por igual a lo largo del cable de fibra óptica de detección de temperatura. Adicionalmente o como alternativa, en esta u otras realizaciones, la pluralidad de sensores de Bragg de fibra están separados aproximadamente medio metro entre sí.
Adicionalmente o como alternativa, en esta u otras realizaciones, el segundo dispositivo sensible a la luz es un fotodiodo.
Adicionalmente o como alternativa, en esta u otras realizaciones, la pluralidad de compartimentos incluye uno o más de los siguientes: una cabina de mando, un compartimiento de carga, o un recinto de electrónica. Según un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un método de detección de humo y temperatura para una zona monitorizada como se reivindica en la reivindicación 6.
Adicionalmente o como alternativa, en esta u otras realizaciones, la pluralidad de rejillas de Bragg de fibra están sustancialmente separadas por igual a lo largo del cable de fibra óptica de detección de temperatura. Adicionalmente o como alternativa, en esta u otras realizaciones, la fuente de luz de detección de temperatura es un diodo láser.
Adicionalmente o como alternativa, en esta u otras realizaciones, el dispositivo sensible a la luz de detección de temperatura es un fotodiodo.
Breve descripción de los dibujos
La materia considerada como la presente divulgación se señala particularmente y se reivindica de manera clara en las reivindicaciones al final de la memoria descriptiva. Las anteriores y otras características y ventajas de la presente divulgación resultan evidentes a partir de la siguiente descripción detallada considerada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los cuales:
La FIG. 1 es un diagrama esquemático de una realización de un sistema de detección según una realización;
La FIG. 2 es una vista en sección transversal de una realización de un cable de fibra óptica;
La FIG. 3 es un esquema de un cable de fibra óptica de detección de temperatura de una realización de un sistema de detección; y
La FIG. 4 es una ilustración esquemática de una aeronave que incluye un sistema de detección.
La descripción detallada explica realizaciones de la presente divulgación, junto con ventajas y características, a título de ejemplo con referencia a los dibujos.
Descripción detallada
Con referencia ahora a las FIGS., se ilustra un sistema 10 para detectar una o más condiciones o eventos dentro de una zona designada. El sistema 20 de detección puede ser capaz de detectar una o más condiciones peligrosas, que incluyen, pero no se limitan a, la presencia de humo, fuego, llamas, o cualquiera de una pluralidad de contaminantes, productos de combustión o sustancias químicas. Además, el sistema 10 de detección puede estar configurado para realizar operaciones de monitorización de personas, condiciones de iluminación u objetos. En un ejemplo que no forma parte de la invención, el sistema 10 puede funcionar de una manera similar a un sensor de movimiento, tal como para detectar la presencia de una persona, ocupantes, o acceso no autorizado a la zona designada, por ejemplo.
El sistema 10 de detección usa luz para evaluar un volumen en cuanto a la presencia de una condición. En esta memoria descriptiva, el término “luz” significa radiación coherente o incoherente en cualquier frecuencia o una combinación de frecuencias en el espectro electromagnético. En un ejemplo, el sistema fotoeléctrico usa dispersión de luz para determinar la presencia de partículas en la atmósfera ambiente para indicar la existencia de una condición o evento predeterminados. En esta memoria descriptiva, la expresión "luz dispersada" puede incluir cualquier cambio en la amplitud/intensidad o dirección de la luz incidente, incluyendo reflexión, refracción, difracción, absorción y dispersión en cualesquiera/todas las direcciones. En este ejemplo, se emite luz a la zona designada; cuando la luz se encuentra con un objeto (una persona, partícula de humo, o molécula de gas, por ejemplo), la luz puede dispersarse y/o absorberse debido a una diferencia en el índice de refracción del objeto en comparación con el medio circundante (aire). Dependiendo del objeto, la luz puede dispersarse en todas direcciones. La observación de cualquier cambio en la luz incidente, mediante la detección de luz dispersada por un objeto, por ejemplo, puede proporcionar información sobre la zona designada, incluyendo la determinación de la presencia de una condición o evento predeterminados.
En su forma más básica, como se muestra en la FIG. 1, el sistema 10 de detección incluye un haz 12 de cables que tiene una pluralidad de cables 14 de fibra óptica utilizados para la detección de humo. Cada uno de los cables 14 de fibra óptica termina en un nodo 16. La expresión cable 14 de fibra óptica incluye cualquier forma de fibra óptica. Como ejemplos, una fibra óptica es un tramo de cable que incluye uno o más núcleos de fibra óptica monomodo, multimodo, de mantenimiento de polarización, cristal fotónico o núcleo hueco. Un nodo 16 está situado en el punto de terminación de un cable 14 de fibra óptica y está incluido intrínsecamente en la definición de un cable 14 de fibra óptica. El nodo 16 está colocado en comunicación con la atmósfera ambiente. Una fuente 18 de luz, tal como un diodo láser, por ejemplo, y un dispositivo 20 sensible a la luz, tal como un fotodiodo, por ejemplo, están acoplados al cable 14 de fibra óptica. Mientras que, en algunas realizaciones, cada nodo 16 está asociado y conectado operativamente al mismo dispositivo 20 sensible a la luz, en otras realizaciones cada nodo 16 puede estar asociado y conectado operativamente a un dispositivo 20 sensible a la luz separado y distinto. Un sistema 22 de control del sistema 10 de detección se utiliza para gestionar el funcionamiento del sistema 10 de detección y puede incluir el control de componentes, adquisición de datos, procesamiento de datos y análisis de datos.
Como se muestra en la FIG. 1, la luz 26 de la fuente 18 de luz se transmite a través de los nodos 16 a las zonas circundantes respectivas, ilustradas esquemáticamente en 24. La luz 26 interactúa con una o más partículas indicativas de una condición, ilustrada esquemáticamente en 28, y se refleja o transmite de vuelta a los nodos 16, ilustrado esquemáticamente en 30. Una comparación de la luz proporcionada al nodo 16 y/o los cambios en la luz reflejada de vuelta al dispositivo 20 sensible a la luz desde los nodos 16 indicará si están presentes o no cambios en la atmósfera ambiente adyacente al nodo 16 que están causando la dispersión de la luz. La luz dispersada, como se describe en la presente memoria, se pretende que incluya adicionalmente luz reflejada, transmitida y absorbida. Aunque se describe que el sistema 10 de detección usa dispersión de luz para determinar una condición o evento, el alcance de la divulgación también incluye realizaciones en las que se use oscurecimiento, absorción y fluorescencia de luz además de o en lugar de dispersión de luz.
En realizaciones en las que esté configurado un único dispositivo 20 sensible a la luz para recibir luz dispersada de una pluralidad de nodos 16, el sistema 22 de control es capaz de localizar la luz dispersada, es decir, identificar la luz dispersada recibida de cada uno de la pluralidad de nodos 16. En una realización, el sistema 22 de control utiliza la posición de cada nodo 16, específicamente la longitud de los cables 14 de fibra óptica asociados con cada nodo 16 y el tiempo de vuelo correspondiente (es decir, el tiempo transcurrido entre la emisión de la luz por parte de la fuente 18 de luz y la recepción de la luz por parte del dispositivo 20 sensible a la luz), para asociar diferentes partes de la señal de luz con cada uno de los nodos respectivos 16 que están conectados al dispositivo 20 sensible a la luz. Como alternativa, o adicionalmente, el tiempo de vuelo puede incluir el tiempo transcurrido entre la emisión de la luz desde el nodo y la recepción de la luz dispersada de vuelta en el nodo 16. En tales realizaciones, el tiempo de vuelo proporciona información con respecto a la distancia del objeto en relación con el nodo.
En una realización, ilustrada en la sección transversal del cable 14 de fibra óptica mostrada en la FIG. 2, están incluidos en el cable 14 de fibra óptica dos núcleos 32, 34 de fibra de transmisión de luz sustancialmente idénticos y paralelos, que terminan en el nodo 16. Sin embargo, debe entenderse que también se contemplan en la presente memoria realizaciones en las que el cable 14 de fibra óptica incluya sólo un único núcleo de fibra, o más de dos núcleos. La fuente 18 de luz puede acoplarse al primer núcleo 32 de fibra y el dispositivo 20 sensible a la luz puede acoplarse al segundo 34 núcleo de fibra, por ejemplo, cerca de un primer extremo del cable 14 de fibra óptica. La fuente 18 de luz puede hacerse funcionar selectivamente para emitir luz, que viaja por el primer núcleo 32 de fibra del cable 14 de fibra óptica hasta el nodo 16. En el nodo 16, la luz emitida es expulsada a la atmósfera adyacente. La luz se dispersa y se transmite de vuelta al nodo 16 y por el cable 14 de fibra al dispositivo 20 sensible a la luz a través del segundo 34 núcleo de fibra.
Con referencia de nuevo a la FIG. 1, el sistema 10 de detección incluye uno o más cables 36 de fibra óptica de detección de temperatura integrados en el haz 12 de cables. Los cables 36 de fibra óptica de detección de temperatura se extienden a cada nodo 16 y están conectados a una fuente 38 de luz de detección de temperatura dedicada y a un dispositivo 40 sensible a la luz de detección de temperatura dedicado.
Para una descripción adicional del cable 36 de fibra óptica de detección de temperatura, nos referimos a la FIG. 3, que ilustra el sistema 10 de detección con los cables de fibra óptica retirados 14 para mayor claridad. El cable 36 de fibra de detección de temperatura incluye una pluralidad de rejillas 42 de Bragg de fibra que están colocadas a lo largo de un tramo del cable 36 de fibra óptica de detección de temperatura. En algunas realizaciones, las rejillas 42 de Bragg de fibra están colocadas en cada ubicación de nodo 16 y pueden estar dispuestas adicionalmente a lo largo del cable 36 de fibra óptica de detección de temperatura entre los nodos 16, en un intervalo seleccionado tal como, por ejemplo, cada medio metro a lo largo del cable 36 de fibra óptica de detección de temperatura. Las rejillas 42 de Bragg de fibra pueden estar separadas por igual como se muestra en la FIG. 3, o como alternativa una separación entre las rejillas 42 de Bragg de fibra puede variarse para proporcionar detección de temperatura en ubicaciones seleccionadas a lo largo del cable 36 de fibra óptica de detección de temperatura. La luz se transmite a lo largo del cable 36 de fibra óptica de detección de temperatura desde la fuente 38 de luz de detección de temperatura, y es reflejada de vuelta a lo largo del cable 36 de fibra óptica de detección de temperatura por las rejillas 42 de Bragg de fibra hasta el dispositivo 40 sensible a la luz de detección de temperatura. Las propiedades de la luz reflejada cambian con la temperatura, por lo que los cambios en la luz reflejada captados en el dispositivo 40 sensible a la luz de detección de temperatura son indicativos de cambios en la temperatura. Más específicamente, el sistema 22 de control está configurado para determinar una temperatura en cada ubicación de rejilla 42 de Bragg de fibra basándose en las propiedades de la luz recibida en el dispositivo 40 sensible a la luz de detección de temperatura. El cable 36 de fibra óptica de detección de temperatura tiene un alivio de tensión desde el propio nodo 16, de manera que se obtiene una medición de temperatura precisa.
El cable 36 de fibra óptica de detección de temperatura separado permite mediciones de temperatura independientes, sin posibilidad de interferencia con la operación de detección de humo de los cables 14 de fibra óptica. Además, el cable 36 de fibra óptica de detección de temperatura reduce el impacto de la interferencia electromagnética (EMI, por sus siglas en inglés) y reduce el coste y el peso del sistema de detección de temperatura.
Haciendo referencia ahora a la FIG. 4, se muestra una vista esquemática de una aeronave 200. La aeronave 200 incluye un fuselaje 202 con alas 204 que se extienden desde el mismo. Una pluralidad de ubicaciones monitorizadas 206, tales como una cabina de mando, un compartimento de carga, recintos de electrónica o similares, están distribuidas por toda la aeronave 200. Se desea monitorizar las ubicaciones 206 en cuanto a la presencia de humo, así como monitorizar las temperaturas de tales ubicaciones 206 a través del sistema 10. Uno o más nodos 16 están localizados en cada ubicación monitorizada 206, y los cables 14 de fibra óptica y los cables 36 de fibra óptica de detección de temperatura están encaminados a través de los mismos. Un experto en la técnica apreciará fácilmente que los componentes enumerados son meramente ejemplares, y que además los componentes pueden utilizarse en otros vehículos o estructuras diferentes a la aeronave 200.
Las realizaciones del sistema 10 de detección se instalan en la aeronave 200 para detectar fuego, humo y/o calor en los dispositivos electrónicos 206. Como se muestra en la FIG. 4, los cables 14 de fibra óptica y los cables 36 de fibra óptica de detección de temperatura están conectados al sistema 22 de control, para gestionar el funcionamiento del sistema 10 para ordenar la transmisión de señales de luz y también analizar las señales de luz de retorno. Cuando se detecta humo a través del funcionamiento de los cables 14 de fibra óptica, o cuando una temperatura detectada a lo largo de los cables 36 de fibra óptica de detección de temperatura excede un umbral seleccionado, el sistema 22 de control puede tomar una o más medidas tales como señalizar una alarma a la tripulación de cabina de la aeronave 200 y/o iniciar operaciones de extinción de incendios o enfriamiento.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema (10) de detección de humo y temperatura, que comprende:
una pluralidad de cables (14) de fibra óptica que terminan en una pluralidad de nodos (16) dispuestos para monitorizar una condición de humo en uno o más espacios protegidos:
un cable (36) de fibra óptica de detección de temperatura, teniendo el cable de fibra óptica de detección de temperatura una pluralidad de rejillas (42) de Bragg de fibra dispuestas a lo largo del cable de fibra óptica de detección de temperatura;
un sistema (22) de control conectado operativamente a la pluralidad de cables (14) de fibra óptica y al cable de fibra óptica de detección de temperatura, que incluye:
una primera fuente (18) de luz configurada para transmitir una primera señal de luz a lo largo de la pluralidad de cables de fibra óptica;
una segunda fuente (38) de luz configurada para transmitir una segunda señal de luz a lo largo del cable de fibra óptica de detección de temperatura;
un primer dispositivo (20) sensible a la luz configurado para recibir una señal de luz dispersada de la pluralidad de cables (14) de fibra óptica; y
un segundo dispositivo (40) sensible a la luz configurado para recibir una señal de luz reflejada de las rejillas (42) de Bragg de fibra;
en donde el sistema (22) de control está configurado para detectar una temperatura en las rejillas (42) de Bragg de fibra basándose en una o más propiedades de la señal de luz reflejada recibida en el segundo dispositivo (40) sensible a la luz;
en donde el sistema (22) de control está configurado para analizar la señal de luz dispersada detectada en el primer dispositivo (20) sensible a la luz para monitorizar la condición de humo;
en donde la pluralidad de rejillas (42) de Bragg de fibra están dispuestas en la pluralidad de nodos (16); y en donde la pluralidad de rejillas (42) de Bragg de fibra están dispuestas a lo largo del cable (36) de fibra óptica de detección de temperatura entre los nodos (16).
2. El sistema de detección de humo y temperatura según la reivindicación 1, en donde la pluralidad de rejillas (42) de Bragg de fibra están espaciadas sustancialmente por igual a lo largo del cable (36) de fibra óptica de detección de temperatura.
3. El sistema de detección de humo y temperatura según cualquier reivindicación precedente, en donde el segundo dispositivo (40) sensible a la luz es un fotodiodo.
4. Una aeronave, que comprende:
un fuselaje (202) que incluye uno o más compartimentos (206) que definen los uno o más espacios protegidos; y
un sistema (10) de detección de humo y temperatura según cualquier reivindicación precedente.
5. La aeronave según la reivindicación 4, en donde la pluralidad de compartimentos (206) incluye uno o más de los siguientes: una cabina de mando, un compartimento de carga o un recinto de electrónica.
6. Un método de detección de humo y temperatura para uno o más espacios protegidos, que comprende: extender una pluralidad de cables (14) de fibra óptica a los uno o más espacios protegidos, terminando la pluralidad de cables de fibra óptica en una pluralidad de nodos (16);
transmitir una primera señal de luz desde una primera fuente (18) de luz a lo largo de la pluralidad de cables de fibra óptica;
transmitir una segunda señal de luz desde una segunda fuente (38) de luz a lo largo del cable de fibra óptica de detección de temperatura;
recibir luz dispersada de la pluralidad de cables (14) de fibra óptica en un dispositivo (20) sensible a la luz de detección de humo;
detectar una condición de humo en los uno o más espacios protegidos mediante la señal de luz dispersada recibida en el dispositivo (20) sensible a la luz de detección de humo;
extender un cable (36) de fibra óptica de detección de temperatura separado e independiente de la pluralidad de cables (14) de fibra óptica a los uno o más espacios protegidos;
disponer una pluralidad de rejillas (42) de Bragg de fibra a lo largo del cable (36) de fibra óptica de detección de temperatura;
transmitir una señal de luz a través del cable (36) de fibra óptica de detección de temperatura mediante una fuente (38) de luz de detección de temperatura;
recibir una señal de luz reflejada de las rejillas (42) de Bragg de fibra en un dispositivo (40) sensible a la luz de detección de temperatura; y
detectar una temperatura en las rejillas de Bragg de fibra basándose en una o más propiedades de la señal de luz reflejada;
en donde la pluralidad de rejillas (42) de Bragg de fibra están dispuestas en la pluralidad de nodos (16); y en donde la pluralidad de rejillas (42) de Bragg de fibra están dispuestas a lo largo del cable (36) de fibra óptica de detección de temperatura entre los nodos (16).
7. El método según la reivindicación 6, en donde la pluralidad de rejillas (42) de Bragg de fibra están espaciadas sustancialmente por igual a lo largo del cable (36) de fibra óptica de detección de temperatura.
8. El método según las reivindicaciones 6 o 7, en donde la fuente (38) de luz de detección de temperatura es un diodo láser.
ES19212781T 2019-05-20 2019-12-02 Sensores de temperatura de fibra óptica en un sistema de detección de humo distribuido Active ES2969998T3 (es)

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