JP2016194506A - フォトニック膜を背景とする多機能光ファイバー燃料センサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料タンク内の液体燃料の特性（レベル、濃度、温度、及び化学組成）を感知する光ファイバーを使った燃料センサシステムを提供する。
【解決手段】燃料タンク５０の底部に配置された密封された光ファイバーパッケージ４内に光ファイバー８ａと共に光学的空洞を形成する直接禁制帯半導体材料（例えばガリウムヒ素）から作られた膜１２を備える光ファイバーセンサを利用する。燃料タンク内の光ファイバーは燃料に曝されていない。膜の底面及び内部の光ファイバーの遠位端表面によって形成される光学的空洞は、ファブリ・ペロー干渉計として機能する。異なる波長で動作する複数の光源３２、３８及び複数の分光器４０、３６は、燃料タンク内の光ファイバー、燃料タンクの壁を貫通する密封された光ファイバーコネクタ１４、及び燃料タンク外部に位置する光ファイバーカプラ２８を介して膜の対向面に結合される。
【選択図】図１

Description

本開示は、一般的には、例えば貯蔵タンクやその他の容器のような、リザーバ内の液体のレベルを測定するためのシステム及び方法に関する。より具体的には、本発明は光センサを用いた液体レベルを測定するシステム及び方法に関する。

多くの民間及び軍用の応用において、液体のレベルを継続的に測定する必要が存在する。例えば、航空機、自動車、及びトラックの燃料タンクで、液体レベルセンサが一般に使われている。液体レベルセンサはまた、燃料供給、排水処理、化学薬品貯蔵、食糧加工などに用いられる貯蔵タンク内の液体レベルをモニターするのにも使用されている。

多くの液体レベル測定用変換器は、電気を使用している。この種の変換器の電気出力は、測定された液体レベルの変化に応じて変化し、典型的には、抵抗、キャパシタンス、電流フロー、磁場、周波数、その他が変化するという形態をとる。これらのタイプの変換器は、各種のコンデンサまたは抵抗器、光学的構成要素、ホール効果センサ、ひずみゲージ、超音波装置、その他を含み得る。

現在、航空機用の燃料センサのほとんどは電気を使用している。例えば、現存するキャパシタンスセンサは、タンク内に電気配線を必要とし、それによって、一定の電気の故障の状況においても安全性の問題を防止するため、複雑な設置と保護の手段を必要とする。このような電気配線には、浮遊容量を最小化するために注意深い遮蔽と接合と接地が必要となり、さらに、電気的接触の完全性を確保するため定期的なメンテナンスが必要になる。

複合材翼に組み込まれた大型の燃料タンクを有する新しい飛行機の場合、燃料センサの数は多い。電気式燃料センサの使用により飛行機の重量がより重くなるが、これは電気センサ及び電気ケーブルの重量だけによるのではなく、燃料タンク内で電気ケーブル及びセンサを支持する金属製のスタンドオフ及びハーネスがさらなる重量を加えることにもよる。より重要なことには、複合材翼内部に大型燃料タンクがあることにより、電磁干渉（ＥＭＩ）及び電光放電が電気式燃料センサにとっての課題となり得る。

他の手法には、１個または２個の光ファイバーセンサ素子を燃料内に配置することが必要な、光ファイバー燃料センサの使用が含まれる。燃料濃度のいかなる変化によっても、燃料の屈折率の変化が生じる。今度は、これによって１個の光ファイバーセンサ素子からもう１個の素子に対して伝送される光の強度に変化が生じる。光ファイバー燃料センサを悩ませる問題には、燃料温度の変化、燃料内の氷結、並びに、光の伝送をブロックし民間飛行機の寿命の間にセンサを役に立たなくしてしまう、光ファイバーセンサ素子に堆積するかび及び燃料残渣が含まれ得る。

他の、より複雑な光学的方法が研究されてきた。その種の方法の１つは、光ファイバーをキャパシタンスセンサに接続し、キャパシタンスセンサを動作させるために光を電気に変換し、次いでセンサから出される光に再変換するものであり、したがって燃料タンク内には依然として稼働中の電子機器が存在する。燃料レベルの測定のために漏光型ファイバーの使用が提案された例もあるが、これらは全て屈折の原理を使用しており、燃料の屈折率が異なるせいで、クラッド層において光の透過角度を調整するためにファイバーが燃料と接触していることを必要とする。

燃料タンク内の液体燃料の特性（例えばレベル、濃度、温度、及び化学組成）を感知するシステムと方法には、改良の余地がある。

本明細書で開示される主題の一部は、光ファイバー燃料センサシステムの設計に向けられる。システムは、燃料温度、燃料濃度、燃料レベル及び燃料の化学組成を測定するための燃料タンク内の複雑な電気配線を取り除くものだが、一方では正確性を保持し、現存する電気センサと比べてコスト、重量及び体積を低減するものでもある。以下で詳細に開示される光ファイバー燃料センサシステムは、燃料に接触する必要がない燃料センサを組み込んでいる。

一例によれば、燃料センサシステムは、燃料タンクの底部に配置された密封されたセンサパッケージ内部の光ファイバーと共に光学的空洞を形成する、直接禁制帯半導体材料（例えばガリウムヒ素）から作られた膜を備える、光ファイバーセンサを使用する。燃料タンク内部の光ファイバーは、燃料に曝されていない（即ち、燃料と接触していない）。膜の底面及び内部の光ファイバーの遠位端表面によって形成される光学的空洞は、ファブリ・ペロー干渉計として機能することができる。異なる波長で動作する複数の光源及び複数の分光器は、燃料タンク内部の光ファイバー、燃料タンクの壁を貫通する密封された光ファイバーコネクタ、及び燃料タンク外部に位置する光ファイバーカプラを介して膜の対向面に結合され得る。

例示のため、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）から作られた膜を有する燃料センサシステムが、以下で詳細に説明される。しかし、例えばリン化インジウム（ＩｎＰ）といった、他の直接禁制帯半導体材料も使用され得る。

ＧａＡｓ膜を有する例では、燃料の温度は、８５０ｎｍのレーザー光源からの光が膜の底面に衝突する際のＧａＡｓ膜の反射率の関数として、継続的に測定され得る。燃料濃度は、測定された温度から導き出すことができる。燃料濃度が導き出されると、ＧａＡｓ膜の上面に働く燃料圧力は、好ましくは約１，５５０ｎｍの波長を持つ入力用広帯域光源を用いて、ＧａＡｓ膜のファブリ・ペロー共振空洞反射スペクトルから導き出され得る。燃料濃度及び燃料圧力を使用して、タンクの燃料レベルは任意の時点で（即ち飛行機の飛行中、飛行前及び飛行後に）測定することができる。さらに、１，０６０ｎｍのレーザー光源からの光がＧａＡｓ膜に衝突する際、燃料からの光学的散乱信号を分析するために、ラマン分光器が使用され得、これによって燃料の化学組成を継続的にモニターすることができる。

本明細書で開示されるシステムによって、電気センサの使用に関連する問題が回避される。なぜならば、本光ファイバーセンサには燃料タンク内に電気配線がないから、並びに光ファイバーが燃料に曝されない密封パッケージの中にあり、それによって燃料の残渣、かび、燃料夾雑物の堆積及び汚濁による光の遮断が排除されるからである。本明細書で開示される光ファイバーセンサは、複数の感知機能を実行するが、システムの重量、サイズ、電力、及びコストは低減される。燃料感知機能に必要なセンサの数が減少しているからである。この多機能光ファイバーセンサはまた、電光放電及びＥＭＩの問題をも取り除く。燃料タンク内部に配置されたセンサには、電気配線や電力を用いる必要がないからである。

以下で詳細に開示される主題の一態様は、液体を貯蔵するシステムであって、収納装置、及び、収納装置内部に配置され収納装置の内容積を互いに密封されている貯蔵コンパートメントとチャンバとに分割するチャンバ画定機構であって、貯蔵コンパートメントを部分的に画定する上面とチャンバを部分的に画定する底面とを持つ膜と、膜を支持しチャンバを部分的に画定するハウジング、とを備えるチャンバ画定機構、を備えるリザーバ、並びに、チャンバ内部に配置された光ファイバーであって、光ファイバーが、隙間を隔てて、直接禁制帯を持つ半導体材料で作られた膜の底面と対向する表面を持つ遠位端を有する光ファイバーを備える。好ましくは、膜は、膜の上面に働く圧力の大きさが変化すると上方または下方に曲がることができるように、十分薄い。幾つかの例では、膜は０．０１ｍｍから０．５ｍｍの範囲の厚さを有し、半導体材料はガリウムヒ素またはリン化インジウムである。一例においては、隙間は、膜の底面と、対向する光ファイバーの遠位端の表面とがファブリ・ペロー共振空洞を形成するような大きさを有する。開示されるシステムには、複数の用途がある。例えば、リザーバは航空機の翼に組み込まれ得る。

前の段落で説明されたシステムは、光を出力するための光源、受容した光をその特性を表す電気信号に変換するための分光器、光源及び分光器を光ファイバーに光学的に結合する光カプラ、並びに、分光器から受信した電気信号に基づいて、リザーバに内包された液体のパラメータ値を計算するようにプログラムされたコンピュータシステムをさらに備え得る。パラメータは、液体の温度、液体の圧力、液体のレベル、及び液体の化学組成のグループの中から選択され得る。

開示される主題の別の態様は、液体を貯蔵するシステムであって、貯蔵タンク、膜及び光ファイバーを備える、貯蔵タンク内に配置された密封されたパッケージであって、膜が密封されたパッケージの外表面の一部である上面と密封されたパッケージの内表面の一部である底面とを有し、直接禁制帯を有する半導体材料から作られており、光ファイバーが隙間を隔てて膜の底面と対向する表面を持つ遠位端を有するパッケージ、光を出力する第１の光源、受容した光をその特性を表す電気信号に変換するための第１の分光器、並びに、光源及び分光器を光ファイバーに光学的に結合し、光カプラを備える光ファイバーネットワークを備える。幾つかの例においては、第１の光源はレーザー光源であり、第１の分光器は温度プローブ分光器であり、システムは、レーザー光源から出力された光に従って温度プローブ分光器から受信した電気信号に基づいて、貯蔵タンクに内包された液体の温度を決定するようにプログラムされたコンピュータシステムをさらに備える。別の例においては、第１の光源は広帯域光源であり、第１の分光器は圧力感知分光器であり、システムは、広帯域光源から出力された光に従って圧力感知分光器から受信した電気信号に基づいて、貯蔵タンクに内包された液体の圧力を決定するようにプログラムされたコンピュータシステムをさらに備える。さらなる別の例においては、第１の光源はレーザー光源であり、第１の分光器はラマン分光器であり、システムは、レーザー光源から出力された光に従ってラマン分光器から受信した電気信号に基づいて、貯蔵タンクに内包された液体の化学組成を決定するようにプログラムされたコンピュータシステムをさらに備える。

さらなる例によると、システムは、光ファイバーネットワークによって光ファイバーに光学的に結合され、光を出力する第２の光源、光ファイバーネットワークによって光ファイバーに光学的に結合され、受容した光をその特性を表す電気信号に変換する第２の分光器、並びに、第１及び第２の分光器から受信した電気信号に基づいて、リザーバに内包された液体のレベルを計算するようにプログラムされたコンピュータシステムをさらに備える。一例によると、第１の光源はレーザー光源であり、第２の光源は広帯域光源であり、コンピュータシステムは以下の操作を実行するようにプログラムされる。第１の分光器から受信した電気信号に基づいて、貯蔵タンクに内包された液体の温度を決定すること、決定された温度に基づいて、貯蔵タンクに内包された液体の濃度を計算すること、第２の分光器から受信した電気信号に基づいて、貯蔵タンクに内包された液体の圧力を決定すること、並びに、計算された濃度及び決定された圧力に基づいて、貯蔵タンクに内包された液体のレベルを計算すること。

さらなる態様によると、貯蔵タンクに貯蔵された液体の特性を決定する方法が提供されており、その方法は以下を含む。膜及び光ファイバーを備える密封されたパッケージであって、膜が密封されたパッケージの外表面の一部である上面と密封されたパッケージの内表面の一部である底面とを有し、直接禁制帯を有する半導体材料から作られており、光ファイバーが隙間を隔てて膜の底面と対向する表面を持つ遠位端を有する、密封されたパッケージを貯蔵タンク内に配置すること、光ファイバーの近位端から入り、光ファイバーの遠位端から出、膜の底面に衝突する、第１の光源からの光を放射すること、光が第１の光源から放射された後に、光ファイバーの近位端に向けて、光ファイバーの遠位端に入る膜からの光を誘導すること、光が第１の光源から放射された後に、第１の分光器を使って、光ファイバーの近位端を出た光の第１の特性を測定すること、並びに、貯蔵タンク内部かつ膜の上面に配置された液体の第１の特性を決定するため、第１の分光器を使って電子データの出力を処理すること。

前述の方法は、さらに以下を含み得る。光ファイバーの近位端から入り、光ファイバーの遠位端から出、膜の底面に衝突する、第２の光源からの光を放射すること、光が第２の光源から放射された後に、光ファイバーの近位端に向けて、光ファイバーの遠位端に入る膜からの光を誘導すること、光が第２の光源から放射された後に、第２の分光器を使って、光ファイバーの近位端を出た光の第２の特性を測定すること、並びに、貯蔵タンク内の膜の上面に配置された液体の第２の特性を決定するため、第２の分光器を使って電子データの出力を処理すること。一例においては、第１の特性は温度であり、第２の特性は圧力であり、方法はさらに以下を含む。決定された温度に基づいて、貯蔵タンクに内包された液体の濃度を計算すること、並びに、計算された温度及び決定された圧力に基づいて、貯蔵タンクに内包された液体のレベルを計算すること。

液体貯蔵タンクと共に利用するのに好適な光センサシステムの他の態様が、以下で開示され特許請求される。

燃料温度、燃料濃度及び燃料レベルを測定するためにＧａＡｓフォトニック膜を用いた一例による、多機能光ファイバー燃料センサシステムの構成要素を表す図である。 図１で概略的に表された光ファイバー燃料センサシステムが採用する、ＧａＡｓフォトニック膜燃料温度感知原理を示す図である。 ８５０ｎｍの波長を有する衝突光の屈折強度Ｒに対する、ＧａＡｓフォトニック膜の温度（°Ｃ）のグラフである。 燃料温度（°Ｃ）に対する、燃料濃度Ｄのグラフである。 図１で概略的に表された光ファイバー燃料センサシステムが採用する、ＧａＡｓフォトニック膜燃料圧力感知原理を示す図である。 図１で概略的に表された光ファイバー燃料センサシステムに組み込まれた、ＧａＡｓフォトニック膜から圧力感知分光器に対して反射された光信号の波長の範囲に対する、圧力感知反射強度を示すグラフである。 燃料温度、燃料濃度、燃料レベル、及び燃料の化学組成を測定するためにＧａＡｓフォトニック膜を用いた一例による、多機能光ファイバー燃料センサシステムの構成要素を表す図である。 図７に概略的に示された光ファイバー燃料センサシステムに採用された燃料の化学組成を感知する、ＧａＡｓフォトニック膜及びラマン技術を用いた方法の基礎となる原理を示す図である。 ラマン分光器によって検出された波数に対する信号強度（燃料の化学組成の変化を示すために対応して変化する）の変化を示すグラフである。

以下で図を参照するが、異なる図中の類似の要素には、同一の参照番号が付される。

リザーバ内の液体のレベル及び他の特性の測定のためのシステム及び方法の種々の例が、例示の目的でここで詳細に説明される。以下で開示される詳細のうちの少なくとも一部は、オプションの機能または態様に関しており、そのうちのいくつかの適用は以下の特許請求の範囲から逸脱することなく省略され得る。

航空機の複合材翼に組み込まれた燃料タンク用の燃料品質センサに求められる基本的な要件は、燃料温度、燃料濃度及び燃料レベルの感知である。センサの感知機能は動的である必要がある。即ち、センサは、地上でも、様々な飛行包絡線における飛行中でも、そして極端な温度及び環境の条件下でも、これらの主要な燃料品質値を提供することが可能であるべきである。本明細書で開示される多機能光ファイバーセンサは、複合材翼用の燃料品質感知要件に合致するように設計される。提案される光ファイバーセンサは、燃料タンク内の電気ケーブル及び電力の使用を取り除き、複合材燃料タンクにおけるＥＭＩ及び電光放電の問題を取り除く。さらに、現在の民間の飛行機で使用される電気センサのサイズ、重量及び電力を低減させる。しかし、本明細書で開示される技術は、他の型の液体リザーバにも応用され得、航空機に搭載された燃料タンクでの利用に限定されない。

図１は、一例による多機能光ファイバー燃料センサシステムの構成要素を表す図である。このシステムの光ファイバー燃料センサは、壁２０及び底２２を備える燃料タンク２の内部に取り付けられ得る。この光ファイバー燃料センサシステムは、燃料タンク２内の液体燃料の温度、濃度及びレベルを測定するために、ＧａＡｓフォトニック膜１２を使用する。薄いＧａＡｓ膜１２が、ＧａＡｓ基材１０の中央部分に形成されている。温度の感知に利用される優れた特性によって、シリコンの代わりにガリウムヒ素が使用される。膜１２を取り囲む基材１０の部分の厚さは、膜１２の厚さよりも厚い。好ましくは、ＧａＡｓ膜は０．０１ｍｍから０．５ｍｍの範囲の厚さを有し、膜の上面に燃料の圧力が働いたときに十分に柔軟性を持つような直径を有する。好ましくは、ＧａＡｓ膜１２の方向はおおむね水平である。

ＧａＡｓ基材１０は、密封された光ファイバーパッケージ４の構成要素であり、組立済みユニットとして、燃料タンク２内に取り付けられ得る。ＧａＡｓ基材１０の周辺部は、同じく光ファイバーパッケージ４の一部であるハウジング６に接合される。ハウジング６は、ＧａＡｓ基材１０と合わせて、実質的に燃料タンク２の内容積を燃料貯蔵コンパートメント５０（燃料で満たされている）とチャンバ５２（燃料を有しない）とに分割する。ＧａＡｓ基材１０は、燃料貯蔵コンパートメント５０からチャンバ５２への、基材とハウジングの境界面を経由した燃料の浸入を妨げるために、ハウジング６に密封されている。

好ましくは、少なくともＧａＡｓ膜１２の上方のスペースは、ＧａＡｓ膜１２の上方のスペースを占める燃料からの大きな残渣、小片、または夾雑物を濾過する精細なメッシュのフィルタ２６で囲まれ保護される。図１に示す例においては、フィルタ２６は、ＧａＡｓ基材１０の上方のスペースを囲む支持壁２４によって支持されている。フィルタ支持壁２４は、ＧａＡｓ基材１０の周辺に取り付けられ得るか、または、ＧａＡｓ基材１０の上面の隆起部の上方を取り囲んで延伸する、ハウジング６の延長であり得る。フィルタ２６及びフィルタ支持壁２４は、組立済みの光ファイバーパッケージ４に組み込まれるか、または光ファイバーパッケージ４の設置後に取り付けられることができる。フィルタ２６は、液体燃料がＧａＡｓ膜１２の上方のスペース及び支持壁２４の内側に浸入できるが、一方でそのスペースの外部から粒子状物質が侵入しないように、構成される。

引き続き図１を参照すると、光ファイバーパッケージ４は、光ファイバー８ａ、光ファイバーコネクタ１４、及びファイバー配置固定台座１６をさらに備える。光ファイバーコネクタ１４はハウジング６内の開口部に固定的に置かれているが、パッケージ４が設置される際、燃料タンク２の壁２０の開口部を通じて、及びハウジング６の外部へと、突き出す部分を有している。光ファイバーコネクタ１４は、燃料が燃料貯蔵コンパートメント５０からチャンバ５２へと流れないように、または光ファイバーコネクタ１４のエリアで燃料タンク２の外へ流れ出さないように、ハウジング６の開口部及び燃料タンク２の壁２０の開口部の両方で密封される。

ファイバー配置固定台座１６は、図１には図示されない支持機構によってハウジング６の底に接続される。この支持機構は、ファイバー配置固定台１６をハウジング６の底に接続する、十分に硬い機構を備え得る。接続機構は、航空機の動作中にもファイバー配置固定台１６が安定し、可能な限り少ししか動かないよう、十分な剛性を有するべきである。より具体的には、ファイバー配置固定台１６は、光ファイバー８ａの遠位端の表面がＧａＡｓ膜１２の底面と一定の距離の小さな隙間を隔てて対向するように、ファイバーの遠位端を支持する。この小さな隙間は、本明細書では光学的空洞と呼ばれ、図２及び他の図において符号「ＯＣ」で示される。

組立済みユニットの設置または取り外しには、故障の際にはユニット全体が容易に交換または修理のための取り外しできるという利点がある。しかし、代替例においては、支持機構が密封されたチャンバを、その中で光ファイバー８ａが燃料タンク内の燃料と接触しないように画定する限り、光ファイバー８ａ及びＧａＡｓ基材１０は、燃料タンク２に組み込まれた支持機構を用いて同じ位置関係において支持され得る。

図１に示す例においては、膜は、直接禁制帯材料であるガリウムヒ素から作られている。しかし、例えばリン化インジウム（ＩｎＰ）といった、他の直接禁制帯材料も使用され得る。禁制帯は、電子及び正孔の運動量が伝導帯及び価電子帯の両方において同じ場合には「直接」である。これは、電子が、中間状態を通過し結晶構造に運動量を伝達することなく、直接光子を放出できるという意味である。

密封された光ファイバーパッケージ４の内部の光ファイバー８ａ（マルチモードが好適だが、シングルモードも容認可能）は、ＧａＡｓ基材１０の中央部にあるＧａＡｓ膜１２の底面と対向して位置合わせされる。シングルモードという用語は、８から１０ミクロンの範囲の直径のコアを持ち、ファイバー内で単一の光導波路モードのみを伝送する光ファイバーを含むことを意味している。シングルモードのファイバーは、コアの周囲にクラッドを持ち、約１２５ミクロンの総直径を有するガラス製光ファイバーである。同様に、マルチモードという用語は、直径が５０ミクロンから１ｍｍのコアを持つ光ファイバーを含むことを意味している。マルチモードのファイバーは、そのコアの直径が大きいため、ファイバー内で複数の光導波路モードを伝送する。マルチモードのファイバーは、ガラスまたはプラスチック製であり得る。ガラス製マルチモード光ファイバーは、１２５ｍｍから１４０ｍｍの範囲の総直径を有し、コアの周囲にクラッドを有する。一方でプラスチック製のマルチモードファイバーは、０．１ｍｍから０．９８ｍｍの範囲のコアの直径を有し、０．２５ｍｍから１ｍｍの範囲の総直径を有し、コアの周囲にクラッドを有する。光ファイバー８ａの遠位端がＧａＡｓ膜１２の中心に正確に位置合わせされ、信頼性の高いファイバー接合工程を用いてファイバー配置固定台１６に取り付けられることが好ましい。光ファイバー８ａの近位端は、燃料タンク２の壁２０にある開口部に挿入された、密封された防漏性の光ファイバーコネクタ１４によって（燃料タンク２の外側に配置されている）光ファイバー８ｂの一端に光学的に結合される。

燃料タンク２内部の光ファイバー８ａは、光ファイバー８ｂによって、１×４光ファイバーカプラ２８の出力側に光学的に結合される。１×４光ファイバーカプラ２８の機能は、燃料タンク２の外側に位置する光源からの光信号を、燃料タンク２の内側の光ファイバー８ａへと結合させること、次いで、光ファイバー８ａからの光信号を、ＧａＡｓ膜１２から来る光信号の分析のために燃料タンク２の外側に位置する分光器へと結合させること、である。他方で、１×４光ファイバーカプラ２８は４つの光ファイバー８ｃ〜８ｆに接続される。

一対の光ファイバー８ｃ及び８ｄは、ＧａＡｓ膜１２の底面の加熱及び温度感知のために使用される。光ファイバー８ｃは、（光ファイバーカプラ２８、光ファイバー８ｂ、光ファイバーコネクタ１４及び光ファイバー８ａを経由して）ＧａＡｓ膜１２の底面を照らすため８５０ｎｍのレーザー光源を提供するようにレーザードライバ３４によって駆動される、レーザー光源３２（例えばレーザーダイオード）に接続される。光ファイバーパッケージ４内部の光ファイバー８ａは、８５０ｎｍの光信号を、光学的空洞を横切ってＧａＡｓ膜１２の底面へと結合する。ＧａＡｓ膜１２の底面からの反射を表す光信号（図１の光ファイバー８ｄに近接する矢印で表す）は、光ファイバー８ａ、光ファイバーコネクタ１４、光ファイバー８ｂ、光ファイバーカプラ２８、及び光ファイバー８ｄを通って、温度プローブ分光器３６まで、結合される。

図２は、図１で概略的に表された光ファイバー燃料センサシステムが採用する、ＧａＡｓフォトニック膜燃料温度感知原理を示す図である。ガリウムヒ素は、温度によって変化する直接禁制帯を有する半導体である。燃料温度が下がるにつれて、ＧａＡｓ膜の禁制帯は増加する。これによって、（図２の上向き矢印で示される）８５０ｎｍの信号の吸収は減少する。吸収が減少すると、（図２の下向き矢印で示される）反射信号は増加する。燃料温度が上がるにつれて、ＧａＡｓ膜１２の禁制帯は減少する。禁制帯の減少は、８５０ｎｍの光信号の吸収が増加し、８５０ｎｍ信号の反射が減少するという効果がある。反射光量の増加及び減少は、温度プローブ分光器３６によって正確に検知され分析される。

図３は、ＧａＡｓ膜で反射された８５０ｎｍのコヒーレント光の屈折強度Ｒに対する、ＧａＡｓフォトニック膜の温度（°Ｃ）のグラフである。図３に示す曲線によって表されるデータに基づいて、温度プローブ分光器３６は、燃料温度を即時に測定し、燃料温度を表す電気信号をコンピュータシステム４２に対して出力する。燃料濃度は図４に示すように周知の温度の関数であるから、コンピュータシステム４２は燃料温度情報を処理して、燃料濃度Ｄを決定するために必要な計算を即時に実行できる。温度プローブ分光器３６によって測定された温度を用いて、燃料濃度はコンピュータシステム４２によって飛行中または航空機が地上にある任意の時点で決定され得る。

燃料濃度Ｄが決定された後、ＧａＡｓ膜１２で測定された燃料圧力から、燃料レベルが決定され得る。図１に戻ると、光ファイバーのもう１つの対８ｅ及び８ｆが、ＧａＡｓ膜１２に働く燃料圧力を感知するために使用される。光ファイバー８ｆは、（光ファイバーカプラ２８、光ファイバー８ｂ、光ファイバーコネクタ１４及び光ファイバー８ａを経由して）ＧａＡｓ膜１２の底面を照らすため、中心が１，５５０ｎｍで、約４０ｎｍのフラットなスペクトル幅を持つ光のスペクトルを提供するように駆動される、広帯域光源３８に接続される。光ファイバーパッケージ４内部の光ファイバー８ａは、１，５５０ｎｍの光信号を、光学的空洞を横切ってＧａＡｓ膜１２の底面へと結合する。ＧａＡｓ膜１２の底面からの広帯域光の反射を表す光信号（図１の光ファイバー８ｅに近接する矢印で表す）は、光ファイバー８ａ、光ファイバーコネクタ１４、光ファイバー８ｂ、光ファイバーカプラ２８、及び光ファイバー８ｅを通って、圧力感知分光器４０まで、結合される。

図５は、図１で概略的に表された光ファイバー燃料センサシステムが採用する、ＧａＡｓフォトニック膜燃料圧力感知原理を示す図である。光ファイバー８ａの遠位端表面と、それに対向するＧａＡｓ膜１２の底面の部分とを隔てる距離（本明細書では「光学的空洞長」と称する）が、図１の可変長Ｌで示される。燃料コンパートメント５０（図１参照）が空の場合、光学的空洞長の値はＬ０である。これに対して、ＧａＡｓ膜１２の上方のスペースが少なくとも部分的に燃料によって占められるのに十分な燃料が燃料コンパートメントにある場合、燃料は下向きの圧力を柔軟性を持つＧａＡｓ膜１２に対して働かせる。ＧａＡｓ膜１２に対して働く燃料圧力によって、膜１２は下方に撓み、それによって光学的空洞長Ｌは小さくなる。ＧａＡｓ膜１２の底面と光ファイバー８ａの遠位端の表面とがファブリ・ペロー共振空洞（別名ファブリ・ペロー干渉計）を形成しているので、光学的空洞長の変化ΔＬは、圧力感知分光器４０によって、ファブリ・ペロー共振空洞から返される複数の反射を用いて測定することができる。

図１に示すように、燃料レベルの高さは動的に変化する。地上で燃料を満タンに給油する際、満タン（即ち当初の）燃料レベルはｈ_Ｆである。これに対して、飛行中の飛行中燃料レベル（即ち現在の）燃料レベルはｈ_ｆである。より具体的には、ｈ_ＦはＧａＡｓ膜１２の隆起部から燃料タンクの燃料が満タンのレベルまでを測定した高さであり、一方でｈ_ｆは、ＧａＡｓ膜１２の隆起部から燃料タンク２の燃料の現在のレベルまでを測定した高さである。ＧａＡｓ膜に働く各圧力Ｐ_Ｆ及びＰ_ｆ（それぞれ、満タン時及び飛行中）、燃料濃度Ｄ、並びに燃料レベルｈ_Ｆ及びｈ_ｆの関係は、以下の等式によって表すことができる。

等式（１）から（４）において、ｍは燃料の体積であり、ｇは重力加速度であり、ＡはＧａＡｓ膜の圧力感知面積であり、ＶＦは満タン時に面積Ａ上に存在する燃料の体積である。満タン時の燃料レベル高ｈ_Ｆと燃料濃度Ｄとの関係が等式（２）で示され、飛行中の燃料レベルｈ_ｆと燃料濃度Ｄとの関係が等式（４）で示される。温度プローブ分光器３６が測定したデータに基づいて、コンピュータシステム４２によって濃度Ｄが決定され得るため、圧力感知分光器４０によってそれぞれの圧力Ｐ_Ｆ及びＰ_ｆが測定されてから、燃料レベルｈ_Ｆ及びｈ_ｆが決定され得る。

図５においては、ＧａＡｓ膜１２の底面と、それと対向する光ファイバー８ａの遠位端表面とによって形成される光学的空洞長Ｌは、以下の等式によって表される。

λ_ｉは動作波長（例えば１，５５０ｎｍ）であり、Δλは光学的空洞の自由スペクトル範囲であり、ｎ_ｅｆｆは空気の屈折率である。

等式（５）を用いると、自由スペクトル範囲Δλの測定値からＬを決定することができる。図６は、ＧａＡｓフォトニック膜１２から圧力感知分光器４０に対して反射された光信号の波長の範囲に対する、圧力感知反射強度を示すグラフである。図６に示されるように、光の１，５５０ｎｍの広域帯スペクトルを光ファイバー８ａに送り込み、次いでＧａＡｓ膜１２から元の光ファイバー８ａに対して反射された光信号を取得することによって、Δλを測定することができる。次いで圧力感知分光器４０は、広域帯光源の帯域幅内で、各波長の反射された信号ピーク間のスペースを決定する。このピーク波長スペースは、自由スペクトル範囲Δλに相当する。

図６の上部の曲線は、中心が１，５５０ｎｍで、約４０ｎｍのフラットなスペクトル幅を持つ広帯域光源のスペクトルを表す。ＧａＡｓ膜によって反射された信号のスペクトルは、図６の下部に表される。このスペクトルのピークは、光ファイバー８ａの遠位端表面とそれに対向するＧａＡｓ膜１２の底面との間に形成された、ファブリ・ペロー共振空洞（図２のＯＣ）の共鳴ピークである。これらの周期的な共鳴ピーク間のスペースは、自由スペクトル範囲Δλである。燃料レベルが変化する際、圧力感知分光器４０（図１参照）によって、この自由スペクトル範囲は即時に測定される。この情報は、燃料レベルを決定するための計算を行うコンピュータシステム４２に対して出力される。

光学的空洞長Ｌが測定された後、現在の燃料圧力Ｐ_ｆは、膜の力学理論を応用する以下の等式を用いて、Ｌから導き出され得る。

ΔＬはＧａＡｓ膜１２の移動または撓みによる光学的空洞長の変化であり、ｌは膜の幅、ｈは膜の厚さ、Ｅはヤング率である。前述のとおり、Ｌ_０が燃料コンパートメント５０が空のときの光学的空洞長であるときΔＬ＝Ｌ_０−Ｌであり、Ｌは等式（５）から導き出される。

等式（７）から導き出される燃料圧力Ｐ_ｆは、ＧａＡｓ膜１２の隆起部から燃料タンク２の現在の燃料レベルまでの高さｈ_ｆを導き出すために、等式（４）で用いられ得る。燃料圧力ＰＦは同様の方法で導き出すことができ、ＧａＡｓ膜１２の撓みから燃料タンク２の満タンの燃料レベルまでの高さｈ_Ｆを導き出すために、等式（２）で用いられ得る。

再び図１を参照すると、コンピュータシステム４２は前述の計算を実行するようにプログラムされ、さらに光源及び分光器を制御するようにプログラムされている。具体的には、コンピュータシステム４２は、８５０ｎｍレーザー光源３２及び１，５５０ｎｍ広帯域光源３８の動作をモニターするようにプログラムされ、また温度プローブ分光器３６及び燃料圧力感知分光器４０のテスト及び測定の機能の制御も行う。

コンピュータシステム４２は、飛行機の動作温度範囲にわたって及び他の極端な環境条件下において、８５０ｎｍレーザー光源３２を恒常的な光出力パワーを出すように駆動するための自動温度制御ループ４４を提供するため、８５０ｎｍレーザー光源３２及びレーザードライバ３４をモニターする。例えば、コンピュータシステム４２は、ＧａＡｓ膜１２の外表面に形成されたあらゆる氷を融かすために、８５０ｎｍレーザー光源３２のパワーを増大するようにプログラムされ得る。この機能は、ＧａＡｓ膜１２の表面をより高い８５０ｎｍのレーザーパワーを用いて燃料タンク２の加熱許容範囲内で僅かに加熱することによって、ＧａＡｓ膜１２の外表面を洗浄するためにも使用され得る。

より高度な燃料品質のモニタリングのために、燃料の化学組成をモニターする構成要素を追加することによって、図１に示されるセンサシステムを増強することができる。この増強が、図７に示される。図７に示されるシステムは、燃料の化学組成を決定するために１，０６０ｎｍレーザー光源４６及びラマン分光器４８が追加され、１×４光ファイバーカプラ２８が１×６光ファイバーカプラ３０と入れ替えられ、１×６光ファイバーカプラ３０を１，０６０ｎｍレーザー光源４６及びラマン分光器４８に接続するために一対の光ファイバー８ｇ及び８ｈが追加されているという点で、図１に示されるシステムとは異なる。これらの構成要素は、燃料の品質保証のため、燃料タンク２内の燃料の化学組成をモニターするのに使用される。光ファイバー８ｇは１，０６０ｎｍレーザー光源４６に接続され、光ファイバー８ｈはラマン分光器４８に接続される。１，０６０ｎｍレーザー光源４６は、１×６光ファイバーカプラ３０を介して燃料タンク２内部の光ファイバー８ａと光学的に結合される。ＧａＡｓ膜１２の上方のスペースを占める燃料に発した散乱する光信号は、膜を透過し、光ファイバー８ａの遠位端に入り、次いで１×６光ファイバーカプラ３０を経由してラマン分光器４８に結合される。

図８は、図７に概略的に示された光ファイバー燃料センサシステムに採用された燃料の化学組成を感知する、ＧａＡｓフォトニック膜１２及びラマン技術を用いた方法の基礎となる原理を示す図である。光ファイバー８ａに結合される１，０６０ｎｍレーザービームは、（図８で上方を指している点線矢印によって示されるように）ＧａＡｓ膜１２を透過する。これは、１，０６０ｎｍのレーザービームの光子エネルギーに比べてＧａＡｓの禁制帯の方がより大きいことによる。１，０６０ｎｍのコヒーレント光がＧａＡｓ膜を透過することを利用して、１，０６０ｎｍレーザービームはＧａＡｓ膜１２を通過し、燃料によって占められている膜上方のスペースに進入する。１，０６０ｎｍの光子は、燃料分子内の電子を励起させ、より高い振動状態にさせる。これらの励起された電子は、それぞれの基底状態に遷移する際、吸収された光子よりもエネルギーの小さい光子を放出し、１，０６０ｎｍの光源の波長から、波長のシフトを生み出す。このエネルギーの差異が、励起状態にある物質の、周知のストークスシフトである。異なる分子は異なるストークシフトを有し、この特質は燃料の化学組成の決定に使用され得る。異なる時点の化学組成を見ることは、燃料の分子構造の変化を示すことに相当し得る。燃料の分子構造をモニターすることは、燃料の品質保証にとって非常に大切である。ラマン散乱の信号は、ＧａＡｓ膜１２を介して元の燃料タンク２内の光ファイバー８ａに結合され、次いで燃料タンク２の外部にあるラマン分光器４８に結合される。次いでラマン分光器４８は、燃料から戻された光のスペクトルを分析し、波数の関数として信号強度を表す情報を含むラマン「サイン」を出力する。ラマン分光器４８は、これらのサインをコンピュータシステム４２に対して出力する。コンピュータシステム４２は、入ってくるラマンサインを基準となるラマンサインと比較し、入ってくるラマンサインに示されたピーク波長のそれぞれのシフトを決定し、次いで、ピーク波長のシフトに基づいて燃料の化学組成のいかなる変化をも特定するようにプログラムされる。

図９は、ラマン分光器４８によって検知された波数に対するピーク信号強度のシフトを示すグラフである。これらのピーク信号強度のシフトは、燃料の化学組成の変化を示す。図９に示す例においては、１つのラマンサイン（図９で「基準サイン」として示される）が、当初の化学組成を持つ燃料のラマンスペクトルを表す。図９のもう１つのラマンサインは、第１のラマンサインによって表される当初の化学組成から逸脱した化学組成を持つ、燃料のラマンスペクトルを表す。ピーク波長の各シフトは、図９のΔλ_１、Δλ_２、及びΔλ_３で表される。これらのシフトから、燃料の化学組成の変化が起こったことが示される。

コンピュータシステム４２は、飛行機の動作温度にわたる恒常的な出力パワーのために１，０６０ｎｍレーザー光源４６をモニターし、また較正、検出及び測定のためにラマン分光器４８の動作もモニターする。

図１に示す光学カプラ２８及び光ファイバー８ｃから８ｆは、光ネットワークを形成している。同様に、図７に示す光学カプラ３０及び光ファイバー８ｃから８ｈは、光ネットワークを形成している。

上記で開示された光ファイバーセンサには、実証済みで要件を満たす光ファイバー、光学構成要素及び測定装置が用いられる。キャパシタンスの感知及び測定は全く必要とされず、センサは、燃料タンク内で能動的な電子操作は何も行わない。信号配線の遮蔽、接合、設置は何も必要とされない。燃料が発火する可能性はない。センサが、配線による浮遊容量や浮遊インダクタンスによる複雑化に悩まされることはない。燃料レベルを測定するために光燃料センサを利用する結果、飛行機の重量及びコストは低減され得る。また、センサに使う光ファイバーは燃料に曝されもせず接触もしない。

各光ファイバーは柔軟性を有し、光学的に透明であるかまたは透光性を有し、押出成型されたガラスまたはプラスチック製のファイバーである。光ファイバーは、ファイバー両端の間で光を伝送する導波管またはライトパイプとして機能し得る。典型的には、光ファイバーには、比較的高い屈折率を持つ透明または透光性を有するコアと、それを取り囲み、比較的低い屈折率を持つ透明または透光性を有するクラッド材とが含まれる。光は、内部全反射によってコアの中に保たれる。これによって、光ファイバーは導波管として動作する。

コンピュータシステム４２は、１以上の専用のマイクロプロセッサまたは１以上の汎用コンピュータを備え得、適宜、ルックアップテーブルや較正曲線を用いて、または等式を解くことによって、燃料の測定されたレベル（即ち、高さ）を計算し得る。コックピットに表示される燃料ゲージ（図には示されない）は、コンピュータシステム４２が受信した分光法データに基づいて燃料タンク内に存在する燃料の量を示すように、制御され得る。

コンピュータシステム４２は、航空機に配置されたコンピュータまたは飛行制御システムであり得る。不規則な形状の燃料タンク内に存在する燃料の量を確認する際に、コンピュータシステム４２は、燃料タンクの様々なコンパートメント内に適切に配置された複数のＧａＡｓ膜から受信したデータに基づいて、存在する燃料の量を計算するための様々な手順を実施し得る。燃料情報処理ソフトウェアには、燃料タンクに残存する燃料の量を決定するために燃料タンクの形状を考慮に入れる手順が含まれ得る。燃料情報処理ソフトウェアには、初回使用前の基準線を形成するため、または燃料読み取りの正確性を維持するための、較正プロセスの手順もさらに含まれ得る。コンピュータシステム４２によって燃料計に提供される読み取り結果は、提示の前に統合または平均され得、異なる時間間隔をおいて提供され得る。

図１及び図７に示す例においては、光ファイバーは燃料タンク内の燃料レベルを測定するために使用される。他の例においては、他の液体を検知するために同じ装置が使用され得る。例えば、上記のシステムは、容器内の水または油圧システム用リザーバ内の油圧流体の存在を検知するために使用され得る。燃料タンク内の液体を検知する例が、例示のため、そして図１から図７で示されるシステムが使用され得る方法を制限する目的ではなく、提示される。

電気センサを用いる翼内燃料タンクシステムは、本明細書で開示される光センサを代わりに用いることで、改良され得る。電気センサ用の２重シールド付き電気配線は、軽量で柔軟なプラスチック製光ファイバーによって代替されることができ、それによって配線及び支持ブラケットの重量を取り除き、電光放電、短絡、電気配線の損傷による電磁効果も取り除くことができる。

さらに、本開示は下記の条項による例を含む。

条項１液体を貯蔵するシステムであって、収納装置、及び、前記収納装置内部に配置され前記収納装置の内容積を互いに密封された貯蔵コンパートメントとチャンバとに分割するチャンバ画定機構であって、前記貯蔵コンパートメントを部分的に画定する上面と前記チャンバを部分的に画定する底面とを持つ膜と、前記膜を支持し前記チャンバを部分的に画定するハウジング、とを備えるチャンバ画定機構、を備えるリザーバ、並びに、前記チャンバ内に配置された光ファイバーであって、前記光ファイバーが、隙間を隔てて、直接禁制帯を持つ半導体材料でできている前記膜の前記底面と対向する表面を持つ遠位端を有する光ファイバーを備える、システム。

条項２前記膜が、前記膜の上面に働く圧力の大きさが変化すると上方または下方に曲がることができるように、十分薄い、条項１に記載のシステム。

条項３前記膜が０．０１ｍｍから０．５ｍｍの範囲の厚さを有する、条項２に記載のシステム。

条項４前記半導体材料がガリウムヒ素またはリン化インジウムである、条項１に記載のシステム。

条項５前記光ファイバーがシングルモードまたはマルチモードの光ファイバーである、条項１に記載のシステム。

条項６前記膜の上に存在する前記貯蔵コンパートメント内部のスペースを取り囲むフィルタ支持壁、及び前記フィルタ支持壁によって支持されるフィルタであって、液体は前記スペースの中に浸入できるが、一方で前記スペースの外部から粒子状物質が侵入しないように構成されたフィルタ、をさらに備える、条項１に記載のシステム。

条項７前記隙間が、前記膜の前記底面と、対向する前記光ファイバーの前記遠位端の表面とがファブリ・ペロー共振空洞を形成するような大きさを有する、条項１に記載のシステム。

条項８光ファイバーコネクタであって、前記収納装置内に位置し、前記ハウジングの開口部に対して密封されており、前記光ファイバーの別の端部が結合された光ファイバーコネクタをさらに備える、条項１に記載のシステム。

条項９前記リザーバが航空機の翼に組み込まれた、条項１に記載のシステム。

条項１０光を出力する光源、受容した光を受容した光の特性を表す電気信号に変換する分光器、及び前記光源及び前記分光器を前記光ファイバーに光学的に結合する光カプラをさらに備える、条項１に記載のシステム。

条項１１前記分光器から受信した電気信号に基づいて、リザーバに内包される液体のパラメータ値を計算するようにプログラムされたコンピュータシステムをさらに備える、条項１０に記載のシステム。

条項１２前記パラメータが、液体の温度、液体の圧力、液体のレベル、及び液体の化学組成からなるグループから選択される、条項１１に記載のシステム。

条項１３前記光源がレーザー光源または広帯域光源である、条項１０に記載のシステム。

条項１４液体を貯蔵するシステムであって、貯蔵タンク、膜及び光ファイバーを備える、貯蔵タンク内に配置された密封されたパッケージであって、膜が密封されたパッケージの外表面の一部である上面と前記密封されたパッケージの内表面の一部である底面とを有し、直接禁制帯を有する半導体材料から作られており、前記光ファイバーが隙間を隔てて前記膜の前記底面と対向する表面を持つ遠位端を有するパッケージ、光を出力する第１の光源、受容した光をその特性を表す電気信号に変換するための第１の分光器、並びに、前記光源及び前記分光器を前記光ファイバーに光学的に結合し、光カプラを備える光ファイバーネットワークを備える、システム。

条項１５前記第１の光源がレーザー光源であり、前記第１の分光器が温度プローブ分光器であり、システムが、前記レーザー光源から出力された光に従って前記温度プローブ分光器から受信した電気信号に基づいて、前記貯蔵タンクに内包された液体の温度を決定するようにプログラムされたコンピュータシステムをさらに備える、条項１４に記載のシステム。

条項１６前記第１の光源が広帯域光源であり、前記第１の分光器が圧力感知分光器であり、システムが、前記広帯域光源から出力された光に従って前記圧力感知分光器から受信した電気信号に基づいて、前記貯蔵タンクに内包された液体の圧力を決定するようにプログラムされたコンピュータシステムをさらに備える、条項１４に記載のシステム。

条項１７前記第１の光源がレーザー光源であり、前記第１の分光器がラマン分光器であり、システムが、前記レーザー光源から出力された光に従って前記ラマン分光器から受信した電気信号に基づいて、前記貯蔵タンクに内包された液体の化学組成を決定するようにプログラムされたコンピュータシステムをさらに備える、条項１４に記載のシステム。

条項１８前記光ファイバーネットワークによって前記光ファイバーに光学的に結合され、光を出力する第２の光源、前記光ファイバーネットワークによって前記光ファイバーに光学的に結合され、受容した光をその特性を表す電気信号に変換する第２の分光器、並びに、前記第１及び第２の分光器から受信した電気信号に基づいて、貯蔵タンクに内包された液体のレベルを計算するようにプログラムされたコンピュータシステムをさらに備える、条項１４に記載のシステム。

条項１９前記第１の光源がレーザー光源であり、前記第２の光源が広帯域光源であり、前記コンピュータシステムが以下の操作を実行するようにプログラムされた、条項１８に記載のシステム。前記第１の分光器から受信した電気信号に基づいて、前記貯蔵タンクに内包された液体の温度を決定すること、決定された温度に基づいて、前記貯蔵タンクに内包された液体の濃度を計算すること、前記第２の分光器から受信した電気信号に基づいて、前記貯蔵タンクに内包された液体の圧力を決定すること、並びに、計算された濃度及び決定された圧力に基づいて、前記貯蔵タンクに内包された液体のレベルを計算すること。

条項２０前記半導体材料がガリウムヒ素またはリン化インジウムである、条項１４に記載のシステム。

条項２１膜及び光ファイバーを備える密封されたパッケージであって、膜が密封されたパッケージの外表面の一部である上面と密封されたパッケージの内表面の一部である底面とを有し、直接禁制帯を有する半導体材料から作られており、光ファイバーが隙間を隔てて膜の底面と対向する表面を持つ遠位端を有する一定の長さの光ファイバーを有する、密封されたパッケージを貯蔵タンク内に配置すること、光ファイバーの近位端から入り、光ファイバーの遠位端から出、膜の底面に衝突する、第１の光源からの光を放射すること、光が第１の光源から放射された後に、光ファイバーの近位端に向けて、光ファイバーの遠位端に入る膜からの光を誘導すること、光が第１の光源から放射された後に、第１の分光器を使って、光ファイバーの近位端を出た光の第１の特性を測定すること、並びに、貯蔵タンク内及び膜の上面に配置された液体の第１の特性を決定するため、第１の分光器を使って電子データの出力を処理することを含む、貯蔵タンクに貯蔵された液体の特性を決定する方法。

条項２２光ファイバーの近位端から入り、光ファイバーの遠位端から出、膜の底面に衝突する、第２の光源からの光を放射すること、光が第２の光源から放射された後に、光ファイバーの近位端に向けて、光ファイバーの遠位端に入る膜からの光を誘導すること、光が第２の光源から放射された後に、第２の分光器を使って、光ファイバーの近位端を出た光の第２の特性を測定すること、並びに、貯蔵タンク内及び膜の上面に配置された液体の第２の特性を決定するため、第２の分光器を使って電子データの出力を処理することをさらに含む、条項２１に記載の方法。

条項２３前記第１の特性が温度であり、前記第２の特性が圧力であり、決定された温度に基づいて、貯蔵タンクに内包された液体の濃度を計算すること、並びに、計算された濃度及び決定された圧力に基づいて、貯蔵タンクに内包された液体のレベルを計算すること、をさらに含む、条項２２に記載の方法。

直接禁制帯の半導体材料から作られた膜を有する光燃料センサが、様々な例を参照して説明されてきたが、当業者には、本書の教示から逸脱することなく様々な変形例が可能であること、及び、その要素を均等物に置換しうることが、理解されよう。加えて、特定の状況に対しては、本書で開示される実践に概念及び簡素化を適合させるために、多数の修正例が可能となりうる。そのため、特許請求の範囲の対象である主題は開示される例に限定されないことが、意図されている。

特許請求の範囲で使われている用語「コンピュータシステム」は、少なくとも１つのコンピュータまたはプロセッサを有するシステムと、ネットワークまたはバスを介して通信する複数のコンピュータまたはプロセッサを有し得るシステムを含むように、広く解釈されるべきである。前の一文で使われている用語「コンピュータ」及び「プロセッサ」は、共に処理装置（例えば中央処理装置）及び、処理装置が読み出すことができるプログラムを記憶するある形態のメモリ（即ちコンピュータ可読媒体）を有する装置を意味する。

加えて、以下に明記されている方法の特許請求は、そこに列挙されたステップがアルファベット順に実行されること（特許請求の範囲の中のいかなるアルファベット順序も、単に従前に列挙されたステップを参照する目的にのみ使用される）、または列挙されている順番で実行されることが必要であると、解釈されるべきではない。またそれらは、２つ以上のステップのいかなる部分も、同時に、または入れ替えて実行することを排除すると解釈されるべきでもない。

Claims (16)

1. 液体を貯蔵するシステムであって、
   収納装置（２０、２２）、及び
   前記収納装置（２０、２２）内部に配置され前記収納装置（２０、２２）の内容積を互いに密封された貯蔵コンパートメント（５０）とチャンバ（５２）とに分割するチャンバ画定機構（４）であって、前記貯蔵コンパートメント（５０）を部分的に画定する上面と前記チャンバ（５２）を部分的に画定する底面とを持つ膜（１２）と、前記膜（１２）を支持し前記チャンバ（５２）を部分的に画定するハウジング（６）、とを備えるチャンバ画定機構（４）、
   を備えるリザーバ（２）、並びに
   前記チャンバ（５２）内に配置された光ファイバー（８ａ）であって、前記光ファイバー（８ａ）が、隙間を隔てて、直接禁制帯を持つ半導体材料でてきた前記膜（１２）の前記底面と対向する表面を持つ遠位端を有する光ファイバー（８ａ）を備える、
   システム。
2. 前記膜（１２）が、前記膜（１２）の上面に働く圧力の大きさが変化すると上方または下方に曲がることができるように、十分薄い、請求項１に記載のシステム。
3. 前記膜（１２）が０．０１ｍｍから０．５ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項２に記載のシステム。
4. 前記半導体材料がガリウムヒ素またはリン化インジウムである、請求項１に記載のシステム。
5. 前記光ファイバー（８ａ）がシングルモードまたはマルチモードの光ファイバーである、請求項１に記載のシステム。
6. 前記膜（１２）の上に存在する前記貯蔵コンパートメント（５０）内部のスペースを取り囲むフィルタ支持壁（２４）、及び
   前記フィルタ支持壁（２４）によって支持されるフィルタ（２６）であって、液体は前記スペースの中に浸入できるが、一方で前記スペースの外部から粒子状物質が侵入しないように構成されたフィルタ（２６）、
   をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
7. 前記隙間が、前記膜（１２）の前記底面と、対向する前記光ファイバー（８ａ）の前記遠位端の表面とがファブリ・ペロー共振空洞を形成するような大きさを有する、請求項１に記載のシステム。
8. 光ファイバーコネクタ（１４）であって、前記収納装置（２０、２２）内に位置し、前記収納装置（２０、２２）の開口部に対して、また前記ハウジング（６）の開口部に対して密封されており、前記光ファイバー（８ａ）の別の端部が結合された光ファイバーコネクタ（１４）をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
9. 前記リザーバ（２）が航空機の翼に組み込まれた、請求項１に記載のシステム。
10. 光を出力する光源（３２、３８または４６）、
    受容した光を前記受容した光の特性を表す電気信号に変換する分光器（３６、４０または４８）、及び
    前記光源（３２、３８または４６）及び前記分光器（３６、４０または４８）を前記光ファイバー（８ａ）に光学的に結合する光カプラ（３０）
    をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
11. 前記分光器（３６、４０または４８）から受信した電気信号に基づいて、前記リザーバ（２）に内包される液体のパラメータ値を計算するようにプログラムされたコンピュータシステム（４２）をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記パラメータが、前記液体の温度、前記液体の圧力、前記液体のレベル、及び前記液体の化学組成からなるグループから選択される、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記光源（３２、３８または４６）がレーザー光源（３２もしくは４６）または広帯域光源（３８）である、請求項１０に記載のシステム。
14. 貯蔵タンク（２）に貯蔵された液体の特性を決定する方法であって、
    膜（１２）及び光ファイバー（８ａ）を備える密封されたパッケージ（４）であって、前記膜（１２）が前記密封されたパッケージ（４）の外表面の一部である上面と前記密封されたパッケージ（４）の内表面の一部である底面とを有し、直接禁制帯を有する半導体材料から作られており、前記光ファイバー（８ａ）が隙間を隔てて前記膜（１２）の底面と対向する表面を持つ遠位端を有する、密封されたパッケージ（４）を前記貯蔵タンク（２）内に配置すること、
    前記光ファイバー（８ａ）の近位端から入り、前記光ファイバー（８ａ）の前記遠位端から出、前記膜（１２）の前記底面に衝突する、第１の光源（３２、３８または４６）からの光を放射すること、
    光が前記第１の光源（３２、３８または４６）から放射された後に、前記光ファイバー（８ａ）の近位端に向けて、前記光ファイバー（８ａ）の前記遠位端に入る前記膜（１２）からの前記光を誘導すること、
    前記光が前記第１の光源（３２、３８または４６）から放射された後に、第１の分光器（３６、４０または４８）を使って、前記光ファイバー（８ａ）の前記近位端を出た前記光の第１の特性を測定すること、並びに
    前記貯蔵タンク（２）内及び前記膜（１２）の上面に配置された液体の第１の特性を決定するため、前記第１の分光器（３６、４０または４８）を使って電子データの出力を処理すること
    を含む、方法。
15. 前記光ファイバー（８ａ）の近位端から入り、前記光ファイバー（８ａ）の前記遠位端から出、前記膜（１２）の前記底面に衝突する、第２の光源（３２、３８または４６）からの光を放射すること、
    光が第２の光源（３２、３８または４６）から放射された後に、前記光ファイバー（８ａ）の近位端に向けて、前記光ファイバー（８ａ）の前記遠位端に入る前記膜（１２）からの前記光を誘導すること、
    前記光が前記第２の光源（３２、３８または４６）から放射された後に、第２の分光器（３６、４０または４８）を使って、前記光ファイバー（８ａ）の前記近位端を出た前記光の第２の特性を測定すること、並びに
    前記貯蔵タンク（２）内及び前記膜（１２）の上面に配置された液体の第２の特性を決定するため、前記第２の分光器（３６、４０または４８）を使って電子データの出力を処理すること
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１の特性が温度であり、前記第２の特性が圧力であり、
    決定された温度に基づいて、前記貯蔵タンク（２）に内包された前記液体の濃度を計算すること、並びに、
    計算された濃度及び決定された圧力に基づいて、前記貯蔵タンク（２）に内包された前記液体のレベルを計算すること、をさらに含む、請求項１５に記載の方法。

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