JP5450413B2 - 光ファイバ燃料検出システム - Google Patents
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Description
航空機において、容量プローブは送出ユニットの別の例である。複数のプローブを燃料タンクの内部に取り付けることができ、低電圧コンデンサが存在する。燃料は、プローブのコンデンサの間を通過する。異なる燃料レベルに異なるコンデンサが存在する。このような種類のシステムでは、静電容量はタンク内の燃料の高さに比例する。静電容量の値を受け取ることにより、燃料タンク内に存在する燃料の量を定量することができる。しかしながら、この部品を用いるには、この部品とそのための配線をタンク内に配置することが必要となる。
航空機の製造及び点検方法100の工程の各々は、システムインテグレータ、第三者、及び/又はオペレータによって実施又は実行することができる。このような実施例において、オペレータは顧客であり得る。本明細書の目的のために、システムインテグレータには、限定しないが、任意の数の航空機製造者と主要システムの下請業者とが含まれ、第三者には、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者が含まれ、オペレータには、航空会社、リース会社、軍事団体、行政法人などが含まれる。
本発明により具現化される装置及び方法は、図1の製造及び点検方法100の一又は複数の段階において利用することができる。例えば、図1に示す部品及びサブアセンブリの製造106段階において製造される部品又はサブアセンブリは、航空機200が図1の就航112の段階にある間に製造される部品又はサブアセンブリと類似の方法で製作又は製造することができる。更に、実質的に航空機200のアセンブリを効率的に行うか、又は航空機200のコストを低減することにより、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせを、例えば図1の部品及びサブアセンブリの製造106、及びシステムインテグレーション108などの製造段階で利用することができる。同様に、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせを、航空機200が図1の就航112段階にある間に、例えば、限定しないが、図1のメンテナンス及び点検114に利用することができる。一実施例では、光ファイバデバイスの有利な一実施形態を、燃料システム216又は油圧システム212に導入することができる。液体の有無又は液体の量を検出することが望まれるあらゆる用途に、本発明の様々な実施形態を使用することができる。
したがって、本発明の有利な種々の実施形態は、光ファイバ検出器を用いて液体を検出するための方法及び装置を提供する。一実施形態では、光ファイバ装置は、スリーブ、インナ部材、及び一組の光ファイバを備える。スリーブは内部に、光を反射することができる反射型内表面を有し、且つその内部には液体が進入可能である。
スリーブは、流路を有する細長い部材である。このような実施例では、スリーブはチューブの形態を採る。このような実施例において、インナ部材は、流路を有する細長い部材の形態を採る。このインナ部材は、例えば、スリーブ内部に、スリーブと同心に配置されるチューブとすることができる。他の実施例では、このインナ部材は、ロッドのような、流路を有さない細長い部材とすることができる。
光ファイバ検出器302は、一組の一又は複数の光ファイバ検出器である。光ファイバ検出器302を使用して、燃料タンク308内の燃料の有無を特定又は感知することができる。加えて、又は別の構成として、光ファイバ検出器302を使用して、燃料タンク308内に存在する燃料の量を特定することができる。
燃料情報システム306は、光学時間分域反射率測定ユニット340により受信された情報及び応答を処理する装置又はデバイスである。この処理には、例えば、オシロスコープによる表示と類似の形態で応答314を提示することが含まれる。他の実施例では、燃料情報システム306は、光学時間分域反射率測定ユニット304が返したデータに基づいて燃料タンク308内部に存在する燃料の量を特定できる情報を提示することができる。加えて、このような実施例では、燃料情報システム306により、燃料タンク308内の燃料の有無を特定することができる。
このような実施例では、光ファイバ検出器302を使用して燃料タンク308内の燃料を検出する。他の有利な実施形態では、光ファイバ検出器302を使用して他の液体を検出することができる。例えば、光ファイバ検出器302を使用して、容器内の水の有無又は油圧システムのリザーバ内の作動液の有無を検出することができる。燃料タンク内の燃料の検出の説明は、例示を目的に提示しているのであり、光ファイバ検出器302の使用方法を限定するものではない。
プロセッサユニット404は、メモリ406内にローディング可能なソフトウェアの指令を実行する機能を有する。プロセッサユニット404は、用途に応じて、一又は複数のプロセッサからなる組、或いは多重プロセッサコアとすることができる。更に、プロセッサユニット404は、単一チップ上にメインプロセッサと二次プロセッサとが共存する一又は複数の異種プロセッサシステムを用いて実施することができる。別の実施例として、プロセッサユニット404は、同種のプロセッサを複数個含む対称な多重プロセッサシステムとすることができる。
このような実施例では、通信ユニット410により、他のデータ処理システム又はデバイスとの通信が行われる。このような実施例では、通信ユニット410はネットワークインターフェースカードである。通信ユニット410は、物理的通信リンク及び無線通信リンクの一方又は両方を使用することにより通信を行うことができる。
オペレーションシステム及びアプリケーション又はプログラムのための指令は固定記憶装置408上に位置する。これらの指令は、メモリ406内にローディングし、プロセッサユニット404によって実行することができる。異なる実施形態の工程は、コンピュータで実行される指令を用いてプロセッサユニット404により実行することができ、これらの指令はメモリ406などのメモリ内に置くことができる。これらの指令は、コンピュータで使用可能なプログラムコード又はコンピュータで読み取り可能なプログラムコードと呼ばれ、プロセッサユニット404内のプロセッサによって読み取って実行することができる。コンピュータで読み取り可能なプログラムコードは、例えばメモリ406又は固定記憶装置408のような、物理的な又は有形の、コンピュータで読み取り可能な媒体上に具現化することができる。
この実施例では、燃料タンク500内には光ファイバ検出器502、504、506、508、及び510が存在する。図示の燃料タンク500は部分的に充填されており、セクション512及び514に液体を有している。燃料タンク500のセクション516には気相、即ち燃料の不足分が存在する。
光ファイバ検出器508は、燃料タンク500が一杯になったときを決定するために使用することができる。この種の検出は、航空機の燃料補給時に有用である。光ファイバ検出器506及び光ファイバ検出器510は、燃料タンク500のそれぞれの部分に燃料が存在しなくなったときを決定するために使用される。この種の検出器は、燃料タンク500の異なる部分に配置されて、それらの部分に燃料が存在しなくなったときを決定する。言うまでもなく、用途に応じて、光ファイバ検出器502及び504が利用される場合に、それらの検出器を同じ目的に使用することができる。
この実施例では、チューブアセンブリ602内部に一組の光ファイバ(図示しない)が配置されている。当該光ファイバの組は、一又は複数の光ファイバである。光ファイバとは、その長さに沿って光を導いて伝播させるように設計されたファイバ又はケーブルである。これらのファイバはガラス又はプラスチックファイバから作製することができ、光ファイバは信号を伝送することができる。
このような実施例では、表面714は反射型表面である。このような実施例では、表面710は非反射型である。言うまでもなく、用途によっては、表面710も反射型とすることができる。更に、アウタチューブ606の表面714に垂直に対向するか又は取り巻く側において、光ファイバ704、706、及び708の表面716、718、及び720の一部を、構築又は除去することができる。これらの光ファイバの表面又はコーティングは、液体に曝され得る光ファイバの長さ又は部分に沿って除去される。
シリンダ状のアウタチューブ606が示されているが、異なる形状を有する他の種類のスリーブも使用できる。例えば、スリーブの断面は、円形の代わりに、五角形、六角形、又は八角形とすることができる。インナチューブ604の断面の形状も変えることができる。更に、インナチューブ604は、用途に応じて他の形態を取ることができる。例えば、用途によってはロッド又は中実の部材も使用できる。
更に、使用される光ファイバの数を用途に応じて変更することができる。光ファイバを一つだけ使用してもよく、又は五つの光ファイバを使用してもよい。光ファイバを追加することにより、冗長性が付与され、結果の全てがほぼ同じとなるかどうかを判定することによりエラーチェック機能が付与される。
しかしながら、このような実施例では、コーティング808は芯806の全体を覆ってはおらず、アウタチューブ812の表面810に対向するコーティング808部分はない。コーティング808のこの部分は除去することができるか、又は光ファイバ800をこのような構成に製造することができる。
前記屈折率は、燃料の屈折率より低く設定される。言うまでもなく、他の用途において、他の液体が使用される場合、当該屈折率は検出対象の液体の屈折率より低くなるように選択される。光ファイバ800に対するこのような屈折率の選択は、ファイバが液体により覆われていない限り、ファイバの露出部分から逃げる光を防止又は最小化するために行われる。光ファイバ800の一部が液体で覆われているとき、光ファイバ800を伝わる光信号は、液体を介して表面810に伝わり、芯806に向かって反射され、光学時間分域反射率測定ユニットに戻る。
表面810と芯806との間の距離814も、用途に応じて変化させることができる。このような実施例では、距離814は、液垂れによる表面間のブリッジングを防止するように選択されており、これにより燃料の有無の誤認又は燃料タンク内に存在する燃料の量の誤認が防止される。このような実施例では、較正のために、単一の光ファイバが構成されるか、又は含まれる。この種の光ファイバは、コーティング除去部分を持たないか、又はリフレクタに取り付けられている光ファイバの端部のコーティングが除去される。他の用途では、戻り信号を供給するために、光学燃料測定システムを較正するために液体が存在しない場合も、種々の光ファイバの全てを端部でリフレクタに取り付けることができる。
このような実施例では、光学時間分域反射率測定ユニット910が、光ファイバケーブル914により経路913に沿って光ファイバ検出器900のチューブアセンブリ915に光信号912を送信する。光信号912は、インナチューブ918に取り付けられた光ファイバ916内部の経路913に沿って伝わり、表面908に達する。
このような実施例では、光ファイバの屈折率がセクション904内の液体の屈折率より低いことにより、光信号912はセクション904内の液体の表面908で反射される。液体の屈折率がファイバの屈折率と等しい場合、光信号912は光ファイバから液体中に入る。光ファイバの屈折率は、チューブアセンブリ915内の領域に入り得るあらゆる気体の屈折率よりも高く選択される。この屈折率を液体よりも低く選択することにより、光信号912は、液体の表面に到達すると、光ファイバ916に沿って伝播を続けるのではなく、表面に沿って伝播する。この屈折率をセクション906内の気体より高く選択することにより、露出した芯内を伝播する光信号912を保持し、光信号912の損失を回避することができる。
このような実施例では、燃料が存在しないとき、光信号912は、光ファイバケーブル914及びチューブアセンブリ915内の光ファイバの長さ全体を伝わって光学時間分域反射率測定ユニット910に戻る。距離928に沿った光信号912のこのような伝播を使用して、測定システムを較正し、更には燃料タンク902が空になるときを決定することができる。この種の較正は、光ファイバケーブル914内の光ファイバの端部にリフレクタが用いられる場合に行われる。他の光ファイバの端部にリフレクタを用いることが望ましくない場合、他の実施形態において、較正のみを目的とする単一の光ファイバを利用することができる。このようにして、光学時間分域反射率測定ユニット910と光ファイバ検出器910との間を伝わるのにかかる時間の差を計算することにより、燃料タンク902内の燃料の量を特定することができる。
光ファイバ検出器900を使用して液体の有無を検出する場合、光ファイバ検出器900は、液体が存在しない場合は光信号912が戻ってこないように構成される。液体中に進入して光信号912を上述の経路に沿って伝播させる光ファイバ916の部分が無い場合、液体は存在しないとみなされる。別の構成では、光信号912が戻ってくる場合、光信号912の力又は強度が、液体が存在することを示すレベルとなる。
本方法は、一組の光ファイバをインナチューブの外表面上に取り付けることにより開始される(工程1000)。当該光ファイバの組は、用途に応じて一又は複数のファイバとすることができる。
本方法は、光ファイバ検出器に光パルスを送ることにより開始される(工程1100)。工程1100は、図3の光学時間分域反射率測定ユニット304のような光学時間分域反射率測定ユニットに対して、光パルスを生成するための信号を送信することにより実行することができる。その後、光パルスが反射されて戻ってくるまでの時間を検出する(工程1102)。
本方法は、光ファイバケーブルにより光パルスを送ることにより開始される(工程1200)。その後、戻り信号が検出されるかどうかを判定する(工程1202)。このような実施例では、応答が光の何らかの閾値レベルを超える場合に戻り信号が検出される。燃料が存在しないとき、光は光ファイバケーブルを通過し、光パルスは反射されずに戻ってこないか、又はいくらか減じた光の量が戻ってくることにより、燃料が存在しないことが示される。戻り信号が検出されると、燃料が存在することが示され(工程1204)、本方法はその後終了する。
図12に示す方法は、存在する燃料の量を特定するために使用される検出器においても実施することができる。燃料がない場合、信号はやはり戻ってこない。
このような実施例では、使用に応じてプローブの長さを変えることができる。燃料の有無を検出するセンサとして使用する場合、光ファイバ検出器の長さはわずか0.25インチとすることができる。燃料の量を特定するために使用する場合、光ファイバ検出器の長さは、例えば5〜6フィートとすることができる。
種々の有利な実施形態は、現在利用可能な燃料検出システムより軽量な材料を用いて製造されたプローブにより液体を検出することができる。更に、種々の有利な実施形態は、容器内に配置される燃料タンクなどの部品の故障の可能性が低下することにより、システムの信頼性を高めることができる。種々の実施形態に使用される光ファイバは、容量性の燃料検出システムに起こり得る腐食の問題を有さない。結果として、燃料検出器の交換に要する時間及び費用が低減する。
言うまでもなく、他の実施形態では、光ファイバは、アウタチューブ又はスリーブの内表面、及びインナチューブ又はインナ部材の外表面の両方に配置することができる。この種の実施形態では、両表面は反射型に構成される。選択された一又は複数の実施形態は、本発明の原理及び実際の用途を最もよく説明し、且つ当業者には、本発明には特定の用途に合わせて様々に修正した種々の実施形態が可能であることが理解できるように、選択及び説明されている。
また、本発明は以下に記載する態様を含む。
(態様1)
反射型内表面を有するアウタチューブであって、前記反射型内表面が光を反射することができ、且つ前記反射型内表面が位置する内部箇所への液体燃料の進入を可能にする、アウタチューブと、
アウタチューブ内に位置し、前記反射型内表面との間に一領域を有するインナチューブと、
インナチューブの外表面に装着された一組の光ファイバであって、当該光ファイバの組に含まれる各光ファイバが、前記反射型内表面に対向する光ファイバの各部分で露出する芯を有し、且つ前記各光ファイバの屈折率が、液体燃料の屈折率より低いが、当該領域に進入し得るあらゆるガスの気相形態の屈折率より高い、一組の光ファイバと
を備える光学燃料検出システム。
(態様2)
タンク内の燃料の有無を検出するために使用される、態様1に記載の光学燃料検出システム。
(態様3)
タンク内の燃料の量を特定するために使用される、態様1に記載の光学燃料検出システム。
(態様4)
光信号を送受信できる光学時間分域反射率測定ユニット
を更に備える、態様1に記載の光学燃料検出システム。
(態様5)
内部に液体が進入可能なスリーブと、スリーブ内に位置するインナ部材とを有する細長いハウジングであって、スリーブの内表面とインナ部材の表面との間に一領域が存在するハウジングと、
細長いハウジング内部に装着された一組の光ファイバであって、当該光ファイバの組に含まれる各光ファイバが芯とコーティングとを有し、当該芯の一部が前記各光ファイバの長さに沿って露出しており、当該露出部分が細長いハウジング内部の反射型表面に対向しており、当該反射型表面が光を反射できる、光ファイバの組と
を備える光ファイバ装置。
(態様6)
反射型表面がスリーブの内表面であり、光ファイバの組がインナ部材の表面に装着される、態様5に記載の光ファイバ装置。
(態様7)
反射型表面がインナ部材の表面であり、光ファイバの組がスリーブの内表面に装着される、態様5に記載の光ファイバ装置。
(態様8)
反射型表面が、スリーブの内表面及びインナ部材の表面の両方を含み、光ファイバの組の第1部分がインナ部材の表面に装着され、光ファイバの組の第2部分がスリーブの内表面に装着される、態様5に記載の光ファイバ装置。
(態様9)
光ファイバの組に含まれる各光ファイバの屈折率が、当該領域に存在し得る液体の屈折率より低い、態様5に記載の光ファイバ装置。
(態様10)
光ファイバの組に含まれる各光ファイバの屈折率が、当該領域に存在し得るガスの屈折率より高い、態様9に記載の光ファイバ装置。
(態様11)
スリーブが装着された容器
を更に備える、態様5に記載の光ファイバ装置。
(態様12)
光ファイバの組に接続された光パルス生成ユニットであって、光パルスを生成することができ、且つ応答を受信して光信号の伝播時間を測定することができるユニット
を更に備える、態様11に記載の光ファイバ装置。
(態様13)
前記長さが、容器内に位置する前記各光ファイバの一部である、態様12に記載の光ファイバ装置。
(態様14)
光パルス生成ユニットに接続されたデータ処理システムであって、光パルス生成ユニットが応答を受信するとタンク内の液体の量を特定するデータ処理システム
を更に備える、態様12に記載の光ファイバ装置。
(態様15)
前記領域が、光ファイバの組と反射型内表面との間に空隙をつくっており、当該空隙が、反射型内表面と光ファイバの組との間の液垂れによるブリッジングを防止するのに十分な大きさを有する、態様5に記載の光ファイバ装置。
(態様16)
スリーブがチューブである、態様5に記載の光ファイバ装置。
(態様17)
スリーブの断面形状が、円形、五角形、六角形及び八角形より選択される、態様5に記載の光ファイバ装置。
(態様18)
インナ部材がチューブ又はロッドである、態様5に記載の光ファイバ装置。
(態様19)
光ファイバ検出器に光信号を送信する工程であって、当該検出器が、
光を反射することができる反射型内表面を内部に有し、且つ内部に液体が進入可能なスリーブと、
スリーブ内部に位置するインナ部材であって、前記反射型内表面とインナ部材の表面との間に一領域が存在するインナ部材と、
インナ部材の表面に沿って装着された一組の光ファイバであって、当該光ファイバの組に含まれる各光ファイバが内芯とコーティングとを有し、内芯の一部が当該各光ファイバの長さに沿って露出しており、当該露出部分が前記反射型内表面に対向する、光ファイバの組と
を備える工程、
光信号に対する応答を受信して受信された応答を形成する工程、及び
前記応答を処理して液体を検出する工程
を含む、液体検出方法。
(態様20)
前記処理する工程が、
受信された応答を受けて光信号の伝播時間を決定し、測定された光信号伝播時間を形成する工程、及び
測定された光信号伝播時間に基づいて容器内の液体の量を特定する工程
を含む、態様19に記載の方法。
(態様21)
前記処理する工程が、
受信された応答に基づいて液体の有無を特定する工程
を含む、態様19に記載の方法。
(態様22)
前記処理する工程が、
受信された応答が無いことに基づいて、液体が存在しないことを特定する工程
を含む、態様19に記載の方法。
Claims (13)
- 反射型内表面を有するアウタチューブであって、前記反射型内表面が光を反射することができ、且つ前記反射型内表面が位置する内部箇所への液体燃料の進入を可能にする、アウタチューブと、
アウタチューブ内に位置し、前記反射型内表面との間に一領域を有するインナチューブと、
インナチューブの外表面に装着された一組の光ファイバであって、当該光ファイバの組に含まれる各光ファイバが、前記反射型内表面に対向する光ファイバの各部分で露出する芯を有し、且つ前記各光ファイバの屈折率が、液体燃料の屈折率より低いが、当該領域に進入し得るあらゆるガスの気相形態の屈折率より高い、一組の光ファイバと
を備える光学燃料検出システム。 - 光信号を送受信できる光学時間分域反射率測定ユニット
を更に備える、請求項1に記載の光学燃料検出システム。 - 内部に液体が進入可能なスリーブと、スリーブ内に位置するインナ部材とを有する細長いハウジングであって、スリーブの内表面とインナ部材の表面との間に一領域が存在するハウジングと、
細長いハウジング内部に装着された一組の光ファイバであって、当該光ファイバの組に含まれる各光ファイバが芯とコーティングとを有し、当該芯の一部が前記各光ファイバの長さに沿って露出しており、当該露出部分が細長いハウジング内部の反射型表面に対向しており、当該反射型表面が光を反射できる、光ファイバの組と
を備える光ファイバ装置。 - 反射型表面がスリーブの内表面であり、光ファイバの組がインナ部材の表面に装着される、請求項3に記載の光ファイバ装置。
- 反射型表面がインナ部材の表面であり、光ファイバの組がスリーブの内表面に装着される、請求項3に記載の光ファイバ装置。
- 反射型表面が、スリーブの内表面及びインナ部材の表面の両方を含み、前記光ファイバの組に含まれる光ファイバのうち、内側サブセットに属する光ファイバがインナ部材の表面に装着され、前記光ファイバの組に含まれる光ファイバのうち、内側サブセットと異なる外側サブセットに属する光ファイバがスリーブの内表面に装着される、請求項3に記載の光ファイバ装置。
- 光ファイバの組に接続された光パルス生成ユニットであって、光パルスを生成することができ、且つ応答を受信して光信号の伝播時間を測定することができるユニットを更に備える、請求項3に記載の光ファイバ装置。
- 前記長さが、容器内に位置する前記各光ファイバの一部である、請求項7に記載の光ファイバ装置。
- 光パルス生成ユニットに接続されたデータ処理システムであって、光パルス生成ユニットが応答を受信するとタンク内の液体の量を特定するデータ処理システム
を更に備える、請求項7に記載の光ファイバ装置。 - 前記領域が、光ファイバの組と反射型内表面との間に空隙をつくっており、当該空隙が、反射型内表面と光ファイバの組との間の液垂れによるブリッジングを防止するのに十分な大きさを有する、請求項3に記載の光ファイバ装置。
- 光ファイバ検出器に光信号を送信する工程であって、当該検出器が、
光を反射することができる反射型内表面を内部に有し、且つ内部に液体が進入可能なスリーブと、
スリーブ内部に位置するインナ部材であって、前記反射型内表面とインナ部材の表面との間に一領域が存在するインナ部材と、
インナ部材の表面に沿って装着された一組の光ファイバであって、当該光ファイバの組に含まれる各光ファイバが内芯とコーティングとを有し、内芯の一部が当該各光ファイバの長さに沿って露出しており、当該露出部分が前記反射型内表面に対向する、光ファイバの組と
を備える工程、
光信号に対する応答を受信して受信された応答を形成する工程、及び
前記応答を処理して液体を検出する工程
を含む、液体検出方法。 - 前記処理する工程が、
受信された応答を受けて光信号の伝播時間を決定し、測定された光信号伝播時間を形成する工程、及び
測定された光信号伝播時間に基づいて容器内の液体の量を特定する工程
を含む、請求項11に記載の方法。 - 前記処理する工程が、
受信された応答に基づいて液体の有無を特定する工程
を含む、請求項11に記載の方法。
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