[發明專利]光學傳感器問詢系統

在審

• 申請號: 201080048010.2
• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN102667415A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: T·A·拉森;M·P·卡爾拉里奧
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發明通常涉及光纖結構完好性監視器的領域，特別是涉及到光學傳感器問詢系統，其包含探測被監視的材料或系統的性能改變的一個或更多個基于光子晶體的傳感器，光纖問詢模塊將光學信號轉換成電信號用于分析傳感器的狀態，以及涉及使用問詢系統的方法，甚至更特別的是涉及構造上質輕且簡易的微型化光學傳感器問詢系統。

背景技術

宇航飛行器和系統通常裝備有通過獲取、交換和分析數據來監視各種系統的完好性的儀器，并且在傳輸和處理收集到的數據時這種配置的通訊網絡必需足夠穩健以便抵抗反復性的和潛在的破壞性力量和情況。

近年來，為了監視這種系統的完好性，已傾向于使用光學裝置代替電子的或機械的設備。光學問詢系統是在化學、生物、溫度和壓力感測環境中使用的完好性監視系統中的一體/整體元件。由于較輕質量和EMI連續性的原因，光學感測技術是航空宇宙應用中非常理想的，但是至今已證實這種傳感器系統太昂貴或使用復雜。

已經提出和嘗試了各種解決方案，包括光纖布拉格光柵(FBG)類型的傳感器系統、光纖光學路徑感測(fiber?optic?path?sensing)、壓電換能器、比較真空監視器、基于應變儀的系統、超聲波系統和視覺指示器，但是其中的每一個都存在挑戰。

目前，在結構完好性監視的許多領域中優選光纖布拉格光柵設備時，這種設備要求對光纖光纜進行細致的改良以便正常運行，同時也需要用于確定波長遷移和其他現象的復雜方法。這種系統也似乎受到溫度變化的影響，從而需要額外的器材來補償。

光纖光學路徑感測由于其簡單性(例如，光纖環)而非常具有吸引力，但是最終的系統會變得相當復雜，因此監視將破損或變化同場需要附加的器材，如時域反射器材。

壓電設備由于其構造中所用材料的屬性而傾向于非常昂貴。這種設備也通常具有其他電基系統的特征(易受EMI/閃電影響)，同時每個單個傳感器也需要雙線接頭。進一步地，這種設備對某些頻率靈敏，并且會要求大量基線數據測量以便適當地操作。

比較真空監視(CVM)利用非常精密的壓力盒，并且觀察意味著裂紋的壓力變化；這可以用于產生簡單的且負擔得起的傳感器設計。然而，CVM可能需要裝管和壓力系統以便于操作，并且已知CVM器材可能需要使用手持式系統以便于應用。

應變儀是觀察阻抗變化的較早技術。傳感器相當簡單，在大多數情況下僅是在柔性襯底上的銅痕跡。然而，正確地安裝和讀取這種傳感器可能是困難的，并且也存在類似于上述提及的壓電設計的問題。

超聲波檢查是當前正在使用的技術，并且要求現場設備的安裝穿過(run?across)結構和器材以便適當地操作。將這種系統縮小成嵌入型設計的常識將非常可能導致極類似于壓電型系統的系統。

視覺檢查是當時使用的標準感測方法，并且涉及高度針對性的個體檢查和嘗試以便判斷材料的失效性，以及估計結構可持續使用多長時間。

Haugse等人在2004年2月10日提出并歸屬于本發明的受讓人的美國專利No.6,691,007描述了監視交通工具的情況并根據監視的情況產生維護計劃的系統和方法。本專利公開了傳統的光學傳感器的使用，如法布里--珀羅干涉儀、長周期光柵和光纖布拉格光柵傳感器，其中沒有一個足夠小到允許最小化或減少問詢系統的成本。

因此需要輕質、小型化且高效的光學問詢裝置，以便調查來自一個或更多個光學傳感器的數據，以便為了監視和報告交通工具結構和系統的完好性。

發明內容

在本發明的一種實施例中，光學傳感器包括具有自由端的有限長度的光纖，以及安裝在光纖的自由端的光子晶體。光纖自由端包括被拋光的表面，并且晶體被固定到被拋光的表面。光子晶體被涂覆有保護晶體免受破壞性環境影響的材料。通過將一定范圍的電壓施加到晶體能夠改變光學傳感器的反射特性。