[发明专利]用于定位沿着波导的被测量异常的装置和方法

说明书

提供了一种用于定位沿着光波导的被测量异常(例如热点)的装置，包括：光波导，被配置为沿着波导传输光的光源以及沿着波导设置的多个传感器。该装置还包括：检测器，其被配置为监测传感器反射的光；以及控制系统，其被配置为致使以下步骤被执行：使用光源沿着光波导传输光；监测由传感器反射的光，以便获得表示传感器中的每个传感器经历的被测量的测量光谱；检测测量光谱中的异常信号，其具有特征波长并且源自多个传感器中的异常传感器，异常传感器经历被测量异常；并且至少定位包括异常传感器的组。

技术领域

本发明涉及一种用于定位沿着波导的被测量异常的方法和装置。一个示例涉及使用光纤布拉格光栅(FBG)来检测和定位来自飞机引气管道的气体泄漏。

背景技术

在许多行业中，期望监测被测量并定位在沿着装置的不同位置处这些被测量中的任何异常，诸如超出或低于正常操作范围的温度。一个这样的示例是航空航天工业。现代飞机经常利用发动机“引气”以用于诸如运行空调、防止飞行表面积冰和防止电子装置在高海拔飞行时变得太冷的功能。在初始压缩机级之后，这种引气从喷气式或涡轮螺旋桨发动机中分接出来，因此它处于高压和高温(高达300℃)并且在隔热管道中围绕飞机传送。如果这些管道中的一个发生泄漏，则热的引气会逸出并迅速对飞机系统造成损害，甚至可能对靠近泄漏的结构造成损坏。因此，重要的是，知道在何时与何处发生泄漏，使得可以在发生任何损坏之前关闭通过故障管道的空气流。

当前优选的泄漏方法或“热点检测”(HSD)涉及在每个管道旁边运行一个或两个连续的电气传感器。这些传感器包括形成外导体的金属管和形成内导体的悬浮在固体盐中心的线。在正常操作下，两个导体彼此电隔离，但是当温度达到特定值时，盐熔化并在它们之间形成短路。对其进行检测并且使用对两个导体之间的电气特征(例如电阻和电容)的测量来确定所谓的热点的位置。然后会发出警报，提醒用户注意热点的位置。虽然该技术是起作用的，但该系统具有某些不利特征，即：

1)尽管可以在传感器的不同部分使用不同的组合物以允许不同的警报温度，但产生警报的温度由盐组成决定，并且不能调节。

2)盐填充的导体只能以短的长度制造，并且在剪切力下易于断裂。这意味着它们通常以相对较短的长度生产，并且因此需要将许多部分连接在一起以覆盖整个管道。例如，可能需要200个连接器来覆盖飞机的单个引气管道。安装这些传感器是耗时的。此外，每个连接器都提供了额外的潜在故障点。

3)由于需要多个金属部件和连接器，传感器链很重。

4)电气测量的性质意味着泄漏不能总是精确定位。

已知使用光纤监测诸如压力、温度或应变的被测量。这些技术通常不会遭受与多段盐填充电缆相关联的上述问题。基于反向散射光检测(布里渊散射或拉曼散射)的电流分布式温度传感器(DTS)不适于飞机使用，这是因为它们需要强大的激光器，其由于它们的高能量而可能构成点火危险并且昂贵、需要精密的光电处理单元。

光纤布拉格光栅(FBG)制造出优秀的温度传感器，但将它们用于HSD并不简单，这是因为它们是点传感器，并且应用要求连续覆盖数十米的管道。时分复用(TDM)和波分复用(WDM)是通常用于使用FBG监测被测量的两种技术。

TDM系统不能提供检测沿着引气管道的泄漏所需的空间密度。在常规的TDM系统中，传感器通常需要沿着波导分开至少1米，以便反射脉冲可根据飞行时间单独分辨。泄漏通常是高度局部化的，并且最初可能只延续5厘米，因此系统有95％的机会完全错过它。

WDM实际上不能提供覆盖引气管道所需的大量传感器。在WDM中，每个FBG传感器被配置为反射不同的离散波段内的不同的相应布拉格波长的光。目前的WDM系统限于每根光纤约130个FBG传感器。如果FBG传感器每个间隔5厘米，即每米20个FBG，则将系统限制在130/20＝6.5米。这太短，因为引气管道在长度上可以延伸50米或更长。因此，需要许多光纤来操作WDM系统，这增加了系统的成本和复杂性。