(57)【要約】【課題】交換時期を予測可能な空気データプローブを提供する。【解決手段】航空機用システムは、航空機構成要素を通って送られるヒータを含む航空機構成要素を含み、ヒータは、抵抗加熱素子と、抵抗加熱素子を囲む絶縁体とを含む。第１の電流は抵抗加熱素子に流れ航空機構成要素に加熱をもたらし、第２の電流は抵抗加熱素子から流れ出る。本システムは、さらに、第１の電流を表す第１のセンサ信号を生成するように構成される第１のセンサと、第２の電流を表す第２のセンサ信号を生成するように構成される第２のセンサと、漏れ電流を表す漏れセンサ信号を生成するように構成される漏れセンサと、電気アークの存在を識別するために高周波サンプリングレートを使用して、第１の電流、第２の電流、及び漏れ電流をサンプリング及び測定するように構成される信号プロセッサとを含む。電気アークの検出は、今後のヒータの故障を予測し、ヒータの残存耐用年数を推定するために使用される。【選択図】図２Ａ
2020093779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機構成要素を通って送られるヒータを含む前記航空機構成要素であって、前記ヒータは、抵抗加熱素子と、前記抵抗加熱素子を囲む絶縁体と、を備え、第１の電流が前記抵抗加熱素子に流れ前記航空機構成要素に加熱をもたらし、第２の電流が前記抵抗加熱素子から流れ出る、前記航空機構成要素と、
前記第１の電流を表す第１のセンサ信号を生成するように構成される第１のセンサと、
前記第２の電流を表す第２のセンサ信号を生成するように構成される第２のセンサと、
漏れ電流を表す漏れセンサ信号を生成するように構成される漏れセンサと、
電気アークの存在を識別するために高周波サンプリングレートを使用して、前記第１の電流、前記第２の電流、及び前記漏れ電流をサンプリング及び測定するように構成される信号プロセッサと、
を備える、航空機用システム。
【請求項２】
前記電気アークに基づいて、今後のヒータ故障を判定するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項３】
前記航空機構成要素の残存耐用年数を判定するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項４】
前記第１の電流及び前記第２の電流の高周波ノイズに基づいて、前記ヒータ内の前記電気アークの存在を識別するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項５】
前記信号プロセッサは、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、前記漏れセンサ信号、及び差分電圧をデジタル化するように構成され、前記差分電圧は、前記第１のセンサ信号と前記第２のセンサ信号との差である、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項６】
前記信号プロセッサは、前記漏れセンサ信号を増幅するように構成される、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項７】
前記信号プロセッサは、約１５０ＫＨｚ〜約５００ＫＨｚの周波数において、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、及び前記漏れセンサ信号をサンプリングする、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項８】
前記信号プロセッサは、約５０ＫＨｚ〜約２００ＫＨｚの周波数範囲まで、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、及び前記漏れセンサ信号をフィルタ処理する、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項９】
前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、及び前記漏れセンサ信号を表すフーリエ変換データのシグニチャ及び大きさに基づいて、前記ヒータの残存耐用年数を予測するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項１０】
前記信号プロセッサは、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、及び前記漏れセンサ信号を表すフーリエ変換データを出力するように構成される、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項１１】
前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、及び前記漏れセンサ信号を表す前記フーリエ変換データに基づいて、今後発生する短絡回路または今後発生する開回路を識別するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１０に記載の航空機用システム。
【請求項１２】
前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を表す前記フーリエ変換データが高周波ノイズを示し、かつ前記漏れセンサ信号が上昇しないとき、今後発生する開回路を識別するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１０に記載の航空機用システム。
【請求項１３】
前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を表す前記フーリエ変換データが高周波ノイズを示し、前記漏れセンサ信号を表す前記フーリエ変換データがまた高周波ノイズを示し、かつ前記漏れセンサ信号が上昇するとき、今後発生する短絡回路を識別するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１０に記載の航空機用システム。
【請求項１４】
前記信号プロセッサは、前記漏れセンサ信号に等しい、前記第１のセンサ信号と前記第２のセンサ信号との差を表すフーリエ変換データを出力するように構成される、請求項１０に記載の航空機用システム。
【請求項１５】
前記ヒータは前記絶縁体を囲む金属シースをさらに備え、前記絶縁体は前記抵抗加熱素子と前記金属シースとの間にある、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項１６】
前記第１の電流を前記抵抗加熱素子に供給する電源をさらに備える、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項１７】
前記抵抗加熱素子に供給される前記第１の電流及び前記第２の電流は、ＡＣ電源またはＤＣ電源であり得る、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項１８】
前記第１のセンサは第１の感知抵抗器であり、前記第２のセンサは第２の感知抵抗器であり、前記漏れセンサは漏れ感知抵抗器である、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項１９】
前記信号プロセッサは、電気アークによって生成される電気的ノイズの最大周波数の２倍よりも大きい周波数において、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、及び前記漏れセンサ信号をサンプリングする、請求項１に記載の航空機用システム。
【請求項２０】
前記航空機構成要素は、空気データプローブである、請求項１に記載の航空機用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、プローブに関し、より具体的には、空気データプローブの予測に関する。
【背景技術】
【０００２】
プローブは環境の特徴を判定するために利用される。航空機システムでは、例えば、空気データプローブは、特に、対気速度、高度、及び迎え角等の条件の判定を補助するために、航空機の外部で実装され得る。高い高度における飛行機の厳しい条件に起因して、氷が、空気データプローブの一部に蓄積し得る。これに対抗するために、ヒータは、空気データプローブ内部に実装され、空気データプローブの適切な機能に影響を及ぼし得る氷の形成を防止する。
【０００３】
空気データプローブが壊れると、多くの場合、後続の離陸の前に、その空気データプローブを交換する必要がある。空気データプローブのヒータは、多くの場合、最も耐用年限が求められる部品である。したがって、ヒータが故障してすぐに、空気データプローブを交換する必要がある。空気データプローブを交換する必要があるときを予測することが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
航空機用システムは、航空機構成要素を通って送られるヒータを含む航空機構成要素を含み、ヒータは、抵抗加熱素子と、抵抗加熱素子を囲む絶縁体とを含む。第１の電流は抵抗加熱素子に流れ航空機構成要素に加熱をもたらし、第２の電流は抵抗加熱素子から流れ出る。本システムは、さらに、第１の電流を表す第１のセンサ信号を生成するように構成される第１のセンサと、第２の電流を表す第２のセンサ信号を生成するように構成される第２のセンサと、漏れ電流を表す漏れセンサ信号を生成するように構成される漏れセンサと、電気アークの存在を識別するために高周波サンプリングレートを使用して、第１の電流、第２の電流、及び漏れ電流をサンプリング及び測定するように構成される信号プロセッサとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】複数の空気データプローブを含む航空機を示す図である。
【図２Ａ】ヒータと、ヒータに電気的に接続される回路とを含む空気データプローブの図である。
【図２Ｂ】図２Ａの線Ｂ−Ｂに沿って取られた空気データプローブのヒータの断面図である。
【図２Ｃ】ヒータ内の開回路を示す部分的断面図である。
【図２Ｄ】ヒータ内の短絡回路を示す部分的断面図である。
【図３】信号プロセッサの機能を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
概して、本開示は、高周波サンプリングレート（１５０ＫＨｚ〜５００ＫＨｚ）を使用して、主ヒータ電流及び絶縁漏れ電流を測定及びサンプリングし、今後のヒータ故障を示しヒータの残存耐用年数を推定するために使用され得る電気アークを検出することを説明している。
【０００７】
図１は、複数の空気データプローブ１２ａ〜１２ｎを含む航空機１０を示す図である。商用の航空機として示されているが、他の車両、例えば、無人機、ヘリコプター、地上車等は、また、環境の特徴を感知するように構成される空気データプローブ１２ａ〜１２ｎを含み得る。空気データプローブ１２ａ〜１２ｎは、航空機構成要素である。空気データプローブ１２ａ〜１２ｎは、限定ではないが、ピトープローブ、ピトー静電プローブ、全大気温度計（ＴＡＴ）プローブ、迎え角（ＡＯＡ）センサ、及びヒータを含み得る任意の他のプローブ等の任意の種類のプローブであり得る。
【０００８】
図２Ａは、ヒータ１４と、ヒータ１４に電気的に接続される回路１６とを含む空気データプローブ１２ａの図である。ＴＡＴプローブ１２ａとして図２Ａに示されているが、空気データプローブ１２ａは、任意の種類の空気データプローブ１２ａ〜１２ｎまたは感知要素であり得る。図２Ｂは、図２Ａの線Ｂ−Ｂに沿って取られた空気データプローブ１２ａのヒータ１４の断面図である。図２Ｃは、ヒータ１４内の開回路Ｏを示す部分的断面図である。図２Ｄは、ヒータ１４内の短絡回路Ｓを示す部分的断面図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄを一緒に説明する。
【０００９】
空気データプローブ１２ａは、航空機構成要素であり、ヒータ１４を含む。空気データプローブ１２ａは回路１６に電気的に接続され、回路１６は、電源Ｖｓ、第１のセンサ１７Ａ、第２のセンサ１７Ｂ、漏れセンサ１７Ｃ、信号プロセッサ１８、及び予測プロセッサ２０を含む。ヒータ１４は、抵抗加熱素子２２、絶縁体２４、及びシース２６を含む。
【００１０】
例えば、ヒータ線であり得るヒータ１４は、空気データプローブ１２ａを通って送られ、航空機１０内部で回路１６に電気的に接続される。ヒータ１４は、回路１６に電気的に接続された電源Ｖｓから電力を受信し、空気データプローブ１２ａに加熱をもたらす。電源Ｖｓは、ヒータ１４が位置付けられる空気データプローブ１２ａの形式に応じて、直流電流（ＤＣ）電力または交流電流（ＡＣ）電力をヒータ１４に供給し得る。第１の電流Ｉ1は、ヒータ１４の第１の端に流れる主電流である。第２の電流Ｉ2は、ヒータ１４の第１の端の反対にあるヒータ１４の第２の端に流れる主電流である。例えば、図２Ａに見られるように、第１の電流Ｉ1（ＤＣ電流またはＡＣ電流であり得る）はヒータ１４に流れ、第２の電流Ｉ2（ＤＣ電流またはＡＣ電流であり得る）はヒータ１４から流れ出る。第１の電流Ｉ1は、感知電圧または第１のセンサ信号Ｖ1を生成するように第１のセンサ１７Ａを通って流れる。この実施形態では、第１のセンサ１７Ａは、第１の感知抵抗器Ｒ1である。第２の電流Ｉ2は、感知電圧または第２のセンサ信号Ｖ2を生成するように第２のセンサ１７Ｂを通って流れる。この実施形態では、第２のセンサ１７Ｂは、第２の感知抵抗器Ｒ2である。漏れ電流ＩLは、ヒータ１４から電気接地に漏れている電流である。漏れ電流ＩLは、感知電圧または漏れセンサ信号ＶLを生成するように漏れセンサ１７Ｃを通って流れる。この実施形態では、漏れセンサ１７Ｃは、漏れ感知抵抗器ＲLである。第１の感知抵抗器Ｒ1、第２の感知抵抗器Ｒ2、及び漏れ感知抵抗器ＲLが既知の抵抗器であるため、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、及び漏れセンサ信号ＶLは、第１の電流Ｉ1、第２の電流Ｉ2、及び漏れ電流ＩLに対して既知の関係がある。各々、第１の電流Ｉ1、第２の電流Ｉ2、及び漏れ電流ＩLを表す第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、及び漏れセンサ信号ＶLは、時間関数として変動する。代替実施形態では、第１のセンサ１７Ａ、第２のセンサ１７Ｂ、及び漏れセンサ１７Ｃは、任意の適切なセンサであり得る。
【００１１】
信号プロセッサ１８はヒータ１４に電気的に接続される。第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、及び漏れセンサ信号ＶLを変動させる時間は、信号プロセッサ１８に提供される。信号プロセッサ１８は、第２のセンサ信号Ｖ2を第１のセンサ信号Ｖ1から引くことによって差分電圧ＶDを生じさせる。第１のセンサ信号Ｖ1及び第２のセンサ信号Ｖ2は、ヒータ１４の反対端の電流を表す。したがって、ＶDは、第１の電流Ｉ1と第２の電流Ｉ2との差を表し、この差は、ヒータ１４から漏れている電流を表し、ひいては、時間関数である漏れセンサ信号ＶLに等しい。第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDは、時間領域から周波数領域までデジタル化、フィルタ処理、及び変換され、周波数関数として、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDを表すフーリエ変換データを生成する。信号プロセッサ１８は、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDを表すフーリエ変換データを出力する。第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDを表すフーリエ変換データは、電気アークがヒータ１４で発生しているかどうかを示す。時間領域の第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDは、また、信号プロセッサ１８が時間関数として、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDを出力するように、デジタル化及びフィルタ処理される。
【００１２】
予測プロセッサ２０は、信号プロセッサ１８に電気的に接続され、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDを表すフーリエ変換データを、信号プロセッサ１８から受信する。予測プロセッサ２０は、また、時間領域の第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDを、信号プロセッサ１８から受信する。予測プロセッサ２０は、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDに加えて、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDを表すフーリエ変換データを使用して、ヒータ１４の状態２１を出力する。ヒータ１４は、「ＯＫ」、「開回路が予期される（ＡＮＴＩＣＩＰＡＴＥＤ  ＯＰＥＮ）」、「短絡が予期される（ＡＮＴＩＣＩＰＡＴＥＤ  ＳＨＯＲＴ）」、及び／または「今後の故障／残存耐用年数（ＦＵＴＵＲＥ  ＦＡＩＬＵＲＥ／ＲＥＭＡＩＮＩＮＧ  ＵＳＥＦＵＬ  ＬＩＦＥ）」の状態２１があり得る。
【００１３】
図２Ｂに見られるように、ヒータ１４は、第１の電流Ｉ1を電源Ｖｓから受信し、第２のＩ2を電源Ｖｓに出力する抵抗器である抵抗加熱素子２２を有する。第１の電流Ｉ1は抵抗加熱素子２２に流れ、第２の電流Ｉ2は抵抗加熱素子２２から流れ出る。抵抗加熱素子２２は、ニクロム等の耐酸化性材料または任意の他の適切な材料から作成され得る。絶縁体２４は抵抗加熱素子２２を囲む。絶縁体２４は、シリカ、セラミック、または任意の他の適切な絶縁材から作成され得る。シース２６は金属であり、絶縁体２４が抵抗加熱素子２２とシース２６との間にあるように、絶縁体２４を囲んでいる。シース２６は、ニッケル合金、銅合金、または任意の他の適切な耐酸化性材料から作成され得る。
【００１４】
高い高度での飛行時に、空気データプローブ１２ａが低温に露出されるとき、ヒータ１４は氷が空気データプローブ１２ａ上に蓄積することを防止する。電源Ｖｓは電力を抵抗加熱素子２２に供給し、それにより、第１の電流Ｉ1は、抵抗加熱素子２２に供給され、抵抗加熱素子２２を通って運ばれ、空気データプローブ１２ａに必要な熱を生成し、第２の電流Ｉ2は抵抗加熱素子２２から流れ出る。
【００１５】
絶縁体２４は抵抗加熱素子２２を保護し、抵抗加熱素子２２を電気的に絶縁する。例えば、抵抗加熱素子２２は、絶縁体２４によって金属シース２６から絶縁される。シース２６は、湿気及び汚染物質が絶縁体２４を損傷させることを避ける等によって、抵抗加熱素子２２及び絶縁体２４を保護する。
【００１６】
シース２６が割れた場合、酸素、湿気、ほこり、炭素、油、及び他の汚染物質は、シース２６を通って絶縁体２４に漏洩し、次に、抵抗加熱素子２２に漏洩することがあり、絶縁体２４及び抵抗加熱素子２２の材料を酸化させ、それらの特性を変更させ、及び／またはそれ以外の場合、壊させる。絶縁体２４の機能低下は、抵抗加熱素子２２がシース２６または短絡回路Ｓに短絡することをもたらす。抵抗加熱素子２２の割れ及び劣化は、開回路Ｏの発生をもたらし得る。例えば、図２Ｃに示されるように、絶縁体２４の酸化または割れは、絶縁体２４及び抵抗加熱素子２２の間隙の発生、または開回路Ｏの発生、ならびにヒータ１４の機能低下をもたらす可能性がある。加えて、図２Ｄに示されるように、絶縁体２４の機能低下は、抵抗加熱素子２２をシース２６または短絡回路Ｓに接触させ、ヒータ１４の機能低下を生じさせ得る。電流がヒータ１４を通って流れることができないとき、開回路Ｏ及び短絡回路Ｓの両方がヒータ１４の故障を表す。開回路Ｏ及び短絡回路Ｓの初期段階では、断続的な電気アークは、絶縁体２４内の導電性のある小さい空隙を通る放電の結果として発生する。絶縁体２４内の空隙の空気のイオン化は、電荷が空気を通るように通過することを可能にし、可視光をもたらし得るプラズマを生成する。抵抗加熱素子２２が開回路Ｏ等内で劣化するとき、電気アークが、また、抵抗加熱素子２２内部で発生し得る。短絡回路Ｓの場合、電気アークは、抵抗加熱素子２２とシース２６との間で発生し得る。電気アークは、開回路Ｏの場合に間隙を閉じること、または短絡回路Ｓの場合に間隙を開くことのどちらかに起因する、ヒータ１４の機能の一時的修復をもたらし得る。電気アーク自体は、一般的に、動作周波数よりもかなり高い周波数範囲における第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、及び漏れセンサ信号ＶLで現れる。例えば、電気アークは、約５０ＫＨｚ〜約２００ＫＨｚの範囲において現れ得る。
【００１７】
信号プロセッサ１８は、高周波サンプリングレートを使用して、ヒータ１４からの、第１の電流Ｉ1、第２の電流Ｉ2、及び漏れ電流ＩLをそれぞれ表す第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、及び漏れセンサ信号ＶLをサンプリング及び測定する。高周波サンプリングレートは、約１５０ｋＨＺ〜約５００ｋＨＺ等の電気アークによって生成される電気的ノイズ（アンチエイリアス処理フィルタによって制限され得る）の最大周波数の２倍よりも少なくとも大きい。
【００１８】
電気アークがヒータ１４の開回路Ｏまたは短絡回路Ｓの故障に先行するものであるため、予測プロセッサ２０は電気アークの存在に基づいてヒータ１４の状態２１を判定する。電気アーク自体は、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDにおける高周波ノイズとして現れる。係る高周波ノイズは、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDを表すフーリエ変換データにおいて識別される。予測プロセッサは、高周波ノイズの検出に基づいて、ヒータ１４の電気アークの存在を識別し、ヒータ１４の今後の故障を判定する。
【００１９】
第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDを表すフーリエ変換データに高周波ノイズがないとき、予測プロセッサ２０は、ＯＫの状態を出力し、ヒータ１４が適切に機能することを示す。第１のセンサ信号Ｖ1及び第２のセンサ信号Ｖ2を表すフーリエ変換データに高周波ノイズがあり、漏れセンサ信号ＶL及び差分電圧ＶDの信号レベルの増加または上昇がないとき、予測プロセッサ２０は、「開回路が予期される」の状態を出力し、今後すぐに開回路Ｏが発生することを示す。漏れセンサ信号ＶL及び差分電圧ＶDの信号レベルの顕著な増加または上昇に加えて、第１のセンサ信号Ｖ1及び第２のセンサ信号Ｖ2を表すフーリエ変換データに高周波ノイズがあり、漏れセンサ信号ＶL及び差分電圧ＶDを表すフーリエ変換データに高周波ノイズがあるとき、予測プロセッサ２０は、「短絡が予期される」の状態を出力し、今後すぐに短絡回路Ｓが発生することを示す。第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDを表すフーリエ変換データのシグニチャ（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）（特定の形状）及び大きさに基づいて、予測プロセッサ２０は、「今後の故障／残存耐用年数」の状態を出力し、ヒータ１４の残存耐用年数を示す。漏れセンサ信号ＶL及び差分電圧ＶDを参照して説明されるが、予測プロセッサ２０は、信号プロセッサ１８が差分電圧ＶDを生じさせない場合、漏れセンサ信号ＶL（漏れ電流を表す）だけを使用して同じ予測を行い得る、または漏れセンサ信号ＶLが信号プロセッサ１８に供給されない場合、差分電圧ＶD（漏れ電流を表す）だけを使用して同じ予測を行い得る。
【００２０】
ヒータ１４は、空気データプローブ１２ａが適切に機能することを確実にする。ヒータ１４は、空気データプローブ１２ａの機能の突然の低下を生じさせる開回路Ｏまたは短絡回路Ｓの発生の結果として突然故障し得る。空気データプローブ１２ａの適切な機能が航空機１０の安全運転に必要であるため、ヒータ１４の予測は、空気データプローブ１２ａの信頼性を改善する。ヒータ１４の今後の故障を予測することは、ユーザが、必要であるとき（フライトの間または別の都合の良いとき等）にヒータ１４を交換することを可能にし、ヒータ１４の予測不可能な故障を防止し、フライトの遅延を減らし、飛行安全性を改善し、航空機のメンテナンスコスト及び飛行機運転コストを少なくする。
【００２１】
図３は信号プロセッサ１８の機能を示す図であり、信号プロセッサ１８は、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDを、時間関数として、デジタル化及びフィルタ処理することを生じさせることと、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDを、周波数関数として、デジタル化及びフィルタ処理することを生じさせることとを含む。信号プロセッサ１８は、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDで、Ａ／Ｄ変換２８Ａ〜２８Ｄ、フィルタ処理３０Ａ〜３０Ｄ、及び高速フーリエ変換３２Ａ〜３２Ｄを実行する。さらに、信号プロセッサ１８は、増幅器３４Ｃ及び３４Ｄと、コンパレータ３６とを含む。
【００２２】
信号プロセッサ１８は、第１のセンサ信号Ｖ1を受ける。信号プロセッサ１８は、Ａ／Ｄ変換器２８Ａを使用して第１のセンサ信号Ｖ1をデジタル化し、フィルタ３０Ａを使用して、約５０ｋＨＺ〜約２００ｋＨＺの周波数範囲等の着目周波数範囲まで、デジタル化された第１のセンサ信号Ｖ1をフィルタ処理する。信号プロセッサ１８は、高速フーリエ変換３２Ａを利用して、第１のセンサ信号Ｖ1を表すフーリエ変換データを生成する。第１のセンサ信号Ｖ1を表すフーリエ変換データは、ヒータ１４の第１の電流Ｉ1を表す第１のセンサ信号Ｖ1を周波数関数として表す。
【００２３】
信号プロセッサ１８は、第２のセンサ信号Ｖ2を受ける。信号プロセッサ１８は、Ａ／Ｄ変換器２８Ｂを使用して第２のセンサ信号Ｖ2をデジタル化し、フィルタ３０Ｂを使用して、約５０ｋＨＺ〜約２００ｋＨＺの周波数範囲等の着目周波数範囲まで、デジタル化された第２のセンサ信号Ｖ2をフィルタ処理する。信号プロセッサ１８は、高速フーリエ変換３２Ｂを利用して、第２のセンサ信号Ｖ2を表すフーリエ変換データを生成する。第２のセンサ信号Ｖ2を表すフーリエ変換データは、ヒータ１４の第２の電流Ｉ2を表す第２のセンサ信号Ｖ2を周波数関数として表す。
【００２４】
信号プロセッサ１８は、漏れセンサ信号ＶLを受ける。信号プロセッサ１８は、増幅器３４Ｃを使用して漏れセンサ信号ＶLを増幅し、Ａ／Ｄ変換器２８Ｃを使用して、増幅された漏れセンサ信号ＶLをデジタル化する。信号プロセッサ１８は、フィルタ３０Ｃを使用して、約５０ｋＨＺ〜約２００ｋＨＺの周波数範囲等の着目周波数範囲まで、デジタル化された漏れセンサ信号ＶLをフィルタ処理する。信号プロセッサ１８は、高速フーリエ変換３２Ｃを利用して、漏れセンサ信号ＶLを表すフーリエ変換データを生成する。漏れセンサ信号ＶLを表すフーリエデータは、ヒータ１４の漏れ電流ＩLを表す漏れセンサ信号ＶLを周波数関数として表す。
【００２５】
信号プロセッサ１８は、第１のセンサ信号Ｖ1及び第２のセンサ信号Ｖ2を受ける。信号プロセッサ１８は、コンパレータ３６を使用して、第２のセンサ信号Ｖ2を第１のセンサ信号Ｖ1から引き、差分電圧ＶDを生じさせる。信号プロセッサ１８は、増幅器３４Ｄを使用して差分電圧ＶDを増幅し、Ａ／Ｄ変換器２８Ｄを使用して、増幅された差分電圧ＶDをデジタル化する。信号プロセッサ１８は、フィルタ３０Ｄを使用して、約５０ｋＨＺ〜約２００ｋＨＺ等の着目周波数範囲まで、デジタル化された差分電圧ＶDをフィルタ処理する。信号プロセッサ１８は、高速フーリエ変換３２Ｄを使用して、差分電圧ＶDを表すフーリエ変換データを生成する。差分電圧ＶDを表すフーリエデータは、ヒータ１４の漏れ電流ＩLを表す差分電圧ＶDを周波数関数として表す。
【００２６】
信号プロセッサ１８は、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDを、約１５０ｋＨＺ〜約５００ｋＨＺ等の着目周波数範囲の周波数の少なくとも２倍の速度でサンプリングする。第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDは、周波数領域にデジタル化、フィルタ処理、及び変換され、これにより、第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDのそれぞれの周波数スペクトルを分析することができる。第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDのそれぞれの周波数スペクトルの分析は、時間領域の第１のセンサ信号Ｖ1、第２のセンサ信号Ｖ2、漏れセンサ信号ＶL、及び差分電圧ＶDの信号レベルを監視することに加えて、電気アークを示す高周波ノイズの存在を判定することができる。周波数データが予測プロセッサ２０に送達され、予測プロセッサ２０は、ヒータ１４の残存耐用年数を示す係るデータに基づいて、ヒータ１４の状態２１を判定する。
【００２７】
高周波サンプリングに関して説明されているが、電気アークは、また、低周波サンプリングを使用して検出され得る。低周波サンプリングレートにおいて、電気アークは、漏れセンサ信号ＶL及び差分電圧ＶDに関する時間信号データのランダム高振幅パルス及びランダムノイズとして現れ得る。したがって、ヒータ１４の今後の故障及びヒータ１４の残存耐用年数は、また、低周波サンプリングレートにおいて識別され得る。
【００２８】
さらに、空気データプローブ１２ａ等の空気データプローブに関して説明されるが、ヒータ１４は、風、氷保護用ヒータ等の任意の適切な航空機構成要素の任意のヒータであり得る。
【００２９】
可能な実施形態の検討
以下は、本発明の可能な実施形態の非排他的な説明である。
【００３０】
航空機用システムは、航空機構成要素を通って送られるヒータを含む、航空機構成要素であって、ヒータは、抵抗加熱素子と、抵抗加熱素子を囲む絶縁体と、を備え、第１の電流は抵抗加熱素子に流れ航空機構成要素に加熱をもたらし、第２の電流は抵抗加熱素子から流れ出る、当該航空機構成要素と、第１の電流を表す第１のセンサ信号を生成するように構成される第１のセンサと、第２の電流を表す第２のセンサ信号を生成するように構成される第２のセンサと、漏れ電流を表す漏れセンサ信号を生成するように構成される漏れセンサと、電気アークの存在を識別するために高周波サンプリングレートを使用して、第１の電流、第２の電流、及び漏れ電流をサンプリング及び測定するように構成される信号プロセッサと、を含む。
【００３１】
前述の段落のシステムは、随意に、追加的及び／または代替的に、以下の特徴、構成、及び／または追加の構成要素のうちの任意の１つまたは複数を含み得る。
【００３２】
電気アークに基づいて、今後のヒータ故障を判定するように構成される予測プロセッサ。
【００３３】
航空機構成要素の残存耐用年数を判定するように構成される予測プロセッサ。
【００３４】
第１の電流及び第２の電流の高周波ノイズに基づいて、ヒータ内の電気アークの存在を識別するように構成される予測プロセッサ。
【００３５】
信号プロセッサは、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、漏れセンサ信号、及び差分電圧をデジタル化するように構成され、差分電圧は、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との差である。
【００３６】
信号プロセッサは、漏れセンサ信号を増幅するように構成される。
【００３７】
信号プロセッサは、約１５０ｋＨＺ〜約５００ｋＨＺの周波数において、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、及び漏れセンサ信号をサンプリングする。
【００３８】
信号プロセッサは、約５０ｋＨＺ〜約２００ｋＨＺの周波数範囲まで、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、及び漏れセンサ信号をフィルタ処理する。
【００３９】
第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、及び漏れセンサ信号を表すフーリエ変換データのシグニチャ及び大きさに基づいて、ヒータの残存耐用年数を予測するように構成される予測プロセッサ。
【００４０】
信号プロセッサは、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、及び漏れセンサ信号を表すフーリエ変換データを出力するように構成される。
【００４１】
第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、及び漏れセンサ信号を表すフーリエ変換データに基づいて、今後発生する短絡回路または今後発生する開回路を識別するように構成される予測プロセッサ。
【００４２】
第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を表すフーリエ変換データが高周波ノイズを示し、かつ漏れセンサ信号が上昇しないとき、今後発生する開回路を識別するように構成される予測プロセッサ。
【００４３】
第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を表すフーリエ変換データが高周波ノイズを示し、漏れセンサ信号を表すフーリエ変換データがまた高周波ノイズを示し、かつ漏れセンサ信号が上昇するとき、今後発生する短絡回路を識別するように構成される予測プロセッサ。
【００４４】
信号プロセッサは、漏れセンサ信号に等しい、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との差を表すフーリエ変換データを出力するように構成される。
【００４５】
ヒータはさらに絶縁体を囲む金属シースを備え、絶縁体は抵抗加熱素子と金属シースとの間にある。
【００４６】
第１の電流を抵抗加熱素子に供給する電源。
【００４７】
抵抗加熱素子に供給される第１の電流及び第２の電流は、ＡＣ電源またはＤＣ電源であり得る。
【００４８】
第１のセンサは第１の感知抵抗器であり、第２のセンサは第２の感知抵抗器であり、漏れセンサは漏れ感知抵抗器である。
【００４９】
信号プロセッサは、電気アークによって生成される電気的ノイズの最大周波数の２倍よりも大きい周波数において、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、及び漏れセンサ信号をサンプリングする。
【００５０】
航空機構成要素は、空気データプローブである。
【００５１】
本発明が例示的実施形態に関して説明されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が行われ得るものであり、均等物をその要素に置き換えられ得ることを当業者は理解するであろう。加えて、本発明の必須の範囲から逸脱することなく、多くの修正を行って特定の状況または材料を本発明の教示に適合させてもよい。したがって、本発明は、開示される特定の実施形態に限定されないが、本発明は、添付の特許請求の範囲内に収まる全ての実施形態を含むことが意図されている。
【図１】
2020093779.tif 000003
【図２Ａ】
2020093779.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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