(57)【要約】異物の衝撃によって宇宙船に生じる損傷を検出する方法が開示され、それによれば衝撃によって発生する超音波が電子的に記録され、評価ユニットに供給されて損傷の箇所を数学的に捜し出す。記録プロセスと評価プロセスとは自動的に作動され、未知のシステムによって生じた認知超音波がマスクされる。発明方法を実施するための装置は、監視されるべきボディの表面にある少なくとも３つの超音波センサとこれに割り振られた電子検出・評価ユニットとを備えている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響測定を用いて異物の衝撃により宇宙船に生じる損傷を検出する方法において、衝撃によって引き起こされる超音波振動を電子的に記録し、評価ユニットへ損傷個所の数学的位置確認のために供給することを特徴とする方法。
【請求項２】
記録プロセス及び評価プロセスの自動作動がなされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
未知のシステムによって引き起こされた認知の超音波振動がマスクされることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項の方法を実施するための装置にして、監視されるべき物体の表面（４，３７）上で空間的に配置された３つの超音波センサ（１〜３，３１〜３６）並びにこれらに配属された検知・評価ユニット（５〜２１）を備えて構成された装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響測定を用いて異物の衝撃により宇宙船に生じる損傷を検出する方法に関する。更に、そのような方法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙船の縁で、隕石や破片部分の衝突によってたいてい構造に破損・損傷が生じる。特に外側カバーに穴が生じる場合、内圧が低下し呼吸酸素がなくなるので、それは該当船の乗組員にとって著しい危険である。しかしながら、そのような被害の検知のために宇宙船の縁でこれまで利用された聞き取り得る音の測定に基づいたシステムや方法は、そのような異物の落下・衝突の正確な箇所を探知し示す状況にない。
【０００３】
特許文献１によれば、宇宙船での異物の損傷／命中・落下を把握するための振動測定法が知られている。振動は電子的に記録され評価ユニットを介して数学的に衝突（インパクト、衝撃負荷）が決められる。しかし、どの振動が問題であるかやどのように測定法が実行可能であるかについての示唆は知られていない。
【０００４】
確かにおおまかに特許文献２にしたがって、音（超音波）放出に直面して位置測定と分析のための方法が、機械設備や部品における破損箇所の早期発見のために、例えばミクロ範囲での亀裂発生によって生じることが指摘されている。その際、能動的な刺激で作動するのでなく、生じた超音波信号を純粋に受動的に検出して加工する。
【０００５】
【特許文献１】ＪＰ０４２９７４００Ａ
【特許文献２】ＤＥ３０３３９９０Ｃ２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それゆえ、本発明の課題は、隕石や破片部分の衝突箇所を正確に見い出し、即座に危険の認識することができるような、始めに述べた様式の方法を開発することにある。本発明の更なる課題は、そのような方法を実施するための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は第１の課題を、衝撃によって引き起こされた超音波振動が電子的に記録され、損傷箇所の数学的位置確認のために評価ユニットに供給される方法によって解決する。他の課題は請求項４に係る装置で解決される。
【０００８】
本発明は、宇宙船の外殻に既に最小の開口がここを通って流出するガスによって、被害箇所の検知・位置確認に適した超音波振動を生じるという物理作用を利用する。本発明に係る方法が有利な更なる構成において先ず異物の衝突により進行することによって、宇宙飛行任務の大部分の間、停止状態乃至待機状態を取り続け、それでごく僅かな電気エネルギーのみを必要とする程度ですむ。更に本発明に係る方法で、宇宙船の外殻に穴を明けないが潜在的な危険の原因であるような損傷乃至衝突も同様に把握することが可能である。
【０００９】
確かに破壊・損害のない材料試験の範囲から、所定振動数（周波数）の超音波振動を試験すべき材料乃至加工品に導き、破損によって引き起こされ超音波の反射、モード変化、回折及び減衰をもたらす材料中の構造変化を欠陥の確認に用いるようにした超音波振動による材料検査を行うことはそれ自体として既に公知である。しかしながら、この技術は検査されるべき加工品の能動的な刺激に基づいており、宇宙航空学技術での使用に適していない。
【００１０】
物理作用、即ち、固体媒体において約５０％の所要時間差で漸進的に広がる横波・縦波（損傷の個所で生じる）を利用して、三角測量法で落下・命中個所の位置測定を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明する。
図１の描写は、数学的相関プロセスを利用した超音波の三角形の所要時間（走時）・段階測定を介し超音波源の位置測定を実施し、それで激突乃至被害箇所の突き止めを可能とする測定システムを示す。初期状態における振動の把握は、少なくとも３つの互いに独立に記録すべき同期して作動する超音波センサ１，２，３によって起きる。これらセンサは図１に示された配置において等角の二等辺三角形で監視されるべき面４上に取り付けられている。等角の二等辺三角形におけるこの配置は確かに優先するが、ここに記載された方法を実施するために強制的に必要とされるものではないことを付言する。センサ１〜３の各々は関連の測定・メモリ電子装置と接続されている。当該電子装置は評価のため測定データをプロセス計算機に伝達する。これらは図２に詳細に示されている。
【００１２】
図２は、超音波センサ１〜３の各々が関連した後続の増幅器５〜７と接続され、これら増幅器５〜７がフィルタ８〜１０を介してサンプル・ホールド段階（Sample-and-Hold-Stufen）１１〜１３に作用することを示す。サンプル・ホールド段階にそれぞれＡ／Ｄ変換器１４〜１６が後続しており、これら変換器はまたメモリユニット１７と接続されている。このメモリユニット１７の、個々のセンサ１〜３に関連した領域は、伝送制御装置（合波器）１８及びデータバス１９を介してプロセス計算機２０と接続している。これは他方で、対応するアドレス回線をもって制御バス２１を介して先に挙げられた個々の構成要素に作用する。
【００１３】
一過性の超音波が、隕石や破片部分の衝突直後に生じ、一方で検出システムを作動し、他方で所要時間を測定するために、上述の配置装置において利用される。その際、落下・命中箇所に最も近くに位置する超音波センサ、図１に示された例の場合にはセンサ１が第１測定検知要素として、生じた超音波を把握して、測定システムを起動する。残りのセンサ２，３は、落下・命中箇所への間隔に対応した適当な遅れ時間後に超音波信号を受ける。生じた位相・振幅差が、評価ユニットにおいて落下・命中位置を突き止めるために用いられる。固定状態での超音波振動の評価は、超音波の減衰効果を利用しながら行われる。減衰効果は、材料特性によって引き起こされ、上述のセンサ・測定配置装置によって実施される位相比較を用いて検出され得る。その際、プロセス計算機がプログラミング化され、未知のシステムによって引き起こされた認知の超音波振動が次第に小さくされる。
【００１４】
最後に図３は、目的とする監視機能を実行するために宇宙ステーション３７の表面上にセンサ３１〜３６が分配配置されている上述した対応配置装置を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】超音波を用いて損傷を検出する装置配置の図である。
【図２】図１に係る装置配置のための評価ユニットの原理図である。
【図３】図１及び２に係る装置配置を備えた宇宙ステーションのモジュールの図である。
【符号の説明】
【００１６】
１〜３    センサ
４    面
５〜７    増幅器
８〜１０    フィルタ
１１〜１３    サンプル・ホールド段階
１４〜１６    Ａ／Ｄ変換器
１７    メモリユニット
１８    伝送制御装置
１９    データバス
２０    プロセス計算機
２１    制御バス
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【国際調査報告】
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