(57)【要約】      （修正有）【課題】構造物の層の境界面領域間、及び他の腐食開始位置間において、ファスナの位置で境界面状態を監視するために使用することができる、輸送手段の製造中又は製造後に設置することができるセンサを設計する。【解決手段】無線腐食検出器１０は、表面弾性波（ＳＡＷ）センサタグ１２を備える。ＳＡＷセンサタグは出力ポート２８，３０を有する。少なくとも１つの電気抵抗（ＥＲ）腐食センサ３４は出力ポートに結合される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力ポート（２８、３０）を有する表面弾性波（ＳＡＷ）センサタグ（１２）と、
前記出力ポート（２８、３０）に結合される少なくとも１つの電気抵抗（ＥＲ）センサ（３４）とを備える、無線腐食検出器（１０）。
【請求項２】
前記ＳＡＷセンサタグ（１２）及び前記ＥＲセンサ（３４）は、腐食を受ける材料層の間に一体化される、請求項１に記載の無線腐食検出器（１０）。
【請求項３】
前記ＳＡＷセンサタグ（１２）の露出している部分は前記材料層から延在する、請求項２に記載の無線腐食検出器（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサに関し、より詳細には無線による腐食の検出及び監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
腐食は、航空宇宙構造物等の表面に関して深刻な問題である。複合材からなる輸送手段への傾向にもかかわらず、従来及び次世代の航空輸送手段においては、依然として多くの金属間境界面及び金属−複合材間境界面が存在している。大口の航空輸送顧客は、これらの境界面における腐食を検出することができる、簡素で軽量な費用がかからない腐食センサに対する必要性を示している。その目的は、腐食損傷が広がる前にその損傷を検出することができる低コストの検査プロトコルを用いて腐食を検出することである。多くの場合、損傷が発見されたときには、軽減にかかるコストが高くなってしまっている。この支出は、損傷が早期に発見されていたのならば、回避することができたであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
不都合なことに、腐食は、従来の手作業による非破壊的検査では時間がかかり困難であるような、到達するのが困難な場所で起こる場合がある。１つの代替策は、構造物の層の境界面領域間、及び他の腐食開始位置間において、ファスナの位置で境界面状態を監視するために使用することができる、輸送手段の製造中又は製造後に設置することができるセンサを設計することである。電池が不要の無線動作によって、任意の可能性のあるセンサが、アクセスし難い場所における使用に関して非常に魅力的となるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態において且つ単なる一例として、無線腐食検出器は、主としてＳＡＷフィルタから成る表面弾性波（ＳＡＷ）センサタグと、入力ポートに接続されるアンテナと、出力ポートに結合される少なくとも１つの電気抵抗（ＥＲ）センサとを備える。
【０００５】
別の実施形態において、再び単なる一例として、無線腐食システムはプロセッサを備える。送受信機装置がプロセッサに結合される。腐食検出器は、表面弾性波（ＳＡＷ）センサタグの出力ポートに結合される少なくとも１つの電気抵抗（ＥＲ）センサを含む。ＳＡＷセンサタグは、送受信機によって生成される無線周波数（ＲＦ）信号によって問い合わせを受ける。ＳＡＷセンサタグは、振幅変化及び遅延を組み込んでいる応答ＲＦ信号を再ブロードキャストする。応答ＲＦ信号は送受信機によって受信され、プロセッサによって腐食作用として解釈される。
【０００６】
さらなる一実施形態において、再び単なる一例として、腐食を検出する方法は、腐食を受ける表面に腐食検出器を固定するステップを含む。腐食検出器は、表面弾性波（ＳＡＷ）センサタグの出力ポートに結合される少なくとも１つの電気抵抗（ＥＲ）センサを備える。腐食検出器は、無線周波数信号（ＲＦ）によって問い合わせを受ける。振幅変化及び遅延を組み込んでいる応答ＲＦ信号が受信される。応答ＲＦ信号内に組み込まれる振幅変化及び遅延は、センサの近くにおいて生じており当該センサによって感知された腐食作用の尺度として解釈される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示であり、本発明、又は本発明の用途及び使用を限定するように意図されていない。さらに、上記の背景技術又は以下の詳細な説明において提示されるいかなる理論によっても範囲を定められるように意図されていない。
【０００８】
特許請求の範囲に記載される主題は２つの新しい技術を利用し、当該２つの技術は組み合わされると、到達し難い場所における腐食の存在を検出するための、費用がかからず、電池が不要であり、且つ無線のセンサを提供する。電気抵抗（ＥＲ）センサは、電力が供給されている有線の構成において腐食を監視するために使用することができる。そのようなＥＲセンサは、ヘリコプタのギヤボックスのファスナ用のスマートワッシャと、輸送手段が経験する環境負荷を感知する、大気に晒されるＥＲセンサとを含むことができる。表面弾性波（ＳＡＷ）ベースのセンサタグは、入力ポートにおいてアンテナを有すると共に出力ポートにおいてインピーダンス変化センサを有するＳＡＷフィルタから成る。フィルタの音響インピーダンスにおける変化は、受信された問い合わせＲＦ波の反射率を変化させる。
【０００９】
ＥＲセンサがそのようなＳＡＷセンサタグと組み合わせられる一実施態様では、ＳＡＷフィルタによる音響波及び再放出されたＲＦ信号の反射率は、ＳＡＷフィルタの出力ポートに繋がれている各ＥＲセンサのインピーダンスに比例する。そのようなＥＲセンサとＳＡＷタグとを組み合わせることによって、腐食監視センサのインピーダンスを、電池の電力又は有線接続を用いることなく測定することができる。適切にパッケージすることによって、このセンサソリューションが、層状境界面、ファスナにおいて、又は環境を感知する機器（environmental witness）として腐食を監視することが可能になる。
【００１０】
そのような実施態様は、ＳＡＷベースのセンサタグの出力ポートにおいて１つ又は幾つかの電気抵抗センサを組み合わせることによって実現することができる。電気抵抗（ＥＲ）センサに関して様々な形状要素を想定することができる。複数の金属層間の境界面又は金属−複合材間境界面における腐食を監視するために、電気抵抗センサは、多層フレックス回路設計を使用して、ＳＡＷ「送受信機」タグから製造するか、又はＳＡＷ「送受信機」タグに接続することができる。そのような薄い「スマートワッシャ」は、組み立て中に設置すると共に、腐食を受ける構造物の層間に埋めることができ、ＳＡＷセンサタグは、ラップスプライス（lap splice）又は同様の接続構造物の接合エッジに現れる。
【００１１】
単一のＳＡＷセンサタグは、並列及び直列のトポロジーの様々な組み合わせにおいて１組のＥＲセンサに有線接続することができる。複数のＥＲセンサに接続される各ＳＡＷセンサタグは、腐食に関して構造物の領域を監視することができるであろう。腐食検出位置の特異性の程度は、ＳＡＷタグによってサービス提供されるＥＲセンサの数を変えること、又は、増加する通信の複雑性に基づいて複数の出力ポートセンサを区別することができるより洗練されたＳＡＷタグ設計を使用することによって調整することができる。
【００１２】
設置後、腐食の存在は、監視されている構造物の腐食されていない部分か、又はさほど腐食されていない部分と接触しているＥＲセンサの抵抗の変化を通じて検知される。ＥＲセンサの電気抵抗は、腐食生成物の存在、又は腐食作用による犠牲保護被膜の破壊に起因して変化する。
【００１３】
ＳＡＷフィルタは、電気エネルギーを音響エネルギーに変換する、バンドパスの周波数選択装置である。ＳＡＷフィルタが適切なＲＦ信号によって問い合わせを受けると、ＲＦエネルギーが弾性波に変換され、当該弾性波は、送信時間遅延を経験するＳＡＷフィルタを下って進む。変換された超音波信号は、ＳＡＷ遅延線の終端に到達すると、出力ポート負荷によって反射され、ＳＡＷタグの入力ポートに接続されるアンテナによって再送信するために、再び遅延線を上がって進む。ＥＲセンサインピーダンスの変化は、再ブロードキャストＲＦ信号の振幅変化及び遅延と見なすことができる。同じＳＡＷ−ＥＲセンサパッケージ内の擬似負荷を使用する基準ＲＦ反射は、振幅応答を較正して信号振幅変化のための共通の共有ソースを除去するために使用することができる。
【００１４】
図１を見ると、１つの例示的な腐食検出器１０が示されている。検出器１０は、アンテナ１４と、導体１６及び２０をそれぞれ通じて入力ポートに対して行われる接地２２接続とを有するＳＡＷベースのセンサタグ１２を備える。入力インタデジタル変換器（ＩＤＴ）構造体１８も、導体１６及び２０に接続される。ＲＦ電気信号は、構造体１８によって弾性波に変換され、当該弾性波はＳＡＷフィルタを下って進む。これは矢印２４によって示されている。弾性波の電気信号への逆変換は、弾性波パケットが出力インタデジタル変換器構造体２６に到達したときに出力ポートにおいて生じる。出力ＩＤＴは、出力ポート点２８及び３０に結合される導体３６及び３８を介してＥＲセンサ３４に結合される。抵抗負荷３２は、点３０における出力ポートに結合されて示されている。
【００１５】
再び、上述したように、弾性波は、出力ＩＤＴ２６の終端に到達すると、出力ポート負荷（センサ３４を含む）によって反射され、ＳＡＷフィルタ１２に沿ってアンテナ１４まで戻って進み、当該アンテナ１４において再送信される。ＥＲセンサ３４のインピーダンスの変化は、再ブロードキャストＲＦ信号の振幅変化及び遅延と見なすことができる。
【００１６】
図２を見ると、１つの例示的な腐食検出システムが示されている。システム４０は、送受信機装置を有する問い合わせユニット４４に結合されるコントローラ／プロセッサ４２を備える。送受信機装置は、腐食検出器１０内のアンテナ１４によって受信される適切なＲＦ問い合わせ信号４６をブロードキャストする。ここで、上述したように、ＲＦ信号４６は、音響エネルギーに変換され、当該音響エネルギーは、ＳＡＷセンサ１２を全長にわたって進み、腐食センサ３４のインピーダンスを反映する振幅変化及び遅延を組み込む。その後、このエネルギーはＲＦ応答信号４８に再変換され、当該ＲＦ応答信号は、アンテナ１４から問い合わせユニット４４にブロードキャストされる。
【００１７】
振幅の変化及び遅延は、コントローラ／プロセッサによって、センサの近くで腐食が生じていることの証拠として解釈することができる。再び、例えば、同じＳＡＷ−ＥＲセンサパッケージ内で擬似負荷を使用するが、ＥＲセンサによって応答される異なる時間遅延を経験する基準ＲＦ反射は、振幅応答を較正して、信号振幅変化のための共通の共有ソースを除去するために使用することができる。
【００１８】
１組のＥＲ腐食センサ３４は、直列で（図示せず）結合することができ、そしてＳＡＷセンサ１２と並列で結合することができる。このシナリオでは、ＥＲセンサ３４は、監視される所望の領域に選択的に置くことができる。加えて、様々なＥＲセンサ３４を様々な材料層に置くことができ、ここで、フレックス回路素子（図示せず）がＥＲセンサ３４を互いに又はＳＡＷセンサ１２に接続する。当業者が理解するように、幾つかの形状要素におけるＥＲセンサ３４の多数の構成を、特定の用途に適合するように実施することができる。
【００１９】
図３は、腐食を受ける材料層５２及び５４の間の腐食検出器の１つの例示的な配置５０を示す。図示されている例では、腐食検出器１０（ＳＡＷセンサ１２及び少なくとも１つの腐食センサ３４を含む）が層５２及び５４内に配置される。図示されている実施形態では、検出器１０の一部は、適切なＲＦ信号を受信及び変換するために露出したままである。例えば、露出している部分は、ＳＡＷセンサタグ１２を含むことができ、一方、埋められている部分は１つ又は複数の腐食センサ３４を含むことができる。ここでもまた、効果的な腐食監視システムを形成するために様々な構成を実現することができることを当業者は理解するであろう。
【００２０】
本発明を好ましい一実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変化を行うことができ、当該実施形態の要素を均等物によって置きかえることができることを当業者は理解するであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料に適合するように、本発明の教示に対して多くの変更を行うことができる。したがって、本発明を実施するために考えられる最良の態様として開示される特定の実施形態に本発明は限定されないということが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】１つの例示的な無線腐食検出器を示す図である。
【図２】１つの例示的な腐食検出システムのブロック図である。
【図３】腐食を受ける材料層の間に一体化されている無線腐食検出器を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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