專利名稱：飛行器布線的電弧故障位點(diǎn)檢測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電氣布線安全(electrical wiring safety) 0更特別地，本發(fā)明涉及飛行器布線的電弧故障位點(diǎn)檢測(cè)，其可例如在飛行器維護(hù)期間使用以確定例如那些可能引起電弧放電的布線故障的位置。
背景技術(shù)：
飛行器是高度復(fù)雜的機(jī)器，其在溫度、降水、壓力、震動(dòng)等多種極端條件下工作。任何飛行器的一個(gè)重要部件是它的電子控制和配電系統(tǒng)，其常常通過(guò)使用提供在各種密封墻和機(jī)身板后面的許多千米的布線提供。在飛行器中的布線對(duì)于正確工作可以是決定性的，并且定期檢查和維護(hù)對(duì)于確保易受老化、維護(hù)期間引起的意外損傷、飛行期間的震動(dòng)或與其他電線摩擦、變彎、變濕、壓印等的電線可用并且不危險(xiǎn)是必不可少的。為了幫助檢查這樣的飛行器布線的情況，已知各種故障檢測(cè)和定位裝置(例如斷路器等)用于在飛行器中使用[1-3]。然而，這些常規(guī)裝置未必檢測(cè)或防止某些難以檢測(cè)的布線故障，例如電弧放電等，其可僅間歇地或采用不可預(yù)測(cè)的方式發(fā)生。電弧放電可是特別危險(xiǎn)的，例如在它形成火花而該火花然后引起易燃材料點(diǎn)燃的情況下是特別危險(xiǎn)的。實(shí)際上電弧放電已經(jīng)與各種飛行事故關(guān)聯(lián)例如在1996年七月在紐約附近半空中爆炸的TWA800使得飛機(jī)上的所有人喪生以及在1998年九月發(fā)生駕駛艙火災(zāi)并且隨后墜毀到海中的瑞士航空公司111也使得飛機(jī)上所有人喪生。在兩個(gè)案例中，引起隨后電弧放電的有故障的布線認(rèn)為是事故的根源?？紤]到與電弧放電關(guān)聯(lián)的潛在危險(xiǎn)，因此已經(jīng)開發(fā)各種電弧檢測(cè)系統(tǒng)[4-8]。然而，盡管這樣的電弧檢測(cè)系統(tǒng)是對(duì)之前的故障檢測(cè)和定位裝置[1-3]的改進(jìn)，特別對(duì)于間歇電弧，在不容易接近需要測(cè)試的電線或電線束的情況下(例如，在這樣的電線嵌在飛行器板后面并且不可觸及的情況下)，仍然存在準(zhǔn)確定位引起電弧放電的故障的位置的問題。從而設(shè)計(jì)本發(fā)明同時(shí)在上文提到的與常規(guī)技術(shù)關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)方面有成效。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供有用于檢測(cè)飛行器電氣布線設(shè)置中的電弧故障的位點(diǎn)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括可操作成產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)的控制器和用于將該測(cè)試信號(hào)耦合于包括一條或多條在測(cè)電線的電氣布線的定向耦合器(directional coupler)。該定向耦 合器還用于將來(lái)自該電氣布線反射的測(cè)試信號(hào)耦合于該控制器。該控制器還可操作成檢測(cè)從在測(cè)電線中的電弧故障反射的測(cè)試信號(hào)并且分析反射的測(cè)試信號(hào)以便由此確定一個(gè)或多個(gè)電弧故障位置。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供有非侵入定向耦合器，其用于將測(cè)試信號(hào)耦合到飛行器的電氣布線(包括一條或多條在測(cè)電線)，并且用于將從該電氣布線反射的測(cè)試信號(hào)耦合到控制器。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供有檢測(cè)飛行器電氣布線設(shè)置中的電弧故障的位點(diǎn)的方法。該方法包括在沿在測(cè)電線的預(yù)定方向上引導(dǎo)測(cè)試信號(hào)，檢測(cè)從該在測(cè)電線反射的測(cè)試信號(hào)，以及從該檢測(cè)到的反射測(cè)試信號(hào)確定一個(gè)或多個(gè)電弧故障位置。在本發(fā)明的各種方面和實(shí)施例中，在測(cè)電線或多條電線可以是帶電的。這意味飛行器的電氣系統(tǒng)可以在各種工作條件下工作并且同時(shí)被測(cè)試以便間歇或瞬時(shí)故障(例如， 電弧放電)可出現(xiàn)，否則當(dāng)例如發(fā)動(dòng)機(jī)等各種系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)這些故障可能是不明顯的。有利地，定向耦合器的使用還允許測(cè)試信號(hào)在電氣布線上的各種點(diǎn)處注入。例如， 測(cè)試信號(hào)可在飛行器內(nèi)電線束最容易被接近的點(diǎn)處耦合到該電線束。另外，非闖入性定向耦合器(non-invasive directional coupler)的使用還消除了向布線提供硬連線的、闖入性的電弧位點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的需要。通過(guò)消除了提供各種闖入性的在線部件以增加電弧位點(diǎn)檢測(cè)功能性的需要，本發(fā)明的各種實(shí)施例從而可以與現(xiàn)有飛行器布線一起使用，而不需要改造闖入性的部件(其可能例如要求修改的布線被測(cè)試并且重新認(rèn)證以確保它滿足各種航空局裝備標(biāo)準(zhǔn)，例如由UK的民用航空管理局(CAA)和USA的聯(lián)邦航空管理局(FAA)等設(shè)定的那些等)。


現(xiàn)在將連同附圖描述本發(fā)明的各種方面和實(shí)施例，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的用于檢測(cè)飛行器電氣布線設(shè)置中的電弧故障的位點(diǎn)的系統(tǒng)；圖2示出由本發(fā)明的各種實(shí)施例提供的定向耦合器的電氣等效電路圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的非侵入定向耦合器；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另外的非侵入定向耦合器；圖5示意示出圖4的定向耦合器的電氣等效電路圖；圖6圖示根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的檢測(cè)飛行器電氣布線設(shè)置中的電弧故障的位點(diǎn)的方法。
具體實(shí)施方式
圖1示出用于檢測(cè)飛行器電氣布線設(shè)置中的電弧故障的位點(diǎn)的系統(tǒng)100。該電氣布線設(shè)置包括由一條或多條在測(cè)電線構(gòu)成的電氣布線150。系統(tǒng)100包括可操作成產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)的控制器110。該測(cè)試信號(hào)可以例如是具有從布線150的工作信號(hào)波段排除的頻率的交流(AC)信號(hào)，使得測(cè)試信號(hào)不干擾當(dāng)布線150 正常工作時(shí)使用的工作信號(hào)。這使布線150能夠帶電測(cè)試，其中工作信號(hào)和測(cè)試信號(hào)都在布線150中傳播?？刂破?10可以例如使用各種射頻(RF)測(cè)試信號(hào)，其使用各種調(diào)制方案編碼。從布線故障反射的測(cè)試信號(hào)然后可以檢測(cè)到，并且例如使用渡越時(shí)間測(cè)量，可以確定這些故障相對(duì)于測(cè)試信號(hào)進(jìn)入布線150的注入點(diǎn)的位置。例如，在各種實(shí)施例中雙極相移鍵控 (BPSK)用作以從大約1. 5MHz至大約144MHz的RF工作的擴(kuò)展頻譜時(shí)域反射計(jì)(SSTDR)中的調(diào)制方案，而典型的飛行器配電系統(tǒng)將以400Hz的頻率工作。在控制器110的各種實(shí)施例中，各種商業(yè)上可買到的產(chǎn)品可以用于提供控制器功能性。例如，可使用可買到或很快將可買到的來(lái)自美國(guó)猶他州鹽湖城的LiveWire Test Lab公司的LiveWire 移動(dòng)服務(wù)包(MSP)或LiveWire 集成電路(IC) [9]，然而沒有采用常規(guī)方式闖入性地耦合MSP或IC (為了獲得涉及可能的控制器實(shí)施例的更多細(xì)節(jié)還參見參考文獻(xiàn)[10-14])。控制器110可操作成產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)并且通過(guò)電連接132將測(cè)試信號(hào)耦合到定向耦合器130。定向耦合器130將測(cè)試信號(hào)耦合到電氣布線150使它能夠在沿布線150的第一方向上傳播同時(shí)至少部分阻擋測(cè)試信號(hào)沿布線150的第二相反方向傳播。定向耦合器130還通過(guò)電連接132沿反向路徑將從沿第一方向傳播的測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生的反射測(cè)試信號(hào)耦合回到控制器110?？刂破?10然后可操作成接收從在測(cè)電線中的電弧故障反射的測(cè)試信號(hào)并且分析該反射的測(cè)試信號(hào)以便由此確定一個(gè)或多個(gè)電弧故障位置?？梢岳缤ㄟ^(guò)以已知緩沖幀頻(υ)用反射信號(hào)數(shù)據(jù)周期性地再充填控制器110 中的環(huán)形緩沖器、計(jì)數(shù)已經(jīng)發(fā)生的完成的環(huán)形緩沖器采集的數(shù)目(N)并且將反射信號(hào)數(shù)據(jù)與代表調(diào)制的測(cè)試信號(hào)的數(shù)據(jù)自動(dòng)相關(guān)以便尋找相關(guān)性“尖峰(spike)”來(lái)進(jìn)行分析。當(dāng)檢測(cè)到這樣的尖峰時(shí)，可以停止或捕捉并且讀出環(huán)形緩沖器數(shù)據(jù)采集，并且在第N個(gè)環(huán)形緩沖器數(shù)據(jù)幀內(nèi)的相關(guān)性尖峰的位置(自寬度M的緩沖器中的第m個(gè))指示沿布線的電弧故障的渡越時(shí)間(tf)，從而
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)飛行器電氣布線設(shè)置中的電弧故障的位點(diǎn)的系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng) (100)包括可操作成產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)的控制器(110，210)；以及用于將所述測(cè)試信號(hào)耦合到電氣布線(150)并且用于將從所述電氣布線(150)反射的測(cè)試信號(hào)耦合于所述控制器(110，210)的定向耦合器(130，230，330，430)，所述電氣布線 (150)包括一條或多條在測(cè)電線(250)；其中所述控制器(110，210)還可操作成檢測(cè)從所述在測(cè)電線(250)中的電弧故障反射的測(cè)試信號(hào)并且分析反射的測(cè)試信號(hào)以便由此確定一個(gè)或多個(gè)電弧故障位置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述定向耦合器(130，230，330，430)電氣地提供關(guān)于所述在測(cè)電線O50)的串聯(lián)阻擋電感器034)和并聯(lián)耦合電容器036)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(100)，其中所述串聯(lián)阻擋電感器034)通過(guò)在所述在測(cè)電線(250)的第一部分周圍提供磁性材料來(lái)形成并且所述并聯(lián)耦合電容器(236)通過(guò)在所述在測(cè)電線O50)的第二部分周圍提供導(dǎo)電層來(lái)形成。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(100)，其中所述定向耦合器是用于將所述測(cè)試信號(hào)耦合到沿所述一條或多條在測(cè)電線O50)的第一方向和沿所述一條或多條在測(cè)電線Q50)的第二方向中的一個(gè)或多個(gè)的雙向耦合器(130，430)，所述第一和第二方向朝向相反。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(100)，其中所述雙向耦合器(130，430)包括電感元件 (434)和多個(gè)電容元件(436a,436b,436c,436d)
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(100)，其中所述雙向耦合器(130，430)在至少一條在測(cè)電線(250)周圍是可拆解式可夾緊的。
7.一種非侵入定向耦合器(130，230，330，430)，其用于將測(cè)試信號(hào)耦合到飛行器的電氣布線(150)，并且用于將從所述電氣布線(150)反射的測(cè)試信號(hào)耦合到控制器(110， 210)，所述電氣布線(150)包括一條或多條在測(cè)電線050)。
8.如權(quán)利要求7所述的非侵入定向耦合器(130，230，330，430)，其中所述定向耦合器 (130，230，330，430)電氣地提供關(guān)于在測(cè)電線Q50)的串聯(lián)阻擋電感器(234)和并聯(lián)耦合電容器(236)。
9.如權(quán)利要求8所述的非侵入定向耦合器(130，230，330，430)，其中所述串聯(lián)阻擋電感器(234)通過(guò)提供磁性材料使其放置在所述在測(cè)電線(250)的第一部分周圍來(lái)形成并且所述并聯(lián)耦合電容器(236)通過(guò)提供導(dǎo)電層使其放置在所述在測(cè)電線(250)的第二部分周圍來(lái)形成。
10.如權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的非侵入定向耦合器(130，230，330，430)，其中所述定向耦合器是用于將所述測(cè)試信號(hào)耦合到沿一條或多條在測(cè)電線O50)的第一方向和沿一條或多條在測(cè)電線O50)的第二方向中的一個(gè)或多個(gè)的雙向耦合器(130，430)，所述第一和第二方向朝向相反。
11.如權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)所述的非侵入定向耦合器(130，230，330，430)，其中所述定向耦合器(130，230，330，430)在至少一條在測(cè)電線(250)周圍是可拆解式可夾緊的。
12.—種檢測(cè)飛行器電氣布線設(shè)置中的電弧故障的位點(diǎn)的方法(600)，所述方法包括在沿在測(cè)電線O50)的預(yù)定方向上引導(dǎo)(60 測(cè)試信號(hào)；檢測(cè)(604)從所述在測(cè)電線Q50)反射的測(cè)試信號(hào)；以及從所述檢測(cè)到的反射測(cè)試信號(hào)確定(606) —個(gè)或多個(gè)電弧故障位置。
13.如權(quán)利要求12所述的方法(600)，其中引導(dǎo)(60 測(cè)試信號(hào)包括使用定向耦合器 (130，230，330，430)將射頻(RF)信號(hào)注入所述在測(cè)電線(250)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法(600)，進(jìn)一步包括將兩個(gè)反方向傳播的測(cè)試信號(hào)分量注入所述在測(cè)電線O50)以便檢測(cè)在測(cè)試信號(hào)注入點(diǎn)上游和下游出現(xiàn)的任何電弧故障。
15.如權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法(600)，包括在引導(dǎo)(60 所述測(cè)試信號(hào)進(jìn)入在測(cè)電線(250)之前將定向耦合器(130，230，330，430)可拆解地夾緊在所述在測(cè)電線 (250)周圍。
全文摘要
根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及用于檢測(cè)飛行器電氣布線設(shè)置中的電弧故障的位點(diǎn)的系統(tǒng)(100)。該系統(tǒng)(100)包括可操作成產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)的控制器(110，210)，以及用于將該測(cè)試信號(hào)耦合到電氣布線(150)并且用于將從該電氣布線(150)反射的測(cè)試信號(hào)耦合于該控制器(110，210)的定向耦合器(130，230，330，430)。該電氣布線(150)包括一條或多條在測(cè)電線(250)，并且該控制器(110，210)進(jìn)一步可操作成檢測(cè)從該在測(cè)電線(250)中的電弧故障反射的測(cè)試信號(hào)并且分析反射的測(cè)試信號(hào)以便由此確定一個(gè)或多個(gè)電弧故障位置。該在測(cè)電線(250)可以是帶電的并且測(cè)試可以被執(zhí)行而不需要使用闖入性的在線部件。
文檔編號(hào)G01R31/11GK102159956SQ200980138126
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月22日
發(fā)明者A·施普利 申請(qǐng)人:通用電氣航空系統(tǒng)有限公司