航空器結構的不規則性檢測的製作方法

2023-06-18 08:58:36 1

專利名稱：航空器結構的不規則性檢測的製作方法
技術領域：
本發明涉及航空器結構的不規則性檢測。具體地說，本發明涉及檢測航空器結構中的不規則性的設備。此外，本發明涉及檢測航空器結構中的不規則性的系統，檢測航空器結構中的不規則性的方法，包含上述設備的航空器，和上述設備的應用。
背景技術：
在航空運輸中，飛行器的安全性至關重要。在各次飛行之間，針對故障和不規則性監測每個飛行器，並進行大量工作，以在維護期間保持和提高安全性。對於航空器組件的表面上或者接合點中的裂紋的檢測，可以採用不同的傳感器。 例如，可以使用電探針，由於裂紋的形成，所述電探針改變其電性能。不過，為了檢測裂紋， 這樣的傳感器需要電源和與分析單元連接。可能需要經過較長的距離才能到達分析單元。 從而，電纜敷設費時，佔空間，重量大，並且費用高。此外，電源的維護費時。

發明內容
因此，需要一種檢測航空器結構中的不規則性的改進設備。此外，需要一種檢測航空器結構中的不規則性的系統和方法。按照獨立權利要求的主題可滿足這些需要。在從屬權利要求中描述了本發明的優選實施例。按照本發明的第一方面，提供一種檢測航空器結構中的不規則性的設備。所述設備包括具有諧振頻率的諧振電路，和調諧諧振電路的諧振頻率的探針。所述探針可附到所述結構上，按照如果所述結構因不規則性的形成而發生變化，那麼探針改變諧振電路的諧振頻率的方式，使諧振電路和探針在操作上連接。換句話說，本發明的第一方面可被看作以能夠無線監測航空器結構的完好性的思想為基礎。具有諧振頻率的諧振電路在操作上與探針連接。所述探針適合於通過抑制諧振電路中能量的振動，或者通過改變諧振電路中能量的分散，改變諧振電路的諧振頻率。探針可被附到航空器的結構上，更改它所連接到的諧振電路的諧振頻率。諧振頻率的更改是由航空器結構的變化引起的。結構變化歸因於不規則性的形成，例如，所述不規則性可以是裂紋的產生，或者航空器的結構形狀的變化。下面詳細說明按照本發明的第一方面的設備的可能特性和優點。如上所述的設備可按照下述方式起作用帶諧振電路的探針被附到航空器的結構上。隨後，形成結構中的不規則性，例如，蒙皮表面中的不規則性，所述不規則性造成對探針的損傷。損傷的探針導致與之連接的諧振電路的諧振頻率的變化。諧振頻率的變化隨後可被檢測設備檢測。不過應注意，不規則性的形成並不必然損傷探針。按照本發明的另一個例證實施例，不規則性的形成(例如，航空器結構的彎曲)會彎曲探針，從而改變探針的導電率，導電率的變化再導致諧振電路的諧振頻率的變化。
例如，不規則性可以是裂紋，或者航空器的結構形狀的變化，比如航空器的元件的彎曲。例如，不規則性可由外力的施加，例如強風或者航空器的起飛和著陸階段內的巨大壓差引起。航空器可以是適合於航空運輸的任何飛行器，例如飛機或直升機。例如，要監測的航空器的結構可以是航空器的機翼、蒙皮或尾部。結構也可以是航空器的不同元件的接合點。結構可以 是平面，或者例如可以是邊緣。所述設備的諧振電路可包含電容器(C)，電感器(L)，和可能有的電阻器(R)。這些組件可以被串聯或並聯。在電感器的磁場和電容器的電場之間將周期性地交換能量，從而引起電振蕩。從而，在諧振電路的不同元件表現出高電流和高電壓。可從外部或內部電源供給能量。能量發生變化的頻率(f)是描述諧振電路的一個典型參數。諧振頻率反比於電感L和電容C的平方根。諧振頻率可在千赫茲(kHz)、兆赫茲(MHz)或千兆赫茲(GHz)範圍內。對比如無源RFID標籤之類的系統來說，可以使用幾kHz的諧振頻率，對可在幾米的距離內檢測的系統來說，可以使用ΙΟ-ΙΟΟΟΜΗζ的諧振頻率，對遠距離系統來說，可以使用幾GHz 的諧振頻率。例如，諧振頻率的變化可以是按照諧振電路與探針的交互作用抑制或者阻止振蕩，從而抑制或阻止諧振的方式的諧振頻率的更改。例如，在這種情況下，如果結構未受損， 那麼不可能出現振蕩，只有當結構受損，從而探針也受損(或者以其它方式被改變)時，才可能出現振蕩，從而才能夠檢測到諧振頻率信號。另一方面，諧振頻率的變化可以是按照如果結果未受損，那麼諧振電路中的能量能夠以第一諧振頻率振蕩，從而能夠檢測到第一諧振信號的方式的諧振頻率的調製。如果結構受損，那麼諧振電路中的能量能夠以不同於第一諧振頻率的第二諧振頻率振蕩。從而， 能夠檢測第二諧振頻率。操作上與諧振電路連接的探針可以是傳感器元件，例如，可靈敏地附著到航空器的結構上的裂紋導線。這裡，可附著意味探針可按照如果結構以任何方式受損或者被改變， 那麼探針會受到破壞的方式，被粘貼、膠合、固定或連接到結構的表面。探針也可被機械固定到結構上。例如，探針可以代表電導體，例如，諸如具有一定電阻(R)的折裂紋(crack)導線之類的導線。此外，探針可包含單導線或者幾根導線的排列，比如導線網。電阻(R)的值會影響諧振電路的諧振頻率(f)。例如，如果由於航空器結構的變化，導線斷裂，那麼導線的電阻值變化，從而，諧振電路的諧振頻率也會變化。通過採用按照本發明的第一方面的設備，關於航空器結構的完好性的信息可被保存或者留在設備上，可在任何時候以無線方式讀出。從而，對於航空器的安全性的監測來說，不需要大範圍的電纜敷設。由於避免了大範圍的電纜敷設，可以節省時間、成本和重量。 此外，現有技術中，電纜敷設所需的空間可被用於其它用途。另外，由於二元信息輸出的可能性如果結構完好無損，那麼無信號，如果結構受損或者破裂，那麼輸出已定義的信號，或者如果結構完好無損，那麼輸出第一信號，如果結構受損，那麼輸出第二信號，因此能夠節省維護時間。按照本發明的一個例證實施例，由於不規則性的形成，結構的變化引起探針的損傷。
探針可適合於按照跟隨和適應所述結構的形狀的方式，被固定到所述結構上。例如，探針可被固定到比如薄膜之類的支撐物上，所述薄膜可被膠粘到結構的表面上。由被監測結構中不規則性的形成所引起的對探針的即時損傷可提供對在飛機結構的表面中的裂紋產生的直接檢測，從而降低嚴重損傷的風險。按照本發明的一個例證實施例，如果探針未受損，那麼適合於以第一諧振頻率激勵所述設備，如果探針受損，那麼適合於以第二諧振頻率激勵所述設備。第一頻率可以是帶有完好無損的探針的諧振電路的諧振頻率，而第二諧振頻率可以是帶有並非完好的探針的諧振電路的諧振頻率。第二頻率可高於第一頻率，例如，第二頻率遠遠高於第一頻率，從而差異可被常規檢測器檢測出。例如，如果探針是細導線，那麼在諧振電路中，它具有接近於0的電阻(R)。當導線破裂時，電阻變成接近於無窮大。在設計恰當的諧振電路中，導線的電阻接近於0會使具有完好探針的諧振電路的諧振頻率低於具有受損探針的諧振電路的諧振頻率。探針還可縮短諧振電路。例如，它可縮短諧振電路的電感(L)和/或電容(C)。另外在這裡，探針可以是閉合的從而縮短諧振電路並且具有接近於0歐姆的電阻的細導線。 如果導線因結構中不規則性的形成而破裂，那麼諧振電路不再被縮短，諧振電路中的能量能夠以預定的第二頻率振蕩。這種情況下，如果探針未受損，那麼不能檢測到第一諧振頻率。通過向設備發送具有適當頻率的電磁波，比如無線電波，可以實現諧振頻率的激勵。兩種不同諧振頻率的存在是非常有利的，因為設備從而能夠提供不同種類的信息。一方面，如果能夠以第一諧振頻率激勵設備，那麼可認為探針未受損，從而監測的結構也未受損，是完好無缺的。另一方面，在能夠以第二諧振頻率激勵設備的情況下，可認為探針受損，從而監測的結構也受損。隨後能夠啟動必要的步驟，例如，結構或其部件的替換。此外，如果不能以這兩種諧振頻率任意之一激勵設備，那麼可認為設備整體受損，不能推斷得出和結構的狀態有關的任何結論。這樣，可監測設備的功能性，以及結構的完好性。按照本發明的另一個例證實施例，諧振電路是RFID標籤的一部分。射頻識別(RFID)是一種以利用RFID標籤或者所謂的應答器保存和遠程取回數據為基礎的自動識別方法。數據的保存和取回是利用無線電波完成的。RFID標籤是能夠貼在或者包含在結構中，並且當用無線電波激勵時，能夠在離結構幾毫米到幾百米的距離被讀取的物體。RFID標籤可包含用於保存和處理信息，以及調製和解調射頻信號的集成電路。例如，可用標識集成電路(IDIC)調製和解調射頻信號，IDIC 也可以是RFID標籤的一部分。RFID標籤還包含接收和發射信號的天線，例如，所述天線可以是作為諧振電路的一部分的電感器。所述設備的RFID標籤可以是有源或無源元件。有源RFID標籤可連續發射信息，而無源RFID標籤只有當受到外部能量源激勵時，才發射信息，比如像IDIC—樣。RFID標籤可包含內部能量源，或者可由外部能量源激發。無源RFID標籤可用於按照本發明的設備，因為在這種情況下，不需要任何連續的能量供給，只有當需要時，例如在維護期間，無源RFID 標籤才會被激勵。通過避免使用電池，這可節省成本。作為RFID標籤的一部分的諧振電路的實施例是有利的，因為已有並且確定的技術可被用作設備的一部分，這可使設備的開發和設計更容易，從而可能降低成本。此外，通過對每個設備使用RFID標籤，能夠檢測單獨的標識號(IDIC)，從而能夠在短時間內較準確地定位和識別每個故障或損傷。按照本發明的另一個例證實施例，探針是裂紋導線，諧振電路是LC電路。
LC電路由串聯或並聯連接在一起的電感(L)和電容(C)，可能還有電阻(R)組成。 電流能夠以頻率(f)在這些組件之間交變，頻率(f)間接地正比於電感和電容的平方根。在電路中可直接加入電源，另一方面，振蕩能量由例如作為射頻發射器的外部電源提供。裂紋導線是類似導線的電導體，它可附著到結構上，並且可以適應和匹配結構的形狀。此外，如果裂紋導線附著於的結構經歷變化或者調整，例如由於在結構的表面上產生裂紋，那麼裂紋導線易於破裂、損傷或斷裂。例如，裂紋導線可在一端被供電，並在另一端恢復與電源對應的電壓，如果被監測結構未破裂的話。結合LC電路採用裂紋導線可相對簡單地設計用於檢測航空器結構中的不規則性的設備。裂紋導線可用作諧振電路的一部分，並代表隨裂紋導線的完好性而調整的電阻。按照本發明的另一個實施例，結構是航空器的機翼、蒙皮和尾部單元之一。結構還可以是上面提及的元件的任意接合點，或者航空器的任何其它元件。按照本發明的第二方面，提供一種檢測航空器結構中的不規則性的系統。所述系統包括按照上述實施例之一的設備，和適合於以非接觸方式讀出所述設備的讀出單元。讀出單元適合於發送和接收信號。所述信號最好是無線電波信號，所述無線電波信號包含上述設備的諧振頻率下的信號。例如，設備的第一和第二諧振頻率包括在信號之中。可接連地或者同時地發射不同頻率下的讀出單元的信號。讀出單元可包含電源，或者可與外部電源連接。此外，讀出單元可包含藉助圖像和/或聲音，指示可能影響被監測結構的安全性的故障、損傷和危險的顯示器和/或傳音單元。讀出單元還可包含評估和/或分析單元，並且可與另外的系統連接。例如，如果被監測結構受損，S卩，包含不規則性，那麼上述設備的探針也受損，從而改變諧振電路的諧振頻率。當讀出單元以第一諧振頻率發送信號時，它收不到從設備返回的任何有效信號。當讀出單元以與結構中的損傷對應的第二諧振頻率發送信號時，它收到可能與IDIC —起返回的信號，從而能夠正確地識別且能夠定位所述損傷。這裡，非接觸方式表示不利用電纜或導線的信號傳輸。這裡，可不利用電導體，在一定距離內傳送信息。所述系統有助於避免大範圍的電纜敷設，從而節省空間、時間、成本和重量。按照本發明的第三方面，提供一種檢測航空器結構中的不規則性的方法。所述方法包含下述步驟以諧振電路的諧振頻率激勵諧振電路；接收來自諧振電路的信號，其中來自諧振電路的信號與由不規則性的形成所引起的結構的變化相對應。按照本發明的另一個實施例，利用按照上述實施例的設備執行所述方法。按照本發明的另一個實施例，如果探針未受損，那麼不能讀取其中包含諧振電路的RFID標籤的ID號。如果探針受損，那麼能夠讀取其中包含諧振電路的RFID標籤的ID 號。例如，可用如上所述的讀出單元實現所述激勵。按照本發明的第四方面，提供一種包含如上所述的設備的航空器。
按照本發明的第五方面，提供如上所述的設備在航空器中的應用。要注意的是，關於不同的主題說明了本發明的實施例。特別地，關於設備權利要求說明了一些實施例，相反，關於方法權利要求說明了其它實施例。不過，本領域的技術人員將從上面和下面的描述中獲悉，除非另有說明，否則除了屬於一種主題的特徵的任意組合之外，屬於不同主題的特徵之間的任意組合也被認為被本申請所公開。本發明的上述各個方面，以及其它各個方面、特徵和優點也可從下面說明的實施例的例子獲得，並參考實施例的例子予以解釋。下面將參考實施例的例子更詳細地說明本發明，不過，本發明並不局限於這些實施例的例子。


圖1表示按照本發明的一個例證實施例的檢測航空器結構中的不規則性的設備的示意圖。圖2A表示按照本發明的另一個例證實施例的檢測航空器結構中的不規則性的設備的示意圖。圖2B表示和圖2A中給出的實施例類似的，檢測航空器結構中的不規則性的設備的一部分的示意圖。
具體實施例方式附圖中的圖解說明只是示意性的。注意在不同的附圖中，相似或相同的元件具有相同的附圖標記。圖1描述按照本發明的一個實施例的檢測航空器結構中的不規則性的設備，它具有縮短諧振電路的裂紋導線。檢測不規則性的設備21包括裂紋導線13和RFID標籤3。在圖1的設備21中，探針(這裡是裂紋導線13)無損傷，並被附到航空器的結構1上。裂紋導線13包含電阻11。 裂紋導線13還與作為RFID標籤3的一部分的諧振電路17電連接。RFID標籤3也可被附到結構1上，或者另一方面可以是自由的。諧振電路17包含呈環形天線形式的電感7。諧振電路17中還包括與電感7並聯的第一電容9。IDIC 5是RFID標籤3的一部分，也是諧振電路17的一部分。裂紋15存在於航空器的結構1中，在圖1中，所述裂紋15不在檢測不規則性的設備21的範圍中。在裂紋導線13未受損，即完整無缺的時候，諧振電路17被短路。從而，如果以諧振電路17的諧振頻率，在讀出單元23激勵設備21，那麼藉助於讀出單元23，不能讀出保存在IDIC 5中的ID號。只有在裂紋導線13受損的情況下，所述ID號才是可讀的。從而，例如通過掃描應用了幾個設備21的被監測航空器的結構1，只有具有斷裂的裂紋導線13的設備21的RFID標籤3才向讀出單元23通告它們自己。在維護過程中，這種方法能夠節省許多時間。在圖2A中，描述了按照本發明的另一個實施例的檢測航空器結構中的不規則性的設備。在圖2A的實施例中，裂紋導線13調諧/解諧諧振電路17。圖2A中的設備21的設計與圖1中的設備21的設計類似，不過圖2A中的設備21 還包括與第一電容9並聯的第二電容19。具有電阻11的裂紋導線13與第二電容19串聯。在這個實施例中，如果裂紋導線13破裂，那麼電阻11近似於無窮大。如果不出現裂紋15， 那麼電阻近似為O。在圖2A中，由於在航空器的結構1中出現裂紋15，因此裂紋導線13受損。按照關於圖2A中所示電路的下述等式，可近似計算諧振電路17的諧振頻率
權利要求
1.一種用於檢測航空器結構中的不規則性的設備，所述設備包括 具有諧振頻率的諧振電路；用於調諧諧振電路的諧振頻率的探針； 其中所述探針可附著到所述結構上；以及其中，所述諧振電路與探針相連接，使得如果所述結構因不規則性的形成而發生變化， 那麼所述探針改變所述諧振電路的諧振頻率。
2.按照權利要求1所述的設備，其中由於不規則性的形成，所述結構的變化引起探針的損傷。
3.按照權利要求1或2所述的設備，其中如果探針未受損，那麼所述設備適合於在第一諧振頻率下被激勵；和其中如果探針受損，所述設備適合於在第二諧振頻率下被激勵。
4.按照權利要求1-3之一所述的設備， 其中諧振電路是RFID標籤的一部分。
5.按照權利要求1-4之一所述的設備， 其中探針是裂紋導線；和其中諧振電路是LC電路。
6.按照權利要求1-5之一所述的設備，其中所述結構是航空器的機翼、蒙皮和尾部單元之一。
7.一種用於檢測航空器結構中的不規則性的系統，所述系統包括 按照權利要求1-6之一所述的設備；適合於以非接觸方式讀取所述設備的讀出單元。
8.一種用於檢測航空器結構中的不規則性的方法，所述方法包含下述步驟 以諧振電路的諧振頻率激勵所述諧振電路；以及接收來自所述諧振電路的信號；其中來自所述諧振電路的信號與由不規則性的形成所引起的結構變化相對應。
9.按照權利要求8所述的方法，其中利用按照權利要求1-6之一所述的設備或者利用按照權利要求7所述的系統執行所述方法。
10.按照權利要求8或9所述的方法，其中如果探針未受損，那麼不能讀取包含所述諧振電路的RFID標籤的ID號；和如果探針受損，那麼能夠讀取包含所述諧振電路的RFID標籤的ID號。
11.一種包含按照權利要求1-6之一所述的設備的航空器。
12.按照權利要求1-6之一所述的設備在航空器中的應用。
全文摘要
提出一種檢測航空器結構中的不規則性的設備、系統和方法。所述設備包含具有諧振頻率的諧振電路，和調諧諧振電路的諧振頻率的探針。按照如果所述結構因不規則性的形成而發生變化，那麼探針改變諧振電路的諧振頻率的方式，使諧振電路和探針在操作上被連接。
文檔編號G01M5/00GK102159930SQ200980126152
公開日2011年8月17日 申請日期2009年5月26日 優先權日2008年5月28日
發明者D·西蒙奈特, J·斯坦萬德爾, S·羅萊特, W·齊莫爾曼 申請人:歐洲航空防務及航天公司Eads法國