配線系のための監視システム及び方法

【課題】航空機の配線系を監視する。
【解決手段】航空機配線系構成要素の構成要素（２０）を監視するためのシステム（１０）は、航空機配線系の構成要素（２０）の各構成要素が発生させる１つまたは複数の部分放電を検出し、少なくとも１つの監視信号（１００）を発生させるように構成された少なくとも１つのセンサ（１１）と、該監視信号（１００）を光信号に変換するように構成された少なくとも１つの電気対光変換器（１４）と、該光信号を伝送するように構成された少なくとも１つの光コネクタ（１２）と、該光信号を電気信号に変換するように構成された少なくとも１つの光対電気変換器（１５）と、を備える。本システム（１０）はさらに、電気信号を処理するように構成されたデータ収集システム（１３）を備える。さらに、航空機配線系構成要素の１つまたは複数の構成要素（２０）を監視するための方法も提示する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全般的には絶縁式配線系を監視するためのシステム及び方法に関する。さらに詳細には本発明は、部分放電解析を用いて航空機配線系を監視するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機、船舶、産業界及び家庭での用途において、配線は重要なシステムである。航空機配線の完全性及び安全性に関する問題は重大であることが知られている。さらに産業界では電気火災が資産損失の大きな部分を占めており、また家庭では電気火災が家庭内で生じる命を脅かしまた財産を損なうような火災のかなりの部分を占めている。
【０００３】
軽量化のために航空機配線の絶縁は建築用配線で見られるものと比べかなり薄くなっている。このように絶縁が薄いと化学組成の変化、飛行中の振動、大きな温度変化、塵埃、塩分、湿気、油圧オイル、ジェット燃料などの物質に対する曝露のために古くなるにつれて劣化する可能性がある。これ以外にもこうした配線はさらに、機械的応力や、時にはメンテナンスの間の過失による損傷も受ける。上述の影響により絶縁が劣化し、これがクラックや擦過（ｃｈａｆｉｎｇ）を生じさせる可能性がある。こうした絶縁の不具合があるとワイヤや周囲の金属の間でアークを生じる可能性がある。湿度と塩分や塵埃の沈着とが相まってアーク生成をより起こしやすくさせる可能性がある。
【０００４】
航空機配線系内の絶縁の状態を監視するためには部分放電センサを使用することができる。目下の用途では、部分放電センサからの検出信号を伝送するために遮蔽同軸ケーブルが利用されている。しかし、遮蔽同軸ケーブルを使用すると航空機の配線系の重量が増大するため、航空機用途における軽量化の要件と相容れない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第７１４５３４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、航空機の配線系を監視するための新規で改良型のシステム及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態では、航空機配線系の１つまたは複数の構成要素を監視するためのシステムを提供する。本システムは、航空機配線系の構成要素の各構成要素が発生させる１つまたは複数の部分放電を検出し少なくとも１つの監視信号を生成するように構成された少なくとも１つのセンサと、該監視信号を光信号に変換するように構成された少なくとも１つの電気対光変換器と、該光信号を伝送するように構成された少なくとも１つの光コネクタと、光信号を電気信号に変換するように構成された少なくとも１つの光対電気変換器と、を備える。本システムはさらに、電気信号を処理するように構成されたデータ収集システムを備える。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、航空機配線系の１つまたは複数の構成要素を監視するための方法を提供する。本方法は、航空機配線系構成要素の各構成要素が発生させる１つまたは複数の部分放電を検出し１つまたは複数の監視信号を生成する工程と、該１つまたは複数の電気監視信号を１つまたは複数の光監視信号に変換する工程と、該１つまたは複数の光信号をデータ収集システムに向けて伝送する工程と、データ収集システム内に伝送するために該１つまたは複数の光信号を１つまたは複数の電気信号に変換する工程と、該１つまたは複数の電気信号を処理して各航空機配線系構成要素の状態を決定する工程と、を含む。
【０００９】
これらの利点及び特徴、並びにその他の利点及び特徴は、添付の図面に関連して提供した本発明の好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことによってより理解が深まろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による監視システムの概要図である。
【図２】本発明の一実施形態による監視システムの例示的配置の概要図である。
【図３】監視システムの外部変調器の概要図である。
【図４】監視システムの例示的な電源の概要図である。
【図５（ａ）】監視システムの幾つかの構成要素の例示的なパッケージの斜視図である。
【図５（ｂ）】監視システムの幾つかの構成要素の例示的なパッケージの上面図である。
【図６】本発明の別の実施形態による監視システムの例示的配置の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書の以下において、添付の図面を参照しながら本開示の好ましい実施形態について記載することにする。以下の説明では、不必要に詳細にして本開示が不明瞭になることを避けるために、よく知られている機能や構造については詳細に記述していない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による監視システム１０の概要図である。本発明の実施形態において監視システム１０は、部分放電解析を用いて航空機配線系（図示せず）の１つまたは複数の構成要素２０（図１参照）の絶縁状態を監視するように構成されている。幾つかの実施形態では構成要素２０は、高電圧かつ大電流のパワーフィーダ回路と、サブシステムパワー分配回路と、システム及びサブシステムの信号線と、を含むことがある。非限定の例ではその構成要素２０は、２８本の直流電圧（ＤＣ）電源ラインと、低電圧信号を伝送するための通信ラインと、を含むことがある。具体的には構成要素２０はワイヤを含むことがあり、幾つかの用途ではこれらを一体に束ねて１つのハーネスを形成させることがある。
【００１３】
図１に示した例示的配置において監視システム１０は、２つのセンサ１１と、１つの光コネクタ１２と、１つのデータ収集システム１３と、を備える。本発明は具体的に何らかの数のセンサに限定されるものではなく、図示した配置は単に例証を目的としたものである。さらに、所与の構成要素２０を監視するために１つまたは複数のセンサ１１が使用されることがある。幾つかの実施形態では、センサ１１の各々が環形状を成していると共に、構成要素２０内で発生する部分放電（複数のこともある）を監視して少なくとも１つの監視信号を発生させるために構成要素２０のそれぞれの構成要素の周りにこれを配置させている。本明細書で使用する場合に「部分放電」という言い回しによって隣接する導体を完全に跨らないような放電を示すことがある。こうした放電の大きさは通常は小さく、移転される電荷量は１０〜数１００ピコクーロンの範囲にある。幾つかの用途ではそのセンサ１１を電圧パルス検出タイプとすることや電流パルス検出タイプとすることができる。非限定の一例ではそのセンサ１１は、Ｒｏｇｏｗｓｋｉコイル（ただし、これに限らない）を含む高周波電流変成器を備えることがある。
【００１４】
光コネクタ１２は、交流監視信号などの監視信号をセンサ１１からデータ収集システム１３まで光学的に伝送している。上で指摘したように、図１に示した配置は単なる例示である。監視システム１０は構成要素２０をそれぞれ取り囲んだ１つまたは複数のセンサと、各センサに連絡するための１つまたは複数の光コネクタと、を備えることがある。さらにシステム１０は、複数の構成要素２０を監視するように構成されることがあり、この場合にはこれら構成要素の各構成要素を１つまたは複数のセンサにより取り囲んでいる。幾つかの実施形態では、光コネクタの各々は監視信号を伝送するための１つまたは複数の光ファイバを備えることがある。代替的な実施形態ではその光伝送は自由空間光伝送を含むことがある。
【００１５】
データ収集システム１３は、例えば監視信号の受信及び／または保存などの処理を行うように構成されている。ある種の用途ではその監視信号は、エキスパートアルゴリズムシステム（図示せず）を通して波形のサインを特定し中央システム（図示せず）に対して航空機配線系を監視させる警報を出すために使用されることがある。幾つかの実施形態ではそのデータ収集システム１３は、監視信号を処理するための１つまたは複数のプロセッサを備えることがある。本発明の処理タスクの実行に関して本発明がある特定のプロセッサに限定されるものでないことに留意すべきである。本明細書で使用している「プロセッサ」という用語は、本発明のタスクの実行に必要な算出すなわち計算を実行することが可能な任意の機械を意味するように意図している。「プロセッサ」という用語は構造化された入力を受け付けること及び／またはこの入力を所定の法則に従って処理して出力を生成することが可能な任意の機械を意味するように意図していることは、当業者であれば理解されよう。
【００１６】
非限定の例ではそのデータ収集システム１３は、監視信号に関する受信及び保存のそれぞれを行うための受信器及びメモリ（図示せず）を含むことがある。非限定の一例ではその受信器は無線周波数受信器を含み、かつそのメモリは中央処理ユニット（ＣＰＵ）を含む。さらにデータ収集システム１３は、構成要素２０のステータスを表示するための液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイ（図示せず）をさらに備えることがある。こうした例示的なデータ収集システムに関する別の説明は、参照によりその全体を本明細書に組み込むこととする「ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｗｉｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ」と題する米国特許第６，９３０，６１０号に見ることができる。
【００１７】
図２は、本発明の一実施形態による監視システム１０の例示的配置の概要図である。例証を容易にするため、一例として１つのセンサ１１を図示しており、また図１〜４では同じ参照番号により同様の要素を示している。
【００１８】
図２に示した例示的配置ではその監視システム１０は、１つのセンサ１１、１つの光コネクタ１２及び１つのデータ収集システム１３を備える。センサ１１と光コネクタ１２の間の界面の位置に電気対光変換器１４が配置されており、また光コネクタ１２とデータ収集システム１３の間には光対電気変換器１５が配置されている。光コネクタ１２は光ファイバ１８を備える。電気対光変換器１４は、その一方の端部が電源１６にまたもう一方の端部が接地に接続された信号変調器１７を備える。
【００１９】
本発明の実施形態において電源１６は信号変調器１７にパワー供給するように構成されている。非限定の一例ではその電源１６は直流（ＤＣ）パワーを発生させることができる。信号変調器１７は、交流（ＡＣ）監視信号をセンサ１１から光信号に変換するように構成されている。図示した実施形態では信号変調器１７は、垂直共振器形面発光レーザ（ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）などの直接変調器を含む。別法としてその信号変調器１７は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器や電界吸収型（ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器（ただし、これらに限らない）を含め外部変調器を含むことがある。
【００２０】
図３は、対応するセンサからの監視信号の変調を表している外部変調器１７の概要図である。図３に図示した配置は単なる例示であることに留意すべきである。図３に示したように、電源１６が外部変調器１７にパワー供給している。外部変調器１７内にはそれぞれ変調のためにセンサ１１（図２参照）からの監視信号１００と光源（図示せず）からの未変調光ビーム１０１とが入力されており、これにより外部変調器１７は光ファイバ１８（図２参照）内への光信号を、例えば監視信号１００のデータを搬送する変調光ビーム１０２の形態で出力することができる。ある種の用途では未変調光ビーム１０１を発生させるその光源は、監視システム１０のデータ収集システムなどの別の要素と別に設けられることや、これらと一体にさせることがある。
【００２１】
図２の配置では、伝送用の光ファイバ１８は光対電気変換器１５に対して光信号を受信及び送信するように構成されている。光対電気変換器１５は光信号を電気信号に変換し、この電気信号を処理のためにデータ収集システム１３に伝送するように構成されている。ある種の用途ではその光対電気変換器１５はデータ収集システム１３と一体とさせることや、これと別に設けられることがある。非限定の一例ではその光対電気変換器１５はフォトダイオードを含むことがある。
【００２２】
図２に示した配置は単なる例示であることに留意すべきである。幾つかの用途では、複数のセンサ１１を利用することがあり、したがって監視システム１０は、複数の電気対光変換器と、複数の光対電気変換器と、各センサと協働する複数の伝送用光ファイバと、を備えることがある。
【００２３】
ある種の用途では、各電気対光変換器からの複数の信号を伝送するために１本の光ファイバを利用することがあり、またこれらの信号が有する波長は同じことも異なることもある。例えば、第１のセンサに取り付けた第１の電気対光変換器は波長λ１の光信号を発生させている。第２のセンサに取り付けた第２の電気対光変換器は、λ１から十分な間隔をとった波長λ２の光信号を発生させている。次いで、波長分割多重技法を用いて波長λ１及びλ２を有する光信号が合成され同じ１本の光ファイバを介して伝送されることがある。データ収集システム内への信号伝送の前に、波長λ１及びλ２をそれぞれ有する光信号がフィルタ処理され、これによりフィルタ処理済みの光信号が１つまたは複数の光対電気変換器を通じて各電気信号に個別に変換できるように波長選択フィルタ（図示せず）が設けられることがある。さらに波長分割多重技法及び波長選択フィルタは、当業者によれば容易に実現することが可能である。
【００２４】
図２に表した配置では監視システム１０はさらに、センサ１１からの監視信号を増幅するように構成された増幅器１９と、増幅器１９及び電気対光変換器１４と連絡した結合用コンデンサ２１と、を備える。幾つかの例ではその電源１６はさらに、増幅器１９にパワー供給するように構成されることがある。別法としてその増幅器１９は独立の電源を有することがある。
【００２５】
したがって動作時においてセンサ１１は、構成要素２０の部分放電を監視すると共に、増幅器１９に交流（ＡＣ）監視信号を出力する。次いで増幅器１９はこのＡＣ監視信号を増幅しており、また増幅されたＡＣ監視信号は結合用コンデンサ２１を通って信号変調器１７に入るように送られる。引き続いて信号変調器１７はＡＣ監視信号を光信号に変換し、これが伝送用光ファイバ１８を通して光対電気変換器１５に入るように送られる。最後に光対電気変換器１５は、光信号を電気信号に変換し、その電気信号を処理のためにデータ収集システム１３内に出力している。
【００２６】
ある種の実施形態ではその電源１６は、信号変調器１７及び／または増幅器１９にパワー供給するための電池を含むことがある。別法としてその電源１６は別の構成を有することがある。図４は、本発明の一実施形態による監視システム１０の電源１６の例示的配置を表した概要図である。図４に表した配置は単なる例示である。例証を容易にするため、監視システム１０内の幾つかの要素は図示していない。
【００２７】
図４に示した配置ではその電源１６は、光子を電気的パワーに変換するように構成された光子パワー変換器（ｐｈｏｔｏｎｉｃｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２２を含む。監視システム１０は、放射を発生させるように構成された光源２５と、この放射を光子パワー変換器２２に伝送するために光源と光学的に連絡させたパワー光ファイバ２３と、を備える。したがって動作時において光源が放射を発生させ、またこの放射はパワー光ファイバ２３を通って光子パワー変換器２２内に入るように送られる。光子パワー変換器２４はこの放射を、信号変調器１７を付勢させるための電気的パワーに変換している。幾つかの非限定の例ではその光子パワー変換器２２はさらに光対電気変換器１５にパワー供給するために使用されることがある。
【００２８】
幾つかの配置ではその光源２５はデータ収集システム１３とは別に設けられることがある。別法としてその光源２５はデータ収集システム１３と一体とさせることがある。さらに光源２５は未変調光ビーム１０１を発生させるための光源と同じとすることやこれと異ならせることがある。幾つかの例ではその監視システム１０は、複数の光子パワー変換器と連絡するために複数のパワー光ファイバを備えることがある。
【００２９】
幾つかの配置では、センサ１１、信号変調器１７及び光子パワー変換器２２が一体に統合されることがある。図５（ａ）〜５（ｂ）に示したように、センサ１１、信号変調器１７及び光子パワー変換器２２の例示的なパッケージの斜視図と上面図を表している。図示した配置は単なる例示である。例証を容易にするため、増幅器１９及び結合用コンデンサ２１は図示していない。しかしこれらの要素（増幅器１９及び結合用コンデンサ２１）も図示したパッケージの内部に組み込まれることがある。ある種の配置では、信号変調器１７、伝送用光ファイバ１８、光対電気変換器１５及び光子パワー変換器２２は別々に設けられることがあり、あるいは一体に組み込まれることがある。
【００３０】
図６は、本発明の別の実施形態による監視システム１０の例示的配置の概要図である。図６に示した配置は単なる例示であり、また図２に示した配置と同様である。図２及び６に示した２つの配置は、図６の監視システム１０が信号変調器１７と連絡した光分割器２４を備える点、並びに光コネクタ１２が光分割器２４と連絡するための複数の光ファイバ１８を備える点で異なっている。
【００３１】
本発明の実施形態では光分割器２４は、光ファイバ１８を通して伝送するために信号変調器１７から光信号を受け取りかつ分割するように構成されており、こうした光分割器２４は当業者により容易に実現可能である。したがって図６に示したように、１本の光ファイバ１８が損傷しても、依然として残りの光ファイバを介して光信号がデータ収集システム１３に伝えることによって光信号の安定した伝送を達成することができる。
【００３２】
本開示について典型的な実施形態について図示し説明してきたが、本開示の精神を逸脱することなく任意の方法で様々な修正形態や置換形態を実施できるため提示した詳細に限定する意図ではない。このため、当業者にとってはルーチンを超えない実験を用いて本明細書に開示した開示内容に対する追加の修正形態や等価形態を行うことができると共に、こうした修正形態や等価形態のすべては添付の特許請求の範囲に規定したような本開示の精神及び趣旨域内にあるものと考えられる。
【符号の説明】
【００３３】
１０監視システム
１１センサ
１２光コネクタ
１３データ収集システム
１４電気対光変換器
１５光対電気変換器
１６電源
１７信号変調器
１８光ファイバ
１９増幅器
２０構成要素
２１結合用コンデンサ
２２光子パワー変換器
２３パワー光ファイバ
２４光分割器
２５光源
１００監視信号
１０１未変調光ビーム
１０２変調光ビーム

【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機配線系の１つまたは複数の構成要素（２０）を監視するためのシステム（１０）であって、
航空機配線系の構成要素（２０）の各構成要素が発生させる１つまたは複数の部分放電を検出し、少なくとも１つの監視信号（１００）を発生させるように構成された少なくとも１つのセンサ（１１）と、
前記監視信号（１００）を光信号に変換するように構成された少なくとも１つの電気対光変換器（１４）と、
前記光信号を伝送するように構成された少なくとも１つの光コネクタ（１２）と、
前記光信号を電気信号に変換するように構成された少なくとも１つの光対電気変換器（１５）と、
前記電気信号を処理するように構成されたデータ収集システム（１３）と、
を備えるシステム（１０）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのセンサ（１１）の各々は少なくとも１つの航空機配線系構成要素（２０）の各構成要素の周りに配置されており、かつ前記少なくとも１つの光コネクタ（１２）の各々は１本の光ファイバ（１８）を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの電気対光変換器（１４）の各々は、監視信号（１００）を光信号に変換すると共に少なくとも１つのセンサ（１１）の各センサと少なくとも１つの光コネクタ（１２）との間の界面に配置されるように構成された１つの信号変調器（１７）を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの電気対光変換器（１４）の各々はさらに前記各信号変調器（１７）にパワー供給するための光子パワー変換器（２２）を備えており、該システム（１０）はさらに光子パワー変換器（２２）に放射を供給し該放射をパワーに変換するように構成された少なくとも１つのパワー光ファイバ（２３）を備える請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのセンサ（１１）の各々は光子パワー変換器（２２）のそれぞれの変換器と一緒にパッケージされている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの光コネクタ（１２）は複数本の光ファイバ（１８）を備えており、該システム（１０）はさらに光ファイバ（１８）を通して伝送するために光信号を受け取りかつ分割するように構成された少なくとも１つの光分割器（２４）を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
該システム（１０）は複数のセンサ（１１）と異なる波長をもつ複数の光信号を協働して発生させるように構成させた複数の電気対光変換器（１４）とを備えており、該システムは光信号を伝送するための１つの光コネクタ（１２）を備えており、かつ該１つの光コネクタ（１２）は１本の光ファイバ（１８）を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
航空機配線系の１つまたは複数の構成要素（２０）を監視するための方法であって、
航空機配線系構成要素（２０）の各構成要素が発生させる１つまたは複数の部分放電を検出し１つまたは複数の監視信号（１００）を生成する工程と、
前記１つまたは複数の電気監視信号（１００）を１つまたは複数の光監視信号に変換する工程と、
前記１つまたは複数の光信号をデータ収集システム（１３）に向けて伝送する工程と、
データ収集システム（１３）内に伝送するために前記１つまたは複数の光信号を１つまたは複数の電気信号に変換する工程と、
前記１つまたは複数の電気信号を処理して各航空機配線系構成要素（２０）の状態を決定する工程と、
を含む方法。
【請求項９】
前記１つまたは複数の部分放電の検出を実行するために前記航空機配線系構成要素（２０）の各構成要素の周りに１つまたは複数の高周波電流変成器（１１）が配置されており、前記１つまたは複数の光信号は１つまたは複数の光ファイバ（１８）を介して伝送されており、かつ前記第２の変換工程を実行するために１つまたは複数の光対電気変換器（１５）が利用されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の変換工程を実行するために１つまたは複数の電気対光変換器（１４）に対して光学的にパワー供給する工程と、前記１つまたは複数の電気対光変換器（１４）の各変換器にパワー供給するために１つまたは複数のパワー光ファイバ（２３）を介して前記１つまたは複数の光子パワー変換器（２２）の各変換器に放射を伝送する工程と、をさらに含む請求項８に記載の方法。

【図１】