特許 7257313 航空機用システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-05

(45)【発行日】2023-04-13

(54)【発明の名称】航空機用システム

(51)【国際特許分類】

   B64D 15/12 20060101AFI20230406BHJP

   B64D 45/00 20060101ALI20230406BHJP

   B64D 43/02 20060101ALI20230406BHJP

   H05B 3/00 20060101ALI20230406BHJP

   G01R 31/12 20200101ALI20230406BHJP

   G01R 31/00 20060101ALI20230406BHJP

   G01R 31/52 20200101ALI20230406BHJP

【ＦＩ】

B64D15/12

B64D45/00 Z

B64D43/02

H05B3/00 320Z

H05B3/00 310C

G01R31/12 A

G01R31/00

G01R31/52

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2019213769

(22)【出願日】2019-11-27

(65)【公開番号】P2020093779

(43)【公開日】2020-06-18

【審査請求日】2022-05-30

(31)【優先権主張番号】16/220,823

(32)【優先日】2018-12-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】506283927

【氏名又は名称】ローズマウント・エアロスペース・インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＳＥＭＯＵＮＴ ＡＥＲＯＳＰＡＣＥ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】マグディ エー．エサウィ

(72)【発明者】

【氏名】マーヴィン オンケン

【審査官】谷川 啓亮

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２７５１８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】英国特許出願公開第０２５６１３９３（ＧＢ，Ａ）

【文献】米国特許第０６６２５５５０（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｄ １５／００ － １５／２２

Ｂ６４Ｄ ４３／００ － ４５／０８

Ｇ０１Ｒ ３１／００ － ３１／７４

Ｈ０５Ｂ ３／００ － ３／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

航空機構成要素を通って送られるヒータを含む前記航空機構成要素であって、前記ヒータは、抵抗加熱素子と、前記抵抗加熱素子を囲む絶縁体と、を備え、第１の電流が前記抵抗加熱素子に流れ前記航空機構成要素に加熱をもたらし、第２の電流が前記抵抗加熱素子から流れ出る、前記航空機構成要素と、
前記第１の電流を表す第１のセンサ信号を生成するように構成される第１のセンサと、
前記第２の電流を表す第２のセンサ信号を生成するように構成される第２のセンサと、
前記ヒータから電気接地に漏れている電流である漏れ電流を表す漏れセンサ信号を生成するように構成される漏れセンサと、
電気アークの存在を識別するために高周波サンプリングレートを使用して、前記第１の電流、前記第２の電流、及び前記漏れ電流をサンプリング及び測定するように構成される信号プロセッサであって、前記高周波サンプリングレートは、前記電気アークによって生成される電気的ノイズの最大周波数の２倍よりも少なくとも大きい、前記信号プロセッサと、
を備える、航空機用システム。

【請求項2】

前記電気アークに基づいて、今後のヒータ故障を判定するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項3】

前記航空機構成要素の残存耐用年数を判定するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項4】

前記第１の電流及び前記第２の電流の高周波ノイズに基づいて、前記ヒータ内の前記電気アークの存在を識別するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項5】

前記信号プロセッサは、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、前記漏れセンサ信号、及び差分電圧をデジタル化するように構成され、前記差分電圧は、前記第１のセンサ信号と前記第２のセンサ信号との差である、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項6】

前記信号プロセッサは、前記漏れセンサ信号を増幅するように構成される、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項7】

前記信号プロセッサは、約１５０ＫＨｚ～約５００ＫＨｚの周波数において、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、及び前記漏れセンサ信号をサンプリングする、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項8】

前記信号プロセッサは、約５０ＫＨｚ～約２００ＫＨｚの周波数範囲まで、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、及び前記漏れセンサ信号をフィルタ処理する、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項9】

前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、及び前記漏れセンサ信号を表すフーリエ変換データのシグニチャ及び大きさに基づいて、前記ヒータの残存耐用年数を予測するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項10】

前記信号プロセッサは、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、及び前記漏れセンサ信号を表すフーリエ変換データを出力するように構成される、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項11】

前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、及び前記漏れセンサ信号を表す前記フーリエ変換データに基づいて、今後発生する短絡回路または今後発生する開回路を識別するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１０に記載の航空機用システム。

【請求項12】

前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を表す前記フーリエ変換データが高周波ノイズを示し、かつ前記漏れセンサ信号が上昇しないとき、今後発生する開回路を識別するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１０に記載の航空機用システム。

【請求項13】

前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を表す前記フーリエ変換データが高周波ノイズを示し、前記漏れセンサ信号を表す前記フーリエ変換データがまた高周波ノイズを示し、かつ前記漏れセンサ信号が上昇するとき、今後発生する短絡回路を識別するように構成される予測プロセッサをさらに含む、請求項１０に記載の航空機用システム。

【請求項14】

前記信号プロセッサは、前記漏れセンサ信号に等しい、前記第１のセンサ信号と前記第２のセンサ信号との差を表すフーリエ変換データを出力するように構成される、請求項１０に記載の航空機用システム。

【請求項15】

前記ヒータは前記絶縁体を囲む金属シースをさらに備え、前記絶縁体は前記抵抗加熱素子と前記金属シースとの間にある、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項16】

前記第１の電流を前記抵抗加熱素子に供給する電源をさらに備える、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項17】

前記抵抗加熱素子に供給される前記第１の電流及び前記第２の電流は、ＡＣ電源またはＤＣ電源であり得る、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項18】

前記第１のセンサは第１の感知抵抗器であり、前記第２のセンサは第２の感知抵抗器であり、前記漏れセンサは漏れ感知抵抗器である、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項19】

前記信号プロセッサは、電気アークによって生成される電気的ノイズの最大周波数の２倍よりも大きい周波数において、前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号、及び前記漏れセンサ信号をサンプリングする、請求項１に記載の航空機用システム。

【請求項20】

前記航空機構成要素は、空気データプローブである、請求項１に記載の航空機用システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、プローブに関し、より具体的には、空気データプローブの予測に関する。

【背景技術】

【0002】

プローブは環境の特徴を判定するために利用される。航空機システムでは、例えば、空気データプローブは、特に、対気速度、高度、及び迎え角等の条件の判定を補助するために、航空機の外部で実装され得る。高い高度における飛行機の厳しい条件に起因して、氷が、空気データプローブの一部に蓄積し得る。これに対抗するために、ヒータは、空気データプローブ内部に実装され、空気データプローブの適切な機能に影響を及ぼし得る氷の形成を防止する。

【0003】

空気データプローブが壊れると、多くの場合、後続の離陸の前に、その空気データプローブを交換する必要がある。空気データプローブのヒータは、多くの場合、最も耐用年限が求められる部品である。したがって、ヒータが故障してすぐに、空気データプローブを交換する必要がある。空気データプローブを交換する必要があるときを予測することが望ましい。

【発明の概要】

【0004】

航空機用システムは、航空機構成要素を通って送られるヒータを含む航空機構成要素を含み、ヒータは、抵抗加熱素子と、抵抗加熱素子を囲む絶縁体とを含む。第１の電流は抵抗加熱素子に流れ航空機構成要素に加熱をもたらし、第２の電流は抵抗加熱素子から流れ出る。本システムは、さらに、第１の電流を表す第１のセンサ信号を生成するように構成される第１のセンサと、第２の電流を表す第２のセンサ信号を生成するように構成される第２のセンサと、漏れ電流を表す漏れセンサ信号を生成するように構成される漏れセンサと、電気アークの存在を識別するために高周波サンプリングレートを使用して、第１の電流、第２の電流、及び漏れ電流をサンプリング及び測定するように構成される信号プロセッサとを含む。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】複数の空気データプローブを含む航空機を示す図である。

【図2A】ヒータと、ヒータに電気的に接続される回路とを含む空気データプローブの図である。

【図2B】図２Ａの線Ｂ－Ｂに沿って取られた空気データプローブのヒータの断面図である。

【図2C】ヒータ内の開回路を示す部分的断面図である。

【図2D】ヒータ内の短絡回路を示す部分的断面図である。

【図3】信号プロセッサの機能を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

概して、本開示は、高周波サンプリングレート（１５０ＫＨｚ～５００ＫＨｚ）を使用して、主ヒータ電流及び絶縁漏れ電流を測定及びサンプリングし、今後のヒータ故障を示しヒータの残存耐用年数を推定するために使用され得る電気アークを検出することを説明している。

【0007】

図１は、複数の空気データプローブ１２ａ～１２ｎを含む航空機１０を示す図である。商用の航空機として示されているが、他の車両、例えば、無人機、ヘリコプター、地上車等は、また、環境の特徴を感知するように構成される空気データプローブ１２ａ～１２ｎを含み得る。空気データプローブ１２ａ～１２ｎは、航空機構成要素である。空気データプローブ１２ａ～１２ｎは、限定ではないが、ピトープローブ、ピトー静電プローブ、全大気温度計（ＴＡＴ）プローブ、迎え角（ＡＯＡ）センサ、及びヒータを含み得る任意の他のプローブ等の任意の種類のプローブであり得る。

【0008】

図２Ａは、ヒータ１４と、ヒータ１４に電気的に接続される回路１６とを含む空気データプローブ１２ａの図である。ＴＡＴプローブ１２ａとして図２Ａに示されているが、空気データプローブ１２ａは、任意の種類の空気データプローブ１２ａ～１２ｎまたは感知要素であり得る。図２Ｂは、図２Ａの線Ｂ－Ｂに沿って取られた空気データプローブ１２ａのヒータ１４の断面図である。図２Ｃは、ヒータ１４内の開回路Ｏを示す部分的断面図である。図２Ｄは、ヒータ１４内の短絡回路Ｓを示す部分的断面図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄを一緒に説明する。

【0009】

空気データプローブ１２ａは、航空機構成要素であり、ヒータ１４を含む。空気データプローブ１２ａは回路１６に電気的に接続され、回路１６は、電源Ｖｓ、第１のセンサ１７Ａ、第２のセンサ１７Ｂ、漏れセンサ１７Ｃ、信号プロセッサ１８、及び予測プロセッサ２０を含む。ヒータ１４は、抵抗加熱素子２２、絶縁体２４、及びシース２６を含む。

【0010】

例えば、ヒータ線であり得るヒータ１４は、空気データプローブ１２ａを通って送られ、航空機１０内部で回路１６に電気的に接続される。ヒータ１４は、回路１６に電気的に接続された電源Ｖｓから電力を受信し、空気データプローブ１２ａに加熱をもたらす。電源Ｖｓは、ヒータ１４が位置付けられる空気データプローブ１２ａの形式に応じて、直流電流（ＤＣ）電力または交流電流（ＡＣ）電力をヒータ１４に供給し得る。第１の電流Ｉ₁は、ヒータ１４の第１の端に流れる主電流である。第２の電流Ｉ₂は、ヒータ１４の第１の端の反対にあるヒータ１４の第２の端に流れる主電流である。例えば、図２Ａに見られるように、第１の電流Ｉ₁（ＤＣ電流またはＡＣ電流であり得る）はヒータ１４に流れ、第２の電流Ｉ₂（ＤＣ電流またはＡＣ電流であり得る）はヒータ１４から流れ出る。第１の電流Ｉ₁は、感知電圧または第１のセンサ信号Ｖ₁を生成するように第１のセンサ１７Ａを通って流れる。この実施形態では、第１のセンサ１７Ａは、第１の感知抵抗器Ｒ₁である。第２の電流Ｉ₂は、感知電圧または第２のセンサ信号Ｖ₂を生成するように第２のセンサ１７Ｂを通って流れる。この実施形態では、第２のセンサ１７Ｂは、第２の感知抵抗器Ｒ₂である。漏れ電流Ｉ_Lは、ヒータ１４から電気接地に漏れている電流である。漏れ電流Ｉ_Lは、感知電圧または漏れセンサ信号Ｖ_Lを生成するように漏れセンサ１７Ｃを通って流れる。この実施形態では、漏れセンサ１７Ｃは、漏れ感知抵抗器Ｒ_Lである。第１の感知抵抗器Ｒ₁、第２の感知抵抗器Ｒ₂、及び漏れ感知抵抗器Ｒ_Lが既知の抵抗器であるため、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、及び漏れセンサ信号Ｖ_Lは、第１の電流Ｉ₁、第２の電流Ｉ₂、及び漏れ電流Ｉ_Lに対して既知の関係がある。各々、第１の電流Ｉ₁、第２の電流Ｉ₂、及び漏れ電流Ｉ_Lを表す第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、及び漏れセンサ信号Ｖ_Lは、時間関数として変動する。代替実施形態では、第１のセンサ１７Ａ、第２のセンサ１７Ｂ、及び漏れセンサ１７Ｃは、任意の適切なセンサであり得る。

【0011】

信号プロセッサ１８はヒータ１４に電気的に接続される。第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、及び漏れセンサ信号Ｖ_Lを変動させる時間は、信号プロセッサ１８に提供される。信号プロセッサ１８は、第２のセンサ信号Ｖ₂を第１のセンサ信号Ｖ₁から引くことによって差分電圧Ｖ_Dを生じさせる。第１のセンサ信号Ｖ₁及び第２のセンサ信号Ｖ₂は、ヒータ１４の反対端の電流を表す。したがって、Ｖ_Dは、第１の電流Ｉ₁と第２の電流Ｉ₂との差を表し、この差は、ヒータ１４から漏れている電流を表し、ひいては、時間関数である漏れセンサ信号Ｖ_Lに等しい。第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dは、時間領域から周波数領域までデジタル化、フィルタ処理、及び変換され、周波数関数として、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dを表すフーリエ変換データを生成する。信号プロセッサ１８は、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dを表すフーリエ変換データを出力する。第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dを表すフーリエ変換データは、電気アークがヒータ１４で発生しているかどうかを示す。時間領域の第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dは、また、信号プロセッサ１８が時間関数として、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dを出力するように、デジタル化及びフィルタ処理される。

【0012】

予測プロセッサ２０は、信号プロセッサ１８に電気的に接続され、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dを表すフーリエ変換データを、信号プロセッサ１８から受信する。予測プロセッサ２０は、また、時間領域の第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dを、信号プロセッサ１８から受信する。予測プロセッサ２０は、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dに加えて、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dを表すフーリエ変換データを使用して、ヒータ１４の状態２１を出力する。ヒータ１４は、「ＯＫ」、「開回路が予期される（ＡＮＴＩＣＩＰＡＴＥＤ ＯＰＥＮ）」、「短絡が予期される（ＡＮＴＩＣＩＰＡＴＥＤ ＳＨＯＲＴ）」、及び／または「今後の故障／残存耐用年数（ＦＵＴＵＲＥ ＦＡＩＬＵＲＥ／ＲＥＭＡＩＮＩＮＧ ＵＳＥＦＵＬ ＬＩＦＥ）」の状態２１があり得る。

【0013】

図２Ｂに見られるように、ヒータ１４は、第１の電流Ｉ₁を電源Ｖｓから受信し、第２のＩ₂を電源Ｖｓに出力する抵抗器である抵抗加熱素子２２を有する。第１の電流Ｉ₁は抵抗加熱素子２２に流れ、第２の電流Ｉ₂は抵抗加熱素子２２から流れ出る。抵抗加熱素子２２は、ニクロム等の耐酸化性材料または任意の他の適切な材料から作成され得る。絶縁体２４は抵抗加熱素子２２を囲む。絶縁体２４は、シリカ、セラミック、または任意の他の適切な絶縁材から作成され得る。シース２６は金属であり、絶縁体２４が抵抗加熱素子２２とシース２６との間にあるように、絶縁体２４を囲んでいる。シース２６は、ニッケル合金、銅合金、または任意の他の適切な耐酸化性材料から作成され得る。

【0014】

高い高度での飛行時に、空気データプローブ１２ａが低温に露出されるとき、ヒータ１４は氷が空気データプローブ１２ａ上に蓄積することを防止する。電源Ｖｓは電力を抵抗加熱素子２２に供給し、それにより、第１の電流Ｉ₁は、抵抗加熱素子２２に供給され、抵抗加熱素子２２を通って運ばれ、空気データプローブ１２ａに必要な熱を生成し、第２の電流Ｉ₂は抵抗加熱素子２２から流れ出る。

【0015】

絶縁体２４は抵抗加熱素子２２を保護し、抵抗加熱素子２２を電気的に絶縁する。例えば、抵抗加熱素子２２は、絶縁体２４によって金属シース２６から絶縁される。シース２６は、湿気及び汚染物質が絶縁体２４を損傷させることを避ける等によって、抵抗加熱素子２２及び絶縁体２４を保護する。

【0016】

シース２６が割れた場合、酸素、湿気、ほこり、炭素、油、及び他の汚染物質は、シース２６を通って絶縁体２４に漏洩し、次に、抵抗加熱素子２２に漏洩することがあり、絶縁体２４及び抵抗加熱素子２２の材料を酸化させ、それらの特性を変更させ、及び／またはそれ以外の場合、壊させる。絶縁体２４の機能低下は、抵抗加熱素子２２がシース２６または短絡回路Ｓに短絡することをもたらす。抵抗加熱素子２２の割れ及び劣化は、開回路Ｏの発生をもたらし得る。例えば、図２Ｃに示されるように、絶縁体２４の酸化または割れは、絶縁体２４及び抵抗加熱素子２２の間隙の発生、または開回路Ｏの発生、ならびにヒータ１４の機能低下をもたらす可能性がある。加えて、図２Ｄに示されるように、絶縁体２４の機能低下は、抵抗加熱素子２２をシース２６または短絡回路Ｓに接触させ、ヒータ１４の機能低下を生じさせ得る。電流がヒータ１４を通って流れることができないとき、開回路Ｏ及び短絡回路Ｓの両方がヒータ１４の故障を表す。開回路Ｏ及び短絡回路Ｓの初期段階では、断続的な電気アークは、絶縁体２４内の導電性のある小さい空隙を通る放電の結果として発生する。絶縁体２４内の空隙の空気のイオン化は、電荷が空気を通るように通過することを可能にし、可視光をもたらし得るプラズマを生成する。抵抗加熱素子２２が開回路Ｏ等内で劣化するとき、電気アークが、また、抵抗加熱素子２２内部で発生し得る。短絡回路Ｓの場合、電気アークは、抵抗加熱素子２２とシース２６との間で発生し得る。電気アークは、開回路Ｏの場合に間隙を閉じること、または短絡回路Ｓの場合に間隙を開くことのどちらかに起因する、ヒータ１４の機能の一時的修復をもたらし得る。電気アーク自体は、一般的に、動作周波数よりもかなり高い周波数範囲における第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、及び漏れセンサ信号Ｖ_Lで現れる。例えば、電気アークは、約５０ＫＨｚ～約２００ＫＨｚの範囲において現れ得る。

【0017】

信号プロセッサ１８は、高周波サンプリングレートを使用して、ヒータ１４からの、第１の電流Ｉ₁、第２の電流Ｉ₂、及び漏れ電流Ｉ_Lをそれぞれ表す第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、及び漏れセンサ信号Ｖ_Lをサンプリング及び測定する。高周波サンプリングレートは、約１５０ｋＨＺ～約５００ｋＨＺ等の電気アークによって生成される電気的ノイズ（アンチエイリアス処理フィルタによって制限され得る）の最大周波数の２倍よりも少なくとも大きい。

【0018】

電気アークがヒータ１４の開回路Ｏまたは短絡回路Ｓの故障に先行するものであるため、予測プロセッサ２０は電気アークの存在に基づいてヒータ１４の状態２１を判定する。電気アーク自体は、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dにおける高周波ノイズとして現れる。係る高周波ノイズは、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dを表すフーリエ変換データにおいて識別される。予測プロセッサは、高周波ノイズの検出に基づいて、ヒータ１４の電気アークの存在を識別し、ヒータ１４の今後の故障を判定する。

【0019】

第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dを表すフーリエ変換データに高周波ノイズがないとき、予測プロセッサ２０は、ＯＫの状態を出力し、ヒータ１４が適切に機能することを示す。第１のセンサ信号Ｖ₁及び第２のセンサ信号Ｖ₂を表すフーリエ変換データに高周波ノイズがあり、漏れセンサ信号Ｖ_L及び差分電圧Ｖ_Dの信号レベルの増加または上昇がないとき、予測プロセッサ２０は、「開回路が予期される」の状態を出力し、今後すぐに開回路Ｏが発生することを示す。漏れセンサ信号Ｖ_L及び差分電圧Ｖ_Dの信号レベルの顕著な増加または上昇に加えて、第１のセンサ信号Ｖ₁及び第２のセンサ信号Ｖ₂を表すフーリエ変換データに高周波ノイズがあり、漏れセンサ信号Ｖ_L及び差分電圧Ｖ_Dを表すフーリエ変換データに高周波ノイズがあるとき、予測プロセッサ２０は、「短絡が予期される」の状態を出力し、今後すぐに短絡回路Ｓが発生することを示す。第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dを表すフーリエ変換データのシグニチャ（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）（特定の形状）及び大きさに基づいて、予測プロセッサ２０は、「今後の故障／残存耐用年数」の状態を出力し、ヒータ１４の残存耐用年数を示す。漏れセンサ信号Ｖ_L及び差分電圧Ｖ_Dを参照して説明されるが、予測プロセッサ２０は、信号プロセッサ１８が差分電圧Ｖ_Dを生じさせない場合、漏れセンサ信号Ｖ_L（漏れ電流を表す）だけを使用して同じ予測を行い得る、または漏れセンサ信号Ｖ_Lが信号プロセッサ１８に供給されない場合、差分電圧Ｖ_D（漏れ電流を表す）だけを使用して同じ予測を行い得る。

【0020】

ヒータ１４は、空気データプローブ１２ａが適切に機能することを確実にする。ヒータ１４は、空気データプローブ１２ａの機能の突然の低下を生じさせる開回路Ｏまたは短絡回路Ｓの発生の結果として突然故障し得る。空気データプローブ１２ａの適切な機能が航空機１０の安全運転に必要であるため、ヒータ１４の予測は、空気データプローブ１２ａの信頼性を改善する。ヒータ１４の今後の故障を予測することは、ユーザが、必要であるとき（フライトの間または別の都合の良いとき等）にヒータ１４を交換することを可能にし、ヒータ１４の予測不可能な故障を防止し、フライトの遅延を減らし、飛行安全性を改善し、航空機のメンテナンスコスト及び飛行機運転コストを少なくする。

【0021】

図３は信号プロセッサ１８の機能を示す図であり、信号プロセッサ１８は、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dを、時間関数として、デジタル化及びフィルタ処理することを生じさせることと、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dを、周波数関数として、デジタル化及びフィルタ処理することを生じさせることとを含む。信号プロセッサ１８は、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dで、Ａ／Ｄ変換２８Ａ～２８Ｄ、フィルタ処理３０Ａ～３０Ｄ、及び高速フーリエ変換３２Ａ～３２Ｄを実行する。さらに、信号プロセッサ１８は、増幅器３４Ｃ及び３４Ｄと、コンパレータ３６とを含む。

【0022】

信号プロセッサ１８は、第１のセンサ信号Ｖ₁を受ける。信号プロセッサ１８は、Ａ／Ｄ変換器２８Ａを使用して第１のセンサ信号Ｖ₁をデジタル化し、フィルタ３０Ａを使用して、約５０ｋＨＺ～約２００ｋＨＺの周波数範囲等の着目周波数範囲まで、デジタル化された第１のセンサ信号Ｖ₁をフィルタ処理する。信号プロセッサ１８は、高速フーリエ変換３２Ａを利用して、第１のセンサ信号Ｖ₁を表すフーリエ変換データを生成する。第１のセンサ信号Ｖ₁を表すフーリエ変換データは、ヒータ１４の第１の電流Ｉ₁を表す第１のセンサ信号Ｖ₁を周波数関数として表す。

【0023】

信号プロセッサ１８は、第２のセンサ信号Ｖ₂を受ける。信号プロセッサ１８は、Ａ／Ｄ変換器２８Ｂを使用して第２のセンサ信号Ｖ₂をデジタル化し、フィルタ３０Ｂを使用して、約５０ｋＨＺ～約２００ｋＨＺの周波数範囲等の着目周波数範囲まで、デジタル化された第２のセンサ信号Ｖ₂をフィルタ処理する。信号プロセッサ１８は、高速フーリエ変換３２Ｂを利用して、第２のセンサ信号Ｖ₂を表すフーリエ変換データを生成する。第２のセンサ信号Ｖ₂を表すフーリエ変換データは、ヒータ１４の第２の電流Ｉ₂を表す第２のセンサ信号Ｖ₂を周波数関数として表す。

【0024】

信号プロセッサ１８は、漏れセンサ信号Ｖ_Lを受ける。信号プロセッサ１８は、増幅器３４Ｃを使用して漏れセンサ信号Ｖ_Lを増幅し、Ａ／Ｄ変換器２８Ｃを使用して、増幅された漏れセンサ信号Ｖ_Lをデジタル化する。信号プロセッサ１８は、フィルタ３０Ｃを使用して、約５０ｋＨＺ～約２００ｋＨＺの周波数範囲等の着目周波数範囲まで、デジタル化された漏れセンサ信号Ｖ_Lをフィルタ処理する。信号プロセッサ１８は、高速フーリエ変換３２Ｃを利用して、漏れセンサ信号Ｖ_Lを表すフーリエ変換データを生成する。漏れセンサ信号Ｖ_Lを表すフーリエデータは、ヒータ１４の漏れ電流Ｉ_Lを表す漏れセンサ信号Ｖ_Lを周波数関数として表す。

【0025】

信号プロセッサ１８は、第１のセンサ信号Ｖ₁及び第２のセンサ信号Ｖ₂を受ける。信号プロセッサ１８は、コンパレータ３６を使用して、第２のセンサ信号Ｖ₂を第１のセンサ信号Ｖ₁から引き、差分電圧Ｖ_Dを生じさせる。信号プロセッサ１８は、増幅器３４Ｄを使用して差分電圧Ｖ_Dを増幅し、Ａ／Ｄ変換器２８Ｄを使用して、増幅された差分電圧Ｖ_Dをデジタル化する。信号プロセッサ１８は、フィルタ３０Ｄを使用して、約５０ｋＨＺ～約２００ｋＨＺ等の着目周波数範囲まで、デジタル化された差分電圧Ｖ_Dをフィルタ処理する。信号プロセッサ１８は、高速フーリエ変換３２Ｄを使用して、差分電圧Ｖ_Dを表すフーリエ変換データを生成する。差分電圧Ｖ_Dを表すフーリエデータは、ヒータ１４の漏れ電流Ｉ_Lを表す差分電圧Ｖ_Dを周波数関数として表す。

【0026】

信号プロセッサ１８は、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dを、約１５０ｋＨＺ～約５００ｋＨＺ等の着目周波数範囲の周波数の少なくとも２倍の速度でサンプリングする。第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dは、周波数領域にデジタル化、フィルタ処理、及び変換され、これにより、第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dのそれぞれの周波数スペクトルを分析することができる。第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dのそれぞれの周波数スペクトルの分析は、時間領域の第１のセンサ信号Ｖ₁、第２のセンサ信号Ｖ₂、漏れセンサ信号Ｖ_L、及び差分電圧Ｖ_Dの信号レベルを監視することに加えて、電気アークを示す高周波ノイズの存在を判定することができる。周波数データが予測プロセッサ２０に送達され、予測プロセッサ２０は、ヒータ１４の残存耐用年数を示す係るデータに基づいて、ヒータ１４の状態２１を判定する。

【0027】

高周波サンプリングに関して説明されているが、電気アークは、また、低周波サンプリングを使用して検出され得る。低周波サンプリングレートにおいて、電気アークは、漏れセンサ信号Ｖ_L及び差分電圧Ｖ_Dに関する時間信号データのランダム高振幅パルス及びランダムノイズとして現れ得る。したがって、ヒータ１４の今後の故障及びヒータ１４の残存耐用年数は、また、低周波サンプリングレートにおいて識別され得る。

【0028】

さらに、空気データプローブ１２ａ等の空気データプローブに関して説明されるが、ヒータ１４は、風、氷保護用ヒータ等の任意の適切な航空機構成要素の任意のヒータであり得る。

【0029】

可能な実施形態の検討
以下は、本発明の可能な実施形態の非排他的な説明である。

【0030】

航空機用システムは、航空機構成要素を通って送られるヒータを含む、航空機構成要素であって、ヒータは、抵抗加熱素子と、抵抗加熱素子を囲む絶縁体と、を備え、第１の電流は抵抗加熱素子に流れ航空機構成要素に加熱をもたらし、第２の電流は抵抗加熱素子から流れ出る、当該航空機構成要素と、第１の電流を表す第１のセンサ信号を生成するように構成される第１のセンサと、第２の電流を表す第２のセンサ信号を生成するように構成される第２のセンサと、漏れ電流を表す漏れセンサ信号を生成するように構成される漏れセンサと、電気アークの存在を識別するために高周波サンプリングレートを使用して、第１の電流、第２の電流、及び漏れ電流をサンプリング及び測定するように構成される信号プロセッサと、を含む。

【0031】

前述の段落のシステムは、随意に、追加的及び／または代替的に、以下の特徴、構成、及び／または追加の構成要素のうちの任意の１つまたは複数を含み得る。

【0032】

電気アークに基づいて、今後のヒータ故障を判定するように構成される予測プロセッサ。

【0033】

航空機構成要素の残存耐用年数を判定するように構成される予測プロセッサ。

【0034】

第１の電流及び第２の電流の高周波ノイズに基づいて、ヒータ内の電気アークの存在を識別するように構成される予測プロセッサ。

【0035】

信号プロセッサは、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、漏れセンサ信号、及び差分電圧をデジタル化するように構成され、差分電圧は、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との差である。

【0036】

信号プロセッサは、漏れセンサ信号を増幅するように構成される。

【0037】

信号プロセッサは、約１５０ｋＨＺ～約５００ｋＨＺの周波数において、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、及び漏れセンサ信号をサンプリングする。

【0038】

信号プロセッサは、約５０ｋＨＺ～約２００ｋＨＺの周波数範囲まで、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、及び漏れセンサ信号をフィルタ処理する。

【0039】

第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、及び漏れセンサ信号を表すフーリエ変換データのシグニチャ及び大きさに基づいて、ヒータの残存耐用年数を予測するように構成される予測プロセッサ。

【0040】

信号プロセッサは、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、及び漏れセンサ信号を表すフーリエ変換データを出力するように構成される。

【0041】

第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、及び漏れセンサ信号を表すフーリエ変換データに基づいて、今後発生する短絡回路または今後発生する開回路を識別するように構成される予測プロセッサ。

【0042】

第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を表すフーリエ変換データが高周波ノイズを示し、かつ漏れセンサ信号が上昇しないとき、今後発生する開回路を識別するように構成される予測プロセッサ。

【0043】

第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を表すフーリエ変換データが高周波ノイズを示し、漏れセンサ信号を表すフーリエ変換データがまた高周波ノイズを示し、かつ漏れセンサ信号が上昇するとき、今後発生する短絡回路を識別するように構成される予測プロセッサ。

【0044】

信号プロセッサは、漏れセンサ信号に等しい、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との差を表すフーリエ変換データを出力するように構成される。

【0045】

ヒータはさらに絶縁体を囲む金属シースを備え、絶縁体は抵抗加熱素子と金属シースとの間にある。

【0046】

第１の電流を抵抗加熱素子に供給する電源。

【0047】

抵抗加熱素子に供給される第１の電流及び第２の電流は、ＡＣ電源またはＤＣ電源であり得る。

【0048】

第１のセンサは第１の感知抵抗器であり、第２のセンサは第２の感知抵抗器であり、漏れセンサは漏れ感知抵抗器である。

【0049】

信号プロセッサは、電気アークによって生成される電気的ノイズの最大周波数の２倍よりも大きい周波数において、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、及び漏れセンサ信号をサンプリングする。

【0050】

航空機構成要素は、空気データプローブである。

【0051】

本発明が例示的実施形態に関して説明されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が行われ得るものであり、均等物をその要素に置き換えられ得ることを当業者は理解するであろう。加えて、本発明の必須の範囲から逸脱することなく、多くの修正を行って特定の状況または材料を本発明の教示に適合させてもよい。したがって、本発明は、開示される特定の実施形態に限定されないが、本発明は、添付の特許請求の範囲内に収まる全ての実施形態を含むことが意図されている。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】