具有故障预测和健康管理的一体式防冰装置的制作方法

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具有故障预测和健康管理的一体式防冰装置

背景技术：

1.本发明涉及防冰系统，并且更具体地，涉及使用光纤传感器的具有故障预测和健康管理的一体式防冰装置。
2.飞机可能会暴露于允许其表面形成冰的天气条件下。在飞行前或飞行期间，冰可能会在飞机的表面上形成，所述表面诸如挡风玻璃、机翼、尾翼和进气口部件。结冰可能会导致不利的操作，诸如阻塞所需的发动机气流或抑制机翼或其他部件的操作。另外，可能会导致其他部件以及飞机和乘客的安全受损。配备有加热部件的飞机可包括电加热器以保护飞机。可能需要确保加热部件在飞机的整个生命周期内正常操作。

技术实现要素：

3.根据实施方案，提供了一种用于操作具有故障预测和健康管理的一体式防冰装置的方法。该方法可包括：从安装在结构或装备的表面上的传感器阵列中的每个传感器读取信号，其中每个传感器是光纤传感器；以及基于从每个传感器读取信号而生成图，其中所述图监测由每个传感器检测到的表面的状况。该方法还可包括：至少部分地基于从每个传感器读取信号而确定异常状况或故障中的至少一个；以及执行以下中的至少一个：调整结构或装备的动力控制，或传达结构或装备的异常状况或故障。
4.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括使用作为温度图的图。
5.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括读取通过光缆传输的信号。
6.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括使用联接到每个光缆的多个传感器。
7.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括布置每个光缆以监测结构的区域。
8.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括使用指示每个传感器的传感器类型的图。
9.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括使用诸如温度传感器和应变传感器的传感器类型。
10.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括通过将历史读数与装备的实时读数进行比较来确定装备的健康状况。
11.根据实施方案，提供了使用光纤传感器的具有故障预测和健康管理的一体式防冰装置。该系统包括传感器阵列和联接到传感器阵列的控制器。该控制器能够从安装在结构或装备的表面上的传感器阵列中的每个传感器读取信号，其中每个传感器是光纤传感器，并且基于从每个传感器读取信号而生成图，其中所述图监测表面和每个传感器检测到的表面的状况。该控制器还可包括：至少部分地基于从每个传感器读取信号而确定异常状况或故障中的至少一个；以及执行以下中的至少一个：调整结构或装备的动力控制，或传达结构
或装备的异常状况或故障。
12.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括使用作为温度图的图。
13.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括读取通过光缆传输的信号。
14.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括使用联接到每个光缆的多个传感器。
15.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括布置每个光缆以监测结构的区域。
16.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括使用指示每个传感器的传感器类型的图。
17.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括使用诸如温度传感器和应变传感器的传感器类型。
18.除了本文所描述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案还包括通过将历史读数与装备的实时读数进行比较来确定装备的健康状况。
19.本公开的实施方案的技术效果包括生成和显示表示从多个传感器获得的温度读数的图。
20.前述特征和元件可以各种组合而非排它性地组合，除非另外明确指明。根据以下描述和附图，这些特征和元件以及其操作将变得更加显而易见。然而，应当理解，以下描述和附图在性质上意在是说明性的和解释性的，而非限制性的。
附图说明
21.以下描述不应被视为以任何方式进行限制。参考附图，相同的元件标号相同：
22.图1描绘了根据本公开的一个或多个实施方案的系统的框图；
23.图2描绘了根据本公开的一个或多个实施方案的在表面上的传感器布置的示例性配置；
24.图3描绘了根据本公开的一个或多个实施方案的用于生成温度图的方法的流程图；并且
25.图4描绘了根据本公开的一个或多个实施方案的上面具有传感器布置的示例性飞机。
具体实施方式
26.当前的防冰系统不为加热器部件和周围结构的状况和性能提供诊断和故障预测健康监测管理。缺乏指示系统性能和健康状况的反馈可能会导致在操作之前/期间/之后存在潜在的未知关注区域，这可能会增加系统操作成本。而且，缺乏对结构和加热器元件的实时温度映射隐藏了系统中的冷点或热点，以至于在结冰状况下的飞行期间对飞机、发动机和机组人员致使潜在危险。
27.使用诸如电阻温度检测器(rtd)的当前技术的常规温度映射需要众多传感器，并且由于它们只能获得点测量结果而受到限制。点测量结果限于特定位置。这可能会因添加
许多传感器和额外的电气连接而导致系统可靠性降低。使用光纤传感器的故障预测健康管理(phm)温度映射不需要那么多的电气连接，因此减少了对提高系统可靠性的影响。
28.本文所描述的技术使被布置成覆盖除冰和加热部件以及周围区域的光纤传感器阵列一体化，以便检测和映射需要防冰的所在位置的表面温度。光纤传感器阵列也可安装在防冰区之外，扩展其监测区域，以用于检测防冰范围之外的冰回流或冰状况。光纤传感器还可通过监测防护表面的实时冲击(impingement)极限来协助防冰系统的动力管理。可操作防冰系统来调整加热器开/关时间或基于该反馈而确定激活哪些区域。这些调整可导致防冰能源的使用最小化，从而为常规飞机节省燃料或延长电动飞机的电池寿命。光纤传感器的阵列可安装在结构的任何位置。传感器阵列不限于温度，感测元件可包括用于监测应力以及结构或加热器故障的应变仪。利用光纤传感器阵列的集成的电防冰装置与phm可安装在复合材料或金属部件中。
29.图1描绘了根据本公开的一个或多个实施方案的系统100。系统100可包括控制器102。控制器102包括处理器104和存储器106以实施用于具有故障预测和健康管理的一体式防冰系统的操作。应当理解，控制器102可包括其他部件或模块，并且不限于图1中示出的部件。在本公开的一个或多个实施方案中，处理器102可包括通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器102，该通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备被配置成经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行指令。
30.控制器102被配置成监测结构(诸如飞机机翼)的表面108。光纤传感器可通过多个光缆112联接到控制器。可使用形成传感器网络110的光纤传感器来监测表面108的温度。另外，应变仪可用于监测表面108上经受的应力或张力。光纤传感器可接收光信号，可在感测元件中或控制器中的远程处理元件处将该光信号转换成数字信号。而且，光纤传感器的操作不需要电力，并且光纤传感器不易受到电磁干扰影响。这允许在远程空间中使用光纤传感器，而无需多余的布线来为光纤传感器供电。
31.在一个或多个实施方案中，在传感器的安装期间，控制器102的存储器106可存储传感器中的每一个的地址，并且将该地址与传感器在表面108和/或结构上的方位/位置相关。而且，控制器102的存储器106可配置有报警极限，该报警极限可用来触发警报，该警报可被传输到一个或多个连接的装置。
32.如图1中所示，传感器网络110可布置在表面108的防护区114和非防护区116中。在非限制性示例中，防护区114和光纤传感器可被布置成监测靠近加热器(未示出)的区域以用于防护飞机机翼，并且非防护区116和光纤传感器可被布置成监测融冰的回流。
33.传感器网络110可被布置在飞机装备的表面上，所述装备诸如用于防护飞机的发热装备，并且不限于飞机机翼。飞机的加热部件可包括使用加热元件将电能转换成热能的电加热器。其他加热部件可包括在飞机的各种表面上嵌入加热电线。加热部件可包括由不锈钢、铜、电线、布或其他导电介质形成的金属加热元件。
34.在图1中，系统100可包括用于与控制器102通信的装置118。装置118可包括但不限于计算机、笔记本计算机、用户装置、飞机航空电子系统或智能装置。可操作控制器102以传达或传输被监测的结构或装备的表面的异常读数和/或故障状况。可基于将当前读数与正常或历史读数进行比较而确定异常读数。类似地，可通过将当前传感器读数与预定的或可配置的阈值进行比较来确定故障状况，以确定是否存在故障状况。例如，超过可配置阈值温
度的实时温度读数可指示故障，而高于正常或历史读数的温度读数增加可指示故障趋势。
35.本文描述了本公开的一个或多个说明性实施方案。此类实施方案仅说明本公开的范围，并且不意在以任何方式进行限制。因此，本文公开的实施方案的变型、修改和等效形式也在本公开的范围内。
36.现在参看图2，示出了定位在飞机机翼202的一部分的表面上的基于光纤的传感器的示例性布置。虽然图2中未示出诸如控制器102的控制器，但是应当理解，光缆208联接到控制器以接收信号。图2描绘了多个温度传感器204和多个应变仪传感器206。每个光缆208可包括两种类型的传感器204、206，这减少了安装不同类型的传感器所需的额外电线的数量。在本公开的一个或多个实施方案中，多个传感器204、206联接到每个光缆208，并且来自同一光缆208上的传感器204、206的单独读数可由控制器102以多种方式进行处理。例如，控制器102可使用已知的时间延迟或波长来处理来自对应传感器204、206的每个信号。传感器204、206中的每一个可与飞机机翼202的特定位置相关联以用于映射。图2示出了固定数量的传感器，然而，应当理解，可使用任何数量的传感器和传感器的布局。另外，虽然基于光纤的传感器的布置在飞机机翼202的表面上，但是应当理解，传感器也可直接放置在装备上以用于监测。在非限制性示例中，传感器204、206可布置在飞机的多个区域210至218中，可用于监测各种区域。
37.本文描述了本公开的一个或多个说明性实施方案。此类实施方案仅说明本公开的范围，并且不意在以任何方式进行限制。因此，本文公开的实施方案的变型、修改和等效形式也在本公开的范围内。
38.图3描绘了根据本公开的一个或多个实施方案的用于执行具有故障预测和健康管理的一体式防冰解决方案的方法300的流程图。方法300可在诸如图1中示出的系统100或其他相似类型的系统中实现。方法300开始于框302并继续到框304，所述框304提供从安装在结构表面上的传感器阵列中的每个传感器读取信号，其中每个传感器是光纤传感器。光纤传感器可包括温度传感器和应变传感器(应变仪)。框306基于读取来自每个传感器的信号而生成图，其中该图监测由每个传感器检测到的表面的状况。在本公开的一个或多个实施方案中，控制器102被配置成基于传感器反馈而在内部更新结构或装备的动力激活控制，或基于来自每个传感器的信号读数而检测异常状况。框308至少部分地基于从每个传感器读取信号而确定异常状况或故障中的至少一个。框310执行以下中的至少一个：调整结构或装备的动力控制，或传达结构或装备的异常状况或故障。方法300在框311处结束。
39.本文描述了本公开的一个或多个说明性实施方案。此类实施方案仅说明本公开的范围，并且不意在以任何方式进行限制。因此，本文公开的实施方案的变型、修改和等效形式也在本公开的范围内。
40.图4描绘了根据本公开的一个或多个实施方案的经监测的飞机的示例。虽然示出了飞机，但是本文描述的技术也可应用于其他交通工具，并且不受图4中示出的图示的限制。
41.本文描述了本公开的一个或多个说明性实施方案。此类实施方案仅说明本公开的范围，并且不意在以任何方式进行限制。因此，本文公开的实施方案的变型、修改和等效形式也在本公开的范围内。
42.技术效果和益处包括使用来自布置在表面上的光纤传感器的读数生成温度图。该
布置能够在飞机除冰期间暴露冷点。技术效果和益处还包括获得实时诊断特征，以改善系统的动力管理以及执行飞机表面和装备的健康管理。
43.本文参考附图以举例而非限制的方式呈现所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。
44.术语“约”意在包括与基于提交申请时可用的装备的特定量的测量结果相关联的误差程度。
45.本文中所使用的术语仅仅是为了描述具体实施方案，并且并不意在限制本公开。如本文所使用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”意在也包括复数形式，除非上下文明确另外指示。还应当理解术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定存在陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件部件和/或其组。
46.虽然已经参考一个或多个示例性实施方案描述了本公开，但是本领域的技术人员将理解，在不背离本公开的范围的情况下，可做出各种改变，并且可用等效形式替代其要素。另外，在不背离本公开的基本范围的情况下，可做出许多修改来使特定的情形或材料适应本公开的教示。因此，意图在于，本公开不限于作为设想用于实施本公开的最佳模式所公开的特定实施方案，而是本公开将包括落在权利要求书的范围内的所有实施方案。

技术特征：

1.一种方法，其包括：在控制器处从安装在结构或装备的表面上的传感器阵列中的每个传感器读取信号，其中每个传感器是光纤传感器；基于从每个传感器读取所述信号而生成图，其中所述图监测由每个传感器检测到的所述表面的状况；至少部分地基于从每个传感器读取所述信号而确定异常状况或故障中的至少一个；以及执行以下中的至少一个：调整所述结构或装备的动力控制，或传达所述结构或装备的所述异常状况或故障。2.如权利要求1所述的方法，其中所述图是温度图。3.如权利要求1所述的方法，其中从每个传感器读取所述信号包括读取通过光缆传输的所述信号。4.如权利要求3所述的方法，其中使多个传感器联接到每个光缆。5.如权利要求1所述的方法，其还包括布置每个光缆以监测结构的区域。6.如权利要求1所述的方法，其中所述图还指示每个传感器的传感器类型。7.如权利要求6所述的方法，其中所述传感器类型包括温度传感器和应变传感器。8.如权利要求1所述的方法，还包括通过将历史读数与装备的实时读数进行比较来确定所述装备的健康状况。9.一种系统，其包括：传感器阵列；控制器，所述控制器联接到所述到传感器阵列，所述控制器被配置成：从安装在结构或装备的表面上的所述传感器阵列中的每个传感器读取信号，其中每个传感器是光纤传感器；基于从每个传感器读取所述信号而生成图，其中所述图监测所述表面和由每个传感器检测到的所述表面的状况；至少部分地基于从每个传感器读取所述信号而确定异常状况或故障中的至少一个；并且执行以下中的至少一个：调整所述结构或装备的动力控制，或传达所述结构或装备的所述异常状况或故障。10.如权利要求9所述的系统，其中显示装置基于从所述传感器阵列中的每个传感器读取信号而显示温度图。11.如权利要求9所述的系统，其中从每个传感器读取所述信号包括读取通过光缆传输的所述信号。12.如权利要求11所述的系统，其中使多个传感器联接到每个光缆。13.如权利要求9所述的系统，其还包括布置每个光缆以监测结构的区域。14.如权利要求9所述的系统，其中所述图还指示每个传感器的传感器类型。15.如权利要求14所述的系统，其中所述传感器类型包括温度传感器和应变传感器。16.如权利要求9所述的系统，其中所述控制器被配置成通过将历史读数与装备的实时读数进行比较来确定所述装备的健康状况。

技术总结

提供了用于使用光纤传感器执行具有故障预测和健康管理的一体式防冰的方法和系统的实施方案。实施方案可包括：从安装在结构或装备的表面上的传感器阵列中的每个传感器读取信号，其中每个传感器是光纤传感器；以及基于从每个传感器读取所述信号而生成图，其中所述图监测由每个传感器检测到的所述表面的状况。实施方案还可包括：至少部分地基于从每个传感器读取所述信号而确定异常状况或故障中的至少一个；以及执行以下中的至少一个：调整所述结构或装备的动力控制，或传达所述结构或装备的所述异常状况或故障。的所述异常状况或故障。的所述异常状况或故障。