专利名称：飞行器布线的电弧故障位点检测的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及电气布线安全(electrical wiring safety) 0更特别地，本发明涉及飞行器布线的电弧故障位点检测，其可例如在飞行器维护期间使用以确定例如那些可能引起电弧放电的布线故障的位置。
背景技术：
飞行器是高度复杂的机器，其在温度、降水、压力、震动等多种极端条件下工作。任何飞行器的一个重要部件是它的电子控制和配电系统，其常常通过使用提供在各种密封墙和机身板后面的许多千米的布线提供。在飞行器中的布线对于正确工作可以是决定性的，并且定期检查和维护对于确保易受老化、维护期间引起的意外损伤、飞行期间的震动或与其他电线摩擦、变弯、变湿、压印等的电线可用并且不危险是必不可少的。为了帮助检查这样的飞行器布线的情况，已知各种故障检测和定位装置(例如断路器等)用于在飞行器中使用[1-3]。然而，这些常规装置未必检测或防止某些难以检测的布线故障，例如电弧放电等，其可仅间歇地或采用不可预测的方式发生。电弧放电可是特别危险的，例如在它形成火花而该火花然后引起易燃材料点燃的情况下是特别危险的。实际上电弧放电已经与各种飞行事故关联例如在1996年七月在纽约附近半空中爆炸的TWA800使得飞机上的所有人丧生以及在1998年九月发生驾驶舱火灾并且随后坠毁到海中的瑞士航空公司111也使得飞机上所有人丧生。在两个案例中，引起随后电弧放电的有故障的布线认为是事故的根源。考虑到与电弧放电关联的潜在危险，因此已经开发各种电弧检测系统[4-8]。然而，尽管这样的电弧检测系统是对之前的故障检测和定位装置[1-3]的改进，特别对于间歇电弧，在不容易接近需要测试的电线或电线束的情况下(例如，在这样的电线嵌在飞行器板后面并且不可触及的情况下)，仍然存在准确定位引起电弧放电的故障的位置的问题。从而设计本发明同时在上文提到的与常规技术关联的缺点方面有成效。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供有用于检测飞行器电气布线设置中的电弧故障的位点的系统。该系统包括可操作成产生测试信号的控制器和用于将该测试信号耦合于包括一条或多条在测电线的电气布线的定向耦合器(directional coupler)。该定向耦 合器还用于将来自该电气布线反射的测试信号耦合于该控制器。该控制器还可操作成检测从在测电线中的电弧故障反射的测试信号并且分析反射的测试信号以便由此确定一个或多个电弧故障位置。根据本发明的第二方面，提供有非侵入定向耦合器，其用于将测试信号耦合到飞行器的电气布线(包括一条或多条在测电线)，并且用于将从该电气布线反射的测试信号耦合到控制器。
根据本发明的第三方面，提供有检测飞行器电气布线设置中的电弧故障的位点的方法。该方法包括在沿在测电线的预定方向上引导测试信号，检测从该在测电线反射的测试信号，以及从该检测到的反射测试信号确定一个或多个电弧故障位置。在本发明的各种方面和实施例中，在测电线或多条电线可以是带电的。这意味飞行器的电气系统可以在各种工作条件下工作并且同时被测试以便间歇或瞬时故障(例如， 电弧放电)可出现，否则当例如发动机等各种系统关闭时这些故障可能是不明显的。有利地，定向耦合器的使用还允许测试信号在电气布线上的各种点处注入。例如， 测试信号可在飞行器内电线束最容易被接近的点处耦合到该电线束。另外，非闯入性定向耦合器(non-invasive directional coupler)的使用还消除了向布线提供硬连线的、闯入性的电弧位点检测系统的需要。通过消除了提供各种闯入性的在线部件以增加电弧位点检测功能性的需要，本发明的各种实施例从而可以与现有飞行器布线一起使用，而不需要改造闯入性的部件(其可能例如要求修改的布线被测试并且重新认证以确保它满足各种航空局装备标准，例如由UK的民用航空管理局(CAA)和USA的联邦航空管理局(FAA)等设定的那些等)。


现在将连同附图描述本发明的各种方面和实施例，其中图1示出根据本发明的各种实施例的用于检测飞行器电气布线设置中的电弧故障的位点的系统；图2示出由本发明的各种实施例提供的定向耦合器的电气等效电路图；图3示出根据本发明的实施例的非侵入定向耦合器；图4示出根据本发明的实施例的另外的非侵入定向耦合器；图5示意示出图4的定向耦合器的电气等效电路图；图6图示根据本发明的各种实施例的检测飞行器电气布线设置中的电弧故障的位点的方法。
具体实施方式
图1示出用于检测飞行器电气布线设置中的电弧故障的位点的系统100。该电气布线设置包括由一条或多条在测电线构成的电气布线150。系统100包括可操作成产生测试信号的控制器110。该测试信号可以例如是具有从布线150的工作信号波段排除的频率的交流(AC)信号，使得测试信号不干扰当布线150 正常工作时使用的工作信号。这使布线150能够带电测试，其中工作信号和测试信号都在布线150中传播。控制器110可以例如使用各种射频(RF)测试信号，其使用各种调制方案编码。从布线故障反射的测试信号然后可以检测到，并且例如使用渡越时间测量，可以确定这些故障相对于测试信号进入布线150的注入点的位置。例如，在各种实施例中双极相移键控 (BPSK)用作以从大约1. 5MHz至大约144MHz的RF工作的扩展频谱时域反射计(SSTDR)中的调制方案，而典型的飞行器配电系统将以400Hz的频率工作。在控制器110的各种实施例中，各种商业上可买到的产品可以用于提供控制器功能性。例如，可使用可买到或很快将可买到的来自美国犹他州盐湖城的LiveWire Test Lab公司的LiveWire 移动服务包(MSP)或LiveWire 集成电路(IC) [9]，然而没有采用常规方式闯入性地耦合MSP或IC (为了获得涉及可能的控制器实施例的更多细节还参见参考文献[10-14])。控制器110可操作成产生测试信号并且通过电连接132将测试信号耦合到定向耦合器130。定向耦合器130将测试信号耦合到电气布线150使它能够在沿布线150的第一方向上传播同时至少部分阻挡测试信号沿布线150的第二相反方向传播。定向耦合器130还通过电连接132沿反向路径将从沿第一方向传播的测试信号产生的反射测试信号耦合回到控制器110。控制器110然后可操作成接收从在测电线中的电弧故障反射的测试信号并且分析该反射的测试信号以便由此确定一个或多个电弧故障位置。可以例如通过以已知缓冲帧频(υ)用反射信号数据周期性地再充填控制器110 中的环形缓冲器、计数已经发生的完成的环形缓冲器采集的数目(N)并且将反射信号数据与代表调制的测试信号的数据自动相关以便寻找相关性“尖峰(spike)”来进行分析。当检测到这样的尖峰时，可以停止或捕捉并且读出环形缓冲器数据采集，并且在第N个环形缓冲器数据帧内的相关性尖峰的位置(自宽度M的缓冲器中的第m个)指示沿布线的电弧故障的渡越时间(tf)，从而
权利要求
1.一种用于检测飞行器电气布线设置中的电弧故障的位点的系统(100)，所述系统 (100)包括可操作成产生测试信号的控制器(110，210)；以及用于将所述测试信号耦合到电气布线(150)并且用于将从所述电气布线(150)反射的测试信号耦合于所述控制器(110，210)的定向耦合器(130，230，330，430)，所述电气布线 (150)包括一条或多条在测电线(250)；其中所述控制器(110，210)还可操作成检测从所述在测电线(250)中的电弧故障反射的测试信号并且分析反射的测试信号以便由此确定一个或多个电弧故障位置。
2.如权利要求1所述的系统(100)，其中所述定向耦合器(130，230，330，430)电气地提供关于所述在测电线O50)的串联阻挡电感器034)和并联耦合电容器036)。
3.如权利要求2所述的系统(100)，其中所述串联阻挡电感器034)通过在所述在测电线(250)的第一部分周围提供磁性材料来形成并且所述并联耦合电容器(236)通过在所述在测电线O50)的第二部分周围提供导电层来形成。
4.如权利要求1至3中任一项所述的系统(100)，其中所述定向耦合器是用于将所述测试信号耦合到沿所述一条或多条在测电线O50)的第一方向和沿所述一条或多条在测电线Q50)的第二方向中的一个或多个的双向耦合器(130，430)，所述第一和第二方向朝向相反。
5.如权利要求4所述的系统(100)，其中所述双向耦合器(130，430)包括电感元件 (434)和多个电容元件(436a,436b,436c,436d)
6.如权利要求1至5中任一项所述的系统(100)，其中所述双向耦合器(130，430)在至少一条在测电线(250)周围是可拆解式可夹紧的。
7.一种非侵入定向耦合器(130，230，330，430)，其用于将测试信号耦合到飞行器的电气布线(150)，并且用于将从所述电气布线(150)反射的测试信号耦合到控制器(110， 210)，所述电气布线(150)包括一条或多条在测电线050)。
8.如权利要求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)电气地提供关于在测电线Q50)的串联阻挡电感器(234)和并联耦合电容器(236)。
9.如权利要求8所述的非侵入定向耦合器(130，230，330，430)，其中所述串联阻挡电感器(234)通过提供磁性材料使其放置在所述在测电线(250)的第一部分周围来形成并且所述并联耦合电容器(236)通过提供导电层使其放置在所述在测电线(250)的第二部分周围来形成。
10.如权利要求7至9中任一项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将所述测试信号耦合到沿一条或多条在测电线O50)的第一方向和沿一条或多条在测电线O50)的第二方向中的一个或多个的双向耦合器(130，430)，所述第一和第二方向朝向相反。
11.如权利要求7-10中任一项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)在至少一条在测电线(250)周围是可拆解式可夹紧的。
12.—种检测飞行器电气布线设置中的电弧故障的位点的方法(600)，所述方法包括在沿在测电线O50)的预定方向上引导(60 测试信号；检测(604)从所述在测电线Q50)反射的测试信号；以及从所述检测到的反射测试信号确定(606) —个或多个电弧故障位置。
13.如权利要求12所述的方法(600)，其中引导(60 测试信号包括使用定向耦合器 (130，230，330，430)将射频(RF)信号注入所述在测电线(250)。
14.如权利要求12或13所述的方法(600)，进一步包括将两个反方向传播的测试信号分量注入所述在测电线O50)以便检测在测试信号注入点上游和下游出现的任何电弧故障。
15.如权利要求12至14中任一项所述的方法(600)，包括在引导(60 所述测试信号进入在测电线(250)之前将定向耦合器(130，230，330，430)可拆解地夹紧在所述在测电线 (250)周围。
全文摘要
根据第一方面，本发明涉及用于检测飞行器电气布线设置中的电弧故障的位点的系统(100)。该系统(100)包括可操作成产生测试信号的控制器(110，210)，以及用于将该测试信号耦合到电气布线(150)并且用于将从该电气布线(150)反射的测试信号耦合于该控制器(110，210)的定向耦合器(130，230，330，430)。该电气布线(150)包括一条或多条在测电线(250)，并且该控制器(110，210)进一步可操作成检测从该在测电线(250)中的电弧故障反射的测试信号并且分析反射的测试信号以便由此确定一个或多个电弧故障位置。该在测电线(250)可以是带电的并且测试可以被执行而不需要使用闯入性的在线部件。
文档编号G01R31/11GK102159956SQ200980138126
公开日2011年8月17日 申请日期2009年9月14日 优先权日2008年9月22日
发明者A·施普利 申请人:通用电气航空系统有限公司