BR102012001838B1

BR102012001838B1 - sensor de detecção de corrente de relâmpago

Info

Publication number: BR102012001838B1
Application number: BR102012001838-1A
Authority: BR
Inventors: Kengou Yamaguchi; Tatsufumi Aoi; Takashi Okai
Original assignee: Mitsubishi Aircraft Corporation
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2021-05-25
Also published as: CA2762141A1; EP2482087A1; US20120194168A1; CA2762141C; JP2012154880A; JP5660911B2; US9013170B2

Abstract

SENSOR DE DETECÇÃO DE CORRENTE DE RELÂMPAGO. A presente invenção tem um objetivo de prover um sensor de detecção de corrente de relâmpago que tem uma configuração resistente a alta voltagem e alta corrente no caso de uma queda de raio e tem alta sensitividade e alta resolução. Em um sensor de detecção de corrente de relâmpago 10, um fio revestido-isolante 22 enrolado em múltiplas voltas é coletivamente coberto com uma fita de base 21 e uma fita de cobertura 23. Assim, mesmo quando o fio revestido-isolante 22 é enrolado em múltiplas voltas para aumentar sensitividade, uma área diminuta pode ser detectada para aumentar resolução. Também, com a fita de base 21 e a fita de cobertura 23 cobrindo o fio revestidoisolante 22 e também uma porção de blindagem 12 feita de um material isolante e um interstício 40 formado entre uma porção de blindagem 12 e uma porção de bobina 20, uma suficiente propriedade de blindagem é assegurada e detecção com alta precisão pode ser realizada contra alta corrente e alta voltagem sem acoplamento capacitivo.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Campo da Invenção

[001] A presente invenção se refere a um sensor de detecção de corrente de relâmpago para detectar uma corrente fluindo no caso de uma queda de raio e uma corrente de simulação da corrente fluindo na queda de raio.

Descrição da Técnica Relacionada

[002] É exigido de aeronaves que elas tomem todas as medidas possíveis para assegurar segurança no caso de uma queda de raio. Quando uma asa principal de uma aeronave é golpeada por relâmpago e uma grande corrente flui, a corrente flui, parcialmente ou, em alguns casos, inteiramente, através de porções de conexão entre painéis de superfície de asa em uma superfície da asa. Se um valor da corrente excede um valor limite de uma passagem de corrente admissível em cada porção de conexão, ocorre descarga elétrica, referida como um arco elétrico (ou centelha térmica). Isto é considerado ser um fenômeno no qual uma grande corrente instantânea flui através das porções de conexão entre painéis de superfície de asa principalmente feitos de um material condutor para causar um súbito aumento em temperatura, e como um resultado, a fusão e vaporização de um membro causa a descarga elétrica para a atmosfera circundante. Quando este fenômeno ocorre, fusões referidas como partículas quentes são dispersas a partir de uma porção de fusão, em muitos casos.

[003] Geralmente, um espaço interno de uma asa também funciona como um tanque de combustível, e, na queda de um raio, é necessário prevenir a ocorrência do arco elétrico ou vedar o arco para prevenir que a descarga elétrica do arco que ocorreu e que partículas quentes dispersas pelo mesmo contatem vapor de combustível inflamável.

[004] Assim, a depositante tem feito vários estudos e propostas para prevenir um arco elétrico. No processo dos estudos, aparecem a necessidade de avaliar como uma corrente flui no caso de uma queda de raio para verificar a efetividade de medidas contra uma queda de raio.

[005] Para avaliar como uma corrente flui no caso de uma queda de raio, como mostrado na figura 7, um campo magnético M que é produzido em um objeto 100, através do qual uma corrente A flui por uma queda de raio, é detectado por um sensor de detecção magnético 1.

[006] Um sensor de detecção magnético geral inclui, por exemplo, um sensor que usa uma bobina de detecção magnética com um condutor anular do tipo de tira (por exemplo, ver a Patente Japonesa Aberta à Inspeção Pública N.° 2006-343196), ou um sensor usando uma porta de filme de fundente delgado (por exemplo, ver A Publicação Nacional do Pedido de Patente Internacional N.° 2009-535616), mas esses sensores não são apropriados para avaliar como uma corrente flui no caso de uma queda de raio.

[007] Especificamente, no caso de uma queda de raio, como mostrado na figura 8, a alta corrente de várias dezenas de 200 kA e a alta voltagem de 40 a 50 kV fluem em um curto tempo, e a contaminação de ruído não pode ser evitada. Como um sensor de detecção magnético para detectar uma corrente de relâmpago, um sensor resistente a alta corrente e alta voltagem precisa ser usado, mas as técnicas descritas na Patente Japonesa aberta à Inspeção Pública N.° 2006-343196 e na Publicação de Pedido de Patente Internacional N.° 2009-535616 são destinadas a detectar um campo magnético diminuto e does não assume use para detectar uma corrente de relâmpago.

[008] Quando a alta corrente e a alta voltagem fluem, contaminação de ruído ocorre devido ao acoplamento capacitivo com um campo elétrico ao redor, e isto torna difícil detectar somente um campo magnético produzido por uma alteração de corrente. Assim, como um sensor de detecção magnético 1 resistente a alta corrente e alta voltagem, por exemplo, como mostrado na figura 9, uma antena de laço de blindagem 5 em que um fio de núcleo enlaçado 2 é passada através de um tubo de cobre 3 e um material isolante 4 é cheio entre o tubo de cobre 3 e o fio de núcleo 2 é convencionalmente geralmente usado. uma tal antena de laço de blindagem 5 pode evitar a influência por um campo elétrico porque o tubo de cobre 3 e o material isolante 4 formam uma blindagem contra um campo elétrico.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] Todavia, a antena de laço de blindagem 5 tem uma configuração constituída por um assim chamado tubo coaxial (cabo semi- rígido) 6 em que o fio de núcleo 2 é passado através do tubo de cobre 3 via o material isolante 4. Nesse caso, um tubo de cobre 3 que tem um diâmetro externo de 2 a 3 mm é geralmente usado, exceto em um caso particular.

[0010] Para aumentar a sensitividade de detecção, o tubo coaxial 6 é geralmente enrolado em múltiplas voltas, por exemplo, como mostrado na figura 10, mas uma redução de tamanho é difícil por causa da limitação de um formato externo e curvatura de um cabo. Assim, uma área de detecção de campo magnético requer um certo volume, e a detecção limitada a uma área diminuta é difícil, e a limitação de um local de instalação ou densidade reduz a resolução de detecção.

[0011] A presente invenção é atingida com base em tais problemas técnicos, e tem um objetivo de prover um sensor de detecção de corrente de relâmpago que tem uma configuração resistente a alta voltagem e alta corrente no caso de uma queda de raio e tem alta sensitividade e alta resolução.

[0012] Para atingir o objetivo, a presente invenção provê um sensor de detecção de corrente de relâmpago para detectar uma corrente de relâmpago fluindo através de um objeto a ser detectado no caso de uma queda de raio, incluindo: um núcleo feito de um material isolante; e uma porção de bobina enrolada em torno de uma superfície periférica externa do núcleo, em que a porção de bobina inclui um fio revestido-isolante circunferencialmente enrolado em torno do núcleo em múltiplas voltas, e uma cobertura de blindagem que cobre coletivamente o fio revestido-isolante enrolado em múltiplas voltas.

[0013] Um tal sensor de detecção de corrente de relâmpago detecta um campo magnético produzido por uma corrente de relâmpago fluindo através do objeto a ser detectado no caso de uma queda de raio, como uma voltagem gerada em uma extremidade de fio que constitui o fio revestido- isolante de uma porção de bobina. O fio é coberto com um revestimento isolante que constitui o fio revestido-isolante, e também blindado pela cobertura de blindagem. Isto pode reduzir a contaminação de ruído devido ao acoplamento capacitivo com um exterior, e permite somente que um campo magnético seja detectado.

[0014] Neste momento, uma vez que o fio revestido-isolante é enrolado em múltiplas voltas, a detecção com alta sensitividade pode ser realizada. Também, o fio revestido-isolante enrolado em múltiplas voltas é coletivamente coberto com a cobertura de blindagem. Isto previne um aumento em uma área de detecção magnética, como em um tubo coaxial, e permite a detecção magnética de uma área diminuta. Para tal uso, o fio revestido-isolante tem preferivelmente um diâmetro de 1 mm ou inferior. Para o acima, uma antena de laço de blindagem normal é destinada a detectar uma banda de campo magnético variando até vários GHz, mas um componente de frequência contido em uma corrente de relâmpago é cerca de 100 kHz no máximo, e a antena de laço de blindagem tem uma característica excessiva. Na medição com a aplicação da presente invenção, uma distância suposta entre um sensor e um instrumento de medição é de vários metros no máximo. O instrumento de medição inteiro tem um tamanho suficientemente dentro de uma faixa de uso prático porque o sistema tem um comprimento de onda suficientemente menor que um comprimento de onda de uma onda paralisada na mesma banda e uma influência de desalinhamento de uma impedância de cabo é pequena.

[0015] O sensor de detecção de corrente de relâmpago inclui ainda: uma base feita de um material isolante; e um espaçador que é interposto entre a base e o núcleo e forma um interstício entre a base e uma porção de bobina.

[0016] A base e o interstício formado pelo espaçador podem assegurar confiavelmente um interstício elétrico entre o fio do fio revestido-isolante e um objeto golpeado por relâmpago. Isto aumenta a propriedade de blindagem e assegura a detecção de somente um campo magnético.

[0017] Ainda, uma chapa lateral que está verticalmente para cima a partir da base, e uma porção superior provida para cobrir uma extremidade superior da chapa lateral e acima do núcleo pode ser provida integralmente com a base, e a porção superior pode reter um fio de sinal conectado ao fio revestido-isolante. Isto permite que o fio de sinal seja confiavelmente mantido em uma posição remota ao objeto golpeado por relâmpago, e isto também previne a contaminação de ruído.

[0018] A cobertura de blindagem pode incluir uma fita de base do tipo de tira que é circunferencialmente provida ao longo de uma superfície periférica externa do núcleo, feita de um material condutor e aterrada, e uma fita de cobertura do tipo de tira provida para cobrir o fio revestido-isolante sobre a fita de base, feita de um material condutor e aterrada. A fita de base e a fita de cobertura são preferivelmente feitas de um material de fita de cobre.

[0019] O sensor de detecção de corrente de relâmpago descrito acima pode ser usado para detectar uma corrente no caso de uma queda de raio de vários objetos, não limitados à aeronave.

[0020] Ainda, a "queda de raio" na presente invenção não é limitada a uma queda de raio atual, mas inclui uma queda de raio de simulação em um exame realizado pela aplicação de uma alta corrente e uma alta voltagem.

[0021] De acordo com a presente invenção, o fio é coberto com o revestimento isolante que constitui o fio revestido-isolante, e também blindado pela cobertura de blindagem. Isto pode prevenir o acoplamento capacitivo e a contaminação de ruído para permitir a detecção de somente um campo magnético, e aumentar a sensitividade de detecção.

[0022] Ainda, a base e o interstício formado pelo espaçador assegura confiavelmente m interstício elétrico entre o fio do fio revestido-isolante e o objeto golpeado por relâmpago. Isto pode aumentar ainda mais uma propriedade de blindagem e aumentar mais confiavelmente a sensitividade de detecção.

[0023] O fio revestido-isolante enrolado em múltiplas voltas é coletivamente coberto com a cobertura de blindagem, permitindo assim a detecção magnética em uma área diminuta, e elevada resolução.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0024] A figura 1 é uma vista em perspectiva mostrando uma configuração esquemática de um sensor de detecção de corrente de relâmpago de acordo com uma modalidade; a figura 2 é uma vista seccional vertical do sensor de detecção de corrente de relâmpago, tomada ao longo de uma seção perpendicular a uma direção de continuação de uma porção de bobina; a figura 3 é uma vista seccional vertical tomada em uma direção perpendicular à direção na figura 2; a figura 4A é uma vista seccional mostrando um exemplo de um fio revestido-isolante de uma porção de bobina enrolada em uma camada única; a figura 4B é uma vista seccional mostrando um exemplo do fio revestido-isolante enrolado em múltiplas camadas; a figura 5 é uma vista em perspectiva mostrando uma configuração esquemática de um sensor de detecção de corrente de relâmpago para a detecção bidimensional; as figuras 6A, 6B e 6C mostram resultados de detecção nos exemplos; a figura 7 mostra um princípio para detectar uma corrente de relâmpago por um sensor magnético; a figura 8 mostra um exemplo de alterações em corrente com o tempo no caso de uma queda de raio; a figura 9 mostra uma configuração de uma antena de laço de blindagem; e a figura 10 é uma vista seccional mostrando um exemplo quando uma antena de laço de blindagem é provida em múltiplas voltas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[0025] Agora, a presente invenção será descrita em detalhe com base em uma modalidade mostrada nos desenhos anexos.

[0026] A figura 1 ilustra uma configuração de um sensor de detecção de corrente de relâmpago 10 de acordo com esta modalidade.

[0027] Como mostrado na figura 1, o sensor de detecção de corrente de relâmpago 10 inclui um núcleo cúbico 11, uma porção de bobina 20 circunferencialmente enrolada em torno do núcleo 11, e uma porção de blindagem 12 circundando o núcleo 11.

[0028] O núcleo 11 pode ser formado de um material isolante, tal como acrílico ou estiro espuma, e pode ser, por exemplo, 24 a 40 mm em um lado.

[0029] Como mostrado nas figuras 2 e 3, uma porção de bobina 20 inclui uma fita de base do tipo de tira 21 enrolada ao longo de uma superfície externa do núcleo 11, um fio revestido-isolante 22 enrolado em torno de uma periferia externa da fita de base 21, e uma fita de cobertura do tipo de tira 23 enrolada para cobrir o fio revestido-isolante 22.

[0030] A fita de base 21 pode ser, por exemplo, uma fita de cobre do tipo de tira. As extremidades 21a e 21b da fita de base 21 se sobrepõem via uma fita isolante 24 sobre uma superfície inferior do núcleo 11. A fita de base 21 é aterrada por uma linha de terra, não mostrada.

[0031] O fio revestido-isolante 22 inclui um fio de cobre 22a com um revestimento isolante 22b de poliuretano ou verniz, e é enrolado ao redor da periferia externa da fita de base 21. O fio revestido-isolante 22 tendo um diâmetro de, por exemplo, 0,2 a 0,3 mm é preferivelmente usado.

[0032] O fio revestido-isolante 22 pode ser enrolado em torno do núcleo 11 em múltiplas voltas, e, quando requerido, pode ser enrolado em uma camada única ou múltiplas camadas como mostrado nas figuras 4A e 4B. O fio revestido-isolante 22 é conduzido para fora em uma direção para longe do núcleo 11, e conectado a um dispositivo de medição, não mostrado, via um fio de sinal 25 constituído por um cabo coaxial.

[0033] A fita de cobertura 23 pode ser, por exemplo, uma fita de cobre do tipo de tira. A fita de cobertura 23 que cobre o fio revestido-isolante 22 sobre a fita de base 21 tem extremidades opostas 23c e 23d em uma direção de largura, unidas à fita de base 21 por um adesivo ou similar, nos lados opostos do fio revestido-isolante 22. As extremidades 23a e 23b da fita de cobertura 23 se sobrepõem via uma fita isolante 26 na superfície inferior do núcleo 11. A fita de cobertura 23 é aterrada por uma linha de terra, não mostrada.

[0034] Assim, o fio revestido-isolante 22 enrolado em múltiplas voltas é coberto com uma cobertura de blindagem constituída pela fita de base 21 e a fita de cobertura 23.

[0035] Como mostrado na figura 1, uma porção de blindagem 12 tem, por exemplo, um formato de U quadrado, e circunda uma superfície inferior 11a, uma superfície lateral 11b, e uma superfície superior 11c do núcleo 11, em torno do qual uma porção de bobina 20 é enrolada. Uma porção de blindagem 12 pode ser feita de um material isolante, tal como acrílico ou isopor.

[0036] O núcleo 11 é suportado por uma chapa inferior (base) 12a de uma porção de blindagem 12 via um espaçador 15 tendo uma altura predeterminada (espessura) de, por exemplo, 10 mm, e assim um interstício 40 é formado entre uma porção de bobina 20 e uma porção de blindagem 12. O espaçador 15 pode ser feito de um material isolante, tal como acrílico.

[0037] O interstício 40 de um tamanho predeterminado é também formado entre uma chapa lateral 12b e uma chapa superior 12c de uma porção de blindagem 12 e uma porção de bobina 20.

[0038] Uma porção de retenção 16 que retém um fio de sinal 25 é formada sobre a chapa superior 12c de uma porção de blindagem 12.

[0039] O sensor de detecção de corrente de relâmpago 10 tendo a configuração descrita acima é usado, por exemplo, com a chapa inferior 12a de uma porção de blindagem 12 sendo colocada sobre a superfície de uma asa principal de uma aeronave.

[0040] Um tal sensor de detecção de corrente de relâmpago 10 detecta um campo magnético que passa dentro de uma porção de bobina 20 usando o fio de cobre 22a do fio revestido-isolante 22, e assim detecta uma corrente de relâmpago fluindo ao longo da superfície da asa principal no caso de uma queda de raio. O dispositivo de medição conectado ao fio revestido-isolante 22 de uma porção de bobina 20 detecta alterações com o tempo no campo magnético detectado pelo fio revestido-isolante 22 como uma voltagem induzida, e assim mede uma corrente de relâmpago fluindo ao longo da superfície da asa principal no caso de uma queda de raio.

[0041] No sensor de detecção de corrente de relâmpago 10 descrito acima, o fio revestido-isolante 22 enrolado em múltiplas voltas é coberto com a fita de base 21 e a fita de cobertura 23. Assim, mesmo quando o fio revestido-isolante 22 é enrolado em múltiplas voltas para aumentar sensitividade, uma área diminuta pode ser detectada para aumentar resolução.

[0042] Além disso, por conta do revestimento isolante 22b, da fita de base 21, e da fita de cobertura 23, e também de uma porção de blindagem 12 feita de um material isolante e o interstício 40 formado entre uma porção de blindagem 12 e uma porção de bobina 20, o fio de cobre 22a que detecta um campo magnético tem uma suficiente propriedade de blindagem e pode realizar detecção com alta precisão contra alta corrente e alta voltagem sem acoplamento capacitivo.

[0043] As porções de bobina 20 podem ser bidimensionalmente ou tridimensionalmente providas. A figura 5 mostra um exemplo de as porções de bobina 20 bidimensionalmente providas. Como mostrado na figura 5, as porções de bobina 20 são enroladas em torno do núcleo 11 em duas direções perpendiculares entres si. Cada porção de bobina 20 tem a mesma configuração que a descrita acima.

[0044] Quando as porções de bobina 20 são tridimensionalmente providas, as porções de bobina 20 podem ser enroladas em torno do núcleo 11 em três direções perpendiculares entre si.

[0045] O sensor de detecção de corrente de relâmpago 10 incluindo tais porções de bobina multidimensionais 20 pode simultaneamente detectar correntes de relâmpago em direções diferentes e tem uma alta capacidade de detecção.

[0046] Na modalidade acima, o fio revestido-isolante 22 de uma porção de bobina 20 é enrolado em múltiplas voltas, mas o número de voltas não é limitado.

[0047] Ainda, as configurações descritas na modalidade podem ser escolhidas ou alteradas para outras configurações sem fugir do espírito da presente invenção.

Exemplo 1

[0048] Um experimento de demonstração para a configuração acima foi realizado, e um resultado do mesmo será descrito.

[0049] Como os sensores de detecção de corrente de relâmpago 10 tendo a configuração acima, formam preparados um sensor de detecção de corrente de relâmpago incluindo o fio revestido-isolante 22 enrolado somente em uma volta em torno do núcleo 11 de 4 cm em um lado (Exemplo 1), e um sensor de detecção de corrente de relâmpago incluindo o fio revestido-isolante 22 enrolado in 10 voltas (Exemplo 2).

[0050] Para comparação, um sensor de detecção de corrente de relâmpago que não inclui a estrutura de blindagem, tal como a fita de base 21, a fita de cobertura 23, uma porção de blindagem 12 feita de um material de blindagem, e o interstício 40 formado entre uma porção de blindagem 12 e uma porção de bobina 20. Especificamente, somente um fio de cobre foi enrolado em 10 voltas em torno da superfície do núcleo 11 de 4 cm em um lado sem usando a fita de base 21 e a fita de cobertura 23 (exemplo comparativo).

[0051] As figuras 6A, 6B e 6C mostram uma relação entre intensidade de campo magnético e sinais de detecção quando uma corrente de relâmpago de simulação de 3 kA é passada através dos sensores de detecção de corrente de relâmpago, descritos acima nos Exemplos 1 e 2 e no exemplo comparativo.

[0052] Como mostrado na figura 6A, no exemplo comparativo, um sinal de detecção (densidade de fluxo magnético) paralelo à, e fluindo na direção da, corrente de relâmpago é detectado, e um sinal de detecção perpendicular à direção de fluxo da corrente de relâmpago é também detectado, que não é normalmente detectado, e este sinal forma um componente de ruído. Isto reduz uma relação de sinal-para-ruído.

[0053] Em contraste a isto, como mostrado na figura 6B, para a configuração com o fio revestido-isolante 22 enrolado somente em uma volta, o sinal de detecção paralelo à direção de fluxo da corrente de relâmpago é baixo. Um sinal de detecção perpendicular à direção de fluxo da corrente de relâmpago não é detectado.

[0054] Ainda, como mostrado na figura 6C, para a configuração com o fio revestido-isolante 22 enrolado em múltiplas voltas, o sinal de detecção paralelo à direção de fluxo da corrente de relâmpago é alto. Um sinal de detecção perpendicular à direção de fluxo da corrente de relâmpago não é detectado. Isto revela que detecção pode ser realizada com uma alta relação de sinal-para-ruído e alta sensitividade.

Claims

1. Sensor de detecção de corrente de relâmpago (10) para detectar uma corrente de relâmpago fluindo através de um objeto a ser detectado no caso de uma queda de relâmpago, compreendendo: um núcleo (11) feito de um material isolante; e uma porção de bobina (20) enrolada em torno de uma superfície periférica externa do núcleo (11), em que a porção de bobina (20) inclui um fio revestido-isolante (22) circunferencialmente enrolado em torno do núcleo (11) em múltiplas voltas, uma cobertura de blindagem que cobre coletivamente o fio revestido-isolante (22) enrolado em múltiplas voltas; caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente uma base (12a) feita de um material isolante; e um espaçador (15) que é interposto entre a base (12a) e o núcleo (11) e forma um interstício entre a base (12a) e uma porção de bobina (20); e em que uma chapa lateral (12b) que é posicionada verticalmente para cima a partir da base (12a), e uma chapa superior (12c) provida para cobrir uma extremidade superior da chapa lateral (12b) e acima do núcleo (11) são providas integralmente com a base (12a), e a chapa superior (12c) retém um fio de sinal (25) conectado ao fio revestido-isolante (22).

2. Sensor de detecção de corrente de relâmpago (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a cobertura de blindagem inclui: uma fita de base do tipo de tira (21) que é circunferencialmente provida ao longo de uma superfície periférica externa do núcleo (11), feita de um material condutor e aterrada, e uma fita de cobertura do tipo de tira (23) provida para cobrir o fio revestido-isolante (22) sobre a fita de base (21), feita de um material condutor e aterrada.

3. Sensor de detecção de corrente de relâmpago (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fio revestido-isolante (22) tem um diâmetro de 1 mm ou inferior.