CN105676635A - 用于电气装置的自学习监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电气装置的自学习监控系统。一种监控电气装置的方法包括：接收电气装置的工作状态；对应于所述工作状态，接收表示所述电气装置的热参数的测量结果；以及将与所述工作状态相关联的所述测量结果存储在存储器中。一种用于监控电气装置的系统包括可与存储器通信的处理器，并且所述存储器上记录有指令，所述指令在被所述处理器读取时致使所述处理器执行所述方法。

Description

用于电气装置的自学习监控系统

技术领域

本发明大体涉及机械和电气设备监控，确切地说，涉及用于此类装置的监控系统。

背景技术

相关技术描述

传统的飞机通常包括用于为飞机子系统和装置提供动力的一个或多个系统，例如，发电和配电系统、排气系统以及液压系统。液压系统通常对高压流体进行加压并将其循环到可操作地与起落架和控制表面相关联的致动器。排气系统通常提供从飞机发动机压缩机提取的加压空气，用于操作系统，例如，环境控制和除冰系统。电气系统通常为子系统和电气装置发电和配电，例如，飞机照明、驾驶舱电气装置以及某些类型的除冰装置。

“多电（moreelectric）”飞机结构的开发已经实施了日渐成熟的电力和配电系统。其也减小了飞机上传统使用的排气和液压系统的大小和规模，这部分是因为液压管道和排气管道上的电气布线所带来的重量优势，而且部分得益于开发出的电气装置能执行传统上由排气或液压装置完成的功能。更通常地说，与传统结构相比，这些飞机结构的电气系统具有更高的功率密度和更高的电压。更高的功率密度和电压继而提高了用于电气系统监控的传统系统和方法的重要性，例如，通过电流和电压采样进行的远程故障检测以及传统上依赖于直接传感进行故障检测的火灾检测系统，例如，烟雾和火灾检测器。

对于预期的目的而言，此类传统的方法和系统通常是令人满意的。然而，本领域中仍需要改进的电气系统监控系统。本发明为此需要提供解决方案。

发明内容

一种监控电气装置的方法包括：接收电气装置的工作状态；对应于所述工作状态，接收表示所述电气装置的热参数的测量结果；以及将与所述工作状态相关联的所述测量结果存储在存储器中。

在某些实施例中，所述工作状态可对应于飞机工作状态，例如，滑行、起飞、巡航或降落。所述工作状态可对应于一个或多个工作状态，包括飞机高度、外部空气温度或发动机功率。所述工作状态还可对应于电气装置上的负载。

预期所述测量结果可使用传感器来获取，所述传感器位于电气装置的内部之外或之内。所述测量结果可包括电气装置的内表面的图像。所述测量结果可包括电气装置的内表面的相对强度图，例如，通过红外线或紫外线电荷耦合装置获得。所述图像可以是从受监控的电气装置的内部或外部得到的电气装置的扫描或视频。

根据某些实施例，所述工作状态可以是第一工作状态，并且所述方法可进一步包括接收第二工作状态以及将与所述第二工作状态相关联的第二测量结果存储在存储器中。所述测量结果可以是第一测量结果，并且所述方法可包括：使用第一测量结果确定限度；当电气装置处于所述工作状态时，接收第二测量结果；将第二测量结果与确定的限度相比较；以及如果测量结果在确定的限度之外，则提供响应。所述响应可包括提供警告、减少负载或任何其他合适的响应。确定限度可包括使用第一和第二测量结果或许多重复的测量结果以统计方式确定限度，例如，通过至少使用第二测量结果和/或随后接收的测量结果反复更新所述限度。

还预期在某些实施例中，所述方法可包括：使用第二测量结果来确定第二限度；接收从包括第一和第二工作状态的组中选择的工作状态；以及当电气装置处于从包括第一和第二工作状态的组中选择的工作状态时，接收第三测量结果。可基于从包括第一和第二工作状态的组中选择的工作状态来选择第一和第二限度中的一个，并且如果第三测量结果在选择的限度之外，则可提供响应。所述方法可以是计算机实施的方法。一种系统可包括可与存储器通信的处理器，所述存储器上记录有指令，所述指令在被处理器读取时，使处理器实施上述方法。

预期在某些实施例中，统计方法可用来确定专用于特定电气装置的限度。此后，电气装置的性能变化可通过决策控制规则的应用进行确定，例如，西屋（Westinghouse）规则，以检测电气装置的失控和非随机状态。

根据以下对优选实施例的详细描述，结合附图，所属领域的技术人员将更易于了解本发明的系统和方法的这些及其他特征。

附图说明

本发明所涉及的领域的技术人员将易于理解，如何在无需过度实验的情况下就能使用本发明的装置和方法，本发明的优选实施例将参考附图进行详细描述，其中：

图1为根据本发明构造的自学习监控系统的一项示例性实施例的示意图，示出了系统元件；

图2为根据一项实施例的用于监控电气装置的方法的流程图，示出了该方法的步骤；

图3为表示当电气装置暴露于一系列的工作状态时，随着时间推移获得的电气装置的热参数的图示测量结果，示出了针对该一系列工作状态的与工作状态具体限度相关联的测量结果；

图4A为根据一项实施例的可操作地与图1所示系统相关联的传感器的示意图，示出了扫描电气装置的表面的传感器；以及

图4B为根据一项实施例的来自图4A的扫描的图像或视频的显示的示意图，示出了可操作地与图1所示系统相关联的热点设置传感器，示出了扫描电气装置的表面的传感器。

具体实施方式

现在将参考附图，其中类似的参考标号表示本发明的类似结构特征或方面。出于解释和说明的目的，且不用于限制，图1中示出了根据本发明的学习监控器的一项示例性实施例的局部视图，通常用参考字符100表示。图2到图4B中提供了根据本发明或其方面的学习监控器的其他实施例，如下文将描述。本文中描述的系统和方法可用于监控电气装置，例如，用在飞机、船、汽车、卡车或电梯等中。

参考图1，示意性地示出了根据本发明的监控系统100。监控系统100包括可通过通信总线108与存储器104和用户界面106通信的处理器102。处理器102是计算机处理器，被配置成执行从非瞬时机器可读存储器读取的指令。存储器104是记录有指令的非瞬时机器可读存储器，所述指令在被处理器读取时，致使处理器进行监控电气系统的方法200中的一个或多个动作（图2中示出）。用户界面106是用于与系统100进行用户交互的装置，例如，显示器、小键盘或控制器，其中用户可与监控系统100交互。通信总线108是被配置成在连接的部件之间中继信息的数据。

监控系统100任选地与分析系统116通信。分析系统116被配置且可操作用于存储测量结果、限度，以及使用从监控系统100获取的工作状态和测量结果来分析测量结果和限度。监控系统116可位于系统100的远程，例如，通过卫星数据链路与监控系统通信的地面站。分析系统116也可以是与处理器102通信的模块。

监控系统100与至少一个传感器110通信，用于使用表示电气装置10的热参数的测量结果来检测已建立的限度或式样的电气性能变化。在这方面，监控系统100将传统系统提供的保护延伸到包括瞬时热事件以及电气装置10呈现的温度模式的相对微妙变化，并且允许限度针对安装在（例如）给定飞机以及受监控的其他设备系统上的特定电气装置进行自学习。监控系统100可进一步包括操作模式上的输入以及来自其他飞机设备和子系统的状态，例如，航空电子设备或发动机控制系统。前者，例如，过电流和电弧事件可导致即时功能丧失或损坏。后者，未必伴随即时功能丧失，但可具有诊断效用，如及早表示出未来功能丧失或损坏。这允许监控系统100预期电气问题，以及观察电气问题，从而使得依赖于电气装置的系统更可靠，例如，使用“多电”和“更高电压”的飞机结构的飞机。

如图1所示，监控系统100与第一传感器110、第二传感器112以及第三传感器114通信。第一传感器110、第二传感器112以及第三传感器114通过耦接到通信总线108的飞机数据总线的一部分与处理器102、存储器104和用户界面106通信。第一传感器110、第二传感器112以及第三传感器114被配置且可操作用于获取表示电气装置的热参数的测量结果，以及通过飞机数据和通信总线108将测量结果传输到监控系统100。如将第三传感器114连接到监控系统100的虚线所示，所述传感器中的至少一个另外通过无线链路118与处理器102通信。第一传感器108、第二传感器110以及第三传感器112中的每个均与电气装置相关联，第一传感器110与电气装置10相关联，第二传感器112与电气装置12相关联，以及第三传感器114与电气装置14相关联。电气装置10、12、14是如下电气装置，例如，电池、配电板、配电箱、发电机、功率整流器、功率逆变器、功率变换器、可操作地与辅助电源设备或主机相关联的发电机、电动机控制器等。监控系统100还可与其他设备子系统通信，例如，飞机子系统120，以确定设备操作模式、状态或外部条件。如所属领域的技术人员将了解，图1中所示的传感器数量和布置仅用于说明目的，而不用于限制。如将了解，飞机子系统120可以是诸如发动机控制器或飞机航空电子设备等子系统。

如将了解，流过电气装置的电流通过电阻加热而产生热。如还将了解，基于施加在系统的工作状态，一些类型的电气系统中的电流会起伏。例如，在飞机电气系统中，不同的电气装置基于飞机状态而携载不同的电气负载并且在不同的状态下产生不同量的热。此外，由于并非所有的电气装置都位于环境可控的空间中，因此，飞机电气系统的热特性可基于诸如外部温度和高度等工作状态而变化。在获取测量结果时的时间间隔内，专用于给定工作状态的限度（例如，最高温度或总指示范围）的应用可消除经历一系列不同工作状态的影响，从而形成可识别的相对微妙电流变化，所述变化可能表示未来功能丧失或故障。

传感器110为非扫描传感器，且如图所示，为直接连接到电气装置的热电偶，位于装置的内部上，例如，电池壳体或电源电缆的内部。传感器110被配置且可操作以测量电气装置10的温度。温度测量的范围受电气装置10的工作状态影响，例如，电池是否正在充电或放电，或者处于充电或放电状态。

传感器112是红外线电荷耦合检测器，其被配置且可操作以获取表示电气装置12中的电流驱动温度变化的测量结果。所获取的测量结果是电流携载装置的内表面的红外线图像，例如，印刷接线板、处理器或布线等。所述图像显示出在传感器112的视野内的位置来自表面的热辐射的相对量，表示电流和用电量。

传感器114是紫外线（UV）电荷耦合检测器，其被配置且可操作以获取测量结果，所述测量结果采用电气装置14的内表面的UV图像的形式。由于电弧会发出UV辐射，因此，获取电气装置14内的UV图像可在电弧形成并在损坏电气装置而足以造成功能丧失之前，捕获传感器114的视野内的电弧故障。所述图像可以是电气装置14的表面12（图4A中示出）发出的紫外线辐射的XY扫描或视频（图4A中示出）。

图4A中示出一种示例性扫描方法，其中传感器112或传感器114在电气装置10的表面12上进行扫描，方式是让传感器视野（例如，移动的视野）扫过表面12并且记录扫描场的每个像素中的强度值。随后，监控系统100映射出传感器112或114的输出，并将该映射显示为用户界面106上的热图或视频（图4B中示出）。这允许查看相对高热活动的区域（即，热点），以便与周围背景对比。传感器112或114获取的图像可以是表面12的扫描或视频。

监控系统100可包括回放从传感器10、传感器12和/或第二14接收的数据的能力。至于传感器12或传感器14，基于与电气装置相关联的传感器的采样率，接收的数据可以作为扫描的红外线或紫外线图像回放，采用随时间推移的静止图像格式、一系列移动的静止图像格式或者作为连续的视频或图形表示格式。给定的格式（例如，视频）可包括与受监控的电气装置（例如，电气装置10、电气装置12或电气装置14）的温度相互关联的多个颜色。给定的格式也可包括飞行和工作状态数据，表现为伴随的“滚动窗口”或其他显示类型。给定的格式可进一步包括“透明颜色”或其他显示形式，表示与扫描的区域相关联的限度，同时随着时间的推移，也伴随实际扫描或记录的传感器值。或者或此外，给定的格式还可包括随着时间的推移，扫描值与限度值的“差别”图像或图形表示。这可能允许确定受监控的电气装置（例如，电气装置10、电气装置12或电气装置14）的性能变化。这还可允许工程和维护人员查看传感器监控区域与限度和工作状态的热变化，从而在操作、测试和维护状态期间，帮助限度设置、故障识别以及理解受监控设备的温度特征。

在实施例中，监控系统100可同时显示图像，示出第一受监控的电气装置，例如，从包括电气装置10、电气装置12或电气装置14的组中选出的第一电气装置，其中一个图像示出第二受监控的电气装置，例如，从包括电气装置10、电气装置12或电气装置14的组中选出的第二电气装置。这允许监控单个车辆或更大系统中的多个类似（或不同）的受监控电气装置。在某些实施例中，监控系统100还可同时显示图像，示出第一受监控的电气装置，例如，从包括电气装置10、电气装置12或电气装置14的组中选出的第一电气装置，其中一个图像示出类似车辆或更大系统中的类似设备。在这方面，监控系统100可显示选定设备的图形或视频图像的“回放”，例如，经历相同飞行和工作状态的多个飞机尾数中的“正右侧变压器整流器单元#1”。这为接收的传感器数据提供参考系，根据所述数据可能确定呈现出热性能的非预期变化的具体飞机。

在“基线”飞机的确定飞行测试状态期间，一个实例将使用该功能来获取“基线”视频和数据，随后在每架飞机上执行的相同飞行测试状态期间，比较每个新产生的飞机设备的热响应，所述热响应被作为新飞机验收测试的一部分。这一比较可使用记录的传感器数据的图形和/或数据分析来完成。

参考图2，示出了监控电气装置的方法200。方法200包括：接收210电气装置的工作状态；当处于所述工作状态时，接收212表示电气装置的热参数的测量结果；当处于所述工作状态时，确定214是否有用于接收的测量结果的限度；将所述测量结果与所述限度相比较218；提供响应220；以及将与工作状态相关联的测量结果存储222在存储器中。由于在故障或功能丧失之前可确定具有潜在可靠性问题的电气装置，因此，这可提供预测健康监控的益处。

接收210工作状态包括接收流过电气装置的相对电流的指示，所述电流受到飞机工作状态的影响，例如，滑行、起飞、巡航以及降落。工作状态也可以是飞机的工作状态，例如，飞行高度、外部空气温度、发动机功率设置，或者电气装置上的电气负载。所属领域的技术人员将了解，不同的飞行状态和工作状态将不同的电气要求施加于飞机电气装置上。还将了解，与其他工作状态相比，同一飞行状态或工作状态中的潜在（或预期）故障可能更易于识别。

接收212表示电气装置的热参数的测量结果包括接收来自第一传感器110、第二传感器112以及第三传感器114（图1中示出）中的至少一个的数据。接收的测量结果表示相应电气装置的热参数，并且是温度测量结果（例如，从第一传感器110接收）或是红外线或UV图像（例如，从第二传感器112或第三传感器114接收）。

确定214是否存在工作状态的限度包括在存储器104中搜索工作状态和相关联的限度。如果存在工作状态的限度，方法200包括确定216工作状态的限度，以及将确定的限度存储218在存储器104中。在这方面，一旦并入飞机中并且与传感器网络通信，这便允许监控系统100针对多个工作状态来学习受监控的电气装置的标准（例如，预期）操作热参数。所述工作状态可包括飞机飞行状态、飞机工作状态或者受监控的装置携载的电气负载。此外，一旦并入到飞机构结构中，监控系统100便使得具体飞机的特征在于，飞机遇到可由监控系统100确定的工作状态，方式是在遇到的工作状态下，确定与遇到的工作状态相关联的从监控的电气装置获取的测量结果的限度。这就使得存储器104具有限度设置，以便提供工作状态特有的上下文，以用于确定给定的接收测量结果是正常还是异常，从而识别可能只有在工作状态的单个限度设置下才能辨识的电气问题。所属领域的技术人员将了解，限度设置对于具体飞机（即，特定的尾数）来说可能是独一无二的，从而为最初建立或随后修改的特定飞机配置提供电气装置监控。

如果存储器中存在工作状态的限度，方法200包括：步骤218，用于将接收的测量结果与限度相比较；以及步骤220，用于在接收的测量结果在限度之外时，提供响应。响应的实例包括向用户界面106提供警告，减少受监控的电气装置上的电气负载，或者改变机载或离板系统。将了解，这些响应可提醒检测的测量结果的全体人员、维护和监控人员。这些也可针对相关工作状态，告知某一位置处的检测温度或温度预期的统计学习参数。

在某些实施例中，用于确定限度的步骤216包括将接收的测量结果转换为限度。例如，监控系统100可将测量结果集合存储在存储器104中并基于测量结果集合生成统计限度。在实施例中，测量结果是图像，并且方法200包括将图像与限度相互关联。例如，监控系统100可将获取的图像像素化成子区的二维阵列，具有相应的子区平均强度。图像子区强度集合随后可处理用于与限度相比较。处理的实例包括确定图像的最大强度、确定图像中指示出的总指示强度范围，以及确定图像中指示出的强度标准偏差。预期可获取图像中的强度峰值点的坐标，并作为限度存储在存储器中。将了解，在此实施例中，将测量结果与限度相比较216也使接收的测量结果对应转换，以与确定的限度进行比较。这提供上下文用于估计受监控电气装置的性能发生的微妙变化，从而通过所获取的图像中的变化来表示预期可靠性问题。

参考图3，示出了图表300。图表300示出了热参数的测量结果302的温度与时间，所述测量结果表示电气装置的热参数。电气装置通过所示时间间隔上的一系列工作状态发生过渡，电气装置暴露于t₀与t₁之间的第一工作状态A、t₁与t₂之间的第二工作状态B以及从t₂向前的第三工作状态C。第一限度304示出第一工作状态A下的预期电气性能，第二限度示出第二工作状态B下的预期电气性能，以及第三限度示出第三工作状态C下的预期电气性能。应注意，当仅参考第一限度304来查看测量结果时，限度性能内的偏离I可识别。

多电飞机结构通常将大量的飞机功能分派给电气设备，包括飞行关键功能。这使得用于预测健康监控（PHM）的系统和方法更重要，以在性能下降到接近无功能之前识别可能易于发生故障的电气装置，例如，由于与操作相关联的震动和热循环，在大功率电气连接随着时间的推移而变松散之前。本发明为此和其他类型的潜在可靠性问题突发并且在功能丧失之前提供解决方案。

如上文描述和附图所示，本发明的方法和系统提供具有卓越性能的自学习监控系统和方法，包括在电气装置中的超温事件或电弧事件之前识别性能变化。具体而言，此类系统和方法可预期与飞机电子设备或系统部件中的过热事件相关的故障、火灾或电弧风险。这可在事件显著形成但在功能丧失之前识别事件发展。尽管参考优选实施例示出并描述了本发明的设备和方法，但所属领域的技术人员将了解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行改变和/或更改。

Claims (15)

1.一种监控电气装置的方法，其包括：

接收电气装置的工作状态；

当处于所述工作状态时，接收表示所述电气装置的热参数的测量结果；以及

将与所述工作状态相关联的所述测量结果存储在存储器中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述工作状态对应于飞机工作状态或其他设备，包括滑行、起飞、巡航以及降落。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述工作状态对应于以下至少一个：飞机高度、外部空气温度或发动机功率设置、所述电气装置上的负载或其他设备状态。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量结果是第一测量结果，并且所述方法进一步包括：

使用所述第一测量结果确定限度；

当所述电气装置处于所述工作状态时，接收第二测量结果；

将所述第二测量结果与确定的限度相比较；以及

如果所述测量结果在所述确定的限度之外，则提供响应。

5.根据权利要求4所述的方法，其中确定限度包括使用所述第一和第二测量结果以统计方式确定限度。

6.根据权利要求4所述的方法，其中提供响应包括提供警告。

7.根据权利要求4所述的方法，其中提供响应包括减少负载。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述工作状态是第一工作状态，并且所述方法进一步包括：

接收第二工作状态；

接收第二测量结果；以及

将与所述第二工作状态相关联的所述第二测量结果存储在存储器中。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述限度是第一限度，并且所述方法进一步包括：

使用所述第二测量结果确定第二限度；

接收从包括所述第一工作状态和所述第二工作状态的组中选择的工作状态；

在接收的工作状态下接收第三测量结果；

基于所述接收的工作状态选择所述第一限度和第二限度中的一个；

将所述第三测量结果与选择的限度相比较；以及

如果所述第三测量结果在所述选择的限度之外，则提供响应。

10.根据权利要求1所述的方法，其中接收测量结果进一步包括获取所述电气装置的内表面的图像。

11.根据权利要求1所述的方法，其中接收测量结果进一步包括使用红外线或紫外线电荷耦合装置来获取所述电气装置的内表面的相对强度图。

12.一种在其上记录有指令的非瞬时机器可读媒体，所述指令在被处理器读取时致使所述处理器：

接收电气装置的工作状态；

当处于所述工作状态时，接收表示所述电气装置的热参数的测量结果；以及

将与所述工作状态相关联的所述测量结果存储在存储器中。

13.根据权利要求12所述的媒体，其中所述指令进一步致使所述处理器：

使用所述测量结果确定所述热参数的限度；

当所述电气装置处于所述工作状态时，接收第二测量结果；

将所述第二测量结果与确定的限度相比较；以及

如果所述测量结果在所述确定的限度之外，则提供响应。

14.根据权利要求12所述的媒体，其中所述指令进一步致使所述处理器：

接收所述电气装置的第二工作状态；

接收表示所述热参数的第二测量结果；以及

将与所述第二工作状态相关联的所述第二测量结果存储在存储器中。

15.根据权利要求14所述的媒体，其中所述指令进一步致使所述处理器：

使用所述第二测量结果确定第二限度；

接收从包括所述第一工作状态和第二工作状态的组中选择的工作状态；

当所述电气装置处于所述工作状态时，接收表示所述热参数的第三测量结果；

基于所述工作状态，选择所述第一限度和第二限度中的一个；

将所述第三测量结果与选择的限度相比较；以及

如果所述测量结果在所述选择的限度之外，则提供响应。