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Bereich der
Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein nicht-intrusives
Ereignislokalisierungssystem, welches in ein Überhitzungsdetektionssystem,
wie es insbesondere in Luftfahrzeugen zur Überwachung auf Leitungslecks
verwendet wird, nachrüstbar
ist, sowie ein Verfahren, durchgeführt mit einem Überhitzungsdetektionssystem,
zur Bereitstellung von Ereignislokalisierungsinformationen.
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Viele der heute in Betrieb befindlichen
Leitungsleck- und Überhitzungsdetektionssysteme
sind Zonensysteme. Wie bei Leitungsleck- und Überhitzungsdetektionssystemen üblich, werden
Sensorschleifen, welche längliche
Messkabel umfassen, installiert, und zwar entlang der Anzapfluftleitung
des Luftfahrzeugs und benachbart zu wärmeempfindlichen Komponenten.
Die Sensoren sind als Schleifen konfiguriert, und für jede überwachte
Zone ist bzw. sind eine oder zwei Schleifen vorhanden. Das Problem
mit diesen Systemen ist, dass es bei der Wartung des Luftfahrzeugs
schwierig ist, exakt den Ort zu bestimmen, an dem, entlang der Länge der
Schleife, das Überhitzungsereignis
eingetreten ist. In Situationen, wo eine schnellere Abwicklung der
Wartungsaufgaben gerechtfertigt ist, löst man die Schleifen in kleinere,
besser handhabbare Abschnitte auf, was jedoch mit mehr Drähten und
einem entsprechenden Mehrgewicht erkauft werden muss. In Fällen, wo
die Schleife eine sehr lange Leitungsstrecke überwacht, wie sie sich zum
Beispiel in manchen Luftfahrzeugen in Verbindung mit dem Hilfstriebwerk
ergeben könnte,
kann es Tage dauern, bis die Fehlersuche und -beseitigung eines
Leitungslecks abgeschlossen ist.
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Es sind Systeme für neuere Luftfahrzeuge ausgeführt worden,
die ein Wartungsmerkmal enthalten, welches den Ort des Überhitzungsereignisses automatisch
detektiert und anzeigt. Diese Systeme benutzen eine Kontrolleinrichtung,
welche den Strom an den beiden Enden der Kabelschleife misst und eine
Brückenrechnung
durchführt,
um den Ort in der Schleife zu bestimmen, an dem ein Fehler aufgetreten
ist. Diese Systeme benutzen vielfach spezielle Sensorkabel mit ziemlich
genau eingestelltem Widerstand je Längeneinheit, und die Kontrolleinrichtungen sind
so gestaltet, dass Ereignislokalisierung und Überhitzungsdetektion durch
gemeinsame Hardware und Software realisiert werden.
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Die neueren Kontrolleinrichtungen
sind jedoch nicht geeignet, in schon existierende Luftfahrzeuge
mit schon existierenden Kabelsystemen installiert zu werden. Die
Installation eines neueren Systems in ein schon existierendes Luftfahrzeug
würde typischerweise
erfordern, das bereits vorhandene Leitungsleck- und Überhitzungsdetektionssystem, einschließlich Kabel
und Kontrolleinrichtung, zu entfernen und durch ein völlig neues
System zu ersetzen.
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Komponenten, die mit dem Flugbetrieb
eines Luftfahrzeugs verbunden sind, müssen umfangreiche Prüfungen nach
strengen Vorschriften durchlaufen, bevor sie für den Gebrauch zugelassen ("zertifiziert") sind. Wollte man
nun zum Beispiel eine schon existierenden Überhitzungsdetektionssystem-Kontrolleinrichtung
modifizieren, um sie mit der Fähigkeit zur
Ereignislokalisierung auszustatten, dann müsste, wenn der Zusatz eine
wirkliche Modifikation der Überhitzungsdetektions-Kontrolleinrichtung
bedingte, die komplette Kontrolleinrichtung neu geprüft und neu
zertifiziert werden. Dies ist besonders lästig für die Luftfahrzeugbetreiber,
weil das Ereignislokalisierungssystem ausschließlich für das Wartungspersonal gedacht
ist, wenn es auch mit dem Überhitzungsdetektionssystem
verbunden ist, welches während des
Fluges operativ ist. Das Überhitzungsdetektionssystem
sieht Anzeiger im Cockpit vor, um dem Piloten etwaige Überhitzungszustände zu signalisieren, und
weist außerdem
Prüfknöpfe auf,
welche dem Piloten erlauben, das System zu überprüfen, zum Beispiel während der Überprüfung vor
dem Flug. Es wäre äußerst unerwünscht, eine
Neuzertifizierung für das Überhitzungsdetektionssystem
zu benötigen,
nur um eine Wartungsfunktion zur Unterstützung des Wartungspersonals
bereitzustellen.
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Die
US 5 294 909 A offenbart einen Widerstandssensor
zur Detektion der Lage von Versagensereignissen in Verteilerrohren.
Das Ereignislokalisierungssystem gemäß dieser Druckschrift ist in
ein aus einem Kabel und einem Steuergerät bestehendes Überhitzungsdetektionssystem
integriert. Das Steuergerät
enthält
eine Schaltung, die den Differenzstrom von jedem Ende des Kabels
mißt und
dadurch die Länge
des Kabels zwischen dem Steuergerät und einem Überhitzungsereignis
bestimmt.
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Die
US 5 313 185 A offenbart ein Temperaturfühlerkabel,
wobei ein Reflektometer zur Ereignislokalisierung mit einem Ende
des Kabels verbunden wird. Das Reflektometer benutzt einen Signalgenerator
und ein Oszilloskop, um kontinuierlich die Reflexionscharakteristik
des Kabels zu messen und so ein Überhitzungsereignis
zu lokalisieren.
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Im Hinblick auf die vorangegangenen
Ausführungen
besteht eine allgemeine Aufgabe der Erfindung darin, ein Ereignislokalisierungsmodul
bereitzustellen, welches mit schon existierenden Überhitzungsdetektionssystemen
zu arbeiten vermag und mit diesen existierenden Systemen auf "nicht-intrusive" Weise verbindbar
ist. Mit "nicht-intrusiv" ist gemeint, dass
ein normaler elektronischer Fehler in dem Ereignislokalisierungsmodul
die Betriebsfähigkeit
des Überhitzungsdetektionssystems
nicht abträglich
beeinflussen wird; in der bevorzugten praktischen Realisierung der
Erfindung fügt
das Ereignislokalisierungsmodul keine elektronischen Komponenten
in das existierende Überhitzungsdetektionssystem
ein.
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Demnach ist es eine allgemeine Aufgabe
der Erfindung, ein Ereignislokalisierungsmodul bereitzustellen,
welches in ein Luftfahrzeug mit schon existierendem Überhitzungsdetektionssystem
nachrüstbar ist,
und zwar ohne die Notwendigkeit, das Überhitzungsdetektionssystem
neu zertifizieren zu müssen.
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Eine besondere Aufgabe besteht in
der Bereitstellung eines Überwachungsmoduls
zur Verwendung mit einem schon existierenden Überhitzungsdetektionssystem,
welches so gestaltet ist, dass es in Abhängigkeit von in der Überhitzungsdetektionsschleife
fließenden
Strömen,
die eine Höhe
aufweisen, welche auf ein Überhitzungsereignis
hindeutet, durch Befehl in Betrieb gesetzt werden kann und Berechnungen
durchführen
kann, welche den Ort des Ereignisses identifizieren, und dann Ereignisinformationen,
welche mindestens den Ort oder die Lokalisierung, bevorzugt auch
die Zeit des Ereignisses umfassen, speichern kann.
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Prüfsysteme für schon existierende Überhitzungsdetektionssysteme
erzeugen Ströme
in der Schleife, um die Schleife auf Durchgang zu prüfen. Diese
Ströme,
die relativ hoch sind, können
irrtümlich als Überhitzungsereignis
interpretiert werden. Im normalen "Betriebsmodus" steuert das typische Überhitzungsdetektionssystem
beide Enden der Kabelschleife so an, dass sehr wenig Strom gezogen
wird, überwacht
dann daraufhin, dass ein Zustand höheren Stromes auftritt, der
auf ein Überhitzungsereignis irgendwo
in der Schleife hindeutet. Im "Prüfmodus" schaltet das System,
so dass ein Ende der Schleife angesteuert und das andere an Masse
gelegt wird; dies prüft
die Schleife auf Durchgang, lässt
aber auch Ströme
fließen,
deren Höhe
dem eines Überhitzungsereignisses ähnelt.
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Gemäß einem wichtigen Aspekt der
Erfindung liegt eine Aufgabe darin, zu bestimmen, ob sich das Überhitzungsdetektionssystem
im Betriebsmodus oder im Prüfmodus
befindet, indem die Ströme
in der Schleife gemessen werden, und ein Überhitzungsereignis nur dann
zu registrieren, wenn ein solches Ereignis im Betriebsmodus detektiert
wird, nicht aber, wenn es im Prüfmodus
detektiert wird.
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Allgemeiner ausgedrückt liegt
eine Aufgabe darin, alle im normalen Betriebsmodus detektierten Überhitzungsereignisse
zu registrieren, im Sinne der Registrierung aber all jene "Ereignisse" zu ignorieren, die
im Prüfmodus
erzeugt werden.
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Weitere Aufgaben und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung
in Verbindung mit der beigefügten
zeichnerischen Darstellung.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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Die zeichnerische Darstellung, welche
der Beschreibung beigefügt
ist und Teil derselben bildet, zeigt mehrere Aspekte der Erfindung
und dient zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen der
Erfindung zu erläutern.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines herkömmlichen Überhitzungsdetektionssystems
mit Prüfmodus-Funktionsmöglichkeit;
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2 eine
schematische Darstellung, welche ein erfindungsgemäßes Ereignislokalisierungsmodul
und dessen Beziehung zu einem Kanal eines Überhitzungsdetektionssystems
veranschaulicht;
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3 eine
etwas detailliertere schematische Darstellung, welche die funktionelle
Beziehung zwischen Schaltungskomponenten zeigt, die eine erste Ausführungsform
des Ereignislokalisierungsmoduls bilden;
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4 eine
schematische Darstellung, die eine der Signalformungsschaltungen
von 3 zeigt;
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5 eine
schematische Darstellung auf demselben allgemeinen Niveau wie 3, aber betreffend eine
alternative und derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;
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6 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Gestaltung einer
ersten Form von Leitungsschnittstellenmodul, welches Öffnungen bereitstellt,
durch die die Enden der Messschleife hindurchgeführt werden können;
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7 eine
schematische Darstellung einer zweiten Form von Schleifenschnittstellenmodul,
welches nach Art einer Anschlussleiste für ein Luftfahrzeug ausgeführt ist;
und
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8 eine
zeichnerische Darstellung einer Isoliereinrichtung, welche in bestimmten
Ausführungsformen
der Erfindung Anwendung finden kann.
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Die Erfindung wird in Verbindung
mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben, ohne jedoch die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele
beschränken
zu wollen. Vielmehr sollen alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abgedeckt
sein, die in den Bereich der Erfindung fallen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.
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Detailbeschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Es wird nun auf die zeichnerische
Darstellung Bezug genommen, gemäß welcher 1 ein Überhitzungsdetektionssystem 20 zeigt,
welches einen Anzapfluft-Überwachungs-Computer 21 und eine
Mehrzahl von Sensorschleifen 22 aufweist. In der in 1 gezeigten Ausführungsform
sind nur zwei Schleifen 23, 24 dargestellt; die
Kontrolleinrichtung kann aber auch mit noch mehr Schleifen arbeiten.
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Es sei nun die Kontrollschleife 23 betrachtet, welche
stellvertretend für
die übrigen
steht: sie liegt in Gestalt eines länglichen Kabels vor, welches
einen mittleren Kern 25 und eine äußere Ummantelung 26 aufweist.
Kern und Ummantelung sind in einer Koaxialkabel-artigen Anordnung
durch ein Material voneinander getrennt, welches dazu vorgesehen
ist, bei Erwärmung
lokal zu schmelzen, um einen niederohmigen Pfad zwischen dem Kern
und der Ummantelung an der lokalisierten Stelle, an der das Kabel
erwärmt wurde,
zu erzeugen. Die Schleife 23 ist als ein langes Kabel ausgeführt und
kann in gewissen Anwendungen, wie etwa für die Anzapfluftleitung für das Hilfstriebwerk
eine Länge
von 200 ft oder mehr haben.
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Für
den Fachmann wird offensichtlich sein, dass sie aus mehreren, individuellen
Kabelabschnitten aufgebaut ist, welche durch Zwischenverbinder oder über Anschlussblöcke miteinander
verbunden sind. Wie in 1 gezeigt,
ist die Ummantelung an Erde gelegt, und beide Enden des Kerns sind
mit der Kontrolleinrichtung 21 verbunden. Im Falle der Schleife 23 ist
der Kern mit Hilfe eines Anschlussblocks 28 mit der Kontrolleinrichtung 21 verbunden. Das
Kabel 24 entspricht im Aufbau dem Kabel 23, wobei
jedoch für
den Anschluss an die Kontrolleinrichtung kein Anschlussblock benutzt
wird. Statt dessen wird der Mittelleiter 25 des Kabels 24 direkt
zu der Kontrolleinrichtung 21 zurückgeführt und mit dieser verbunden,
beispielsweise mit Hilfe von Verbindern 30.
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Das Modul 21, welches gelegentlich
auch als Anzapfluft-Überwachungs-Computer
bezeichnet wird, hat mehrere Funktionen. Die im Zusammenhang mit
der vorliegenden Anwendung interessierende Funktion ist die Befähigung,
die Kabelschleifen 22 anzusteuern und die Stromhöhen in den
Schleifen zu messen. Zu diesem Zweck umfasst die Kontrolleinrichtung 21 eine
Ansteuerschaltung 32, 33 für jede der Kabelschleifen.
Beispielsweise sind in einer praktischen Ausführung die Ansteuerschaltungen 2 kHz-Rechteckwellen-Treiber-
oder -Ansteuereinheiten, die eine 2 kHz-Ausgangspulsfolge mit circa
6,6 Volt Spitze-Spitze bereitstellen. In der vorliegenden Detailbeschreibung
wird als Beispiel eine 2 kHz-Rechteckwellen-Ansteuereinheit verwendet; es versteht
sich jedoch, dass das erfindungsgemäße System auch mit anderen
Frequenzen und Wellenformen arbeiten kann. Der Widerstand des Kabels, gemessen
vom Mittelleiter 25 zum äußeren Mantel 26, ist üblicherweise
sehr hoch; wenn kein Überhitzungszustand
vorliegt, dann sind es lediglich Mikroamperes, die in dem Kabel
aus dem Kern in die Ummantelung abgezogen werden. Wenn aber ein Überhitzungszustand
auftritt, dann verursacht der Kurzschluss zwischen dem Kern und
der Ummantelung nach Masse (mit der die Ummantelung verbunden ist)
eine deutliche Zunahme des Stromflusses in der Größenordnung
von 10 Milliamperes oder mehr. Dieser erhöhte Stromfluss wird von einer
Schaltungsanordnung (nicht gezeigt) gemessen, die innerhalb der Kontrolleinrichtung 21 angeordnet
ist, die als Antwort darauf eine Warnung ausgibt, so etwa durch
Aufleuchtenlassen einer Störlampe 34, 35,
die mit dem Kanal verbunden ist, der die erhöhten Strommesswerte erzeugt
hat.
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Zum Verbinden der Ansteuerschaltungen 32, 33 mit
den Schleifen 23, 24 sind Prüfkontakte 40, 41 vorgesehen.
Im normalen Zustand, der in der Figur gezeichnet ist, führen die
Prüfkontakte
die 2 kHz-Ansteuerung beiden Enden der Schleife zu. Weil im normalen
Zustand die Schleife von der geerdeten Ummantelung isoliert ist,
wie im Vorstehenden beschrieben, wird nur ein sehr kleiner Strom
fließen.
Wenn aber ein Überhitzungszustand
einen Kern-Mantel-Kurzschluss verursacht, dann wird der Strom an diesem überhitzten
Ort von beiden Enden des Kabels fließen und wird ansteigen, wie
schon beschrieben.
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Bedienelemente und Auslesemöglichkeiten für den Anzapfluft-Überwachungs-Computer stehen der
Flugbesatzung im Cockpit zur Verfügung. Zu geeigneten Zeiten,
zum Beispiel während
der Überprüfung vor
dem Fluge, kann es notwendig sein, das Überhitzungsdetektionssystem
zu überprüfen. Zu diesem
Zweck ist eine Prüfschalter-Betätigungseinrichtung 36 vorgesehen,
um alle Prüfkontakte 40, 41 in
ihre Alternativ- oder Prüfstellung
zu schalten. Der Prüfschalter
kann zum Beispiel mit einem Relais verbunden sein, welches die Prüfkontakte 40, 41 betätigt. Eine
Betätigung
des Prüfschalters 36 führt dann dazu,
dass die Kontakte 40, 41 in ihren Alternativzustand
wechseln. In diesem Zustand bleiben die oberen Enden der Kerne 25 mit
der 2 kHz-Ansteuerung verbunden, aber die unteren Enden werden an
Masse geschaltet, so dass durch das gesamte Kabel ein höherer Strom
fließt.
Damit wird die Schleife auf Durchgang geprüft, wobei der Stromfluss wesentlich über den
Grenzwert angehoben wird, was durch die interne Schaltungsanordnung
der Kontrolleinrichtung 21 detektiert wird und zum Aufleuchten
der Störlampe 34 führt. Jeder
Kanal kann geprüft
werden, um zu gewährleisten,
dass alle Schaltungen funktionieren und alle Schleifen intakt sind.
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Ein System der in 1 dargestellten Art stellt keinen Mechanismus
bereit, mit dem bestimmt werden könnte, an welcher Stelle in
der Schleife ein Überhitzungsereignis
eingetreten ist. In Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird
ein Modul bereitgestellt zur Verwendung in Verbindung mit einem
System, wie es beispielhaft in 1 dargestellt
ist, um Überhitzungslokalisierungsinformationen
für das Wartungspersonal
bereitzustellen. Ferner ist das Modul so gestaltet, dass es mit
dem System von 1 auf
nicht-intrusive Art und Weise verbunden ist. Eine Folge davon ist,
dass das System nach 1,
nachdem es erst einmal im Flug erprobt und zertifiziert wurde, seine
Zertifizierung behalten kann, weil es durch das Ereignislokalisierungsmodul,
wie es nun beschrieben wird, nicht verändert wird. Das Ereignislokalisierungsmodul
misst zwar in der Tat Ströme,
die in dem System von 1 fließen; dies
geschieht aber über
einen Mechanismus, der keine elektronischen Komponenten direkt in
die Schaltungsanordnung oder in das System von 1 einfügt. Die Ströme werden auf nicht-intrusivem
Wege gemessen, und die Kontrolleinrichtung, welche die Ereignislokalisierungsinformationen
ermittelt, arbeitet allein auf der Grundlage dieser Ströme und ohne
dass irgendeine weitere elektrische Verbindung mit dem Kontrollsystem
von 1 erforderlich wäre.
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Es wird nun auf 2 Bezug genommen, welche in schematischer
Weise das Computermodul 21 zeigt, und zwar verbunden mit
einer einzelnen Schleife 23, stellvertretend für die Mehrzahl
von Schleifen 22. Die Schleife 23 weist einen
mittleren Kern 25 auf, der mit der Kontrolleinrichtung 21 verbunden
ist. Die Ummantelung 26 ist mit Masse verbunden, wie gezeigt.
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Für
die Durchführung
der Erfindung sind ein Paar Stromsensoren, im vorliegenden Fall
ein Paar Stromwandler 50, 51 mit den jeweiligen
Enden des Kerns 25 verbunden, um den Strom in dem Kern
an dessen jeweiligen Enden zu messen. Die Stromwandler 50, 51 haben
freie Öffnungen 52 in
ihren Mitten, durch die die Enden des Kerns 25 hindurchgeführt werden.
Mit dieser Ausführungsform
ist es nicht notwendig, die Enden des Kerns zu schneiden oder auf
andere Weise zu trennen; sie werden einfach von der Kontrolleinrichtung
getrennt, durch den Kern des zugehörigen Wandlers 52 geführt, und
dann wieder mit der Kontrolleinrichtung verbunden. Die in dem Kern 25 fließenden 2
kHz-Ströme
werden dann von den Wandlern 50, 51 gemessen,
um einem Ereignislokalisierungsmodul 55 Signale bereitzustellen.
Weitere Verbindungen zu dem Anzapfluft-Überwachungs-Kontrollsystem von 1 müssen
nicht hergestellt werden.
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Die Kontrolleinrichtung 55 ist
in sehr verallgemeinerter Form in 2 dargestellt.
Wie ersichtlich, umfasst die Einrichtung einen Display- oder Anzeigebereich 56,
bei dem es sich bevorzugt um eine alphanumerische Anzeigeeinrichtung
handelt, welche von einem internen Prozessor angesteuert wird, um
Ereignislokalisierungsinformationen anzuzeigen. Die Ereignislokalisierungsinformationen
könnten
folgendes umfassen: die Zeit des Auftretens des Ereignisses, die
Schleife, in der das Ereignis eingetreten ist, und den Ort in der
Schleife, an dem das Ereignis aufgetreten ist. Der Ort kann zum
Beispiel prozentual, beginnend im Anfangspunkt der Schleife, angegeben
werden. Alternativ können
Prozentwerte, die durch einen in dem internen Prozessor speicherresident
vorhandenen Algorithmus bestimmt werden, mit Mitteln, wie zum Beispiel
einer Tabelle, in Örtlichkeiten
in dem Luftfahrzeug umgesetzt werden. Demnach kann dann die Anzeigeeinrichtung
einfach eine Nachricht anzeigen, die für das Wartungspersonal verständlich ist,
zum Beispiel "Schott
XY", um exakt den
Ort zu identifizieren, an dem ein bestimmtes Überhitzungsereignis eingetreten
ist.
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Die Kontrolleinrichtung kann zusätzliche
Display-Anzeiger aufweisen, zum Beispiel eine blinkende LED 57,
um anzuzeigen, dass seit dem letzten Wartungsdienst ein Fehler aufgetreten
ist. Ein Paar Richtungstasten 58 oder andere Bedienelemente
ermöglichen
es, sich durch das Display zu bewegen. Es ist eine Löschtaste 59 vorhanden,
die es ermöglicht,
ein Ereignis zu löschen,
nachdem das Wartungspersonal sich damit befasst hat.
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Es wird nun auf 3 Bezug genommen, welche mit etwas mehr
Detail eine Ausführungsform einer
Schaltungskonfiguration zeigt, die so aufgebaut ist, dass sie in
Einklang mit der vorliegenden Erfindung arbeiten kann. Das System
benutzt Stromsensorschaltungen, welche auf den Stromfluss an den jeweiligen
Enden der Schleife ansprechen und Signale erzeugen, die auf zwei
Arten von Informationen hin verarbeitet werden: 1) die Bestimmung,
dass ein wirklicher Überhitzungszustand
(im Unterschied zu einem falschen Überhitzungszustand, der durch
Drücken
des Prüfknopfes
hervorgerufen wird) eingetreten ist und 2) wenn ein Überhitzungsereignis
eingetreten ist, die Bestimmung – basierend auf den gemessenen
Strömen – des Ortes
des Ereignisses entlang dem Kabel. Das System ist ferner dafür programmiert,
auf die Detektion eines Überhitzungsereignisses
dadurch anzusprechen, dass es in einem Speicher Informationen für das Wartungspersonal zur
späteren
Anzeige speichert.
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Demnach sind, wie auf der linken
Seite in 3 gezeigt,
die Enden des Kabelmittelleiters 25 mit nicht-intrusiven
Stromsensoren verbunden. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform
gehen die Enden des Mittelleiters 25 durch die mittigen Öffnungen
in den Stromwandlern 50, 51 hindurch. Jeder Stromwandler
weist ein Paar Ausgangssignalleitungen 60, 61 auf,
und diese Leitungen sind an Signalformungs-Schaltungsblöcke 62 bzw. 63 gekoppelt, welche
auch als Strom-Spannungs-Wandler bezeichnet werden. Die Signalformungs-Schaltungsanordnung
wird weiter unten noch ausführlicher
beschrieben; im wesentlichen aber übt sie die Funktion aus, die
von dem zugeordneten Stromwandler gemessenen Ströme zu überwachen und eine Ausgangsspannung
zu erzeugen, die für
den gemessenen Strom repräsentativ
ist.
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Ebenfalls mit den Stromsensoren 50, 51 verbunden
und als Teil der strommessenden Schaltungsanordnung fungierend,
sind Schaltungen vorhanden, welche Informationen bezüglich Betrag
oder Größe und Phase
aus den von den Stromwandlern gelieferten Signalen extrahieren.
Zwei Beispiele solcher Schaltungen werden in der vorliegenden Offenbarung
erläutert.
Bezugnehmend auf die Ausführungsform
nach 3 umfasst die Schaltungsanordnung
Elemente, welche das System mit der einlaufenden Pulsfolge (im vorliegenden
Beispiel sind dies 2 kHz-Rechteckpulse) synchronisieren, Timing-Informationen
extrahieren und diese Timing-Informationen dazu verwenden, das eingehende
Signal abzutasten. Im Besonderen werden Timing-Informationen von
dem durch die Strom-Spannungs-Wandler 62, 63 hindurchgeführten Signal
mit Hilfe einer Timing-Schaltungsanordnung 65 extrahiert.
Diese Schaltungsanordnung umfasst ein Flankenextraktionsmodul 66,
welches Hochleistungsverstärker
enthalten kann, die angeschlossen sind, um die ansteigenden und
abfallenden Flanken der 2 kHz-Pulse
zu erfassen. Die so detektierten Flanken werden an einen Timing-Generator 67 gekoppelt,
der ein Paar monostabiler Multivibratoren umfassen kann, die Periodendauern
haben, welche auf die 2 kHz-Welle bezogen sind. Solche Generatoren
werden von der Flankenextraktions-Schaltungsanordnung getriggert, um
ein Paar Ausgangssignale zu erzeugen, die als Abtast- und Klemm-(Sample-and-Clamp-)Signale bezeichnet
werden. Die Sample-and-Clamp-Signale sind an einen Analog-Multiplexer 70 gekoppelt,
dessen Eingänge
mit den Signalformungsmodulen 62, 63 gekoppelt
sind.
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Ohne die Erfindung einschränken zu
wollen, wird nun auf eine praktische Implementierung der Timing-
und Multiplex-Schaltungsanordnung Bezug genommen. In bestehenden
Systemen zeigte die 2 kHz-Rechteckwelle eine Überschwingcharakteristik an
der Vorderflanke jedes Pulses. Das Überschwingen zu den Schleifenstrommessungen
beitragen zu lassen, hätte
unerwünschte
Fehler zur Folge. Zum Messen der Größe der Strompulse unter Vernachlässigung
des Beitrags des Überschwingens
wurde ein 2-Phasen-Timing-Generator konfiguriert, wie in 3 dargestellt. Unmittelbar
nach Detektion einer ansteigenden Flanke eines einlaufenden Pulses
wird ein kurzdauernder Clamp-Puls erzeugt und an die Eingänge A2 und
A3 des Multiplexers 70 gekoppelt. Weil die Eingänge In2
und In3 mit den Ausgängen 1 bzw. 4 gekoppelt
sind und weil die Ausgänge 2 und 3 an
Erde ge legt sind, ergibt es sich, dass für die Dauer des Klemm-Pulses
die Ausgänge 1 und 4 (die
zwei Signalausgänge)
an Masse geklemmt sind. Die Dauer des Klemm-Pulses wurde experimentell
bestimmt, so dass sie angenähert
mit der Dauer des Überschwingens
in der 2 kHz-Reckteckwelle übereinstimmt.
Unmittelbar nach der abfallenden Flanke des Clamp-Pulses wird ein
Sample-Puls erzeugt. Wie man sieht, ist der Sample-Puls mit den
Eingänge
A1 und A4 des Multiplexers 70 gekoppelt, so dass das von
den Signalformungsschaltungen 62, 63 empfangene
Signal für
die Dauer des Sample-Pulses an die Multiplexer-Ausgänge 1 bzw. 4 gekoppelt
ist. Die Multiplexer-Ausgangssignale werden durch Pufferverstärker 71, 72 geschickt,
um analoge Signale zu erzeugen, die Spannungspegel aufweisen, die
auf die gemessenen Ströme
bezogen sind und zur Weiterverarbeitung verwendet werden. Diese
Signale sind in der zeichnerischen Darstellung mit Cur1 und Cur2
bezeichnet und werden für
die Durchführung von
zwei Funktionen verwendet. Die erste Funktion besteht darin, dem
Prozessor 75 Spannungspegel zuzuführen, welche digitalisiert
werden können
und welche in einem Brücken-Algorithmus
verwendet können,
um den Ort eines Fehlers abzuschätzen.
Die zweite besteht daran, die Möglichkeit
zu schaffen, die Signale zu vergleichen, um zwischen einem wirklichen
Fehlerzustand und einem unechten Fehler zu unterscheiden, der durch
einen Prüfvorgang
hervorgerufen wird.
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Zusammenfassend kann bezüglich der
Ausführungsform
nach 3 gesagt werden,
dass die von den Stromwandlern gemessenen Signale in den Signalformungsschaltungen 62, 63 in
Spannungssignale umgesetzt werden. Die Timing- und Multiplex-Schaltungsanordnung extrahiert
Timing-Informationen, reinigt die Signale und erzeugt Ausgangssignale,
deren Größe und Dauer
durch die ursprünglich gemessenen
Strompulse bestimmt wird. Diese Signale werden dann verarbeitet,
um zu detektieren, ob ein Überhitzungszustand
wirksam ist, und, wenn dem so ist, um abzuschätzen, an welcher Stelle längs des Kabels
das Ereignis eingetreten ist.
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Wie aus 3 ersichtlich wird, sind die Stromsignale
an ein Prozessormodul 75 gekoppelt, bei dem es sich bevorzugt
um einen Mikroprozessor oder Microcontroller handelt. Der Prozessor 75 ist
so programmiert, dass er einen Algorithmus enthält, der auf Widerstandsmessungen
auf der Grundlage von Brückenmessverfahren
basiert, um aus Differenzen zwischen Cur1 und Cur2 den Ort in dem
Kabel zu bestimmen, an dem ein Überhitzungszustand
aufgetreten sein könnte.
Der Prozessor 75 arbeitet mit einer Display- oder Anzeigeeinrichtung 76,
um diese Informationen anzuzeigen, und mit einem Speicher 77, um
diese Informationen für
das Wartungspersonal zu registrieren. Eine Bedienerschnittstelle 78 steht ebenfalls
zur Verfügung,
um die Anzeigeeinrichtung anzusteuern und den Speicher 77 zu
steuern.
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In Einklang mit der Erfindung werden
nur reale Ereignisinformationen in dem Speicher 77 abgelegt,
und der Prozessor ist so ausgeführt,
dass er den normalen Betriebszustand, in dem kein Überhitzungsereignis
eingetreten ist, oder den Prüfzustand ignoriert.
In Gegenwart eines wirklichen Überhitzungszustandes
erteilt eine "Fehler
vorhanden"-Schaltung
dem Prozessor den Befehl, die Berechnungen durchzuführen, welche
Ereignislokalisierungsinformationen erzeugen. In der Ausführungsform
nach 3 wird das Signal
zum Start der Berechnungen durch eine außerhalb des Prozessors (75)
angeordnete Schaltungsanordnung erzeugt, und der Interrupt-Eingang 79 des
Prozessors wird als Trigger-Befehl verwendet. Durch Anlegen eines
Signals an den Interrupt-Eingang 79 wird der Prozessor veranlasst,
die programmierten Routinen durchzuführen, um Ströme zu messen,
Ereignislokalisierungen zu berechnen und diese Informationen für spätere Anzeige
und Verwendung zu speichern. Ohne die Erzeugung eines Interrupt-Signals
werden keine solchen Informationen gespeichert und der Prozessor muss
nicht einmal die Stromsignale messen.
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Bei der praktischen Realisierung
der Ausführungsform
nach 3 wird der Interrupt-Eingang
von der Schaltungsanordnung des Moduls angesteuert, welches die
Ströme
(in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform sind dies Spannungssignale, welche
repräsentativ
für die
Ströme
stehen) vergleicht, um zwei Bedingungen zu bestimmen: a) ob sie
hoch genug sind, um einen Überhitzungszustand zu
repräsentieren
und b) ob ihre Phase so ist, dass die Bedingung im normalen Betriebsmodus
hervorgerufen wird, und nicht im Prüfmodus. Wie ersichtlich, ist
ein Summierverstärker 80 angeschlossen, um
die Signale Cur1 und Cur2 über
Summierwiderstände 81, 82,
die vom Wert her bevorzugt gleich groß sind, zu empfangen. Wenn
das System im normalen Betriebsmodus ist, dann haben die Ströme durch
beide Sensoren 50, 51 die gleiche Richtung und
die Schaltungsanordnung ist phasenmäßig so, dass die beiden durch
die Summierwiderstände 81, 82 hindurchgeführten Signale
sich zu einem größeren Signal
am Eingang des Summierverstärkers 80 summieren.
Damit sind im Überhitzungszustand
die summierten Signale genügend
groß,
um die Schwelle einer Schwellwerteinrichtung 84, bei der
es sich zum Beispiel um eine Zener-Diode handeln kann, zu überwinden,
um in einem Hystereseverstärker 85 ein Ausgangssignal
zu erzeugen. Dieses Ausgangssignal ist mit einem NAND-Gatter 86 gekoppelt,
an welches auch der Clamp-Ausgang des Timing-Generators 67 gekoppelt
ist. Wenn also das Clamp-Signal inaktiv ist und wenn die durch die
Summierwiderstände 81, 82 hindurchgeführten Signale
Cur1 und Cur2 in gleicher Phase sind und eine Summe erzeugen, die hinreichend
groß ist,
dann wird das NAND-Gatter 86 befriedigt und erzeugt ein
Interrupt-Signal an seinem Ausgang. Dieses Interrupt-Signal wird den Prozessor dazu
veranlassen, die Ströme
zu messen, wie im folgenden beschrieben werden wird.
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Nun sei jedoch angenommen, die in
der Schleife fließenden
Ströme
seien gestiegen, ihr Anstieg sei aber durch einen falschen Überhitzungszustand
hervorgerufen, verursacht durch eine Betätigung des Prüfschalters.
In diesem Fall wird der Strom, der den Stromsensor 50 oder 51 durchfließt, eine
gegenüber
dem normalerweise anzutreffenden entgegengesetzte Richtung haben,
weil das entsprechende Kabelende nicht angesteuert wird, sondern mit
Masse verbunden ist. Eine Folge davon ist, dass der Strom durch
die Signalformungsschaltungen 62 und der Strom durch die
Signalformungsschaltung 63 gegenphasig sind, so dass Signale
Cur1 und Cur2 durch die Summierwiderstände 81, 82 erzeugt
werden, die der Größe nach ähnlich,
aber gegenphasig sind. Wenn die außenphasigen Signale in dem
Verstärker 80 addiert
werden, entsteht an dessen Ausgang ein Signal, welches nicht ausreicht,
um die Schwellwerteinrichtung 84 zu überwinden oder ein Interrupt-Signal
zu erzeugen.
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In ähnlicher Weise ergibt es sich
in dem Fall, dass kein Fehlerzustand, wirklich oder simuliert, in der
Schleife vorliegt, dass die Ströme
in der Schleife hinreichend gering sind, so dass selbst dann, wenn sie
am Eingang des Verstärkers 80 summiert
werden, das am Ausgang erscheinende Signal nicht geeignet sein wird,
die Schwellwerteinrichtung 84 zu überwinden; das Ergebnis ist,
dass kein Interrupt-Signal generiert wird.
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Unter der Annahme, das als Beispiel
angegebene System arbeite auf der Basis einer 2 kHz-Ansteuerung,
und angenommen, der Timing-Generator 65 sei involviert,
um die Interrupt-Signale zu erzeugen, dann ergibt es sich in dem
Fall, dass ein wirklicher Überhitzungszustand
detektiert wird, dass die Interrupt-Signale mit einer Rate von ca.
4 000 Interrupts pro Sekunde erzeugt werden. Bei Erhalt von Interrupts
wird der Prozessor 75 beide analogen Eingangssignale Cur1
und Cur2 kontinuierlich erfassen.
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Die Signale Cur1 und Cur2 – nach Digitalisierung
durch den Prozessor – können auf
vielen verschiedenen Wegen behandelt werden, um zu den erfindungsgemäßen Ergebnissen
zu gelangen. Bei einem Beispiel, bei dem die gemessenen Signale
verarbeitet werden, um den Ort des Überhitzungsereignisses abzuschätzen, summiert
der Prozessor die gemessenen Stromsignale, und wenn die Summe größer ist
als eine gegebene Schwelle, z.B. 3 Volt rms in einem Beispiel, dann
wird er die Überwachung der
analogen Eingänge
für etwa
500 Millisekunden fort setzen. Bleibt die Summe größer als
die Schwelle für
die Dauer dieser Zeit, wird der Prozessor den Mittelwert der beiden
analogen Eingangssignale über
64 oder mehr der über
einen Zeitraum von 100 Millisekunden bis 250 Millisekunden parallel
erfassten Werte berechnen. Der Prozessor mittelt dann die Messwerte
und berechnet mit Hilfe von Brückengleichungen
die Lokalisierung des Ereignisses. Der Prozessor ist so programmiert,
dass er das Ereignis weiter überwacht,
um Zeit und Dauer des Ereignisses zu registrieren. Er ist ferner
so programmiert, dass er mit dem Schwellwertmodul 84 zusammenarbeitet,
um ein Überhitzungsereignis
zu beenden, wenn die Summe der verarbeiteten analogen Signale unter
einen vorbestimmten Wert fällt,
zum Beispiel zwei Volt rms über
einen Zeitraum von ca. 250 Millisekunden.
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Es wird nun auf 4 Bezug genommen, welche einige zusätzliche
Details der Signalformungsschaltungs-Anordnung 62 zeigt.
Links in der zeichnerischen Darstellung ist das 2 kHz-Rechteckwellen-Eingangssignal
gezeigt, welches von dem Stromwandler erzeugt wird. Dieses Signal
wird an einen Operationsverstärker 100 weitergegeben,
der angeschlossen ist, um ein verstärktes Ausgangssignal an einem
Anschluss 101 zu erzeugen, welches ein bekanntes Vielfaches
des von dem Stromwandler gelieferten Eingangssignals darstellt.
Ein Kondensator im Rückführpfad des
Verstärkers 100 vermindert die
Rauschneigung. Eine insgesamt mit 102 bezeichnete Auto-Null-Schaltung
umfasst einen weiteren Operationsverstärker 103, dessen Eingang
mit dem Anschluss 101 verbunden ist und dessen Ausgang auf
den nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 100 zurückgeführt wird.
Somit werden DC-Verschiebungen im Gesamtpegel des Ausgangssignals
durch die Auto-Null-Schaltung 102 neutralisiert. Eine Antisättigungsschaltung,
insgesamt mit 105 bezeichnet, umfasst ein Paar Transistoren,
welche wie gezeigt geschaltet sind und welche die Tendenz zeigen,
zu verhindern, dass das Signal an dem Anschluss 101 oszilliert,
wenn die Schaltung stark übersteuert
wird. Das Ergebnis ist ein Ausgangssignal an dem Anschluss 101,
welches eine genaue Repräsentation des
von dem Stromwandler gemessenen Eingangssignales ist und einen Spannungspegel
aufweist, der für
dieses Eingangssignal repräsentativ
ist. Diese Spannung wird dann von der restlichen Schaltungsanordnung
verarbeitet, wie im Vorstehenden beschrieben.
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Es wird nun auf 5 Bezug genommen, welche eine alternative
und derzeit bevorzugte Ausführungsform
eines in Einklang mit der vorliegenden Erfindung ausgeführten Ereignislokalisierungsmoduls
zeigt. Die Prozessor-Komponenten, auf der rechten Seite in 5 abgebildet, sind im wesentlichen
identisch mit denjenigen, die in Verbindung mit 3 beschrieben worden sind. Die in 5 dargestellte strommessende
Schaltungsanordnung weist eine etwas unterschiedliche Form der Ausgestaltung auf.
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Allgemein benutzen beide offenbarten
Ausführungsformen
einen Strom-Spannungs-Wandler zum Umsetzen der Stromsignale, welche
von den Stromsensoreinrichtungen aufgenommen werden, in ein Spannungssignal
zur Weiterverarbeitung. In beiden Fällen wird das Spannungssignal
dann verarbeitet, um Signale zu erzeugen, die auf die Größe und die
Phase der Ströme
in den Stromsensoren bezogen sind. Dies wird in der Ausführungsform
nach 3 dadurch vorgenommen,
dass eine Timing-Extraktions-Schaltungsanordnung verwendet wird,
welche das Signal zu geeigneten Zeiten abtastet. Bei der Ausführungsform
nach 5 ist keine Timing-Schaltungsanordnung
erforderlich. An deren Stelle verarbeiten Bandpassfilter die Signale,
um die Signale in der interessierenden Bandbreite zu begünstigen
und Signale außerhalb
dieser Bandbreite zu unterdrücken.
Wie in der Ausführungsform
nach 3, erzeugt auch
in der Ausführungsform
von
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5 die
strommessende Schaltungsanordnung Signale Cur1 und Cur2, deren Größe und Phase
bezeichnend sind für
die Stromsignale in den Stromwandlern. Die Signale Cur1 und Cur2
werden auf ähnliche
Art und Weise verarbeitet, wie in Verbindung mit 3 bereits beschrieben.
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Im Einzelnen zeigt 5 eine Messschleife 23 mit einer äußeren Ummantelung 26 und
einem inneren Kern 25, die von einer Kontrolleinrichtung 21 angesteuert
wird. Wie in der zeichnerischen Darstellung gezeigt, wird der Kern 25 durch
das Zentrum der Stromwandler 250, 251 hindurchgeführt. Die
Ausgänge
der Wandler 250, 251 sind durch Dioden 210, 211 geklemmt,
so dass das Stromsignal die Energieversorgung nicht überschreiten
wird, und sind mit Strom-Spannungs-Wandlern 262, 263 verbunden. Die
Strom-Spannung-Wandler 262, 263 können basierend
auf der Darstellung von 4 ausgeführt sein,
wobei jedoch auf die Auto-Null-Schaltung und die Antisättigungsschaltung
jener Ausführungsform verzichtet
werden kann.
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Bei der praktischen Realisierung
des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
von 5 werden die Ausgangssignale
von den Strom-Spannungswandlern 262, 263 an ihnen
zugeordnete Bandpassfilter 200, 201 weitergeleitet.
Bei der beispielhaft dargestellten Ausführungsform wird es bevorzugt,
die Kopplung zwischen dem Strom-Spannungs-Wandler und dem Bandpassfilter
als AC-Kopplung zu realisieren, und zur Realisierung dieses AC-Kopplungsaspektes
sind Kondensatoren 202, 203 zwischengeschaltet.
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Die Bandpassfilter sind nicht im
Detail dargestellt, sondern sind nur als ein Block gezeichnet, der einen
Verstärker
enthält.
Es steht umfangreiche Fachliteratur zur Verfügung, um Bandpassfilter entsprechend
den gewünschten
Charakteristika zu realisieren. Im vorliegenden Fall ist die grundlegende, von
den Bandpassfiltern zu erzielende Charakteristik (unter der Annahme
einer Betriebsfrequenz von 2100 Hz für die Sensorschleife in diesem
Beispiel) eine Betriebsmittenfrequenz von 2100 Hz. Die obere und
untere Grenzfrequenz wird so gesetzt, dass typisches, luftfahrzeuginduziertes
Geräusch
oder Rauschen (400 Hz) gedämpft
wird, ebenso wie eventuell existierende Harmonische, zum Beispiel
Verzerrungen der Mittenfrequenz der Schleife.
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Die gefilterte 2100 Hz-Rechteckwelle,
welche die Bandpassfilter 200, 201 verlässt, wird
dann auf Pufferverstärker 206, 207 gegeben,
wo sie verstärkt
wird, um das Signal-Rausch-Verhältnis
zu maximieren. Die Ausgangssignale der Pufferverstärker 206, 207 sind
mit Cur1 und Cur2 bezeichnet, um darauf hinzuweisen, dass, wie im
vorhergehenden Beispiel, diese Signale die Größe und Phase der von den Stromwandlern
gemessenen Ströme
repräsentieren.
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Der Prozessor 275 der Ausführungsform nach 5 ist auf ähnliche
Weise programmiert wie der Prozessor 75 der Ausführungsform
von 3, soweit es die
Algorithmen betrifft, welche Brückenrechnungen
implementieren, um Orts- oder Lokalisierungsinformationen zu bestimmen.
Der Prozessor der Ausführungsform
nach 5 verwendet jedoch gewisse
interne Verarbeitungskomponenten, um das "Fehler vorhanden"-Signal zu erzeugen, welches in der
Ausführungsform
nach 3 durch Prozessor-externe
Elemente erzeugt wurde.
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Es wird nun erneut auf 5 Bezug genommen, gemäß welcher
ein Summierverstärker 280 vorgesehen
ist, der einen Eingangswiderstand 281 aufweist, welcher
mit dem Signal Cur1 gekoppelt ist, und einen Eingangswiderstand 282,
der mit dem Signal Cur2 gekoppelt ist. Wie der Summierverstärker 80 der
Ausführungsform
nach 3, so summiert
auch der Summierverstärker 280 dadurch
Betrag und Phase der Signale Cur1 und Cur2 als Teil der Erzeugung des "Fehler vorhanden"-Signals. Das von
dem Summierverstärker 280 in
der Ausführungsform
von 5 erzeugte Summensignal
wird direkt mit dem Prozessor 275 gekoppelt, wo es – wie die
Signale Cur1 und Cur2 – digitalisiert
wird. Das digitalisierte Summensignal wird von dem Prozessor überwacht, um
zu bestimmen, wann es eine vorab festgelegte, programmierte Schwelle überschreitet.
Wenn die Amplitude von dem Summierverstärker 280, die eine rms-Amplitude
sein kann, eine vorgegebene Alarmschwelle überschreitet, erzeugt der Prozessor
ein internes "Fehler
vorhanden"-Signal,
welches dem Prozessor den Befehl erteilt, die Algorithmen aufzuru fen, welche
die im Vorstehenden erwähnten
Brückenrechnungen
durchführen,
um die Ereignislokalisierungsinformationen zu ermitteln.
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Als eine weitere Alternative besteht
auch die Möglichkeit,
weitere Elemente der Strommessungsfunktionalität in den Prozessor zu verlagern.
So besteht zum Beispiel dadurch, dass der Prozessor bereits die
Signale Cur1 und Cur2 digitalisiert, auch die Möglichkeit, einen Algorithmus
in dem Prozessor zu benutzen, mit dem Betrag und Phase dieser Signale algebraisch
summiert werden können,
um ein Äquivalent
des Ausgangssignals des Summierverstärkers 280 innerhalb
des Prozessors selbst zu erzeugen.
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Das System nach 5 enthält auch ein Prüfmodul 290 mit
einem Paar von Drähten 291,
welche durch beide Stromwandler 50, 51 hindurchgeführt werden,
um eine komplette Schleife, beginnend am Prüfmodul 290, zu bilden.
Das Prüfmodul 290 wird über eine
Ausgangsleitung 292 von dem Prozessor angesteuert. Wenn
der Prozessor seine Ereignislokalisierungs-Schaltungsanordung prüfen will, schickt
er ein Signal auf die Leitung 292, wodurch das Prüfmodul 290 veranlasst
wird, seinen Ausgangsleitungen 291 einen kleinen Strom
einzuprägen.
Der kleine Strom durchfließt
die Stromwandler 250, 251. Der Strom ist so klein,
dass er den Gesamtbetrieb der Schleife 23 nicht abträglich beeinflusst. Der
Prüfstrom
ist aber groß genug,
um von den Sekundärwicklungen 200, 261 erfasst
zu werden, um Signale zu erzeugen, die durch die Strom-Spannungs-Wandler,
die Bandpassfilter und die Pufferverstärker geleitet werden, um Signale
Cur1 und Cur2 zu erzeugen, welche von dem Prozessor summiert und
gemessen werden.
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Es wird auch erkennbar sein, dass
gewisse Aspekte von 3 und 5, falls gewünscht, kombiniert
werden können,
um die Vorteile der Erfindung zu erhalten. Beispielsweise kann die
teilweise interne Verarbeitung des "Fehler vorhanden"-Signals nach 5 auch in der Implementierung von 3 verwendet werden. Zahlreiche
weitere Varianten und Kombinationen sind möglich.
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Wie im Vorstehenden erwähnt, kann
das Leitungsschnittstellenmodul, welches die eigentliche Schnittstelle
zu dem Überhitzungsdetektionssystem bildet,
auf verschiedene Art und Weise ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform
ist in 6 abgebildet.
Die Figur zeigt ein Modul, welches in der Lage ist, zwei Sensorschleifen
zu handhaben. Das Modul ist einfach ein Block, bevorzugt aus einem
nichtleitenden, nichtmagnetischen Material, beispielsweise aus einem
Kunststoff. Innerhalb des Blocks sind die strommessenden Elemente
angeordnet. So sind zum Beispiel in dem Block 110 Toroide 111 bis 114 angeordnet
und mit Bohrungen 115 bis 118 verbunden. Jeder
Toroid ist, nach herkömmlicher
Art, mit einer Messspule bewickelt. Die Drähte von den Messspulen sind
in den 6 bzw. 7 sind
gezeigt, aber dies sind die Drähte,
die mit der im Vorstehenden beschriebenen Messschaltungsanordnung
verbunden werden. Die jeweiligen Enden des Kerns einer Schleife
werden zum Beispiel durch die Bohrungen 115 und 116 hindurchgeführt, und
zwar so, dass die Enden durch die entsprechenden Stromwandler 111, 112 hindurchgeführt werden.
Die dann aus dem Modul 110 austretenden Enden des Kerns
werden mit der Überhitzungsdetektionssystem-Kontrolleinrichtung
verbunden. Die Drähte
der Schleife müssen
in keinerlei Weise unterbrochen werden, sondern es wird einfach
die Verbindung mit dem Modul 110 an Ort und Stelle gelöst bzw.
wiederhergestellt.
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7 zeigt
eine weitere Form von Leitungsschnittstellenmodul, in diesem Fall
ein Modul, welches nur eine einzelne Schleife zu handhaben vermag.
Das Modul ähnelt
in seiner Ausführung
sehr stark einem standardmäßigen Anschlussblock
für ein Luftfahrzeug,
und ist an einer geeigneten Stelle in dem Luftfahrzeug mit Hilfe
einer Montageschraube 120 montierbar. Auf der rechten Seite
des Moduls 121 ist ein Paar von Klemmen 122 angeordnet
zur Verbindung mit den inneren Leitern der Kabelschleife. Am anderen
Ende des Anschlussblocks befindet sich ein weiteres Paar von Klemmen 123 zur
Verbindung mit dem Anzapfluft-Überwachungscomputer. Einfache
Drahtleiter 125, 126, bevorzugt in den Block 121 eingeformt,
verbinden die entsprechenden Anschlüsse, um einen einfachen und konventionellen Shunt
durch den Anschlussblock herzustellen. Der Anschlussblock 121 ist
in diesem Fall dahingehend modifiziert, dass er vorgegossene Öffnungen
zur Aufnahme von Strommesswandlern 127, 128 aufweist, durch
die hindurch die Drahtbrücken
(Jumper) geführt
werden.
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Sowohl im Falle von 6 wie auch im Falle von 7 weisen die Stromwandlermodule geeignete
Ausgangsleitungen auf, wie in Verbindung mit 3 erörtert
worden ist, um der strommessenden Schaltungsanordnung Messsignale
zuzuführen.
In einigen Fällen
mag es wünschenswert
sein, effektiv eine gedruckte Schaltung in das Modul 110 oder 121 einzufügen, die
einen gewissen Teil der analogen Schaltungsanordnungen, wie sie
in Verbindung mit 3 und 5 beschrieben worden sind,
trägt.
In anderen Fällen
sind die Module möglicherweise
so nahe an dem Ereignislokalisierungsprozessor angeordnet, dass
es genügt,
die Anschlussleitungen von den Stromwandlern zu dem dicht benachbart
angeordneten Ereignislokalisierungsprozessor zu führen.
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In der vorstehenden Beschreibung
ist der nicht-intrusive Mechanismus zum Messen von Strömen an den
jeweiligen Enden einer Schleife von Stromwandlern gebildet. Stromwandler
stellen die derzeit bevorzugte Ausführungsform dar; sie sind jedoch
keineswegs die einzige Art von nicht-intrusiven Stromsensoren, die
Verwendung finden können.
So können
zum Beispiel Bauelemente, die auf dem Hall-Effekt beruhen, in den
jeweiligen Modulen, die in den 6 und 7 gezeigt sind, angrenzend
an die Drahtbrücken
bzw. den eigentlichen Schleifenkern angeordnet sein, um den in der
Schleife fließenden Strom
zu messen und der Kontrolleinrichtung Signale bereitzustellen, die
sowohl für
die Größe als auch
für die
Phase des Stroms bezeichnend sind.
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Die mit dem erfindungsgemäßen Überhitzungsdetektionssystem
erzielbare Genauigkeit ist, weil das System auf schon existierenden,
bereits installierten Sensorschleifen basiert, begrenzt, aber dennoch
für viele
Bedingungen ausreichend.
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Es gibt jedoch Situationen, beispielsweise dann,
wenn die Überhitzung
auf der einen oder der anderen Seite eines Schotts liegt, in denen
es wichtig ist, mit Genauigkeit einzukreisen, auf welcher Seite des
Schotts der Überhitzungszustand
aufgetreten ist. Für
die praktische Ausführung
der Erfindung werden zusätzliche
Mittel zum Isolieren zwischen Kabelabschnitten bereitgestellt.
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Es wird nun auf 8 Bezug genommen, welche eine Isoliereinrichtung 150 zeigt.
Die Isoliereinrichtung ist mechanisch so aufgebaut, dass sie zu der
mechanischen Ausführung
des Kabels und der zugehörigen
Verbinder passt. Typisch werden Verbindungen vom BNC-Typ zum Verbinden
von Kabelenden verwendet. Die Isoliereinrichtung 150 hat ein
männliches
und ein weibliches BNC-Ende, mit 151 bzw. 152 bezeichnet, so dass
sie unter Anwendung standardmäßiger Verbindungstechniken
leicht zwischen zwei Kabeln eingefügt werden kann. Die Ummantelung
des Kabels ist über
die Isoliereinrichtung 150 hinweg mittels des metallischen
Gehäuseelementes
des Verbinders elektrisch verbunden. Der Kern aber weist einen zwischengeschalteten
konzentrierten Widerstand auf, der schematisch bei 155 dargestellt
ist. Der Widerstand kann in der Größenordnung von 2 bis 4 Ohm
liegen, was mehr als eine Größenordnung über dem
Widerstand eines Kabelabschnitts liegt. Die Zonen-Isoliereinrichtungen
können als
Einrichtungen betrachtet werden, welche das Kabel elektrisch in
Zonen teilen, welche zwischen den Isoliereinrichtungen definiert
sind. Demnach wird bei einem System, in dem Isoliereinrichtungen
zwischen jedem Kabelabschnitt verwendet werden, die Ereignislokalisierungstafel
dann die Wirkung haben, den Fehler auf einen individuellen Kabelabschnitt
einzukreisen. Der konzentrierte Widerstand 155 in jeder der
Isoliereinrichtungen macht den Widerstand der Sensorschleife sowie
Fehler oder Ungenauigkeiten in der Schleife vernachlässigbar.
Wenn zum Beispiel fünf
Isoliereinrichtungen gleichmäßig entlang
einer Sensorschleife mit einer Länge
von 150 ft verteilt sind, dann wird es das Ereignislokalisierungssystem ermöglichen,
den Ort einer leckenden Leitung auf einen Bereich einzugrenzen,
der eine Länge
von 20 ft hat. Das Wartungspersonal kann dann gezielt zu diesem
Bereich ge schickt werden, um die Störung zu beheben, anstatt Stunden
damit zu verbringen, nach der Versuch-und-Irrtum-Methode als dem
einzigen Hilfsmittel in dem System eine 100 ft lange Leitung auf
Fehler absuchen zu müssen.
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Es wird erwartet, dass im Falle von
Nachrüstungen
in Verbindung mit Kabeln von angemessen guter Charakteristik das
System ohne die Verwendung von Isoliereinrichtungen realisiert werden
kann. Die Isoliereinrichtungen sind aber ein nützliches Mittel in dem Fall,
dass das Kabelsystem so ungenau ist, dass andere Mittel, ohne einen
kompletten Umbau, gerechtfertigt sind, um Ereignislokalisierungsinformationen
bereitzustellen.
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Es wird nun erkennbar sein, dass
die Erfindung folgendes bereitstellt: ein Modul, welches mit einem
schon existierenden Überhitzungsdetektionssystem
verbindbar und nachrüstbar
ist. Das Modul macht seine Verbindung mit diesem existierenden System
auf nicht-intrusive Art und Weise, so dass es nicht notwendig werden
sollte, das grundlegende Überhitzungsdetektionssystem
neu zertifizieren zu müssen.
Das Überwachungssystem
aber kann, indem es nur die in der Schleife fließenden Ströme misst, verschiedene Zustände unterscheiden,
welche einen Nicht-Überhitzungszustand,
einen wahren Überhitzungszustand
und einen falschen Überhitzungszustand,
hervorgerufen durch die Betätigung des
Prüfschalters,
umfassen. Das System ist in der Lage, zwischen diesen drei Zuständen zu
unterscheiden, so dass es Lokalisierungsinformationen bezüglich eines Überhitzungsereignisses
nur im Falle eines wahren Überhitzungszustandes
misst und speichert. Das System ist deshalb außerordentlich wirtschaftlich,
weil es die Möglichkeit
eröffnet,
existierende Luftfahrzeuge nachzurüsten, ohne dass umfangreiche
Veränderungen,
so etwa die Entfernung des gesamten Systems, notwendig wären. Ferner
eröffnet es
dem Wartungspersonal die Möglichkeit
einer erheblichen Zeiteinsparung bei der Suche und Beseitigung von Überhitzungszuständen, indem
es das Personal zu dem Ort der Überhitzungsstörung führt, so dass
sich die Notwendigkeit erübrigt,
wesentliche Teile des Luftfahrzeugs demontieren zu müssen, um die Überhitzungsstörung zu
finden, wie dies bisher der Fall war.
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Die vorstehende Beschreibung verschiedener
bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung dient der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist
weder als eine erschöpfende
Beschreibung zu verstehen, noch soll sie die Erfindung auf die speziell offenbarten
Ausführungsformen
beschränken.
Vor dem Hintergrund der vorstehenden Lehren sind verschiedene Modifikationen
oder Varianten möglich. Die
hierin diskutierten Ausführungsformen
wurden zu dem Zweck ausgewählt
und beschrieben, die Grundlagen der Erfindung und ihre praktische
Anwendung bestmöglich
zu veranschaulichen, um so den Fachmann zu befähigen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen
und mit verschiedenen Modifikationen zu verwenden, wie sie dem beabsichtigten Verwendungszweck
am besten entsprechen. Alle derartigen Modifikationen und Varianten
liegen im Bereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt
ist, wenn diese mit der Breite interpretiert werden, die ihnen gerechterweise,
rechtmäßig und
billigerweise zukommt.