ES2278159T3 - Monitorizacion de un parametro con consumo de potencia bajo para un tren de aterrizaje de avion-registrador de datos. - Google Patents
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Abstract
Aparato para la monitorización de un parámetro asociado con un componente estructural que comprende un módulo que puede unirse al componente estructural y que incorpora un procesador para la recepción y el procesamiento de señales de medición que corresponden a dicho parámetro desde un sensor, una memoria para el almacenamiento de datos de dicho procesador, y un suministro de potencia para alimentar el accionamiento del aparato, caracterizado porque la memoria y el suministro de potencia están incorporados en una unidad que puede retirarse del módulo.
Description
Monitorización de un parámetro con consumo de
potencia bajo para un tren de aterrizaje de
avión-registrador de datos.
Esta invención se refiere a un aparto para
monitorizar un parámetro asociado con un componente estructural.
Hay muchas situaciones en las que un componente
estructural puede estar sometido a la carga repetida a lo largo del
curso de su vida de funcionamiento, lo que puede causar fatiga y el
fallo eventual del componente. Tales situaciones incluyen
componentes estructurales en vehículos y edificios. Una situación
particular relevante para esta invención es un componente tal como
un puntal en un tren de aterrizaje de un avión, en el que la
seguridad es crítica. Ha habido propuestas para incorporar sensores
en el tren de aterrizaje de los aviones con el fin de detectar
cargas de aterrizaje y comparar estas con las cargas máximas
permitidas predeterminadas. Sin embargo, estos sensores conocidos
se incorporan en la estructura del tren de aterrizaje y sistemas de
avión como componentes integrados.
Un objeto de la invención es proporcionar un
aparato de monitorización mejorado que puede instalarse y usarse
más fácilmente, y que es preferiblemente compacto y ligero con un
consumo de potencia bajo para aplicaciones aeroespaciales.
Según la invención, un aparato para la
monitorización de un parámetro asociado con un componente
estructural comprende un módulo que puede unirse al componente
estructural y que incorpora un procesador para la recepción y el
procesamiento de señales de medición que corresponden a dicho
parámetro desde un sensor, una memoria para el almacenamiento de
datos de dicho procesador, y un suministro de potencia para el
accionamiento mecánico del aparato,
caracterizado porque la memoria y el suministro
de potencia están incorporados en una unidad que puede retirarse
del módulo.
El hecho que el aparato según la invención se
realice como un módulo, hace que sea fácil de instalar en un
componente estructural, y dado que se incluye un suministro de
potencia, el módulo puede ser completamente autónomo, de modo que
no necesita estar conectado a ningún sistema eléctrico externo, tal
como los de un vehículo o avión en el que podría usarse.
Preferiblemente, el procesador utiliza un
algoritmo tal como un algoritmo de conteo rainflow cuando procesa
las señales de medición para reducir la cantidad de datos
almacenados.
Preferiblemente, por razones de ahorro de
energía, el sensor sólo se enciende cuando se requiere para tomar
una medición. El sensor está interconectado al procesador a través
de un subsistema de procesamiento de señales. Este subsistema
consiste en un amplificador de instrumentación para proporcionar
ganancia a la señal del sensor, un amplificador para proporcionar
excitación regulada al sensor, y un convertidor
analógico-digital para convertir la señal del
sensor analógica amplificada en una señal digital compatible con el
procesador. Cada elemento en el subsistema se activa y se desactiva
según se requiera para encender el sensor y realizar una
lectura.
Con el fin de reducir adicionalmente el consumo
de potencia del aparato, se configura para apagarse bajo el control
de un conmutador sensorial que determina cuándo no necesitan
realizarse mediciones, por ejemplo, cuando un componente
estructural en un tren de aterrizaje de avión se encuentra en una
condición replegada. También, el aparato puede presentar un modo de
funcionamiento "dormir" de baja potencia que se asume bajo
ciertas condiciones, por ejemplo, cuando las mediciones del sensor
permanecen constantes de manera sustancial.
La memoria y la batería están incorporadas en
una unidad que puede retirarse del aparato, de modo que los datos
en la memoria pueden procesarse en otro sitio. Esto facilita la
utilización del aparato en el campo, y reduce la necesidad de
expertos en la técnica para hacer funcionar y mantener el
aparto.
Pueden proporcionarse medios de visualización,
tales como una pantalla de visualización LCD, que muestran la
información sobre los componentes estructurales así como los datos
derivados de las mediciones del sensor. La pantalla puede mostrar
datos derivados a lo largo de un periodo de tiempo, o puede dar una
indicación de la función, estado y rendimiento del componente tal
como su resistencia a la fatiga o la vida útil restante.
La invención se describirá a continuación a modo
de ejemplo en referencia al dibujo esquemático que acompaña de un
módulo autónomo, autoalimentado adecuado para la utilización en un
tren de aterrizaje de avión para la monitorización de la
resistencia a la fatiga de un puntal.
El modulo consiste en un alojamiento 1 que está
adaptado para la conexión a un puntal de un tren de aterrizaje de
avión. El alojamiento forma un recinto sellado una vez que ha sido
conectado en su sitio. El alojamiento 1 incorpora un medidor 2 de
tensión que mide la tensión en el componente estructural cuando se
carga durante el funcionamiento del avión. Las señales de medición
de tensión generadas por el medidor 2 de tensión se alimentan de un
subsistema 6 eléctrico que realiza el acondicionamiento de la señal
(excitación y amplificación) y la conversión analógica a digital.
Una representación digital de la señal de medición de tensión sale
desde el subsistema 6 a un controlador de sistema y a una unidad 3
de procesamiento de datos, que entonces produce una salida de
datos apropiada para el almacenamiento en una memoria 4. Una salida
de la unidad 3 se conecta a una pantalla 5 LCD que es visible desde
el exterior del alojamiento 1 para que el personal de mantenimiento
la lea. También, un suministro de potencia en forma de una pila 7 de
tipo botón de litio de 3 voltios se incorpora dentro del
alojamiento 1 alimenta todos los componentes eléctricos. Un
conmutador 8 sensorial inclinado también se incorpora en el
alojamiento 1 y produce una salida hacia la unidad 3.
En funcionamiento, cuando el tren de aterrizaje
está replegado, el conmutador 8 sensorial inclinado produce una
salida, que apaga los componentes electrónicos de modo que el
medidor de tensión no realiza mediciones de tensión ni se procesan
por la unidad 3. Sin embargo, cuando el avión para aterrizar
despliega el tren de aterrizaje, el conmutador 8 sensorial
inclinado funciona para encender los componentes electrónicos de
modo que el medidor 2 de tensión comienza a realizar mediciones de
la tensión en el puntal del tren de aterrizaje. Las mediciones de
tensión realizadas por el medidor se generan a un ritmo que es
típicamente de 50 Hz pero que puede variarse para adaptarse a
diferentes aplicaciones. La unidad 3 analiza estos datos para
identificar los valores máximos y mínimos y entonces realiza un
conteo rainflow y después almacena estos valores en la memoria 4 y
descarta valores intermedios. La utilización de un algoritmo
rainflow sirve para reducir la cantidad de datos que se almacenan
en la memoria. Además, debido a que las mediciones de tensión
individuales sólo se realizan durante una pequeña parte de cada
ciclo de muestreo, el subsistema 6 enciende el medidor 2 sólo por
instrucción de la unidad 3 de modo que sólo está encendido durante
el tiempo de muestreo. Típicamente, un intervalo de medición dura 4
ms en comparación con un ciclo de medición de 20 ms. Por lo tanto,
durante los 16 ms restantes de un ciclo de medición, el medidor de
tensión se desactiva, y la unidad 3 se posiciona en un modo
"dormir" de baja potencia para ahorrar potencia.
El subsistema 6 está también configurado para
monitorizar cambios en las mediciones de la tensión durante un
predeterminado periodo de tiempo y para poner ciertos componentes
electrónicos, tal como el controlador del sistema y la unidad 3 de
procesamiento de datos, en un modo "dormir" de potencia baja
cuando las mediciones de tensión se mantienen constantes o varían
sólo ligeramente.
En otra realización de la invención, el
conmutador 8 sensorial inclinado puede remplazarse o utilizarse
junto con otro tipo de conmutador sensorial, tal como un conmutador
sensorial de vibración, para pasar a o desde la condición
"dormir" de baja potencia.
Los datos almacenados en la memoria 4 toman la
forma de una matriz histograma de tensión tridimensional y pueden
analizarse para producir información sobre la resistencia a la
fatiga del tren de aterrizaje o la vida útil restante del tren de
aterrizaje o para identificar aterrizajes bruscos. Con el fin de
acceder a estos datos, la memoria 4 y el suministro 7 de potenciase
se incorporan juntos en una unidad que puede retirarse del
alojamiento 1, de modo que esta unidad puede llevarse a un centro de
procesamiento de datos. La unidad de memoria/potencia puede
remplazarse entonces por una unidad similar que contiene una batería
completamente cargada. Cada unidad de memoria/batería se identifica
mediante un número de serie electrónico único para propósitos de
seguimiento.
En una realización alternativa de la invención,
se proporciona un enlace 9 de comunicación para permitir la
descarga de los datos desde la memoria in situ. También, la
batería puede ser recargable in situ a través del mismo
enlace 9 o un enlace diferente.
Con el fin de reducir el consumo de potencia del
módulo, se emplean preferiblemente componentes electrónicos de baja
potencia, siendo la memoria preferiblemente una memoria RAM ferro
eléctrica y siendo el medidor de tensión preferiblemente un medidor
de tensión de resistencia alta. El consumo de potencia bajo general
significa que el módulo puede presentar una vida de funcionamiento
que puede exceder las 3000 horas utilizando una pila de tipo botón
de litio de 2000 mAh que funciona a 3 voltios.
En una realización alternativa de la invención,
la pantalla 5 LCD puede omitirse.
En otra realización más de la invención, el
controlador de sistema y la unidad 3 de procesamiento de datos
pueden estar adaptados de tal manera que pueden soportar múltiples
canales de procesamiento de datos, y se proporciona un sensor 2
separado para cada canal para permitir que se monitoricen múltiples
parámetros, del mismo tipo o de diferentes tipos.
En otras realizaciones de la invención, el
medidor 2 de tensión puede remplazarse por otro tipo de sensor para
garantizar otro parámetro asociado con el tren de aterrizaje u otras
estructuras, mecanismos o sistemas. Los parámetros típicos incluyen
presión, desplazamiento o temperatura, y el parámetro puede estar
asociado directamente con el componente estructural o puede estar
asociado con su entorno, tal como la temperatura externa, o su
función, rendimiento o estado. Es decir, el aparato según la
invención está relacionado con lo que comúnmente se conoce como
monitorización de seguridad y uso de componentes y sistemas. En
otras realizaciones de la invención, el sensor 2 o sensores, en
lugar de estar incorporados en el alojamiento 1, pueden estar
separados del alojamiento 1, tal como se indica mediante la línea 10
discontinua, de modo que el sensor 2 o sensores pueden situarse
cada uno en una ubicación separada del alojamiento 1.
Claims (19)
1. Aparato para la monitorización de un
parámetro asociado con un componente estructural que comprende un
módulo que puede unirse al componente estructural y que incorpora un
procesador para la recepción y el procesamiento de señales de
medición que corresponden a dicho parámetro desde un sensor, una
memoria para el almacenamiento de datos de dicho procesador, y un
suministro de potencia para alimentar el accionamiento del aparato,
caracterizado porque la memoria y el suministro de potencia
están incorporados en una unidad que puede retirarse del módulo.
2. Aparto según la reivindicación 1, en el que
el procesador utiliza un algoritmo cuando procesa las señales de
medición para reducir la cantidad de datos almacenados.
3. Aparato según la reivindicación 2, en el que
el algoritmo es un algoritmo de conteo rainflow.
4. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el sensor está interconectado
al procesador a través de un subsistema de procesamiento de
señales.
5. Aparato según la reivindicación 4, en el que
el subsistema consiste en un amplificador de instrumentación para
proporcionar ganancia a la señal de medición, y un convertidor
analógico-digital para convertir la señal de
medición analógica amplificada en una señal digital compatible con
el procesador.
6. Aparato según la reivindicación 5, en el que
cada elemento en el subsistema se activa y se desactiva según se
requiera para encender el sensor para realizar una medición.
7. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que incluye un conmutador sensorial que
determina cuándo necesitan o no necesitan realizarse
mediciones.
8. Aparato según la reivindicación 7, en el que
el conmutador sensorial determina cuándo un componente estructural
en un tren de aterrizaje de avión se encuentra en una condición
replegada.
9. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que presenta un modo de funcionamiento
"dormir" de baja potencia que se asume bajo ciertas
condiciones.
10. Aparato según la reivindicación 9, en el que
dichas ciertas condiciones comprenden cuando las mediciones del
sensor se mantienen constantes de manera sustancial.
11. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que presenta un puerto de datos para
permitir la descarga de datos desde la memoria, y la recarga de la
batería al mismo tiempo.
12. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que incluye medios de visualización que
muestran información sobre el componente estructural así como datos
derivados de las mediciones del sensor.
13. Aparato según la reivindicación 12, en el
que la pantalla muestra datos derivados a lo largo de un periodo de
tiempo, o da una indicación de la función, estado y rendimiento del
componente, tal como la resistencia a la fatiga o la vida útil
restante.
14. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que incluye un sensor para medir dicho
parámetro.
15. Aparato según la reivindicación 14, en el
que el sensor está incorporado en el módulo.
16. Sistema de monitorización que comprende
múltiples módulos para la monitorización de parámetros asociados
con diferentes partes de una estructura, siendo cada módulo según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores y presentando,
asociado al mismo, un sensor para realizar mediciones de uno de
dichos parámetros.
17. Sistema según la reivindicación 16, que
incluye sensores adicionales que producen entradas determinadas por
otros aspectos de la estructura, tal como el sistema de
funcionamiento de un vehículo o avión.
18. Aparato según la reivindicación 12, en el
que los medios de visualización comprenden una pantalla LCD.
19. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que un suministro de potencia
comprende una batería.
Applications Claiming Priority (2)
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