JP2008256674A - ワイヤハーネス欠陥を受動的に検出しかつ位置判定するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤ又はワイヤ束における欠陥を検出するための方法及びシステムを提供する。
【解決手段】本システムは、ワイヤ又は束の周りに巻き付けられた１対のセンサ１５０と、ワイヤの周りのセンサによって生成された信号内のパルスを監視するためのデータ収集装置３１０と、診断エンジン３２０とを含む。診断エンジンは、データ収集装置によって捕捉された信号の特徴を判定する解析モジュールと、パルスがワイヤにおける欠陥及び該欠陥の位置を表しているか否かを決定するための判定モジュールとを含む。本システムは、受動的に動作し、またワイヤが信号又は電流を搬送するために使用されている状態でそれらのワイヤを監視するために使用することができ、また監視しようとするワイヤを接続遮断する必要がない。
【選択図】図３

Description

本明細書に記載したシステム及び方法は、総括的には配線システムの監視及び診断に関する。より具体的には、それらシステム及び方法は、ワイヤハーネスにおける摩耗のような故障を検出するための部分放電監視に関する（本発明は、国防総省によって授与された契約第０２４１−０５−Ｄ−０１１６号の下で、米合衆国政府の支援を得て為された。合衆国政府は、本発明に一定の権利を有し得る）。

配線用（ワイヤ）ハーネスは、それらの取扱い及び配線を単純化するために互いに束ねられた一群のワイヤである。ワイヤを互いに群に束ねることは、それらをまとめて取り扱う作業を一層容易にするが、束内の個々のワイヤの検査及び補修を一層困難なものにもする。それに加えて、ワイヤは互いに束ねられているので、ハーネス内のワイヤは、振動又はその他の物理的負荷を受けている間に摩擦及び摩耗を受け、このことにより、ワイヤの劣化を生じまた最終的には性能の喪失を招くおそれがある。この問題は、特にヘリコプタのような高振動環境において重大である。

束ねられたハーネス内のワイヤを監視することは、欠陥をそれらが発生した時に検出し、かつワイヤによって搬送される信号が完全に失われる程ひどくなる前にそれらの欠陥を検出することが望ましい。目視検査、インピーダンス試験及び反射率測定を含む様々な方法が使用されてきた。しかしながら、これらの方法の各々には、限界がある。例えば、航空機内のような多くの環境においては、配線の大部分は、ハーネスを大幅に取り外さずには有効な目視検査ができない。インピーダンス試験では、ワイヤを試験システムに取付けるために、ワイヤを接続及び接続遮断することが必要となる。パルスをワイヤに送り、次に反射が戻ってきた時にその反射のピーク及び波動を調べることを含む反射率測定は、有効な方法ではあるが、発生しつつある問題の大きさが未だ小さい間に、それを検出する能力が一般に低い。事実、摩耗及びすり減りは、そのような方法によっては効果的に検出されない。
米国特許第６，９３０，６１０号公報 米国特許第４，９８８，９４９号公報 米国特許第６，０８８，６５８号公報 米国特許第６，２４２，９００号公報 米国特許第６，３００，７６７号公報 米国特許第６，４４８，７５８号公報 米国特許第６，４４８，７８２号公報 米国特許第７，１４２，２９１号公報 米国特許出願公開第２００２／００９７０５６号公報 米国特許出願公開第２００２／０１３０６６８号公報

現存する監視方法のこれらの及びその他の限界故に、摩耗のような配線欠陥を検出しかつ位置判定するための改良型のシステムが絶えず求められている。

本明細書に記載した方法の１つの態様によると、ワイヤを受動的に監視して欠陥を見出すための方法を提供する。本方法は、第１の位置においてワイヤに第１のセンサを取付けるステップと、第２の位置においてワイヤに第２のセンサを取付けるステップとを含む。センサの少なくとも１つにおいてパルスが検出された時に、第１のセンサから第１のデータセグメントが捕捉され、また第２のセンサから第２のデータセグメントが捕捉されるように、各センサからデータセグメントが捕捉される。パルス及び捕捉データに対応するタイムスタンプもまた、捕捉される。パルスに関連した信号特徴の組が、第１のデータセグメント、第２のデータセグメント及びタイムスタンプから計算される。パルスに関連した信号特徴を使用して、検出パルスが監視対象のワイヤにおける欠陥を表しているか否かを示す欠陥判定が決定される。パルス及びタイムスタンプに関連した欠陥判定は、記憶データベース内に記憶される。

本明細書に記載したシステムの別の態様によると、受動的ワイヤ欠陥検出システムは、１対のセンサ、データ収集装置及び診断エンジンを含む。１対のセンサの各々は、監視しようとする（監視対象の）ワイヤの長さに沿った異なる位置において該ワイヤに取付けられる。データ収集装置は、一対のセンサの各々から信号を受信しかつセンサの１つからの信号内におけるパルスの検出に応答した各センサからのデータセグメントを記録するように構成される。診断エンジンは、データ収集装置からデータセグメントを受信しかつパルスがワイヤにおける欠陥と対応しているか否かを示す欠陥判定を出力するように構成される。

本発明のこれらの及びその他の特徴、態様及び利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様な部品を表している添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読む時、一層よく理解されるようになるであろう。

上述したように、ワイヤの接続を遮断せずに或いはワイヤに高電圧信号を流さずに、ワイヤのすり減りを検出しかつ位置判定することができる利用可能なシステムは、現在のところ存在しない。本明細書に記載した方法及びシステムは、ハーネス内のワイヤを受動的に監視しかつ個々のワイヤにおいて進行しているすり減りのような故障を検出するのに有用である。本システムはワイヤを受動的に監視するので、個々のワイヤにパルスを能動的に流すことは回避することができる。このことは、継続的にかつワイヤが接続されているシステムの動作を妨げずに、監視を実行することができることを意味している。これに加えて、本方法はまた、ワイヤの長さに沿った故障の位置を判定して、目標を一層絞り込んだ補修及びメンテナンスを可能にするために使用することができる。

図１は、単一の例示的なワイヤを示している。ワイヤ１００は、導電性コア１１０を有し、絶縁材１２０の層によって囲まれている。ワイヤ全体は、シース１３０内に包まれている。ワイヤの導電性コア１１０は、電気信号を搬送し、絶縁材１２０及びシース１３０は、ワイヤを機械的な損傷から保護し、またワイヤが他のワイヤのようなその他の導電性材料と直接接触した状態になって該ワイヤの働きを妨げることになるのを防止する。個々のワイヤ１００は、取扱いをより容易にするために、集めてワイヤの束にすることができる。このことに関しては、以下でより詳しく説明する。

図１に示すように、ワイヤ１００は、該ワイヤに取付けられて該ワイヤを通って流れる信号を監視するようになったセンサ１５０を有することができる。１つの実施形態では、電流プローブとも呼ばれるセンサは、ワイヤ１００内の電流を監視することができる軽量かつ可撓性のセンサである。センサは、その上に１つ又はそれ以上の導電性リード線１７０が配置された可撓性の基板１６０で作られる。プローブ１５０の表面は、キャップ１７５で被われて、リード線が隣接する導電性表面と接触するのを防止する。

ワイヤ１００の周りに巻き付けられた時に、センサ１５０のリード線１７０は、ワイヤ１００を囲むトロイダルコイルを形成する。一旦ワイヤに取付けられると、この構成は、センサ１５０がワイヤの導電性コア１１０内を流れる電流に応答するのを可能にする。本質的に、リード線１７０及びコア１１０は、ワイヤ欠陥による放電に応答してリード線内に電流を誘導する変流器を形成する。センサ内のこの誘導電流は、リード線１７０から離れて遠くに取付けられたバーデンレジスタ（図示せず）によって測定することができる。

単一のセンサを使用した単一のワイヤ１００のための図１に示すようなシステムに加えて、図２に示すように、ワイヤの束全体を一度に監視するような電流プローブを使用することも可能である。一般的に、取扱いを一層容易にするために複数のワイヤ１００が互いに束ねられた場合には、それらは、束２００内の各ワイヤ１００が互いにほぼ平行に延びるように配列される。単一の束内のワイヤは一般的に同一の位置間で経路配置されるので、ワイヤの束の各端部に集合コネクタ２１０を設けて、システムの残余部分に対するそれらのワイヤの接続及び接続遮断をより容易にするのが普通である。

ワイヤ１００の束２００を監視する場合には、束内の各ワイヤの周りで別個のセンサ１５０を使用することが可能である。これにより、束の各ワイヤ内を流れる電流についての個別化した情報が得られる。しかしながら、図２に示すように、ワイヤの束全体の外側の周りに単一のセンサ１５０を巻き付けることも可能である。そのような構成は、単一のプローブ１５０が複数ワイヤ１００を監視することを可能にするが、そのような構成では、束２００内の個別ワイヤ１００の信号間を直接区別することは可能でない。

可撓性の巻き付けに加えて、センサは、ワイヤが束ねられている場合もそうでない場合も、ワイヤの端部におけるコネクタ２１０内に埋め込むことができる。例えば、センサは、コネクタ２１０で終端している各ワイヤ１００のために該コネクタ内に埋め込むことができる。それに代えて、ワイヤ１００の束２００全体のために、単一のセンサ１５０をコネクタ２１０内に埋め込むことができる。

さらに別の構成では、各ワイヤのためのセンサをコネクタの本体内に埋め込んだ状態で１対のコネクタを背中合わせに設けることによって、インライン埋込み型センサ２５０を形成することができる。そのようなインラインセンサは、ワイヤの２つの束を結合して、束内のワイヤの監視を行うように使用することができる。センサに関する更なる詳細及び変形形態は、参考文献としてその全体を本明細書に組み入れている、２００５年８月１６日登録の「配線システムのための監視システム及び方法」という名称の米国特許第６，９３０，６１０号において見ることができる。

ワイヤ１００内の電流は、多様な理由によって変化する可能性があり、例えばコア１１０を囲む絶縁材１２０の劣化により、電流の部分放電が生じる可能性があり、この部分放電は、センサ１５０内に誘導された電流に反映される。従って、巻付け型センサ１５０は、ワイヤ内の中心導電体に対する何らの物理的接触も必要とせずに、ワイヤ内の電流の受動的監視を可能にする。部分放電（「ＰＤ」）というのは、ワイヤ１００内の電流の急激な変化を意味しており、これは、絶縁破壊時に又はワイヤと別の構成要素との間に電流アークが生じた時に発生する可能性がある。

下記のシステムは、監視する（監視対象の）ワイヤ又はワイヤ束の長さに沿った異なる位置における１対のセンサからの情報を検討することによって動作する。例えば、本システムは、同一のワイヤの長さに沿って配置された２つのセンサに関連したデータを解析することができる。ワイヤの束がまとめて監視される（つまり、束全体に対して１つのセンサが使用される）場合には、一対のセンサは、両者共に個々のワイヤの同一の集合を監視するのが望ましい。

本システムは、監視を行い、２つ以上の多くのセンサからデータを受信することができる。しかしながら、本明細書に記載した解析では、データは常に、同一のワイヤ又は同一のワイヤ束上に配置された幾つかのセンサ対に基づいて検討される。

図３には、監視を行うための例示的なシステムを示している。監視システム３００は、それらが監視しているワイヤ内の電流に関するリアルタイムデータを生成する多数のセンサを有する。図面において、そのようなセンサは、１つの位置において束２００内の各ワイヤ１００上に配置された一連の個別の可撓性センサ１５０を含む。ワイヤ束２００の長さに沿って配置されてワイヤを個々に監視するインラインセンサ２５０は、このセンサ対に代わるその他のセンサとして使用される。

上に指摘したように、様々なセンサ型（インライン型、埋込み型、個別巻付け型、その他）は、単一のワイヤの長さに沿って配置することができ、またこれらセンサは、使用中の異なるワイヤ又はワイヤ束に沿って配置することができる。しかしながら、解析されるデータは、常に同一のワイヤ又はワイヤ束上のセンサ対に基づいて取り扱われることになる。図３に示す実施形態では、束２００内の各ワイヤ１００のための両センサ位置に関連したデータは、解析に適した対を形成する。

各センサは、特定のワイヤ１００又は束２００と関連しており、より具体的には、監視対象のワイヤによって搬送される１つ又は複数の信号と関連している。これに加えて、各センサは、ワイヤ又は束の長さに沿った、或る基準点から測定した位置と関連している。

センサの出力は、記録のために高速データ収集装置（ＤＡＱ）３１０に送信される。ＤＡＱ３１０は、各センサから入来する信号に注目し、或る時間にわたって各位置における各監視対象のワイヤについての信号を監視する。ＤＡＱはまた、データのアナログ−デジタル変換を行うことができる。この信号データは、処理及び解析のために診断エンジン３２０に送信される。エンジン３２０は、各センサ及び位置のデータを解析して、監視対象の配線内の故障を検出しかつその位置を判定する。診断エンジンは、受信データが監視対象のワイヤ１００における１つ又はそれ以上の欠陥の存在を示しているか否かを決定するために、診断アルゴリズム及び判定モデルを使用する。確認された場合には、そのような欠陥及びそれらに関連したデータは、データベース３３０又はその他の記憶システム内に記憶することができ、またパイロット又はメンテナンス要員のようなユーザに対して情報を提供するために、報告システム３４０によって使用することができる。

ＤＡＱ３１０は、入来する各センサのデータを監視し、またデータ群を保管しかつトリガ条件が満たされた時にそれを診断エンジン３２０に送信することによって一定の条件に応答するように構成される。例えば、トリガ条件は、信号内に特定の変化率が観察された時はいつでもその信号を選択して捕捉するように選ぶことができる。それに代えて、トリガは、特定の閾値以上（又は以下）である絶対電圧レベルに関連させることができる。そのようなトリガ条件に加えて、ＤＡＱはまた、入来する特定周波数の信号をサンプリングするように構成することができる。ＤＡＱの動作及びトリガ条件の組合せは、以下では「ＤＡＱパラメータ」と呼ぶ。一般的に、ＤＡＱパラメータは、監視対象のワイヤ内にパルスが検出された時に、ＤＡＱにデータを捕捉させかつ該データを送らせるように選択される。そのようなパルスは、例えばワイヤの部分放電事象により生じる火花によって、或いはワイヤ上のノイズによって引き起こされる可能性がある。

ＤＡＱがトリガ条件を満たした信号をそのセンサの１つから検出した時に、ＤＡＱは、そのセンサ及びそのセンサと対を成すあらゆるその他のセンサの多数の連続的データ読取り値を捕捉することになる。一般に、それは、その他の位置において同一のワイヤ又はワイヤ束を監視するように構成されたその他のセンサによるものとなるであろう。トリガ信号を発生しているセンサのそれらのデータセグメント、及びトリガ信号を有する対を成すセンサと関連したあらゆるセンサのデータセグメントは、解析のために適当なタイムスタンプと共に診断エンジンに送られる。

図４は、トリガ事象が発生した時におけるセンサの一対のデータセグメントにつての、診断エンジン３２０による取扱いを示している。対になった各センサの信号データ４００並びに該捕捉信号データ４００につての時間に対応したタイムスタンプ４１０は、ＤＡＱ３１０から診断エンジン３２０に送信される。捕捉データに加えて、診断エンジン３２０はまた、ＤＡＱの動作規定を特徴付けるＤＡＱパラメータ４２０とそのデータを解析しようとする一対のセンサ１５０の位置間距離４３０との検索を行う。ＤＡＱパラメータ４２０及びセンサ間距離４３０は、ＤＡＱ内に記憶しかつ必要に応じて診断エンジン３２０に送ることができ、或いはエンジン３２０と関連したものとするできる参照テーブル又はその他の記憶装置を介してエンジン３２０に利用可能とすることができる。例示的なＤＡＱパラメータとしては、該ＤＡＱに使用するトリガレベル（例えば、１００ミリボルト）、並びにその周波数でＤＡＱが各センサからデータを記録するサンプリング周波数を含むことができる。

診断エンジン３２０は、入来するデータを評価するために使用する２つのモジュール、すなわち入来する信号データ４００と関連した信号特徴４６０の組を決定するために使用する解析モジュール４５０と、信号特徴４６０並びにＤＡＱパラメータ及びセンサ間距離のようなその他の情報を使用して、センサ信号データに関連したあらゆる欠陥の性質及び位置に関して判定を行う判定モジュールとを含む。この欠陥判定４８０は、検出した信号が監視対象のワイヤ内の欠陥を表しているか否か、そのような欠陥の位置、及びその判定に関連した信頼度の尺度を含むことができる。

図５は、所望の信号特徴４６０を生成するために解析モジュール４５０によって使用される様々なモデルを示している。これらのモデルには、曲線近似モデル５００、ノイズモデル５１０、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）モデル５２０、及び統計モデル５３０が含まれる。これらのモデルの各々は、入来するデータ、例えば信号データ４００を解析するために使用する実行可能コードの組を含み、診断エンジン３２０内でのモデルの実行により、その信号に対して解析モジュール４５０が決定する１つ又はそれ以上の信号特徴４６０が生成される。各モデル及びその出力信号については、以下において一層詳しく説明する。

入来する信号データに対してワイブル解析を行なうために、曲線近似モデル５００が使用される。この解析は、信号データ４００についてのワイブル分布を特徴付けるために使用することのできる尺度及び形状の１対の最尤推定値を生成する。形状及び尺度パラメータは、下記の等式１で使用した時に、受信した信号データと適合するモデルを生成するパラメータである。そのような方法は、受信したデータに対応する確率分布関数を近似する方法として、当技術分野において公知である。

尺度パラメータは等式１中の「ａ」であり、一方、形状パラメータは「ｂ」である。一対の信号の各々についてのデータのためのパラメータを決定するこの解析が行われて、対を成す各信号についての形状及び尺度パラメータが生成される。これら４つのパラメータの各々は、解析した信号データ４００の特徴４６０の一部として出力される。

ノイズモデル５１０は、ワイヤにおける故障を表すデータ信号と信号内の単なるノイズとを区別するために判定モジュール４７０が使用することができるデータを生成するために使用される。信号データ４００の振幅スペクトル推定値が計算され、次にその信号のＤＣ振幅が信号データから減算される。次に当技術分野において公知であるように、非ＤＣ信号の主周波数及びその振幅が計算される。自己相関関数の振幅スペクトルを使用するような方法を使用して、信号データの周波数推定値を改善することができる。主周波数及びその振幅は、解析した信号データ４００の特徴４６０として出力される。

ＦＦＴモデル５２０は、信号データ４００に対して離散フーリエ変換を行なって、信号の成分周波数を決定するために使用される。フーリエ変換は、信号データとサンプリング周波数（ＤＡＱパラメータ４２０の１つ）とを使用し、かつそれらを当技術分野において公知であるような高速フーリエ変換アルゴリズムに供給することにより計算することができる。１０個の最上位成分周波数が、信号の特徴として出力される。

統計モデル５３０は、データ信号４００に関連した共通の記述統計を抽出する１群の統計ル−チンである。そのようなパラメータは、当技術分野において公知であり、信号の最小値、信号の最大値、平均値、調和平均値、幾何平均値、信号の根二乗平均値、波高率、絶対偏差値、標準偏差値、スキュー値、尖度値、回帰平方根値、及び信号の最大値時間を含むことができる。これらの計算結果の各々は、信号特徴４６０の一部として出力される。

信号データ４００、タイムスタンプ４１０及びＤＡＱパラメータ４２０に対する上記モデルの各々の適用により、信号特徴４６０が生成される。上記のような信号特徴は、信号の全体を再生する必要なしに信号を全体的に記述するパラメータの組である。信号特徴は、以下に説明するように、判定モジュール４７０内で使用することができるようになり、また記憶データベース３３０内に直接記憶することもできる。上で適用したモデルに加えて、解析モジュールはまた、任意選択的に、例えば離散余弦変換を使用することによって信号の圧縮を行って、信号特徴と共に信号データそのものを記憶することもできる。

解析モジュール４５０が信号特徴４６０を計算し終えると、それらの特徴は、最終的な欠陥判定４８０を決定するために、判定モジュール４７０に送られる。図６に示すように、欠陥判定は、信号特徴４６０、ＤＡＱパラメータ４２０及び信号データ４００を発生した一対のセンサ１５０間の既知の距離４３０を使用して決定される。欠陥判定４８０を構成する要素は、信号が放電（ワイヤ内の欠陥を示している）又はその線上のノイズを表しているか否かを示すフラグと、信号がノイズであると決定されなかった場合における検出放電事象及び欠陥の位置とである。

図６は、判定モジュール４７０に送られたデータに対して行われる処理を概略的に示している。ステップ６００で示すように、ノイズモデル５１０によって決定されたノイズ周波数は、ＦＦＴモデル５２０によって決定された４つの最上位成分周波数と比較される。ノイズ周波数がトップ４の最上位成分周波数の１つの１％内でない場合には（ステップ６０５）、その信号はノイズ信号としてフラグを付けられ（ステップ６１０）、欠陥判定４８０を出力する（ステップ６１５）。

ノイズ周波数が４つの最上位成分周波数の１つの１％内である場合には（ステップ６０５）、信号が両センサからの信号についての放電の発生可能性と見なすことができるか否かについての決定が為される。これは、２つの値、すなわちワイブル形状パラメータ（等式１における「ｂ」）とワイブル尺度パラメータに対するノイズ振幅の比率（ワイブル尺度にわたるノイズ振幅、つまりＮＯＷＳ）とに基づいている。ワイブル形状が１対の所定の限界値つまり境界値（Ｌ１及びＬ２）間でありかつＮＯＷＳが別個の一対の所定の境界値（Ｌ３及びＬ４）間である場合には、そのセンサからの信号は、放電を表していると見なされる。境界値は、後述するように、システムのセットアップ時に実験的に決定される。この解析は、各センサに関連したデータに対して別個に行われる。

ステップ６２０において、ワイブル尺度に対するノイズ振幅の比率が、両方のセンサの信号について計算される。ワイブル形状が両方の信号についてＬ１及びＬ２間でありかつＮＯＷＳが両方の信号についてＬ３及びＬ４間である場合には（ステップ６２５）、信号は放電事象を表していると暫定的に見なされる。また、放電の位置は、後述するように計算される（ステップ６３０）。両方の信号が所定の境界値の範囲内の値を有しない場合には、それらの信号はノイズとして特徴付けられる（ステップ６１０）。

ステップ６３０において、信号データ４００によって表された放電事象の推定位置が決定される。この推定は、センサ１５０の各々におけるピーク信号の到達時間及びそれらセンサ間の既知の距離に基づくものである。放電事象によって生じた信号の乱れは、それが各センサにおいて検出されるまで、監視対象のワイヤに沿って両方向に一定速度で伝播すると仮定することによって、第２のセンサの方向での第１のセンサからの距離を推定することができる。この距離を推定するために使用する式は、等式２で示しており、この式において、ｄはセンサ２に向ってセンサ１から欠陥位置までの距離であり、Ｌはセンサ間の距離であり、ｖはワイヤに沿った伝播速度であり、ｔ_１はセンサ１における信号最大の時間であり、またｔ_２はセンサ２における信号最大の時間である。

ｄの計算値がゼロよりも大きいか又はゼロに等しい場合には（ステップ６３５）、信号は、欠陥判定４８０において放電事象としてフラグが付けられ、またその事象の位置が、欠陥判定４８０に加えられる（ステップ６４０）。ｄの計算値がゼロよりも小さい場合には、信号は、ノイズとしてフラグが付けられる（ステップ６１０）。

上述したように、境界値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は、欠陥の存在を独立して確認できる環境においてシステム３００を実験的に動作させる方法によって決定される。実験的に動作させている間に、全ての事象についての信号特徴が、捕捉される。次に、偽陽性と偽陰性との間での適正なバランスを得るために、ＮＯＷＳ及びワイブル形状の境界値が計算される。

上述した様々なモデルは、当技術分野において公知であるような多様な方法を使用して計算することができる。１つの実施形態では、モデルは、汎用コンピュータ上でプログラムされたル−チンを使用して動作させることができる。ル−チンは、直接プログラムすることができ、或いはマトラブ（Ｍａｔｌａｂ）のような解析パッケージを利用することができる。他の実施形態では、適切な解析ル−チンは、ファームウエア又は専用ハードウエア内で実行することができる。様々な実施形態では、モデルは、その配線が監視されている装置上、又はＤＡＱ３１０からデータを受信することができる別個の診断装置上に設置されたハードウエア上で動作させることができる。このようにして、診断エンジン３２０は、様々な用途に適するようにハードウエアとソフトウエアを組合せたものとして実施することができる。

さらには、ＤＡＱ３１０及び診断エンジン３２０間での、そしてまた診断エンジンのモジュール４５０、４７０内でのデータの通信は、様々な方法で実行することができることが分かるであろう。例えば、データは、ＤＡＱ３１０によって捕捉することができ、次に診断エンジン３２０に無線で送信することができる。診断エンジン３２０は次に、該診断エンジンのハードウエアと物理的に接続された記憶データベース３３０にその結果を送信することができる。報告（後述する）は、診断エンジン３２０自体から遠方に設置されたディスプレイに対して無線で行うことができる。

図３及び図４に戻ってこれらを参照すると、欠陥判定４８０は、関連した信号特徴４６０又は信号データ４００そのもののコピーと共に、記憶データベース３３０に送信することができる。記憶データベースは、監視対象のワイヤの状態をさらに検討するために後の時点でそこから情報を検索することができる記憶部位を提供する。記憶データを使用する１つの方法は、報告システム３４０によるもであり、報告システム３４０は、どのワイヤが最も多くの放電事象を経験しているか、従って最も多くのすり減り及び摩耗を受けているかという簡潔な報告を行うことができる。そのような報告は、配線のどの部分が最も交換を必要としているかを知るために、定期メンテナンス時に提供することができる。

報告システムを使用して定期メンテナンス時に記述的報告を提供することに加えて、報告システムはまた、緊急の手当てを必要とする可能性がある欠陥又は摩耗の存在を示すパターンを検出するために、データベースに加えられる欠陥判定をリアルタイムに監視するために使用することができる。各監視対象のワイヤ内に見られる欠陥の位置及び頻度を追跡し続けることによって、報告システムを使用して、パイロット又は緊急の手当てを必要とする区域の担当整備員のような人に警報を発することができる。

本明細書に記載したシステム及び方法の実験テストは、そのような受動的監視システムが変動する電圧で信号を搬送するワイヤ内の欠陥を監視するために使用することができることを実証した。テスト電圧としては、４００Ｈｚの交流１１５Ｖ、直流２８Ｖ、直流５Ｖ、及び直流１Ｖが含まれた。特に低電圧システムに使用する場合には、そのような能力は、監視の受動的性質によって一層有効なものになる。本記載したシステム及び方法を使用することにより、試験対象のワイヤを周期的に接続遮断する必要なしに、また試験対象のワイヤに対して高電圧テスト信号を送信する必要なしに、ワイヤは監視することができる。これらの両方を行うことは、特にワイヤ自体が軽量である場合には、ワイヤ内の絶縁材の付加的な摩耗を生じさせる可能性がある。

受動的監視を利用することに加えて、本記載したシステム及び方法は、ワイヤの接続遮断又はワイヤハーネスに対する外部負荷の適用を必要とする監視システムとは異なり、リアルタイムの搭載式使用に適している。そのような軽量かつ比較的安価なセンサを使用することによって、監視システム全体は、乗物の目的を大幅に損なわずに、監視を必要とする乗物又はその他のシステムに搭載することができる。

リアルタイムに動作できることに加えて、常に接続された状態にあることは、アーク故障回路遮断器のようなその他の安全システムが反応できる前に、本監視システムが故障を検出しかつ位置判定できることを可能にする。破損に先立ってそのような進展中の欠陥及び故障を検出することによって、装置全体の寿命を維持し、かつシステムの信頼性及び待機性を向上させることができる。テストにおいては、５１１μｍといった小さなすり減りが信号を発生させ、その信号が、本システムによって欠陥として検出されかつ類別された。

従って、上記した監視方法の様々な実施形態は、ワイヤ及びワイヤハーネス内の進展中の欠陥のリアルタイムな検出を行う方法を提供する。これらの方法及びシステムはまた、ヘリコプタ又は飛行機のような移動プラットフォームにおける使用に適した搭載式検出システムを可能にする。

言うまでもなく、上記のような全ての目的及び利点が、いずれの特定の実施形態によっても必ず達成することができるとは限らないことを理解されたい。従って、例えば本明細書に記載したシステム及び方法は、本明細書に教示又は示唆したようなその他の目的又は利点を必ずしも達成することなく、本明細書に教示したような１つの利点又は１群の利点を達成又は最適化する方法で具体化又は実施することができることが、当業者には分かるであろう。

さらに、異なる実施形態による様々な特徴は相互に置き換えることができることが、当業者には分かるであろう。例えば、１つの実施形態に関して説明したリアルタイムの報告は、その後の定期的メンテナンス時に使用するために、記憶した欠陥データと共に使用するようにすることができる。同様に、当業者は、上記の様々な特徴並びに各特徴についてのその他の公知の均等物を組合せかつ調和させて、本開示の原理に従って付加的なシステム及び方法を構成することができる。

本明細書におけるシステムは、特定の好ましい実施形態及び実施例と関連させて開示してきたが、本発明は、具体的に開示した実施形態を越えてその他の別の実施形態並びに／或いは本明細書におけるシステム及び方法またそれらの自明な変更形態及び均等形態の使用へと拡がることが、当業者には理解されるであろう。従って、開示した発明の技術的範囲は、上記した特定の実施形態によって限定されるべきではなく、提出した特許請求の範囲を公正に読むことによってのみ決定されるべきである。

航空機用配線システムの１つの実施形態で使用することができるような例示的なワイヤ及びセンサを部分断面で示す図。 ワイヤの束で使用したセンサの実施形態を示す図。 ワイヤを監視して欠陥を見出すための例示的なシステムの１つの実施形態を概略的に示す図。 診断エンジン内を通るデータフローの１つの実施形態を示す図。 解析モデル内を通るデータフローの１つの実施形態を示す図。 判定モデルの動作の１つの実施形態を示す図。

符号の説明

１００ ワイヤ
１１０ 導電性コア
１２０ 絶縁材
１３０ シース
１５０ センサ／電流プローブ
１６０ 基板
１７０ 導電性リード線
１７５ キャップ
２００ ワイヤの束
２１０ コネクタ
２５０ インラインセンサ
３００ 監視システム
３１０ データ収集装置（ＤＡＱ）
３２０ 診断エンジン
３３０ 記憶データベース
３４０ 報告システム
４００ 信号データ
４１０ タイムスタンプ
４２０ ＤＡＱパラメータ
４３０ センサ間距離
４５０ 解析モジュール
４６０ 信号特徴
４７０ 判定モジュール
４８０ 欠陥判定
５００ 曲線近似モデル
５１０ ノイズモデル
５２０ ＦＦＴモデル
５３０ 統計モデル
６００ ノイズ周波数を成分周波数と比較する
６０５ ノイズ周波数は、トップ４の周波数成分の１％内であるか
６１０ ノイズとしてフラグを付ける
６１５ 欠陥判定を出力する
６２０ ＮＯＷＳを計算する
６２５ ＮＯＷＳ及びワイブル形状は境界値内であるか
６３０ 位置を計算する
６３５ 位置＞＝０であるか
６４０ 放電事象として信号にフラグを付ける

Claims (10)

1. ワイヤを受動的に監視して欠陥を見出す方法であって、
   第１の位置においてワイヤに第１のセンサを取付けるステップと、
   第２の位置において前記ワイヤに第２のセンサを取付けるステップと、
   前記第１のセンサからの第１のデータセグメント、前記第２のセンサからの第２のデータセグメント、並びに前記第１のセンサ及び第２のセンサの少なくとも１つにおいてパルスが検出された時のタイムスタンプを捕捉するステップと、
   前記第１のデータセグメント、第２のデータセグメント及びタイムスタンプからのパルスに関連した信号特徴の組を計算するステップと、
   前記パルスに関連した信号特徴を使用して、前記検出パルスが前記監視対象のワイヤにおける欠陥を表しているか否かを示す欠陥判定を決定するステップと、
   前記パルス及びタイムスタンプに関連した欠陥判定を記憶データベース内に記憶するステップと、
   を含む方法。
2. 前記計算するステップが、それらの各々が前記信号特徴の少なくとも１つを生成するために使用される曲線近似モデル、ノイズモデル、ＦＦＴモデル及び統計モデルを含む解析モジュールを使用して行われる、請求項１記載の方法。
3. 前記曲線近似モデルが、前記第１のデータセグメント及び第２のデータセグメントの各々についてのワイブル尺度及びワイブル形状を計算するために使用され、
   前記ノイズモデルが、前記第１のデータセグメント及び第２のデータセグメントの各々についてのノイズ周波数及びノイズ振幅を計算するために使用され、
   前記ＦＦＴモデルが、前記第１のデータセグメント及び第２のデータセグメントの各々内に見られる複数の成分周波数を計算するために使用され、また
   前記統計モデルが、前記第１のデータセグメント及び第２のデータセグメントの各々についてのピーク信号時間を計算するために使用される、
   請求項２記載の方法。
4. 前記決定するステップが、
   前記ノイズ周波数を各データセグメントの最上位成分周波数と比較するステップと、
   各データセグメントの前記ワイブル尺度に対する前記ノイズ振幅の比率を計算するステップと、
   前記比率を第１の所定の境界値の組と比較するステップと、
   前記ワイブル形状を第２の所定の境界値の組と比較するステップと、
   前記検出パルスに関連した位置を計算するステップと、
   を含む、請求項３記載の方法。
5. 前記第１のセンサ及び第２のセンサの各々が、可撓性基板及び前記基板上に配置された導電性リード線を含み、前記センサが前記ワイヤの周りに巻き付けられた時に、該ワイヤ内の電流の変動によって前記導電性リード線内に電流が誘導されるようになる、請求項１記載の方法。
6. その各々がワイヤに取付けられて該ワイヤの長さに沿った異なる位置において監視するようになった１対のセンサと、
   前記一対のセンサの各々から信号を受信しかつ前記センサの１つからの信号内におけるパルスの検出に応答した各センサからのデータセグメントを記録するように構成されたデータ収集装置と、
   前記データ収集装置から前記データセグメントを受信しかつ前記パルスが前記ワイヤにおける欠陥と対応しているか否かを示す欠陥判定を出力するように構成された診断エンジンと、
   を含む受動的ワイヤ欠陥検出システム。
7. 前記センサの各々が、可撓性基板及び前記基板上に配置された導電性リード線を含み、前記センサが前記ワイヤの周りに巻き付けられた時に、該ワイヤ内の電流の変動によって前記導電性リード線内に電流が誘導されるようになる、請求項６記載のシステム。
8. 前記診断エンジンが、信号特徴の組を計算するように構成された解析モジュールと、欠陥判定を生成するように構成された判定モジュールとを含む、請求項６記載のシステム。
9. 前記データセグメントの各々に関連した信号特徴の組が、各受信したデータセグメントについてのワイブル尺度、ワイブル形状、ノイズ周波数、ノイズ振幅、複数の成分周波数、及びピーク時間を含む、請求項８に記載のシステム。
10. 前記判定モジュールが、前記ノイズ周波数を各データセグメントの最上位成分周波数と比較し、各データセグメントの前記ワイブル尺度に対する前記ノイズ振幅の比率を計算し、前記比率を第１の所定の境界値の組と比較し、前記ワイブル形状を第２の所定の境界値の組と比較し、かつ前記検出パルスに関連した位置を計算するように構成される、請求項９記載のシステム。

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