JP2009511884A - 漏れ検知器 - Google Patents

Abstract

ライン（１０１）の漏れ（４０２）を検知する漏れ検知器を提供する。漏れ検知器はライン（１０１）に結合する放射を生成する送信部（１００）を含む。受信部（１０７，１０８，４０４）によって、漏れ口（４０２）を通ってライン（１０１）から出現した放射（４０３）を受信して、漏れ口（４０２）を検知するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサ技術の一般技術分野に関する。本発明は、具体的には、特にライン中の漏れを検知する漏れ検知器、ライン中の漏れを検知する装置、及びライン中の漏れ口を検知する方法に関する。
（関連出願の相互参照）

本出願は、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００５年１０月１２日出願の独国特許出願第１０ ２００５ ０４８ ７２６．２号の出願日の利益を主張する。

多くの現代の航空機では、エンジンの所定の位置から一部の圧縮空気（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ａｉｒ）が除去されている。このように一般に「ブリード空気」と呼ばれるエンジンからの空気を使用することによって、コンプレッサの使用を避けることができる。一般的に、このようなブリード空気は比較的高圧（最高５０ＰＳＩ）であり、またエンジンの圧縮段階の１つから取り出されるため、それに相応して約３００℃の高温となる。約２００℃から２６０℃まで冷却した後、空気はラインによって航空機内の様々な消費先で利用される。ブリード空気は、特に、空調用および供給用の空気として利用される。

このため、大きな圧力のかかった高温のブリード空気を配管ライン系統によって消費先まで運ぶ必要がある。例えば、配管の破損などの障害が発生した場合、この高温の空気は障害発生位置の配管から発散し、周囲に直接影響を与えることがある。この結果、セルもしくは区画の構造部材、または電力ライン、油圧ライン、もしくは燃料ライン等の他の傷つきやすい構成部品は、高温にさらされる可能性がある。状況によっては、このよう高温によって航空機の安全に影響が及び重大な事態が発生することがありうる。

そのため、ライン系統またはラインの裂け目または漏れ口を検知するためのラインセンサが現在知られている。ラインセンサはすべての配管ライン沿って設置される。前記ラインセンサは、コアとジャケットを含む、厚みが数ミリメートルの円筒型ラインを備えている。コアとジャケットの間には特別な物質が存在する。応答温度を下回る温度では、この充填物の電気抵抗は非常に高くなる。薄板型センサを製造する過程で、応答温度を所定の限界以内に定めることができる。

しかし、充填物の電気抵抗は応答温度を超えると、不連続に数十上昇する。システムはこの抵抗の変化を測定および検出できる。

センサは配管ラインの極めて重要な領域に沿って配置され、高温の空気の放散によって加熱される。応答温度に達すると、抵抗の変化から漏れが検知され、影響を受ける部位への空気の供給が付加的な電子機器によって遮断される。

従来、漏れの検知はそのようなセンサラインによって行われていた。しかし、例えば航空機産業において温度に敏感なプラスチックの使用が増加したことによって、破損した配管ラインの部位を迅速に遮断することが必要となっている。このため、今日においては満たすべき要件がさらに厳しくなり、従来技術では要件を満たすことは容易ではなくなっている。

特定の条件下では、ライン中に漏れが発生してからこの漏れが検知されるまでに非常に長い時間を要する場合がある。更に、配管が並んで敷設されている場合、一つの配管の裂け目によって最初に他の配管のセンサが作動し、この結果として誤った配管ライン、或いは二つ配管ラインが遮断されてしまう可能性がある。

本発明は、ラインの漏れを検知する信頼性の高いシステムを提供することを目的とする。

本発明の代表的な実施の形態によると、ラインの漏れを検知する漏れ検知器を提供する。本構成において、漏れ検知器は、放射を生成する送信部と、受信部を含む。生成された放射は、ラインに結合できる。受信部は、漏れ口を通ってラインから出現した放射を受信して、漏れ口を検知できるように設計されている。

本発明の他の代表的な実施の形態によると、上述の特徴を有する漏れ検知器とラインを含む、ラインの漏れを検知する装置を提供する。

本発明の更に別の代表的な実施の形態によると、放射をラインに結合し、漏れ口が存在する場合は、漏れ位置を通って出現する放射を受信することによって、漏れを検知する、ラインの漏れを検知する方法を提供する。

本発明の代表的な実施の形態によると、ラインに導かれた放射によって、漏れ口を検出することができる。ラインは、配管、配管系統、一般的にはライン系（ｌｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ）であってもよい。上記放射はライン中を搬送される物質とは異なる物理量でよい。これに関連して、物質（ｍａｔｅｒｉａｌ）という用語は水蒸気、高温の空気、又はその他の搬送される物質を表すこともある。換言すると、漏れ口は直接物理的に作用するエネルギー、例えば、航空機のタービンからの高温のブリード空気を計測すること（のみ）によって検知するのではない。その代わりに、検知する用に、物理的に作用する物質とは別の処理パラメータ、例えば、放射を用いて、欠陥のある箇所を検知できるようになっている。このようにして、検知処理を搬送処理から切り離すことができる。したがって、この計測処理パラメータ、例えば放射を検知するように受信部を設計及び寸法の決定を行うことができる。

このため、検知に対する反応を、実際に搬送する必要のある物質から切り離して行うことができる。例えば、搬送する物質が高温流体である可能性がある。確かに、ライン、特にライン配管からの流体の漏れは、センサを加熱することによって検知できる。しかしこれは、表示又は反応を起こす前に、例えば、温度センサが所定の温度に達する迄加熱されなくてはならないことから、物質が配管から漏れてから物質が検知される迄、時間の遅延が発生する可能性がある。

有利な方法、例えば、放射を検知に用いて、検知処理を搬送する物質、或いは物質又は集合体の状態とは切り離して実行する場合、検知処理を迅速にできる。加熱による検知の場合、先ず、センサが作動温度に加熱される迄、いくらかの時間が経過するが、例えば、電磁波などの放射は光束で伝播し、配管らの漏れがある場合は、迅速に検知できる。

有利なことに、放射を用いることによって、反応時間、又は発生した漏れの検知速度を改善できる。この結果、例えば、ブリード空気が配管から発散し、周囲を破損する前に、欠陥のある配管を適時に遮断することができる。

本発明の更なる代表的な実施の形態によれば、受信部はラインの外側に配置する。このようにして、配管から発散する放射を検知できる。

本発明の更なる代表的な実施の形態によれば、送信部と受信部の両方が評価部に接続される。本装置では、評価部は送信装置を制御することができ、具体的には、評価部は送信部から発信される信号を決定できる。更に、評価部は、送信信号の形状または時間系列についての情報を有する。

評価部は受信部にも接続しているため、評価部は受信した信号に関する情報も取得できる。このため、発信した信号と受信した信号を比較できる。個別のコーディング形式または変調形式を用いることによって、発信した信号を受信した信号に割り当てて、発信した信号と受信した信号を同一のグループとすることができる。このように接続することによって、信号が受信部に到達する迄に信号がラインを伝達する伝送時間又は時間応答に関する情報を取得でき、この接続を用いて、漏れ検知器の信頼性を改善し、誤動作に対する耐性を向上することができる。

伝送時間に基づいて、信号がライン内またはラインの周囲領域を伝達する伝送時間の理論値を考慮することによって、障害の発生した場所に関する情報を得ることができる。伝送時間に基づいて漏れ口の場所を判別して、配管内の障害または欠陥箇所をより正確に特定できるので、保守の目的においても有利である。このように、評価部は漏れが生じているかどうかを判断するだけではなく、欠陥箇所の場所を特定するためにも用いることができる。飛行中に欠陥のある系統を単に遮断するのであれば、障害の発生を検知するだけでよい。欠陥箇所の特定は保守作業に極めて有益である。

本発明の更に別の代表的な実施の形態によると、放射は電磁波放射（例えばマイクロ波）、音響放射（例えば超音波）、又は放射線放射（例えばγ線放射）でもよい。ほとんどの場合にラインは流速に応じて伝播する物質の搬送に用いられるため、放射は、検知しやすいが、伝播又は伝播速度が搬送する物質、或いは、物質の集合体の状態とは無関係である処理パラメータを有することができる。一般に、物質の流速は放射の伝播速度よりも遅い。放射を用いると、物質を搬送中に計測ができるので有利である。

計測は配管を使用していない時でも、乾燥状態でも実施できる。実際にシステムを運転する必要がなく、欠陥を検知することができるので、保守作業に有利である。

ライン系の漏れを検知できるようにするため、ラインを分配システムとして使用する処理を実行する必要性を回避できる。ブリード空気用のライン系統または配管ライン系統の漏れを検知する際に、ブリード空気を取り出すためにタービンを可動する必要性も上述のように回避できる。他方で、実際に物質を搬送する動作している間に、検知処理を実行しても全く妨げにはならない。このように、ブリード空気がラインを流れている間でも、ラインの漏れを点検することができる。

本発明の更に別の代表的な実施の形態によると、評価部は受信部と電気バスによって接続される。本装置では、バスを用いて、ラインまたは配管に沿って複数の受信部を配置できる。複数の受信部をバスラインによって相互に接続することができ、複数の受信部の中の各受信部は中央評価部として配置することができる評価部に漏れを報知できる。このように広範囲のライン系統を監視することもできる。

本発明の更にまた別の代表的な実施の形態によれば、評価部は一つの受信部又は複数の受信部に、個別の接続部を用いて１体１の関係に接続できる。受信部と評価部とを直接接続することによって、評価部はそれぞれの受信部と、それらによって送信される信号とに割り当てを行うことができる。このようにして、例えば漏れの位置、特に領域を決定することができる。受信部はしばしば、特定の配管部位を監視するために用いられる。特定の配管部位と関係する受信部によって信号を中央評価部に送ると、中央評価部は欠陥のあるライン領域を検知して、その領域を対象として遮断することができる。

本発明の更にまた別の代表的な実施の形態によれば、発信装置はライン中にモードを励起することができる。本明細書において、「モード」という用語は特に本装置の幾何学的条件によって決定される任意の波形を指す。波は相当する励起によって、ライン内に生じる定常波でよい。モードを用いることによって、特定の幾何学的構造と物理的励起の相互作用による共振挙動を用いて情報を搬送できる。モードは導体中の定常波であっても、モードは信号を特定方向に搬送することができる。

もしラインが配管であり、配管が導電性を有していれば、配管を電磁波の中空導体と見なすことができる。換言すると、そのほとんどが高周波スペクトルである、信号を中空導体に結合する特定の周波数から、配管の長手方向に沿って伝播することができる定常電磁波を形成する。このような波動によって、情報は配管中を配信される。このような情報の配信は基本的に搬送する物質とは無関係に行うことができる。

本発明の更に別の代表的な実施の形態によれば、評価部は信号を搬送波に変調するように構成され、変調された信号は受信部によって受信した放射から抽出できる。具体的には、これは、中空導体中に形成された定常波が、信号をその波に変調して伝達できることを意味する。このため、変調する信号は高周波放射によって変調でき、こうして変調された信号を送信できる。

変調する信号は搬送波を受けるが、搬送波は変調信号よりも高い周波数を有しうる。変調によって特定の信号形を決定することができる一方で、それを搬送波と混合することによってこの変調信号をより高い周波数域に変換できる。ここで、「混合」という用語は伝送技術で知られている、特に低周波信号を高周波域へ増大させる方法を意味することができる。

高周波放射は、より高い周波数域として、例えば１０ＧＨｚから２０ＧＨｚの範囲が可能である。そのような高周波信号は、ライン、配管、または中空導体中で相当するモードを励起し、このモードによって良好な送信を実現できる。ここで、「良好な送信」とは、減衰が可能な限り少ない送信を意味する。

電磁波として、いわゆる、ＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｗａｖｅ）波、ＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ）波、及びＴＥＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ）波が区別されている。これらに関連するモードが存在する。ＴＥ波は伝播方向に電気的成分を持たないのに対して、ＴＭ波は伝播方向に磁気的成分を持たない。ＴＥＭ波は、伝播方向に電気的成分も磁気的成分も持たない電磁波である。好適な送信部を使用することによって、対応する波を励起できる。ライン配管中に励起されるモードは送信部のそれぞれの周波数に依存する。

本発明の更に代表的な実施の形態によると、使用する放射は高周波電磁放射でよい。

本発明の更に代表的な実施の形態によると、低周波信号は高周波放射で変調される。低周波信号を高周波放射で変調することによって、低周波信号はより高い周波域に変換または組み込まれる。低周波信号の周波数は、ライン配管中に電磁波を伝播させるモードを励起するために必要な周波数より低くてよい。低周波信号を高周波放射に変調又は混合することにより、低周波信号を、導体中に相当するモードを励起させることができる、周波数域に変換する状況を実現することができる。例えば、いわゆるＴＥ_１．０波またはＴＥ_１．０モードは、その周波数が最低、例えば６インチ、８インチ又は９インチの各配管径について算出することができる波又はモードを励起することができる。低周波信号はこのように配管部分を通って伝達できる。

本発明の更なる代表的な実施の形態によれば、低周波信号は鋸歯信号または三角波信号でもよい。鋸歯信号または三角波信号は生成することが容易で、又、復元することも容易である。評価部によって決定された信号形状を用いることによって、検知した信号を容易に再び認識できる。三角波変調及び鋸歯変調は、市販のレーダ高度計に用いる連続波周波数変調（ＣＷＦＭ）レーダ技術で利用される方法である。

本発明の更なる代表的な実施の形態によれば、電磁放射は高周波電磁放射に変調された符号化信号でもよい。符号化信号は、例えば、擬似ランダム関数、又は擬似雑音（ＰＮ）でもよい。これによって、ノイズの中でも相関により信号を検出できるため、送信出力を削減しても、信号を再認識することができる。本装置はスペクトル拡散符号化と連携した方法を用いる。

本発明の更なる代表的な実施の形態によれば、放射はパルス状であってもよい。パルス状の放射は、一定のエネルギーで送信する連続放射より少ないエネルギーですむ。例えば１秒に１回送信するパルス状放射を用いると、十分な反応時間を提供することができる。１秒に１回反復するパルス状放射は、漏れが生成してから、数秒以内に漏れを検知して、その漏れに対応するという要件を十分に満たすことができる。

本発明の更なる代表的な実施の形態によれば、受信部は高周波センサでよい。高周波センサは高周波電磁波を検知するように設計できる。

本発明の更なる代表的な実施の形態によれば、受信部はアンテナでよい。アンテナは高周波放射を受信および評価できる。

本発明の更なる代表的な実施の形態によれば、漏れ検知器はラインを封入するジャケット要素を含む。ラインとジャケット要素の間に受信部を配置する。ジャケット要素はライン配管を遮断することができると同時に、漏れの結果、ライン配管から出てくる放射を導くためにも用いることができる。ジャケットがない場合、放射は自由に空間中を伝播できてしてしまう。受信部をラインの外側に配置しており、又、漏れの位置を予測することはできないため、漏れた放射を受信素子の方向へ導くことのできるジャケット要素の形態の装置を備えると有利であると考えられる。このようにして、検知する放射が実際に受信部に到達し、検知するために十分なエネルギーを受信部に提供することを確実にできる。

漏れ検知器によって監視するラインを、物質の流れを導くように設計できる。「物質の流れ」とは水蒸気又はブリード空気も意味する。

本発明の更なる代表的な実施の形態によれば、ラインは配管またはブリード空気ラインでよい。このラインは全て導電性物質で構成されてもよく、或いは、前記ラインが全て導電性物質で構成されていない場合、導電性物質からなる被膜を含んでもよい。被膜し物質を用いることによって、その内部を電磁波が伝播することができる中空導体を画定できる。

本発明の更なる代表的な実施の形態によれば、ライン自体が導電性物質に封入されても良い。このような方法で、外部領域、即ち、ラインのライン配管の外側の電磁波を前方（ｏｎｗａｒｄ）に導くことができる。この装置において、導体は内部導体でよく、ジャケットは同軸ラインの外部導体でよい。同軸ライン中においてもモードを励起できる。高周波とは別に、低周波信号も同軸ラインによって送信できる。放射を導くため、ジャケットは導電性物質で作られてもよく、或いは、導電性被膜を含んでもよい。

別の実施の形態によると、航空機のブリード空気配管ラインの破損を機内で連続的に検知する方法を提供する。

漏れ検知器、及びライン中の漏れを検知する装置について、本発明の代表的な実施の形態の多くの修正例を用いて説明した。これらの実施の形態はライン中の漏れを検知する方法にも適用される。

以下に、本発明の代表的な実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の図１から図４の説明において、同一または対応する要素には同じ参照番号を用いる。

図１はラインの漏れを検知する装置のブロック図である。参照番号１０１はラインを示す。ライン内を伝播する物質の流れは図１に図示していない。物質の流れは方向１１３のみで示す。物質の流れは、例えば、機内供給用にエンジンから取り出したブリード空気とすることができる。ライン１０１は航空機のセル構造１０３の構造部を貫通して取り回している。これらの支持構成材、例えばフレーム、リブ、または縦通材は、例えば翼又は胴体などの航空機部品の構造的補強に用いられる。セル構造１０３の構造部は３つの領域、いわゆる区画１０４，１０５，１０６を分割しており、配管ライン１０１はそれらの区画を通り抜ける。図１のライン１０１及び区画１０４，１０５，１０６は対称に配置されている。即ち、ライン１０１はそのすべての面を区画１０４，１０５，１０６によって取り囲まれた円形の配管ラインである。

区画の長さはそれぞれの設計に対応し、例えば１ｍ〜５ｍ、又は２．８ｍ〜１０ｍまで変化しうる。ライン自体はセル構造１０３の構造部によって遮断されない。ラインまたは系統１０１の外部領域のみが区画１０４，１０５，１０６に分割される。ライン１０１の全長は、例えば、２０ｍ〜５０ｍ、又は４０ｍ〜１００ｍの範囲でよい。ライン１０１はジャケット１０２に封入されている。図１でジャケット１０２は、ライン１０１の、区画１０４，１０５，１０６を通る長さ部分のみを封入している。しかし、ジャケット１０２はセル構造１０３の構造部によって中断される部分を除くライン１０１の全長を封入することもできる。

区画１０４および１０５には２つの受信部が配置されている。受信部１０７，１０８はバスライン１０９を介して評価部１１０に接続している。図１に２つの受信部１０７，１０８のみを示しているが、バスライン１０９に追加の受信部を接続してもよい。或いは、各受信部１０７，１０８を個別のラインを介して直接中央評価部に接続してもよい。

評価部１１０は、結合部１１１を介して、送信部１００で利用することができる高周波放射を生成する。送信部１００は、高周波結合器１１２を介して高周波放射をライン１０１に結合する。高周波信号１１１は、変調を行わない単純な高周波信号でも良く、評価部で高周波放射に変調された低周波信号でよい。更に、結合部１１１を介して、低周波信号を送信部に供給し、送信部１００で混合処理を実行することもできる。

送信部からライン１０１への高周波結合によって、高周波放射は電磁波として矢印１１３で示すように、ライン１０１内部を図１に示す方向に伝播する。ライン１０１が気密、すなわち漏れない状態にある限り、ライン１０１内の高周波放射は受信部１０７，１０８を通過してゆく。受信部は高周波放射を受信しない。

ライン１０１０の区画１０４又は１０５の何れかに漏れ口または欠陥箇所が生じた場合、高周波放射１１３がライン１０１から出て、ジャケット１０２とライン１０１の間を高周波放射１１３の方向に進み、ライン１０１の外部へ伝播する。区画１０４，１０５からの伝播はセル構造１０３の構造部材によって止められる。これによって、欠陥によって配管ライン１０１の外部領域への高周波電磁放射のあるセル領域１０４，１０５，１０６と高周波放射のないセル領域１０４，１０５，１０６が存在する。

対応する区画１０４，１０５，１０６と関連付けられた高周波受信部１０７，１０８が高周波放射の存在を検知し、高周波信号を高周波引入口１１４又は１１５を介して受信し、前記高周波信号を評価して低周波ライン１１６，１１７を介してバスライン１０９に低周波（ＬＦ）信号を載せる。低周波信号は中央評価部１１０が高周波放射に混合した信号でもよいし、単なる警報信号でもよい。警報信号は「高周波検知」の状態と「高周波不検知」の状態を区別できるだけである。換言すると、警報信号はバスラインを所定の電位にするので、評価部１１０はバスライン１０９の受信部のどこかで漏れが検知されたことを検知するだけでよい。中央評価部１１０はそれに応じて対処でき、中央に配置することが可能である。

受信部１０７，１０８は、例えば、ショットキ・ダイオード付きストリップ導体でよい。各受信部１０７，１０８をバスラインの代わりに個別のラインで直接中央評価部１１０に接続すると、欠陥の位置、少なくとも１０４，１０５，１０６のうちどの区画に欠陥があるかについて判別することができる。

中央評価部１１０は所定の周波数の放射を検知する。漏れの大きさは受信した信号の振幅によって中央評価部１１０で推定できる。このため、受信した信号の振幅のアナログからデジタルへの変換が受信部１０７，１０８で行われる。受信部１０７，１０８から中央評価部１１０に送信されるバイナリ信号のＫビット数で、中央評価部１１０は漏れの大きさを推定できる。

評価部１１０は送信信号１１１を時間領域で変調できる。したがって、評価部１１０で実行する相関処理によって、ノイズ中の信号も検知できるため、送信出力を削減できる。時間変調によって、装置の感度も増し、より小さな漏れも検知可能となる。漏れが小さい場合、ライン１０１の外側から得られる検出信号の出力は低くなる。本装置では、小さな漏れとは、使用する周波数に関係する。即ち、高周波波長に対して直径が小さい漏れを小さい漏れと呼ぶ。漏れが小さい場合、高エネルギーの高周波放射は配管１０１の外部にほとんど到達しない。

これらの低エネルギーの信号を用いることによって、例えば、擬似ランダム周波数変調又はスペクトル拡散変調等のコーディングにより、装置の感度を向上させることを支援できる。

特にジャケット１０２と配管ライン１０１の間を絶縁部で満たした場合、内部の導体の波１１３と両導体１０１および１０２の間の波とは伝播速度が異なる。評価部１１０の信号相関化が損傷箇所の測定を間接的に支援する。即ち、送信部１００と受信部１０７，１０８との間の伝送時間の差を測定し、ライン１０１の内部の伝播速度と、配管ライン１０１とジャケット１０２の間の空間の伝播速度を知ることによって、配管の損傷箇所を導くことができる。このため、周波数が５０から２０，０００Ｈｚの範囲の低周波信号を、受信部１０７，１０８から評価部１１０へ、個別のライン（図１に図示していない）を用いて戻す。評価部１１０では、発信した信号を受信した信号と比較して評価する。低周波信号を高周波伝送周波数にほとんど変動することなく変調するため、例えば、鋸歯変調または三角波変調が好適な変調としてあげられる。

図２にジャケット１０２を有するライン配管１０１の縦断面を示す。縦断面図に示すように、ジャケット１０２は配管１０１の配置に対してほぼ平行に延在する。絶縁部２０１はジャケット１０２とライン配管１０１の間に配設される。配管１０１は、例えばチタン、又はチタン合金などの導電性物質を含む。しかし、導電性被膜を含む非導電性物質の被膜を用いて、導電性を得るようにしてもよい。断熱部２０１の厚みは０．５〜２インチ（０．０１〜０．０５ｍ）である。断熱部は非導電性物質、例えばグラスウールを含む。ジャケット１０２は厚みが０．５〜３ｍｍの範囲の薄い導電性チタンホイルもよい。更に、従来の温度センサを長手軸に沿うように孔２０２に取り付けることができる。孔の直径は０．５〜２ｍｍでよい。これらの従来型温度センサは、漏れ検知器を補完するために使用することができる。しかし、付加的な温度センサまたは温度センサラインは必須ではない。

図３に、図２の配管ラインの横断面を示す。配管ライン、即ち、内部配管１０１は直径６．５インチ（０．１７ｍ）〜９インチ（０．２３ｍ）又は６インチ（０．１５ｍ）〜８インチ（０．２ｍ）である。６．５インチ及び９インチが代表的な配管直径である。選択した物質に応じて、配管１０１の壁強度は０．４ｍｍ〜１ｍｍの範囲の値をとることができる。

図４に、本発明の代表的な実施の形態のラインの詳細な縦断面を示す。図４に、電気装置または電空装置４０１によって、例えば、ブリード空気などの物質が貫流する配管領域を隔離するライン１０１を示す。隔離は、例えば、電動弁によって行うことができる。送信部１００によって内部配管１０１に電磁波を結合すると、電磁波は電動弁４０１から長手方向に配管の経路に沿って移動する。本装置では、薄い導体が金属製の弁本体に設けられている。必要な場合、弁の駆動軸をそのような結合性導体として使用できる。

図４に、ライン１０１の管壁中の漏れ口４０２を示す。高周波放射１１３の伝播モードは、例えば、電磁波のＴＥ_１．０モードでよい。損傷または漏れ領域４０２において、高周波１１３の一部がライン１０１とジャケット１０２の間の外側領域２０１に導かれる。

導電性のライン１０１は、導電性のジャケット１０２と共に、同軸ラインを形成する。同軸導体内の漏れ口４０２による結合によって、あるモードの電磁波４０３を励起する。それは、電磁波として同軸ラインの外側導体１０２と同軸ラインの内側導体１０１の間を広がる。外側領域２０１への結合品質４０２は、漏れ口４０２の大きさ、高周波放射１１３に用いる周波数、及びライン１０１と同軸ライン１０１，１０２の両方の幾何学的データに依存する。この品質は高周波技術用いられる指標である。この指標によって、結合品質に関するデータを得ることができる。

高周波放射の周波数が高いほど、波長は短くなり、その放射によって検知できる孔４０２は小さくなる。隙間２０１は同軸導体（内側導体１０１及び外側導体１０２）に相当するため、伝播波の周波数に下方の制限は存在しない。このため、結合されるエネルギー４０３がこの領域を伝播する際の損失は比較的少ない。波動は空間を伝播して最終的にアンテナ４０４に到達し、ライン１１４を介して受信部１０７に伝送される。受信部１０７は、受信した高周波放射から低周波信号を抽出し、検知を行うため、バスラインまたは個別のライン１０９を介して評価部（図４に示していない）に転送する。

２つの区画１０４と１０５は、フレームまたはリブ１０３によって分離されている。漏れ４０２が発生している区画１０４の領域で、高周波放射は外側領域２０１に伝達されるが、区画１０５の領域には漏れがないため、区画１０５の外側領域には高周波放射は存在しない。高周波放射を受信するために用いるアンテナ４０４は、セル構造１０３の構造部に設けられる。前記アンテナ４０４は、区画１０４の領域で外側領域２０１に達する高周波放射を全て受信する。

検知速度はライン１０１及び空間２０１内の電磁波の伝播速度のみに依存するため、基本的に、漏れ４０２が発生すると直ちに高周波放射を検知することができる。電磁波はほぼ光束で伝播する。

これは具体的には、センサの加熱によって漏れを検知しない、即ち、物理的な影響を及ぼすエネルギーを計測することによって漏れを検知するのではないことから、検知する際に、例えば、区画１０４を最初に所定の温度まで加熱する必要のないことを意味する。したがって、破損を迅速に報知することができる。漏れはセンサの加熱、すなわち物理的影響を及ぼすエネルギーを計測することによって検知するのではない。内側配管１０１の異常は電磁結合の結果として検知される。したがって、直ちに破損を報知することができる。

漏出する高周波放射４０３は外側導体１０２と内側導体１０１との同軸の導体の効果によって、内部領域２０１に導かれるため、漏れを検知するために並列の配置に影響を与える、又は配列に配置された漏出する配管の影響を回避できる。これによって、破損に対して安全に対処できる。ある配管が受けた如何なる破損によっても、その破損した配管と並列に敷設された破損していない配管を誤って検知することはない。このため信頼性をもって障害に対処することができる。

エネルギーは中空空間全体に結合されるため、実際の受信部の設置位置とは無関係に広く計測でき、破損の位置は特に重要ではない。エネルギーは中空空間または区画全体に結合されるため、破損の位置は特に重要ではなく、受信部の具体的な設置位置とは無関係に広く計測を行うことができる。現在知られているセンサの場合、迅速な検知を可能とするためには、温空気の噴流が絶縁部の孔２０２から抜け出て直接センサに到達する必要がある。被った破損に応よっては、センサに常に直接到達できるとは限らない。

検知は伝達する物質とは無関係に、適用する処理パラメータを追加して行うため、配管を使用していなくても漏れを検知できる。

センサが迅速に応答をすることを確実にするため、抜け出た空気を可能な限り正確にセンサに到達させる必要ない。

Ａ３８０の翼のように、配管が並んで敷設されていても、ある配管の漏れ口によって、他の配管のセンサが作動して、誤った隔離処置が行わる、或いは、両方のセンサが作動して、両方の配管系が遮断されるという事態を防止できる。抜け出た空気が直接センサに到達しなければ、周囲全体が応答温度まで加熱されるまで漏れを検知できないため、局所的に甚大な被害が発生じ得るという事態が防止できる。

図２及び図３を参照して、最新の配管ラインの設計について以下、説明する。実際の配管１０１で、そのコアはチタンまたはチタン合金でできている。このような配管には様々な直径、例えば、６．５インチ（０．１７ｍ）及び９インチ（０．２３ｍ）のものがある。使用する物質に応じて、壁厚は０．４ｍｍ〜１ｍｍまで変動する。厚さが約１インチ（０．０２５ｍ）の断熱部２０１を配管の周りに設ける。前記断熱部は非導電性物質、例えばグラスウールを含む。外側に向かって導電性の薄いチタンホイルで覆う。チタンホイルには長手軸に沿って小径孔２０２が形成されている。孔２０２の深さは数ｍｍであり、その孔２０２の上部には通常、温度センサラインが設けられている。

図４を再び参照して、上述の配管ラインについて説明する。左側には電気（または電空）装置４０１があり、右側に続く配管部分を隔離するようになっている。このような隔離は、例えば、電動弁によって行う。図４の参照番号１０３は、配管がセル構造１０３の構造部を通り抜けるこれらの位置で、配管の絶縁部及びジャケットが何度も遮断する必要のあることを示す。

本発明の代表的な実施の形態は、内部の導体をＴＥ波（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｗａｖｅ）又はＴＭ波（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ）を搬送するための中空の導電体として使用できるようにしてもよい。このため、弁４０１を改変する。薄い導体１００を弁本体（通常金属製）に設置する。しかし、必要に応じて、弁の駆動軸をこのような結合性導体として使用してもよい。この導体には弁４０１の近傍に配置された送信部１００から高周波電流が供給される。送信部１００の周波数は、ライン１０１の既知の配管直径において伝播結果が減衰しないように選択する。１つの選択肢はいわゆる、周波数が最低のＴＥ_１．０波である。その周波数は、直径（６インチ（０．１５ｍ）、８インチ（０．２ｍ）、９インチ（０．２３ｍ）等）毎に計算できる。

内部配管は発信元から消費先まで、外部への開口部を設けずに引き回しているので、前進する電磁波は内部配管内にとどまる。そのため、正常な状況では計測できるほどの高周波放射が絶縁層２０１に存在することは決してない。内部導電性物質１０１と金属絶縁部１０２との間に中空空間を形成するまさにこの絶縁層２０１内の重要な位置に高周波センサ１０７，１０８を配置する。

通常は、各外側ジャケットの、例えば、貫通部１０３による、遮断箇所の前に、このような一つの検出器１０７、１０８及び受信部を適切に配置する必要がある。出力信号は、単純な警報信号（高周波検知、不検知）でよく、或いは低周波信号（位置を特定するために印加された信号を復調）でもよい。

バスシステム１０９を介して、或いは個別の配線（非表示）を介して相互接続することができる。

障害が発生して内側配管４０２が破損すると、内側導体１０１から高周波放射４０３の一部が空間２０１に結合される。本装置では、結合品質は基本的に破損の形状および大きさに依存する。隙間２０１は同軸導体（内部導体および外部導体）に相当するため、伝播波の周波数に下方の制限は存在しない。したがって、この領域では、結合されるエネルギー４０３の伝播中の損失は比較的少ない。これらの波動は隙間中を伝播し、最終的に受信部１０７，１０８に到達して、検知される。前記受信部１０７，１０８は、受信を通知し、このようにして配管の破損４０２が記録される。

最も簡単な形態では、図１に示すような電気的置換配線図となる。中央評価部１１０が送信部１００を制御し、図示の例では、送信部１００は、所定の周波数で一定時間、出力を調整して放射を、内部配管に連結する。隙間の専用の位置１０３に受信回路１０７，１０８を配置する。出力された信号はバスライン１０９、又は個別のラインを介して中央評価部に送信される。本例では、評価は、所定の周波数の放射を単に検知しているが、漏れ口の範囲の概要を推定するため、振幅に大凡の変化（ｋビット）を持たせてもよい。

拡張した形態では、発信信号を時間について変調できる。一方において、信号はノイズがあっても相関によって検知できるため（例えばＧＰＳ技術と比較）、送信出力を大幅に削減することができる。更に、本装置の感度は、より小さな漏れであっても検知できるように大幅に改善される。

他方では、一般的に、波の伝播速度は内部導体中と隙間中で大きく異なる。したがって、信号相関は破損位置の計測の間接的な支援となりうる。このため、内側配管と隙間内の伝播速度が既知であれば、送信部と受信部の間の伝送時間の差を測定することによって配管の破損位置について結論が導かれる。一般に、受信部から出力される信号は、中央評価部で対応する品質に応じて切り替えることを必須とする低周波信号（５０．．．２０，０００Ｈｚ）である。こうして実際の評価が行われる。

例えば、伝播周波数の揺れの少ない鋸歯変調又は三角波変調が変調として好適である。これは市販のレーダ高度計で用いられる周知のＣＷＦＭレーダ技術である。又、ＧＰＳ技術で用いられる擬似ランダム周波数変換も想定できる。

なお、「含む」が他の要素またはステップを排除するものではなく、「ある」又は「１つ」が複数を排除するものでないことを指摘しておかなければならない。更に、上記の一つの代表的な実施の形態について説明した特徴又はステップは、上記の他の代表的な実施の形態について説明した他の特徴またはステップと組み合わせて用いることができることを指摘しておかなければならない。請求項中の参照番号は限定的に解釈してはならない。

本発明の代表的な実施の形態のラインの漏れを検知する装置を示すブロック図である。 本発明の代表的な実施の形態のジャケットを有するライン配管の縦断面図である。 本発明の代表的な実施の形態のジャケットを有するライン配管の横断面図である。 本発明の代表的な実施の形態の受信部とジャケットを有するライン配管の縦断面図である。

Claims (29)

1. ライン（１０１）に結合する放射を生成する放射を生成する送信部（１００）と、
   漏れ口（４０２）を通って前記ライン（１９１）から出現する放射（４０３）を受信して漏れ口（４０２）を検知可能とする受信部（１０７，１０８，４０４）と、を含み、
   前記放射を受信する前記受信部が前記セル構造体（１０３）の構造部に配置される、
   航空機のセル構造体（１０３）の構造部材を介して敷設されたライン（１０１）における漏れ口（４０２）を検知する漏れ検知器。
2. 前記受信部（１０７，１０８）が、前記ライン（１０１）の外側に配置される、請求項１記載の漏れ検知器。
3. 更に、前記送信部（１００）と前記受信部（１０７，１０８，４０４）とに連結した評価部（１１０）を含み、
   前記評価部（１１０）が、前記受信部（１０７，１０８，４０４）によって受信された前記放射（４０３）を評価するように構成された、請求項１又は請求項２記載の漏れ検知器。
4. 前記放射（１１３，４０３）が、電磁放射、音響放射及び放射線放射からなる群から選択される、請求項１から請求項３迄の何れかに記載の漏れ検知器。
5. 前記評価部（１１０）が、前記受信部（１０７，１０８，４０４）の少なくとも一つにバス（１０９）を介して接続される、請求項３又は請求項４記載の漏れ検知器。
6. 前記評価部（１１０）が、前記受信部（１０７，１０８，４０４）に個別の接続部（１０９）を介して接続される、請求項３又は請求項４記載の漏れ検知器。
7. 前記送信部（１００）が、前記ライン（１０１）で放射モードを励起する、請求項１から請求項６迄の何れかに記載の漏れ検知器。
8. 前記送信部（１００）が、搬送波に変調される信号として前記放射を生成するように構成され、
   前記信号は、前記放射を受信する前記受信部（１０７，１０８，４０４）によって抽出可能である、請求項１から請求項７迄の何れかに記載の漏れ検知器。
9. 前記放射（１１３，４０３）が高周波電磁放射である、請求項１から請求項８迄の何れかに記載の漏れ検知器。
10. 前記放射（１１３，４０３）が低周波信号を変調した高周波電磁放射である、請求項１から請求項９迄の何れかに記載の漏れ検知器。
11. 前記低周波信号が鋸歯信号及び三角波信号からなる群から選択される、請求項１０記載の漏れ検知器。
12. 前記放射（１１３，４０３）が高周波電磁放射に変調した符号化信号を含む、請求項１から請求項９迄の何れかに記載の漏れ検知器。
13. 前記放射（１１３，４０３）がパルス状である、請求項１から請求項１２迄の何れかに記載の漏れ検知器。
14. 前記受信部（１０７，１０８，４０４）が高周波センサである、請求項１から請求項１３迄の何れかに記載の漏れ検知器。
15. 前記受信部（１０７，１０８，４０４）がアンテナである、請求項１４記載の漏れ検知器。
16. 更に、前記ライン（１０１）を封入（ｅｎｃａｓｉｎｇ）するジャケット要素（１０２）を含み、
    前記受信部（１０７，１０８，４０４）が前記ジャケット要素（１０２）に配設される、請求項１から請求項１５迄の何れかに記載の漏れ検知器。
17. 請求項１から請求項１６までの何れかに記載の漏れ検知器と、
    ライン（１０１）と、を含む、ラインの漏れを検知する装置。
18. 前記ライン（１０１）が物質の流れを導くように構成された、請求項１７記載の装置。
19. 前記ライン（１０１）が配管である、請求項１７又は請求項１８記載の装置。
20. 前記ライン（１０１）がブリード空気ラインである、請求項１７から請求項１９迄の何れかに記載の装置。
21. 前記ライン（１０１）が導電性物質を含む、請求項１７から請求項２０迄の何れかに記載の装置。
22. 前記ライン（１０１）が導電性物質からなる被膜を含む、請求項１７から請求項２１迄の何れかに記載の装置。
23. 前記ライン（１０１）が導電性物質によって封入される、請求項１７から請求項２２迄の何れかに記載の装置。
24. 放射を生成するステップと、
    前記放射をラインに結合するステップと、
    漏れ口を通って出現する前記放射を受信するステップと、
    前記漏れ口を通って出現する放射に基づいて漏れ口を検知するステップと、を含む、ラインの漏れを検知する方法。
25. 更に、前記ラインの外側で、前記漏れ口を通って出現する放射を受信するステップを含む、請求項２４記載の方法。
26. 更に、受信した前記放射を評価部で評価するステップを含む、請求項２４又は請求項２５に記載の方法。
27. 更に、前記ラインに放射モードを励起するステップを含む、請求項２４から請求項２６迄の何れかに記載の方法。
28. 更に、信号を搬送波に変調する手段によって前記放射を生成するステップを含む、請求項２４から請求項２７迄の何れかに記載の方法。
29. 更に、前記放射をパルス状の放射として生成するステップを含む、請求項２４から請求項２８迄の何れかに記載の方法。

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