JP2013200213A - Light emitting position specification system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、航空機の雷撃試験においてスパークによる発光位置を特定する発光位置特定システムに関する。 The present invention relates to a light emission position specifying system for specifying a light emission position by a spark in an aircraft lightning strike test.
航空機では、その飛行状態を維持すべく自機の状態を常に監視しており、機体に何らかの不具合が生じた場合には、不具合の原因となる異常箇所を迅速に特定し、その飛行状態が維持できなくなる前に対処しなければならない。 Aircraft constantly monitors the aircraft's condition to maintain its flight status, and if any malfunction occurs in the aircraft, it can quickly identify the abnormal location causing the malfunction and maintain its flight status. You have to deal with it before you can't.
そこで、例えば、機体を構成する複合材の構造部材中に光ファイバを埋め込み、光源から導光された光信号が光検出器に到達しないダメージ部位を検出し、かかるダメージ部位を機体の異常箇所として特定する技術が公開されている(例えば、特許文献1、2)。また、機体の表層面に光ファイバを設け、その透過光強度の変化に応じて機体の損傷位置や損傷度合いを検出する技術が知られている(例えば、特許文献3)。
Therefore, for example, an optical fiber is embedded in the structural member of the composite material constituting the airframe, a damaged portion where the optical signal guided from the light source does not reach the photodetector is detected, and the damaged portion is regarded as an abnormal portion of the airframe. The technique to identify is open | released (for example,
また、航空機に雷撃を与えた場合の機体の影響を把握したり、耐性を高める改変の効果を確かめるために、航空機に対して雷撃試験が実行される。かかる雷撃試験において雷撃流が機体の構造部を流れると不適切な接合部においてスパーク(光)が発生する。特に燃料タンク等の周囲においてはスパークが生じないよう厳密な試験が必要となる。一方、航空機材料には、近年複合材料が多用されてきており、この複合材の複雑な構造は、雷撃を受けた際の安全性を確認する雷撃試験の負荷を高くする傾向がある。 In addition, a lightning strike test is performed on the aircraft in order to grasp the effect of the aircraft when it strikes the aircraft and to confirm the effect of the modification that increases the resistance. In such a lightning strike test, when a lightning strike flows through the structure of the airframe, sparks (light) are generated at inappropriate joints. In particular, a rigorous test is required to prevent sparks around the fuel tank and the like. On the other hand, composite materials have been frequently used for aircraft materials in recent years, and the complex structure of the composite materials tends to increase the load of a lightning strike test for confirming safety when subjected to a lightning strike.
雷撃を受けた際の防爆を確認する手法としては、雷撃を模擬した電流によって生じるスパークの映像を撮影する方法と、少量の可燃性ガスによる小規模な爆発によって確認する方法がある。しかし、撮影装置は、雷撃に伴う電磁波の影響を避けるために離隔した位置に置く必要がある。 There are two methods for confirming the explosion-proof at the time of a lightning strike: a method of photographing a spark image generated by a current simulating a lightning strike, and a method of confirming a small-scale explosion caused by a small amount of combustible gas. However, it is necessary to place the imaging device in a separated position in order to avoid the influence of electromagnetic waves accompanying lightning strikes.
このように、撮像装置を用いてスパークを特定する技術では、占有領域の大きい撮像装置を設置する位置の自由度が低く、その外形寸法の大きさ故に、機体に設けられた孔や隙間に挿入することもできない。したがって、雷撃試験を、機体の完成品で行うことができず、機体を組み立てる前の部分単位でしか行うことができなかった。ここで、複雑な構造での雷撃を確認するには、可燃性ガスによる確認を行うことになるが、この場合はスパーク位置を特定することはできなかった。 As described above, the technology for identifying a spark using an imaging device has a low degree of freedom in the position of installing an imaging device with a large occupation area, and is inserted into a hole or a gap provided in the airframe due to the size of the outer dimensions. I can't do that either. Therefore, the lightning strike test could not be performed on the finished product of the aircraft, and could only be performed on a partial unit before assembling the aircraft. Here, in order to confirm the lightning strike in a complicated structure, confirmation by flammable gas is performed, but in this case, the spark position could not be specified.
また、撮像装置は、任意の方向から一様にしか撮像できないので、撮像装置に対して側面や背面となる面に生じるスパークを特定することができなかった。さらに、その分解能も撮像装置の解像度と機体までの距離に依存し、特定精度の向上を図るのが困難であった。 In addition, since the imaging device can only capture images uniformly from an arbitrary direction, it has not been possible to identify a spark that occurs on the side or back surface of the imaging device. Furthermore, the resolution also depends on the resolution of the imaging device and the distance to the aircraft, and it has been difficult to improve the specific accuracy.
そこで本発明は、このような課題に鑑み、機体が組み立てられる前または完成後のいずれの状態であっても、機体の様々な部位に生じるスパークを高精度で特定することが可能な発光位置特定システムを提供することを目的としている。 Therefore, in view of such problems, the present invention is capable of specifying a light emitting position that can accurately specify sparks generated in various parts of the aircraft, even before the aircraft is assembled or after completion. The purpose is to provide a system.
上記課題を解決するために、本発明の発光位置特定システムは、複数の光ファイバと、複数の光ファイバに導かれた光を光電変換し、光強度を振幅で示す振幅信号を生成する光電変換部と、振幅信号を、相異なる周波数信号にそれぞれ乗算する乗算器と、乗算された複数の周波数信号を合成する合成器と、合成された合成信号における特定の周波数信号の有無を判定する周波数信号判定装置と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the light emission position specifying system according to the present invention photoelectrically converts a plurality of optical fibers and light guided to the plurality of optical fibers and generates an amplitude signal indicating the light intensity in amplitude. Unit, a multiplier for multiplying different frequency signals by amplitude signals, a synthesizer for synthesizing a plurality of multiplied frequency signals, and a frequency signal for determining the presence or absence of a specific frequency signal in the synthesized signal And a determination device.
光ファイバの端部は、予め定められた受光可能角度となるように加工されていてもよい。 The end of the optical fiber may be processed to have a predetermined light receiving angle.
本発明によれば、機体が組み立てられる前または完成後のいずれの状態であっても、機体の様々な部位に生じるスパークを高精度で特定することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to specify with high accuracy sparks generated in various parts of the aircraft, regardless of whether the aircraft is in an assembled state or after completion.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
(発光位置特定システム100)
図1は、雷撃試験を説明するための説明図である。図1に示すように、雷撃試験においては、航空機の機体1の表面および内部に発光位置特定システム100の検出端部(光ファイバー)を設置し、電撃を加える。このとき、機体1に不適切な接合部があった場合、スパークが生じる。ただし、スパークは、接合部のあらゆる位置で生じる可能性があるので、様々な部位において様々な角度でスパークに伴う光を検出しなければならない。
(Light emission position specifying system 100)
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a lightning strike test. As shown in FIG. 1, in the lightning strike test, the detection end (optical fiber) of the light emission
このようなスパークの検出を実現すべく、発光位置特定システム100は、光ファイバ110と、中継装置120と、周波数信号判定装置130とを含んで構成される。
In order to realize such spark detection, the light emission
光ファイバ110は、1または複数で束(光ファイバ束)を成し、さらに光ファイバ束も1または複数準備される。各光ファイバ束は機体1を構成する試験対象部位に分岐して配され、そこから各光ファイバが試験対象部位のさらに詳細な部位に分岐して配される。中継装置120は、光ファイバ束と同数設けられる。かかる中継装置120は、光ファイバ束に含まれる1または複数の光ファイバ110に導かれた光を受光し、受光した光を、相異なる周波数信号が合成された合成信号(電気信号)に変換する。周波数信号判定装置130は、合成された合成信号における特定の周波数信号の有無を判定する。以下、それぞれの構成を詳細に説明する。
One or more
(光ファイバ110)
光ファイバ110は、ガラスやプラスチックの細い繊維で形成され可撓性を有し、伝送速度の高い光信号をそのまま伝達できる。
(Optical fiber 110)
The
仮に、撮像装置を用いてスパークを特定する場合、撮像装置の外形寸法が問題になり、機体を組み立てる前の部分単位でしか電撃試験を行うことができなかった。本実施形態では、その外形寸法を様々に形成することができ、可撓性を有する光ファイバ110を用いているので、機体のあらゆる位置、例えば、撮像装置では撮像することができない、機体1に設けられた孔や隙間に挿入することができる。したがって、機体が組み立てられる前または完成後のいずれの状態であっても雷撃試験を行うことが可能である。
If a spark is specified using an image pickup device, the external dimensions of the image pickup device become a problem, and an electric shock test can be performed only in a partial unit before assembling the airframe. In the present embodiment, the outer dimensions can be variously formed, and the
また、撮像装置を用いる場合、任意の方向から一様にしか撮像できなかったが、本実施形態の光ファイバ110は指向性を有するので、スパークによる光が生じる方向に光ファイバ110を向けて設置するだけで、所望する方向の発光を限定的に検出することが可能となる。
In addition, when using the imaging device, it was possible to capture images only from an arbitrary direction. However, since the
図2は、光ファイバ110の設置例を示した翼の断面斜視図である。ここでは、機体1の翼2に設けられた貫通孔2aから翼2の内部空間に光ファイバ束が挿入され、光ファイバ束から分岐した8本の光ファイバ110が周方向に等間隔(例えば45度)となるように固定具112に固定されている。こうして、翼2に平行な面上の複数の方向に生じるスパークをいずれかの光ファイバ110で排他的に受光できる。また、ここでは、後述する周波数と光ファイバ110との対応関係を把握し易いように、周波数と光ファイバ110との方向との並び順を合わせている。
FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of a wing illustrating an installation example of the
さらに、撮像装置では、その分解能も撮像装置の解像度と機体1までの距離に依存していたが、本実施形態の光ファイバ110は、その外形寸法を小さくし、数を増やすだけで分解能を上げることができ、上記の可撓性や指向性と合わせて自由度および特定精度の高いスパーク検出が可能となる。
Further, in the imaging apparatus, the resolution also depends on the resolution of the imaging apparatus and the distance to the
また、光ファイバ110の端部は、予め定められた受光可能角度となるように加工される。
Further, the end portion of the
図3は、光ファイバ110の端部形状を説明するための外観図である。例えば、機体1の一部のみに生じるスパークを検出する場合、図3(a)のように、光ファイバ110の端部110aを遮蔽物170で覆うことで他で生じる光を遮光しつつ、遮蔽物170内で生じた発光のみを検出することができる。
FIG. 3 is an external view for explaining the end shape of the
また、図3(b)のように、光ファイバ110の端部110aに凸レンズ172を形成することで、光ファイバ110の断面より大きな面のいずれかの部位で生じる発光を検出することができる。さらに図3(c)のように、光ファイバ110の端部110aに凹レンズ174を形成することで、光ファイバ110の断面より小さな面のみに生じる発光を検出することができる。また、光ファイバ110の端部形状は、上記した加工に限らず、プリズムを用いる等、既存の様々な技術を適用することもできる。
Further, as shown in FIG. 3B, by forming the
(中継装置120)
図4は、中継装置120の具体的な回路を示した回路図であり、図5は、光ファイバ110と周波数との対応付けを示した説明図である。中継装置120は、光電変換部122と、発振部124と、乗算器126と、合成器128とを含んで構成される。
(Relay device 120)
FIG. 4 is a circuit diagram showing a specific circuit of the
光電変換部122は、例えば、フォトトランジスタ等の受光素子で構成され、光ファイバ束における1または複数の光ファイバ110に導かれた光を光電変換し、光強度を振幅で示す振幅信号を生成する。したがって、スパークの光強度が小さい場合は振幅信号の振幅が小さくなり、光強度が大きい場合は振幅信号が大きくなる。
The
発振部124は、振幅は等しいが周波数が相異なる複数の周波数信号を生成する。かかる周波数信号は、発生周波数が異なる発振器を用いて生成してもよいし、複数の分周器により1の発振器を分周して生成してもよい。また、利用する周波数帯域は、例えば、10〜100MHzとし、対数的に100分割した周波数を用いる。
The
乗算器126は、光電変換部122で光電変換された複数の振幅信号と、発振部124で生成された複数の周波数信号とをそれぞれ1対1に対応させて乗算する(AM変調)。このように周波数信号は振幅信号の数以上準備され、異なる光ファイバ110に基づく振幅信号には、異なる周波数信号が乗じられる。したがって、光ファイバ110に付されたそれぞれの識別子180と周波数182とは、図5に示すように対応付けることができる。
The
合成器128は、乗算器126で乗算された複数の周波数信号を全て合成し、合成信号を生成する。
The
本実施形態では、光電変換部122の数を増加させるか、もしくは、中継装置120を増加させることで容易に光ファイバ110の数を増やすことができ、高い分解能で雷撃試験を行うことができる。また、中継装置120では、光ファイバ110に導かれた光を電気信号として多重化しているので、中継装置120の出力は、光電変換部122に接続された光ファイバ110の数に拘わらず1の合成信号であり、低コストかつ効率的に雷撃試験を行うことが可能となる。
In this embodiment, the number of
(周波数信号判定装置130)
周波数信号判定装置130は、FFT(Fast Fourier Transform)装置やオシロスコープ等で構成され、合成器128で合成された合成信号から、例えば特定の周波数を中心とする所定帯域のBPF(Band Pass Filter)を用いて特定の周波数信号のみ抽出する。そして、その周波数信号の振幅が所定の閾値以上であることをもって、その特定の周波数信号が有る、即ち、図5において、その周波数信号の周波数に対応した光ファイバ110の位置でスパークが発生したことを把握する。
(Frequency signal determination device 130)
The frequency
ここで、所定帯域は、発振部124で生成される異なる複数の周波数信号のうち、特定の周波数信号に隣接する周波数信号と、当該特定の周波数信号とが識別可能となる周波数幅である。また、所定の閾値は、航空機の認証試験で定められているエネルギー(例えば、200マイクロジュール:ガスの発火エネルギー)の光強度に相当する周波数信号の振幅である。
Here, the predetermined band is a frequency width in which a frequency signal adjacent to a specific frequency signal among a plurality of different frequency signals generated by the
こうして、例えば、オシロスコープを用いた場合、現実的なチャンネル数内で一度に多数のスパークを特定することができ、また、FFT装置を用いた場合、任意の時点に複数の部位で生じたスパークを、その光強度を比較できる状態で把握することができる。ここでは、FFT装置やオシロスコープを挙げているが、合成信号における特定の周波数信号の有無さえ判定できれば、既存のあらゆる電気機器を適用することが可能である。 Thus, for example, when using an oscilloscope, it is possible to identify a large number of sparks at a time within the realistic number of channels, and when using an FFT device, sparks generated at a plurality of sites at arbitrary points in time can be identified. The light intensity can be grasped in a state where the light intensity can be compared. Here, an FFT device or an oscilloscope is mentioned, but any existing electrical device can be applied as long as it can be determined whether or not there is a specific frequency signal in the synthesized signal.
以上、説明したように本実施形態の発光位置特定システム100では、機体1が組み立てられる前または完成後のいずれの状態であっても、雷撃試験を行うことができ、光ファイバ110の外形寸法や数を調整することで、分解能を容易に高めることができる。したがって、機体1の様々な部位で生じるスパークを高精度で特定することが可能となる。
As described above, in the light emission
また、複数の部位の複数の角度のスパークを同時かつリアルタイムに取得できるので、雷撃を与えた場合の機体1の影響を迅速に把握したり、耐性を高める改変の効果を迅速に確かめることが可能となる。
In addition, it is possible to simultaneously acquire real-time sparks from multiple angles of multiple parts, so it is possible to quickly grasp the effects of the
さらに、本実施形態では、光ファイバ束から分岐した複数の光ファイバ110の間に相当する位置でスパークが生じた場合であっても、光ファイバ110の受光可能角度によっては、複数の光ファイバ110全てでそのスパークの光を受光できる。したがって、複数の光ファイバ110に対応する周波数信号の振幅から、そのスパークの大きさおよび位置を特定することも可能である。
Furthermore, in the present embodiment, even if a spark is generated at a position corresponding to between the plurality of
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
本発明は、航空機の雷撃試験においてスパークによる発光位置を特定する発光位置特定システムに利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a light emission position specifying system that specifies a light emission position by a spark in an aircraft lightning strike test.
1 …機体
100 …発光位置特定システム
110 …光ファイバ
110a …端部
122 …光電変換部
126 …乗算器
128 …合成器
130 …周波数信号判定装置
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記複数の光ファイバに導かれた光を光電変換し、光強度を振幅で示す振幅信号を生成する光電変換部と、
前記振幅信号を、相異なる周波数信号にそれぞれ乗算する乗算器と、
乗算された複数の周波数信号を合成する合成器と、
合成された合成信号における特定の周波数信号の有無を判定する周波数信号判定装置と、
を備えることを特徴とする発光位置特定システム。 A plurality of optical fibers;
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the light guided to the plurality of optical fibers and generates an amplitude signal indicating the light intensity in amplitude;
A multiplier for multiplying the amplitude signal by a different frequency signal;
A synthesizer for synthesizing a plurality of multiplied frequency signals;
A frequency signal determination device that determines the presence or absence of a specific frequency signal in the combined signal;
A light emission position specifying system comprising:
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