JP2019066460A - 大表面用磁界センサアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】大表面上の電流密度を推定するための方法及び装置を提供する。【解決手段】試験構造物１０は、２つのシート１２，１４と、２つのシート１２，１４はファスナ１６によりボルト留めされており、基板３１には、測定される複数の磁界強度値に対応するための複数の磁界センサ２６、２８がセンサ位置２７に配置されアレイ３０を形成している。試験構造物１０に電流が印加され、磁界センサ２６、２８が、電流によって生じる磁界の変化を検知する。【選択図】図５

Description

本発明は概して、電流を検知することに関し、詳細には、大表面上の電流密度を推定するための方法及び装置に関する。航空機への落雷が発生することは既知である。従来、飛行機の胴体及び翼は、アルミニウムなどの軽量金属で作製されていた。雷からの電流は、通常、かかる飛行機の外板に沿って進み、ほとんど損傷を引き起こさない。従来型の飛行機の金属外面部は、等方導電性を示すものであり、明確に定義され、かつ十分に理解されている様態で、大電流を帯びることも可能である。雷サバイバビリティの試験は、比較的単純なものである。落雷時の飛行機の外面上の電流密度は、一般的に、均一性が高い。ゆえに、一箇所で測定された局所電流は、合理的に、飛行機全体にわたって発生しているものを代表していると考えられうる。

多くの近代的飛行機は、金属ではなく複合材料で建造されている。複合物は、金属よりも軽量かつフレキシブルであることがあり、弾性が高く、かつ、複合材料内にアンテナなどの電子機器を埋設することができる。複合物の機体は、層状に製造されることが多い。詳細には、それらは、誘電体層（様々な樹脂で構成されたものなど）によって分離されている、導電層（炭素繊維で構成されたものなど）を含みうる。導電層は、通常、例えば成分繊維の方向に沿った、異方導電性を示す。その結果、落雷時の複合機体上の電流密度は、一般的に非相同であり、かなり複雑なものになりうる。これにより、落雷の調査及び試験が大いに複雑になる。大表面積全体における電流密度を予測又は測定することは、困難でありうるからである。

この文書の「背景技術」部分は、本発明の態様を、技術及び動作という文脈に置いて、これらの態様の範囲及び有用性についての当業者の理解を支援するために、提示されている。従来技術であると明示されない限り、本書の記述が、単に「背景技術」部分に含まれていることによって従来技術であると認められることはない。

下記では、当業者に基本的な理解をもたらすために、本開示の簡潔な概要を提示している。この概要は、本開示の詳しい通覧ではなく、また、本発明の態様の主要な／重要な要素を特定することも、本発明の範囲を画定することも、意図していない。この概要の唯一の目的は、本書で開示されるいくつかの概念を、その後に提示されている一層詳細な説明の前置きとして、簡潔な様態で提示することである。

本書に記載され、本書で特許請求されている一又は複数の態様によると、例えばアレイに配置された複数の磁界センサは、試験構造物の表面（複数可）の近位で磁界強度の変化を測定するよう、動作可能である。試験構造物は、飛行機の胴体や翼などの幾何形状に似たものでありうる。試験構造物に電流が印加され、磁界センサが、電流によって生じる磁界の変化を検知する。対応する複数の積分器が、センサの出力を磁界強度値に変換する。複数の磁界強度値及び対応するセンサ位置から、ターゲット表面上の電流密度が推定される。

一態様は、ターゲット表面上の電流を解析する方法に関する。複数の磁界センサが提供される。各センサは、１つの積分器に動作可能に接続される。複数の磁界センサは、ターゲット表面の近位に配置される。ターゲット表面に電流が印加される。一又は複数のセンサ位置における磁界強度の変化が検知される。各センサ位置における磁界強度値を導出するために、磁界強度の変化が積分される。複数の磁界強度値及び対応するセンサ位置から、ターゲット表面上の電流密度が推定される。

別の態様は、ターゲット表面上の電流を解析するよう動作可能な装置に関する。この装置は、アレイの既知の位置に配置された、複数の磁界センサを含む。各磁界センサは、磁界強度の変化を検知するよう動作可能である。積分器は、各磁界センサに動作可能に接続され、かつ、接続されているセンサの出力を積分することによって磁界強度値を導出するよう動作可能である。データ処理システムは、各積分器の出力を受信するよう動作可能であり、かつ、複数の磁界強度値及び対応するセンサ位置から、ターゲット表面上の電流密度を推定するよう、更に動作可能である。

更に別の態様は、非一過性のコンピュータ可読媒体に関する。この媒体は、ターゲット表面上の電流を解析するために、データ処理システムに磁界センサアレイの出力を処理させるよう動作可能な、プログラム指令を記憶する。指令は、データ処理システムに、磁界センサアレイがターゲット表面の近位に配置され、かつ、電流がターゲット表面に印加されている時に、アレイの一又は複数のセンサ位置における磁界強度の変化を検知することと、各センサ位置における磁界強度値を導出するために、磁界強度の変化を積分することと、各磁界強度値から局所電流値を推定することと、局所電流値を対応するセンサ位置を使用してターゲット表面にマッピングすることによって、ターゲット表面上の電流密度を推定することとを、実行させる。

本書ではこれより、本発明の態様を示している添付図面を参照しつつ、本発明について一層網羅的に説明する。しかし、この発明は、本書に明示している態様に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの態様は、この開示が網羅的かつ完全になるように、かつ、本発明の範囲が当業者に十分に伝わるように、提示されている。類似の番号は、全体を通じて、類似の要素を指し示している。

試験構造物の断面図である。 磁界センサが試験構造物の近位にある断面図である。 ３つの直交方向のコイルの斜視図である。 磁界センサ用の装着構造物の斜視図である。 磁界センサのアレイが試験構造物の近位にある斜視図である。 ターゲット表面上の電流を解析する方法のフロー図である。 図６Ａの方法の一ステップを詳述するフロー図である。 ターゲット表面上の電流密度の、より解像度の高い描写を得る方法のフロー図である。 個々の磁界センサを校正する方法のフロー図である。 代替面を使用して磁界センサのアレイを校正する方法のフロー図である。 試験表面上の電流密度の２−Ｄプロット図である。 代替面を提供する校正試験構造物の斜視図である。 校正試験構造物とセンサアレイの断面図である。 磁界センサ用の電子システムのブロック図である。 作動中の積分器回路の概略図である。

簡略化及び例示のために、本開示について、主にその例示的な態様に言及することによって説明する。以下の説明では、本発明の網羅的な理解をもたらすために、多数の具体的な詳細事項を明示している。しかし、当業者には、これらの具体的な詳細事項に限定されることなく本発明が実践されうることが、容易に明らかになろう。この明細書では、本発明を不必要に分かりにくくしないように、周知の方法及び構造物については詳細に説明していない。

層状の複合材料（機体を含む）における電流密度は、不均一であり、かつ、幾何形状、導電性、及び電流振幅によって変動する。小電流は繊維層内にとどめられることがあり、繊維層では、この電流は、繊維の方向に沿う強い選好性を有する。大電流は、層を通過して漏出ことにより、破損を引き起こしうる。高電圧が、絶縁樹脂層の誘電体バリアを破壊するからである。その結果、電流密度（つまり、材料の表面全体にわたる電流の集中状態）は、複雑かつ不均一になり、測定が困難になる。

複合材料における電流密度を測定することに固有の困難を別にしても、非常に大きな電流自体を直接測定することは、インダクタンス効果及び高いエネルギーレベルのために一般的に不可能であり、測定設備を損傷する可能性がある。したがって、大電流は、それらが生成する磁界を測定することによって推定されることが多い。

当該技術分野において既知の（例えば、プラズマ実験における電流の測定用として既知の）電流検知回路の１つは、当該技術分野においてはＢ−ドットセンサとして既知である、ワイヤのコイルである。この名称はファラデーの方程式に由来しており、ファラデーの方程式は、コイル内で誘起される電圧を、コイルを通る際に変化する磁束に関連付ける、次のようなものである。
変化する磁界によって、又は静止磁界の始動時／停止時の過渡変化（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）によって、静止コイル内で電圧が誘起されうる。あるいは、静止磁界を通るようにコイルを動かすことによって、コイル内で電圧が誘起される。Ｂ−ドットセンサ単独では、磁界の変化率を記録するだけである。この値は、磁界を定量的に測定するために、経時的に積分される必要があり、これにより、磁界を生成している電流が推定されうる。

より正確には、ファラデーの法則によると、
であり、ここで、Φ_Ｂはコイルを通る磁束であり、
は、コイルの面積（ａｒｅａ）全体における定磁界強度の垂直成分であり、ａはコイルの面積であり、Ｎはコイルの巻き数であり、Ｖは誘起される電圧である。磁界自体は、アナログ積分器回路でＢ−ドット信号をリアルタイムで積分することによって、又は、Ｂ−ドット信号をデジタル化した後に数値的に、決定されうる。精密な測定のためには、高品質の積分器回路が必要になる。コイルは、磁性ワイヤ若しくはその他の絶縁ワイヤを型に巻き付けることによって作製されうる。あるいは、コイルは、プリント基板上のトレースとして、又は、集積回路（ＩＣ）内の導電経路として、印刷（３−Ｄ印刷としても既知である付加製造など）によって製造されうる。

例えばプラズマ現象（落雷はかかる現象の一例である）の検討において磁界を測定するために、Ｂ−ドットセンサと、それに付随する積分器回路とを使用することは既知であるが、これらは、典型的には、単一点源からの電流を測定するものである。磁気センサは、２−Ｄ又は３−Ｄの表面全体にわたる電流密度を測定及び検討するためには、使用されていない。

図１は、電磁環境（ＥＭＥ）試験において一般的に使用される、２ファスナ重ね接合部（ｔｗｏ ｆａｓｔｅｎｅｒ ｌａｐ ｊｏｉｎｔ）と称される試験構造物１０の側断面図である。試験構造物１０は、ファスナ１６を用いてひとまとめにボルト留めされた、複合材料の２つのシート１２、１４を備える。シート１２は、図１では上を向いている表側１８と、下を向いているバッグ側２０とを有する。表側１８は、飛行機の胴体又は翼の複合材料の、表面仕上げされた外側向きの表面に対応する。バッグ側２０（その製造プロセスにおいて膨張可能ブラダが使用されるため、このように名付けられている）は、内部に面する側に対応する。別のシート１４では、表側２２が下を向き、バッグ側２４が上を向いている。２つのシート１２、１４は両方とも、複合材料を保護するための非導電性下塗り剤でコーティングされている。この下塗り剤はシートの接合部に断続的に存在し、このことは、落雷をシミュレーションするために大電流が印加された場合、試験構造物１０全体にわたる電流密度に影響を与えうる。

試験構造物１０の一端（シート１２など）には高電圧が印加される一方、他端（シート１４など）は接地される。これにより、シート１２の端から端まで、その後ファスナ１６を通ってシート１４の端から端まで、電流が流れることが可能になる。一般的に、２つのファスナ１６を通って流れる電流は、半々に分かれると想定される。しかし、一部の損傷アセスメントでは、これが正しくないかもしれないことが示されている。ファスナ１６を通る大電流を実際に測定することには問題があり、いずれにせよ、シート１２、１４全体にわたる電流密度についての情報は得られない。

図２は、高電圧（ＨＶ）が印加され、かつ接地されている試験構造物１０を図示しており、電流の流れＩの大まかな方向が示されている。本書に記載され、本書で特許請求されている態様によると、複数の磁界センサ２６（例えばＢ−ドットセンサ）は、ターゲット表面（例えば、シート１２の表側面１８、及びシート１４のバッグ側面２４）の近位に配置される。各センサは、ワイヤのコイル２５を備え、かつ、積分器（図示せず）に動作可能に接続されており、積分器の出力は、データ処理システム（図示せず）によって収集される。図示しているように、試験構造物１０のターゲット表面１８、２４に電流が印加される。電流Ｉが増大し、場合によっては（例えば、温度変化や電圧に誘発される損傷などに応じて）試験構造物１０上で変化するにつれて、磁界センサ２６は、対応するセンサ位置２７の各々において磁界強度の変化を検知する。各センサ位置２７における磁界強度値を導出するために、検出された磁界強度の変化が積分される。次いで、複数の磁界強度値及び対応するセンサ位置２７から、試験構造物１０のターゲット表面上の電流密度が推定される。

図２は、単一方向にのみ位置合わせされている、Ｂ−ドットコイル２６を示している。つまり、各センサ位置２７に１つのコイル２６だけが図示されており、コイル２６は全て、同一の配向を有している。各コイル２６は、磁界の変化だけを検出するよう動作可能であり、磁界の磁束線は、コイル面積に対して垂直である。つまり、磁束線は、コイル２６の中心線の下方へと延在する長手方向軸と平行である。磁界をより完全に空間視認するために、各センサが別々の配向の複数のコイルを有する、複合センサ２６が構成されうる。例えば、３つのコイルが、図３に示しているように３つの直交軸の周囲に配置されれば、３つの空間方向（例えば、ｘ、ｙ、及びｚ方向）の全てにおける磁束を測定しうる。３つのコイル２６の出力のベクトル和として、複合磁束が取得されうる。単一のコイルは、その断面積に対して垂直な両方向における磁束（一方向の磁束は正電圧を誘起し、反対方向の磁束は負電圧を誘起する）を測定することに、留意されたい。

図４は、６極の装着構造物２８を示しており、６つのＢ−ドットコイル２６がこれに巻き付けられうる。一態様では、各配向に２つのコイル２６を提供することで、差動対のコモンモードとして、より強固な信号を取得することが可能になる。この場合、３つの軸（すなわち方向）の各々における２つのコイル２６は、逆向きに巻かれるべきである。６極構造物２８は、非鉄の誘電体材料から形成される場合、磁束検知動作に影響を与えずにコイル２６に構造的支持を提供するよう、そのまま残されうる。各構造物２８に少なくとも３つのコイル２６が（例えば、ｘ、ｙ、及びｚ方向に）装着される場合、合成磁界が、各コイル２６（及び関連する積分器回路）によって検出された磁界成分のベクトル和によって決まりうる。

図５は、複数の装着構造物２８が基板３１に固定されている、アレイ３０を示している。各装着構造物２８が、センサ位置２７を画定する。各センサ位置２７には、少なくとも１つの磁界センサ２６（例えばＢ−ドットコイル）が配置される。複数の磁界センサ２６が、ターゲット表面１８、２４（試験構造物１０の一方の側など）の近位に配置される。（図５の試験構造物１０の配向では、ターゲット表面１８、２４はアレイ３０に面しており、視認不可であることに、留意されたい。）より好ましい態様では、磁界センサ２６のアレイ３０により、少なくともいくつかのコイル２６が、試験構造物１０の関連エッジ１１の各々を越えて延在する。これにより、試験構造物１０のエッジ１１における磁界挙動が捕捉されることが確実になる。詳細には、試験構造物１０のエッジ１１を超えてＢ−ドットコイル２６を配置することによって、後述するように、補間法によりエッジ１１における磁界挙動が導出される。一態様では、クリップ（図示せず）などの一又は複数の指示フィーチャにより、ターゲット表面１８、２４の近位にアレイ３０を配置することの再現性が確保される。このことは、一定的な物理的配置（例えば、Ｘ−Ｙ位置や回転／チルトなどにおける変動）を確保することにより、校正プロセスに役立つ。本書で詳述している校正手順は、アレイ３０の配置及び配向におけるを変動を補正可能であるが、それでも、アレイ３０の一定的な配置は有利である。

図６Ａは、ターゲット表面上の電流を解析する方法１００のステップを示している。好ましくはアレイ３０に配置された、複数の磁界センサ２６が提供される（ブロック１０２）。各センサ２６は、１つの積分器３２に動作可能に接続される。図２に示しているように、複数の磁界センサ２６がターゲット表面１８、２４の近位に配置され（ブロック１０４）、ターゲット表面１８、２４に電流が印加される（ブロック１０６）。一又は複数のセンサ位置２７における磁界強度の変化が検知される（ブロック１０８）。各センサ位置２７における磁界強度値を導出するために、磁界強度の変化が積分される（ブロック１１０）。複数の磁界強度値及び対応するセンサ位置２７から、ターゲット表面１８、２４上の電流密度が推定される（ブロック１１２）。

図６Ｂは、図６Ａのブロック１１２（複数の磁界強度値及び対応するセンサ位置２７から、ターゲット表面１８、２４上の電流密度を推定すること）を実装するための一態様にしたがって行われる複数のステップを、より詳細に示している。これらのステップは、最初に、各磁界強度値から局所電流値を推定すること（ブロック１１４）と、次いで、局所電流値を、対応するセンサ位置２７を使用してターゲット表面１８、２４にマッピングすること（ブロック１１６）とを含む。

図６Ｃは、ターゲット表面１８、２４上の電流密度の、より解像度の高い描写を得る方法２００の複数のステップを示している。最初に、センサ位置２７の間の磁界強度値が補間される（ブロック１１８）。補間された磁界強度値に対応する仮想センサ位置が算出される（ブロック１２０）。補間された磁界強度値の各々から、局所仮想電流値が推定される（ブロック１２２）。局所仮想電流値は次いで、対応する仮想センサ位置を使用してターゲット表面１８、２４にマッピングされる（ブロック１２４）。

図７は、試験構造物１０に重ねられた、電流密度のプロット図を示している。この電流密度のプロット図は、磁界センサ２６の出力を積分及び後処理して（及びオプションで、センサ２６の間を補間して）、電流密度を推定することで得られる。予想通り、電流は、ファスナ１６に集中するが、ファスナ１６の周囲に予測不可な様態で分布している。

いくつかの理由により、正確な磁界測定を実現するためには、Ｂ−ドットコイル２６が校正される必要がある。コイル２６は小型であることが多いので、コイル面積の物理的測定は不正確になりうる。通常の製造許容誤差により、（部分的な）巻きの数やコイルの表面積などといった、いくつかのパラメータにおいて、コイルごとの相違が生じる。加えて、特にコイル２６又は配線部の自己インダクタンスを伴う、非理想的な電子効果が発生する。校正は、例としては、例えば信号生成装置によって駆動されるヘルムホルツコイルによる既知の正弦磁界を印加すること、及び、オシロスコープを使用して、周波数に応じてコイル応答の振幅を決定することによって、実現されうる。あるいは、ネットワークアナライザが使用されてよく、このネットワークアナライザは、データ収集を簡単にするだけでなく、プローブ応答のフェーズの決定も可能にする。当業者は、かかる校正が測定設備に対して定期的に行われるものであることを認識し、かつ、本開示の教示を踏まえて任意の数の適切な校正手順を考案しうる。図６Ｄは、製造許容誤差による個々のセンサの相違を補償するために、各磁界センサを校正する方法３００のステップ（ブロック１２６）を示している。

個々のＢ−ドットコイル２６を校正することとは別に、複数のコイル２６を保持しているアレイ３０も校正される必要がある。図２を参照するに、Ｂ−ドットコイル２６のアレイ３０が平坦であると仮定すると、２つのシート１２、１４がオフセットしていることにより、シート１２に向かって配置されたコイル２６と表面１８との間は、シート１４に向かって配置されたコイル２６と表面２４との間よりも近いことが、明らかである。したがって、シート１４に向かって配置されたコイル２６は全て、より低強度の磁界を記録することになる。ターゲット表面１８、２４からの各コイル２６の距離におけるこの相違は、磁界の正確な測定値（これにより、ターゲット表面１８、２４上の電流が推定される）を得るために、処理される必要がある。各コイル２６からターゲット表面１８、２４までの距離が、ターゲット表面１８、２４の広がりと比べてずっと小さいと仮定すれば、ターゲット表面１８、２４は、磁界強度が
となる、無限大の電流シートとしてモデル化されてよく、ここで、μ_０は空気の透過率であり、ｒはターゲット表面１８、２４からのコイル２６の距離である。

一態様では、磁界センサ２６のアレイ３０は、代替面（ｐｒｏｘｙ ｓｕｒｆａｃｅ）を使用することによって校正される。図８は、校正試験構造物５０を示しており、飛行機の翼などのターゲット面の幾何形状（例えば形状又は形）を有する代替面５２を提示している。校正試験構造物５０（ゆえに代替面５２）は、誘電体材料で形成され、かつ、一又は複数の導体５４を含む。導体５４は高電圧電源（＋ＨＶ）に接続され、電流は、導体５４を通るように導かれ、導体５４の周囲に磁界を生成する。

図９は、代替面５２に沿って設置されているか、又は代替面５２内に埋設されている導体５４のところで切断された、校正試験構造物５０の断面図を示している。図９は、磁界センサ２６のアレイ３０も示している。図２に関連して上述したように、別々の磁界センサ２６と対応する代替面上の点との間の距離が変動することは、明らかである。このような距離の相違を補償するための校正手順について、説明する。

図６Ｅは、決まったアレイ３０に配置されている複数の磁界センサ２６を校正する方法４００を示している。上述のように、代替面５２が提供される（ブロック１２８）。代替面５２は、誘電体材料で形成され、一又は複数の導体５４を含み、かつ、航空機の翼などのターゲット面の幾何形状に似ている。磁界センサ２６のアレイ３０が代替面５２の近位に配置され（ブロック１３０）、導体５４を通るように電流が印加される（ブロック１３２）。上述のように、磁界センサ２６のアレイ３０が、代替面５２の前縁５６及び後縁５８を越えて延在することに、留意されたい。複数の磁界センサ２８は各々、それぞれのセンサ位置２７における磁界強度の変化を検知する（１３４）。各センサ位置２７における磁界強度値を導出するために、磁界強度の変化が積分される（ブロック１３６）。磁界センサ２６のアレイ３０の出力は、代替面５２とセンサアレイ３０との幾何形状の違いによる個々のセンサ２６の相違を補償するよう、校正される（ブロック１３８）。

図１０は、磁界センサ２６のアレイ３０向けの電子機器の一態様の略図を示している。磁界センサ２６ａ、２６ｂ、…、２６ｎの各々は、対応する積分器３２ａ、３２ｂ、…、３２ｎに接続される。各積分器３２は、図１１に示しているような、アナログ回路（例えば、ＲＣ回路を伴う演算増幅器Ａ）を備えうる。あるいは、各磁界センサ２６の出力はデジタル化されてよく、積分はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によって実施されうる。いずれの場合においても、積分器３２は、好ましくは、ドループ補正（ｄｒｏｏｐ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）と高い感度とを有する、高品質のものである。図８の代表的なシステムにおいて、積分器３２の出力は、スイッチユニット３４によって、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）３６へと連続的に（又は、任意の所定の順序で）多重送信される。デジタルデータは、メモリ３８（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュ、ＳＳＤ、ＨＤＤ、磁気テープ等）などの非一過性のコンピュータ可読媒体に記憶される。次いで、校正演算を実施し、局所電流値を算出し、局所電流値をセンサ位置２７にマッピングし、かつ、ターゲット表面１８、２４上の電流密度のモデル又は描写を生成するために、マイクロプロセッサやＤＳＰといったコントローラ４０が、記憶されたデータにアクセスする。ターゲット表面１８、２４上の電流密度は、例えばディスプレイやプリンタなどのための出力でありうる。コントローラ４０は更に、システム構成要素の動作を制御しうる。当業者は、１つのコントローラ４０がシステム構成要素を制御し、別のコントローラ４０が電流密度を算出するというように、別々のコントローラ４０が各々、演算負荷を部分的に実施しうることを、容易に認識しよう。

更に、本開示は以下の条項による例を含む。

条項１．ターゲット表面上の電流を解析する方法であって、複数の磁界センサであって、各センサが１つの積分器に動作可能に接続されている、複数の磁界センサを提供することと、複数の磁界センサをターゲット表面の近位に配置することと、ターゲット表面に電流を印加することと、一又は複数のセンサ位置における磁界強度の変化を検知することと、各センサ位置における磁界強度値を導出するために、磁界強度の変化を積分することと、複数の磁界強度値及び対応するセンサ位置から、ターゲット表面上の電流密度を推定することとを含む、方法。

条項２．ターゲット表面上の電流密度を推定することが、各磁界強度値から局所電流値を推定することと、局所電流値を、対応するセンサ位置を使用してターゲット表面にマッピングすることとを含む、条項１に記載の方法。

条項３．センサ位置の間の磁界強度値を補間することと、補間された磁界強度値に対応する仮想センサ位置を算出することと、補間された各磁界強度値から局所仮想電流値を推定することと、局所仮想電流値を、対応する仮想センサ位置を使用してターゲット表面にマッピングすることとを更に含む、条項２に記載の方法。

条項４．一又は複数のセンサ位置において磁界強度の変化を検知することに先立って、製造許容誤差による個々のセンサの相違を補償するために、各磁界センサを校正することを更に含む、条項１に記載の方法。

条項５．磁界センサが各々、ワイヤコイルを備え、製造許容誤差が、コイルにおけるワイヤの種類、コイルにおけるワイヤの巻き数、及びコイルの面積のうちの少なくとも１つを含む、条項４に記載の方法。

条項６．複数の磁界センサが、決まったアレイに配置され、かつ、一又は複数のセンサ位置において磁界強度の変化を検知することに先立って、誘電体材料で形成され、かつ一又は複数の導体を含む代替面であって、ターゲット表面の幾何形状に似ている、代替面を提供すること、磁界センサのアレイを代替面の近位に配置すること、代替面の導体を通るように、電流を印加すること、一又は複数のセンサ位置における磁界強度の変化を検知すること、各センサ位置における磁界強度値を導出するために、磁界強度の変化を積分すること、並びに、代替面及びセンサアレイの幾何形状による個々のセンサの相違を補償するよう磁界センサのアレイを校正すること、によって、複数の磁界センサを校正することを更に含む、条項１に記載の方法。

条項７．一又は複数の磁界センサが、異なる方向での磁界強度の変化を検知するよう配向された、２つ以上のワイヤコイルを備え、各センサ位置における磁界強度値を導出することが、２つ以上のワイヤコイルの磁界強度値とこれらのワイヤコイルの配向とを組み合わせることによって、各磁界センサについて合成的な磁界強度及び方向を導出することを更に含む、条項１に記載の方法。

条項８．ワイヤコイルの配向方向が互いに対して直角である、条項７に記載の方法。

条項９．一又は複数の磁界センサが、３つの直交方向における磁界強度の変化を検知するよう配向された、３つのワイヤコイルを備える、条項８に記載の方法。

条項１０．一又は複数の磁界センサが、同一の方向に沿って配向されているが逆に巻かれている、２つのワイヤコイルを備え、各センサ位置における磁界強度値を導出することが、２つのワイヤコイルのコモンモードから磁界強度を導出することを含み、外来磁界は拒絶される、条項１に記載の方法。

条項１１．ターゲット表面上の電流を解析するよう動作可能な装置であって、アレイの既知の位置に配置された複数の磁界センサであって、各磁界センサが磁界強度の変化を検知するよう動作可能な、複数の磁界センサと、各磁界センサに動作可能に接続され、かつ、接続されているセンサの出力を積分することによって磁界強度値を導出するよう動作可能な、積分器と、各積分器の出力を受信するよう動作可能であり、かつ、複数の磁界強度値及び対応するセンサ位置から、ターゲット表面上の電流密度を推定するよう更に動作可能な、データ処理システムとを備える、装置。

条項１２．一又は複数の磁界センサが、異なる方向での磁界強度の変化を検知するよう配向された、２つ以上のワイヤコイルを備え、データ処理システムが、２つ以上のワイヤコイルの磁界強度値とこれらのワイヤコイルの配向とを組み合わせることによって、各磁界センサについて合成的な磁界強度及び方向を導出するよう、更に動作可能である、条項１１に記載の装置。

条項１３．ワイヤコイルの配向方向が互いに対して直角である、条項１２に記載の装置。

条項１４．一又は複数の磁界センサが、３つの直交方向における磁界強度の変化を検知するよう配向された、３つのワイヤコイルを備える、条項１３に記載の装置。

条項１５．磁界センサのアレイが、基板と、基板の既知の磁界センサ位置に固定された複数の装着部材であって、各装着部材が、磁界センサを形成するためにワイヤコイルが巻き付けられる少なくとも２つの延長部材を備える、複数の装着部材とを備え、複数の装着部材は、対応している延長部材が同一の方向に配向されるように、基板に固定される、条項１２に記載の装置。

条項１６．延長部材は、１８０°離間して配向された、対応している延長部材の対を備え、コイルの対は、対になっている延長部材の各々に、逆向きに巻き付けられており、積分器は、ワイヤコイルの各対のコモンモードから、各センサ位置における磁界強度値を導出するよう更に動作可能であり、外来磁界は拒絶される、条項１５に記載の装置。外来磁界は拒絶される、条項１に記載の装置。

条項１７．アレイがターゲット表面の近位に配置されている時に、磁界センサの１つのサブセットがターゲット表面の外側エッジを越えて配置されるのに十分なほど、アレイがターゲット表面よりも大きい、条項１１に記載の装置。

条項１８．プログラム指令が記憶されている非一過性のコンピュータ可読媒体であって、プログラム指令は、磁界センサアレイがターゲット表面の近位に配置され、かつ、電流がターゲット表面に印加されている時に、アレイの一又は複数のセンサ位置における磁界強度の変化を検知するステップ、各センサ位置における磁界強度値を導出するために、磁界強度の変化を積分するステップ、各磁界強度値から局所電流値を推定するステップ、及び、局所電流値を対応するセンサ位置を使用してターゲット表面にマッピングすることによって、ターゲット表面上の電流密度を推定するステップ、を実施することによってターゲット表面上の電流を解析するために、データ処理システムに磁界センサアレイの出力を処理させるよう動作可能である、コンピュータ可読媒体。

条項１９．プログラム指令が、センサ位置の間の磁界強度値を補間するステップ、補間された磁界強度値に対応する仮想センサ位置を算出するステップ、補間された各磁界強度値から局所仮想電流値を推定するステップ、及び、更に局所仮想電流値を対応する仮想センサ位置を使用してターゲット表面にマッピングすることによって、ターゲット表面上に粒状性が高い電流密度を生成するステップ、をデータ処理システムに実施させるよう、更に動作可能である、条項１８に記載のコンピュータ可読媒体。

条項２０．プログラム指令が、誘電体材料で形成され、一又は複数の導体を含み、かつターゲット表面の幾何形状に似ている代替面の近位に、センサアレイが配置され、かつ、導体を通って電流が流れている時に、一又は複数のセンサ位置における磁界強度の変化を検知すること、各センサ位置における磁界強度値を導出するために、磁界強度の変化を積分すること、並びに、代替面及びセンサアレイの幾何形状による個々のセンサの相違を補償するよう、磁界センサのアレイを校正することによって、データ処理システムに磁界センサアレイを校正させるよう、更に動作可能である、条項１８に記載のコンピュータ可読媒体。

本書に記載のシステム及び方法の技術的効果は、ｉ）複数の磁界センサであって、各センサが１つの積分器に動作可能に接続されている、複数の磁界センサを提供すること、ｉｉ）複数の磁界センサをターゲット表面の近位に配置すること、ｉｉｉ）ターゲット表面に電流を印加すること、ｉｖ）一又は複数のセンサ位置における磁界強度の変化を検知すること、ｖ）各センサ位置における磁界強度値を導出するために、磁界強度の変化を積分すること、並びに、ｖｉ）複数の磁界強度値及び対応するセンサ位置から、ターゲット表面上の電流密度を推定すること、のうちの少なくとも１つを含む。

本発明の態様により、従来技術を凌駕する多数の利点がもたらされる。現在、大表面上の現実の電流を正確に測定する方法はない。航空機の翼及び胴体が金属構造物から複合構造物へと進化していることから、例えば、落雷の影響をモデル化し、検討するために、このような測定の能力を求めるニーズは特に大きい。

本発明は、当然ながら、本発明の本質的な特性から逸脱しない限り、本書に具体的に明示されているものとは異なる方法でも実行されうる。本書の態様は、あらゆる点において例示的かつ非限定的であるとみなすべきであり、付随する特許請求の範囲の意味及び均等性の範囲内に含まれる全ての変更は、特許請求の範囲に包含されることが意図されている。

Claims (15)

1. ターゲット表面（１８、２４）上の電流を解析する方法（１００）であって、
   複数の磁界センサ（２６）であって、各センサが１つの積分器（３２）に動作可能に接続されている、複数の磁界センサ（２６）を提供すること（１０２）と、
   前記複数の磁界センサを前記ターゲット表面の近位に配置すること（１０４）と、
   前記ターゲット表面に電流を印加すること（１０６）と、
   一又は複数のセンサ位置（２７）における磁界強度の変化を検知すること（１０８）と、
   各センサ位置における磁界強度値を導出するために、前記磁界強度の変化を積分すること（１１０）と、
   複数の前記磁界強度値及び対応するセンサ位置から、前記ターゲット表面上の電流密度を推定すること（１１２）とを含む、方法（１００）。
2. 前記ターゲット表面上の電流密度を推定することが、各磁界強度値から局所電流値を推定すること（１１４）と、前記局所電流値を、前記対応するセンサ位置を使用して前記ターゲット表面にマッピングすること（１１６）とを含む、請求項１に記載の方法。
3. センサ位置の間の磁界強度値を補間すること（１１８）と、
   補間された前記磁界強度値に対応する仮想センサ位置を算出すること（１２０）と、
   補間された各磁界強度値から局所仮想電流値を推定すること（１２２）と、
   前記局所仮想電流値を、前記対応する仮想センサ位置を使用して前記ターゲット表面にマッピングすること（１２４）とを更に含む、請求項２に記載の方法。
4. 一又は複数のセンサ位置において磁界強度の変化を検知することに先立って、製造許容誤差による個々のセンサの相違を補償するために、各磁界センサを校正すること（１２６）を更に含み、
   前記磁界センサが各々、ワイヤコイル（２５）を備え、
   前記製造許容誤差が、前記コイルにおけるワイヤの種類、前記コイルにおけるワイヤの巻き数、及び前記コイルの面積のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記複数の磁界センサが、決まったアレイ（３０）に配置され、かつ、一又は複数のセンサ位置において磁界強度の変化を検知することに先立って、
   誘電体材料で形成され、かつ一又は複数の導体（５４）を含む代替面（５２）であって、前記ターゲット表面の幾何形状に似ている、代替面（５２）を提供すること（１２８）、
   前記磁界センサのアレイを前記代替面の近位に配置すること（１３０）、
   前記代替面の前記導体を通るように、電流を印加すること（１３２）、
   一又は複数のセンサ位置における磁界強度の変化を検知すること（１３４）、
   各センサ位置における磁界強度値を導出するために、前記磁界強度の変化を積分すること（１３６）、及び、
   前記代替面及びセンサアレイの幾何形状による個々のセンサの相違を補償するよう、前記磁界センサのアレイを校正すること（１３８）、によって、前記複数の磁界センサを校正することを更に含む、請求項１に記載の方法。
6. 一又は複数の磁界センサが、異なる方向での磁界強度の変化を検知するよう配向された、２つ以上のワイヤコイルを備え、各センサ位置における磁界強度値を導出することが、前記２つ以上のワイヤコイルの磁界強度値と前記ワイヤコイルの配向とを組み合わせることによって、各磁界センサについて合成的な磁界強度及び方向を導出することを更に含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記ワイヤコイルの配向方向が互いに対して直角であり、
   一又は複数の磁界センサが、３つの直交方向における磁界強度の変化を検知するよう配向された、３つのワイヤコイル（２５）を備える、請求項６に記載の方法。
8. 一又は複数の磁界センサが、同一の方向に沿って配向されているが逆に巻かれている、２つのワイヤコイル（２５）を備え、各センサ位置における磁界強度値を導出することが、前記２つのワイヤコイルのコモンモードから前記磁界強度を導出することを含み、外来磁界は拒絶される、請求項１に記載の方法。
9. ターゲット表面（１８、２４）上の電流を解析するよう動作可能な装置であって、
   アレイ（３０）の既知の位置（２７）に配置された複数の磁界センサ（２６）であって、各磁界センサが磁界強度の変化を検知するよう動作可能な、複数の磁界センサ（２６）と、
   各磁界センサに動作可能に接続され、かつ、接続されている前記センサの出力を積分することによって磁界強度値を導出するよう動作可能な、積分器（３２）と、
   各積分器の出力を受信するよう動作可能であり、かつ、複数の前記磁界強度値及び対応するセンサ位置から、前記ターゲット表面上の電流密度を推定するよう更に動作可能な、データ処理システム（４０）とを備える、装置。
10. 一又は複数の磁界センサが、異なる方向での磁界強度の変化を検知するよう配向された、２つ以上のワイヤコイルを備え、前記データ処理システムが、前記２つ以上のワイヤコイルの磁界強度値と前記ワイヤコイルの配向とを組み合わせることによって、各磁界センサについて合成的な磁界強度及び方向を導出するよう、更に動作可能である、請求項９に記載の装置。
11. 前記ワイヤコイルの配向方向が互いに対して直角である、請求項１０に記載の装置。
12. 一又は複数の磁界センサが、３つの直交方向における磁界強度の変化を検知するよう配向された、３つのワイヤコイル（２５）を備える、請求項１１に記載の装置。
13. 前記磁界センサのアレイが、
    基板（３１）と、
    前記基板の既知の磁界センサ位置に固定された複数の装着部材（２８）であって、各装着部材が、磁界センサを形成するためにワイヤコイルが巻き付けられる、少なくとも２つの延長部材を備える、複数の装着部材（２８）とを備え、
    前記複数の装着部材は、対応している延長部材が同一の方向に配向されるように前記基板に固定される、請求項１０に記載の装置。
14. 前記延長部材が、１８０°離間して配向された、対応している延長部材の対を備え、前記コイルの対は、対になっている延長部材の各々に、逆向きに巻きつけられており、前記積分器は、ワイヤコイルの各対のコモンモードから、各センサ位置における磁界強度値を導出するよう更に動作可能であり、外来磁界は拒絶される、請求項１３に記載の装置。
15. 前記アレイが前記ターゲット表面の近位に配置されている時に、磁界センサの１つのサブセットが前記ターゲット表面の外側エッジ（１１）を越えて配置されるのに十分なほど、前記アレイが前記ターゲット表面よりも大きい、請求項９に記載の装置。