JP2020521223A - Ｖｏｃセンシング安全機能付き収納棚容積センサ - Google Patents

Abstract

電子機器製品のリチウムイオン電池等、棚内で過熱する可能性のある荷物を監視するＶＯＣセンサを含む、棚内で使用された容積を監視するために使用される頭上収納棚センサの動作が提供される。現在、火災検知器又は煙検知器は収納棚に一体化されておらず、この領域を、乗客が頻繁に収納する電子部品による火災の燃え広がりやガスの発生に対して脆弱なままとしている。このようなイベントを早期に検出すれば、イベントを迅速に報告し、イベントの場所を通達することにより、航空機内での火災の伝播を防ぐことができる。ここで説明するシステムは、ワイヤレスセンサネットワークと収納容積センサを含めて適用される他の特許を活用している。センサは、棚スペース内の空気の質を監視することにより、荷物からのガス発生又はくすぶっている荷物に対する監視を行う。

Description

収納棚は、民間航空機の客室において広く普及している。収納棚は客席の上に配置されており、乗客が航空機に持ち込む全ての種類の荷物を保持する。収納棚に入れられた荷物の容積を検出するセンサは、Ｊｏｕｐｅｒらによる特許文献１の「固定又は可変容積内の占有容積を監視する装置及び方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ Ｍｏｎｉｔｏｒ ｔｈｅ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｖｏｌｕｍｅ ｗｉｔｈｉｎ ａ Ｆｉｘｅｄ ｏｒ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖｏｌｕｍｅ）」及びＪｏｕｐｅｒによる特許文献２の「自律的データ収集用ネットワークシステム（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｄａｔａ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）」に開示されている。特許文献１及び特許文献２は、両方ともその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

現在の棚センサは、収納棚容積の一部を占める物品を検知し、棚内で占有されている容積を判断する。棚センサは、その情報を外部ネットワークに報告して、客室乗務員、グランドスタッフ、及び／又はデータ収集システムに通知する。

棚の容積占有率は貴重な情報であるが、棚の使用済み容積だけでなく、収納している荷物の状態も監視する必要がある。より具体的には、リチウム電池、並びにリチウム電池、大型の蓄電コンデンサ、小型の電子機器を含むデバイス等の荷物は、機内で問題を引き起こす可能性がある。特にリチウム電池は、ガス発生、電子臭気、自然発火等の幾つかの機内事故の発生源となったことがある。収納棚は、ノートパソコン、タブレット、スマートフォン、その他の電子機器が機内持ち込み手荷物、ブリーフケース、その他のホルダーの内部に入れられているという独特の状況を示す。これらのホルダーのそれぞれは、収納棚の領域内で火災が始まる場合、火の燃料となる。

収納棚には現在の火災検知器又は煙検知器は組み込まれておらず、これらの密閉区画を特に脆弱なものとしている。

したがって、収納棚の内容物を監視するためのデバイスと方法を提供することが望まれるであろう。

更に、揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）検知機能付きの収納棚センサを提供することが望まれるであろう。

米国出願公開特許第２０１５／０２４１２０９号明細書 米国出願公開特許第２０１７／０２５５８５５号明細書

収納棚内で占有されている容積の監視に使用するための頭上収納棚センサを開示する。このセンサは、電子製品のリチウムイオン電池等、収納棚内で過熱する可能性のある荷物や物品を監視するＶＯＣセンサとして特に適している。

ＶＯＣセンサは、乗客が頻繁に収納する電子部品からのガス発生、臭気、火災を早期に検出するように構成されている。早期検出により、機内での迅速な対応が可能になり、機内での火災やガスの緊急事態といったイベントを迅速に報告及び警告することによりその伝播を防ぎ、緊急着陸を回避することさえも可能となる。

本発明によれば、ＶＯＣセンサは、収納棚のスペース内の空気の質を監視することにより、荷物からのガス発生又はくすぶっている荷物に対する監視を行う。

本開示の前述の概要、好適な実施形態、及び主題の他の態様は、添付の図面と併せて読むと、以下の特定の実施形態の詳細な説明を参照して最もよく理解されるであろう。

図１は、一実施形態によるセンサアセンブリである。 図２は、収納棚内のセンサアセンブリの一実施形態の図である。 図３Ａは、一実施形態による概略図である。 図３Ｂは、一実施形態による無線インターフェースの概略図である。 図３Ｃは、一実施形態によるＴｏＦセンサの概略図である。 図３Ｄは、一実施形態によるＶＯＣセンサの概略図である。

様々な図面における同様の参照番号及び名称は、同様の要素を示している。概略図面の矢印は、一般に情報又は論理の流れの方向を示す論理経路を表し、そのような矢印は必ずしも従来の電気経路を表すとは限らないことを理解されたい。

火災又は化学物質の漏れ事故を軽減するために、そのような問題を早期に検出し、乗務員にそのイベントと棚アセンブリ内におけるイベント場所とを知らせることができるシステムは、火災が収納棚の外部へと広がるのを待つのではなく、火災の伝播を抑制し、乗務員がその事態に対応する時間を与えることができる。

図１は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）用センサ１０３と、マイクロコントローラ（ｕＣ）１０５と、データ送信用の無線（ＲＡＤ）１０７と、必要な場合のエネルギーハーベスタ（ＥＨ）１０９と、棚容積用距離センサ１１１（飛行時間、ＴｏＦ：Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）とを提示するセンサアセンブリ１０１を示している。

一実施形態では、棚の上部から反射面（棚の底、又は棚の底に収納されている荷物等）まで、次いでセンサが存在する棚の上部までの往復距離は、飛行時間センサによって測定される距離を表す。例えば、飛行時間センサは、センサから反射面に光が伝播し、再び戻るまでにかかる時間を測定する。更なる例では、この距離を２で割ることによりセンサから表面までの距離を測定し、光の速度を測定する。したがって、空の状態の棚を用いた基準測定によって測定された距離を取得することにより、収納棚で使用可能なスペースの量が計算される。

容積／距離センサは、飛行時間センサ又は他の適切な種類の距離測定に使用されるセンサである。例えば、このような容積／距離センサは、赤外線（ＩＲ）又はレーザー（サブＩＲ）周波数のセンサから選択できる。これらのセンサは、理想的には小型物理サイズと堅牢性に基づき適切化される。複数のセンサが、棚の長さと奥行きに基づいて収納領域をセグメントに分け、棚の上部から底までの距離を測定するのに用いられる。例えば、収納棚の長さと奥行きを測定し、長さと奥行きの両方に基づいて所定の数のセグメントに分割し、各セグメントが少なくとも１つのセンサを備えるようにしてもよい。リチウム電池又は他のデバイスの煙や通気に対する監視を行うために、多数のＶＯＣセンサを使用して、継続的に又は事前にプログラムされた間隔で収納棚内の空気の質を監視し、重大イベントが発生した場合にセンサネットワークを通じて報知を行う。本明細書で説明する重大イベントには、ＶＯＣが警戒、危険、又は上昇水準となることや、ガス発生、火災又は他の燃焼形態が含まれる。

（容積検知）
各距離センサは、初期測定値を基準として使用し、棚の上部から、乗客が航空機に積み込む際に追加される荷物までの距離を測定する。マイクロコントローラは、測定から測定までの時間枠を設定し、センサの初期化中に取得した基準と深度測定に基づいて使用率を計算する。これは、航空機のレイアウト、収納棚の位置、使用済みスペース又は使用可能なスペースの割合を表示する中央パネルにて、乗務員に対して表示される。これにより、乗務員に対して、乗客が頭上収納棚に積み込む際の利用可能な棚のスペースの容積を早期に警告できる。スペースの容積を監視することにより、乗務員は、航空機内部から余分な荷物を貨物倉へ移動することにより積載時間の増加を緩和し、利用可能な棚スペースを見つけることが可能となる。このシステムは、利用可能な場所と相対的な容積とを同時に報告できる。

（空気の質の検知）
空気の質の検知は、リチウム電池、コンデンサ、その他のエネルギー貯蔵デバイスからの蒸気の発生といったイベントを監視するために使用される。一般に、エネルギー貯蔵デバイスは、電源内蔵式であるという独特な問題を呈する。リチウム電池は、電池の製造に使用される化学物質中の不純物により、自己発火する傾向があるとされている。リチウム電池はノートパソコンやタブレットコンピュータ、又は携帯電話等の自身に接続されたデバイスが消費するエネルギーを蓄えるため、リチウム電池は、過熱やガス発生、又は発火イベントを自身で引き起こしたり、長引かせたりする可能性がある。収納棚等の隠されたスペースにおけるこのイベントは、火災が収納棚自体から外に出始めるまで、乗客又は客室乗務員の目に留まらない場合がある。この場合、その棚の荷物の全てではないにしろ一部を燃え広がる火に巻き込むこともあるであろう。イベントの早期発見と正確な位置特定は、飛行の安全において特に利点であり助けとなる。

一実施形態では、イベントの報知は、リモートパネル、ディスプレイ、ハンドヘルドデバイス又はオーバーヘッド投影デバイス上の発光ダイオード（ＬＥＤ）インジケータ等により収納棚の近くでもよい。投影デバイスは、イベントが生じている棚の位置の反対側の棚の上方に配置されてもよい。投影装置は、問題の棚の前面に赤色又はその他の適切な色のディスプレイを投影し、それによって重大イベントの場所を客室乗務員に素早く知らせることができる。更なる実施形態では、報知は、収納棚内の所定のセグメントが各々対応するＬＥＤインジケータを含むというように、極度に局所化されていてもよく、このインジケータは、対応するセグメントの上に配置され、重大イベントの発生時にアラームを表示したり場所を示したりするように構成されている。

更に、このセンサは、ガス発生や火災というイベントを目視にて発見するのが困難なスペースや場所、例えば頭上、パネルの後ろ、側壁、座席の下、調理室、クローゼット、フライトデッキ、又は客室乗務員の休憩エリア等を監視するために使用されるスタンドアロンのデバイスでありうる。スタンドアロンのセンサは、単一又は複数のＶＯＣセンサ、センサを動作させるマイクロコントローラ、無線、エネルギー貯蔵デバイス、又は、エネルギーハーベスタである。ＩＲ（熱センサ）等の他のセンサをＶＯＣセンサと組み合わせて使用して、発火前又は発火後の火災を検出及び報知することもできる。これらのセンサのそれぞれは、客室乗務員が燃え広がる前に起こり得る火災を特定するのに役立つ。イベントから検出までの時間を短縮することは、航空機内の人命と機器を救うことを意味する。

（機能の説明）
センサは、頭上収納棚の上部にあることが好ましい。ここに置くことにより、使用されている収納容積を継続的に測定できるようになる。また、蒸気は、故障したデバイスから上昇する傾向にある。他の配置でも機能する場合はあるが、明白な理由から上部が好ましい。

図１は、３つのＶＯＣセンサとマイクロコントローラ（ｕＣ）回路と共に４つのＴｏＦセンサを図式的に説明しており、無線及び太陽電池又は小型バッテリーセルを使用したエネルギー収集が含まれる。ＴｏＦセンサは、棚が空状態におけるセンサから棚の底までの往復の距離を測定する。レーザーセンサが、速度、精度、環境光に対する耐性の観点から使用される。一般に、太陽光に含まれない光の周波数波長を選択することは、環境光が測定サイクルを中断させないという点で有利である。

ｕＣはセンサの心臓部であり、無線、センサ測定、測定のタイミング、無線送信を制御する。ｕＣは、各センサの初期化と、ＴｏＦデータかＶＯＣデータかにかかわらず測定データの収集のために、Ｉ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）インターフェースを介して各センサと通信する。各センサは個別に有効化され、ｕＣと通信する。

容積測定は、１秒に１回、１０秒に１回、又は他の適切な周期等、定期的に行われる。通常、容積測定は航空機の搭乗中にのみ行われる。つまり、このデータは、航空機における積み込み過程にのみ関与する。一方、ＶＯＣセンサは、事前にプログラムされたしきい値で初期化中にセットアップされる。しきい値は、検出と報知の最小ＶＯＣ水準を表す。しきい値の水準は、センサが存在する環境で見られるＶＯＣの環境量より上に設定される。民間旅客機の客室では、例示的なＶＯＣ濃度の環境は３００ｐｐｂであり、例示的なＶＯＣ濃度のアラーム発動しきい値は５００ｐｐｂである。

ＶＯＣセンサは、２５０〜６００００ミリ秒に１回等、定期的に測定するように設定されている。電流センサの各測定の最小時間は２５０ミリ秒である。測定間の６００００ミリ秒（６０秒）を超える遅延は、イベントの検知を比較的リアルタイムで遅延させる場合がある。２５０ミリ秒未満の時間間隔でオーバーサンプリングすると、より多くの電力が使用され、システムの電池寿命が短くなる。サンプルレートの上限及び下限の制限は、使用可能な電力及びその他のシステム要件に応じて超える場合がある。

事前にプログラムされたＶＯＣ水準を超えると、ＶＯＣセンサからｕＣに割り込みが送信される。この割り込みは、イベントがしきい値を超えることによってセンサをトリガーしたことを示す。ｕＣはこのイベントを処理し、無線を介して外部レシーバーに警告を送信する、又は、ｕＣは局所的なライト又はディスプレイを有効にして、収納棚内でイベントが発生したことを示させる。このディスプレイ又はリモートディスプレイは、客室乗務員をイベントの場所に案内し、更なる行動を促す。

図２は、収納棚２１３内のセンサアセンブリの一実施形態を示している。図示のように、センサは収納棚の内側上部に配置されていてもよい。或いは、収納棚の内側底部又は側部等、他の適切な場所を利用してもよい。

図３Ａ〜図３Ｄは、ｕＣ、無線、ＶＯＣセンサ、ＴｏＦセンサを含むセンサシステムの概略図である。

図３Ａは、マイクロコントローラ／無線の組み合わせを示している。これは、ｕＣと無線を組み合わせたシングルチップソリューションであってもよく、又はマイクロコントローラと無線間の通信バスで無線とｕＣを分離した個別のソリューションであってもよい。Ｊ１は、ｕＣ、無線、センサを協働させるソフトウェアをロードするためのＵＳＢプログラミングポートである。レギュレーターＵ１は、適切なコードのロード中にＵＳＢコネクターから調整後の３ＶＤＣ電源を提供する。Ｕ２は、無線及びセンサへの通信バスを備えた３２ビットｕＣである。マイクロコントローラＣＳ０−ＣＳ７のチップセレクト出力によって、このインターフェースをロジック１に設定することにより、ｕＣは各センサを個別にアドレス指定できる。センサへの通信はＩ２Ｃインターフェースを介して行われる。全てのセンサは共通のバスを共有するため、チップセレクトインターフェースを使用して、特定の時点でどのセンサをアドレス指定するかを決定する。Ｙ１は、ｕＣの動作周波数を制御する発振器である。

図３Ｂは無線インターフェースである。これは、Ｅ１が無線周波数に一致するアンテナである２．４ＧＨｚ無線である。無線のＲＦＰ／ＲＦＮ出力とアンテナ間の関連コンポーネントは、無線Ｕ６によって適用される最小エネルギーでアンテナの最大ゲインを提供する、インピーダンスマッチングネットワークである。Ｙ２は、無線の動作周波数を設定する。シリアル・ペリフェラル・インターフェース（ＳＰＩ）バスを介したｕＣからの通信は、無線の制御、ｕＣから無線へのデータの転送、及び無線情報を無線で送信するためのコマンドセットを提供する。

図３Ｃは、センサから棚の床又は棚内の荷物までの距離を測定するために使用されるＴｏＦセンサを示している。使用率を計算するために、棚が空のときに基準値が取得される。その後、連続測定が行われて基準値と比較され、それぞれのセンサ下の使用済みスペースの割合が計算される。各センサの測定値は平均化され、使用済み総容積になる。各セグメントに対して計算された値と合計値をディスプレイに報告して、使用可能なスペース、使用済みスペース、及び棚内のスペースが使用可能な領域を表示できる。

図３Ｄは、ＶＯＣセンサを示している。これらのセンサはｕＣによって制御され、棚スペース内の二酸化炭素及び揮発性有機化合物の値を測定する。読み取られた値はしきい値と比較され、しきい値を超えた場合、客室乗務員にそのイベントを警告する。ｕＣは測定を開始し、結果をしきい値と比較する。値がその制限を超えている場合、ｕＣは、どの棚及び棚セグメントにてイベントが起きているかを示すアラームを、無線を介して次に棚に近い又は離れたディスプレイへ送信する。

開示された主題の様々な構成要素は、様々な方法で互いに通信できることを理解されたい。例えば、コンポーネントは、有線又は無線、電気信号又はデジタル情報を介して相互に通信できる。

開示された主題は、その実施形態に関して説明及び図示されているが、開示された実施形態の特徴は、本発明の範囲内で追加の実施形態を生成するために組み合わせや再配置等することができ、また、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な他の変更、省略、及び追加をその中及びそれに加えることができることを当業者は理解すべきである。

Claims (19)

1. 密閉環境での火災又は化学物質への曝露のリスクを軽減するシステムであって、
   しきい値ＶＯＣ濃度で事前にプログラムされたマイクロコントローラ（１０５）と通信する、密閉環境の内面に取り付けられた揮発性有機化合物センサ（１０３）と、
   前記しきい値ＶＯＣ濃度を超えたときに報知するのに有効な、前記マイクロコントローラ（１０５）と通信するインジケータと
   を特徴とするシステム。
2. 前記密閉環境が、収納棚（２１３）であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記収納棚が、民間航空機の客室内に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
4. マイクロコントローラ（１０５）と通信するように構成されている揮発性有機化合物（ＶＯＣ）センサ（１０３）と、
   マイクロコントローラ（１０５）と、
   データ送信用の無線（１０７）と、
   前記マイクロコントローラと電気的に相互接続されたエネルギーハーベスタ（１０９）と
   を特徴とする、センサアセンブリ。
5. 棚容積を検出するための距離センサ（１１１）を更に特徴とする、請求項４に記載のセンサアセンブリ。
6. 前記距離センサ（１１１）が赤外線周波数によるものであることを特徴とする、請求項５に記載のセンサアセンブリ。
7. 前記距離センサ（１１１）が、収納棚の表面に取り付けられ、前記収納棚を複数のセグメントに分割するように間隔を空けて配置されている複数の距離センサのうちの１つであることを特徴とする、請求項５に記載のセンサアセンブリ。
8. 前記セグメントが、収納棚の長さと奥行きに基づいて分割されていることを特徴とする、請求項７に記載のセンサアセンブリ。
9. 前記距離センサ（１１１）が、前記収納の上部から前記収納棚の底までの距離を測定するように構成されていることを特徴とする、請求項７に記載のセンサアセンブリ。
10. 前記ＶＯＣセンサ（１０３）が、煙又は通気に対する監視をするように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載のセンサアセンブリ。
11. 前記煙又は通気が、リチウム電池を発生源とすることを特徴とする、請求項１０に記載のセンサアセンブリ。
12. 前記ＶＯＣセンサ（１０３）が、収納棚内の空気の質を監視することを特徴とする、請求項１０に記載のセンサアセンブリ。
13. 前記ＶＯＣセンサ（１０３）が、重大イベント、前記重大イベントを報知することを特徴とする、請求項１２に記載のセンサアセンブリ。
14. 前記重大イベントが、ＶＯＣ水準の上昇、ガス発生、又は火災からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１３に記載のセンサアセンブリ。
15. 収納棚容積を検知する方法であって、
    収納棚（２１３）の初期基準測定値を測定することと、
    距離センサ（１１１）を用いて、前記収納棚の上部から積載物の上部までの距離を測定することと、
    マイクロコントローラ（１０５）を用いて、前記距離センサを利用してその後の距離を測定するための時間枠を設定することと、
    前記初期基準測定値に基づいて使用率を計算すること
    を特徴とする方法。
16. ディスプレイパネルに、収納棚の位置と、前記位置での前記収納棚内のスペース使用率とを表示することを更に特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. ＶＯＣセンサ（１０３）を介して、重大イベントを検出することを更に特徴とする、請求項１５に記載の方法。
18. 前記ＶＯＣセンサ（１０３）を介して、重大イベントを報知することを更に特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 前記重大イベントが、ＶＯＣ水準の上昇、ガス発生、又は火災からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。