JP2023536865A - 除氷システムと制御 - Google Patents
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Abstract
本開示は、概して、航空機などのバルク媒体の外面を加熱するための方法およびシステムを対象とする。例示的なシステムは、一連の個々の加熱要素、センサ、および制御システムを含む。加熱要素は、航空機の外皮に配置されている。センサは、加熱要素によって生成される加熱パターン内の比較的低温の領域に対応する場所で外皮上に配置されている。制御システムは、加熱要素とセンサに接続されている。制御システムは、センサからの出力に応答して加熱要素に供給される電力を制御するように構成されている。
Description
本発明は、導電性材料の加熱システムに関するものである。
車、航空機、衛星などの多くの導電性表面は、毎日の使用中に低温や凍結状態に遭遇する。 これらの構造物の導電性表面に氷や水が蓄積すると、非効率的または危険な動作状態が発生する可能性がある。例えば、航空機の翼に氷が蓄積すると、揚力が低下し、抗力が増加する可能性がある。
これらの構造物の多くは、加熱システムがないか、かさばる電子機器やその他の機器の使用を必要とする加熱システムを備えている。このようなかさばるデバイスの使用は業界にとって課題になっている。
本発明は、導電性表面を加熱するための技術を開示する。これらの技術は、一般に、高周波交流（「ＡＣ」）信号（例えば、１ｋＨｚ以上）を使用して、導電性バルク媒体（例えば、導電性材料）の目標領域の電流密度を成形し、媒体にジュール熱を生じさせる。
ジュール熱は、オーム加熱または抵抗加熱とも呼ばれ、導体に電流を流すことで熱を発生させるプロセスである。導電性媒体により生成される熱の量は、媒体を通過する電流の量と媒体の電気抵抗に基づく。その結果、加熱は、電流、電圧、抵抗、またはそれらの組み合わせを調整することによって制御（例えば、増減）することができる。
所定の導体の抵抗は、電流が流れ得る導体内の体積を制限し、電流が流れる長さを増加させることによって増加させることができる。本発明の実施形態は、例えば表皮効果と近接効果を利用して、導電性媒体（例えば、バルク媒体、導体）内の電流を成形する（例えば、収縮、延長など）メカニズムを操作することによって、バルク媒体内に熱を発生するように構成することができる。どちらの効果も、加熱される導電性媒体に高周波ＡＣ電流を流すことに依存している。表皮効果は、電流密度が導体の表面近くで増加し、導体内の深いところほど減少するように交流電流は導体内に分布するという傾向を利用して電流の流れを抑制する。近接効果を使用すると、導体を流れる既存の電流の近くに別のＡＣ電流経路を配置することにより、導体を流れる電流をさらに抑制することができる。近接効果は、電流経路を長くする機能もある。
例えば、本発明の実施形態は、電流経路に沿った電流の流れを抑制することによって、バルク媒体を通る電流経路に沿ったバルク媒体の抵抗を増加させるように構成される。結果として、本実施形態は、導電性媒体に増加した加熱性能を提供すると同時に、熱を生成するために必要とされる電流を低減することができる。つまり、特定の電流経路に沿った導電性媒体の実効抵抗を増加させることにより、媒体内でジュール熱を生成するために必要とされる電流を、そうでない場合よりも、少なくすることができる。
本明細書に記載されている主題は、以下の利点のうちの１つまたは複数を実現するように実施することができる。導体を加熱するために、より軽量で小型の電気システムを使用することができる。さらに、加熱を目標領域に局所化することができ、加熱システム回路の過熱を生じない。本加熱システムは、例えば、バルク媒体に取り付けられた加熱要素または加熱層で熱を発生させるのではなく、バルク媒体（例えば、航空機の翼）自体で直接熱を発生させることによって、より効率的であり得る。本システムはまた、加熱に使用する電流と電圧が少なくて済み、安全性と信頼性が向上する可能性がある。一部の実施形態では、構成要素のストレスも軽減され得る。本システムは、設置または改良変更がより簡単、高速、または安価になり得る。本システムは、より安価になり、またメンテナンスも容易になり得る。本システムは、既存のシステムに後付けする場合に、非侵襲的であり得る。本システムはより速い除氷を可能にする。
本明細書の主題の１つまたは複数の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。主題の他の特徴、態様、および利点は、この説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになる。
本発明の加熱システムは、ＡＣ電流を使用して導電材料（例えば、アルミニウム、炭素繊維複合材）の実効電気抵抗を増加させてそれらをより容易に加熱するものである。一般に、導電材料で発生した熱は、導電材料の表面に形成された氷を溶かすために使用することができる。この熱は、導電材料を高温に保ち、表面への蒸気の堆積を防ぐために、または表面での水の凍結を防ぐために、ならびに着氷性降雨（例えば、雪、凍雨、霧、氷晶雨）が表面に着氷するのを防ぐために使用することができる。例えば、導電材料で発生した熱は、導電材料全体に伝導する（例えば、広がる）ことができる。さらに、発生した熱は、導電材料とその表面上の液体との界面を横切って対流を引き起こし、例えば、液体を加熱して凍結を防ぐことができる。
交流電流を利用して導電性材料の実効抵抗を増加させるいくつかの電磁効果を誘起させることができ、それにより、導電材料のジュール熱を利用して熱発生を促進することができる。このような効果には、表皮効果、近接効果、誘導、渦電流、ヒステリシス損失、および誘電損失が含まれる。導体内の電流の周波数が十分に高い値に設定されている場合、表皮効果により、電流の大部分が導電材料の幾何学的厚さよりも大幅に薄い導電性材料の表皮部を通過する。さらに、特定のデバイス幾何構造を使用して、導電材料内に近接効果を生じさせることができ、この効果は電流密度の幅をさらに抑制し、それにより導電性材料内の電流経路に沿った実効抵抗をさらに増加する。これらの２つの効果は、導電性材料の電気抵抗を増加させてジュール熱を発生させるために一緒に使用することができる。
例えば、ジュール熱は一般に、導体に電流を流すことによって生成される熱を指す。特定の通電導体で発生する熱は、材料の抵抗と電流の振幅の２乗の二乗平均平方根の積：
に比例する。
に比例する。
発熱体からの熱出力は、一般に、導体を通過する電流を増加させることによって、および比較的高い抵抗の発熱体を用いることによって増加する。しかしながら、本開示の実施形態は、特定の電磁現象（例えば、表皮効果および近接効果）を利用して、バルク媒体内の局所電流の電流密度を収縮させることによってジュール熱を発生させる。この電流密度の収縮により、バルク媒体内の電流経路に沿った実効抵抗が増加する。個別の効果は、材料や形状によって異なり得るが、バルク媒体を通る電流経路に沿った特定の長さに対する実効抵抗は、一般に次のように表すことができる。
ここで、ρは電流が流れる材料の抵抗率を表し、ｌは電流経路の長さを表し、Aｅｆｆは電流密度の収縮した断面積を表す。本開示の実施形態は、電磁現象を利用してＡｅｆｆを電流の経路に沿ったバルク媒体の断面積よりも小さい断面積に低減し、それにより、バルク媒体の実効抵抗をＤＣ電流に対するバルク媒体の実効抵抗よりも増加させる。
ここで、ρは電流が流れる材料の抵抗率を表し、ｌは電流経路の長さを表し、Aｅｆｆは電流密度の収縮した断面積を表す。本開示の実施形態は、電磁現象を利用してＡｅｆｆを電流の経路に沿ったバルク媒体の断面積よりも小さい断面積に低減し、それにより、バルク媒体の実効抵抗をＤＣ電流に対するバルク媒体の実効抵抗よりも増加させる。
本開示のいくつかの実施形態は、これらの電磁現象を使用して、バルク媒体を通る電流経路の長さを増加させることができる。例えば、図４Ｄを参照して以下で説明されるように、本明細書に記載の技術を使用して、バルク媒体に取り付けられた２つの電極の間の電流経路を非直行経路（例えば、蛇行経路）に沿って「誘導」することができる。非直行経路は、例えば、近接効果などの電磁効果がない場合に２つの電極間を通る電流により生成される一般に実質的に直線の経路よりも長い有効長（ｌｅｆｆ）を有する電流経路を生成することができる。したがって、本明細書に記載のシステムは、電流経路長ｌを、本明細書に記載の様々なシステムおよび導体配置のない場合に電流が取る直行経路よりも長い有効長（ｌｅｆｆ）に増加させることができる。したがって、そのような実施形態は、バルク媒体を流れる電流の有効断面積（Ａｅｆｆ）を収縮することと、電流がバルク媒体を通過する有効長（ｌｅｆｆ）を増加させることの両方によって、実効抵抗（Ｒｅｆｆ）を増加させることができ、これにより、バルク媒体の実効抵抗をＤＣ電流に対するバルク媒体の実効抵抗よりもさらに増加させることができる。このような実施形態では、実効抵抗は一般に次のように表すことができる。
このような技術を使用することにより、本開示の実施形態は、導電性バルク材料（例え
ば、アルミニウム、銅、鋼、およびそれらの合金）に高い局所抵抗を生成することができる。
このような技術を使用することにより、本開示の実施形態は、導電性バルク材料（例え
ば、アルミニウム、銅、鋼、およびそれらの合金）に高い局所抵抗を生成することができる。
本明細書で使用される表皮効果は、一般に、交流電流が導体内に不均一に分布して電流密度が導体の表面近くで大きくなり、導体の表面までの距離が増加するにつれて減少する傾向を指す。表皮効果の強さは、電流の周波数と電流を運ぶ材料の導電率とともに増加する。本開示のいくつかの実施形態は、電流がより高いＡＣ周波数で導体の外面（例えば、「表皮厚さ」）でより多く流れるように、表皮効果を調整することができる。
一般に、導体の表皮効果は次の式で表すことができる。
ここで、Ｊは電流密度、Ｊｓは表面電流密度、ｄは電流 密度が計算される点の深さ、δは表皮の厚さ、ρは導体の抵抗率、ωは電流の角周波数、μは導体の透磁率、εは導体の誘電率である。底面半径Rの円筒形導体の場合、電流密度はさらに次のように導き出すことができる。
ここで、Ｊ０は第一種の0次のベッセル関数である。
ここで、Ｊは電流密度、Ｊｓは表面電流密度、ｄは電流 密度が計算される点の深さ、δは表皮の厚さ、ρは導体の抵抗率、ωは電流の角周波数、μは導体の透磁率、εは導体の誘電率である。底面半径Rの円筒形導体の場合、電流密度はさらに次のように導き出すことができる。
表面電流が流れる無限に長く幅の広い長方形のプレートの場合、表皮効果は次の式で表すことができる。
ここで、Ｊｓは強制表面電流、σはプレートの導電率、eはプレートの厚さ、shは双曲正弦関数である。例えば、図３に示され、以下で詳細に説明される図表は、表皮効果によって引き起こされる円筒導体内の材料の深さ（例えば、表皮深さ）内の電流密度収縮の一例を示す。上で詳述したように、実効断面積のこのような収縮は、導体の実効抵抗を増加させる。
例えば、図３に示され、以下で詳細に説明される図表は、表皮効果によって引き起こされる、材料の深さ（例えば、表皮深さ）内の電流密度収縮の一例を示す。
本明細書で使用される近接効果は、一般に、第１の電流経路（例えば、導体）を流れるＡＣ電流が、近くの第２の電流経路を流れるＡＣ電流の電流密度に及ぼす影響を指す。例えば、図５Ａ～５Ｂに示され、以下で詳細に説明されるように、第１の電流経路のＡＣ電流は、第２の電流経路のＡＣ電流の密度を第１の電流経路の周囲に「集中」または収縮させる。本開示の実施形態において、例えば、バルク媒体を通過する電流の密度は、バルク媒体を通過する電流の近くにＡＣ電流を運ぶ別の導体が配置されると、ＡＣ電流を運ぶ別の導体に向かって「引っ張られる」。近接効果によって引き起こされる電流密度の収縮（例えば、集中）の程度および方向は、いくつかの変数、例えば、２つ以上のＡＣ電流経路間の距離、個々の電流経路を流れる電流の相対的な進行方向、電流経路のＡＣ電流の周波数、および電流経路の個々の電流の大きさなどに依存する。
明確のために、本開示の加熱システムは、飛行機の外表面のための除氷および防氷システムの例示的な状況に関連して説明される。しかしながら、本開示の加熱システムは、他の状況、例えば他の航空機、無人機、風力タービン、極低温動作装置、ヒートポンプ、自動車、無線塔、鉄道線路の表面、有人または無人の軍用車両、屋根、または氷または水形成の抑制の恩恵を受ける他の導電性表面などを加熱するのに使用することができるが、これらに限定されない。この加熱システムは、除氷または防氷に使用することができる。いくつかの実施形態では、この加熱システムは、例えば、非導電材料の上または内部に導電層を加えることによって低導電材料を加熱するために使用することができる。このような実施形態は、道路（私道など）、建築材料、屋根、床、またはその他の低または非導電材料の表面を加熱するために使用できる。
本明細書で使用される除氷とは、一般に、表面からの雪、氷、または霜（「氷」と総称する）の除去を指す。いくつかの実施形態では、加熱システムは、導電性表面上の既存の氷の一部を溶かすことができればよい。その後、氷は（例えば、溶融過程が始まり、氷と表面の結合が壊れると表面から滑り落ちることによって）表面から除去される。
本明細書で使用される防氷は、一般に、雪、氷、または霜（「氷」と総称する）の形成または表面への付着の防止を指す。いくつかの実施形態では、加熱システムは、（例えば、雪、霜、凍雨、氷晶雨などの着氷性降雨から）表面に氷が形成されるのを防ぎ、氷の堆積または形成を防ぐのに十分高い表面温度を維持する。
図１は、バルク媒体を加熱するための例示的な加熱システム１００のブロック図を示す。加熱システム１００は、電極１１６および１１８に結合された電力制御システム１０４を含む。電極１１６および１１８は、バルク媒体１０２の目標領域（例えば、航空機の翼の一部）に結合される。電力制御システム１０４は、ワイヤ（またはパスまたはケーブル）１０６、バルク媒体１０２、および最後にワイヤ（またはリターンパス）１０８を介する閉開路を横切って交流（ＡＣ電流）（例えば、周波数１ｋＨｚ以上）を発生する。ワイヤを流れる電流１１２の方向は、破線の矢印で示されている。
いくつかの実施形態では、加熱システム１００は、電力制御システム１０４と、電極１１６および１１８と、専用ケーブル（例えば、ワイヤ１０８および１０６）とを含むことができるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、加熱システムは、電極１１６および１１８に結合されるように構成されている。いくつかの実施形態では、加熱システムは、特殊なケーブル（例えば、１０８または１１６）に結合されるように構成されている。いくつかの実施形態では、電力制御システム１０４は、信号発生ユニット、電源、信号変換ユニット、インピーダンス調整ネットワーク、制御ユニット、およびセンサを含むことができ、以下で詳細に説明される特定の構成を有するが、これに限定されない。以下に詳述するように、いくつかの実施形態では、インピーダンス調整ネットワークはインピーダンス整合ネットワークである。
いくつかの実施形態では、電極１１６および１１８は接触電極である。例えば、電極１１６および１１８は、バルク媒体１０２に物理的に接続して電力制御システム１０４からの電流をバルク媒体に伝導する。いくつかの実施形態では、電極１１６および１１８は、バルク媒体１０２に結合することができるが、バルク媒体１０２から電気的に絶縁することもできる。例えば、そのような実施形態では、電極１１６および１１８は、バルク媒体１０２に近接配置された誘導コイルの入力および出力としてバルク媒体１０２に電流を磁気的に誘導することができる。
電力制御システム１０４は、表皮効果を調整することによって電極１１６と１１８との間のｚ方向の電流の流れを収縮するのに十分な高周波（例えば、１ｋＨｚ以上）の電流を供給してバルク媒体１０２に高い抵抗を生じさせることができる。電力制御システム１０４は、１ｋＨｚ～３００ＧＨｚの周波数のＡＣ電流を提供することができる。いくつかの実施形態では、電流周波数は１００ｋＨｚ～４５０ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、電流周波数は１ＭＨｚ～５０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ～１５０ＭＨｚ、２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、４００ ＭＨｚ～ ５００ＭＨｚ、または８００ＭＨｚ～１ＧＨｚの範囲である。
いくつかの実施形態では、リターン経路１０８は、バルク媒体１０２の表面に近接して配置される。バルク媒体の表面へのリターン経路１０８の近接配置は、電極１１６および１１８間を流れる電流の近接効果を調整するために使用することができ、それにより、電流をさらに抑制し、バルク媒体内の加熱を増加させることができる。近接効果を利用して電極１１６と１１８との間を流れる電流を成形するために、加熱システムの回路自体からのリターン電流経路１０８を使用する必要はない。いくつかの実施形態では、別の電流経路１２２（例えば、異なる回路からの）をバルク媒体１０２に近接配置（例えば、距離１２０ａ）することができる。例えば、バルク媒体１０２からの電流経路１０８または１２２の距離１２０または１２０ａが十分に小さい場合、近接効果を使用して、バルク媒体を通る電流をさらに抑制することができる。
例えば、バルク媒体と経路１０８（または１２２）との間の距離１２０（または１２０ａ）は、近接効果を生成するために、１ｍ未満、または５０ｃｍ未満、または１０ｃｍ未満にすることができる。設計上の制約を十分に考慮してより近い距離が可能である場合、（例えば、飛行機の翼がバルク媒体である場合、飛行機のリブまたはスパーがリターン経路１０８／１２２の邪魔にならなければ）、距離１２０（または１２０ａ）は２５ｃｍ未満または１０ｃｍ未満にすることができる。
バルク媒体１０２は、アルミニウム、金属合金、炭素繊維複合材、銅、銀、チタン、または鋼などの材料を含み得るが、これらに限定されない。例えば、バルク媒体は、胴体、翼、下部構造、尾翼など、航空機の機体の任意の部分（例えば、飛行機の「表皮」としても知られる、航空機の最外殻または表面）とすることができる。
電極（１１６および１１８）は、アルミニウム、銀、銅、それらの合金、または他の導電性材料などを含み得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、電極材料は、少なくともバルク媒体１０２と同程度の導電性である。いくつかの実施形態では、電極１１６および１１８は、電極のアレイに配置することができる。電極はバルク媒体に、様々な方法で、例えば、媒体の上面または下面に結合する、または媒体内に埋め込むことができる。
加熱システム１００は、媒体を流れる電流の密度を成形することによって、バルク媒体１０２を通る実効抵抗を生成するように構成される。言い換えれば、飛行機の用途では、飛行機の既存の機体を加熱システムの電気回路の一部として使用する。加熱システム１００は、表皮効果、近接効果、またはそれらの組み合わせを調整することによって電流の密度を成形し、電極１１６と１１８との間の電流経路に沿ったバルク媒体１０２の実効抵抗を増加させる。場合によっては、近接効果を利用して、例えば、図４Ｄに見られるように、バルク媒体の所望の区分を加熱するように電流経路を向けることもできる。バルク媒体の所望の加熱区分は、「目標加熱場所」または「目標場所」と呼ばれ得る。
いくつかの実施形態では、周波数１ｋＨｚまたはそれ以上の交流電流を飛行機の機体に直接流すことができる。その結果、電流が流れる表面近くの機体の部分でジュール熱が発生する。さらに、電流により生成された熱は、伝導によってバルク媒体１０２全体に広がる。
図２Ａ～２Ｂを参照すると、加熱システム１００は、表皮効果を利用して媒体の目標領域１０２を通る電流密度を成形する。図１と同様に、ＡＣ電流（方向２１２）が、バルク媒体１０２の目標領域を通して電極１１６および１１８間に供給される。図２Ａは、表皮効果のない場合（例えば、１ｋＨｚ未満の電流周波数の場合）にバルク媒体１０２の目標領域を通る電流密度２０２のプロファイル（例えば、側面図）を示す概略図である。電流はｙ方向（２１２）に流れ、電流の大部分が矢印で示される媒体１０２の容積内を流れる。例えば、電流は、約２ｍｍの深さ２０６、例えば、バルク媒体のほぼ全体の厚さを有する。このように、図２Ａは、表皮効果による電流密度の成形がほとんどまたは全くないシステム１００の動作を示している。
図２Ｂは、電極間に高周波ＡＣ電流（例えば、１ｋＨｚ以上）を印加した結果として生じる電流密度２０２のプロファイルの概略図である。図２Ｂは、表皮効果により電流密度を整形するシステム１００の動作を示している。例えば、加熱システム１００を高周波で動作させることによって生じる表皮効果のために、バルク媒体１０２を流れる電流密度２０２の深さがｚ方向に収縮され、バルク媒体１０２の表面近くの狭い領域になる。さらに、バルク媒体１０２の電流の流れ領域の実効抵抗が十分に増加するため、この領域でジュール熱を得ることができ、回路の残部（例えば、ワイヤ、電源、インバータ、調整ネットワーク、電極）を過熱することはない。目標領域のＡＣ電流に対するバルク媒体の実効抵抗は、DC電流に対するバルク媒体の抵抗よりも大きくすることができる。例えば、実効抵抗は、DC電流に対するバルク媒体の抵抗よりも2桁以上大きくすることができる。
図３は、印加ＡＣ電流の関数としての、表皮効果による材料の深さ（ｘ軸、１に正規化されている）への電流密度の集中（ｙ軸、１に正規化されている）を示すプロットである。電流密度は、媒体の厚さ（z方向）に沿って指数関数的に減衰する。周波数が１ｋＨｚから１０ＭＨｚに増加するにつれて、電流密度はバルク媒体の表面近くにさらに集中する。したがって、周波数が高いほど、減衰が顕著になる。言い換えれば、表皮効果は電流がバルク媒体の表面近くの薄い層を通過するように電流密度を収縮する。その結果、ジュール熱がこの層で発生する。
図４Ａは、近接効果を利用して電流密度をさらに収縮するためのシステム４００の側面図である。図１と同様に、電極１１６および１１８は、バルク媒体１０２（例えば、機体上の目標領域）に取り付けられ、ＡＣ信号（例えば、１ｋＨｚ以上）を通過させて、媒体を通る方向４１２の電流密度（または経路）４１０を生成する。リターン経路１０８は、媒体内の現在の経路（または密度）４１０から距離１２０内に配置され、方向４１２とは異なる方向１１２を有する。いくつかの実施形態では、リターン経路１０８は、バルク媒体１０２から電気的に絶縁される。経路１０８は、バルク媒体１０２から距離１２０内に配置されたワイヤまたはケーブルであり得る。リターン経路１０８は、システム４００の回路を完成させるワイヤまたはケーブルであり得る。
リターン経路１０８が電流経路４１０に十分に近い（例えば、５０ｃｍ未満）場合、リターン経路１０８のＡＣ電流は、電流経路４１０内の電流を電流経路４１０内の電流の流れを横切る方向に収縮する。換言すれば、リターン経路１０８を電流経路４１０に十分に近づけて配置することにより、電流経路４１０内の電流の流れの断面積が収縮される。例えば、図４Ａ～４Ｃを参照すると、電流は、電極１１６と１１８との間で２つの方向（例えば、図示されているようにｘ方向およびｚ方向）に収縮される。例えば、図４Ｄに示されるように、近接効果は、電流の流れの方向に応じて、ｘ方向またはｙ方向のいずれかに電流密度４１０を収縮させる。例えば、電流がx方向に流れる場合、近接効果は電流をy方向に収縮する。例えば、近接効果は主として電流の流れの方向を横切る方向に電流を収縮させるが、表皮効果は主に電流密度をバルク媒体の深さ内で（例えば、図２Ａおよび２Ｂに示されるようにｚ方向に）収縮させる。場合によっては、近接効果をバルク媒体１０２の深さ（例えば、ｚ方向）の電流密度の収縮に加えることもでき、例えば、表皮効果と近接効果の両方を利用する実施形態において、表皮効果を高めることもできる。いくつかの実施形態では、近接効果を使用して、バルク媒体を通る電流の流れの方向（例えば、電流がバルク媒体１０２を通る経路）を規定することもできる。
図４Ｂ～Ｃは、上から見たシステム４００の例示的な概略図である。電極１１６および１１８は、バルク媒体の目標領域１０２に取り付けられ、ＡＣ信号（例えば、１ｋＨｚ以上）を通過させて、媒体を通る方向４１２の電流密度（または電流経路）４１０を生成する。リターン経路１０８は、バルク媒体１０２内の電流経路（または密度）４１０とは異なるｘｙ平面（点線）に配置される。いくつかの実施形態では、リターン経路１０８内の電流は、方向４１２とは異なる方向１１２にある。例えば、いくつかの実施形態では、リターン経路１０８の電流の方向１１２は、電流経路４１０の電流の方向４１２と反対である。電流経路４１２とリターン経路１０８の間隔が十分に小さい場合（例えば、５０ｃｍ未満）、電極１１６と１１８との間でバルク媒体１０２内を流れる電流は、図４Ｃに示されるように、近接効果によりリターン経路ワイヤの近くに密集する（例えば、ｙおよびｚ方向に収縮する）。リターン経路１０８のバルク媒体１０２からの離間距離が大きいほど、図４Ｂに示されるように、バルク媒体１０２内でより少ない電流経路４１２が収縮されることになる。
図４Ｄは、上から見たシステム４５０の別の実施形態の例示的な概略図である。前のシステム１００と同様に、電極１１６および１１８は、バルク媒体１０２の目標領域に取り付けられている。リターン経路１０８は、バルク媒体１０２に近接して、バルク媒体１０２内の電流経路４１０とは異なるｘｙ平面に配置される。図示の実施形態は、電流４１０がバルク媒体１０２を流れる経路を成形するためにどのようにリターン経路１０８（または別の別個の電流経路）を使用し得るかを示す。例えば、第２の電流経路（例えば、リターン経路１０８のような電流搬送ワイヤまたはケーブル）をバルク媒体１０２に近接配置することによって、近接効果を利用して、電流の流れの方向を横切る電流密度の幅を収縮すること、およびバルク媒体１０２内の電流経路４１０を成形することの両方を行うことができる。図４Ｄはまた、近接効果は、電流密度を電流経路４１０に沿って、電流の流れの方向を横切る方向に収縮することを示している。例えば、図４Ｄにおいて、電流経路４１０に沿った電流密度は、経路４１０の各セグメントにおける電流の流れの方向に実質的に垂直な方向に収縮され、バルク媒体１０２内の電流経路４１０は、リターン経路１０８の形状に従って一致する。より具体的には、電流経路４１０のセクションＡにおいて、電流はｘ方向に沿って流れるように案内され、電流密度はｙ方向およびｚ方向に収縮される。電流経路４１０のセクションＢにおいて、電流はｙ方向に沿って流れるように案内され、電流密度はｘ方向およびｚ方向に収縮される。
図４Ｄに示されるように、近接効果によって電流経路をより複雑な形状に成形する能力はいくつかの利点をもたらす。第１に、このような経路形状は実効電流経路長ｌを増加させるために使用することができる。上記のように、経路長が長くなると抵抗が大きくなり、ジュール熱が大きくなる。第２に、このような電流経路の形状は、電流を加熱のための戦略的な場所に向けるように構成することができる。第３に、このような電流経路の形状を使用して、電流経路の鋭い角に加熱が増加した領域（例えば、ホットスポット）を生成することができる。
近接効果と表皮効果の組み合わせによって、目標領域のＡＣ電流に対するバルク媒体の実効抵抗をＤＣ電流に対するバルク媒体の抵抗よりも大きくすることができる。例えば、実効抵抗は、ＤＣ電流に対するバルク媒体の抵抗よりも２桁以上大きくすることができる。
図５Ａ～Ｂは、導体間の距離１２０の関数として、近接効果による第２の導体／経路１０８の近くのバルク導体目標領域１０２における電流密度の集中の増加を示すシミュレーション図である。バルク導体と第２の経路の電流は、距離１２０が減少すると近接効果を引き起こすのに十分である（例えば、１ｋＨｚ以上、または１０MHzで）。例えば、距離１２０が２０ｃｍである場合、電流密度４１０は、図５Ａに示されるように、ｘ-ｙ平面においてほぼ均一のままである。図５Ｂに示されるように、距離１２０が２ｃｍに減少すると、近接効果によってｘ-ｚ平面内でリターン経路１０８の周りに電流４１０の「密集」または「収縮」が生じる。これは、電流４１０の大部分がバルク導体に沿った狭いストリップに密集し、第２の導体（１０８）の経路（例えば、リターン経路、または他の電流搬送ワイヤ）をたどることによって実現される。言い換えれば、電流４１０は、バルク媒体全体に均一に広がるのではなく、最小のインダクタンスの経路をたどる。
いくつかの実施形態では、図１のパス１２２と同様に、近接効果を引き起こすためにリターン経路１０８以外のワイヤを使用する。その場合、そのワイヤの電流振動は、経路１０６および１０８と同じシステム（例えば、電力制御システム１０４）によって駆動してもよいし、しなくてもよい。その場合、ワイヤ１２２の近接効果は、バルク導体内の電流経路４１２からワイヤ１１２までの距離に依存する。リターン経路１０８と同様に、ワイヤ１２２は、経路４１２に十分に近い（例えば、５０ｃｍ未満）必要がある。
一般に、電力制御システム１０４は、電極（例えば、１１６および１１８）および専用の導体（例えば、専用ワイヤまたは専用ケーブル）を介してバルク媒体１０２に電流を供給して、閉路を形成する（図１参照）。これらの3つの構成要素については、以下でさらに詳しく説明する。
いくつかの実施形態では、電極１１６および１１８は、図６Ａに示されるように、入力電極および出力電極のアレイを含む。電極システム６００は、電極アレイ１１６を形成する３つの入力電極１１６（１）～（３）と、電極アレイ１１８を形成する３つの出力電極１１８（１）～（３）を含み、バルク媒体内に隣接する電流経路４１０をもたらす。上で詳述したように、リターンワイヤ１０８の電流１１２による近接効果は、バルク媒体の電流密度４１０を収縮する。
一般に、バルク媒体１０２の目標領域において所望の加熱を達成するために、様々な電極形状を使用することができる。例えば、図６Ｂを参照するに、システム６１０は、バルク媒体の目標領域１０２に電流を供給するために使用される２つの電極配置１１６および１１８を示す（入力／出力ワイヤ１０６および１０８を備えている）。電極配置１１６および１１８は、図６Ａに示されるような１つ以上の電極のアレイとしてよい。図６Ｃ～Ｄは、例えば航空機の翼の目標領域１２０を加熱するための他の電極構成６２０および６３０のそれぞれの概略図である。１１６、１１８、および６４０によって示される電極配置は、図６Ａに示されるような単一の電極、または１つ以上の電極のアレイとしてもよい。電極の形状と設計の詳細は以下のとおりである。
いくつかの実施形態では、バルク媒体は飛行機の外皮であり、加熱の目標領域としては
、翼、胴体、垂直尾翼、水平尾翼、窓、ウィングレット、風防、操縦翼面（フラップ、アイレロン、ラダー、エレベーター、エアブレーキなど）、ノーズ/ノーズコーン、着陸ギア、着陸ギアブレーキ、着陸ギアドア、エンジンおよびエンジンナセル、ＡＣインレットおよびアウトレット、燃料タンクベント、ピトットヘッド、静ポート、その他のアンテナ、センサ、外部ライト、燃料タンク通気口、サービスパネルなどが含まれるが、これらに限定されない。言い換えれば、提案された技術は、場合によっては、図６Ａ－６Ｄに示される構成のうちの１つまたは複数において、機体の内側に電極を配置することを含み得る。いくつかの実施形態では、加熱システム１００は、目標領域の一部でジュール熱を生成し、その後、材料内の伝導により更なる熱拡散をもたらすことができる。
、翼、胴体、垂直尾翼、水平尾翼、窓、ウィングレット、風防、操縦翼面（フラップ、アイレロン、ラダー、エレベーター、エアブレーキなど）、ノーズ/ノーズコーン、着陸ギア、着陸ギアブレーキ、着陸ギアドア、エンジンおよびエンジンナセル、ＡＣインレットおよびアウトレット、燃料タンクベント、ピトットヘッド、静ポート、その他のアンテナ、センサ、外部ライト、燃料タンク通気口、サービスパネルなどが含まれるが、これらに限定されない。言い換えれば、提案された技術は、場合によっては、図６Ａ－６Ｄに示される構成のうちの１つまたは複数において、機体の内側に電極を配置することを含み得る。いくつかの実施形態では、加熱システム１００は、目標領域の一部でジュール熱を生成し、その後、材料内の伝導により更なる熱拡散をもたらすことができる。
一般に、電力制御システム１０４は、高周波（例えば、１ｋＨｚ以上）の交流電気信号（ＡＣ）を生成し、それをバルク媒体の上述の目標領域１０２を通して送るように設計された信号生成システムを含む。目標領域のインピーダンスが低い（場合によっては１Ωよりはるかに低い）いくつかの実施形態では、信号生成システムは、目標領域でジュール熱を生成するために、目的の電流レベルを生成し維持するように構成される。場合によっては、システムの他の部分（信号を伝送する導体やワイヤなど）のインピーダンスがゼロを超えるため、これらの部分を流れる大電流によって、目標領域の外側で望ましくないジュール熱が発生する。そのため、一部の実施形態では、信号生成システムは高電流が目標領域の近くにのみ供給されるように設計される。
いくつかの実施形態では、信号生成システムの要素／ユニットの一部またはすべて、ならびにそれらを接続する導電要素／ケーブルは、高電流および高周波数の電磁信号を送るときに通常発生する望ましくない電力損失を可能な限り低減するように設計される。
いくつかの実施形態では、信号生成システムは、既存の電源（例えば、航空機上の既存の電気バス）から電力を受け取ることができる。一部の実施形態では、システムは、システムの一部である専用のバッテリーまたは専用の電源を使用する。例えば、そのような専用の電源には、燃料ベースの発電機、太陽光発電ベースの発電機、風力発電ベースの発電機、ガス発電ベースの発電機などが含まれ得るが、これらに限定されない。信号生成システムは、電源（例えば、既存の電気バス、専用のバッテリー、専用の電源）と目標領域との間の回路内に配置することができる。
さらに、いくつかの実施形態では、信号生成システムは、独立したユニットとして存在する、および／または信号生成システムの一部である他のユニットの組み合わせ内に埋め込まれる制御回路およびデバイスを含むことができる。
いくつかの実施形態では、加熱システム１００は、いくつかの別個の目標領域を加熱するために使用される。このような場合、加熱システムの各要素またはユニット（例えば、信号変換ユニット、インピーダンス調整ネットワークなど）は、システム全体に集中化するか、目標領域または目標領域のグループごとに１つ以上の個別のユニットとして分散させることができる。集中化または分散構成は、数ある基準のうち特に、システム機能、エネルギー効率、コスト、規制順守、重量、サイズ、および複雑さなど改善するために使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、信号変換ユニットは集中化されるが、インピーダンス調整ネットワークは、目標領域ごとに１つ以上のユニットに分散される。いくつかの実施形態では、信号変換ユニットは、集中型ＴＳＰ（「標準電力への変換」）サブユニットとして部分的にのみ集中化されるが、ＡＣＧ（「ＡＣ生成」）サブユニットは、目標領域または目標領域のグループごとに１つ以上のサブユニットとして分散される。いくつかの実施形態では、信号変換ユニットは完全に分散され、その各サブユニットは、目標領域または目標領域のグループごとに１つ以上のサブユニットに分散される。
いくつかの実施形態では、電力制御システム１０４は、加熱／除氷／防氷動作が完了するまで、連続的に目標領域１０２に電力を送る。いくつかの実施形態では、システムは、導電材料１０２において所望の熱発生および熱分布を達成するために、改善された／効率的な方法で（例えば、制御ユニットを使用して）電源をオンおよびオフにすることができる。例えば、システムがオンの場合、熱が目標領域の特定の場所で生成され、目標領域全体に伝導され、目標領域の残りの部分に「拡散」する。システムがオフの間、生成された熱が目標領域内で伝導し続ける。
いくつかの実施形態では、システムは、オン状態に対して異なる電力レベルを有し、改善された方法でオフ状態と異なる電力レベルを周期的に繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、1ステップの電力増分または減分ではなく、電力のスムーズな増減によって特定の電力レベルに到達させることができる。このようなパルス電力システムのパターンは、システムの構築時に完全に事前に規定するか、またはシステムの制御ユニットの一部を形成するフィードバックループに基づいて変化させて、動的に改善することができる。
加熱システムが複数の目標領域を含むいくつかの実施形態では、上記のパルス電力パターンをすべての目標領域にわたって非同期的に使用できるため、すべての目標領域を、全体平均と全体瞬時電力レベルの両方を設定しきい値以下に維持しながら、必要な時間量で加熱することができる。例えば、両翼、胴体、および水平および垂直尾翼を加熱する航空機の除氷システムの場合、このような段階的電力パターンは、システムが一度に１つの目標領域に対してのみターンオンされるように設計することができる。いくつかの実施形態では、段階的電力パターンは、左翼、胴体、右翼、垂直尾翼、水平尾翼の順にシステムをパワーオンする。
いくつかの実施形態では、所望の熱、平均電力、瞬間電力レベル、ならびに許容可能な熱分布を達成するために、改善されたタイミングを各段階で使用することができる。いくつかの実施形態では、上記のパターンと同様に、目標領域の任意のサブセットを特定の時間に加熱することができる。
いくつかの実施形態では、加熱システムの設計の一部として言及されている１つまたは複数のユニットまたは要素はエンクロージャを有している。このようなエンクロージャは、単一のユニット用またはユニットの任意の組み合わせ用に設計され得る。いくつかの実施形態では、エンクロージャは環境認定基準に準拠して設計される。例えば、エンクロージャは、不燃性、降水からの保護、外部の衝撃や振動からの保護を提供する取り付けおよび構造、電気絶縁、外部電磁波妨害（「ＥＭＩ」）からの保護、封入回路のＥＭＩ放射のシールド、およびサーマルリリーフなどの基準に準拠して設計することができる。
いくつかの実施形態では、いくつかのエンクロージャは、加熱された物体（例えば、バルク導電材料）の構造をヒートシンクとして使用するように設計することができる。例えば、１つまたは複数の加熱システムのユニットは、それが配置されるバルク媒体に対して高い熱伝導率を有するように取り付けられた金属または導電性構造内に収容することができる。この取り付けの可能な利点の１つは、バルク媒体を加熱すると同時に、電子機器に必要な冷却を提供することにある。この設計のもう1つの可能な利点は、損失を分散するために別個のヒートシンクを設ける必要がなくなることにより、加熱システム（またはデバイス）の重量が減少することにある。いくつかの実施形態では、目標領域を加熱システムユニットのヒートシンクの一部として使用することができる。この使用により、加熱システムの回路が必然的に熱損失を生じ、それが目標領域に伝導されてそれらを加熱し得るため、加熱システムの効率が向上し得る。
いくつかの実施形態では、エンクロージャをバルク媒体に取り付けるために複数の接着剤または取り付けタイプを使用することができる。例えば、そのケーシングを所定の位置に保持するために、主に機械的剛性保持のために使用される接着剤を使用することができ、エンクロージャのヒートシンク機能のために低い熱インピーダンス経路を提供する別の接着剤（または界面剤）を使用することもできる。
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の加熱システムのユニットは、ユニットの回路、周囲のケーブル、他のユニット、または目標領域で測定される１つ以上の測定値、例えば電圧、電流、温度、順方向電力、および反射電力など、を検出するように構成することができるが、それらに限定されない。いくつかの実施形態では、そのような測定値を使用して、ユニットの動作状態を監視し、それらの動作を、改善のために、例えばスイッチングおよび調整可能部のオン/オフスイッチング、出力レベル、およびインサーキット制御などを（フィードバックメカニズムを使用して）制御することができる（ダイナミック調整ネットワーク内のスイッチングおよび調整可能部の制御の詳細については下記参照）。制御されるパラメータには、負荷への電力および/または負荷への電流、調整ネットワークの電圧制御、およびその他の関連信号が含まれる。
いくつかの実施形態では、上記のフィードバックループの一部として使用される測定値は、目標領域またはその近くに設置し得る特定の氷センサを含むこともできる。そのようなセンサは、例えば、除氷完了状態について加熱システムおよび／またはユーザに通知するために使用することができ、除氷および防氷動作段階で電力レベルを調整するための入力として使用することができる。いくつかの実施形態では、氷センサをシステム内の障害やサービス要求を判別するために使用することもできる。
いくつかの実施形態では、加熱システムは、ユーザ（航空機の除氷システムの場合にはパイロットまたは副操縦士であり得る）および/またはシステムのセンサからの入力を受け取り、および他のすべてのユニットに制御信号を出力するプロトコルコンバータ制御ユニット（または「制御ユニット」または「制御サブユニット」）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ユーザからの入力は、オン／オフ状態、除氷／防氷／オフ状態、目標領域の目標温度、および目標領域の目標出力を含むことができるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、センサからの入力は、電圧、電流、温度、順方向電力および反射電力、インピーダンス、および氷センサ、スクワットスイッチ、さまざまな航空機ロジックユニットからのデータ、航空電子機器からの情報並びに他の情報などが含まれるが、それらに限定されない。いくつかの実施形態では、プロトコルコンバータユニットはシステム全体に集中配置される。いくつかの実施形態では、目標領域または目標領域のグループごとに1つのプロトコルコンバータ制御ユニットが分散配置される。
いくつかの実施形態では、ユーザ入力は、有線（例えば、ＡＲＩＮＣ ４２９などのデータ転送標準）を使用して、または無線（例えば、低エネルギーＢｌｕｅｔｏｏｔｈまたはＷｉ－Ｆｉ接続）を使用して制御ユニットに送信することができる。いくつかの実施形態では、ユーザの入力デバイスは、加熱されるシステムに統合する（例えば、航空機の除氷システムのコックピットの画面上のコントロールに統合する）か、またはタッチスクリーンタブレット（例えば、コックピットに取り付けられた別のタブレット、または航空機の除氷システムの場合にはパイロットのタッチスクリーンタブレットに設置された専用アプリケーション）などの別個のデバイスとすることができる。
いくつかの実施形態では、電力制御システム１０４は、バルク媒体に電流を発生させるために、既存の電気バスまたは専用のバッテリーまたは加熱システムの任意の他の電源からの信号を所望の高周波ＡＣ波形に変換する信号変換ユニット（「ＳＴＵ」）または回路を含む。例えば、航空機のアプリケーションでは、信号変換ユニットは飛行機の電気バスから利用可能なＤＣ電力を受け取り、目的の高周波ＡＣ信号に変換することができる。別の航空機の例では、信号変換ユニットは、航空機の電気バスから利用可能な電力をＡＣ信号の形で受け取り、所望の高周波ＡＣ信号に変換することができる。いくつかの実施形態では、信号変換ユニットは、専用のバッテリーまたは任意の専用の電源（例えば、加熱システムの一部を形成する）から利用可能なＤＣ電力を取り、所望の高周波ＡＣ信号に変換することができる。いくつかの実施形態では、専用のバッテリーまたは電源を、信号変換ユニットと同じエンクロージャおよび／または回路基板内に内蔵することができる。
図７は、電力制御システム１０４のための例示的な信号変換ユニット（「ＳＴＵ」）７００の概略図であり、標準電力への変換（「ＴＳＰ」）７１０およびＡＣ生成（「ＡＣＧ」）７２０の主要サブユニットを含み、これらのサブユニットは、デバイス１００の残部の他の回路７３０に前置される。電力制御システム１０４は、図７に示されるように、既存の電源から電力を引き出すことができる。
図８は、電力制御システム１０４のための例示的な信号変換ユニット（「ＳＴＵ」）８００の概略図であり、ＴＳＰ８１０、ＡＣＧ８２０、および制御サブユニット８３０を含む。
いくつかの実施形態では、ＴＳＰは既存の電源または加熱システムのバッテリーから電力を引き出し、ＡＣＧの動作の改善ならびに信号変換ユニットの電力伝送効率の改善のために、その電力を２５０ＶＤＣなどの標準入力に変換する。
いくつかの実施形態では、既存の電気バスが電力を４００Ｈｚ、１１５ＶＡＣ信号の形でＴＳＰに供給する場合に、ＴＳＰは、出力側にコモンモードチョークなどのフィルタを備えたフライバックコンバータを含み、電磁干渉の到達またはＡＣＧの損傷を防ぐことができる。図９Ａは、フライバックコンバータ９１０およびコモンモードチョーク９２０を含む、例示的なＴＳＰサブユニット９００の概略図である。図９Ｂは、例示的なフライバックコンバータ９１０の概略図である。
いくつかの実施形態では、ＴＳＰは、既存の電源からのＡＣ電力を任意のＤＣ電圧に変換するブリッジ整流器である。いくつかの実施形態では、ＴＳＰはバッテリーまたは既存の電源（例えば、航空機の一般的な２８ＶＤＣ）からＤＣ電力を引き出し、それを異なるＤＣ電圧またはＡＣ電圧に変換する。例えば、ＤＣ－ＤＣ変換は、加熱システムの制御ユニットおよび要素に電力を供給するのに有用であり、その場合には、可能な電圧レベルとして、±３．３Ｖ、±５Ｖ、および/または±１２Ｖが含まれる。最後に、いくつかの実施形態では、電源に応じて力率補正（「ＰＦＣ」）段をＴＳＰの設計に含めることができる。いくつかの実施形態では、ＰＦＣは、必要とされるかもしれない電源の非線形負荷を補正するのに役立ち得る。アクティブおよびパッシブの両方のＰＦＣ段が使用可能である。
いくつかの実施形態では、ＡＣＧはＴＳＰからの入力電力を使用して、それを目的の高周波ＡＣ信号に変換する。いくつかの実施形態では、ＡＣＧは、信号変換ユニットの電力伝達効率を改善するように設計される。いくつかの実施形態では、ＡＣＧは、電力増幅器またはＡＣまたはＲＦ発生器または発振器を含む。
いくつかの実施形態では、電力増幅器の主電力増幅段は、「線形」または「スイッチング」のいずれかである。これら２つのアーキテクチャ間の関連するトレードオフには、効率、電力処理、および線形性が含まれ得る。線形増幅器の例には、クラスＡ、クラスＢ、およびクラスＣが含まれる。スイッチングアンプの例には、Ｃｌａｓｓ－Ｄ、Ｃｌａｓｓ
－Ｅ、およびＣｌａｓｓ－Ｆが含まれる。いくつかの実施形態では、線形増幅器は、スイッチング増幅器と比較して、高い線形性および低い効率を有する。効率が低いと、熱管理が難しくなる、高規格のコンポーネントが必要になる、などの問題が発生する可能性がある。線形性が低いと、高調波成分が増加し、規制順守、効率の低下、物理的および電気的レイアウト設計の困難など、の問題が発生する可能性がある。
－Ｅ、およびＣｌａｓｓ－Ｆが含まれる。いくつかの実施形態では、線形増幅器は、スイッチング増幅器と比較して、高い線形性および低い効率を有する。効率が低いと、熱管理が難しくなる、高規格のコンポーネントが必要になる、などの問題が発生する可能性がある。線形性が低いと、高調波成分が増加し、規制順守、効率の低下、物理的および電気的レイアウト設計の困難など、の問題が発生する可能性がある。
いくつかの実施形態では、ＡＣＧはフルブリッジクラスD増幅器を含む。例えば、増幅器の設計は、ゲートドライバで給電されるデュアルＭＯＳＦＥＴトランジスタと所望の周波数を発生する温度補償水晶発振器（「ＴＣＸＯ」）を使用する。図１０Ａは、デュアルＭＯＳＦＥＴトランジスタ、温度制御水晶発振器（「ＴＣＸＯ」）１０２０、およびゲートドライバ１０３０を備えたクラスＤ増幅器１０１０を含む、例示的なＡＣＧサブユニット１０００の概略図である。図１０Ｂは、デュアルＭＯＳＦＥＴを使用する例示的なクラスＤ増幅器の理論的概略図である。いくつかの実施形態では、フルブリッジアーキテクチャは、ハーフブリッジアーキテクチャと比較して、差動（平衡）駆動機能を提供するとともに、所定の負荷の下で所定のバス電圧レベルに対して４倍の電力出力を提供することができる。差動駆動は、期待ウィング構造により提供される平衡負荷状態の下での排出ガスコンプライアンスにも適切であり得る。さらに、いくつかの実施形態では、クラスDアーキテクチャは、他のスイッチングアーキテクチャよりも高いスイッチ利用率を有し得る。
いくつかの実施形態では、クラス－Ｄアーキテクチャ内において、単一周波数ドライブの下で出力パラメータを改善するために、多くの入力パラメータを変更することができる。入力パラメータの例には、デッドタイムが含まれる。出力パラメータの例には、効率、ピーク成分ストレスなどが含まれる。
いくつかの実施形態では、クラスDアーキテクチャは、高いスイッチ利用率を有し、シリコンベースコンポーネントの実装を完成し、それらを潜在的なＡＳＩＣ開発に適したものとすることができる。このような開発では、すべての制御コンポーネントとパワーエレクトロニクスを同じダイまたはＭＣＰ（マルチチップパッケージ）のいずれかに登載するＳｏＣ（システムオンチップ）の実装が可能である。いくつかの実施形態では、クラスＤアーキテクチャは、航空機の所定の機能部のさまざまな分散場所に装着されたＳｏＣおよびサポート回路を収容する分散モジュールを有する。
他の実施形態では、シングルスイッチアーキテクチャ、例えばクラスＥまたはクラスＦなどの他のスイッチモード設計が利用される。いくつかの実施形態では、このようなアーキテクチャは、より高いスイッチング周波数実装の可能性があり、ハイサイドゲートドライバが困難または非実用的になり得る。いくつかの実施形態では、高い周波数でのＣｌａｓｓ－Ｄ実装の潜在的な制限のために、周波数の増加につれて、Ｃｌａｓｓ－Ｄ実装の代わりにシングルスイッチアーキテクチャを使用することができる。
いくつかの実施形態では、高調波低減および高調波除去技術をスイッチモード増幅器とともに使用して、一部のスイッチングアーキテクチャに固有の非線形歪みによる悪影響を軽減することができる。例えば、ベース波形のデューティサイクルの変更、パルスのブランキング、およびその他の手法を使用して、信号生成中に高調波を除去することができる。
いくつかの実施形態では、ＡＣＧはシリコンＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタを含む。いくつかの実施形態では、トランジスタは窒化ガリウム（ＧａＮ）ＭＯＳＦＥＴである。特定の実施形態では、ＧａＮトランジスタは、オン抵抗、ターンオンゲート電荷、逆回復電荷などの有利な特性を有する。いくつかの実施形態では、ＧａＮはより高い周波数に適している。
いくつかの実施形態では、ＴＳＰは、既存の電源から電力を引き出し、ＡＣＧを駆動するゲートドライバまたは水晶発振器などの要素に適した電力入力信号に変換するために、リニアレギュレータなどの低電力変換（「ＬＰＣ」）段をさらに含む。図１０Ｃは、例示的なＡＣＧサブユニット１０５０の概略図であり、デュアルＭＯＳＦＥＴトランジスタを備えたクラスＤ増幅器１０１０、温度制御水晶発振器（「ＴＣＸＯ」）１０２０、ゲートドライバ１０３０、およびＬＰＣ１０５０を含む。
いくつかの実施形態では、ＡＣ生成サブユニットは目標領域の近くに配置される。この設計の考えられる利点は、ＡＣ生成サブユニットから調整ネットワークを介して目標領域に交流電流を流すときに発生する損失とエミッションを制限することにある。いくつかの実施形態では、ＴＳＰサブユニットは、ＡＣ生成ユニットの近く、または既存の電源または専用のバッテリーの近くに配置することができる。ＴＳＰがＡＣＧに近いと、ＡＣＧと統合できるため、システム内のモジュールの数とその複雑さを軽減できる可能性がある。ＴＳＰが既存の電源または専用のバッテリーに近い場合、電源またはバッテリーからＡＣＧへの電力伝送を改善（効率を向上しＥＭＩを低減）するように設計することができる。例えば、既存の電源が４００Ｈｚ、１１５ＶＡＣ電圧の形で電力を供給する場合、ＴＳＰにＡＣ－ＤＣコンバーターを含め、電源電圧を２５０ＶＤＣに変換して、ＡＣ電流によって引き起こされるＥＭＩを低減するとともに、電圧を上げ、ＴＳＰからＡＣＧに流れる電流を減らすことによって効率を高めることができる。
いくつかの実施形態では、制御サブユニットは、デバイス（加熱システム）が開発されている用途で入手可能な関連データの入力に基づいて、信号変換ユニットのステータス、例えばオン/オフモード、電力出力、周波数、およびその他のパラメータなどの、を制御し、ＴＳＰやＡＣＧのドライバなどの他の信号変換サブユニットに制御信号を出力する。航空機用の除氷および防氷加熱システムの例では、いくつかの実施形態では、データ入力として、コックピットスイッチからの手動パイロット入力、機内外の温度センサからの温度、スクワットスイッチからのホイールオンウェイト状態、さまざまな航空機論理ユニット、アビオニクスからの情報、デバイス（加熱システム）自体からのフィードバック情報、およびその他のデータが含まれる。いくつかの実施形態では、制御サブユニットは、リニアレギュレータなどの低電力変換（ＬＰＣ）段で給電されるマイクロコントローラスーパーバイザを含み、既存の電源から電力を引き出し、それを適切な電力入力信号に変換し、制御信号をＴＳＰとＡＣＧに出力する。図１１は、マイクロコントローラ１１１０および低電力変換ステージ（ＬＰＣ）１１２０を含む例示的な制御サブユニット１１００の概略図である。
いくつかの実施形態では、例えば、航空機に後付けされた除氷加熱システムの場合、信号変換ユニットは、利用可能な電気バスの近くの中央の場所に設置することができる。これにより、設置の複雑さ、労働時間、およびユニットのコストを削減できる。いくつかの実施形態では、信号変換ユニットは分散化され、目標領域の近くに設置される。これにより、ＡＣ信号が信号変換ユニットと目標領域の間を移動しなければならない長さが短縮され、信号の電磁干渉（「ＥＭＩ」）シールドおよびそのようなＡＣ信号を伝送するためのケーブル要件に関連するコストを削減することができる。
いくつかの実施形態では、加熱システムは、加熱システムの出力インピーダンスを所望のレベルに調整するように構成されたインピーダンス調整ネットワーク（「ＩＡＮ」）を有する。例えば、ＩＡＮは、加熱システムの出力インピーダンスを加熱されるバルク媒体の入力インピーダンスに対応するように調整するよう構成することができる。例えば、ＩＡＮは、加熱システムの出力とバルク媒体の入力との間のインピーダンスを互いに所望の範囲内に調整するように構成することができる。いくつかの実施形態では、インピーダンス調整ネットワークは、加熱システムの出力インピーダンスをバルク媒体のインピーダンスに十分に整合するように調整するよう構成される。言い換えると、整合ネットワークは、ＳＴＵ（「ソース」）の出力インピーダンスを、妥当な工学的許容範囲内で目標領域（「負荷」）のインピーダンスに一致するように構成される。いくつかの実施形態では、ソースインピーダンスと負荷インピーダンスを整合させることは、加熱システムのソースインピーダンスを、バルク媒体のインピーダンスの複素共役になるように調整することを含む。いくつかの実施形態では、インピーダンス調整ネットワークは、加熱システムの出力インピーダンスが、加熱されるバルク媒体のインピーダンスの１０から３０％以内になるように調整される。
図１２は、ソース１２１０と負荷１２２０との間のインピーダンス調整ネットワーク１２００の概念図である。図１２は、ＳＴＵの出力にインピーダンス調整された入力ポートを介してＳＴＵ（「ソース」）から入力電力を受け取り、目標領域に対応するようにインピーダンス調整された出力ポートを介して目標領域（「負荷」）に電力を出力する調整ネットワークを示す。
一般に、ＡＣ信号では、ソースの出力インピーダンスが負荷のインピーダンスに対応していない場合、ソースから負荷に送信された信号の一部は、負荷を通過するのではなく、ソースに反射して戻る。いくつかの実施形態では、インピーダンス調整ネットワークが、信号反射および電圧定在波の増大を抑制することによって、いくつかの利点、例えば、
・加熱システムの端子電圧およびアーク放電のリスクの低減
・加熱システムの効率の改善
・ＳＴＵから必要とされる総出力電力の低減、よってＳＴＵのサイズ、重量、およびコストの低減
・システムコンポーネントへのストレスの軽減
・信頼性の向上
・ケーブルおよびバルク媒体の温度勾配の低減
などを達成することができる。
・加熱システムの端子電圧およびアーク放電のリスクの低減
・加熱システムの効率の改善
・ＳＴＵから必要とされる総出力電力の低減、よってＳＴＵのサイズ、重量、およびコストの低減
・システムコンポーネントへのストレスの軽減
・信頼性の向上
・ケーブルおよびバルク媒体の温度勾配の低減
などを達成することができる。
いくつかの実施形態では、ＳＴＵの出力インピーダンスは目標領域のインピーダンスよりも高くなる。その場合、この調整ネットワークが、ＳＴＵからの比較的高い電圧および低い電流の電力を、目標領域に供給される比較的低い電圧および高い電流の電力に変換する。これらの実施形態では、これは、大電流が調整ネットワークの後、従って目標領域の近くでのみ供給されることを意味し、ＳＧＵの残部でのジュール損失を低減し、加熱システムの総合効率を向上する。
さまざまな実施形態では、この調整ネットワークは集中配置しても、目標領域全体に分散配置してもよい。この調整ネットワークを分散配することで、ケーブルをフィルタとして機能させながら、特定のコンポーネントに対するピーク電圧、ピーク電流、および/または温度の影響を潜在的に下げることができる。分散配置はシステム設計にモジュール性を付加することもでき、これにより、部品の保守性/交換を改善することができる。さらに、分散配置は、システムを敏感な機器や燃料タンクなどの危険な領域を避けて配置することができる。
結合ストリップ１９００の入力に配置されたインピーダンス整合ネットワークなどの分散インピーダンス調整ネットワークは、電力制御システム１０４が複数の結合ストリップに電力を供給する実施形態においても、局所的に各結合ストリップの分散監視を容易にすることができる。それはまた、結合ストリップ１９００をオンまたはオフに切り替える機能、および電力制御システム１０４に情報を通信する機能を含む、さまざまな局所化された機能のための手段を提供することができる。通信は、重量とケーブルの乱雑さを軽減するために、別個の通信ケーブルを介してまたは電力ケーブルエンコーディング（例えば、結合ストリップ１９００に接続された電力ケーブル）を介して容易に行うことができる。
例えば、この調整ネットワークは、特別なインピーダンス状態をトリガすることができ、その特別なインピーダンス状態は、電力制御システム１０４によって、意図的なインピーダンス変化の使用に基づいて、例えばデジタル通信スタイルの符号化またはアナログまたは閾値レベルの符号化技術のいずれかで電力線を介して返送される信号を符号化することに基づいて、検出可能である。別の例として、分散インピーダンス調整ネットワークは、電力ケーブルに（加熱電力信号に加えて）追加のデータ信号を加えることができまる。代わりにまたは加えて、加熱システムの一部として言及されたユニットまたは要素の１つまたは複数は、無線手段を介して情報を中継することができる。
いつかの実施形態では、インピーダンス調整ネットワークはさらに障害表示をサポートする。これらの実施形態では、加熱システムは、以下の「制御とセンシング」セクションでより詳細に説明するように、加熱システムに存在する可能性のある障害または故障によってトリガまたはトリップされるローカル障害センサを含むことができる。例えば、局所障害センサは、結合ストリップ１９００に配置することができる。この調整ネットワークは、加熱システムの特定の部分および区分の異なるタイプの障害、ならびに障害のタイプに対応する異なるインピーダンス値を指定するルックアップテーブルを維持するコントローラを含むことができる。次に、この調整ネットワークは、電力制御システムによって観察される入力インピーダンスを特定の値に調整して、存在する可能性のある特定のタイプの障害または故障を示すように構成することもできる。
さらに、いくつかの実施形態では、追加の容量性部品を含め、ネットワーク内の対称中間点を接地することによって調整ネットワークを平衡させることができる。完全な差動ソースによって駆動されると、このネットワークは平衡動作して高い同相信号除去比と優れたノイズ耐性が可能になる。いくつかの実施形態では、そのような平衡は達成されず、調整ネットワークのリターン経路は回路の接地で終端する。
一般に、いくつかの実施形態では、調整ネットワークは、特定のビルディングブロック構成に配置された受動電子部品を含むことができる。例えば、これらのビルディングブロック構成は、変圧器、Lネットワーク、πネットワーク、Tネットワーク、およびその他の構成を含み得る。図１３Ａ～Ｄは、例示的なインピーダンス調整ネットワークのビルディングブロックの概略図である。
いくつかの実施形態では、加熱システムの調整ネットワークは受動調整サブユニットを含む。図１４は、受動調整サブユニット１４１０を含む例示的な調整ネットワークユニット１４００の概略図である。いくつかの実施形態では、受動調整サブユニットは、上記の１つまたは複数のビルディングブロック構成、および他の構成を一緒に含むことができる。いくつかの実施形態では、受動調整サブユニットの受動電子部品としては、例えばネットワークの効率を向上させるために、高い品質係数を有するものが選択される。
いくつかの実施形態では、加熱システムの調整ネットワークは、高品質係数（ｈｉｇｈ－Ｑ）または低品質係数（ｌｏｗ－Ｑ）を持つように設計することができる。高Q調整ネットワークは、高調波信号成分を除去するために使用することができる。高調波成分は線形増幅器の場合よりも高くなる可能性があるため、スイッチング増幅器の設計ではフィルタリングの方が有利であり得る。ただし、高Qネットワークは、部品の公差、外部状態での動作変動、アセンブリの変動、およびシステム内の他の変動に対してより敏感であり得る。したがって、高Ｑシステムは、システムの実装中に実際的な問題を引き起こす可能性がある。例えば、航空機の翼の除氷システムの場合、システムがＨｉｇｈ－Ｑの場合、インピーダンス調整ネットワークは、小さな摂動（フラップの動きなど）が原因で調子が狂う可能性があり、故障のリスクを生じる。高調波成分を基本駆動周波数外に下げることは、規制認証にとっても、実際の設計上の懸念、例えば、設計内に漂遊信号が含まれること、構成要素に過度のストレスがかかること（ピークまたは時間平均定格内）、制御アルゴリズムの不安定性など、にとっても有益であり得る。場合によっては、動的調整要素を使用することによって、これらの感度の懸念を緩和または除去することさえできる。
いくつかの実施形態では、加熱システムの調整ネットワークの設計は、送電線の調整概念に基づくことができる。例えば、調整ネットワークの入力および/または出力でのケーブル接続は、調整ネットワークの一部と見なすことができる。いくつかの実施形態では、適切なケーブル材料、フォームファクタ、寸法、および長さを選択することにより、適切なインピーダンス調整を実現することができる。
いくつかの実施形態では、加熱システムの調整ネットワークは、アクティブ調整サブユニットと制御サブユニットを含む動的調整ネットワークである。図１５Ａは、アクティブ調整サブユニット１５１０および制御サブユニット１５２０を含む例示的な調整ネットワークユニット１５００の概略図である。いくつかの実施形態では、アクティブ調整サブユニットは、制御サブユニットによって制御される１つまたは複数の調整ネットワーク構成を含む。いくつかの実施形態では、アクティブ調整ネットワークサブユニットの受動電子部品は、例えばネットワークの効率を向上させるために、高い品質係数を有するものが選択される。いくつかの実施形態では、制御サブユニットは、目標領域との間で送受信される信号から入力データ（順方向電力、反射電力、電圧定在波比など）を受信し、アクティブ調整ネットワークサブユニットを動的に制御して、インピーダンス調整をリアルタイムで調整する。例えば、このような制御は、アクティブ調整ネットワークサブユニットの設計に含まれる調整要素を介して実現することができる。例えば、動的調整要素は、調整可能なコンデンサおよび／または調整可能なインダクタを含み得る。さらに、調整可能な要素の例には、ＰＩＮダイオード、ＢＳＴコンデンサ、ＤＴＣ（ディスクリート調整コンデンサ）、バラクタダイオード、ＭＥＭＳ、強誘電体バラクタ、強磁性コンポーネント、ＹＩＧ調整フィルタなどがある。このようなデバイスの評価中に考慮することができる評価基準の例には、動作周波数範囲、ＤＣ電圧の調整、制御信号の直線性の調整、制御の複雑さ、容量/インダクタンスの調整比、調整速度、品質係数（Ｑ）、スイッチング寿命、パッケージングコスト、電力処理、消費電力、ブレークダウン電圧、直線性、3次インターセプト（ＩＰ３）、統合機能などがある。
いくつかの実施形態では、目標領域と調整ネットワークの間にフィードバックを備えた制御ユニットを使用すると、目標領域のインピーダンスまたはＳＴＵ出力インピーダンスに影響を与える可能性のある外部の変化、例えば目標領域、加熱システムの場所、システムと目標領域を取り巻く環境の温度や幾何学的構成の変化、およびその他のパラメータなど、にネットワークを適応させることができる。いくつかの実施形態では、調整ネットワークは、既存の電源から電力を引き出し、それを制御サブユニットに適した電力入力信号に変換する線形レギュレータなどの低電力変換（「ＬＰＣ」）段をさらに含む。図１５Ｂは、アクティブ調整サブユニット１５１０、低電力変換段（「ＬＰＣ」）１５６０、および制御サブユニット１５２０を含む、例示的な調整ネットワークユニット１５５０の概略図である。
いくつかの実施形態では、加熱システムの使用中に可能性のある状況のスペクトルをカバーするすべての構成および環境条件に対して、目標領域に特別のインピーダンス測定を実行することができる。これらの測定により、上記の状況の全スペクトルで適切なインピーダンス調整を可能にする最も狭いインピーダンス範囲に適合した動的調整ネットワークユニットの設計が可能になり得る。いくつかの実施形態では、このような設計は、アルゴリズムの最適化またはコンピュータシミュレーションを使って実行することで、調整ネットワークの重み、複雑さ、およびコストを削減しながら、システムの効率を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、専用ケーブルを加熱システムで使用することができ、該ケーブルは、効率を改善し、目標領域に搬送される電力信号をシールドするために、各段で特別に設計または選択することができる。図１６は、例示的な加熱システムにおけるケーブル段の概略図である。さまざまな実施形態において、加熱システムのケーブルの段はカスタマイズすることができ、例えば電源１６２０とＳＴＵ１６１０の間のケーブル（ケーブル段１）１６３０、ＴＳＰ１６４０とＡＣＧ１６５０サブユニットの間のＳＴＵ内のケーブル（ケーブル段２）１６６０、ＳＴＵ１６１０と調整ネットワーク１６７０の間のケーブル（ケーブル段３）１６８０、および調整ネットワーク１６７０と目標領域１６９０の間のケーブル（ケーブル段４）１６９５を含むことができる。
一般に、加熱システム全体の専用ケーブルの設計には、さまざまな設計上の考慮事項が関係し得る。いくつかの実施形態では、熱に関する考慮事項が関係し得る。例えば、いくつかの実施形態では、調整ネットワークを目標領域に接続する（または目標領域の近くを通り、場合によっては調整ネットワークに戻る）ケーブルは、ケーブルから目標領域への熱の流れが増加するように固定することができる。これは、電流がケーブルを流れるときに発生する熱の一部が回収され（さもなければ失われる）、熱を発生させることを目的とした目標領域に伝達される場合に有利であり、システムの効率が向上する。
いくつかの実施形態では、留め具を使用してケーブルを目標領域の近くに配線することができる。このような場合には熱接触を改善するために、熱伝導率の良い熱伝導材料を使用して、ケーブル－留め具－目標領域の界面間のエアギャップを埋めることができる。
いくつかの実施形態では、ケーブルは目標領域に直接取り付けられる。このような場合には熱接触を改善するために、熱伝導率の高い接着剤を使用して、ケーブルを接触領域に取り付けることができる。さらに、熱伝導率の高い熱界面材料を使用して、ケーブルと目標領域の間に残存するエアギャップの一部またはすべてを埋めることができる。
いくつかの実施形態では、ケーブルが接続するユニット、目標領域、または電源に応じて、異なる形状の断面および異なるケーブルフォームファクタを使用することができる。いくつかの実施形態では、ケーブルは、保護ジャケット（電気絶縁および/または腐食、湿度、極端な温度、摩擦などの環境保護のため）の有無にかかわらず、主導体のみを含む。この構成は、ＤＣ信号を搬送する、または目標領域に信号を伝送するシステムの部分に有利であり得る。
いくつかの実施形態では、ケーブルは同軸ケーブルである。同軸ケーブルはシールドを含み、ＡＣ信号の搬送時にＥＭＩ放射を低減し得るとともに任意の信号の搬送時にシステムの周囲のＥＭＩから保護することができる。
いくつかの実施形態では、ケーブルは三軸ケーブルである。この設計は、任意の信号の搬送時に、より具体的には、例えば調整ネットワークユニットの平衡実施形態の出力の平衡信号の搬送時に、ＥＭＩの保護および絶縁に有益であり得る。
いくつかの実施形態では、ケーブルは二軸ケーブルである。この設計は、3軸ケーブルによって提供される利点と同様の利点があり得る。
いくつかの実施形態では、ケーブルが接続するユニット、目標領域、または電源に応じて、異なるケーブル断面形状を使用することができる。
いくつかの実施形態では、ケーブルの導体の断面は円形の形状を有する。この設計は、同軸/三軸/二軸のフォームファクタの場合、製造コストが比較的低い（非反復エンジニアリングコストが低い）という利点がある。
いくつかの実施形態では、ケーブルの断面は扁平および／または長方形である。例えば、この断面は、ケーブルが目標領域に電流を供給するシステムの最終段にとって有利なケーブル形状であり得る。最終段において、長方形の形状は、ケーブル内を循環する電流に及ぼす近接効果および表皮効果の影響を軽減できるため、損失が減少し、システムの効率が向上する。さらに、この形状により、ケーブルに必要な導電性材料の総量が減少し、システムの重量が減少する可能性があり、これは、航空機の除氷システムの場合に考慮すべき重要な事項である。
いくつかの実施形態では、ケーブルにより搬送される特定の入力および出力電流と信号に応じて、またその断面形状やその他の要因に応じて、断面のサイズは、動作温度を指定の範囲（例えば、コンプライアンスのため、およびケーブルの製造に使用される材料により決まる）に制限するためおよびその重量およびサイズを低減するために、選択することができる。
いくつかの実施形態では、ケーブルが接続するユニット、目標エリア、または電源に応じて、異なるケーブルシールドタイプ（および断面形状）が使用される。
いくつかの実施形態では、ケーブルはシールドを含まない。これは、ＤＣ電流が搬送される段（したがって、ＥＭＩ抑制要件が低い場合）、およびリターン電流を搬送する必要がない段（例えば、目標領域がリターン電流を搬送し、近くのケーブルが目標領域にその電流を供給する実施形態におけるシステムの後段）において有利である可能性が高い。
いくつかの実施形態では、単一のシールドが使用される。これは、例えば、ケーブル
をＥＭＩ/ＥＭＣ要件やその他の環境要件に準拠させるのに１つのシールド層で十分な場合に有利である。
をＥＭＩ/ＥＭＣ要件やその他の環境要件に準拠させるのに１つのシールド層で十分な場合に有利である。
いくつかの実施形態では、２重シールドが使用される。これは、別のシールド層を追加して、例えば、ＥＭＩ放射をさらに減少させるとともに、ケーブルのＥＭＩ感受性を低下させることができる。
いくつかの実施形態では、３重以上のシールドが使用される。これは、上記と同様の理由で追加のシールド層が追加される。
いくつかの実施形態では、特定の目標領域に対して、この領域に電流を供給するケーブルが異なる可能経路をたどるようにしてもよい。
いくつかの実施形態では、ケーブルは、目標領域の一方の側からもう一方の側へとほぼ直線の経路をたどるだけである。場合によっては、これらの経路は並列であってもよい。いくつかの実施形態では、ケーブルが目標領域を斜めに通過し、目標領域のさまざまな場所で互いに交差してもよい。これは、例えば、目標領域の表面全体でより均一な熱を生成し、ケーブルが交差する所望の位置に比較的高温のスポットを生成するのに役立つ。
いくつかの実施形態では、ケーブルはジグザグタイプの経路、曲がりくねった経路、または２Ｄスプライン曲線でモデル化し得る経路をたどる。この設計は、目標領域を流れる電流がたどる経路を長くすることによってシステムの有効性を高め、したがって実効抵抗をさらに高めることができる。これは、例えば、より高い効率、より低い電流、およびシステムによるより安定したインピーダンス調整を達成するのに役立ち得る。
いくつかの実施形態では、ケーブル経路の設計は、上記のオプションとその他のオプションの組み合わせに基づくものする。
いくつかの実施形態では、ケーブルの設計、ステージ、および目的に応じて、ケーブルの製造に異なる材料を使用することができる。
局部電圧、電流、温度、電力、曲げ半径、耐久性の要件、およびその他の基準に応じて、ケーブルの導体材料は、効率、導電率、重量、コスト、サイズ、および熱的側面が改善されるように選択することができる。
いくつかの実施形態では、導体材料は、銅、銀、アルミニウム、炭素繊維複合材、チタン、またはそれらの合金からなる。いくつかの実施形態では、導体は前述の材料のいずれかで作られ、導体の表皮の導電性を改善するために銀コーティングなどの他の材料でコーティングされる。
いくつかの実施形態では、導体は固体材料からなるもの、またはより線としてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、エナメルなどの絶縁コーティングを使用することによって、より線をそれぞれ互いに絶縁することができる。例えば、リッツ線を使用して、ケーブル内の表皮および近接効果の影響を低減することができる。
いくつかの実施形態（例えば、同軸/三軸/二軸ケーブル用）では、局部電圧、電流、温度、電力、曲げ半径、耐久性の要件、およびその他の基準に応じて、ケーブルの誘電体材料を、効率（例えば、誘電損失の低減による）、重量、コスト、柔軟性、最大電圧許容差、最大電力許容差、温度定格（ケーブルの高い温度許容および／または高い熱容量および／または低い誘電損失および／または良好な熱伝導性による）が向上するように選択することができる。
いくつかの実施形態では、伝送線路調整が調整ネットワークユニット内で使用される場合、関連するケーブルは、所望のインピーダンスレベルに到達するように選択された誘電体材料を使用することもできる。例示的な材料には、ポリエチレンおよびテフロンベース材料、ならびに他の材料がある。
いくつかの実施形態では、局部電圧、電流、温度、電力、曲げ半径、耐久性の要件、およびその他の基準に応じて、ケーブルのジャケット材料が、重量、コスト、柔軟性、最大電圧公差、温度定格、および近くのヒートシンク（例えば、ヒートシンクとして使用される目標領域）への熱伝導などのパラメータが改善されるように選択される。
いくつかの実施形態では、伝送線路調整が調整ネットワークの一部として使用される場合、目標インピーダンスレベルに到達させるために、その誘電体に加えて、インピーダンス調整に使用されるケーブルの長さを制御することができる。例えば、目標領域に電流を供給するケーブルは、伝送線路調整システムの一部として使用され、インピーダンス調整のために余分な長さが追加され、より小さなスペースを占めるように局所的にコイル状に巻かれる。
いくつかの実施形態では、特定の留め技術を使用して、ケーブルをシステムの構造に沿って配線することができる。このような技術は、設置コストおよび時間、システムの重量（必要なワイヤの長さと留め具の重量を減らすことによる）および目標領域に近接するケーブルの所望の電磁効果および熱伝達を改善するために選択することができる。
いくつかの実施形態では、留め具は、目標領域に電力を供給するケーブルと目標領域との間の距離を縮めるように選択される。この設計は、近接効果をより強力に生成し得る。いくつかの実施形態では、ケーブル－目標領域間距離を短くするために従来のケーブル留め具の設計を選択することができる。
いくつかの実施形態では、留め具は、ケーブルから目標領域への熱伝導を高めるためにも使用される。
いくつかの実施形態では、システムの重量とコストを低減するために留め具の材料が選択される。これは、例えば複合材料を使用することで実現することができる。留め具が目標領域への熱伝導のためにも使用されるいくつかの実施形態では、高い熱伝導率を有する材料（例えば、通常比較的高い熱伝導率を有する金属材料）が選択される。
いくつかの実施形態では、留め具をそれらの接着領域に固定するために使用される接着剤は、目標領域への結合強度を高め、長期の結合を確実にするために選択される。接着剤の強度は、結合領域が比較的小さく、結合領域に比較的強い機械的制約が生じる場合に有利である。さらに、締結具がケーブルから目標領域への熱伝導のために使用されるいくつかの実施形態では、熱伝導率の増加のために接着剤も選択される。
最後に、留め具がケーブルから目標領域への熱伝導のために使用されるいくつかの実施形態では、ケーブルから目標領域への熱の流れを改善するために、ケーブルと留め具と目標領域との間の領域の空隙が十分に熱伝導性の熱界面材料で埋められる。
いくつかの実施形態では、ケーブルは、バルク媒体などの周囲の構造に接着剤で直接取り付けられ、ケーブルからケーブルが取り付けられた構造へのより良い熱伝達を可能にする。接着剤は、止め具に使用される基準と同様の基準に基づいて選択される。
いくつかの実施形態では、ケーブルアセンブリの設計は、所定のケーブル経路を２つ以上の別個のブランチのセットに分割することを含む。これは、例えば、1つの調整ネットワークが複数の目標領域のセットに電流を送る実施形態に有益である。このような実施形態では、1つのケーブルを調整ネットワークの唯一の出力とすることができ、そのケーブルが複数の目標領域に至るように、そのケーブルをそれぞれの目標領域に電流を供給する別々のブランチに分割することができる。いくつかの実施形態では、このような分割は、所定の導体より線をいくつかのより小さなより線に分割するか、分割ケーブルがより線導体を有する場合にはより線のサブセットを別々のブランチのそれぞれに送るか、または電力分割器を使用することによって達成することができる。電力分割器は、ケーブルが分割されて成るブランチのそれぞれに流れる電流、電圧、および電力の量を制御するのに有用である。
同様に、いくつかの実施形態では、２つ以上のケーブルを少数のケーブルに融合し、融合したすべてのケーブルからの信号を蓄積することができる。このような融合は、所定の導体より線を他のより線に融合するか、異なるより線のサブセットを新しいより線ケーブルに再グループ化するか、またはパワーコンバイナ（例えば、電力分割器と同じデバイスであるが、逆方向に使用される）を使用することによって実現できる。パワーコンバイナは、ケーブルが結合される各ブランチに流れる電流、電圧、および電力の量を制御するのに役立つ。
いくつかの実施形態では、加熱システムの各ケーブル段は、独自のケーブル設計上の考慮事項を有する。
いくつかの実施形態では、電源からＴＳPサブユニットへの効率的な電力伝送を可能にするためにケーブル段１が選択される。電源がＤＣ電流を出力するいくつかの実施形態では、ケーブル段１は、適合材料で絶縁された撚り銅線を含み、ＴＳＰサブユニットに供給される電力、電圧、および電流に適した総等価ゲージを有する。電源が４００Ｈｚ、１１５ＶＡＣ信号を出力するいくつかの実施形態では、ケーブル段１は、適合材料で絶縁され且つＴＳＰサブユニットに供給される電力、電圧、および電流に適した総等価ゲージを有する銅撚り線を含む。
いくつかの実施形態では、ＴＳＰからＡＣＧサブユニットへの効率的な電力伝送を可能にするためにケーブル段２が選択される。ＴＳＰが２５０ＶＤＣ信号の形で電力を出力するいくつかの実施形態では、ケーブル段２は、適合材料で絶縁され且つＴＳＰサブユニットに供給される電力、電圧、および電流に適した総等価ゲージを有する銅撚り線を含む。
いくつかの実施形態は、ＳＴＵの出力から調整ネットワークへの高周波ＡＣ電力信号の効率的な電力伝送を可能にするためにケーブル段３が選択され、カスタマイズされる。例えば、このケーブルは、信号の高周波によって引き起こされる抵抗および電磁損失を低減し、信号の完全性を変える可能性がある外部干渉をシールドし、周囲の機器および材料に影響を与える可能性のあるケーブルからの信号漏洩を防ぐように設計することができる。いくつかの実施形態では、ケーブル段３は、カスタマイズされた同軸ケーブルの形式の高出力、高周波伝送ラインである。いくつかの実施形態では、この同軸ケーブルは、調整ネットワークの入力信号を搬送するコア導体であって、低い抵抗損で電力を搬送するのに十分な外径の撚り銅線よりなるコア導体と、電気絶縁を高めるためおよび高電圧および高温度範囲を維持するために選択されたコアを囲む誘電体と、低い抵抗損で電力を搬送するのに十分な大きさの同等のゲージを有する撚および編組銅で作られたＡＣＧへの信号のリターン経路を提供するシールド導体と、高電圧および高温度範囲を維持するために選択された導電性シールドを絶縁する第１ケーシングと、電導性シールドと同様の外部シールドであるが電流を直接流さず、外部干渉からケーブルを保護し、漏洩を防ぐために使用される外部シールドと、最後に、外部シールドを絶縁する第１ケーシングと同様の第２ケーシングとで作られる。
いくつかの実施形態では、調整ネットワークから目標領域への高周波大電流のＡＣ電力信号の効率的な伝送を可能にするためにケーブル段４が選択され、カスタマイズされる。いくつかの実施形態では、このケーブルは、調整ネットワークと目標領域の間のインピーダンスを調整し、信号の高周波によって引き起こされる抵抗損失と電磁損失を低減し、信号の完全性を変える可能性のある外部干渉をシールドし、周囲の機器や材料に影響を与える可能性のあるケーブルからの信号漏洩を防止するように設計される。いくつかの実施形態では、ケーブル段４は、カスタマイズされた同軸ケーブルの形式の高電力、高周波および高電流の伝送線路であり、大電流性能を改善し、抵抗損失をさらに減らすために、より大きな導体ゲージおよび直径と、同じ導体の追加の銀コーティングを使用することを除いて、上述したケーブル段3の実施形態と同様である。いくつかの実施形態では、ケーブル段４は、リッツ線の設計に基づいてさらにカスタマイズされる。このような設計の目的は、個別に絶縁され（例えば、エナメルコーティングを用いて）、完全に対称に撚り合わされるか編まれたブランドから表皮よりも薄い厚さの導体を製造することによって、ケーブルの近接および表皮効果による損失を減らすためである。
一般に、電極は電流を通す材料を含み、電流をバルク媒体の目標領域に入れたり出したりする。いくつかの実施形態では、電極をバルク媒体に接続するためにコネクタが使用される。コネクタとは、電極をバルク媒体に接続する取付け具を指す。いくつかの実施形態では、電極およびコネクタは、電極とバルク媒体との間の接触抵抗を低減するように設計される。言い換えると、電極は、所定のリターン経路に対して目標領域の両端間に発生する電位差を滑らかにするように設計される。この接触抵抗が２つの電極間の目標領域の抵抗よりも高い場合、目標領域に沿ってよりも接触点でより多くの熱が発生し、ほかはすべて等しくなり、加熱システムの加熱効率が低下する。いくつかの実施形態では、同様の理由で、電極およびコネクタは、電極と加熱システムのワイヤ（またはケーブル）との間の接触抵抗を低減するように設計される。いくつかの実施形態では、電極およびコネクタはまた、電磁損失（例えば、電磁放射）を低減するように設計される。
いくつかの実施形態では、上記の目標の1つ以上を達成するための電極設計の考慮事項として、（１）高い導電性を有する電極材料を選択すること、および（２）電極とバルク媒体との間、および電極とワイヤとの間の「実」接触面積を大きくすることが含まれる。「実」接触面積は電流が１つの材料から別の材料に流れる微細な金属間または材料間の接触を指し、しばしば「aスポット」と呼ばれている。いくつかの実施形態では、コネクタもこれらの目標を達成するように設計される。
いくつかの実施形態では、電極の材料は、銀、銅、アルミニウム、炭素繊維複合材、チタン、またはそれらの合金を含むことができる。
いくつかの実施形態では、電極は、バルク媒体に電流を伝送するために使用されるケーブルの一部である。
いくつかの実施形態では、電極の形状は、特定の目標領域に適合するように、および／または電極とバルク媒体との間の接触抵抗を低減するように、および／または電磁損失を低減するように設計される。
いくつかの実施形態では、電極は円形である。
いくつかの実施形態では、電極は、バルク媒体に電流を伝送するために使用されるケーブルの端の形状である。
いくつかの実施形態では、ライン電極（例えば、長さが幅よりも大きい長方形の電極）が使用される。
いくつかの実施形態では、薄い厚さ（第３の空間次元）を有する２Ｄスプライン曲線の形状の電極が使用される。
いくつかの実施形態では、ケーブル導体をコネクタプレートと目標領域との間に挟むことによって目標領域に接続することができる。例えば、目標領域と接触するコネクタプレートの側面の一部をミル加工することができる。ケーブルの導体をこのミル加工された部分に設置することによってケーブル導体を目標領域に接続することができる。この構成により、電極コネクタプレートをケーブル導体の下にクランプまたは接着することができ、目標領域との適切な結合を確保するために接続を曲げる必要がない。
一般に、電極とコネクタのさまざまな実施と設計上の考慮事項が検討されている。
図１７は、加熱システム１００用の例示的な円形スタッド電極１７００の写真である。電極は、導電材料（例えば、アルミニウム）で作られたディスク１７１０に結合された円形接地スタッドを含み、その上に、ねじ付き導電部１７２０（例えば、アルミニウム）が取り付けられている。
いくつかの実施形態では、電極１７００を介して目標領域に接続されるケーブルの導体は、ねじ付き導電部１７２０の周りに巻き付けられ、平らに置かれ、ねじ付き導電部とディスクの両方の表面積のかなりの部分を覆う。いくつかの実施形態では、ナットおよびワッシャーをねじ付き導電部１７２０に使用して、導体をディスク１７１０に押し付け、より高い接触面積およびより低い接触抵抗を保証することができる。
いくつかの実施形態では、ワッシャー、ケーブル、およびディスク１７１０の間のエアギャップは、電気および／または熱伝導性の熱界面材料で満たされ、ケーブルからスタッド１７００への熱および／または電気伝導率の向上が保証される。
いくつかの実施形態では、円形スタッド電極１７００は、ケーブルから目標領域へ熱および電気信号を伝導するのに十分な電気的および熱的伝導性の特別に選択された接着剤によって目標領域に取り付けられる。いくつかの実施形態では、接着剤はまた、ナットおよびワッシャーにより生じるトルクに耐えるのに十分な強さも有する。
いくつかの実施形態では、コネクタは、電極とバルク媒体との間にかなりの圧縮強度が与えられるように、バルク媒体および電極に取り付けられたＵ字形の固定具である。
いくつかの実施形態では、電極およびコネクタの材料は、それらの重量を減らすように選択することができる。いくつかの実施形態では、電極の材料は、その重量を減らすことに加えて、材料を通る電気および／または熱伝導性を改善するように選択される。改善された伝導性は、ケーブルから目標領域へ流れる電流が電極を通過する電極設計（例えば、円形スタッド、ワンプレート設計）にとって有利であり得る。
いくつかの実施形態では、コネクタと電極の設計の一部として特定のエンクロージャが含まれる。例えば、このようなエンクロージャは、熱緩和および/または絶縁、電気絶縁、ＥＭＩシールド、腐食保護、耐震および耐衝撃性、耐久性、外部汚染および沈殿物からの保護などの基準を含む環境条件のために選択できる。
一般に、電極および／またはコネクタとバルク媒体との間の様々な接着構成（およびそれらの組み合わせ）が考えられている。いくつかの実施形態では、それらの構成は、電極とバルク媒体との間の接触抵抗を低減し、および／または電磁損失を低減する。
いくつかの実施形態では、電極は、ロウ付け接合を使用してバルク媒体に接続される。図１８Ａは、電極１８０２と、大きなバルク媒体１８０６の一部であるバルク媒体の目標領域１０２との間の例示的なロウ付け接合取付け１８００の概略図である。ロウ付け接合部１８０４を生成するためにロウ付け材料が使用される。例えば、低温ロウ付け溶加材（例えば、ＡＬ８０２）を使用して電極を目標領域にロウ付けし、低抵抗の接点を生成することができる。いくつかの実施形態では、酸化（ロウ付け部位での酸化アルミニウム層の形成）を軽減するために、溶加材はフラックスでコーティングされる。フラックスは、高温で酸化物を溶解し、溶加材が表面を濡らすまで表面が再酸化するのを防ぐ材料である。
いくつかの実施形態では、電極と目標領域は一緒に加圧および加温下で覆われる。 例えば、いくつかの実施形態では、電極と目標領域との間に圧縮力が加えられる。理論に拘束されることを望まなければ、圧縮力は、以下の式に従って、電極とバルク媒体との間の接触抵抗を減少させ得る。
ここで、ρは接点材料の電気抵抗率、Ｈは接点表面の溶加材のビッカース硬度、およびＦは圧縮または接触力である。
いくつかの実施形態では、機械的締結コネクタを使用して圧縮力を加えて電極とバルク媒体を接続することができる。図１８Ｂは、電極１８０２と大きなバルク媒体１８０６の一部である目標領域１０２との間の例示的な取付け構成１８２０の概略図である。中実リベット１８２２を使って圧縮力を加えて電極を目標領域に接続する。
いくつかの実施形態では、真空テープまたは類似の物を使って電極と目標領域との間の接続を加圧密閉することができる。図１８Ｃは、電極１８０２と大きなバルク媒体１８０６の一部である目標領域１０２との間の例示的な取付け構成１８４０の概略図である。電極と目標領域を接続するためにエアシールテープ１８４２が使用される。エアシールが完了した後、吸引装置を使用して電極と目標領域の間に真空を生成し、それによって2つを一緒に圧着することができる。
いくつかの実施形態では、圧縮力は、電極と目標領域を挟むクランプ、例えばＣクランプを使用して加えることができ、それらの界面での圧力を増加させることができる。
いくつかの実施形態では、圧縮力は、磁石または磁化表面を使用して加えることができる。いくつかの実施形態では、電極の面または目標領域の面のいずれかが磁化され、磁石と電極および／または接触領域との間の引力が可能になり、所望の圧縮力がもたらされる。いくつかの実施形態では、２つ以上の磁石が使用され、電極および目標領域がそれらの間に挟まれ、磁石間の引力が可能になり、所望の圧縮力がもたらされる。いくつかの実施形態では、電極の面と目標領域の面の両方が磁化され、電極と目標領域との間の引力が可能になり、所望の圧縮力がもたらされる。
いくつかの実施形態では、圧縮力は、目標領域上またはその近くの表面に接着する外部または内部の圧縮固定コネクタによって加えられ、接着強度を所望の圧縮力に変換する。いくつかの実施形態では、接着剤（例えば、硬化性接着剤）を固定具コネクタと組み合わせて使用することができる。
いくつかの実施形態では、前述の方法の１つまたは代替技術を使用して、電極を部分的にまたは全体的にバルク媒体に埋め込むことができる。
いくつかの実施形態では、電極と目標領域との間に導電性材料（例えば、グラフェン）が配置される。
いくつかの実施形態では、電極を目標領域に接続するために使用されるコネクタ材料は、強度を高めるために選択された接着剤であり、目標領域への長期の結合を確実にする。接着剤の強度は、結合領域が比較的小さく、結合領域に生じる機械的制約が比較的強い場合（例えば、Ｕ字型スタッド電極の場合）に有利であり得る。一実施形態では、電極を接着剤の塗布後に接着剤の硬化のために固定位置に保つ必要がある場合、電極を所定の位置に保つために、接着剤および機械的力を用いる内部または外部／使い捨て固定具を使用することができる。
いくつかの実施形態では、電極を目標領域に接続するために使用されるコネクタ材料も、ケーブルから目標領域への電流および熱の流れを良くするために、より高い熱伝導率および／または電気伝導率が選択される。例えば、より高い伝導率は、接着剤がケーブル／電極から目標領域へ流れる電流の経路上に位置するように使用電極が取り付けられている場合に、考慮事項になり得る（例えば、使用電極が円形スタッド電極およびワンプレート設計電極の場合）。この目的のために、いくつかの実施形態では、ナノ材料（例えば、ＣＮＴ）が電極とバルク媒体との間に配置される。いくつかの実施形態では、電極の表面および電極と接触するバルク媒体の表面の部分（例えば、目標領域）を、それらの間の「実際の」接触領域が増加するように処理することができる。
いくつかの実施形態では、上述の実施形態および他の実施形態と組み合わせて、コネクタ、電極、および目標領域の一部は、電磁損失を低減または除去する材料で覆われる。
いくつかの実施形態では、上記の方法の任意の組み合わせが任意の電極およびコネクタの実施形態とともに使用される。例えば、図１８Ｄは、電極１８０２とバルク媒体１８０６の目標領域１０２との間の例示的な組み合わせ取付け部１８６０の概略図である。この取付け部は、ロウ付けされた接合部１８０４と中実リベット１８２２を含む。
いくつかの実施形態では、所望の電流を生成するために物理的な接触が必要とれさないために、システムにコネクタ/ケーブルが必要とされない場合がある。その場合には、いくつかの実施形態では、信号のリターン経路は、調整ネットワークに戻るワイヤの追加部分とすることができる。
本明細書に記載の加熱システムの実施形態は、航空機の外皮／機体の目標領域に高周波ＡＣ電流を供給することによって（例えば、ジュール熱を発生させて）飛行機の表面から氷を溶かすための除氷／防氷装置として使用することができる。機体の目標領域で発生した熱は、機体の表面に伝導され、機体と氷の境界面を横切って氷内へ対流する。いくつか
の実施形態では、氷は完全に溶ける。いくつかの実施形態では、氷の一部（機体と直接接触する層）が溶けて、氷と機体の間に水の層が形成され、氷が滑り落ちるか、機体から機械的に除去され得る。いくつかの実施形態では、氷が存在する前に加熱が生じ、氷の形成を防止する。
の実施形態では、氷は完全に溶ける。いくつかの実施形態では、氷の一部（機体と直接接触する層）が溶けて、氷と機体の間に水の層が形成され、氷が滑り落ちるか、機体から機械的に除去され得る。いくつかの実施形態では、氷が存在する前に加熱が生じ、氷の形成を防止する。
いくつかの実施形態では、氷が溶けると、高周波ＡＣ電流が引き続き供給され、機体内でジュール熱の生成が維持され、その熱が伝導と対流によって表面上に形成された/残存する水に伝わる。
図１９～図３２は、バルク媒体加熱システムのための電磁エネルギーを搬送し供給するアセンブリの例を提供する。これらのアセンブリ（本明細書では「結合ストリップ」と称する）は、それらが取り付けられたバルク導電媒体と相まって伝送線路と同様に機能するように構成される。例えば、いくつかの実施形態では、結合ストリップの設計によって、バルク媒体自体が、伝送線路を流れる電流と同様に電流を伝導する。結合ストリップは、線路からのＡＣ信号をバルク媒体に電磁的に結合することができ、それにより、バルク媒体内に対応する電流信号を生成する。したがって、事実上、結合ストリップの設計は、バルク媒体を（結合ストリップとの組み合わせで）伝送線路としても動作させるもの、あるいはバルク媒体と結合ストリップが相まって伝送線路のように動作するシステムを形成するものということができ、そのようなものとして分析および設計することができる。
例えば、上記のように、本開示の実施形態は、導電性媒体（例えば、バルク媒体、導体）内の電流を成形する（例えば、収縮、延長など）ためのメカニズムを、例えば、表皮効果と近接効果を使って操作することによって、バルク媒体内で熱を生成するように構成することができる。どちらの効果も、加熱すべき導電性媒体に高周波ＡＣ電流を流すことに依存する。表皮効果は、交流電流（「ＡＣ」）は電流密度が導体の表面近くで最大になり、導体の深さが深くなるにつれて減少するように導体内に分布する傾向を利用して電流の流れを抑制する。近接効果は、導体に流れる既存の電流の近くに別のＡＣ電流経路を配置することにより、導体に流れる電流をさらに抑制するために使用することができる。近接効果は、電流経路を長くするようにも作用し得る。結合ストリップは、上記のシステムとプロセスに加えて、そのような効果を生成および制御するために使用することができる。例えば、結合ストリップは、上記のさまざまな電力制御システムで使用することができる。
図１９は、例示的な結合ストリップ１９００の断面図である。結合ストリップ１９００は、航空機の外皮１９０２などのバルク媒体に高周波電流信号を供給してバルク媒体を加熱するために使用することができる。結合ストリップ１９００は、バルク媒体１９０２上の第１の誘電体層１９０８、第１の誘電体層１９０８上の導電層１９０４、導電層１９０４上の第２の誘電体層１９０８、および第２の誘電体層１９０８上の導電性シールド層１９０６を含む多層構造を有する。
第１の誘電体層１９０８は、厚さＤ１を有する。導電層１９０４は、厚さＤ２を有する。第２の誘電体層１９０８は、厚さＤ３を有する。導電性シールド層１９０６は、厚さＤ４を有する。結合ストリップ１９００の全体の厚さはＤ５である。導電層１９０４は、銅、銅合金（例えば、真ちゅうまたは青銅）、銀、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、クロム、ニッケル、ニッケル合金、コバルト合金、耐食鋼、グラファイト、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない導電性材料から作ることができる。導電性シールド層１９０６は、銅、銅合金（例えば、真ちゅうまたは青銅）、銀、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、クロム、ニッケル、ニッケル合金、コバルト基合金、耐食鋼、グラファイト、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない導電性材料から作ることができる。いくつかの実施形態では、導電性シールド層１９０６は、金属箔（例えば、銅箔またはアルミ箔）または編組金属層として形成することができる。誘電体層１９０８は、カプトン、マイラー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ゴム、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない誘電体材料から作ることができる。
いくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００は、導電性シールド層の上に保護層を含む。例えば、保護層は、ポリウレタン、ポリフルオリド、塗料、塗料代替フィルム、シーラント、またはそれらの組み合わせの１つまたは複数の層を含むことができるが、これらに限定されない。
図２０に示されるように、結合ストリップ１９００は、航空機の外皮２０００（例えば、翼）などのバルク媒体の表面に配置され、バルク媒体に電流を供給し、バルク内の電流の流れを生成および成形してバルク媒体を加熱することができる。結合ストリップ１９００は、航空機の外皮２０００の表面に沿って延在し、互いに間隔を置いて配置される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の結合ストリップ１９００は、結合ストリップ（例えば、導電層１９０４）の少なくとも一部をバルク媒体１９０２に導電的に結合する短絡終端を含む。例えば、結合ストリップ１９００は、上述の如き電極で終端し、そこに含まれる導電層１９０４とバルク媒体１９０２との間に閉路（例えば、短絡）を形成することができる。結合ストリップ１９００の終端は、電流が供給される端と反対側（例えば、電源入力端の反対側）のストリップの遠端である。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の結合ストリップ１９００は、開路で終端する。開路終端とは、結合ストリップ１９００の終端が開路のままであり、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかを介して電気的接地に接続されてないことを意味する。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の結合ストリップ１９００は、結合ストリップ１９００とバルク媒体１９０２との間に接続されたインピーダンス調整コンポーネント（例えば、回路要素）で終端する。例えば、結合ストリップ１９００は、容量性、抵抗性、または誘導性終端で終端することができる。例えば、コンデンサ、インダクタ、または抵抗器などの回路要素は、結合ストリップ１９００の導電層１９０４とバルク媒体１９０２との間に接続することができる。
図１９および図２０を参照すると、電力制御システム（例えば、上記の電力制御システム１０４）は、各結合ストリップに電流を供給するために、各結合ストリップの一端に結合される。例えば、電力制御システムからの電源ラインは、各キャリアストリップ１９００の導電層に結合することができ、バルク媒体１９０２（例えば、航空機外皮２０００）の一方または両方を電気的接地に結合することができる。
電力制御システムは、各キャリアストリップ１９００にＡＣ電流を供給する。例えば、電力制御システムは、１ｋＨｚ～４５０ＭＨｚの周波数でＡＣ電流を提供することができる。いくつかの実施形態では、周波数は１ＭＨｚ～４５０ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、周波数は１ｋＨｚ～１ＭＨｚである。電力制御システムは、各結合ストリップ１９００に０．１アンペア～２００アンペアのＡＣ電流を供給するように構成することができる。例えば、電力制御システムの電源および結合ストリップ１９００の電気的配置は、各結合ストリップ１９００に所望の量の電流（例えば、０．１アンペア～２００アンペア）を供給するように構成することができる。一つの一般的な例として、結合ストリップ１９００が互いに直列に電力制御システムに結合される場合、各結合ストリップ１９００に１００アンペアの電流を供給するために１００アンペアの電源を使用することができる。１０個の結合ストリップ１９００が互いに並列に電力制御システムに結合される場合、１００アンペアの電源を使用して、各結合ストリップ１９００に１０アンペアの電流を供給することができる。この例は、各結合ストリップのインピーダンスは同じであることに注意されたい。以下で説明するように、結合ストリップ１９００のインピーダンスは、結合ストリップ間の電流分布を特定の加熱用途に望まれるまたは必要とされるように制御するために、様々な方法で調整することができる。
航空機外皮１９０２を加熱するためのＡＣ電流は、導電層１９０４を通して提供される。導電層１９０４を通して提供されるＡＣ電流は、図２２Ａ－図２２Ｂに示されるように、航空機外皮１９０２内に（例えば、電磁容量および誘導結合によって）対応する電流を生成する。図２２Ａ～図２２Ｂは、導電性バルク媒体１９０２に取り付けられた例示的な結合ストリップ１９００の動作をシミュレートする電磁有限要素解析（ＦＥＡ）の出力プロット図を示す。バルク媒体１９０２（例えば、航空機の外皮としてシミュレートされる）、導電層１９０４、および導電性シールド層１９０６は、図２２Ａに示されるプロット図に示されている。図２２Ｂには、結合ストリップ１９００の個々の構成要素は示されておらず、結合ストリップ１９００（一般的に描かれている）およびバルク媒体１９０２のみが示されている。両プロット図に２２０６で示される領域は、背景環境（大気など）を表す。両プロット図は、バルク媒体１９０２に誘導され陰影領域２２０４で示されている電流の正規化密度（A/ｍ2）を示す。バルク媒体１９０２の電流密度は、バルク媒体１９０２の表面近くの狭い領域で最大である。さらに、図２２Ａのプロット図は、結合ストリップ１９００の誘電体層内の正規化電界強度（ライトグレーのスケール領域２２０２）を示す。特に、導電性シールド層１９０６は、導電層１９０４を通過する電流によって生成される電界から周囲環境２２０６を遮蔽し、例えば、電磁放射を低減または除去し、結合ストリップ１９００を外部電磁干渉から保護する。バルク媒体１９０２は、例えば、電界を最小化または遮断してシールド層としても機能する。したがって、導電性シールド層１９０６とバルク媒体１９０２は、結合ストリップ１９００の実施形態において、電界を結合ストリップ１９００内（例えば、導電性シールド層１９０６とバルク媒体１９０２との間）に封じ込めるのに役立ち得る。この効果は、加熱システムと他の近くの電気部品との間の電磁干渉を低減または防止する。バルク媒体１９０２と組み合わせた結合ストリップ１９００の実施形態は、ストリップラインタイプの伝送線路に匹敵する動作性能を達成することができる。
再び図１９を参照すると、バルク媒体へのキャリアストリップ１９００の加熱効果、および各結合ストリップ１９００のインピーダンスは、キャリアストリップの特性、例えば、様々な層１９０４、１９０６、および１９０８の厚さ、導電層の幅、導電層のレイアウト、各層の材料（それらの誘電率と導電率特性を含む）などを変更することによって、またはインピーダンス調整要素（コンデンサ、インダクタ、抵抗など）を含めることによって、調整することができる。さらに、バルク媒体１９０２に生成される電流の加熱効果は、上記のように、バルク媒体１９０２を通過する加熱電流の近接効果および経路を調整するのにも役立つこれらの特性を変化させることによって変更することもできる。
例えば、層１９０４、１９０６、１９０８のそれぞれは、一般に０．１ミルから１インチの間、またはいくつかの実施形態では、０．５ミルから１０ミルの間の範囲のそれぞれの厚さ（Ｄ１～Ｄ４）で形成することができる。いくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００は、導電層１９０４をバルク媒体１９０２から、および導電層１９０４を導電性シールド層１９０６から、異なる距離離して形成することができる。いくつかの実施形態では、これらの距離は比率で関連付けられる。例えば、結合ストリップ１９００は、誘電体層１９０８の相対的な厚さＤ１およびＤ３が比率で関連付けられるように形成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、Ｄ１：Ｄ３の比率を１：１から１：５の範囲にすることができる。比率Ｄ１：Ｄ３は、例えば、所定の用途に所望の電流密度および／またはインピーダンス値を得るために、他の実施形態では１：１から５：１の範囲に逆転させることができる。一つの例示的な実施形態では、Ｄ１は３ミル、Ｄ２は１ミル、D３は３ミル、およびD４は１ミルである。別の例示的な実施形態では、D１は７．２ミル、D２は１．４ミル、D３は２．４ミル、D４は１．４ミルである。さらに別の例示的な実施形態では、D１は１０００ミル、Ｄ２は５０ミル、D３は５００ミル、およびＤ４は５０ミルである。さらに別の例示的な実施形態では、Ｄ１は１０ミル、Ｄ２は２．５ミル、Ｄ３は５０ミル、およびＤ４は２．５ミルである。さらに別の例では、D１は２．４ミル、D２は１．４ミル、D３は７．２ミル、D４は１．４ミルである。さらに他の例では、Ｄ１は１７．６ミル、Ｄ２は９．８ミル、Ｄ３は２４．５ミル、およびＤ４は９．８ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１００ミル、Ｄ２は２０ミル、Ｄ３は２５０ミル、およびＤ４は２０ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は５．５ミル、Ｄ２は２．５ミル、Ｄ３は９．０ミル、およびＤ４は２．５ミルである。さらに他の例では、Ｄ１は１．５インチ、Ｄ２は０．２５インチ、Ｄ３は２．２インチ、およびＤ４は０．２５インチである。さらに別の例では、Ｄ１は３．８ミル、Ｄ２は２ミル、Ｄ３は３．８ミル、およびＤ４は２ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は２．９ミル、Ｄ２は１．５ミル、Ｄ３は５．８ミル、およびＤ４は２．５ミルである。さらに他の例では、Ｄ１は５ミル、Ｄ２は２．５ミル、Ｄ３は２５ミル、およびＤ４は１．５インチである。さらに別の例では、Ｄ１は１１ミル、Ｄ２は３ミル、Ｄ３は５．５ミル、およびＤ４は３ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は２１ミル、Ｄ２は１．５ミル、Ｄ３は７ミル、およびＤ４は２．５ミルである。さらに他の例では、Ｄ１は１０ミル、Ｄ２は２．５ミル、Ｄ３は２ミル、およびＤ４は２．５インチである。さらに他の例では、Ｄ１は４．５インチ、Ｄ２は０．２５インチ、Ｄ３は１．５インチ、およびＤ４は０．２５インチである。別の例では、D１は３ミル、D２は１ミル、D３は3ミル、Ｄ４は1ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１０．２ミル、Ｄ２は３．５ミル、Ｄ３は４０．８ミル、およびＤ４は２．５ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は４．８ミル、Ｄ２は０．５ミル、Ｄ３は１４．４ミル、およびＤ４は０．５ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１５ミル、Ｄ２は１．４ミル、Ｄ３は３ミル、Ｄ４は１．４ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１１３ミル、Ｄ２は１０ミル、Ｄ３は２８．２５ミル、およびＤ４は１０ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１２７ミル、Ｄ２は５ミル、Ｄ３は２５４ミル、およびＤ４は１０ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は５３ミル、Ｄ２は１２ミル、Ｄ３は１５９ミル、およびＤ４は１２ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１３ミル、Ｄ２は１．４ミル、Ｄ３は２．６ミル、Ｄ４は１．４ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は２３ミル、Ｄ２は４ミル、Ｄ３は４６ミル、およびＤ４は４ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１１．５ミル、Ｄ２は２．８ミル、Ｄ３は５７．５ミル、およびＤ４は２．８ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１０ミル、Ｄ２は１．４ミル、Ｄ３は２．５ミル、Ｄ４は１．４ミルである。
さらに、導電層１９０４の幅は、一般に、層全体で数インチまたは数ミルの範囲であり得る。図２１は、結合ストリップ１９００内の導電層１９０４の様々な構成を説明するために、いくつかの例示的な結合ストリップ（実施例１～９）の上面図を示す。図２１の結合ストリップ１９００は、例示のために、導電層１９０４の上の層（例えば、第２の誘電体層および導電性シールド層）が除去された状態で示されている。導電層１９０４の断面積は、その長さに沿って変化させることができる。例えば、導電層１９０４の幅は、結合ストリップ１９００のインピーダンスを調整し、場合によっては、バルク媒体および導電層の電流密度を調整するために、その長さに沿って変化させることができる。実施例１～９は、結合ストリップ１９００の導電層１９０４のいくつかの例示的な幅変化パターンを示す。例えば、結合ストリップ１９００を横切る導電層１９０４の幅は、最大幅と最小幅との間で変化し得る。いくつかの実施形態では、最大幅は最小幅のわずか１．５倍程度である。他の実施形態では、最大幅は最小幅の１００倍にもなる。例えば、実施例１に示される導電層１９０４の幅は、その最大位置（例えば、上端）で１．５インチであり、その最狭位置（例えば、下端）で１インチであり得る。別の例では、実施例１に示される導電層１９０４の幅は、その最大位置（例えば、上端）で１インチであり、その最狭位置（例えば、下端）で１０ミルであり得る。
いくつかの実施形態では、導電層１９０４の厚さは、その長さに沿って変化し得る。例えば、導電層１９０４の幅は、結合ストリップ１９００のインピーダンスを調整するためにその長さに沿って変化し得る。いくつかの実施形態では、導電層１９０４の厚さおよび幅および材料の両方がその長さに沿って変化し得る。
いくつかの実施形態では、結合ライン１９００のインピーダンスは、導電層１９０４の長さに沿った１つまたは複数の場所にインピーダンス調整コンポーネント（例えば、コンデンサ、インダクタ、および抵抗器）を含めることによって調整することができる。例えば、導電層を長さに沿っていくつかのセグメントに分割し、それらのセグメントを１つまたは複数のインピーダンス調整コンポーネントで接続することができる。例えば、図２1の結合ストリップの実施例４を参照すると、導電層１９０４は、領域２１０２で２つのセグメントに分割することができ、インピーダンス調整コンポーネント（例えば、コンデンサ、インダクタ、抵抗器、またはそれらの組み合わせ）を各セグメント間に電気的に接続することができる。あるいは、またはさらに、インピーダンス調整構成要素を、導電層１９０４とバルク媒体１９０２または導電性シールド層１９０６のいずれかとの間のシャント要素として、導電層に接続することができる。
いくつかの実施形態では、導電性シールド層１９０６の幅、厚さ、または両方を、結合ストリップ１９００の長さに沿って変えることができる。いくつかの実施形態では、誘電体層１９０８の幅、厚さ、または両方を、結合ストリップ１９００の長さに沿って変えることができる。例えば、いくつかの実施形態では、導電層１９０４、誘電体層１９０８、および導電性シールド層１９０６の断面積を、ストリップ１９００の長さに沿って変えることができる。
図２３は、結合ストリップ１９００内の導電層１９０４のいくつかの例示的な配置のレイアウト図（レイアウトＡ－Ｅ）を示す。最初に、直線配置（図２１に示される）では、導電層１９０４は、結合ストリップの長さに沿って直線的に延びる。レイアウトＡ－Ｅは、導電層１９０４が非直線パターンまたは経路に沿って延びるように配置された結合ストリップ１９００を示す。具体的には、図２３に示される例は、様々な異なる蛇行パターンに配置された導電層１９０４を示している。図示された蛇行パターンは、導電層１９０４のセグメントが結合ストリップ１９００の幅方向に互いに並んで位置する。そのような配置は、導電層１９０４の所望の全長を維持しながら、結合ストリップ１９００の全長を短縮することを可能にする。いくつかの用途では、異なる結合ストリップ１９００の導電層１９０４に対して比較的均一な長さを維持することは、異なる長さの結合ストリップ１９００の間で一貫したインピーダンスを維持するのに役立つ。例えば、レイアウトＡおよびＢのそれぞれにおいて、導電層１９０４は、同じ全長に形成することができる。しかしながら、レイアウトＢの結合ストリップ１９００の全長は、（例えば、図２１に示されるような）直線配置の導電層を有する結合ストリップ１９００の長さの半分に短縮することができる。同様に、レイアウトＣの結合ストリップ１９００の全長は、直線配置の導電層を備えた結合ストリップ１９００の長さの３分の１に短縮することができる。さらに、短い長さの結合ストリップ１９００は、航空機本体の空間的に制約のある場所に配置することができる。例えば、レイアウトＡ～Ｅに従って配置された導電層を有する結合ストリップ１９００は、直線導電層の配置を備えた結合ストリップ１９００が長すぎて適合し得ない翼の狭い領域（例えば、翼端）に配置することができる。
各レイアウトＡ～Ｅは、入力端２３０２から終端２３０４までの非直線経路に沿って配置された導電層１９０４を有する結合ストリップ１９００を示す。レイアウトＡは、２重配置の導電性層１９０４を有する結合ストリップ１９００を示す。レイアウトＡの導電層１９０４は、例えば、入力端２３０２から終端２３０４までＵ字形の経路に沿って互いに並んで配置された２つのセグメントを含む。図２４Ａは、レイアウトＡによる結合ストリップ１９００のＡ－Ａ′線上の断面図を示す。
レイアウトＢは、３重配置の導電層１９０４を備えた結合ストリップ１９００を示している。レイアウトＢの導電層１９０４は、例えば、入力端２３０２から終端２３０４までＳ字形の経路に沿って互いに並んで配置された３つのセグメントを含む。図２４Ｂは、レイアウトＢによる結合ストリップ１９００のＢ－Ｂ′線上の断面図を示す。
レイアウトＣおよびＤは、４重配置の異なる導電層１９０４を備えた結合ストリップ１９００を示している。レイアウトＣおよびＤのそれぞれの導電層１９０４は、互いに並んで配置された４つのセグメントを含む。レイアウトＣでは、導電層１９０４のセグメントは、例えば、入力端２３０２から終端２３０４まで、Ｍ字形の経路（またはＷ字形の経路）に配置される。レイアウトＤでは、導電層１９０４のセグメントは、例えば、２重配置を折り返えして並べたものとして配置される。同様の技術を３重配置の導電層１９０４にも適用してそれを折り返して並べて配置することもできる。図２４Ｃは、レイアウトＣおよびレイアウトＤによる結合ストリップ１９００のＣ－Ｃ′線上の断面図を示す。
レイアウトＥは、導電層１９０４のより一般的な配置を示している。例えば、レイアウトＥは、異なる幅の複数のセグメントが互いに並んで配置されている導電層１９０４の例を示している。さらに、いくつかの実施形態では、導電層１９０４は、レイアウトＥに示されるように、セグメント間の様々な位置でセグメント間の相互接続２３０６を含むことができる。いくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００はまた、複数の信号入力端２３０２を含み得る。
図２５Ａは、結合ストリップ１９００をバルク媒体１９０２に取り付けるための例示的な構成の断面図を示す。図２５Ａは、底面取付け構成を示している。底面取付け構成では、結合ストリップ１９００の底面（例えば、底部誘電体層）とバルク媒体１９０２の表面との間に接着材２５０２が配置される。例えば、接着材は、両面接着剤の層（例えば、両面テープなど）、樹脂、またはエポキシとし得るが、これに限定されない。
図２５Ｂは、結合ストリップ１９００をバルク媒体１９０２に取り付けるための別の例示的な構成の断面図を示す。図２５Ｂは、上面取付け構成を示している。上面取付け構成では、接着剤層２５０４が結合ストリップ１９００の上に塗布されて、結合ストリップ１９００を航空機の外皮１９０２に取り付ける。接着剤層２５０４は、例えば、接着剤塗膜、接着フィルム、またはテープとし得る。
図２６Ａは、バルク媒体１９０２に設置する前の両面接着底面層を備えた結合ストリップ１９００の断面図であり、図２６Ｂは、バルク媒体１９０２上に設置された図２６Ａの結合ストリップ１９００の断面図である。底面取付け構成などのいくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００は接着底面層２６０８を含む。接着底面層は、両面接着材（例えば、両面テープ）から形成することができる。このような実施形態では、両面接着材は、下部誘電体層（例えば、図１９の下部誘電体層１９０８）として機能することができる。いくつかの実施形態では、接着底面層２６０８は、例えば、下部誘電体層１９０８の底面に塗布された接着剤塗膜または接着フィルムとし得る。設置前に、接着底面層２６０８を有する結合ストリップ１９００は、接着底面層２６０８上にライナー２６１０を含み得る。ライナー２６１０は、例えば、剥離層とし得る。例えば、ライナー２６１０は、設置前に接着底面層２６０８を保護し得る。設置時に、ライナー２６１０は接着底面層２６０８から除去してその接着面を露出させ、結合ストリップ１９００をバルク媒体１９０２の表面に取り付けることができる。
いくつかの実施形態では、誘電体層１９０８を導電層１９０４に取り付けるため、および／または導電性シールド層１９０６を誘電体層１９０８に取り付けるために、１つまたは複数の接着層２６０４および２６０６を含めることができる。いくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００は、導電性シールド層１９０６の上に保護層２６０２を含む。例えば、保護層２６０２は、ポリウレタン、ポリフルオリド、塗料、塗料代替フィルム、シーラント、またはそれらの組み合わせの１つまたは複数の層を含むことができるが、これらに限定されない。
いくつかの用途では、非導電性のバルク媒体を加熱する必要があり得る。そのような場合には、本明細書に記載の加熱システムおよび結合ストリップは、そのような場合に非導電性バルク媒体を加熱するように変更することができる。例えば、埋め込み層を結合ストリップ加熱システムとともに使用して、非導電性バルク媒体を加熱することができる。
図２７Ａ～２７Ｆは、埋め込み結合ストリップの様々な実施形態の断面図を示す。図２７Ａは、図１９の結合ストリップ１９００と同様の結合ストリップ２７００を示す。結合ストリップ１９００と同様に、結合ストリップ２７００は、バルク媒体１９０２上の第１の誘電体層１９０８、第１の誘電体層１９０８上の導電層１９０４、導電層１９０４上の第２の誘電体層１９０８、および第２の誘電体層１９０８上の導電性シールド層１９０６、および任意選択の、導電性シールド層１９０６上の保護層２７０６を含む多層構造を有する。保護層２７０６は、上述の保護層２６０２と同様である。結合ストリップ２７００は、非導電性バルク媒体２７０２の表面に取り付けられ、非導電性バルク媒体２７０２はその中に埋め込まれたバルク導電材料２７０４を含むという点で、結合ストリップ１９００とは異なる。例えば、バルク導電材料２７０４は、金属箔、金属テープとして、または非導電性バルク媒体２７０２内に埋め込まれた金属層として形成することができる。例えば、非導電性バルク媒体２７０２は、非導電性バルク媒体２７０２の層間に配置されたバルク導電材料２７０４を有する層状材料（例えば、炭素繊維複合体、ガラス繊維複合体、またはケブラー複合体）であり得る。バルク導電材料２７０４は、銅、銅合金（例、真ちゅうまたは青銅）、銀、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、クロム、ニッケル、ニッケル合金、コバルト基合金、耐食鋼、グラファイト、またはそれらの組み合わせなどの導電層から作ることができるが、それらに限定されない。
図２７Ａ～２７Ｆに示される例のそれぞれにおいて、結合ストリップ２７００の導電層１９０４を通過したＡＣ電流は、非導電性バルク媒体２７０２ではなくバルク導電材料２７０４に加熱電流を生成する。次に、バルク導電材料２７０４で生成された熱は、（例えば、熱伝導により）非導電性バルク媒体２７０２内に伝導する。いくつかの例では、非導電性バルク媒体が多少の導電性挙動を示す場合、バルク導電性材料層に加えて、非導電性部分でも熱が発生する。
図２７Ｂは、保護層２７０６、導電層１９０４、および誘電体層１９０８のみを含む結合ストリップ２７００の実施形態を示す。結合ストリップ２７００は、導電層１９０４の上に保護層２７０６が配置され、誘電体層１９０８の上に導電層１９０４が配置されている。誘電体層１９０８は、埋め込みバルク導電材料２７０４から、非導電性バルク媒体２７０２の一部によって分離されている。
図２７Ｃは、非導電性バルク媒体２７０２内に埋め込まれた導電層１９０４を含む結合ストリップ２７００の実施形態を示す。図２７Ｃの結合ストリップ２７００は、保護層２７０６、導電性シールド層１９０６、誘電体層１９０８、および導電層１９０４を含む。結合ストリップ２７００は、保護層２７０６、導電性シールド層１９０６、および誘電体層１９０８が導電層１９０４の上に配置されている。導電層１９０４は、非導電性バルク媒体２７０２内に埋め込まれ、非導電性バルク媒体２７０２の一部によって導電性バルク材料２７０４から離間されている。例えば、導電層１９０４とバルク導電材料２７０４は、それぞれ非導電性バルク媒体２７０２の異なる層の間に配置することができる。
図２７Ｄは、図２７Ｃに示される結合ストリップ２７００の変形例を示すが、保護層２７０６、導電性シールド層１９０６、および誘電体層１９０８は存在しない。
図２７Ｅは、図２７Ｄに示される結合ストリップ２７００の変形例を示し、導電層１９０４とバルク導電材料２７０４の幾何学的配置が逆になっている。すなわち、図２７Ｅに示される結合ストリップ２７００の配置では、バルク導電材料２７０４が、導電層１９０４よりも非導電性バルク媒体２７０２の表面の近くに配置されている。
図２７Ｆは、非導電性バルク媒体２７０２内に埋め込まれた導電層１９０４および導電性シールド層１９０６を含む結合ストリップ２７００の実施形態を示す。図２７Ｆに示される結合ストリップ２７００では、非導電性バルク媒体２７０２の部分（例えば、非導電性バルク媒体２７０２の層）が、導電層１９０４を導電性シールド層１９０６およびバルク導電材料２７０４から分離している。非導電性バルク媒体２７０２が図１９に示される結合ストリップ１９００内の誘電体層１９０８と同様の目的を果たしている。
図２８は、結合ストリップコネクタ２８０２の１つの実施形態の図を示す。図２８０５は、コネクタ２８０２の回路図である。コネクタ２８０２は、統合インピーダンス調整ネットワーク２８０４を含む。インピーダンス調整ネットワーク２８０４は、入力信号インターフェース２８０６と結合ストリップ１９００との間に電気的に結合される。例えば、入力信号インターフェース２８０６は、同軸ケーブル接続であり得る。入力信号インターフェース２８０６の入力端子２８１０（例えば、同軸ケーブル接続の中心ワイヤ）は、配線２８０８によって結合ストリップ１９００の導電層１９０４に結合される。入力信号インターフェース２８０６の接地端子２８１４（例えば、同軸ケーブル接続のシールド）は、１つまたは複数の配線２８１２によって、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層１９０６の一方または両方に結合される。
インピーダンス調整ネットワーク２８０４は、結合ストリップ１９００の入力インピーダンスを、入力信号インターフェース２８０６で測定される所望のレベルに調整するように構成される。インピーダンス調整ネットワーク２８０４は、固定または可変インピーダンス調整ネットワークとし得る。例えば、インピーダンス調整ネットワーク２８０４は、図１２－図１５Ｂを参照して説明したインピーダンス調整ネットワークのいずれかとして実装し得る。図２８０５において、インピーダンス調整ネットワーク２８０４は、接地と結合ストリップ１９００の導電性シールド層１９０６およびバルク媒体１９０２（または非導電性バルク媒体用に実装された場合のバルク導電材料２７０４）のいずれか一方または両方との間に接続された並列コンデンサＣ１として実装される。
図２９は、結合ストリップコネクタ２９０２の別の実施形態の図を示す。コネクタ２９０２は、例えば、複数の結合ストリップ１９００を一緒にチェーン結合するための２つの入力信号インターフェース２９０６Ａおよび２９０６Ｂを含む。図２９０５は、コネクタ２９０２の回路図である。コネクタ２９０２は、統合インピーダンス調整ネットワーク２９０４を含む。インピーダンス調整ネットワーク２９０４は、入力信号インターフェース２９０６Ａ、２９０６Ｂと結合ストリップ１９００との間に電気的に結合された直列および並列インピーダンス調整要素２９０４Ａ、２９０４Ｂおよび２９０４Ｃを含む。例えば、入力信号インターフェース２９０６Ａおよび２９０６Ｂは、同軸ケーブル接続であり得る。入力信号インターフェース２９０６Ａ、２９０６Ｂのそれぞれの入力端子２９１０は、結合ストリップ１９００の導電層１９０４に結合され、配線２９０８によって互いに結合される。入力信号インターフェース２９０６Ａ、２９０６Ｂのそれぞれの接地端子２９１４は、１つまたは複数の配線２９１２によって、結合ストリップ１９００のバルク媒体１９０２または導電性シールド層１９０６の一方または両方に結合される。
図２９０５において、インピーダンス調整ネットワーク２９０４は、接地と結合ストリップ１９００の導電性シールド層１９０６およびバルク媒体１９０２（または非導電性バルク媒体用に実装された場合のバルク導電性材料２７０４）のいずれかまたは両方との間に接続された直列コンデンサＣ１および２つのシャントコンデンサＣ２、Ｃ３として実装される。
図３０は、本開示の実施形態による結合ストリップ１９００を用いる第１の例示的なバルク媒体加熱システム３０００のブロック図である。加熱システム３０００は、互いに間隔を置いて配置され、バルク媒体１９０２（例えば、航空機の翼）に取り付けられた複数の結合ストリップ１９００を含む。各結合ストリップ１９００は、電力制御システム３００２に接続されている。電力制御システム３００２は、上述の電力制御システム１０４の実施形態のいずれかとして実装することができる。電力制御システム３００２は、各ストリップにＡＣ電流を供給する。
各結合ストリップ１９００の一端（本明細書では「入力端」と呼ばれる）は、コネクタ３００４を介して電力制御システム３００２に結合される。図示の例では、各結合ストリップ１９００の反対側の端（本明細書では、「終端」）は、開路終端３００６または閉路終端３００８のいずれかを有する。結合ストリップ１９００は、隣接する結合ストリップ１９００の各対が異なるタイプの終端を有する交互のパターンで配置される。例えば、各隣接対の一方の結合ストリップ１９００は、その終端に開路終端３００６を備え、他方の結合ストリップ１９００は、その終端に閉路終端３００８を備える。開路終端３００６は、その結合ストリップ１９００の終端は開路のままであり、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかを介して電気的接地に接続されていないことを示す。いくつかの実施形態では、閉路終端３００８は、結合ストリップ１９００の導電層と、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれか一方または両方との間の短絡開路である。いくつかの実施形態では、閉路終端３００８は容量性終端であり、コンデンサが結合ストリップ１９００の導電層と電気的接地との間に接続される。例えば、コンデンサが、結合ストリップ１９００の導電層と、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかとの間に接続される。いくつかの実施形態では、閉路終端３００８は誘導終端であり、インダクタが結合ストリップ１９００の導電層と電気的接地との間に接続される。例えば、インダクタが結合ストリップ１９００の導電層とバルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかとの間に接続される。いくつかの実施形態では、閉路終端３００８は抵抗終端であり、抵抗器が結合ストリップ１９００の導電層と電気的接地との間に接続される。例えば、抵抗器は、結合ストリップ１９００の導電層と、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかとの間に接続される。
電力制御システム３００２に所望の入力インピーダンスを提供するため、バルク媒体１９０２全体に所望の加熱分布を提供するため、またはそれらの組み合わせを提供するために、相補的な終端タイプを隣接する結合ストリップ１９００に適用することができる。例えば、結合ストリップ１９００は、相補的な終端タイプを有する隣接する結合ストリップ１９００のパターンでバルク媒体１９０２上に設置することができる。例えば、隣接する結合ストリップ１９００の終端は、開路終端３００６と短絡終端（例えば、短絡として実装された閉路終端３００８）との間で交互にすることができる。別の例では、隣接する結合ストリップ１９００の終端は、容量性終端として実装された閉路終端３００８と誘導性終端として実装された閉路終端３００８との間で交互にすることができる。
図３１は、本開示の実施形態による結合ストリップ１９００を用いる第２の例示的なバルク媒体加熱システム３１００のブロック図である。加熱システム３１００は上記の加熱システム３０００と同様であるが、各結合ストリップ１９００の終端に取り付けられた可変終端３１０６を駆動するように構成された制御システム３１０２が付加されている。可変終端３１０６は、切り替え可能な終端を含む。いくつかの実施形態では、可変終端３１０６は、短絡終端と開路終端との間で切り替わるように構成されている。例えば、可変終端３１０６は、結合ストリップ１９００の導電層と電気的接地との間に結合された制御可能なスイッチを含む。制御可能なスイッチは、電子スイッチ（例えば、トランジスタ、パワーダイオード、サイリスタ、シリコン制御整流器など）または機械的スイッチ（例えば、リレー）として実装することができる。例えば、制御可能スイッチは、結合ストリップ１９００の導電層とバルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかとの間に接続される。制御システムの出力は、制御可能スイッチの制御端子に結合される。
各結合ストリップ１９００の終端は、制御可能なスイッチを開閉することによって（または電子スイッチをオフまたはオンにすることによって）、開路と短絡回路との間で変えることができる。例えば、制御システム３１０２は、結合ストリップ１９００の可変終端３１０６の動作を制御し、制御可能なスイッチを操作することによって、結合ストリップ１９００の終端タイプを必要に応じて変更してバルク媒体１９０２を加熱する。システム３１０２は、各結合ストリップの可変終端３１０６を独立して制御することができる。いくつかの実施形態では、制御システム３１０２は、結合ストリップの可変終端３１０６のグループ（例えば、ペアまたはより大きなグループ）を互いに同期して制御することができる。いくつかの実施形態では、制御システム３１０２は、１つ以上の結合ストリップ１９００の可変終端３１０６を、一定の間隔で、例えば一定の動作サイクルで、切り替え制御することができる。可変終端３１０６を切り替えるための動作サイクルは、０．０１Ｈｚから１００Ｈｚの範囲とし得る。
いくつかの実施形態では、制御システム３１０２は、可変終端３１０６を開路終端と閉路終端との間で交互に切り替えることによって、可変終端３１０６の動作を制御する。例えば、制御システム３１０２は、動作サイクルの前半の間に、可変終端３１０６の半分を短絡終端に切り替え、可変終端３１０６の半分を開路終端に切り替える。次に、動作サイクルの後半の間、制御システム３１０２は、可変終端３１０６を、開路終端であった終端が閉路終端に及びその逆に切り替えられるように制御する。可変終端３１０６を切り替えるための動作サイクルは、０．０１Ｈｚから１００Ｈｚの範囲とし得る。
いくつかの実施形態では、隣接する結合ストリップ１９００の各対の可変終端３１０６は、反対のタイプの終端を維持するように制御される。すなわち、制御システム３１０２は、動作サイクルの半分ごとに交互に、各隣接対の一方の結合ストリップ１９００の終端が開路として構成され、その対の他方の結合ストリップ１９００の終端が閉路として構成されるように、可変終端３１０６を制御する。
制御システム３１０２は、可変終端３１０６の動作を制御するように構成された１つまたは複数のプロセッサまたはマイクロコントローラを備えたコンピューティングデバイスとし得る。例えば、制御システム３１０２はメモリ格納命令（例えば、ソフトウェアコード）を含み、該命令は制御システム３１０２により実行されるとき、可変終端３１０６内の制御可能なスイッチに適切な制御信号を提供する。いくつかの実施形態では、電力制御システム３００２および制御システム３１０２は、共通の電力および制御システムに統合され得る。
いくつかの実施形態では、可変終端３１０６は、容量性終端と誘導性終端を切り替えるように構成される。例えば、制御可能なスイッチは、結合ストリップ１９００の導電層を接地に接続されたコンデンサに結合するか、結合ストリップ１９００の導電層を接地に接続されたインダクタに結合するかを切り替えるように構成することができる。上述したように、接地は、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかを通して行うことができる。さらに、そのような実施形態では、制御システム３１０２を上記のように操作して、可変終端３１０６を導電性終端と誘導性終端との間で交互に切り替えることができる。
他の実施形態では、可変終端３１０６は、異なる終端タイプの間で、例えば、開路終端と容量性終端の間で、短絡終端と誘導性終端の間で、開路終端と誘導性終端の間で、短絡終端と容量性終端の間で、開路終端と抵抗性終端の間で、短絡終端と抵抗性終端の間で、またはそれらの他の組み合わせの間で切り替えるように変更することができる。
図３２は、本開示の実施形態による結合ストリップを用いる第３の例示的なバルク媒体加熱システム３２００のブロック図である。加熱システム３２００は、隣接する結合ストリップ１９００を交互に駆動するように構成されている。加熱システム３２００は、上記の加熱システム３０００と同様であるが、各結合ストリップの入力端に取り付けられた切り替え可能コネクタ３２０４を駆動するように構成された制御システム３２０２が付加されている。切り替え可能コネクタ３２０４は、関連する結合ストリップ１９００を電力制御システム３００２に接続および切断するように配置された制御可能スイッチを含む。制御可能スイッチは、電子スイッチ（例えば、トランジスタ、電力ダイオード、サイリスタ、シリコン制御整流器など）または機械式スイッチ（例：リレー）として実装することができる。例えば、制御可能なスイッチは、結合ストリップ１９００の導電層と切り替え可能コネクタ３２０４の入力端子との間に接続される。制御システムの出力は、制御可能スイッチの制御端子に結合される。
制御システム３２０２は、切り替え可能コネクタ３２０４の動作を制御して、結合ストリップ１９００を電力制御システム３２０２と交互に接続および切断し、結合ストリップ１９００を効果的にオンおよびオフにする。例えば、制御システム３２０２は、切り替え可能コネクタ３２０４を制御して、結合ストリップ１９００を交互にオンおよびオフにすることができる。例えば、制御システム３２０２は、制御可能スイッチを操作することによって、結合ストリップ１９００の切り替え可能コネクタ３２０４の動作を制御して、バルク媒体１９０２を加熱するために結合ストリップ１９００を必要に応じてオンおよびオフにする。 いくつかの実施形態では、制御システム３１０２は、各結合ストリップの可変終端３１０６を独立して制御することができる。いくつかの実施形態では、制御システム３１０２は、結合ストリップのグループ（例えば、ペアまたはより大きなグループ）の可変終端３１０６を互いに同期して制御することができる。いくつかの実施形態では、制御システム３１０２は、１つ以上の結合ストリップ１９００の可変終端３１０６を、一定の間隔で、例えば、通常の動作サイクルに従って、切り替え制御することができる。可変終端３１０６を切り替えるための動作サイクルは、０．０１Ｈｚから１００Ｈｚの範囲とし得る。いくつかの実施形態では、制御システム３２０２は、動作サイクルの前半中に、開路終端３００６を備えた結合ストリップ１９００をオンにし、閉路終端３００８を備えた結合ストリップ１９００をオフにする。次に、動作サイクルの後半中に、制御システム３２０２は、切り替え可能コネクタ３２０４を切り替えて、開路終端３００６を備えた結合ストリップ１９００をオフにし、閉路終端３００８を備えた結合ストリップ１９００をオンにする。
制御システム３２０２は、可変終端３１０６の動作を制御するように構成された１つまたは複数のプロセッサまたはマイクロコントローラを備えたコンピューティングデバイスとし得る。例えば、制御システム３２０２はメモリ格納命令（例えば、ソフトウェアコー
ド）を含み、該命令は制御システム３２０２により実行されるとき、可変終端３１０６内の制御可能なスイッチに適切な制御信号を提供する。いくつかの実施形態では、電力制御システム３００２および制御システム３２０２は、共通の電力および制御システムに統合し得る。
ド）を含み、該命令は制御システム３２０２により実行されるとき、可変終端３１０６内の制御可能なスイッチに適切な制御信号を提供する。いくつかの実施形態では、電力制御システム３００２および制御システム３２０２は、共通の電力および制御システムに統合し得る。
本明細書で使用される場合、「垂直」または「実質的に垂直」または「法線」または「実質的に法線」という用語は、許容工学または測定公差範囲内の９０度の角度を成す２つの要素（例えば、線、方向、軸、平面、表面、または構成要素）間の関係を指す。例えば、方向間の角度が９０度（例えば、±１～２度）の許容範囲内にある場合、方向は互いに垂直であると見なすことができる。
本明細書には多くの特定の実施形態の詳細が含まれているが、これらは発明の範囲または主張可能な範囲の制限として解釈されるべきではなく、特定の発明の特定の実施形態に固有の特徴の説明として解釈されるべきである。別個の実施形態の文脈で本明細書に記載されている特定の特徴は、単一の実施形態に組み合わせて実装することもできる。逆に、単一の実施形態の文脈で説明される様々な特徴は、複数の実施形態に別々に、または任意の適切な部分的組み合わせで実装することもできる。さらに、様々な特徴が特定の組み合わせで作用するものとして上記に記載され、最初はそのように主張されていても、主張された組み合わせからの１つまたは複数の特徴は、場合によってはそれらの組み合わせから削除することができ、主張された組み合わせは、部分的組み合わせまたは部分的組み合わせのバリエーションに向けることができる。
同様に、動作が特定の順序で図面に示されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作は示された特定の順序または順番に実行されること、または図示されたすべての動作が実行されることを要求するものと理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスクと並列処理が有利な場合がある。さらに、上記の実施形態における様々なシステムモジュールおよびコンポーネントの分離は、すべての実施形態においてそのような分離が必要とされるものと理解されるべきではなく、記載されたプログラムコンポーネントおよびシステムは、一般に、単一のソフトウェアおよび／またはハードウェア製品に統合する、または複数のソフトウェアおよび/またはハードウェア製品にパッケージ化することができるものと理解すべきである。
主題の特定の実施形態が説明されてきたが、他の実施形態が以下の特許請求の範囲に含まれる。例えば、特許請求の範囲に記載されている動作は、異なる順序で実行することができ、それでも望ましい結果を達成することができる。一例として、添付の図に示されているプロセスは、望ましい結果を達成するために、示されている特定の順序または連続した順序を必ずしも必要としない。場合によっては、マルチタスクと並列処理が有利な場合がある。
制御とセンシング：
いくつかの実施形態では、コントローラは、電力制御システムの制御、センシング、および監視機能を実行するセンサおよび回路のグループである。コントローラは、例えば、図１を参照して説明した電力制御システム１０４とすることができる。
いくつかの実施形態では、コントローラは、電力制御システムの制御、センシング、および監視機能を実行するセンサおよび回路のグループである。コントローラは、例えば、図１を参照して説明した電力制御システム１０４とすることができる。
いくつかの実施形態では、制御機能は、電力制御システム全体をオンおよびオフに切り替えること、バルク媒体の特定の目標領域に電力を供給するように指定された電力制御システムの特定のセクションをオンおよびオフに切り替えること、バルク媒体の特定の領域に出力される電力の量を調整することを含む。
いくつかの実施形態では、制御機能は、動的調整ネットワークの制御を含む。
いくつかの実施形態では、監視機能は、以下の事項：加熱システム全体の健全性および適切な機能の評価、加熱システムの特定の部品およびセクションの健全性と適切な機能の評価、加熱システム全体の障害検出の実行、加熱システムの特定の部品およびセクションの障害検出の実行、システムユーザまたは複数のユーザへの障害通知の実行、メンテナンスまたは検査担当者への障害通知の実行：などの任意の組み合わせを含む。
幾つかの実施形態では、障害検出とは、以下の障害：電気的障害の検出、加熱機能障害の検出、結合ストリップ障害の検出、バルク媒体の損傷の検出（加熱システムが適切に機能していて損傷を受けていない場合も含む）：の任意の組み合わせを意味する。本開示における結合ストリップは、「ストリップ線」または場合によっては単に「線」と呼ばれることもある。結合ストリップは、例えば、図１９および図２３～図２７Fを参照して説明した構造層を含む。以下に説明するように、いくつかの実施形態では、結合ストリップは、複数の導電パス、例えばセンス線とキャリア線を含むことができる。本明細書で使用されるように、キャリアラインは、バルク媒体を加熱するために使用される電流を搬送する結合ストリップ内の導電パスを指す。センス線は、キャリア線または結合ストリップ全体の障害を検出するために使用されるより小さな電流を断続的または継続的に流すことができる別個の導電パスである。
いくつかの実施形態では、電気的障害は、電力制御システムの任意の段階における入力および出力電力、電圧、電流が設定された間隔内にないレベルにあることを含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、電気的障害は、電力制御システムの回路、デバイス、またはコンポーネントの温度が、加熱システムの通常の動作で予想されるよりも高いまたは低いことを含む。いくつかの実施形態では、電気的障害は、電力システムの任意の段階における入力および出力インピーダンスが設定された間隔内にないレベルにあることを含む。
いくつかの実施形態では、加熱機能障害は、加熱システムの通常動作と比較したバルク媒体の任意の領域の過熱状態、加熱システムの通常動作と比較したバルク媒体の任意の領域の熱不足状態を含むが、これらに限定されない。加熱システムが除氷システムである実施形態では、加熱機能障害は、バルク媒体の任意の領域が完全に除氷されず、除氷または防氷処理中または後にバルク媒体上の沈殿物が凍結または再凍結することのいずれかを含み得る。
いくつかの実施形態では、結合ストリップの障害には、次のいずれか：結合ストリップ上またはその近く、およびバルク媒体上の１つまたは複数の場所の温度が、加熱システムの通常の動作で予想される温度よりも高いまたは低いこと、結合ストリップのいずれかの位置での切断、結合ストリップ内の短絡（トレースとシールドの間またはトレース自体内)、結合ストリップとバルク媒体間の短絡、結合ストリップの入力コネクタでの短絡と開回路、結合ストリップ内での開回路、結合ストリップ構造の剥離、結合ストリップの焼損部分、結合ストリップとバルク媒体間の剥離、バルク媒体からの結合ストリップの剥がれ、雹、落雷、整備員などの結合ストリップの誤った取り扱い、整備員などの結合ストリップ上の歩行などのイベント生じるへこみ、穴、隆起、切り傷、しわ、バリなどの機械的損傷、結合ストリップの腐食、結合ストリップとバルク媒体の間、電極/コネクタと結合ストリップの間、または電極/コネクタとバルク媒体の間の静電放電、結合ストリップの腐食または酸化膜の生成、などがある。
いくつかの実施形態では、センシング機能は、電圧、電流、電力、順方向電力、反射電力、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）、時間領域反射測定法（ＴＤＲ）、温度などをコントローラへ入力およびフィードバックするために使用されるすべてのセンサと、氷センサを含む。
いくつかの実施形態では、コントローラの一部またはすべての要素が電力制御システム内に分散される。いくつかの実施形態では、コントローラの一部またはすべての要素が、制御システムの残りの部分から独立するようにインストールされる。いくつかの実施形態では、これらの要素は個別の専用エンクロージャに収容される。
いくかの実施形態では、コントローラの２つ以上の要素が互いに独立しており、コントローラの機能が故障するにはこれらの要素の少なくとも２つが同時に故障しなければならないように構成されている。このような実施形態では、コントローラが相互に独立しているため、コントローラの信頼性が向上し、コントローラの要件を満たすためにこれらの各要素に必要とされる信頼性は低くなり、それらの設計、実装および統合がより容易になるとともに簡単になる。これは、安全性とコントローラの信頼性が重要であるか規制されている用途、特に航空機に設置された加熱システムの場合に特に有利である。
いくつかの実施形態では、信頼性と安全性の要件を達成するために監視機能を実行する２つ以上のサブシステムが独立して構成される。いくつかの実施形態では、信頼性と安全性の要件を達成するためにセンシング機能を実行する２つ以上のサブシステムが独立して構成される。いくつかの実施形態では、信頼性と安全性の要件を達成するために制御機能を実行する２つ以上のサブシステムが独立して構成される。いくつかの実施形態では、信頼性と安全性の要件を達成するために、制御、センシング、および監視サブシステムの任意の組み合わせが個別に構成される。
いくつかの実施形態では、いくつかのセンサ位置で２つの同一のセンサが使用される。そのような実施形態では、両方のセンサが同じ監視サブシステムに接続され、データを供給することができる。例えば、それらの各々が別個の監視サブシステムにそれぞれ接続され、監視サブシステムが互いに独立するように構成してもよく、それらの各々が両方とも互いに独立して動作するように構成された２つ以上の監視サブシステムに接続されるようにしてもよい。
いくつかの実施形態では、２つの独立したセンサを使用して、同様の領域に関する情報を収集する。独立性は、異なるセンサタイプを使用すること、および/または互いに少なくとも若干の距離内に位置するが同じ領域を監視するまたは同等の情報を収集することで達成することができる。そのような実施形態では、両方のセンサを同じ監視サブシステムに接続してデータを供給することができ、それらのそれぞれを別々の監視サブシステムにそれぞれ接続し、それらの監視サブシステムが互いに独立するように構成することができ、それらのそれぞれが両方とも互いに独立して動作するように構成された２つ以上の監視サブシステムに接続することができる。
いくつかの実施形態では、コントローラの制御、センシング、および監視サブシステムの任意の組み合わせが、その最も重要な機能の信頼性と安全性を最適化するように構成されている。航空機の除氷および防氷に使用される加熱システムの場合、いくつかの実施形態では、そのような機能には次の組み合わせ：加熱システムの障害を検出してパイロットに通知すること、電力制御システムの電気的障害を検出してパイロットに通利すること、結合ストリップの障害を検出してパイロットに通知すること、電力制御システムとバルク媒体の加熱障害を検出し、それらをパイロットに通知すること、が含まれる。
加熱システムが航空機の除氷および防氷に使用されるいくつかの実施形態では、コントローラはさらに最適化されて、一度除氷された航空機の重要表面に凍結や凍結降水や凍結汚染物質がないことを検証する。汚染物質とは、航空機の外皮に付着して適切な操作を妨げる可能性のある、みぞれ、雪、スラッシュ、氷、またはその他の物質を指す。
いくつかの実施形態では、バルク媒体上のコントローラと結合ストリップのレイアウトは、一緒に機能するように設計および最適化される。そのような実施形態では、バルク媒体上の結合ストリップレイアウトは、選択された位置に関心領域を作成するように配置され得る。そのような領域は、一例として、加熱システムの起動時にバルク媒体の残部よりも設計により低温のままである領域、または加熱システムが作動中または非活性化後に（例えば、進行中の凍結または凍結降水から、または凍結した沈殿物、またはバルク媒体の表面上を流れる融解した汚染物質から）再凍結事象を最初に経験する可能性がある領域とし得る。そのような実施形態では、コントローラのセンサは、これらの領域に関する情報を収集し、加熱システムが適切に機能しているかどうか、またはバルク媒体が凍結または再凍結イベントを経験しているかどうかを評価するのに役立つように配置することができる。いくつかの実施形態では、バルク媒体は、これらの領域のいくつかで局所的に変化されて、それらの領域が加熱システムの動作中にバルク媒体の他の領域よりも低温になること、またはそれらが再凍結イベントを経験する最初の領域であることを保証することができる（例えば、エッジやリッジなどの比較的小さな特徴を追加して、溶けた水がより冷たい領域に蓄積して停滞し、再凍結を容易にすることにより）。いくつかの実施形態では、そのような領域は、暖房システムのユーザが容易に観察できるように（例えば、航空機の除氷システムの場合、航空機のキャビンまたはコックピットからパイロットが容易に見えるように）選択され、その結果、ユーザはこれらの領域の視覚的観察に基づいて、バルク媒体が除氷イベントを経験したかどうかを推測することができる。
加熱システムが航空機の除氷および防氷に使用されるいくつかの実施形態では、コントローラは、特定の領域に凍結または凍結降水および汚染物質がないという検証を実行するために、さらに最適化される。このような領域には、垂直およびほぼ垂直に降る降水にさらされる水平および傾斜上面、翼および水平尾翼の上面が含まれ得る。
いくつかの実施形態では、センシングサブシステムによって収集されたデータに対して、機械学習、コンピュータビジョン、および人工知能技術を活用した分析方法を使用して、監視機能の一部が実行される。このような分析方法では、いくつかの実施形態では、加熱システムで実行されたテストから経験的に収集されたデータを使用して技術をトレーニングすることができ、設置された加熱システムによって収集されたデータを使用して継続的にトレーニングおよび改善を行うことができる。
いくつかの実施形態では、コントローラは、加熱システムの起動時間、加熱システムが最後に起動されてからの経過時間、およびシステムが最後に停止されてからの経過時間などの時間情報を測定するタイマーを使用することができる。いくつかの実施形態において、タイマーからの情報は、分析のためにセンシングサブシステムからの情報と協調して、コントローラがその意図された機能を実行するのを助けるために使用され得る。
図３７Ａに示されるように、コックピットディスプレイおよび報知システムが、いくつかの実施形態で提供され得る。このシステムは、パイロットにシステムのステータスを知らせる複数の表示を持つことができる。例えば、システムに電力が供給されている場合は「ＯＮ」インジケータが点灯し、必要な温度センサの一部またはすべてが１５℃以上になっている場合は「ＷＡＲＭ」インジケータが点灯する。例えば、「ＯＫ」インジケータは、必要な温度センサの一部またはすべてが少なくとも１５分間１５℃以上を示したときに点灯することができる。「ＯＶＨＴ」インジケータは、過熱状態が検出された場合に点灯し、例えば、いずれかの温度センサが１５０℃以上の温度に達した場合である。「ＳＹＳＴＥＭ ＦＡＩＬ」インジケータは、潜在的なシステム障害を示すさまざまな理由に対して点灯し得る。例えば、少なくとも「ウォーム」状態に達することなく、システムが所定の時間（例えば、２５分間）の間「オン」であった場合である。別の例では、システムが「ＯＮ」で、１０秒以上「ＯＶＨＴ」状態にあった場合、「ＳＹＳＴＥＭ ＦＡＩＬ」が点灯し得る。上記の温度および時間は、例示目的であり、本開示の範囲および精神から逸脱することなく変更または調整することができる。
図３７Ｂは、コックピット表示の代替例を示し、「ＤＥ-ＩＣＥ」システム状態および「ＡＮＴＩ-ＩＣＥ」システム状態のシステム機能状態を示す。この例の図では、コックピット表示は、システムが「ＯＦＦ」、「ＧＲＯＵＮＤ ＤＥ－ＩＣＥ」、「ＧＲＯＵＮＤ ＡＮＴＩ－ＩＣＥ」、または「ＦＡＵＬＴ」ステータスにあるかどうかを示すことができる。いくつかの実施形態では、航空機の領域または関心領域ごとに別個の表示を提示することができる。
図３７Ｃは、図３７Ｂのコックピット表示が航空機キャビン内のどこにあるかを示す実施例を示す。図３７Ｂは、航空機の客室に配置することができる。図３７Ｃでは、破線ボックスによって示されるように、コックピット表示は、航空機のコックピットの右上隅に配置される。
上記のいくつかの実施形態では、コントローラのセンシングサブシステムは、ワイヤレスデータネットワークを介して中央受信機にデータを送信するように構成可能な１つまたは複数のワイヤレスセンサ、例えば、１つまたは複数のワイヤレス温度センサまたは１つまたは複数のワイヤレス氷センサを含むことができる。これにより、追加のセンサワイヤの必要性が軽減され、バルク媒体上の物理的に離れたさまざまな場所へのアクセスが可能になる。無線センサは、例えば、結合ストリップ１９００に保持された低電圧、低電流のＤＣバイアスを利用するか、または結合ストリップを通過するＡＣ電流から電力を直接収集することによって、直接電気接続を用いて結合ストリップ１９００から電力を引き出すことができる。あるいは、無線センサは、結合ストリップ１９００に直接接続することなく、例えば、アンテナまたはコイルを介して近距離電磁放射を利用することによって、電力を引き出すことができる。
温度センシング
いくつかの実施形態では、コントローラのセンシングサブシステムは温度センサを含んでいる。温度センサは、ポイント測定を行うため、または（例えばエリアの情報を抽出できる複数のセンサを備えたセンサマットを使って）指定された領域に亘る最大、最小、平均、または温度のマッピングなどのパラメータの測定を行うために使用することができる。
いくつかの実施形態では、コントローラのセンシングサブシステムは温度センサを含んでいる。温度センサは、ポイント測定を行うため、または（例えばエリアの情報を抽出できる複数のセンサを備えたセンサマットを使って）指定された領域に亘る最大、最小、平均、または温度のマッピングなどのパラメータの測定を行うために使用することができる。
いくつかの実施形態では、温度センサは、熱電対、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、サーミスタ、光ファイバ、赤外線センサなどのセンサタイプのいずれかを含み得る。熱電対は、電圧の変化を測定することで温度を測定するのに使用することができる。熱電対は、低コストで、実装が簡単で、測定範囲が広い。信号は数十ミリボルトのオーダーであり、電磁干渉の存在下で正確な測定を行うには、大幅なノイズ削減が必要になり得る。抵抗温度検出器（ＲＴＤ）は、センサ抵抗の変化を測定することで温度を測定することができる。これらの要素は通常プラチナで構成され、非常に高い精度を有する。これには、４線式測定を実行する必要があるか、或いは、例えばその後デジタル信号に変換されるローカル電圧測定を実行することによりリードを短く保つ必要がある。サーミスタは、抵抗測定に基づいて温度を計算するという点でＲＴＤに似ている。サーミスタは、高いベースライン抵抗を有し、リード抵抗を無視できる可能性があるという追加の利点を有する。光ファイバセンサは通常、ファイバブラッググレーティングに基づいている。グレーティングは、特定の波長の光を反射する。温度が変化すると、反射される波長が予想どおりに変化するため、温度を計算できる。各グレーティングは小さな波長の帯域のみを反射するため、複数のセンサを単一の光ファイバ要素に組み込み、単一の機器で測定することができる。光ファイバ要素自体は、直径が～０．１ｍｍと非常に小さいが、長さはメートルまたは数十メートルにすることができる。測定は光学的であるため、ＲＦ干渉を受けない必要がある。
いくつかの実施形態では、温度センサは、本明細書で前述したようにセンサを配置できる方法でバルク媒体上に配置される。いくつかの実施形態では、温度センサは、例えば固体の温度が体積内で空間的に均一であると仮定される集中容量モデルでサポートされるバルク媒体の表皮の下に、またはその両方で、互いに広く離して配置することができ、これは、ビオ数Ｂｉが十分に小さい場合（例えば、Ｂｉ＜０．１）であり、ビオ数はＢｉ＝ｈ/ｋ・Lとして定義され、ここで、ｋは固体の熱伝導率、ｈは対流熱伝達率、Ｌはボリュームの特徴的な寸法である。集中容量モデルは、Ｂｉが十分に小さいボリューム内では、バルク媒体の温度がほぼ均一であると仮定できるため、特に有用なモデルとなり、バルク媒体に取り付けるセンサの数、システムの複雑さ、コスト、および設置作業を軽減できる。このような技術は、航空機の表皮を一般的に構成するアルミニウム合金など、熱伝導率が高いバルク媒体に特に有効であり、ビオ数は比較的広い領域に亘り十分に小さいままであり、限定数の温度センサとセンシングポイントの使用が正当化される。いくつかの実施形態では、温度センサは、他のスポットの中でも特にホットスポット、コールドスポット、再凍結スポットなどの特定の場所に配置されるように、バルク媒体上に配置することができる。ホットスポットは、加熱システムが起動されたときに、バルク媒体上の他の場所よりも比較的高温で動作するように選択された場所であってもよい。ホットスポットセンサは、一般的なコントローラ機能を実行するために使用でき、バルク媒体または結合ストリップの過熱イベントを検出するために使用できる。コールドスポットは、加熱システムが起動されたときに、バルク媒体上の他の場所よりも比較的低温で動作するように選択された場所であってもよい。コールドスポットセンサは、一般的なコントローラ機能を実行するために使用でき、バルク媒体または結合ストリップの不適切な加熱を検出するために使用できる。再凍結スポットは、加熱システムが起動されたとき、または停止された後、バルク媒体上の他の場所よりも早く凍結または再凍結イベントを経験するように選択される場所である。再凍結スポットセンサは、一般的なコントローラ機能を実行するために使用することができる。また、バルク媒体または結合ストリップ上の再凍結イベントまたは不適切な加熱を検出するために使用できる。他のスポットが本明細書で前述した他の関心のある領域に配置され得る。
いくつかの実施形態では、バルク媒体上の結合ストリップのレイアウトを、上記のスポットが存在し、アクセスの容易さ、設置の容易さ、または加熱システムのユーザの視覚的観察の容易さなどのパラメータに対して選択される指定の領域が存在するように、最適化することができる。例えば、図３３に示すように、航空機パイロットはコックピットから見える制限された視線３３０２を有する。その結果、航空機の一部はパイロットに見えず（３３０４）、航空機の一部は見える（３３０６）。いくつかの実施形態では、航空機の可視部分（３３０６）内に再凍結スポットまたはコールドスポットを選択して、パイロットによる視覚的確認を可能にすることができる。
図３３は、システムがアクティブなときの翼の例示的な温度オーバーレイをさらに示している。翼上の位置３３０８は、離陸前に防氷状態を確認できるようにパイロットが見ることができるように選択または設計され、監視されるコールドスポットの例である。例えば、図に示すように、位置３３０８は、加熱素子により発生される加熱パターン内の翼の大部分（赤色のグラデーションで示される）と比較的して比較的低い温度の領域（黄色のグラデーションで示される）に相関する。
コールドスポットおよび/またはホットスポットの位置は、例えば、航空機の表面上に加熱ストリップ(結合ストリップなど)を、航空機の表皮上に航空機の残部に対して局所的に低いまたは暖かい表皮温度を有する加熱パターンを生成するパターンに配置することによって、設計することができる。たとえば、結合ストリップは、局所的に低い(または高い)電力密度を提供する形状に配置することができ(ワイヤ間隔を広げる)、または選択した結合ストリップを低い(または高い)電力密度で高い(低い)熱質量位置で動作させる、または出力電力を局所的に調整して、目的の位置にコールド/ホットスポットを提供する加熱パターンを生成することができる。
いくつかの実施形態では、少なくとも２つの独立した温度センサセットを使用して、センササブシステムに冗長性を追加することにより、コントローラの重要な機能の信頼性を向上させることができる。いくつかの実施形態では、指定された各センサ位置に２つの同一の温度センサを追加することによって、独立性を達成することができる。いくつかの実施形態では、指定された各センサ位置に２つの異なる温度センサ(たとえば、異なるメーカーまたは種類のセンサ)を追加することによって、独立性を達成することができる。いくつかの実施形態では、２つの温度センサを互いに十分に離れた位置に追加して、両方のセンサが同時に故障する可能性を減らしながら、同等のパラメータを監視するのに十分近くに位置させることによって、独立性を達成することができる。いくつかの実施形態では、これらの方法を任意に組み合わせて独立性を達成することができまる。いくつかの実施形態では、独立したセンサのセットが、単一の監視サブシステムに情報を送信すること、独立したセンサのセットにそれぞれ専用の独立した監視サブシステムのセットに情報を送信すること、または２つの独立した監視サブシステムセットに情報をすべて送信することができる。
いくつかの実施形態では、例えば、バルク上に別々に配置された温度センサを使用することに加えて、またはその代わりに、結合ストリップの一体部分である１つまたは複数の温度センサ(または温度要素)を使用することによって、温度センシングを達成することができる。 温度センサの例については、上記の「温度センシング」セクションで詳しく説明されている。例えば、温度センサは、結合ストリップまたは近くのセンスライン（センスラインについては以下で詳しく説明される）に取り付けることができ、温度が所定のしきい値を超えたときに短絡または開路することができる。短絡または開路は、他の場所、例えば入力コネクタまたは電力制御システム（システム１０４）において検出することができる。これにより、温度センサの位置で温度検出が可能になる。
いくつかの実施形態では、温度センサのアレイを並列に配置することができる。例えば、並列配置は、サーモスタット制御ループとして配置された並列過熱センサまたは低温センサのアレイを含むことができる。サーモスタット制御ループは、温度センサ情報を利用して、システム、例えば、図１の加熱システム１００の温度を、所定の範囲内に、例えば、最小温度Ｔｍｉｎより高く、最大温度Ｔｍａｘより低く維持するために使用されるヒステリシス制御方法である。
いくつかの実施形態では、温度要素のアレイを直列に配置することができる。例えば、温度要素は、結合ストリップ１９００に沿って、例えば、結合ストリップにまたは近くのセンシングラインに、または別のケーブルストリップに沿って取り付けられて、その直列構成内の任意の点で温度が高くなりすぎた場合に過熱シャットダウンを強制するように配置することができる。
いくつかの実施形態では、異なる値の周期的サーミスタなどの温度要素を並列に配置して、ラインに沿った特定の温度要素が過度に加熱されたときに、アナログ値を検出およびデコードして、結合ストリップが過熱を検出したことだけでなく、結合線に沿って障害が発生した特定の場所も示すことができる。
いくつかの実施形態では、温度センシングは、フレキシブル回路上のトレースを使用することにより、結合ストリップ内をキャリアラインに沿って走る追加のセンスライン(結合ストリップ内に実装された温度センサへの及びからの配線として機能するセンスライン)を使用することにより、または結合ストリップから独立して設置されたセンシングストリップ内に実装された追加のセンスラインとセンサを使用することにより、または温度センサをキャリアラインと一緒に結合ストリップ内に、例えば、周期的コンデンサ、平行板コンデンサ、トレースインダクタ、またはその組み合わせの構成で実装することにより、実現することができる。
いくつかの実施形態では、温度は時間の関数として測定することができる。例えば、温度変化を一定のサンプリング間隔で測定および記録し、静的な温度測定値ではなく、温度の時間ベース変化を表すベクトルとして保存することができる。時間ベースの温度測定により、変化率(時間ベースの導関数など)や総熱出力(積分など)などのより複雑な数学的分析が可能になり得る。そのような実施形態では、コントローラは、温度変化に関連する一時的な情報に基づいて、現在の除氷状態の評価を含む、さまざまな評価のいずれかを行うことができる。具体的な例として、０℃付近で停滞する温度センサによって感知された温度の読み取り値に応答して、コントローラは、バルク媒体加熱システムにより供給されたエネルギーが溶解潜熱に入り、したがって除氷操作が進行中であると判断することができる。そして更に、センサによって感知される温度測定値が０℃付近で停滞した後に上昇すると、コントローラは、バルク媒体によって供給されるエネルギーが温度上昇に向かい、凍結汚染がバルク媒体から溶解除去されると、潜熱に移行しないため、除氷操作が完了したと判断することができる。言い換えれば、バルク媒体が除氷される時点は、時間に関してプロットされた温度が、正の勾配の期間が続いて所定の期間にわたって比較的平坦（例えば、ゼロ勾配）になったときに決定することができる。
場合によっては、以下の「氷の検出/センシング」セクションでさらに説明されるように、温度も時間の関数として測定でき、除氷状態も同様に推定することができる。
図４０は、結合ストリップ上の時間の関数としてのインピーダンスおよび温度のプロットを示す。プロット４０００に示すように、除氷操作が進行している間（約０７：００から０７：３０まで)の間、温度の読み取り値は固定値（１０°C）付近で推移し、除氷操作が完了すると、温度の読み取り値は上昇する（約０７：３０に始まる）。
さらに、バルク媒体が熱伝導性の高い材料（アルミニウムなど）で構成される実施形態では、システムの除氷状態を評価するための基礎として、集中容量熱モデルを使用することができる。コントローラは、集中容量熱モデルを使用して、バルク媒体上のコールドスポットの位置を決定したり、コールドスポットの温度を決定したりすることもできる。これにより、必要なセンサの総数を減らし、より効果的なセンサ配置を容易にすることができ、これには、センサを航空機の外皮の下(つまり、上ではなく)に配置すること、またはバルク媒体の熱伝導率を利用することの両方が含まれる。
氷の検出/センシング
いくつかの実施形態では、コントローラのセンシングサブシステムは、氷検出器またはセンサを含む。氷検出とは、雪、氷、スラッシュ、または表面に蓄積する同様の形態の凍結降水を含むがこれらに限定されない、凍結または凍結降水または汚染物質を認識する方法を指す。
いくつかの実施形態では、コントローラのセンシングサブシステムは、氷検出器またはセンサを含む。氷検出とは、雪、氷、スラッシュ、または表面に蓄積する同様の形態の凍結降水を含むがこれらに限定されない、凍結または凍結降水または汚染物質を認識する方法を指す。
いくつかの実施形態では、氷の検出を使用して、構造物の除氷が必要かどうかを判断し、除氷の追跡と経過、除氷後の氷の蓄積を監視する。
いくつかの実施形態では、トランスデューサまたは複数のトランスデューサを使用して氷の検出が達成され、減衰係数、共振周波数、および周波数応答を含むがこれらに限定されない構造の音響パラメータが監視される。いくつかの実施形態では、氷の検出は、偏光の変化を観察することによって達成される。いくつかの実施形態では、可変偏光を使用して氷と相互作用した後に、入射する非偏光の変化を観察する。いくつかの実施形態では、入射偏光の変化を観察する。いくつかの実施形態では、反射光の強度の変化を使用して、氷の形成を検出することができる。いくつかの実施形態では、氷は、雪/氷を収集する表面上の１つまたは複数のセンサで検出される。雪や氷が表面に集まると、センサの開口部を閉じ、氷が存在することを知らせる。いくつかの実施形態では、表面からの赤外線放射が氷の存在を示し得る。これには、表面放射率の変動や、氷の形成に適した条件かどうかを判断するための表面温度の計算が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、氷の検出は、臨界表面に取り付けられたセンサを使用して達成することができる。凍結または凍結降水がセンサに集まると、電気インピーダンスに測定可能な変化が生じる。いくつかの実施形態では、氷センサは、結合ストリップの近くに氷が存在すると、電気信号に対する結合ストリップの周波数領域応答および/または時間領域応答に検出可能な影響を与えて、前記ラインを取り囲む電磁界に影響を与えるという事実を活用する。これらの変化を測定し、構造上の氷の存在を示すために使用することができる。いくつかの実施形態では、氷の存在は、構造全体の温度勾配によって、または温度の変化率によって予測することができ、これは、上記の温度センサで測定することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のセンサのいずれも、構造に表面実装することができる。
いくつかの実施形態では、氷センサは、本明細書で前述したように配置される温度センサと同様の方法で、バルク媒体上に配置される。いくつかの実施形態では、氷センサは、特に、ホットスポット、コールドスポット、再凍結スポットなどの特定の場所に配置されるように、バルク媒体上に配置することができる。ホットスポットセンサは、一般的なコントローラ機能を実行するために使用でき、バルク媒体または結合ストリップの過熱イベントを検出するために使用できる。コールドスポットは、加熱システムが起動されたときに、バルク媒体上の他の場所よりも比較的低温で動作するように選択された場所とすることができる。コールドスポットセンサは、一般的なコントローラ機能を実行するために使用でき、バルク媒体または結合ストリップの不適切な加熱を検出するために使用できる。再凍結スポットは、加熱システムが起動されたとき、または停止された後、バルク媒体上の他の場所よりも早く凍結または再凍結イベントを経験する可能性が高いように選択された場所とすることができる。再凍結スポットセンサは、一般的なコントローラ機能を実行するために使用できる。また、再凍結イベントまたはバルク媒体または結合ストリップの不適切な加熱を検出するために使用できる。他のスポットは、本明細書で以前にリストされた領域など、他の関心のある領域に置くことができる。
いくつかの実装形態では、バルク媒体上の結合ストリップのレイアウトは、アクセスの容易さ、設置の容易さ、または加熱システムのユーザのための視覚的観察のリースなどのパラメータのために選択された指定の領域が存在するように、上記のスポットが存在するように最適化することができる。
いくつかの実施形態では、センシングサブシステムに冗長性を追加することにより、コントローラの重要な機能の信頼性を向上させるために、少なくとも２つの独立した氷センサのセットを使用することができる。いくつかの実施形態では、指定された各センサ位置に２つの同一の氷センサを追加することによって、独立性を達成することができる。 いくつかの実施形態では、指定された各センサ位置に２つの異なる氷センサ(たとえば、異なるメーカーまたは種類のセンサ)を追加することによって、独立性を達成することができる。いくつかの実施形態では、２つの氷センサを互いに十分に離れた場所に追加して、両方のセンサが同時に故障する可能性を減らしながら、同等のパラメータを監視するのに十分近くに配置することによって、独立性を達成することができる。いくつかの実施形態では、これらの方法を任意に組み合わせて独立性を達成することができる。いくつかの実施形態では、独立したセンサのセットは単一の監視サブシステムに情報を送信すること、独立したセンサのセットにそれぞれ専用の独立した監視サブシステムのセットに情報を送信すること、またはすべて情報を少なくとも２つの独立した監視サブシステムのセットに送信することができる。
いくつかの実施形態では、コントローラのセンシングサブシステムは、１つまたは複数の静電容量センサを含むことができる。この１つまたは複数の静電容量センサは、単独で、または温度センサなどの他のセンサと組み合わせて使用して、氷と水を区別することができる。例えば、回路基板、例えば、１つまたは複数の静電容量センサのアレイを含むフレキシブルプリント回路基板（またはフレックスＰＣＢ）をバルク媒体の表面上に配置して、例えば、氷や水の存在による表面上の静電容量読み取り値の変化を測定することができる。別の例として、静電容量センサは、バルク媒体のカバー層（例えば塗料代替フィルム）の下に配置することができる。
いくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００上の温度は、時間の関数として同様に測定することができるインピーダンス測定値から、例えばそのインピーダンス測定値を様々な温度での周波数応答の参照プロットのデータベースと比較することによって、導き出すことができる。例えば、試験システムでデータを収集し、周囲温度の関数としてインピーダンス周波数応答を記録することができる。コントローラは、記録されたデータを利用して、インピーダンスの読み取り値に基づいて結合ストリップの温度を推測することができる。
そのようないくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００は、温度変化に伴う有意かつ予測可能なインピーダンス変動を示す材料を含み、それによって、バルク媒体の標的領域の温度を評価するためのインピーダンス測定の使用を容易にする。例えば、結合ストリップ１９００は、誘電率または導電率が温度によって予測可能に変化し得る誘電体材料または導体を使用して部分的に構築することができ、それによってインピーダンスがバルク媒体の標的領域において局所的に変化させられる。例えば、結合ストリップ１９００は、アクリル接着剤、シリコン接着剤、エチレン酢酸ビニル接着剤、ポリスルフィドシーラント、ポリウレタンシーラント、マイラー、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、カプトン、またはエポキシベースの材料のうちの１つまたは複数を使用して構築することができる。
例えば、特定の結合ストリップの現在の温度を決定するために、コントローラは特定の結合ストリップのインピーダンス値を測定し、そのインピーダンス値をルックアップテーブル内の温度値と比較することができる。別の例として、コントローラは、インピーダンス測定を行ってから、（例えば、インピーダンスと温度との数学的関係に基づいて）測定されたインピーダンス値から温度を計算することができる。特定の例として、結合ストリップをバルク媒体から分離するそのストリップの下部誘電体層を構築するために、アクリル接着剤材料を使用することができる。
図４１は、例示的なアクリル接着材料の誘電率の３Ｄプロットである。図４２は、例示的なアクリル接着材料の誘電率のプロットである。
図４１に示すように、アクリル系接着剤の誘電率（εr）は温度（℃）によって変化する。 具体的には、誘電率は、結合ストリップとバルク媒体を含むシステムの特性インピーダンスを駆動する。したがって、結合ストリップの温度が変化すると、それに応じて誘電率が変化する。これにより、システムのインピーダンスが変動する。
いくつかの実施形態では、インピーダンスは時間の関数として測定でき、インピーダンスは一般に温度によって変化するため、温度測定と同様の検出方式を使用して、インピーダンス測定から除氷状態を決定することができる。特に、バルク媒体が除氷される時点は、時間に関してプロットされたインピーダンスが、正または負の勾配の期間に続いて所定の期間にわたって比較的平坦（例えばゼロ勾配）になったときに決定することができる。図４０のプロット４５００に示されるように、除氷操作が進行中(約０７：００から０７：２０まで)インピーダンスの読み取り値が固定値（５．７Ω）付近で推移し、除氷操作が完了すると、インピーダンスの読み取り値が増加する（０７：２０頃）。
電気関係
いくつかの実施形態では、コントローラは、電気パラメータと性能を測定するために使用される制御、センシング、および監視サブシステムを含む。このようなパラメータには、電力制御システム、相互接続、ケーブル、コネクタ、および電極を含む、加熱システムの任意の段における任意の出力インピーダンスでの電圧、電流、入力および出力電力が含まれる。
いくつかの実施形態では、コントローラは、電気パラメータと性能を測定するために使用される制御、センシング、および監視サブシステムを含む。このようなパラメータには、電力制御システム、相互接続、ケーブル、コネクタ、および電極を含む、加熱システムの任意の段における任意の出力インピーダンスでの電圧、電流、入力および出力電力が含まれる。
いくつかの実施形態では、コントローラは、収集された電気パラメータを使用および分析して、加熱システムおよびその構成要素の健全性を評価し、バルク媒体の標的領域に向けられる電力量を制御し、適切な加熱が実行されていることを確認し、障害とエラーをシステムのユーザに報告し、収集されたデータをシステムのユーザまたは保守担当者からのさらなる診断のためにログに記録する。
いくつかの実施形態では、コントローラは、その制御および監視機能を実行するために、測定されたすべての電気パラメータが予想範囲内にあることを確認することができる。
いくつかの実施形態では、電力制御システムの任意の段の出力と入力電力を同時に測定して、コントローラが前記段の電力レベルと効率を評価できるようにする。例として、電力レベルと効率（入力電力を発熱体に供給された電力で割ったもの）を監視することにより、システムの障害を検出し、除氷の失敗を通知することができる。たとえば、これを使用して、負荷に供給される電力が不十分な場合、除氷が不完全になると推定することができる。
いくつかの実施形態では、加熱システムの任意の段の入力および出力の電圧対電流の比率がコントローラによって測定され、利用される。例として、加熱システムの実施形態のいくつかの段では、下流の電気要素の変化により、電気システムの上流の段の電圧対電流比が変化し、それらの変化を検出することで、遠隔の下流の障害とパフォーマンス指標の検出が可能になる。
周波数ドメイン解析は、例えば、さまざまな周波数にわたって回路の入力インピーダンスの大きさと位相を決定することによって、ケーブルや高周波システムの解析に一般的に使用されている。この情報は、加熱システムの健全性を評価するために使用でき、システムに結合ストリップ(伝送線路として動作する)が含まれる実施形態ではストリップの特性インピーダンス、伝搬定数、終端、および長さを評価するために使用できる。
例えば、開放終端された既知の特性インピーダンスの伝送線路の場合、調べるインピーダンスは、走行信号の波長の４分の１の奇数倍に等しい長さで０から、波長の半分の倍数に等しい長さでＺ０まで変化し得る。
この分析は１点から実行することができ、また、ケーブルの両端にアクセスできる場合には、「２ポート」測定を実行して、１つのポートから別の１つのポートへ通過する信号の伝送と反射を分析することができる。
周波数ドメイン全体の測定は、ネットワークアナライザで最も一般的に実行され、ネットワークアナライザは、一連の周波数を高レベルで送信し、電圧/電流比からインピーダンスを計算し、補間し、データを表示するツールである。
これらは、伝送線路システムに変化があったかどうかを検証するために使用できるツールでもある。ケーブルが長距離を移動し、アクセスが困難な複雑な電気システムでは、伝送線路解析は、ケーブルの破損やその他の望ましくない変化をチェックするための非常に貴重なツールである。
加熱システム内の結合ストリップやその他のケーブルの切断やその他の直接的な損傷は、インピーダンス測定によって検出できる。詳細については、例を参照されたい。例えば、結合ストリップまたはケーブルが完全に切断されているか、部分的に切断されているかを判断することもできる。検出可能なエラーの例は、長さの変化である。例えば、結合ストリップまたはケーブルが切断された場合、それは短くなり(その終端が変化されるかもしれない)、その入力インピーダンスは次の式に従って変化する。
障害は終端が期待値から離れて変更されたときも検出可能である。例えば、通常は開放終端されている結合ストリップが短絡した場合、または通常は短絡終端されている結合ストリップが切断または剥離されて開放終端になった場合などである。
動作電力制御システムのパッシブ監視は、動作周波数でインピーダンスを検出できることに注意することが重要である。従って、本明細書の残りの部分で説明する診断機能は、操作中に実行することができる。
ネットワークアナライザを使用する場合、測定対象のデバイスに正弦波信号を送信して周波数応答を取得することを前提としており、アクティブな測定方法となるが、パッシブ監視は、通常動作中に前記デバイスを流れる信号(電圧と電流)を監視してそのインピーダンスを計算することを含む。動作信号と状態からしか情報を抽出できないため、周波数のフルスイープほど幅広い情報は得ることはできない。ただし、障害の監視のためには引き続き使用することができる。さらに、加熱システムの稼働中も含め、継続的に作動させることができる。
パッシブ監視の実施には３つの基本要素がある。
・インターフェース：
電力システムと監視システムの間のインターフェースは慎重に設計する必要がある。例えば、氷保護のために指定された電力などの過剰な電力が監視システムに入らないようにすることが重要である。
・割り算：
システムのもう１つの重要な要素は、電圧と電流（Ｖ／Ｉなど）からのインピーダンスの計算である。これは、位相情報を維持するだけでなく、正確かつ適切に高速である必要がある。
・信号変換：
インピーダンス信号が計算されると、その信号は、典型的には、例えばアナログ・デジタル変換器を使用して、監視サブシステムにとってより有用な形式に変換される。
・インターフェース：
電力システムと監視システムの間のインターフェースは慎重に設計する必要がある。例えば、氷保護のために指定された電力などの過剰な電力が監視システムに入らないようにすることが重要である。
・割り算：
システムのもう１つの重要な要素は、電圧と電流（Ｖ／Ｉなど）からのインピーダンスの計算である。これは、位相情報を維持するだけでなく、正確かつ適切に高速である必要がある。
・信号変換：
インピーダンス信号が計算されると、その信号は、典型的には、例えばアナログ・デジタル変換器を使用して、監視サブシステムにとってより有用な形式に変換される。
パッシブ監視は、システム全体を保護するための有益なツールであり、リアルタイムで障害を検出し、前記障害によって引き起こされるかもしれない電力システムへの損傷を保護することができる。
いくつかの実施形態では、コントローラは、ネットワークアナライザシステムの動作と結合ストリップへの電力供給を交互に行うことができる。例えば、コントローラは、ネットワークアナライザを接続して障害をチェックしながら、結合ストリップに供給される電力を断続的に切り替えることができる。ネットワークアナライザが測定値を取得した後、結合ストリップへの電力フローを再開することができる。その後、ネットワークアナライザを切断して、電力信号による損傷を防ぐことができる。いくつかの実施形態では、ネットワークアナライザが異なる結合ストリップの測定を実行する間に回転することができる。例えば、コントローラまたは制御システムは、ストリップでネットワークアナライザの測定値を取得している間、別の結合ストリップへの電力フローを交互に遮断することができる。したがって、隣接する結合ストリップは、ネットワークアナライザ測定を受けている結合ストリップの近くの航空機表面にいくらかの熱を維持することができる。
いくつかの実施形態では、ネットワークアナライザは、電源システムとは異なる範囲の信号周波数を使用して動作するように構成することができる。例えば、電力信号は１００～４５０MHzの範囲内で供給することができるが、ネットワークアナライザは、１～１０MHzの範囲内のテスト信号を使用して結合ストリップのインピーダンスを測定するように構成することができる。ネットワークアナライザの入力/出力と電源の間にローパスフィルタを設けて、電力信号によるネットワークアナライザの損傷を回避し、加熱操作を停止することなく結合ストリップのインピーダンス測定を可能にすることができる。
いくつかの実施形態では、コントローラはさらに、その機能を実行するために時間領域反射測定法を使用する。時間領域反射測定（ＴＤＲ）は、伝送ラインの反射の研究である。非常に長いケーブルやアクセスしにくいケーブルの障害を検出するためによく使用される。説明した以前の方法との主な違いは、時間領域に焦点を当てていることにある。これは、信号がケーブルまたは結合ストリップの端に到達してからそのエントリポイントに跳ね返るまでの移動時間を測定できることを意味します。それは、例えば、伝送線路や結合ストリップの長さ、特性インピーダンスなどのパラメータを測定するための効果的なツールである。ＴＤＲは、周波数プロットから元に戻すことが困難なパラメータを導き出すことができるため、周波数ドメイン解析を補完する重要なツールである。
図３４は、ＴＤＲの実施の一例を示し、アルミニウムパネルに取り付けられた結合ストリップ上のＴＤＲを使って、例えば開回路、短絡回路、およびインピーダンス不整合をどのように検出することができるかを示している。
その結果として、ＴＤＲを使用すると、伝送線路、ケーブル、または結合ストリップの不連続性、障害、または欠陥を特徴付け、特定することができる。例えば、一貫した材料のケーブルの場合、電気信号の伝播速度を測定することができる。この伝播速度を使用して、測定ポイントからの距離と摂動、障害、終端の変化、または変更を測定し、ＴＤＲを介してインピーダンスの局所的な変化として検出できる。
ＴＤＲは、信号を測定対象のシステムに送信する非常に高速なパルス発生器を使用する。 低電圧から高電圧への遷移にかかる時間を含むキーパルスパラメータが、必要なデータを取得するために、テスト中の特定のシステムと特定の測定目標に合わせて調整される。次に、このパルスをオシロスコープで測定する。定期的な測定用に最適化されたパルス発生器とサンプリングオシロスコープを組み合わせた特殊な計測器を使用することができる。ただし、特殊な機器は必ずしも必要ではない。時間ドメイン表現は、周波数ドメインから再構築することができる。逆フーリエ変換を使用すると、ネットワークアナライザの出力を期待時間領域動作の近似値に変換することができる。
ＴＤＲは伝送線路の不連続点の特徴付けと位置特定を可能にするため、加熱システム(ケーブルや結合ストリップなど)の短絡、開放、線路の層間剥離、およびその他の伝送線路の損傷を検出するために使用することができる。
図３５Ａには、ＴＤＲで測定された我々の伝送線路の２つの比較が示されている。２メートル後の１つのラインには、狭い領域に局所化されたインピーダンスの大きな変化としてプロットに現れるコネクタがある。同じ技術を同様に使用して、伝送線路または結合ストリップの変形、短絡、およびバルク媒体からの伝送線路の剥離を検出することができる。いくつかの実施形態では、コントローラは結果の自動分析を実行する。適切な信号処理と高度な分析技術（機械学習、コンピュータビジョン、ディープラーニング、人工知能、およびその他のデータベース手法を活用するなど）によって、ライブ結果を保存された基準と比較して、変化を検出、特徴付け、および定量化するとともに、プロットを解釈してインピーダンス、終端、長さなどのパラメータを決定することもできる。
いくつかの実施形態に含まれるケーブルや結合ストリップなどの加熱システムの要素は、温度に依存する幾何学的特性と材料特性を持っていることを示すことができる。例として、伝送線路と結合ストリップの形状は、熱膨張と収縮の影響を受ける可能性がある。さらに、結合ストリップの構成に含まれる材料の導電率、誘電率、および透磁率が温度によって変化する可能性があることを示すことができる。前のセクションでは、システム内のさまざまなポイントで測定されたインピーダンスの変化によって障害を検出する方法について説明した。結合ストリップまたはバルク媒体の物理的構造の変化の検出に加えて、システムの除氷状態も評価することができる。インピーダンス変化対温度は、計算、シミュレーション、または経験的に測定することができる。いくつかの実施形態では、結合ストリップの経時的なインピーダンスとインピーダンス変化を測定してそれらの温度を推定し、その機能を実行するための追加の方法をコントローラに提供することができる。
別の有用な測定基準は、測定されたインピーダンスの変化率であり得る。相変化中、物質（この場合は水に溶ける氷）はエネルギーを吸収し続けるが、温度は変化しない（この場合、完全に溶けるまで０℃に留まる）。いくつかの実施形態では、コントローラは結合ストリップのインピーダンスを測定し、このプロパティを利用して、除氷が進行中か完了したかを判断するなど、その機能を実行するのに役立つ。
バルク媒体の損傷および変化の検出
結合ストリップがバルク媒体上に、バルク媒体が伝送線路形状の一部として見えるように設置された実施形態(例えば、アルミニウムスキンが結合ストリップとアルミニウムスキンの組み合わせにより形成された結果のストリップラインの接地面の一つとなるように結合ストリップをアルミニウムスキンの上に設置することによって)では、これらの方法を使用して、結合ストリップ自体が変更されていない場合でも、バルク媒体の変化、変更、および損傷を検出することができる。これらのラインが本明細書に記載の加熱システムなどの電気システムに戻されるバルク媒体上の結合ストリップの適切なカバレッジを備えた構造の場合、バルク構造のセクションを分析し、集中測定ポイントからの損傷の可能性を監視することができる。
結合ストリップがバルク媒体上に、バルク媒体が伝送線路形状の一部として見えるように設置された実施形態(例えば、アルミニウムスキンが結合ストリップとアルミニウムスキンの組み合わせにより形成された結果のストリップラインの接地面の一つとなるように結合ストリップをアルミニウムスキンの上に設置することによって)では、これらの方法を使用して、結合ストリップ自体が変更されていない場合でも、バルク媒体の変化、変更、および損傷を検出することができる。これらのラインが本明細書に記載の加熱システムなどの電気システムに戻されるバルク媒体上の結合ストリップの適切なカバレッジを備えた構造の場合、バルク構造のセクションを分析し、集中測定ポイントからの損傷の可能性を監視することができる。
いくつかの実施形態では、バルク媒体の構造への変化は、バルク媒体に結合された結合ストリップによって形成された伝送線路への幾何学的変化として表示および分析することができる。例えば、へこみはバルク媒体の形状を変更し、領域内の伝送線路の特性インピーダンスを変更し得る。
本明細書に記載するシステムは、航空機の外皮に取り付けると、外皮と構造の損傷検出機能を提供することができる。この損傷検出は、航空機に組み込まれた制御および感知回路を介して、または航空機の指定された場所に整備員によって運ばれる専用の診断機器を使用して、自律的に実行できる。現在、このタイプの損傷は通常、時間がかかり、エラーが発生しやすい方法である目視検査によって検出されている。さらに、飛行中の損傷検出は、乗組員が診断システムの助けを借りずに気付くことができる十分大きな事象に限定される。
複合外皮航空機の場合、伝送ラインを外皮素材の複合層に埋め込むことができ(たとえば、雷保護シールドを利用するとともに別の層に導線を追加して埋め込まれたマイクロストリップまたはストリップラインを形成する)、複合材料の剥離を含む損傷検出を可能にすることができる。
いくつかの実施形態では、システムは、結合ストリップの障害を検出するように配置された別個のセンスラインを含むことができる。例えば、結合ストリップは、特定のタイプの障害、即ち結合ストリップがバルク媒体から少なくとも部分的に剥がれている剥離の影響を受けやすい可能性がある。いくつかのそのような実施形態では、センスラインは、特定の障害に対してより敏感になるように構成することができる。いくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００内の結合ストリップにセンスラインを含めることができる。
図３８は、センスライン３８２０およびキャリアライン３８１０で構成された結合ストリップ３８００の例示的実施形態の概略図を示す。キャリアライン３８１０は、バルク媒体を加熱するために使用される電流を運ぶ結合ストリップ３８００内の導電経路であるが、センスライン３８２０は、キャリアライン３９１０または結合ストリップ３８００全体の故障を感知するように構成された別個の導電経路である。センスライン３８１０は、キャリアラインまたは結合ストリップ全体の障害を感知するために使用される電流（ＡＣまたはＤＣ）を間欠的または連続的に運ぶことができる。センスラインの電流は通常、通常の動作状態(たとえば、障害のない状態)では、キャリアラインの電流よりも小さい。例えば、結合ストリップ３８００は、図１９の結合ストリップ１９００に対応するものとし得る。センスライン３８２０は、結合ストリップのキャリアラインと同じ層（例えば、図１９の導電経路１９０４）に、またはキャリアライン３９１０とは別の層に追加することができる。
図３８に示す構成では、センスライン３８２０は、伝送ラインループ検出センスラインと呼ぶことができる。図示の実施形態は、ＤＣインピーダンス測定を使用して層間剥離の検出を容易にする。
図２３を参照して上述したように、図２３のレイアウトＢでは、結合ストリップ３８１０内の導電層は、三重オーバーラップ配置で配置される。レイアウトＢの導電層は、たとえば入力端から終端端までＳ字型の経路で、互いに並んで配置された３つのセグメントを含む。図３８の例では、開回路または短絡回路を、ＤＣインピーダンスに基づいて、すなわち、それぞれの回路を使用してＤＣ接続性試験またはＤＣ開回路試験を実行することによって検出することができる。
図３９Ａは、キャリアライン３９１０およびセンスライン３９２０で構成された結合ストリップ３９００Ａの別の例示的な実施形態の概略図を示す。図３９Ｂは、キャリアライン３９１０およびセンスライン３９２０で構成された結合ストリップ３９００Ｂのさらに別の例示的な実施形態の概略図を示す。図３９Ａおよび図３９Ｂに示されるこの実施形態では、センスライン３９２０は終端センスラインと呼ぶことができる。
いずれの例においても、センスライン３９２０は、導電性シールド層３９４０に対してよりも、キャリアライン３９１０に近接して配置される。すなわち、センスライン３９２０とキャリアライン３９１０との間の間隔は、キャリアライン３９１０とシールド層３９４０との間の間隔よりも近い。いくつかの実施形態では、加熱キャリアライン３９１０とバルク媒体３９３０との間の間隔は、センスライン３９２０とキャリアライン３９１０との間の間隔よりもさらに小さい。
図３９Ａの例では、キャリアライン３９１０のＡＣ信号は、結合ストリップ３９１０が適切に取り付けられ、剥離されていない場合、バルク媒体３９３０に電気的に結合されたままである。層間剥離が起こると、すなわちキャリアライン３９１０がバルク媒体３９３０から切り離されると、結合ストリップ信号はバルク媒体３９３０から切り離され、代わりにセンスライン３９２０に結合される。
通常よりも多くの電流がセンスライン３９２０を流れていることを決定し、それにより相関剥離を検出するために、ワイヤまたは回路内の電気の流れの変化を検出するように構成できる電流センサをシステムで使用することができる。具体的には、システムはしきい値ベースの剥離検出を行うことができる。例えば、適切に積層されたラインでは、センスラインで測定される電流は比較的低くなる。しかしながら、（部分的に）層間剥離したラインでは、電流は閾値電流値を超える。閾値は、結合ストリップ３９００Ａまたは３９００Ｂの通常動作中の誤検出を回避するのに十分な高さでありながら、所与の剥離長さ（例えば、１０ｃｍ）の検出を可能にするように選択することができる。
加えてまたは代りに、2ポートネットワークアナライザセンサをシステムで使用することができ、第1の接地基準ポートが結合ストリップに接続され、第2の接地基準ポートがセンスライン３９２０に接続される。このようなネットワークアナライザセンサは、センサの２ポートネットワークのSパラメータ（Ｓ２１パラメータなど）を１つ以上の選択された周波数で測定することにより、センスストリップと結合ストリップの間の結合を定量化するように構成することができる。次いでＳ２１パラメータが所定の閾値を超えたときに剥離を検出することができる。
いくつかの実施形態では、加熱システムは、層間剥離を含むシステム障害の検出を支援するために使用できるさまざまな自己変更コンポーネントのいずれかを含むことができる。 特に、結合ストリップ１９００は、特定の故障モードにあるとき、容易に検出可能な故障構成になるように構成することができる。結合ストリップ１９００は、そのような故障構成が迅速に検出され、例えばバルク媒体１９０２などに望ましくない故障の結果を引き起こす前に起こるように構成することができる。
一例として、導電層１９０４と導電シールド層１９０６との間の誘電体分離は、その温度が閾値温度を超えた後に溶融し始めると、誘電体分離が形状を変化し始め、絶縁特性を失い始めるように、１つ以上の所定の材料で構成することができ、例えば、熱が結合ストリップ１９００上にバルク媒体１９０２から局所的に結合ストリップ１９００の層間剥離部分に蓄積すると、結合ストリップの剥離部分が加熱信号を（バルク媒体１９０２の代わりに）導電性遮蔽層に結合すると、それにより結合ストリップの結合されていない部分が自己発熱する。導電層１９０４と導電シールド層１９０６との間の変更された、例えば、電気的に短絡された誘電分離は、結合ストリップの性能および入力インピーダンスに劇的な変化をもたらし、その変化から、例えば、電流センサまたはインピーダンスセンサを用いて層間剥離を容易に検出することができる。例えば、インピーダンスの急激な変化は、通常の（障害のない）動作中の結合ストリップのインピーダンスと比較して、結合ストリップのインピーダンスの１桁以上の増加または減少であり得る。
たとえば、 航空機の外面の除氷の場合、加熱システムは通常５０℃～６０℃の範囲で動作するため、しきい値温度は、通常の範囲の上限よりも高いが有害な温度（例えば、燃料タンクの点火温度）をはるかに下回る値、例えば１３０℃、に設定することができる。この例では、ポリスルフィドベースの材料が、誘電体分離の構築に使用するのに適した材料の例です。
別の例として、導電層１９０４は、温度が上昇するにつれて導電層１９０４がその導電性を失い、例えば開状態に劣化するように、１つまたは複数の所定の材料で構成することができ、それによって層間剥離の直接的な検出を可能にする。 この例では、銅、アルミニウム、および合金が、導電層の構築に使用するのに適した材料である。
別の例として、底部誘電体層は、その誘電率が温度に対して大幅に変化する可能性のある1つまたは複数の所定の材料で構成することができ、それにより検出可能なインピーダンス変化が生じ、そのインピーダンス変化は障害を示すことができ、またインピーダンス測定により正確な温度測定が可能になる。この例では、アクリル接着剤、シリコン接着剤、エチレン酢酸ビニル接着剤、ポリスルフィド シーラント、ポリウレタンシーラント、マイラー、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、およびカプトンが、底部層の構築に適した材料である。
いくつかの実施形態では、導電層１９０４は、システムの特定の側面に対して他の側面よりも感度が低くなるように構成することができる。例えば、導電層１９０４は、導電層１９０４のインピーダンス、断面積、またはその両方が導電層１９０４は温度に比較的依存しないように構成することができる。こうして、重大なインピーダンス変化を引き起こす層間剥離などのシステムの障害は、システムの通常の動作変動から容易に識別できるようになる。
具体的には、これらの実施形態において導電層１９０４の所望の感度を達成するために、異なる構成材料、異なる接合材料および関連する接合方法、異なる断面寸法などの異なる幾何学的設計、または異なる終端構成を考慮することができる。例えば、水ベースの接着剤は０℃付近で急激なインピーダンス変化を示すが、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）などのアルコールベースの接着剤は、より一貫した、または安定したインピーダンス変化を示す。エポキシも比較的安定した誘電挙動を示す。
・バルク媒体の機械的変化を検出するための周波数領域分析
インピーダンスの変化は、航空機の外皮やその他のバルク媒体の機械的変化（例えば、へこみや亀裂）を検出するためにも使用することができる。たとえば、インピーダンスの変化は、結合ストリップ上または結合ストリップ外の構造への影響に続いて検出可能である。これは、衝撃試験セットアップを使用して実証された。１．２ｋｇの圧子を２．８ｍの高さからパネルに落とした。これは、翼のリブなどの構造要素に航空機の外皮を取り付ける最も近いファスナーから２５ｍｍのところに４ｍｍのへこみを作成するために選択された。観察された変化は、システムの誤動作を引き起こさないほど小さいものであったが、検出できるほど大きいものであった。
インピーダンスの変化は、航空機の外皮やその他のバルク媒体の機械的変化（例えば、へこみや亀裂）を検出するためにも使用することができる。たとえば、インピーダンスの変化は、結合ストリップ上または結合ストリップ外の構造への影響に続いて検出可能である。これは、衝撃試験セットアップを使用して実証された。１．２ｋｇの圧子を２．８ｍの高さからパネルに落とした。これは、翼のリブなどの構造要素に航空機の外皮を取り付ける最も近いファスナーから２５ｍｍのところに４ｍｍのへこみを作成するために選択された。観察された変化は、システムの誤動作を引き起こさないほど小さいものであったが、検出できるほど大きいものであった。
図３５Bは、衝撃の直前と直後のインピーダンスの正規化した実部を示す。「ニアチップ」、「ニアコネクタ」、および「ミドル」は、指定された位置での結合ストリップへの影響を示す。「Ｂｅｔｗｅｅｎ」および「ｆａｒ」は、結合ストリップの２つのブランチ間の影響と、最も近い結合ストリップからの距離（～１８cm）を示す。図示されているように、衝撃後にインピーダンスのジャンプが見られる。
図３５Bに示されるように、衝撃後に、インピーダンスの比較的小さなジャンプ（約５％）が観察される。これは、結合ストリップへの衝撃と外への衝撃の両方で検出可能である。結合ストリップから離れた場所での衝撃でもインピーダンスの変化が認識できるため、線路間などでの衝撃検出に利用できる。ラインは航空機の表面の大部分をカバーするため、構造を監視し、機械的な変化 (へこみや亀裂など) を検出するために使用することができる。
・ケーブル障害検出のための周波数ドメイン解析
いくつかの実施形態では、周波数領域分析プロットを使用して、加熱システム１００に存在する可能性のあるケーブル障害、たとえば結合ストリップ１９００の剥離を検出できる。また、航空機の外皮やその他のバルク媒体の機械的変化（へこみや亀裂など）を検出するためにも使用できる。特に、プロット変換技術（例えば、フーリエ変換）および機械学習技術（例えば、ニューラルネットワーク）を含む高度なグラフ分析技術を使用して、周波数応答プロットまたは周波数応答プロットから導出されたデータまたはその両方から、ケーブル障害の存在またはバルク媒体の機械的変化を検出できる特徴または特性を抽出することができる。一般に、さまざまな特徴または特性が、さまざまな種類のケーブル障害とバルク媒体の機械的変化を示す可能性がある。
いくつかの実施形態では、周波数領域分析プロットを使用して、加熱システム１００に存在する可能性のあるケーブル障害、たとえば結合ストリップ１９００の剥離を検出できる。また、航空機の外皮やその他のバルク媒体の機械的変化（へこみや亀裂など）を検出するためにも使用できる。特に、プロット変換技術（例えば、フーリエ変換）および機械学習技術（例えば、ニューラルネットワーク）を含む高度なグラフ分析技術を使用して、周波数応答プロットまたは周波数応答プロットから導出されたデータまたはその両方から、ケーブル障害の存在またはバルク媒体の機械的変化を検出できる特徴または特性を抽出することができる。一般に、さまざまな特徴または特性が、さまざまな種類のケーブル障害とバルク媒体の機械的変化を示す可能性がある。
例えば、特徴または特性は、最小または最大の抵抗値またはシータ値、ならびにこれらの最小値または最大値が位置する関連周波数の値を含み得る。別の例として、特徴または特性は、例えば、共鳴ピークの優位性、互いのピーク間距離、およびピーク間周波数間隔間の一貫性を含む共鳴ピークパターン情報を含むことができる。
図４３は、バルク媒体上に設置された健全な結合（例えば、欠陥のない結合ストリップ）結合ストリップおよび欠陥のある結合ストリップの周波数応答のプロットを示す。この例では、ケーブル障害の特定のタイプとして、所与の周波数範囲にわたる共振ピーク、例えば共振ピーク４３１０のそれぞれの値が単調に減少しているか単調に増加しているかを判断することに基づいて、層間剥離を検出することができる。プロット４３００に示されるように、共振ピーク値は、健全な結合ストリップに対して単調に減少する。しかしながら、プロット４３５０に示されるように、不健全な（例えば、剥離した）結合ストリップの場合、共振ピーク値は最初に減少し、次に増加し、再び減少する可能性がある。
いくつかの実施形態では、特定のケーブルの測定されたインピーダンス対周波数を、障害のない(たとえば、健全な)ケーブルのインピーダンス対周波数の期待パターンを示すデータと比較することによって、ケーブル（例えば、結合ストリップ）の短絡、開回路、または層間剥離などの障害を検出することができる。たとえば、スペクトルアナライザまたはＴＤＲデバイスを使用して、特定のケーブルのインピーダンス対周波数または時間領域パターンを測定することができる。測定されたインピーダンス対周波数または時間領域パターンは、障害のない同様のケーブルの予想されるインピーダンス対周波数または時間領域パターンと比較することができる(たとえば、プロット４３５０に示されるように)。周波数ドメインの例では、測定されたインピーダンス対周波数パターンの共振ピークパターンの特徴または特性の変化を、期待されるインピーダンス対周波数パターンと比較して、ケーブルの障害を識別するために使用することができる。
・バルク媒体の機械的変化の検出のためのＴＤＲ
へこみやその他のバルク媒体の機械的変化は、バルク媒体の局所的な変形であるため、バルク媒体に設置された伝送線路の特性インピーダンスに局所的な変化をもたらし得る。そのため、ＴＤＲはバルク媒体の機械的変化の検出と位置特定に適している。
へこみやその他のバルク媒体の機械的変化は、バルク媒体の局所的な変形であるため、バルク媒体に設置された伝送線路の特性インピーダンスに局所的な変化をもたらし得る。そのため、ＴＤＲはバルク媒体の機械的変化の検出と位置特定に適している。
図３６は、２つの異なる結合ストリップ設計におけるＴＤＲの例を示す。赤い線はへこみテストパネルを示し、青い線はベースラインパネルを表す。ＴＤＲを使用すると、へこんだ結合ストリップに沿ってインピーダンスが急激に変化し、へこみのないパネルの通常の値の周囲でインピーダンスの変動として現れることがわかる。この情報を使用して、へこみをケーブルの特定の領域に限定することができる。したがって、下地構造の損傷位置を特定することができる。このデータは、結合ストリップの長さに沿った平均特性インピーダンスがほぼ同じであるため、周波数応答のみを使用して検出するのは難しいことがある。しかし、ＴＤＲを使用すると、局所的な不連続性を確認することができる。
加熱システムの一実施形態では、得られたデータの分析（例えば、前述の高度な方法を使用する）と組み合わせて、バルク媒体を覆う結合ストリップで実行されるＴＤＲ測定を使用して、バルク媒体の外皮および構造および健全状態をマッピングすることができる。これは、保守およびサービス診断ツールとして、またはリアルタイム監視ツールとして使用できる。
バルク媒体を加熱するために結合ストリップを使用する電気除氷システムの実施形態では、複数の結合ストリップが同じ高周波源から給電される。この実施形態では、ＡＣ電源が問題の結合ストリップに物理的に近づかないように、追加のケーブルを含めることができる。これらの実施形態では、前述の障害検出と除氷評価が引き続き可能である。実際、ＡC電源の１つの監視システムで、接続されているすべての結合ストリップの性能を監視することができる。ただし、別の実施形態では、各結合ストリップの入力に追加のモニターを配置することもできる。各結合ストリップは並列要素と見なすことができ、追加のケーブルはネットワーク内の直列要素として使用される。このネットワークは、その構成のジオメトリ パラメータとマテリアルパラメータによって定義される。
いくつかの実施形態では、複数のＡＣ電源を組み合わせて、上述のように１つまたは複数の結合ストリップに電力を供給することができる。上記と同様に、これにより、単一のコントローラサブシステムが１つまたは複数のＡＣ電源と１つまたは複数の結合ストリップの間の障害を検出することができるようになる。ただし、ＡC電源ごとに個別の監視を行うこともできる。これにより、障害の原因を単一のシステム要素に切り分けることができる。この実施形態では、除氷を完了しながら障害を補償するために障害検出システムが冗長要素をオンラインにすることができるように、冗長ＡＣ電源を設置することが可能である。
電気除氷システムのいくつかの実施形態は、ＡＣ電源と結合ストリップとの間に分散回路またはインライン回路を含むことができる。この回路はパッシブ回路(インダクタ、コンデンサ、抵抗器、および変圧器のみを含む)であってよい。他方、この回路はアクティブ回路であってもよい（例えば、アクティブＩＡＮの場合、トランジスタ、論理ゲート、または他の要素を含む）。この回路がアクティブである実施形態では、この回路を障害検出と除氷評価に使用することができる。複数の結合ストリップが単一または結合されたＡＣ電源から給電される実施形態では、分散型アクティブ回路が、個々のモニターを各結合ストリップ要素に配置することにより、障害を単一の結合ストリップ要素に分離することができる。さらに、追加の冗長結合ストリップ要素が設置されている場合、分散型アクティブ回路が電力を他の結合ストリップに送給して、単一の結合ストリップの障害を軽減し、完全な除氷を行うことができる。この分散回路は、ケーブル配線または既知の無線通信プロトコルを介して、またはシステムの電圧、電流、またはインピーダンスの操作を介して、ＡＣ電源または任意の「上流」回路と通信することができる。例えば、一実施形態では、この分散回路は、電気的または電気機械的スイッチを使用して、正常範囲外のインピーダンスを持つ任意の結合ストリップを切断することができる。この切断は、ＡＣ電源の監視システムによって検出されると同時に、障害のある結合ストリップが給電されないようにして、システムへの損傷を防ぐことができる。別の実施形態では、他のセンサ（例えば、温度センサ、氷センサ）をこのような分散回路と調整して、電力を氷の堆積が大きい領域に直接向けるようにすることができる。
複数の結合ストリップが同じバルク媒体に取り付けられている実施形態では、単一の結合ストリップに信号を送信することにより、近くの結合ストリップの障害を検出することができる。同じバルク構造に取り付けられたすべての結合ストリップには、ある程度の電磁結合があり得る。送信機を１つの結合ストリップ（ＡＣ電源、ネットワークアナライザ、ＴＤＲなど）に配置し、オシロスコープなどの受信機を別の結合ストリップに配置することで、誘導信号を拾うことができる。これは、結合が期待範囲内にあることを確認するために使用することができる。結合係数が予想範囲外の場合は、障害を示している可能性がある。例えば、１つの可能な実施形態では、結合ストリップのバルク構造への電気的接続が不十分であると、他の結合ストリップへの結合が増加する可能性がある。これはまた、除氷のための不十分な加熱にもつながる。他の結合ストリップで誘導信号を監視することにより、このエラーを検出することができる。
いくつかの実施形態では、上記と同様に、ＴＤＲプロットを使用して、たとえばグラフ分析技術を使用して、ＴＤＲプロットから描かれる、または別の方法で抽出される特定の特徴を分析することによって、結合ストリップの層間剥離の検出を支援することができる。
結合ストリップの欠陥の検出またはバルク媒体のへこみの検出に加えて、上記と同様の手法を使用して、ＴＤＲまたは周波数ドメイン解析のいずれかを使用して、バルク媒体上の水や氷などのさまざまな汚染物質の存在を検出すること、ならびに、バルク媒体上に存在する汚染物質の種類を決定することができる。
本明細書で使用される「電気的に接続された」という用語は、２つの電気的構成要素が（例えば、抵抗、コンデンサ、インダクタなどの追加の構成要素を介さずにワイヤまたは回路トレースを介して）互いに直接結合される「直接接続」とは対照的に、電気的機能を有する物体を介して互いに接続される場合を含む。さらに、第１のコンポーネントが第２のコンポーネントの特定の端子に電気的に接続されるという言及は、第２のコンポーネント自体を通過する電気経路を含むことを意図していない。例えば、トランジスタのゲート端子に電気的に接続されるコンデンサは、電気的接続が電気的機能を有する他の物体または構成要素を通過する場合を含み得るが、電気的接続がトランジスタ自体の別の端子（例えば、ソース／ドレイン）を介してトランジスタのゲートに通過する場合を含まない。
本発明は、導電性材料の加熱システムに関するものである。
車、航空機、衛星などの多くの導電性表面は、毎日の使用中に低温や凍結状態に遭遇する。 これらの構造物の導電性表面に氷や水が蓄積すると、非効率的または危険な動作状態が発生する可能性がある。例えば、航空機の翼に氷が蓄積すると、揚力が低下し、抗力が増加する可能性がある。
これらの構造物の多くは、加熱システムがないか、かさばる電子機器やその他の機器の使用を必要とする加熱システムを備えている。このようなかさばるデバイスの使用は業界にとって課題になっている。
本発明は、導電性表面を加熱するための技術を開示する。これらの技術は、一般に、高周波交流（「ＡＣ」）信号（例えば、１ｋＨｚ以上）を使用して、導電性バルク媒体（例えば、導電性材料）の目標領域の電流密度を成形し、媒体にジュール熱を生じさせる。
ジュール熱は、オーム加熱または抵抗加熱とも呼ばれ、導体に電流を流すことで熱を発生させるプロセスである。導電性媒体により生成される熱の量は、媒体を通過する電流の量と媒体の電気抵抗に基づく。その結果、加熱は、電流、電圧、抵抗、またはそれらの組み合わせを調整することによって制御（例えば、増減）することができる。
所定の導体の抵抗は、電流が流れ得る導体内の体積を制限し、電流が流れる長さを増加させることによって増加させることができる。本発明の実施形態は、例えば表皮効果と近接効果を利用して、導電性媒体（例えば、バルク媒体、導体）内の電流を成形する（例えば、収縮、延長など）メカニズムを操作することによって、バルク媒体内に熱を発生するように構成することができる。どちらの効果も、加熱される導電性媒体に高周波ＡＣ電流を流すことに依存している。表皮効果は、電流密度が導体の表面近くで増加し、導体内の深いところほど減少するように交流電流は導体内に分布するという傾向を利用して電流の流れを抑制する。近接効果を使用すると、導体を流れる既存の電流の近くに別のＡＣ電流経路を配置することにより、導体を流れる電流をさらに抑制することができる。近接効果は、電流経路を長くする機能もある。
例えば、本発明の実施形態は、電流経路に沿った電流の流れを抑制することによって、バルク媒体を通る電流経路に沿ったバルク媒体の抵抗を増加させるように構成される。結果として、本実施形態は、導電性媒体に増加した加熱性能を提供すると同時に、熱を生成するために必要とされる電流を低減することができる。つまり、特定の電流経路に沿った導電性媒体の実効抵抗を増加させることにより、媒体内でジュール熱を生成するために必要とされる電流を、そうでない場合よりも、少なくすることができる。
本明細書に記載されている主題は、以下の利点のうちの１つまたは複数を実現するように実施することができる。導体を加熱するために、より軽量で小型の電気システムを使用することができる。さらに、加熱を目標領域に局所化することができ、加熱システム回路の過熱を生じない。本加熱システムは、例えば、バルク媒体に取り付けられた加熱要素または加熱層で熱を発生させるのではなく、バルク媒体（例えば、航空機の翼）自体で直接熱を発生させることによって、より効率的であり得る。本システムはまた、加熱に使用する電流と電圧が少なくて済み、安全性と信頼性が向上する可能性がある。一部の実施形態では、構成要素のストレスも軽減され得る。本システムは、設置または改良変更がより簡単、高速、または安価になり得る。本システムは、より安価になり、またメンテナンスも容易になり得る。本システムは、既存のシステムに後付けする場合に、非侵襲的であり得る。本システムはより速い除氷を可能にする。
本明細書の主題の１つまたは複数の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。主題の他の特徴、態様、および利点は、この説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになる。
本発明の加熱システムは、ＡＣ電流を使用して導電材料（例えば、アルミニウム、炭素繊維複合材）の実効電気抵抗を増加させてそれらをより容易に加熱するものである。一般に、導電材料で発生した熱は、導電材料の表面に形成された氷を溶かすために使用することができる。この熱は、導電材料を高温に保ち、表面への蒸気の堆積を防ぐために、または表面での水の凍結を防ぐために、ならびに着氷性降雨（例えば、雪、凍雨、霧、氷晶雨）が表面に着氷するのを防ぐために使用することができる。例えば、導電材料で発生した熱は、導電材料全体に伝導する（例えば、広がる）ことができる。さらに、発生した熱は、導電材料とその表面上の液体との界面を横切って対流を引き起こし、例えば、液体を加熱して凍結を防ぐことができる。
交流電流を利用して導電性材料の実効抵抗を増加させるいくつかの電磁効果を誘起させることができ、それにより、導電材料のジュール熱を利用して熱発生を促進することができる。このような効果には、表皮効果、近接効果、誘導、渦電流、ヒステリシス損失、および誘電損失が含まれる。導体内の電流の周波数が十分に高い値に設定されている場合、表皮効果により、電流の大部分が導電材料の幾何学的厚さよりも大幅に薄い導電性材料の表皮部を通過する。さらに、特定のデバイス幾何構造を使用して、導電材料内に近接効果を生じさせることができ、この効果は電流密度の幅をさらに抑制し、それにより導電性材料内の電流経路に沿った実効抵抗をさらに増加する。これらの２つの効果は、導電性材料の電気抵抗を増加させてジュール熱を発生させるために一緒に使用することができる。
例えば、ジュール熱は一般に、導体に電流を流すことによって生成される熱を指す。特定の通電導体で発生する熱は、材料の抵抗と電流の振幅の２乗の二乗平均平方根の積：
に比例する。
発熱体からの熱出力は、一般に、導体を通過する電流を増加させることによって、および比較的高い抵抗の発熱体を用いることによって増加する。しかしながら、本開示の実施形態は、特定の電磁現象（例えば、表皮効果および近接効果）を利用して、バルク媒体内の局所電流の電流密度を収縮させることによってジュール熱を発生させる。この電流密度の収縮により、バルク媒体内の電流経路に沿った実効抵抗が増加する。個別の効果は、材料や形状によって異なり得るが、バルク媒体を通る電流経路に沿った特定の長さに対する実効抵抗は、一般に次のように表すことができる。
ここで、ρは電流が流れる材料の抵抗率を表し、ｌは電流経路の長さを表し、Aｅｆｆは電流密度の収縮した断面積を表す。本開示の実施形態は、電磁現象を利用してＡｅｆｆを電流の経路に沿ったバルク媒体の断面積よりも小さい断面積に低減し、それにより、バルク媒体の実効抵抗をＤＣ電流に対するバルク媒体の実効抵抗よりも増加させる。
本開示のいくつかの実施形態は、これらの電磁現象を使用して、バルク媒体を通る電流経路の長さを増加させることができる。例えば、図４Ｄを参照して以下で説明されるように、本明細書に記載の技術を使用して、バルク媒体に取り付けられた２つの電極の間の電流経路を非直行経路（例えば、蛇行経路）に沿って「誘導」することができる。非直行経路は、例えば、近接効果などの電磁効果がない場合に２つの電極間を通る電流により生成される一般に実質的に直線の経路よりも長い有効長（ｌｅｆｆ）を有する電流経路を生成することができる。したがって、本明細書に記載のシステムは、電流経路長ｌを、本明細書に記載の様々なシステムおよび導体配置のない場合に電流が取る直行経路よりも長い有効長（ｌｅｆｆ）に増加させることができる。したがって、そのような実施形態は、バルク媒体を流れる電流の有効断面積（Ａｅｆｆ）を収縮することと、電流がバルク媒体を通過する有効長（ｌｅｆｆ）を増加させることの両方によって、実効抵抗（Ｒｅｆｆ）を増加させることができ、これにより、バルク媒体の実効抵抗をＤＣ電流に対するバルク媒体の実効抵抗よりもさらに増加させることができる。このような実施形態では、実効抵抗は一般に次のように表すことができる。
このような技術を使用することにより、本開示の実施形態は、導電性バルク材料（例え
ば、アルミニウム、銅、鋼、およびそれらの合金）に高い局所抵抗を生成することができる。
ば、アルミニウム、銅、鋼、およびそれらの合金）に高い局所抵抗を生成することができる。
本明細書で使用される表皮効果は、一般に、交流電流が導体内に不均一に分布して電流密度が導体の表面近くで大きくなり、導体の表面までの距離が増加するにつれて減少する傾向を指す。表皮効果の強さは、電流の周波数と電流を運ぶ材料の導電率とともに増加する。本開示のいくつかの実施形態は、電流がより高いＡＣ周波数で導体の外面（例えば、「表皮厚さ」）でより多く流れるように、表皮効果を調整することができる。
一般に、導体の表皮効果は次の式で表すことができる。
ここで、Ｊは電流密度、Ｊｓは表面電流密度、ｄは電流 密度が計算される点の深さ、δは表皮の厚さ、ρは導体の抵抗率、ωは電流の角周波数、μは導体の透磁率、εは導体の誘電率である。底面半径Rの円筒形導体の場合、電流密度はさらに次のように導き出すことができる。
ここで、Ｊ０は第一種の0次のベッセル関数である。
表面電流が流れる無限に長く幅の広い長方形のプレートの場合、表皮効果は次の式で表すことができる。
ここで、Ｊｓは強制表面電流、σはプレートの導電率、eはプレートの厚さ、shは双曲正弦関数である。例えば、図３に示され、以下で詳細に説明される図表は、表皮効果によって引き起こされる円筒導体内の材料の深さ（例えば、表皮深さ）内の電流密度収縮の一例を示す。上で詳述したように、実効断面積のこのような収縮は、導体の実効抵抗を増加させる。
ここで、Ｊｓは強制表面電流、σはプレートの導電率、eはプレートの厚さ、shは双曲正弦関数である。例えば、図３に示され、以下で詳細に説明される図表は、表皮効果によって引き起こされる円筒導体内の材料の深さ（例えば、表皮深さ）内の電流密度収縮の一例を示す。上で詳述したように、実効断面積のこのような収縮は、導体の実効抵抗を増加させる。
例えば、図３に示され、以下で詳細に説明される図表は、表皮効果によって引き起こされる、材料の深さ（例えば、表皮深さ）内の電流密度収縮の一例を示す。
本明細書で使用される近接効果は、一般に、第１の電流経路（例えば、導体）を流れるＡＣ電流が、近くの第２の電流経路を流れるＡＣ電流の電流密度に及ぼす影響を指す。例えば、図５Ａ～５Ｂに示され、以下で詳細に説明されるように、第１の電流経路のＡＣ電流は、第２の電流経路のＡＣ電流の密度を第１の電流経路の周囲に「集中」または収縮させる。本開示の実施形態において、例えば、バルク媒体を通過する電流の密度は、バルク媒体を通過する電流の近くにＡＣ電流を運ぶ別の導体が配置されると、ＡＣ電流を運ぶ別の導体に向かって「引っ張られる」。近接効果によって引き起こされる電流密度の収縮（例えば、集中）の程度および方向は、いくつかの変数、例えば、２つ以上のＡＣ電流経路間の距離、個々の電流経路を流れる電流の相対的な進行方向、電流経路のＡＣ電流の周波数、および電流経路の個々の電流の大きさなどに依存する。
明確のために、本開示の加熱システムは、飛行機の外表面のための除氷および防氷システムの例示的な状況に関連して説明される。しかしながら、本開示の加熱システムは、他の状況、例えば他の航空機、無人機、風力タービン、極低温動作装置、ヒートポンプ、自動車、無線塔、鉄道線路の表面、有人または無人の軍用車両、屋根、または氷または水形成の抑制の恩恵を受ける他の導電性表面などを加熱するのに使用することができるが、これらに限定されない。この加熱システムは、除氷または防氷に使用することができる。いくつかの実施形態では、この加熱システムは、例えば、非導電材料の上または内部に導電層を加えることによって低導電材料を加熱するために使用することができる。このような実施形態は、道路（私道など）、建築材料、屋根、床、またはその他の低または非導電材料の表面を加熱するために使用できる。
本明細書で使用される除氷とは、一般に、表面からの雪、氷、または霜（「氷」と総称する）の除去を指す。いくつかの実施形態では、加熱システムは、導電性表面上の既存の氷の一部を溶かすことができればよい。その後、氷は（例えば、溶融過程が始まり、氷と表面の結合が壊れると表面から滑り落ちることによって）表面から除去される。
本明細書で使用される防氷は、一般に、雪、氷、または霜（「氷」と総称する）の形成または表面への付着の防止を指す。いくつかの実施形態では、加熱システムは、（例えば、雪、霜、凍雨、氷晶雨などの着氷性降雨から）表面に氷が形成されるのを防ぎ、氷の堆積または形成を防ぐのに十分高い表面温度を維持する。
図１は、バルク媒体を加熱するための例示的な加熱システム１００のブロック図を示す。加熱システム１００は、電極１１６および１１８に結合された電力制御システム１０４を含む。電極１１６および１１８は、バルク媒体１０２の目標領域（例えば、航空機の翼の一部）に結合される。電力制御システム１０４は、ワイヤ（またはパスまたはケーブル）１０６、バルク媒体１０２、および最後にワイヤ（またはリターンパス）１０８を介する閉開路を横切って交流（ＡＣ電流）（例えば、周波数１ｋＨｚ以上）を発生する。ワイヤを流れる電流１１２の方向は、破線の矢印で示されている。
いくつかの実施形態では、加熱システム１００は、電力制御システム１０４と、電極１１６および１１８と、専用ケーブル（例えば、ワイヤ１０８および１０６）とを含むことができるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、加熱システムは、電極１１６および１１８に結合されるように構成されている。いくつかの実施形態では、加熱システムは、特殊なケーブル（例えば、１０８または１１６）に結合されるように構成されている。いくつかの実施形態では、電力制御システム１０４は、信号発生ユニット、電源、信号変換ユニット、インピーダンス調整ネットワーク、制御ユニット、およびセンサを含むことができ、以下で詳細に説明される特定の構成を有するが、これに限定されない。以下に詳述するように、いくつかの実施形態では、インピーダンス調整ネットワークはインピーダンス整合ネットワークである。
いくつかの実施形態では、電極１１６および１１８は接触電極である。例えば、電極１１６および１１８は、バルク媒体１０２に物理的に接続して電力制御システム１０４からの電流をバルク媒体に伝導する。いくつかの実施形態では、電極１１６および１１８は、バルク媒体１０２に結合することができるが、バルク媒体１０２から電気的に絶縁することもできる。例えば、そのような実施形態では、電極１１６および１１８は、バルク媒体１０２に近接配置された誘導コイルの入力および出力としてバルク媒体１０２に電流を磁気的に誘導することができる。
電力制御システム１０４は、表皮効果を調整することによって電極１１６と１１８との間のｚ方向の電流の流れを収縮するのに十分な高周波（例えば、１ｋＨｚ以上）の電流を供給してバルク媒体１０２に高い抵抗を生じさせることができる。電力制御システム１０４は、１ｋＨｚ～３００ＧＨｚの周波数のＡＣ電流を提供することができる。いくつかの実施形態では、電流周波数は１００ｋＨｚ～４５０ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、電流周波数は１ＭＨｚ～５０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ～１５０ＭＨｚ、２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、４００ ＭＨｚ～ ５００ＭＨｚ、または８００ＭＨｚ～１ＧＨｚの範囲である。
いくつかの実施形態では、リターン経路１０８は、バルク媒体１０２の表面に近接して配置される。バルク媒体の表面へのリターン経路１０８の近接配置は、電極１１６および１１８間を流れる電流の近接効果を調整するために使用することができ、それにより、電流をさらに抑制し、バルク媒体内の加熱を増加させることができる。近接効果を利用して電極１１６と１１８との間を流れる電流を成形するために、加熱システムの回路自体からのリターン電流経路１０８を使用する必要はない。いくつかの実施形態では、別の電流経路１２２（例えば、異なる回路からの）をバルク媒体１０２に近接配置（例えば、距離１２０ａ）することができる。例えば、バルク媒体１０２からの電流経路１０８または１２２の距離１２０または１２０ａが十分に小さい場合、近接効果を使用して、バルク媒体を通る電流をさらに抑制することができる。
例えば、バルク媒体と経路１０８（または１２２）との間の距離１２０（または１２０ａ）は、近接効果を生成するために、１ｍ未満、または５０ｃｍ未満、または１０ｃｍ未満にすることができる。設計上の制約を十分に考慮してより近い距離が可能である場合、（例えば、飛行機の翼がバルク媒体である場合、飛行機のリブまたはスパーがリターン経路１０８／１２２の邪魔にならなければ）、距離１２０（または１２０ａ）は２５ｃｍ未満または１０ｃｍ未満にすることができる。
バルク媒体１０２は、アルミニウム、金属合金、炭素繊維複合材、銅、銀、チタン、または鋼などの材料を含み得るが、これらに限定されない。例えば、バルク媒体は、胴体、翼、下部構造、尾翼など、航空機の機体の任意の部分（例えば、飛行機の「表皮」としても知られる、航空機の最外殻または表面）とすることができる。
電極（１１６および１１８）は、アルミニウム、銀、銅、それらの合金、または他の導電性材料などを含み得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、電極材料は、少なくともバルク媒体１０２と同程度の導電性である。いくつかの実施形態では、電極１１６および１１８は、電極のアレイに配置することができる。電極はバルク媒体に、様々な方法で、例えば、媒体の上面または下面に結合する、または媒体内に埋め込むことができる。
加熱システム１００は、媒体を流れる電流の密度を成形することによって、バルク媒体１０２を通る実効抵抗を生成するように構成される。言い換えれば、飛行機の用途では、飛行機の既存の機体を加熱システムの電気回路の一部として使用する。加熱システム１００は、表皮効果、近接効果、またはそれらの組み合わせを調整することによって電流の密度を成形し、電極１１６と１１８との間の電流経路に沿ったバルク媒体１０２の実効抵抗を増加させる。場合によっては、近接効果を利用して、例えば、図４Ｄに見られるように、バルク媒体の所望の区分を加熱するように電流経路を向けることもできる。バルク媒体の所望の加熱区分は、「目標加熱場所」または「目標場所」と呼ばれ得る。
いくつかの実施形態では、周波数１ｋＨｚまたはそれ以上の交流電流を飛行機の機体に直接流すことができる。その結果、電流が流れる表面近くの機体の部分でジュール熱が発生する。さらに、電流により生成された熱は、伝導によってバルク媒体１０２全体に広がる。
図２Ａ～２Ｂを参照すると、加熱システム１００は、表皮効果を利用して媒体の目標領域１０２を通る電流密度を成形する。図１と同様に、ＡＣ電流（方向２１２）が、バルク媒体１０２の目標領域を通して電極１１６および１１８間に供給される。図２Ａは、表皮効果のない場合（例えば、１ｋＨｚ未満の電流周波数の場合）にバルク媒体１０２の目標領域を通る電流密度２０２のプロファイル（例えば、側面図）を示す概略図である。電流はｙ方向（２１２）に流れ、電流の大部分が矢印で示される媒体１０２の容積内を流れる。例えば、電流は、約２ｍｍの深さ２０６、例えば、バルク媒体のほぼ全体の厚さを有する。このように、図２Ａは、表皮効果による電流密度の成形がほとんどまたは全くないシステム１００の動作を示している。
図２Ｂは、電極間に高周波ＡＣ電流（例えば、１ｋＨｚ以上）を印加した結果として生じる電流密度２０２のプロファイルの概略図である。図２Ｂは、表皮効果により電流密度を整形するシステム１００の動作を示している。例えば、加熱システム１００を高周波で動作させることによって生じる表皮効果のために、バルク媒体１０２を流れる電流密度２０２の深さがｚ方向に収縮され、バルク媒体１０２の表面近くの狭い領域になる。さらに、バルク媒体１０２の電流の流れ領域の実効抵抗が十分に増加するため、この領域でジュール熱を得ることができ、回路の残部（例えば、ワイヤ、電源、インバータ、調整ネットワーク、電極）を過熱することはない。目標領域のＡＣ電流に対するバルク媒体の実効抵抗は、DC電流に対するバルク媒体の抵抗よりも大きくすることができる。例えば、実効抵抗は、DC電流に対するバルク媒体の抵抗よりも2桁以上大きくすることができる。
図３は、印加ＡＣ電流の関数としての、表皮効果による材料の深さ（ｘ軸、１に正規化されている）への電流密度の集中（ｙ軸、１に正規化されている）を示すプロットである。電流密度は、媒体の厚さ（z方向）に沿って指数関数的に減衰する。周波数が１ｋＨｚから１０ＭＨｚに増加するにつれて、電流密度はバルク媒体の表面近くにさらに集中する。したがって、周波数が高いほど、減衰が顕著になる。言い換えれば、表皮効果は電流がバルク媒体の表面近くの薄い層を通過するように電流密度を収縮する。その結果、ジュール熱がこの層で発生する。
図４Ａは、近接効果を利用して電流密度をさらに収縮するためのシステム４００の側面図である。図１と同様に、電極１１６および１１８は、バルク媒体１０２（例えば、機体上の目標領域）に取り付けられ、ＡＣ信号（例えば、１ｋＨｚ以上）を通過させて、媒体を通る方向４１２の電流密度（または経路）４１０を生成する。リターン経路１０８は、媒体内の現在の経路（または密度）４１０から距離１２０内に配置され、方向４１２とは異なる方向１１２を有する。いくつかの実施形態では、リターン経路１０８は、バルク媒体１０２から電気的に絶縁される。経路１０８は、バルク媒体１０２から距離１２０内に配置されたワイヤまたはケーブルであり得る。リターン経路１０８は、システム４００の回路を完成させるワイヤまたはケーブルであり得る。
リターン経路１０８が電流経路４１０に十分に近い（例えば、５０ｃｍ未満）場合、リターン経路１０８のＡＣ電流は、電流経路４１０内の電流を電流経路４１０内の電流の流れを横切る方向に収縮する。換言すれば、リターン経路１０８を電流経路４１０に十分に近づけて配置することにより、電流経路４１０内の電流の流れの断面積が収縮される。例えば、図４Ａ～４Ｃを参照すると、電流は、電極１１６と１１８との間で２つの方向（例えば、図示されているようにｘ方向およびｚ方向）に収縮される。例えば、図４Ｄに示されるように、近接効果は、電流の流れの方向に応じて、ｘ方向またはｙ方向のいずれかに電流密度４１０を収縮させる。例えば、電流がx方向に流れる場合、近接効果は電流をy方向に収縮する。例えば、近接効果は主として電流の流れの方向を横切る方向に電流を収縮させるが、表皮効果は主に電流密度をバルク媒体の深さ内で（例えば、図２Ａおよび２Ｂに示されるようにｚ方向に）収縮させる。場合によっては、近接効果をバルク媒体１０２の深さ（例えば、ｚ方向）の電流密度の収縮に加えることもでき、例えば、表皮効果と近接効果の両方を利用する実施形態において、表皮効果を高めることもできる。いくつかの実施形態では、近接効果を使用して、バルク媒体を通る電流の流れの方向（例えば、電流がバルク媒体１０２を通る経路）を規定することもできる。
図４Ｂ～Ｃは、上から見たシステム４００の例示的な概略図である。電極１１６および１１８は、バルク媒体の目標領域１０２に取り付けられ、ＡＣ信号（例えば、１ｋＨｚ以上）を通過させて、媒体を通る方向４１２の電流密度（または電流経路）４１０を生成する。リターン経路１０８は、バルク媒体１０２内の電流経路（または密度）４１０とは異なるｘｙ平面（点線）に配置される。いくつかの実施形態では、リターン経路１０８内の電流は、方向４１２とは異なる方向１１２にある。例えば、いくつかの実施形態では、リターン経路１０８の電流の方向１１２は、電流経路４１０の電流の方向４１２と反対である。電流経路４１２とリターン経路１０８の間隔が十分に小さい場合（例えば、５０ｃｍ未満）、電極１１６と１１８との間でバルク媒体１０２内を流れる電流は、図４Ｃに示されるように、近接効果によりリターン経路ワイヤの近くに密集する（例えば、ｙおよびｚ方向に収縮する）。リターン経路１０８のバルク媒体１０２からの離間距離が大きいほど、図４Ｂに示されるように、バルク媒体１０２内でより少ない電流経路４１２が収縮されることになる。
図４Ｄは、上から見たシステム４５０の別の実施形態の例示的な概略図である。前のシステム１００と同様に、電極１１６および１１８は、バルク媒体１０２の目標領域に取り付けられている。リターン経路１０８は、バルク媒体１０２に近接して、バルク媒体１０２内の電流経路４１０とは異なるｘｙ平面に配置される。図示の実施形態は、電流４１０がバルク媒体１０２を流れる経路を成形するためにどのようにリターン経路１０８（または別の別個の電流経路）を使用し得るかを示す。例えば、第２の電流経路（例えば、リターン経路１０８のような電流搬送ワイヤまたはケーブル）をバルク媒体１０２に近接配置することによって、近接効果を利用して、電流の流れの方向を横切る電流密度の幅を収縮すること、およびバルク媒体１０２内の電流経路４１０を成形することの両方を行うことができる。図４Ｄはまた、近接効果は、電流密度を電流経路４１０に沿って、電流の流れの方向を横切る方向に収縮することを示している。例えば、図４Ｄにおいて、電流経路４１０に沿った電流密度は、経路４１０の各セグメントにおける電流の流れの方向に実質的に垂直な方向に収縮され、バルク媒体１０２内の電流経路４１０は、リターン経路１０８の形状に従って一致する。より具体的には、電流経路４１０のセクションＡにおいて、電流はｘ方向に沿って流れるように案内され、電流密度はｙ方向およびｚ方向に収縮される。電流経路４１０のセクションＢにおいて、電流はｙ方向に沿って流れるように案内され、電流密度はｘ方向およびｚ方向に収縮される。
図４Ｄに示されるように、近接効果によって電流経路をより複雑な形状に成形する能力はいくつかの利点をもたらす。第１に、このような経路形状は実効電流経路長ｌを増加させるために使用することができる。上記のように、経路長が長くなると抵抗が大きくなり、ジュール熱が大きくなる。第２に、このような電流経路の形状は、電流を加熱のための戦略的な場所に向けるように構成することができる。第３に、このような電流経路の形状を使用して、電流経路の鋭い角に加熱が増加した領域（例えば、ホットスポット）を生成することができる。
近接効果と表皮効果の組み合わせによって、目標領域のＡＣ電流に対するバルク媒体の実効抵抗をＤＣ電流に対するバルク媒体の抵抗よりも大きくすることができる。例えば、実効抵抗は、ＤＣ電流に対するバルク媒体の抵抗よりも２桁以上大きくすることができる。
図５Ａ～Ｂは、導体間の距離１２０の関数として、近接効果による第２の導体／経路１０８の近くのバルク導体目標領域１０２における電流密度の集中の増加を示すシミュレーション図である。バルク導体と第２の経路の電流は、距離１２０が減少すると近接効果を引き起こすのに十分である（例えば、１ｋＨｚ以上、または１０MHzで）。例えば、距離１２０が２０ｃｍである場合、電流密度４１０は、図５Ａに示されるように、ｘ-ｙ平面においてほぼ均一のままである。図５Ｂに示されるように、距離１２０が２ｃｍに減少すると、近接効果によってｘ-ｚ平面内でリターン経路１０８の周りに電流４１０の「密集」または「収縮」が生じる。これは、電流４１０の大部分がバルク導体に沿った狭いストリップに密集し、第２の導体（１０８）の経路（例えば、リターン経路、または他の電流搬送ワイヤ）をたどることによって実現される。言い換えれば、電流４１０は、バルク媒体全体に均一に広がるのではなく、最小のインダクタンスの経路をたどる。
いくつかの実施形態では、図１のパス１２２と同様に、近接効果を引き起こすためにリターン経路１０８以外のワイヤを使用する。その場合、そのワイヤの電流振動は、経路１０６および１０８と同じシステム（例えば、電力制御システム１０４）によって駆動してもよいし、しなくてもよい。その場合、ワイヤ１２２の近接効果は、バルク導体内の電流経路４１２からワイヤ１１２までの距離に依存する。リターン経路１０８と同様に、ワイヤ１２２は、経路４１２に十分に近い（例えば、５０ｃｍ未満）必要がある。
一般に、電力制御システム１０４は、電極（例えば、１１６および１１８）および専用の導体（例えば、専用ワイヤまたは専用ケーブル）を介してバルク媒体１０２に電流を供給して、閉路を形成する（図１参照）。これらの3つの構成要素については、以下でさらに詳しく説明する。
いくつかの実施形態では、電極１１６および１１８は、図６Ａに示されるように、入力電極および出力電極のアレイを含む。電極システム６００は、電極アレイ１１６を形成する３つの入力電極１１６（１）～（３）と、電極アレイ１１８を形成する３つの出力電極１１８（１）～（３）を含み、バルク媒体内に隣接する電流経路４１０をもたらす。上で詳述したように、リターンワイヤ１０８の電流１１２による近接効果は、バルク媒体の電流密度４１０を収縮する。
一般に、バルク媒体１０２の目標領域において所望の加熱を達成するために、様々な電極形状を使用することができる。例えば、図６Ｂを参照するに、システム６１０は、バルク媒体の目標領域１０２に電流を供給するために使用される２つの電極配置１１６および１１８を示す（入力／出力ワイヤ１０６および１０８を備えている）。電極配置１１６および１１８は、図６Ａに示されるような１つ以上の電極のアレイとしてよい。図６Ｃ～Ｄは、例えば航空機の翼の目標領域１２０を加熱するための他の電極構成６２０および６３０のそれぞれの概略図である。１１６、１１８、および６４０によって示される電極配置は、図６Ａに示されるような単一の電極、または１つ以上の電極のアレイとしてもよい。電極の形状と設計の詳細は以下のとおりである。
いくつかの実施形態では、バルク媒体は飛行機の外皮であり、加熱の目標領域としては
、翼、胴体、垂直尾翼、水平尾翼、窓、ウィングレット、風防、操縦翼面（フラップ、アイレロン、ラダー、エレベーター、エアブレーキなど）、ノーズ/ノーズコーン、着陸ギア、着陸ギアブレーキ、着陸ギアドア、エンジンおよびエンジンナセル、ＡＣインレットおよびアウトレット、燃料タンクベント、ピトットヘッド、静ポート、その他のアンテナ、センサ、外部ライト、燃料タンク通気口、サービスパネルなどが含まれるが、これらに限定されない。言い換えれば、提案された技術は、場合によっては、図６Ａ－６Ｄに示される構成のうちの１つまたは複数において、機体の内側に電極を配置することを含み得る。いくつかの実施形態では、加熱システム１００は、目標領域の一部でジュール熱を生成し、その後、材料内の伝導により更なる熱拡散をもたらすことができる。
、翼、胴体、垂直尾翼、水平尾翼、窓、ウィングレット、風防、操縦翼面（フラップ、アイレロン、ラダー、エレベーター、エアブレーキなど）、ノーズ/ノーズコーン、着陸ギア、着陸ギアブレーキ、着陸ギアドア、エンジンおよびエンジンナセル、ＡＣインレットおよびアウトレット、燃料タンクベント、ピトットヘッド、静ポート、その他のアンテナ、センサ、外部ライト、燃料タンク通気口、サービスパネルなどが含まれるが、これらに限定されない。言い換えれば、提案された技術は、場合によっては、図６Ａ－６Ｄに示される構成のうちの１つまたは複数において、機体の内側に電極を配置することを含み得る。いくつかの実施形態では、加熱システム１００は、目標領域の一部でジュール熱を生成し、その後、材料内の伝導により更なる熱拡散をもたらすことができる。
一般に、電力制御システム１０４は、高周波（例えば、１ｋＨｚ以上）の交流電気信号（ＡＣ）を生成し、それをバルク媒体の上述の目標領域１０２を通して送るように設計された信号生成システムを含む。目標領域のインピーダンスが低い（場合によっては１Ωよりはるかに低い）いくつかの実施形態では、信号生成システムは、目標領域でジュール熱を生成するために、目的の電流レベルを生成し維持するように構成される。場合によっては、システムの他の部分（信号を伝送する導体やワイヤなど）のインピーダンスがゼロを超えるため、これらの部分を流れる大電流によって、目標領域の外側で望ましくないジュール熱が発生する。そのため、一部の実施形態では、信号生成システムは高電流が目標領域の近くにのみ供給されるように設計される。
いくつかの実施形態では、信号生成システムの要素／ユニットの一部またはすべて、ならびにそれらを接続する導電要素／ケーブルは、高電流および高周波数の電磁信号を送るときに通常発生する望ましくない電力損失を可能な限り低減するように設計される。
いくつかの実施形態では、信号生成システムは、既存の電源（例えば、航空機上の既存の電気バス）から電力を受け取ることができる。一部の実施形態では、システムは、システムの一部である専用のバッテリーまたは専用の電源を使用する。例えば、そのような専用の電源には、燃料ベースの発電機、太陽光発電ベースの発電機、風力発電ベースの発電機、ガス発電ベースの発電機などが含まれ得るが、これらに限定されない。信号生成システムは、電源（例えば、既存の電気バス、専用のバッテリー、専用の電源）と目標領域との間の回路内に配置することができる。
さらに、いくつかの実施形態では、信号生成システムは、独立したユニットとして存在する、および／または信号生成システムの一部である他のユニットの組み合わせ内に埋め込まれる制御回路およびデバイスを含むことができる。
いくつかの実施形態では、加熱システム１００は、いくつかの別個の目標領域を加熱するために使用される。このような場合、加熱システムの各要素またはユニット（例えば、信号変換ユニット、インピーダンス調整ネットワークなど）は、システム全体に集中化するか、目標領域または目標領域のグループごとに１つ以上の個別のユニットとして分散させることができる。集中化または分散構成は、数ある基準のうち特に、システム機能、エネルギー効率、コスト、規制順守、重量、サイズ、および複雑さなど改善するために使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、信号変換ユニットは集中化されるが、インピーダンス調整ネットワークは、目標領域ごとに１つ以上のユニットに分散される。いくつかの実施形態では、信号変換ユニットは、集中型ＴＳＰ（「標準電力への変換」）サブユニットとして部分的にのみ集中化されるが、ＡＣＧ（「ＡＣ生成」）サブユニットは、目標領域または目標領域のグループごとに１つ以上のサブユニットとして分散される。いくつかの実施形態では、信号変換ユニットは完全に分散され、その各サブユニットは、目標領域または目標領域のグループごとに１つ以上のサブユニットに分散される。
いくつかの実施形態では、電力制御システム１０４は、加熱／除氷／防氷動作が完了するまで、連続的に目標領域１０２に電力を送る。いくつかの実施形態では、システムは、導電材料１０２において所望の熱発生および熱分布を達成するために、改善された／効率的な方法で（例えば、制御ユニットを使用して）電源をオンおよびオフにすることができる。例えば、システムがオンの場合、熱が目標領域の特定の場所で生成され、目標領域全体に伝導され、目標領域の残りの部分に「拡散」する。システムがオフの間、生成された熱が目標領域内で伝導し続ける。
いくつかの実施形態では、システムは、オン状態に対して異なる電力レベルを有し、改善された方法でオフ状態と異なる電力レベルを周期的に繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、1ステップの電力増分または減分ではなく、電力のスムーズな増減によって特定の電力レベルに到達させることができる。このようなパルス電力システムのパターンは、システムの構築時に完全に事前に規定するか、またはシステムの制御ユニットの一部を形成するフィードバックループに基づいて変化させて、動的に改善することができる。
加熱システムが複数の目標領域を含むいくつかの実施形態では、上記のパルス電力パターンをすべての目標領域にわたって非同期的に使用できるため、すべての目標領域を、全体平均と全体瞬時電力レベルの両方を設定しきい値以下に維持しながら、必要な時間量で加熱することができる。例えば、両翼、胴体、および水平および垂直尾翼を加熱する航空機の除氷システムの場合、このような段階的電力パターンは、システムが一度に１つの目標領域に対してのみターンオンされるように設計することができる。いくつかの実施形態では、段階的電力パターンは、左翼、胴体、右翼、垂直尾翼、水平尾翼の順にシステムをパワーオンする。
いくつかの実施形態では、所望の熱、平均電力、瞬間電力レベル、ならびに許容可能な熱分布を達成するために、改善されたタイミングを各段階で使用することができる。いくつかの実施形態では、上記のパターンと同様に、目標領域の任意のサブセットを特定の時間に加熱することができる。
いくつかの実施形態では、加熱システムの設計の一部として言及されている１つまたは複数のユニットまたは要素はエンクロージャを有している。このようなエンクロージャは、単一のユニット用またはユニットの任意の組み合わせ用に設計され得る。いくつかの実施形態では、エンクロージャは環境認定基準に準拠して設計される。例えば、エンクロージャは、不燃性、降水からの保護、外部の衝撃や振動からの保護を提供する取り付けおよび構造、電気絶縁、外部電磁波妨害（「ＥＭＩ」）からの保護、封入回路のＥＭＩ放射のシールド、およびサーマルリリーフなどの基準に準拠して設計することができる。
いくつかの実施形態では、いくつかのエンクロージャは、加熱された物体（例えば、バルク導電材料）の構造をヒートシンクとして使用するように設計することができる。例えば、１つまたは複数の加熱システムのユニットは、それが配置されるバルク媒体に対して高い熱伝導率を有するように取り付けられた金属または導電性構造内に収容することができる。この取り付けの可能な利点の１つは、バルク媒体を加熱すると同時に、電子機器に必要な冷却を提供することにある。この設計のもう1つの可能な利点は、損失を分散するために別個のヒートシンクを設ける必要がなくなることにより、加熱システム（またはデバイス）の重量が減少することにある。いくつかの実施形態では、目標領域を加熱システムユニットのヒートシンクの一部として使用することができる。この使用により、加熱システムの回路が必然的に熱損失を生じ、それが目標領域に伝導されてそれらを加熱し得るため、加熱システムの効率が向上し得る。
いくつかの実施形態では、エンクロージャをバルク媒体に取り付けるために複数の接着剤または取り付けタイプを使用することができる。例えば、そのケーシングを所定の位置に保持するために、主に機械的剛性保持のために使用される接着剤を使用することができ、エンクロージャのヒートシンク機能のために低い熱インピーダンス経路を提供する別の接着剤（または界面剤）を使用することもできる。
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の加熱システムのユニットは、ユニットの回路、周囲のケーブル、他のユニット、または目標領域で測定される１つ以上の測定値、例えば電圧、電流、温度、順方向電力、および反射電力など、を検出するように構成することができるが、それらに限定されない。いくつかの実施形態では、そのような測定値を使用して、ユニットの動作状態を監視し、それらの動作を、改善のために、例えばスイッチングおよび調整可能部のオン/オフスイッチング、出力レベル、およびインサーキット制御などを（フィードバックメカニズムを使用して）制御することができる（ダイナミック調整ネットワーク内のスイッチングおよび調整可能部の制御の詳細については下記参照）。制御されるパラメータには、負荷への電力および/または負荷への電流、調整ネットワークの電圧制御、およびその他の関連信号が含まれる。
いくつかの実施形態では、上記のフィードバックループの一部として使用される測定値は、目標領域またはその近くに設置し得る特定の氷センサを含むこともできる。そのようなセンサは、例えば、除氷完了状態について加熱システムおよび／またはユーザに通知するために使用することができ、除氷および防氷動作段階で電力レベルを調整するための入力として使用することができる。いくつかの実施形態では、氷センサをシステム内の障害やサービス要求を判別するために使用することもできる。
いくつかの実施形態では、加熱システムは、ユーザ（航空機の除氷システムの場合にはパイロットまたは副操縦士であり得る）および/またはシステムのセンサからの入力を受け取り、および他のすべてのユニットに制御信号を出力するプロトコルコンバータ制御ユニット（または「制御ユニット」または「制御サブユニット」）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ユーザからの入力は、オン／オフ状態、除氷／防氷／オフ状態、目標領域の目標温度、および目標領域の目標出力を含むことができるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、センサからの入力は、電圧、電流、温度、順方向電力および反射電力、インピーダンス、および氷センサ、スクワットスイッチ、さまざまな航空機ロジックユニットからのデータ、航空電子機器からの情報並びに他の情報などが含まれるが、それらに限定されない。いくつかの実施形態では、プロトコルコンバータユニットはシステム全体に集中配置される。いくつかの実施形態では、目標領域または目標領域のグループごとに1つのプロトコルコンバータ制御ユニットが分散配置される。
いくつかの実施形態では、ユーザ入力は、有線（例えば、ＡＲＩＮＣ ４２９などのデータ転送標準）を使用して、または無線（例えば、低エネルギーＢｌｕｅｔｏｏｔｈまたはＷｉ－Ｆｉ接続）を使用して制御ユニットに送信することができる。いくつかの実施形態では、ユーザの入力デバイスは、加熱されるシステムに統合する（例えば、航空機の除氷システムのコックピットの画面上のコントロールに統合する）か、またはタッチスクリーンタブレット（例えば、コックピットに取り付けられた別のタブレット、または航空機の除氷システムの場合にはパイロットのタッチスクリーンタブレットに設置された専用アプリケーション）などの別個のデバイスとすることができる。
いくつかの実施形態では、電力制御システム１０４は、バルク媒体に電流を発生させるために、既存の電気バスまたは専用のバッテリーまたは加熱システムの任意の他の電源からの信号を所望の高周波ＡＣ波形に変換する信号変換ユニット（「ＳＴＵ」）または回路を含む。例えば、航空機のアプリケーションでは、信号変換ユニットは飛行機の電気バスから利用可能なＤＣ電力を受け取り、目的の高周波ＡＣ信号に変換することができる。別の航空機の例では、信号変換ユニットは、航空機の電気バスから利用可能な電力をＡＣ信号の形で受け取り、所望の高周波ＡＣ信号に変換することができる。いくつかの実施形態では、信号変換ユニットは、専用のバッテリーまたは任意の専用の電源（例えば、加熱システムの一部を形成する）から利用可能なＤＣ電力を取り、所望の高周波ＡＣ信号に変換することができる。いくつかの実施形態では、専用のバッテリーまたは電源を、信号変換ユニットと同じエンクロージャおよび／または回路基板内に内蔵することができる。
図７は、電力制御システム１０４のための例示的な信号変換ユニット（「ＳＴＵ」）７００の概略図であり、標準電力への変換（「ＴＳＰ」）７１０およびＡＣ生成（「ＡＣＧ」）７２０の主要サブユニットを含み、これらのサブユニットは、デバイス１００の残部の他の回路７３０に前置される。電力制御システム１０４は、図７に示されるように、既存の電源から電力を引き出すことができる。
図８は、電力制御システム１０４のための例示的な信号変換ユニット（「ＳＴＵ」）８００の概略図であり、ＴＳＰ８１０、ＡＣＧ８２０、および制御サブユニット８３０を含む。
いくつかの実施形態では、ＴＳＰは既存の電源または加熱システムのバッテリーから電力を引き出し、ＡＣＧの動作の改善ならびに信号変換ユニットの電力伝送効率の改善のために、その電力を２５０ＶＤＣなどの標準入力に変換する。
いくつかの実施形態では、既存の電気バスが電力を４００Ｈｚ、１１５ＶＡＣ信号の形でＴＳＰに供給する場合に、ＴＳＰは、出力側にコモンモードチョークなどのフィルタを備えたフライバックコンバータを含み、電磁干渉の到達またはＡＣＧの損傷を防ぐことができる。図９Ａは、フライバックコンバータ９１０およびコモンモードチョーク９２０を含む、例示的なＴＳＰサブユニット９００の概略図である。図９Ｂは、例示的なフライバックコンバータ９１０の概略図である。
いくつかの実施形態では、ＴＳＰは、既存の電源からのＡＣ電力を任意のＤＣ電圧に変換するブリッジ整流器である。いくつかの実施形態では、ＴＳＰはバッテリーまたは既存の電源（例えば、航空機の一般的な２８ＶＤＣ）からＤＣ電力を引き出し、それを異なるＤＣ電圧またはＡＣ電圧に変換する。例えば、ＤＣ－ＤＣ変換は、加熱システムの制御ユニットおよび要素に電力を供給するのに有用であり、その場合には、可能な電圧レベルとして、±３．３Ｖ、±５Ｖ、および/または±１２Ｖが含まれる。最後に、いくつかの実施形態では、電源に応じて力率補正（「ＰＦＣ」）段をＴＳＰの設計に含めることができる。いくつかの実施形態では、ＰＦＣは、必要とされるかもしれない電源の非線形負荷を補正するのに役立ち得る。アクティブおよびパッシブの両方のＰＦＣ段が使用可能である。
いくつかの実施形態では、ＡＣＧはＴＳＰからの入力電力を使用して、それを目的の高周波ＡＣ信号に変換する。いくつかの実施形態では、ＡＣＧは、信号変換ユニットの電力伝達効率を改善するように設計される。いくつかの実施形態では、ＡＣＧは、電力増幅器またはＡＣまたはＲＦ発生器または発振器を含む。
いくつかの実施形態では、電力増幅器の主電力増幅段は、「線形」または「スイッチング」のいずれかである。これら２つのアーキテクチャ間の関連するトレードオフには、効率、電力処理、および線形性が含まれ得る。線形増幅器の例には、クラスＡ、クラスＢ、およびクラスＣが含まれる。スイッチングアンプの例には、Ｃｌａｓｓ－Ｄ、Ｃｌａｓｓ
－Ｅ、およびＣｌａｓｓ－Ｆが含まれる。いくつかの実施形態では、線形増幅器は、スイッチング増幅器と比較して、高い線形性および低い効率を有する。効率が低いと、熱管理が難しくなる、高規格のコンポーネントが必要になる、などの問題が発生する可能性がある。線形性が低いと、高調波成分が増加し、規制順守、効率の低下、物理的および電気的レイアウト設計の困難など、の問題が発生する可能性がある。
－Ｅ、およびＣｌａｓｓ－Ｆが含まれる。いくつかの実施形態では、線形増幅器は、スイッチング増幅器と比較して、高い線形性および低い効率を有する。効率が低いと、熱管理が難しくなる、高規格のコンポーネントが必要になる、などの問題が発生する可能性がある。線形性が低いと、高調波成分が増加し、規制順守、効率の低下、物理的および電気的レイアウト設計の困難など、の問題が発生する可能性がある。
いくつかの実施形態では、ＡＣＧはフルブリッジクラスD増幅器を含む。例えば、増幅器の設計は、ゲートドライバで給電されるデュアルＭＯＳＦＥＴトランジスタと所望の周波数を発生する温度補償水晶発振器（「ＴＣＸＯ」）を使用する。図１０Ａは、デュアルＭＯＳＦＥＴトランジスタ、温度制御水晶発振器（「ＴＣＸＯ」）１０２０、およびゲートドライバ１０３０を備えたクラスＤ増幅器１０１０を含む、例示的なＡＣＧサブユニット１０００の概略図である。図１０Ｂは、デュアルＭＯＳＦＥＴを使用する例示的なクラスＤ増幅器の理論的概略図である。いくつかの実施形態では、フルブリッジアーキテクチャは、ハーフブリッジアーキテクチャと比較して、差動（平衡）駆動機能を提供するとともに、所定の負荷の下で所定のバス電圧レベルに対して４倍の電力出力を提供することができる。差動駆動は、期待ウィング構造により提供される平衡負荷状態の下での排出ガスコンプライアンスにも適切であり得る。さらに、いくつかの実施形態では、クラスDアーキテクチャは、他のスイッチングアーキテクチャよりも高いスイッチ利用率を有し得る。
いくつかの実施形態では、クラス－Ｄアーキテクチャ内において、単一周波数ドライブの下で出力パラメータを改善するために、多くの入力パラメータを変更することができる。入力パラメータの例には、デッドタイムが含まれる。出力パラメータの例には、効率、ピーク成分ストレスなどが含まれる。
いくつかの実施形態では、クラスDアーキテクチャは、高いスイッチ利用率を有し、シリコンベースコンポーネントの実装を完成し、それらを潜在的なＡＳＩＣ開発に適したものとすることができる。このような開発では、すべての制御コンポーネントとパワーエレクトロニクスを同じダイまたはＭＣＰ（マルチチップパッケージ）のいずれかに登載するＳｏＣ（システムオンチップ）の実装が可能である。いくつかの実施形態では、クラスＤアーキテクチャは、航空機の所定の機能部のさまざまな分散場所に装着されたＳｏＣおよびサポート回路を収容する分散モジュールを有する。
他の実施形態では、シングルスイッチアーキテクチャ、例えばクラスＥまたはクラスＦなどの他のスイッチモード設計が利用される。いくつかの実施形態では、このようなアーキテクチャは、より高いスイッチング周波数実装の可能性があり、ハイサイドゲートドライバが困難または非実用的になり得る。いくつかの実施形態では、高い周波数でのＣｌａｓｓ－Ｄ実装の潜在的な制限のために、周波数の増加につれて、Ｃｌａｓｓ－Ｄ実装の代わりにシングルスイッチアーキテクチャを使用することができる。
いくつかの実施形態では、高調波低減および高調波除去技術をスイッチモード増幅器とともに使用して、一部のスイッチングアーキテクチャに固有の非線形歪みによる悪影響を軽減することができる。例えば、ベース波形のデューティサイクルの変更、パルスのブランキング、およびその他の手法を使用して、信号生成中に高調波を除去することができる。
いくつかの実施形態では、ＡＣＧはシリコンＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタを含む。いくつかの実施形態では、トランジスタは窒化ガリウム（ＧａＮ）ＭＯＳＦＥＴである。特定の実施形態では、ＧａＮトランジスタは、オン抵抗、ターンオンゲート電荷、逆回復電荷などの有利な特性を有する。いくつかの実施形態では、ＧａＮはより高い周波数に適している。
いくつかの実施形態では、ＴＳＰは、既存の電源から電力を引き出し、ＡＣＧを駆動するゲートドライバまたは水晶発振器などの要素に適した電力入力信号に変換するために、リニアレギュレータなどの低電力変換（「ＬＰＣ」）段をさらに含む。図１０Ｃは、例示的なＡＣＧサブユニット１０５０の概略図であり、デュアルＭＯＳＦＥＴトランジスタを備えたクラスＤ増幅器１０１０、温度制御水晶発振器（「ＴＣＸＯ」）１０２０、ゲートドライバ１０３０、およびＬＰＣ１０５０を含む。
いくつかの実施形態では、ＡＣ生成サブユニットは目標領域の近くに配置される。この設計の考えられる利点は、ＡＣ生成サブユニットから調整ネットワークを介して目標領域に交流電流を流すときに発生する損失とエミッションを制限することにある。いくつかの実施形態では、ＴＳＰサブユニットは、ＡＣ生成ユニットの近く、または既存の電源または専用のバッテリーの近くに配置することができる。ＴＳＰがＡＣＧに近いと、ＡＣＧと統合できるため、システム内のモジュールの数とその複雑さを軽減できる可能性がある。ＴＳＰが既存の電源または専用のバッテリーに近い場合、電源またはバッテリーからＡＣＧへの電力伝送を改善（効率を向上しＥＭＩを低減）するように設計することができる。例えば、既存の電源が４００Ｈｚ、１１５ＶＡＣ電圧の形で電力を供給する場合、ＴＳＰにＡＣ－ＤＣコンバーターを含め、電源電圧を２５０ＶＤＣに変換して、ＡＣ電流によって引き起こされるＥＭＩを低減するとともに、電圧を上げ、ＴＳＰからＡＣＧに流れる電流を減らすことによって効率を高めることができる。
いくつかの実施形態では、制御サブユニットは、デバイス（加熱システム）が開発されている用途で入手可能な関連データの入力に基づいて、信号変換ユニットのステータス、例えばオン/オフモード、電力出力、周波数、およびその他のパラメータなどの、を制御し、ＴＳＰやＡＣＧのドライバなどの他の信号変換サブユニットに制御信号を出力する。航空機用の除氷および防氷加熱システムの例では、いくつかの実施形態では、データ入力として、コックピットスイッチからの手動パイロット入力、機内外の温度センサからの温度、スクワットスイッチからのホイールオンウェイト状態、さまざまな航空機論理ユニット、アビオニクスからの情報、デバイス（加熱システム）自体からのフィードバック情報、およびその他のデータが含まれる。いくつかの実施形態では、制御サブユニットは、リニアレギュレータなどの低電力変換（ＬＰＣ）段で給電されるマイクロコントローラスーパーバイザを含み、既存の電源から電力を引き出し、それを適切な電力入力信号に変換し、制御信号をＴＳＰとＡＣＧに出力する。図１１は、マイクロコントローラ１１１０および低電力変換ステージ（ＬＰＣ）１１２０を含む例示的な制御サブユニット１１００の概略図である。
いくつかの実施形態では、例えば、航空機に後付けされた除氷加熱システムの場合、信号変換ユニットは、利用可能な電気バスの近くの中央の場所に設置することができる。これにより、設置の複雑さ、労働時間、およびユニットのコストを削減できる。いくつかの実施形態では、信号変換ユニットは分散化され、目標領域の近くに設置される。これにより、ＡＣ信号が信号変換ユニットと目標領域の間を移動しなければならない長さが短縮され、信号の電磁干渉（「ＥＭＩ」）シールドおよびそのようなＡＣ信号を伝送するためのケーブル要件に関連するコストを削減することができる。
いくつかの実施形態では、加熱システムは、加熱システムの出力インピーダンスを所望のレベルに調整するように構成されたインピーダンス調整ネットワーク（「ＩＡＮ」）を有する。例えば、ＩＡＮは、加熱システムの出力インピーダンスを加熱されるバルク媒体の入力インピーダンスに対応するように調整するよう構成することができる。例えば、ＩＡＮは、加熱システムの出力とバルク媒体の入力との間のインピーダンスを互いに所望の範囲内に調整するように構成することができる。いくつかの実施形態では、インピーダンス調整ネットワークは、加熱システムの出力インピーダンスをバルク媒体のインピーダンスに十分に整合するように調整するよう構成される。言い換えると、整合ネットワークは、ＳＴＵ（「ソース」）の出力インピーダンスを、妥当な工学的許容範囲内で目標領域（「負荷」）のインピーダンスに一致するように構成される。いくつかの実施形態では、ソースインピーダンスと負荷インピーダンスを整合させることは、加熱システムのソースインピーダンスを、バルク媒体のインピーダンスの複素共役になるように調整することを含む。いくつかの実施形態では、インピーダンス調整ネットワークは、加熱システムの出力インピーダンスが、加熱されるバルク媒体のインピーダンスの１０から３０％以内になるように調整される。
図１２は、ソース１２１０と負荷１２２０との間のインピーダンス調整ネットワーク１２００の概念図である。図１２は、ＳＴＵの出力にインピーダンス調整された入力ポートを介してＳＴＵ（「ソース」）から入力電力を受け取り、目標領域に対応するようにインピーダンス調整された出力ポートを介して目標領域（「負荷」）に電力を出力する調整ネットワークを示す。
一般に、ＡＣ信号では、ソースの出力インピーダンスが負荷のインピーダンスに対応していない場合、ソースから負荷に送信された信号の一部は、負荷を通過するのではなく、ソースに反射して戻る。いくつかの実施形態では、インピーダンス調整ネットワークが、信号反射および電圧定在波の増大を抑制することによって、いくつかの利点、例えば、
・加熱システムの端子電圧およびアーク放電のリスクの低減
・加熱システムの効率の改善
・ＳＴＵから必要とされる総出力電力の低減、よってＳＴＵのサイズ、重量、およびコストの低減
・システムコンポーネントへのストレスの軽減
・信頼性の向上
・ケーブルおよびバルク媒体の温度勾配の低減
などを達成することができる。
・加熱システムの端子電圧およびアーク放電のリスクの低減
・加熱システムの効率の改善
・ＳＴＵから必要とされる総出力電力の低減、よってＳＴＵのサイズ、重量、およびコストの低減
・システムコンポーネントへのストレスの軽減
・信頼性の向上
・ケーブルおよびバルク媒体の温度勾配の低減
などを達成することができる。
いくつかの実施形態では、ＳＴＵの出力インピーダンスは目標領域のインピーダンスよりも高くなる。その場合、この調整ネットワークが、ＳＴＵからの比較的高い電圧および低い電流の電力を、目標領域に供給される比較的低い電圧および高い電流の電力に変換する。これらの実施形態では、これは、大電流が調整ネットワークの後、従って目標領域の近くでのみ供給されることを意味し、ＳＧＵの残部でのジュール損失を低減し、加熱システムの総合効率を向上する。
さまざまな実施形態では、この調整ネットワークは集中配置しても、目標領域全体に分散配置してもよい。この調整ネットワークを分散配することで、ケーブルをフィルタとして機能させながら、特定のコンポーネントに対するピーク電圧、ピーク電流、および/または温度の影響を潜在的に下げることができる。分散配置はシステム設計にモジュール性を付加することもでき、これにより、部品の保守性/交換を改善することができる。さらに、分散配置は、システムを敏感な機器や燃料タンクなどの危険な領域を避けて配置することができる。
結合ストリップ１９００の入力に配置されたインピーダンス整合ネットワークなどの分散インピーダンス調整ネットワークは、電力制御システム１０４が複数の結合ストリップに電力を供給する実施形態においても、局所的に各結合ストリップの分散監視を容易にすることができる。それはまた、結合ストリップ１９００をオンまたはオフに切り替える機能、および電力制御システム１０４に情報を通信する機能を含む、さまざまな局所化された機能のための手段を提供することができる。通信は、重量とケーブルの乱雑さを軽減するために、別個の通信ケーブルを介してまたは電力ケーブルエンコーディング（例えば、結合ストリップ１９００に接続された電力ケーブル）を介して容易に行うことができる。
例えば、この調整ネットワークは、特別なインピーダンス状態をトリガすることができ、その特別なインピーダンス状態は、電力制御システム１０４によって、意図的なインピーダンス変化の使用に基づいて、例えばデジタル通信スタイルの符号化またはアナログまたは閾値レベルの符号化技術のいずれかで電力線を介して返送される信号を符号化することに基づいて、検出可能である。別の例として、分散インピーダンス調整ネットワークは、電力ケーブルに（加熱電力信号に加えて）追加のデータ信号を加えることができまる。代わりにまたは加えて、加熱システムの一部として言及されたユニットまたは要素の１つまたは複数は、無線手段を介して情報を中継することができる。
いつかの実施形態では、インピーダンス調整ネットワークはさらに障害表示をサポートする。これらの実施形態では、加熱システムは、以下の「制御とセンシング」セクションでより詳細に説明するように、加熱システムに存在する可能性のある障害または故障によってトリガまたはトリップされるローカル障害センサを含むことができる。例えば、局所障害センサは、結合ストリップ１９００に配置することができる。この調整ネットワークは、加熱システムの特定の部分および区分の異なるタイプの障害、ならびに障害のタイプに対応する異なるインピーダンス値を指定するルックアップテーブルを維持するコントローラを含むことができる。次に、この調整ネットワークは、電力制御システムによって観察される入力インピーダンスを特定の値に調整して、存在する可能性のある特定のタイプの障害または故障を示すように構成することもできる。
さらに、いくつかの実施形態では、追加の容量性部品を含め、ネットワーク内の対称中間点を接地することによって調整ネットワークを平衡させることができる。完全な差動ソースによって駆動されると、このネットワークは平衡動作して高い同相信号除去比と優れたノイズ耐性が可能になる。いくつかの実施形態では、そのような平衡は達成されず、調整ネットワークのリターン経路は回路の接地で終端する。
一般に、いくつかの実施形態では、調整ネットワークは、特定のビルディングブロック構成に配置された受動電子部品を含むことができる。例えば、これらのビルディングブロック構成は、変圧器、Lネットワーク、πネットワーク、Tネットワーク、およびその他の構成を含み得る。図１３Ａ～Ｄは、例示的なインピーダンス調整ネットワークのビルディングブロックの概略図である。
いくつかの実施形態では、加熱システムの調整ネットワークは受動調整サブユニットを含む。図１４は、受動調整サブユニット１４１０を含む例示的な調整ネットワークユニット１４００の概略図である。いくつかの実施形態では、受動調整サブユニットは、上記の１つまたは複数のビルディングブロック構成、および他の構成を一緒に含むことができる。いくつかの実施形態では、受動調整サブユニットの受動電子部品としては、例えばネットワークの効率を向上させるために、高い品質係数を有するものが選択される。
いくつかの実施形態では、加熱システムの調整ネットワークは、高品質係数（ｈｉｇｈ－Ｑ）または低品質係数（ｌｏｗ－Ｑ）を持つように設計することができる。高Q調整ネットワークは、高調波信号成分を除去するために使用することができる。高調波成分は線形増幅器の場合よりも高くなる可能性があるため、スイッチング増幅器の設計ではフィルタリングの方が有利であり得る。ただし、高Qネットワークは、部品の公差、外部状態での動作変動、アセンブリの変動、およびシステム内の他の変動に対してより敏感であり得る。したがって、高Ｑシステムは、システムの実装中に実際的な問題を引き起こす可能性がある。例えば、航空機の翼の除氷システムの場合、システムがＨｉｇｈ－Ｑの場合、インピーダンス調整ネットワークは、小さな摂動（フラップの動きなど）が原因で調子が狂う可能性があり、故障のリスクを生じる。高調波成分を基本駆動周波数外に下げることは、規制認証にとっても、実際の設計上の懸念、例えば、設計内に漂遊信号が含まれること、構成要素に過度のストレスがかかること（ピークまたは時間平均定格内）、制御アルゴリズムの不安定性など、にとっても有益であり得る。場合によっては、動的調整要素を使用することによって、これらの感度の懸念を緩和または除去することさえできる。
いくつかの実施形態では、加熱システムの調整ネットワークの設計は、送電線の調整概念に基づくことができる。例えば、調整ネットワークの入力および/または出力でのケーブル接続は、調整ネットワークの一部と見なすことができる。いくつかの実施形態では、適切なケーブル材料、フォームファクタ、寸法、および長さを選択することにより、適切なインピーダンス調整を実現することができる。
いくつかの実施形態では、加熱システムの調整ネットワークは、アクティブ調整サブユニットと制御サブユニットを含む動的調整ネットワークである。図１５Ａは、アクティブ調整サブユニット１５１０および制御サブユニット１５２０を含む例示的な調整ネットワークユニット１５００の概略図である。いくつかの実施形態では、アクティブ調整サブユニットは、制御サブユニットによって制御される１つまたは複数の調整ネットワーク構成を含む。いくつかの実施形態では、アクティブ調整ネットワークサブユニットの受動電子部品は、例えばネットワークの効率を向上させるために、高い品質係数を有するものが選択される。いくつかの実施形態では、制御サブユニットは、目標領域との間で送受信される信号から入力データ（順方向電力、反射電力、電圧定在波比など）を受信し、アクティブ調整ネットワークサブユニットを動的に制御して、インピーダンス調整をリアルタイムで調整する。例えば、このような制御は、アクティブ調整ネットワークサブユニットの設計に含まれる調整要素を介して実現することができる。例えば、動的調整要素は、調整可能なコンデンサおよび／または調整可能なインダクタを含み得る。さらに、調整可能な要素の例には、ＰＩＮダイオード、ＢＳＴコンデンサ、ＤＴＣ（ディスクリート調整コンデンサ）、バラクタダイオード、ＭＥＭＳ、強誘電体バラクタ、強磁性コンポーネント、ＹＩＧ調整フィルタなどがある。このようなデバイスの評価中に考慮することができる評価基準の例には、動作周波数範囲、ＤＣ電圧の調整、制御信号の直線性の調整、制御の複雑さ、容量/インダクタンスの調整比、調整速度、品質係数（Ｑ）、スイッチング寿命、パッケージングコスト、電力処理、消費電力、ブレークダウン電圧、直線性、3次インターセプト（ＩＰ３）、統合機能などがある。
いくつかの実施形態では、目標領域と調整ネットワークの間にフィードバックを備えた制御ユニットを使用すると、目標領域のインピーダンスまたはＳＴＵ出力インピーダンスに影響を与える可能性のある外部の変化、例えば目標領域、加熱システムの場所、システムと目標領域を取り巻く環境の温度や幾何学的構成の変化、およびその他のパラメータなど、にネットワークを適応させることができる。いくつかの実施形態では、調整ネットワークは、既存の電源から電力を引き出し、それを制御サブユニットに適した電力入力信号に変換する線形レギュレータなどの低電力変換（「ＬＰＣ」）段をさらに含む。図１５Ｂは、アクティブ調整サブユニット１５１０、低電力変換段（「ＬＰＣ」）１５６０、および制御サブユニット１５２０を含む、例示的な調整ネットワークユニット１５５０の概略図である。
いくつかの実施形態では、加熱システムの使用中に可能性のある状況のスペクトルをカバーするすべての構成および環境条件に対して、目標領域に特別のインピーダンス測定を実行することができる。これらの測定により、上記の状況の全スペクトルで適切なインピーダンス調整を可能にする最も狭いインピーダンス範囲に適合した動的調整ネットワークユニットの設計が可能になり得る。いくつかの実施形態では、このような設計は、アルゴリズムの最適化またはコンピュータシミュレーションを使って実行することで、調整ネットワークの重み、複雑さ、およびコストを削減しながら、システムの効率を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、専用ケーブルを加熱システムで使用することができ、該ケーブルは、効率を改善し、目標領域に搬送される電力信号をシールドするために、各段で特別に設計または選択することができる。図１６は、例示的な加熱システムにおけるケーブル段の概略図である。さまざまな実施形態において、加熱システムのケーブルの段はカスタマイズすることができ、例えば電源１６２０とＳＴＵ１６１０の間のケーブル（ケーブル段１）１６３０、ＴＳＰ１６４０とＡＣＧ１６５０サブユニットの間のＳＴＵ内のケーブル（ケーブル段２）１６６０、ＳＴＵ１６１０と調整ネットワーク１６７０の間のケーブル（ケーブル段３）１６８０、および調整ネットワーク１６７０と目標領域１６９０の間のケーブル（ケーブル段４）１６９５を含むことができる。
一般に、加熱システム全体の専用ケーブルの設計には、さまざまな設計上の考慮事項が関係し得る。いくつかの実施形態では、熱に関する考慮事項が関係し得る。例えば、いくつかの実施形態では、調整ネットワークを目標領域に接続する（または目標領域の近くを通り、場合によっては調整ネットワークに戻る）ケーブルは、ケーブルから目標領域への熱の流れが増加するように固定することができる。これは、電流がケーブルを流れるときに発生する熱の一部が回収され（さもなければ失われる）、熱を発生させることを目的とした目標領域に伝達される場合に有利であり、システムの効率が向上する。
いくつかの実施形態では、留め具を使用してケーブルを目標領域の近くに配線することができる。このような場合には熱接触を改善するために、熱伝導率の良い熱伝導材料を使用して、ケーブル－留め具－目標領域の界面間のエアギャップを埋めることができる。
いくつかの実施形態では、ケーブルは目標領域に直接取り付けられる。このような場合には熱接触を改善するために、熱伝導率の高い接着剤を使用して、ケーブルを接触領域に取り付けることができる。さらに、熱伝導率の高い熱界面材料を使用して、ケーブルと目標領域の間に残存するエアギャップの一部またはすべてを埋めることができる。
いくつかの実施形態では、ケーブルが接続するユニット、目標領域、または電源に応じて、異なる形状の断面および異なるケーブルフォームファクタを使用することができる。いくつかの実施形態では、ケーブルは、保護ジャケット（電気絶縁および/または腐食、湿度、極端な温度、摩擦などの環境保護のため）の有無にかかわらず、主導体のみを含む。この構成は、ＤＣ信号を搬送する、または目標領域に信号を伝送するシステムの部分に有利であり得る。
いくつかの実施形態では、ケーブルは同軸ケーブルである。同軸ケーブルはシールドを含み、ＡＣ信号の搬送時にＥＭＩ放射を低減し得るとともに任意の信号の搬送時にシステムの周囲のＥＭＩから保護することができる。
いくつかの実施形態では、ケーブルは三軸ケーブルである。この設計は、任意の信号の搬送時に、より具体的には、例えば調整ネットワークユニットの平衡実施形態の出力の平衡信号の搬送時に、ＥＭＩの保護および絶縁に有益であり得る。
いくつかの実施形態では、ケーブルは二軸ケーブルである。この設計は、3軸ケーブルによって提供される利点と同様の利点があり得る。
いくつかの実施形態では、ケーブルが接続するユニット、目標領域、または電源に応じて、異なるケーブル断面形状を使用することができる。
いくつかの実施形態では、ケーブルの導体の断面は円形の形状を有する。この設計は、同軸/三軸/二軸のフォームファクタの場合、製造コストが比較的低い（非反復エンジニアリングコストが低い）という利点がある。
いくつかの実施形態では、ケーブルの断面は扁平および／または長方形である。例えば、この断面は、ケーブルが目標領域に電流を供給するシステムの最終段にとって有利なケーブル形状であり得る。最終段において、長方形の形状は、ケーブル内を循環する電流に及ぼす近接効果および表皮効果の影響を軽減できるため、損失が減少し、システムの効率が向上する。さらに、この形状により、ケーブルに必要な導電性材料の総量が減少し、システムの重量が減少する可能性があり、これは、航空機の除氷システムの場合に考慮すべき重要な事項である。
いくつかの実施形態では、ケーブルにより搬送される特定の入力および出力電流と信号に応じて、またその断面形状やその他の要因に応じて、断面のサイズは、動作温度を指定の範囲（例えば、コンプライアンスのため、およびケーブルの製造に使用される材料により決まる）に制限するためおよびその重量およびサイズを低減するために、選択することができる。
いくつかの実施形態では、ケーブルが接続するユニット、目標エリア、または電源に応じて、異なるケーブルシールドタイプ（および断面形状）が使用される。
いくつかの実施形態では、ケーブルはシールドを含まない。これは、ＤＣ電流が搬送される段（したがって、ＥＭＩ抑制要件が低い場合）、およびリターン電流を搬送する必要がない段（例えば、目標領域がリターン電流を搬送し、近くのケーブルが目標領域にその電流を供給する実施形態におけるシステムの後段）において有利である可能性が高い。
いくつかの実施形態では、単一のシールドが使用される。これは、例えば、ケーブル
をＥＭＩ/ＥＭＣ要件やその他の環境要件に準拠させるのに１つのシールド層で十分な場合に有利である。
をＥＭＩ/ＥＭＣ要件やその他の環境要件に準拠させるのに１つのシールド層で十分な場合に有利である。
いくつかの実施形態では、２重シールドが使用される。これは、別のシールド層を追加して、例えば、ＥＭＩ放射をさらに減少させるとともに、ケーブルのＥＭＩ感受性を低下させることができる。
いくつかの実施形態では、３重以上のシールドが使用される。これは、上記と同様の理由で追加のシールド層が追加される。
いくつかの実施形態では、特定の目標領域に対して、この領域に電流を供給するケーブルが異なる可能経路をたどるようにしてもよい。
いくつかの実施形態では、ケーブルは、目標領域の一方の側からもう一方の側へとほぼ直線の経路をたどるだけである。場合によっては、これらの経路は並列であってもよい。いくつかの実施形態では、ケーブルが目標領域を斜めに通過し、目標領域のさまざまな場所で互いに交差してもよい。これは、例えば、目標領域の表面全体でより均一な熱を生成し、ケーブルが交差する所望の位置に比較的高温のスポットを生成するのに役立つ。
いくつかの実施形態では、ケーブルはジグザグタイプの経路、曲がりくねった経路、または２Ｄスプライン曲線でモデル化し得る経路をたどる。この設計は、目標領域を流れる電流がたどる経路を長くすることによってシステムの有効性を高め、したがって実効抵抗をさらに高めることができる。これは、例えば、より高い効率、より低い電流、およびシステムによるより安定したインピーダンス調整を達成するのに役立ち得る。
いくつかの実施形態では、ケーブル経路の設計は、上記のオプションとその他のオプションの組み合わせに基づくものする。
いくつかの実施形態では、ケーブルの設計、ステージ、および目的に応じて、ケーブルの製造に異なる材料を使用することができる。
局部電圧、電流、温度、電力、曲げ半径、耐久性の要件、およびその他の基準に応じて、ケーブルの導体材料は、効率、導電率、重量、コスト、サイズ、および熱的側面が改善されるように選択することができる。
いくつかの実施形態では、導体材料は、銅、銀、アルミニウム、炭素繊維複合材、チタン、またはそれらの合金からなる。いくつかの実施形態では、導体は前述の材料のいずれかで作られ、導体の表皮の導電性を改善するために銀コーティングなどの他の材料でコーティングされる。
いくつかの実施形態では、導体は固体材料からなるもの、またはより線としてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、エナメルなどの絶縁コーティングを使用することによって、より線をそれぞれ互いに絶縁することができる。例えば、リッツ線を使用して、ケーブル内の表皮および近接効果の影響を低減することができる。
いくつかの実施形態（例えば、同軸/三軸/二軸ケーブル用）では、局部電圧、電流、温度、電力、曲げ半径、耐久性の要件、およびその他の基準に応じて、ケーブルの誘電体材料を、効率（例えば、誘電損失の低減による）、重量、コスト、柔軟性、最大電圧許容差、最大電力許容差、温度定格（ケーブルの高い温度許容および／または高い熱容量および／または低い誘電損失および／または良好な熱伝導性による）が向上するように選択することができる。
いくつかの実施形態では、伝送線路調整が調整ネットワークユニット内で使用される場合、関連するケーブルは、所望のインピーダンスレベルに到達するように選択された誘電体材料を使用することもできる。例示的な材料には、ポリエチレンおよびテフロンベース材料、ならびに他の材料がある。
いくつかの実施形態では、局部電圧、電流、温度、電力、曲げ半径、耐久性の要件、およびその他の基準に応じて、ケーブルのジャケット材料が、重量、コスト、柔軟性、最大電圧公差、温度定格、および近くのヒートシンク（例えば、ヒートシンクとして使用される目標領域）への熱伝導などのパラメータが改善されるように選択される。
いくつかの実施形態では、伝送線路調整が調整ネットワークの一部として使用される場合、目標インピーダンスレベルに到達させるために、その誘電体に加えて、インピーダンス調整に使用されるケーブルの長さを制御することができる。例えば、目標領域に電流を供給するケーブルは、伝送線路調整システムの一部として使用され、インピーダンス調整のために余分な長さが追加され、より小さなスペースを占めるように局所的にコイル状に巻かれる。
いくつかの実施形態では、特定の留め技術を使用して、ケーブルをシステムの構造に沿って配線することができる。このような技術は、設置コストおよび時間、システムの重量（必要なワイヤの長さと留め具の重量を減らすことによる）および目標領域に近接するケーブルの所望の電磁効果および熱伝達を改善するために選択することができる。
いくつかの実施形態では、留め具は、目標領域に電力を供給するケーブルと目標領域との間の距離を縮めるように選択される。この設計は、近接効果をより強力に生成し得る。いくつかの実施形態では、ケーブル－目標領域間距離を短くするために従来のケーブル留め具の設計を選択することができる。
いくつかの実施形態では、留め具は、ケーブルから目標領域への熱伝導を高めるためにも使用される。
いくつかの実施形態では、システムの重量とコストを低減するために留め具の材料が選択される。これは、例えば複合材料を使用することで実現することができる。留め具が目標領域への熱伝導のためにも使用されるいくつかの実施形態では、高い熱伝導率を有する材料（例えば、通常比較的高い熱伝導率を有する金属材料）が選択される。
いくつかの実施形態では、留め具をそれらの接着領域に固定するために使用される接着剤は、目標領域への結合強度を高め、長期の結合を確実にするために選択される。接着剤の強度は、結合領域が比較的小さく、結合領域に比較的強い機械的制約が生じる場合に有利である。さらに、締結具がケーブルから目標領域への熱伝導のために使用されるいくつかの実施形態では、熱伝導率の増加のために接着剤も選択される。
最後に、留め具がケーブルから目標領域への熱伝導のために使用されるいくつかの実施形態では、ケーブルから目標領域への熱の流れを改善するために、ケーブルと留め具と目標領域との間の領域の空隙が十分に熱伝導性の熱界面材料で埋められる。
いくつかの実施形態では、ケーブルは、バルク媒体などの周囲の構造に接着剤で直接取り付けられ、ケーブルからケーブルが取り付けられた構造へのより良い熱伝達を可能にする。接着剤は、止め具に使用される基準と同様の基準に基づいて選択される。
いくつかの実施形態では、ケーブルアセンブリの設計は、所定のケーブル経路を２つ以上の別個のブランチのセットに分割することを含む。これは、例えば、1つの調整ネットワークが複数の目標領域のセットに電流を送る実施形態に有益である。このような実施形態では、1つのケーブルを調整ネットワークの唯一の出力とすることができ、そのケーブルが複数の目標領域に至るように、そのケーブルをそれぞれの目標領域に電流を供給する別々のブランチに分割することができる。いくつかの実施形態では、このような分割は、所定の導体より線をいくつかのより小さなより線に分割するか、分割ケーブルがより線導体を有する場合にはより線のサブセットを別々のブランチのそれぞれに送るか、または電力分割器を使用することによって達成することができる。電力分割器は、ケーブルが分割されて成るブランチのそれぞれに流れる電流、電圧、および電力の量を制御するのに有用である。
同様に、いくつかの実施形態では、２つ以上のケーブルを少数のケーブルに融合し、融合したすべてのケーブルからの信号を蓄積することができる。このような融合は、所定の導体より線を他のより線に融合するか、異なるより線のサブセットを新しいより線ケーブルに再グループ化するか、またはパワーコンバイナ（例えば、電力分割器と同じデバイスであるが、逆方向に使用される）を使用することによって実現できる。パワーコンバイナは、ケーブルが結合される各ブランチに流れる電流、電圧、および電力の量を制御するのに役立つ。
いくつかの実施形態では、加熱システムの各ケーブル段は、独自のケーブル設計上の考慮事項を有する。
いくつかの実施形態では、電源からＴＳPサブユニットへの効率的な電力伝送を可能にするためにケーブル段１が選択される。電源がＤＣ電流を出力するいくつかの実施形態では、ケーブル段１は、適合材料で絶縁された撚り銅線を含み、ＴＳＰサブユニットに供給される電力、電圧、および電流に適した総等価ゲージを有する。電源が４００Ｈｚ、１１５ＶＡＣ信号を出力するいくつかの実施形態では、ケーブル段１は、適合材料で絶縁され且つＴＳＰサブユニットに供給される電力、電圧、および電流に適した総等価ゲージを有する銅撚り線を含む。
いくつかの実施形態では、ＴＳＰからＡＣＧサブユニットへの効率的な電力伝送を可能にするためにケーブル段２が選択される。ＴＳＰが２５０ＶＤＣ信号の形で電力を出力するいくつかの実施形態では、ケーブル段２は、適合材料で絶縁され且つＴＳＰサブユニットに供給される電力、電圧、および電流に適した総等価ゲージを有する銅撚り線を含む。
いくつかの実施形態は、ＳＴＵの出力から調整ネットワークへの高周波ＡＣ電力信号の効率的な電力伝送を可能にするためにケーブル段３が選択され、カスタマイズされる。例えば、このケーブルは、信号の高周波によって引き起こされる抵抗および電磁損失を低減し、信号の完全性を変える可能性がある外部干渉をシールドし、周囲の機器および材料に影響を与える可能性のあるケーブルからの信号漏洩を防ぐように設計することができる。いくつかの実施形態では、ケーブル段３は、カスタマイズされた同軸ケーブルの形式の高出力、高周波伝送ラインである。いくつかの実施形態では、この同軸ケーブルは、調整ネットワークの入力信号を搬送するコア導体であって、低い抵抗損で電力を搬送するのに十分な外径の撚り銅線よりなるコア導体と、電気絶縁を高めるためおよび高電圧および高温度範囲を維持するために選択されたコアを囲む誘電体と、低い抵抗損で電力を搬送するのに十分な大きさの同等のゲージを有する撚および編組銅で作られたＡＣＧへの信号のリターン経路を提供するシールド導体と、高電圧および高温度範囲を維持するために選択された導電性シールドを絶縁する第１ケーシングと、電導性シールドと同様の外部シールドであるが電流を直接流さず、外部干渉からケーブルを保護し、漏洩を防ぐために使用される外部シールドと、最後に、外部シールドを絶縁する第１ケーシングと同様の第２ケーシングとで作られる。
いくつかの実施形態では、調整ネットワークから目標領域への高周波大電流のＡＣ電力信号の効率的な伝送を可能にするためにケーブル段４が選択され、カスタマイズされる。いくつかの実施形態では、このケーブルは、調整ネットワークと目標領域の間のインピーダンスを調整し、信号の高周波によって引き起こされる抵抗損失と電磁損失を低減し、信号の完全性を変える可能性のある外部干渉をシールドし、周囲の機器や材料に影響を与える可能性のあるケーブルからの信号漏洩を防止するように設計される。いくつかの実施形態では、ケーブル段４は、カスタマイズされた同軸ケーブルの形式の高電力、高周波および高電流の伝送線路であり、大電流性能を改善し、抵抗損失をさらに減らすために、より大きな導体ゲージおよび直径と、同じ導体の追加の銀コーティングを使用することを除いて、上述したケーブル段3の実施形態と同様である。いくつかの実施形態では、ケーブル段４は、リッツ線の設計に基づいてさらにカスタマイズされる。このような設計の目的は、個別に絶縁され（例えば、エナメルコーティングを用いて）、完全に対称に撚り合わされるか編まれたブランドから表皮よりも薄い厚さの導体を製造することによって、ケーブルの近接および表皮効果による損失を減らすためである。
一般に、電極は電流を通す材料を含み、電流をバルク媒体の目標領域に入れたり出したりする。いくつかの実施形態では、電極をバルク媒体に接続するためにコネクタが使用される。コネクタとは、電極をバルク媒体に接続する取付け具を指す。いくつかの実施形態では、電極およびコネクタは、電極とバルク媒体との間の接触抵抗を低減するように設計される。言い換えると、電極は、所定のリターン経路に対して目標領域の両端間に発生する電位差を滑らかにするように設計される。この接触抵抗が２つの電極間の目標領域の抵抗よりも高い場合、目標領域に沿ってよりも接触点でより多くの熱が発生し、ほかはすべて等しくなり、加熱システムの加熱効率が低下する。いくつかの実施形態では、同様の理由で、電極およびコネクタは、電極と加熱システムのワイヤ（またはケーブル）との間の接触抵抗を低減するように設計される。いくつかの実施形態では、電極およびコネクタはまた、電磁損失（例えば、電磁放射）を低減するように設計される。
いくつかの実施形態では、上記の目標の1つ以上を達成するための電極設計の考慮事項として、（１）高い導電性を有する電極材料を選択すること、および（２）電極とバルク媒体との間、および電極とワイヤとの間の「実」接触面積を大きくすることが含まれる。「実」接触面積は電流が１つの材料から別の材料に流れる微細な金属間または材料間の接触を指し、しばしば「aスポット」と呼ばれている。いくつかの実施形態では、コネクタもこれらの目標を達成するように設計される。
いくつかの実施形態では、電極の材料は、銀、銅、アルミニウム、炭素繊維複合材、チタン、またはそれらの合金を含むことができる。
いくつかの実施形態では、電極は、バルク媒体に電流を伝送するために使用されるケーブルの一部である。
いくつかの実施形態では、電極の形状は、特定の目標領域に適合するように、および／または電極とバルク媒体との間の接触抵抗を低減するように、および／または電磁損失を低減するように設計される。
いくつかの実施形態では、電極は円形である。
いくつかの実施形態では、電極は、バルク媒体に電流を伝送するために使用されるケーブルの端の形状である。
いくつかの実施形態では、ライン電極（例えば、長さが幅よりも大きい長方形の電極）が使用される。
いくつかの実施形態では、薄い厚さ（第３の空間次元）を有する２Ｄスプライン曲線の形状の電極が使用される。
いくつかの実施形態では、ケーブル導体をコネクタプレートと目標領域との間に挟むことによって目標領域に接続することができる。例えば、目標領域と接触するコネクタプレートの側面の一部をミル加工することができる。ケーブルの導体をこのミル加工された部分に設置することによってケーブル導体を目標領域に接続することができる。この構成により、電極コネクタプレートをケーブル導体の下にクランプまたは接着することができ、目標領域との適切な結合を確保するために接続を曲げる必要がない。
一般に、電極とコネクタのさまざまな実施と設計上の考慮事項が検討されている。
図１７は、加熱システム１００用の例示的な円形スタッド電極１７００の写真である。電極は、導電材料（例えば、アルミニウム）で作られたディスク１７１０に結合された円形接地スタッドを含み、その上に、ねじ付き導電部１７２０（例えば、アルミニウム）が取り付けられている。
いくつかの実施形態では、電極１７００を介して目標領域に接続されるケーブルの導体は、ねじ付き導電部１７２０の周りに巻き付けられ、平らに置かれ、ねじ付き導電部とディスクの両方の表面積のかなりの部分を覆う。いくつかの実施形態では、ナットおよびワッシャーをねじ付き導電部１７２０に使用して、導体をディスク１７１０に押し付け、より高い接触面積およびより低い接触抵抗を保証することができる。
いくつかの実施形態では、ワッシャー、ケーブル、およびディスク１７１０の間のエアギャップは、電気および／または熱伝導性の熱界面材料で満たされ、ケーブルからスタッド１７００への熱および／または電気伝導率の向上が保証される。
いくつかの実施形態では、円形スタッド電極１７００は、ケーブルから目標領域へ熱および電気信号を伝導するのに十分な電気的および熱的伝導性の特別に選択された接着剤によって目標領域に取り付けられる。いくつかの実施形態では、接着剤はまた、ナットおよびワッシャーにより生じるトルクに耐えるのに十分な強さも有する。
いくつかの実施形態では、コネクタは、電極とバルク媒体との間にかなりの圧縮強度が与えられるように、バルク媒体および電極に取り付けられたＵ字形の固定具である。
いくつかの実施形態では、電極およびコネクタの材料は、それらの重量を減らすように選択することができる。いくつかの実施形態では、電極の材料は、その重量を減らすことに加えて、材料を通る電気および／または熱伝導性を改善するように選択される。改善された伝導性は、ケーブルから目標領域へ流れる電流が電極を通過する電極設計（例えば、円形スタッド、ワンプレート設計）にとって有利であり得る。
いくつかの実施形態では、コネクタと電極の設計の一部として特定のエンクロージャが含まれる。例えば、このようなエンクロージャは、熱緩和および/または絶縁、電気絶縁、ＥＭＩシールド、腐食保護、耐震および耐衝撃性、耐久性、外部汚染および沈殿物からの保護などの基準を含む環境条件のために選択できる。
一般に、電極および／またはコネクタとバルク媒体との間の様々な接着構成（およびそれらの組み合わせ）が考えられている。いくつかの実施形態では、それらの構成は、電極とバルク媒体との間の接触抵抗を低減し、および／または電磁損失を低減する。
いくつかの実施形態では、電極は、ロウ付け接合を使用してバルク媒体に接続される。図１８Ａは、電極１８０２と、大きなバルク媒体１８０６の一部であるバルク媒体の目標領域１０２との間の例示的なロウ付け接合取付け１８００の概略図である。ロウ付け接合部１８０４を生成するためにロウ付け材料が使用される。例えば、低温ロウ付け溶加材（例えば、ＡＬ８０２）を使用して電極を目標領域にロウ付けし、低抵抗の接点を生成することができる。いくつかの実施形態では、酸化（ロウ付け部位での酸化アルミニウム層の形成）を軽減するために、溶加材はフラックスでコーティングされる。フラックスは、高温で酸化物を溶解し、溶加材が表面を濡らすまで表面が再酸化するのを防ぐ材料である。
いくつかの実施形態では、電極と目標領域は一緒に加圧および加温下で覆われる。 例えば、いくつかの実施形態では、電極と目標領域との間に圧縮力が加えられる。理論に拘束されることを望まなければ、圧縮力は、以下の式に従って、電極とバルク媒体との間の接触抵抗を減少させ得る。
ここで、ρは接点材料の電気抵抗率、Ｈは接点表面の溶加材のビッカース硬度、およびＦは圧縮または接触力である。
いくつかの実施形態では、機械的締結コネクタを使用して圧縮力を加えて電極とバルク媒体を接続することができる。図１８Ｂは、電極１８０２と大きなバルク媒体１８０６の一部である目標領域１０２との間の例示的な取付け構成１８２０の概略図である。中実リベット１８２２を使って圧縮力を加えて電極を目標領域に接続する。
いくつかの実施形態では、真空テープまたは類似の物を使って電極と目標領域との間の接続を加圧密閉することができる。図１８Ｃは、電極１８０２と大きなバルク媒体１８０６の一部である目標領域１０２との間の例示的な取付け構成１８４０の概略図である。電極と目標領域を接続するためにエアシールテープ１８４２が使用される。エアシールが完了した後、吸引装置を使用して電極と目標領域の間に真空を生成し、それによって2つを一緒に圧着することができる。
いくつかの実施形態では、圧縮力は、電極と目標領域を挟むクランプ、例えばＣクランプを使用して加えることができ、それらの界面での圧力を増加させることができる。
いくつかの実施形態では、圧縮力は、磁石または磁化表面を使用して加えることができる。いくつかの実施形態では、電極の面または目標領域の面のいずれかが磁化され、磁石と電極および／または接触領域との間の引力が可能になり、所望の圧縮力がもたらされる。いくつかの実施形態では、２つ以上の磁石が使用され、電極および目標領域がそれらの間に挟まれ、磁石間の引力が可能になり、所望の圧縮力がもたらされる。いくつかの実施形態では、電極の面と目標領域の面の両方が磁化され、電極と目標領域との間の引力が可能になり、所望の圧縮力がもたらされる。
いくつかの実施形態では、圧縮力は、目標領域上またはその近くの表面に接着する外部または内部の圧縮固定コネクタによって加えられ、接着強度を所望の圧縮力に変換する。いくつかの実施形態では、接着剤（例えば、硬化性接着剤）を固定具コネクタと組み合わせて使用することができる。
いくつかの実施形態では、前述の方法の１つまたは代替技術を使用して、電極を部分的にまたは全体的にバルク媒体に埋め込むことができる。
いくつかの実施形態では、電極と目標領域との間に導電性材料（例えば、グラフェン）が配置される。
いくつかの実施形態では、電極を目標領域に接続するために使用されるコネクタ材料は、強度を高めるために選択された接着剤であり、目標領域への長期の結合を確実にする。接着剤の強度は、結合領域が比較的小さく、結合領域に生じる機械的制約が比較的強い場合（例えば、Ｕ字型スタッド電極の場合）に有利であり得る。一実施形態では、電極を接着剤の塗布後に接着剤の硬化のために固定位置に保つ必要がある場合、電極を所定の位置に保つために、接着剤および機械的力を用いる内部または外部／使い捨て固定具を使用することができる。
いくつかの実施形態では、電極を目標領域に接続するために使用されるコネクタ材料も、ケーブルから目標領域への電流および熱の流れを良くするために、より高い熱伝導率および／または電気伝導率が選択される。例えば、より高い伝導率は、接着剤がケーブル／電極から目標領域へ流れる電流の経路上に位置するように使用電極が取り付けられている場合に、考慮事項になり得る（例えば、使用電極が円形スタッド電極およびワンプレート設計電極の場合）。この目的のために、いくつかの実施形態では、ナノ材料（例えば、ＣＮＴ）が電極とバルク媒体との間に配置される。いくつかの実施形態では、電極の表面および電極と接触するバルク媒体の表面の部分（例えば、目標領域）を、それらの間の「実際の」接触領域が増加するように処理することができる。
いくつかの実施形態では、上述の実施形態および他の実施形態と組み合わせて、コネクタ、電極、および目標領域の一部は、電磁損失を低減または除去する材料で覆われる。
いくつかの実施形態では、上記の方法の任意の組み合わせが任意の電極およびコネクタの実施形態とともに使用される。例えば、図１８Ｄは、電極１８０２とバルク媒体１８０６の目標領域１０２との間の例示的な組み合わせ取付け部１８６０の概略図である。この取付け部は、ロウ付けされた接合部１８０４と中実リベット１８２２を含む。
いくつかの実施形態では、所望の電流を生成するために物理的な接触が必要とれさないために、システムにコネクタ/ケーブルが必要とされない場合がある。その場合には、いくつかの実施形態では、信号のリターン経路は、調整ネットワークに戻るワイヤの追加部分とすることができる。
本明細書に記載の加熱システムの実施形態は、航空機の外皮／機体の目標領域に高周波ＡＣ電流を供給することによって（例えば、ジュール熱を発生させて）飛行機の表面から氷を溶かすための除氷／防氷装置として使用することができる。機体の目標領域で発生した熱は、機体の表面に伝導され、機体と氷の境界面を横切って氷内へ対流する。いくつか
の実施形態では、氷は完全に溶ける。いくつかの実施形態では、氷の一部（機体と直接接触する層）が溶けて、氷と機体の間に水の層が形成され、氷が滑り落ちるか、機体から機械的に除去され得る。いくつかの実施形態では、氷が存在する前に加熱が生じ、氷の形成を防止する。
の実施形態では、氷は完全に溶ける。いくつかの実施形態では、氷の一部（機体と直接接触する層）が溶けて、氷と機体の間に水の層が形成され、氷が滑り落ちるか、機体から機械的に除去され得る。いくつかの実施形態では、氷が存在する前に加熱が生じ、氷の形成を防止する。
いくつかの実施形態では、氷が溶けると、高周波ＡＣ電流が引き続き供給され、機体内でジュール熱の生成が維持され、その熱が伝導と対流によって表面上に形成された/残存する水に伝わる。
図１９～図３２は、バルク媒体加熱システムのための電磁エネルギーを搬送し供給するアセンブリの例を提供する。これらのアセンブリ（本明細書では「結合ストリップ」と称する）は、それらが取り付けられたバルク導電媒体と相まって伝送線路と同様に機能するように構成される。例えば、いくつかの実施形態では、結合ストリップの設計によって、バルク媒体自体が、伝送線路を流れる電流と同様に電流を伝導する。結合ストリップは、線路からのＡＣ信号をバルク媒体に電磁的に結合することができ、それにより、バルク媒体内に対応する電流信号を生成する。したがって、事実上、結合ストリップの設計は、バルク媒体を（結合ストリップとの組み合わせで）伝送線路としても動作させるもの、あるいはバルク媒体と結合ストリップが相まって伝送線路のように動作するシステムを形成するものということができ、そのようなものとして分析および設計することができる。
例えば、上記のように、本開示の実施形態は、導電性媒体（例えば、バルク媒体、導体）内の電流を成形する（例えば、収縮、延長など）ためのメカニズムを、例えば、表皮効果と近接効果を使って操作することによって、バルク媒体内で熱を生成するように構成することができる。どちらの効果も、加熱すべき導電性媒体に高周波ＡＣ電流を流すことに依存する。表皮効果は、交流電流（「ＡＣ」）は電流密度が導体の表面近くで最大になり、導体の深さが深くなるにつれて減少するように導体内に分布する傾向を利用して電流の流れを抑制する。近接効果は、導体に流れる既存の電流の近くに別のＡＣ電流経路を配置することにより、導体に流れる電流をさらに抑制するために使用することができる。近接効果は、電流経路を長くするようにも作用し得る。結合ストリップは、上記のシステムとプロセスに加えて、そのような効果を生成および制御するために使用することができる。例えば、結合ストリップは、上記のさまざまな電力制御システムで使用することができる。
図１９は、例示的な結合ストリップ１９００の断面図である。結合ストリップ１９００は、航空機の外皮１９０２などのバルク媒体に高周波電流信号を供給してバルク媒体を加熱するために使用することができる。結合ストリップ１９００は、バルク媒体１９０２上の第１の誘電体層１９０８、第１の誘電体層１９０８上の導電層１９０４、導電層１９０４上の第２の誘電体層１９０８、および第２の誘電体層１９０８上の導電性シールド層１９０６を含む多層構造を有する。
第１の誘電体層１９０８は、厚さＤ１を有する。導電層１９０４は、厚さＤ２を有する。第２の誘電体層１９０８は、厚さＤ３を有する。導電性シールド層１９０６は、厚さＤ４を有する。結合ストリップ１９００の全体の厚さはＤ５である。導電層１９０４は、銅、銅合金（例えば、真ちゅうまたは青銅）、銀、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、クロム、ニッケル、ニッケル合金、コバルト合金、耐食鋼、グラファイト、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない導電性材料から作ることができる。導電性シールド層１９０６は、銅、銅合金（例えば、真ちゅうまたは青銅）、銀、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、クロム、ニッケル、ニッケル合金、コバルト基合金、耐食鋼、グラファイト、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない導電性材料から作ることができる。いくつかの実施形態では、導電性シールド層１９０６は、金属箔（例えば、銅箔またはアルミ箔）または編組金属層として形成することができる。誘電体層１９０８は、カプトン、マイラー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ゴム、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない誘電体材料から作ることができる。
いくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００は、導電性シールド層の上に保護層を含む。例えば、保護層は、ポリウレタン、ポリフルオリド、塗料、塗料代替フィルム、シーラント、またはそれらの組み合わせの１つまたは複数の層を含むことができるが、これらに限定されない。
図２０に示されるように、結合ストリップ１９００は、航空機の外皮２０００（例えば、翼）などのバルク媒体の表面に配置され、バルク媒体に電流を供給し、バルク内の電流の流れを生成および成形してバルク媒体を加熱することができる。結合ストリップ１９００は、航空機の外皮２０００の表面に沿って延在し、互いに間隔を置いて配置される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の結合ストリップ１９００は、結合ストリップ（例えば、導電層１９０４）の少なくとも一部をバルク媒体１９０２に導電的に結合する短絡終端を含む。例えば、結合ストリップ１９００は、上述の如き電極で終端し、そこに含まれる導電層１９０４とバルク媒体１９０２との間に閉路（例えば、短絡）を形成することができる。結合ストリップ１９００の終端は、電流が供給される端と反対側（例えば、電源入力端の反対側）のストリップの遠端である。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の結合ストリップ１９００は、開路で終端する。開路終端とは、結合ストリップ１９００の終端が開路のままであり、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかを介して電気的接地に接続されてないことを意味する。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の結合ストリップ１９００は、結合ストリップ１９００とバルク媒体１９０２との間に接続されたインピーダンス調整コンポーネント（例えば、回路要素）で終端する。例えば、結合ストリップ１９００は、容量性、抵抗性、または誘導性終端で終端することができる。例えば、コンデンサ、インダクタ、または抵抗器などの回路要素は、結合ストリップ１９００の導電層１９０４とバルク媒体１９０２との間に接続することができる。
図１９および図２０を参照すると、電力制御システム（例えば、上記の電力制御システム１０４）は、各結合ストリップに電流を供給するために、各結合ストリップの一端に結合される。例えば、電力制御システムからの電源ラインは、各キャリアストリップ１９００の導電層に結合することができ、バルク媒体１９０２（例えば、航空機外皮２０００）の一方または両方を電気的接地に結合することができる。
電力制御システムは、各キャリアストリップ１９００にＡＣ電流を供給する。例えば、電力制御システムは、１ｋＨｚ～４５０ＭＨｚの周波数でＡＣ電流を提供することができる。いくつかの実施形態では、周波数は１ＭＨｚ～４５０ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、周波数は１ｋＨｚ～１ＭＨｚである。電力制御システムは、各結合ストリップ１９００に０．１アンペア～２００アンペアのＡＣ電流を供給するように構成することができる。例えば、電力制御システムの電源および結合ストリップ１９００の電気的配置は、各結合ストリップ１９００に所望の量の電流（例えば、０．１アンペア～２００アンペア）を供給するように構成することができる。一つの一般的な例として、結合ストリップ１９００が互いに直列に電力制御システムに結合される場合、各結合ストリップ１９００に１００アンペアの電流を供給するために１００アンペアの電源を使用することができる。１０個の結合ストリップ１９００が互いに並列に電力制御システムに結合される場合、１００アンペアの電源を使用して、各結合ストリップ１９００に１０アンペアの電流を供給することができる。この例は、各結合ストリップのインピーダンスは同じであることに注意されたい。以下で説明するように、結合ストリップ１９００のインピーダンスは、結合ストリップ間の電流分布を特定の加熱用途に望まれるまたは必要とされるように制御するために、様々な方法で調整することができる。
航空機外皮１９０２を加熱するためのＡＣ電流は、導電層１９０４を通して提供される。導電層１９０４を通して提供されるＡＣ電流は、図２２Ａ－図２２Ｂに示されるように、航空機外皮１９０２内に（例えば、電磁容量および誘導結合によって）対応する電流を生成する。図２２Ａ～図２２Ｂは、導電性バルク媒体１９０２に取り付けられた例示的な結合ストリップ１９００の動作をシミュレートする電磁有限要素解析（ＦＥＡ）の出力プロット図を示す。バルク媒体１９０２（例えば、航空機の外皮としてシミュレートされる）、導電層１９０４、および導電性シールド層１９０６は、図２２Ａに示されるプロット図に示されている。図２２Ｂには、結合ストリップ１９００の個々の構成要素は示されておらず、結合ストリップ１９００（一般的に描かれている）およびバルク媒体１９０２のみが示されている。両プロット図に２２０６で示される領域は、背景環境（大気など）を表す。両プロット図は、バルク媒体１９０２に誘導され陰影領域２２０４で示されている電流の正規化密度（A/ｍ2）を示す。バルク媒体１９０２の電流密度は、バルク媒体１９０２の表面近くの狭い領域で最大である。さらに、図２２Ａのプロット図は、結合ストリップ１９００の誘電体層内の正規化電界強度（ライトグレーのスケール領域２２０２）を示す。特に、導電性シールド層１９０６は、導電層１９０４を通過する電流によって生成される電界から周囲環境２２０６を遮蔽し、例えば、電磁放射を低減または除去し、結合ストリップ１９００を外部電磁干渉から保護する。バルク媒体１９０２は、例えば、電界を最小化または遮断してシールド層としても機能する。したがって、導電性シールド層１９０６とバルク媒体１９０２は、結合ストリップ１９００の実施形態において、電界を結合ストリップ１９００内（例えば、導電性シールド層１９０６とバルク媒体１９０２との間）に封じ込めるのに役立ち得る。この効果は、加熱システムと他の近くの電気部品との間の電磁干渉を低減または防止する。バルク媒体１９０２と組み合わせた結合ストリップ１９００の実施形態は、ストリップラインタイプの伝送線路に匹敵する動作性能を達成することができる。
再び図１９を参照すると、バルク媒体へのキャリアストリップ１９００の加熱効果、および各結合ストリップ１９００のインピーダンスは、キャリアストリップの特性、例えば、様々な層１９０４、１９０６、および１９０８の厚さ、導電層の幅、導電層のレイアウト、各層の材料（それらの誘電率と導電率特性を含む）などを変更することによって、またはインピーダンス調整要素（コンデンサ、インダクタ、抵抗など）を含めることによって、調整することができる。さらに、バルク媒体１９０２に生成される電流の加熱効果は、上記のように、バルク媒体１９０２を通過する加熱電流の近接効果および経路を調整するのにも役立つこれらの特性を変化させることによって変更することもできる。
例えば、層１９０４、１９０６、１９０８のそれぞれは、一般に０．１ミルから１インチの間、またはいくつかの実施形態では、０．５ミルから１０ミルの間の範囲のそれぞれの厚さ（Ｄ１～Ｄ４）で形成することができる。いくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００は、導電層１９０４をバルク媒体１９０２から、および導電層１９０４を導電性シールド層１９０６から、異なる距離離して形成することができる。いくつかの実施形態では、これらの距離は比率で関連付けられる。例えば、結合ストリップ１９００は、誘電体層１９０８の相対的な厚さＤ１およびＤ３が比率で関連付けられるように形成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、Ｄ１：Ｄ３の比率を１：１から１：５の範囲にすることができる。比率Ｄ１：Ｄ３は、例えば、所定の用途に所望の電流密度および／またはインピーダンス値を得るために、他の実施形態では１：１から５：１の範囲に逆転させることができる。一つの例示的な実施形態では、Ｄ１は３ミル、Ｄ２は１ミル、D３は３ミル、およびD４は１ミルである。別の例示的な実施形態では、D１は７．２ミル、D２は１．４ミル、D３は２．４ミル、D４は１．４ミルである。さらに別の例示的な実施形態では、D１は１０００ミル、Ｄ２は５０ミル、D３は５００ミル、およびＤ４は５０ミルである。さらに別の例示的な実施形態では、Ｄ１は１０ミル、Ｄ２は２．５ミル、Ｄ３は５０ミル、およびＤ４は２．５ミルである。さらに別の例では、D１は２．４ミル、D２は１．４ミル、D３は７．２ミル、D４は１．４ミルである。さらに他の例では、Ｄ１は１７．６ミル、Ｄ２は９．８ミル、Ｄ３は２４．５ミル、およびＤ４は９．８ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１００ミル、Ｄ２は２０ミル、Ｄ３は２５０ミル、およびＤ４は２０ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は５．５ミル、Ｄ２は２．５ミル、Ｄ３は９．０ミル、およびＤ４は２．５ミルである。さらに他の例では、Ｄ１は１．５インチ、Ｄ２は０．２５インチ、Ｄ３は２．２インチ、およびＤ４は０．２５インチである。さらに別の例では、Ｄ１は３．８ミル、Ｄ２は２ミル、Ｄ３は３．８ミル、およびＤ４は２ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は２．９ミル、Ｄ２は１．５ミル、Ｄ３は５．８ミル、およびＤ４は２．５ミルである。さらに他の例では、Ｄ１は５ミル、Ｄ２は２．５ミル、Ｄ３は２５ミル、およびＤ４は１．５インチである。さらに別の例では、Ｄ１は１１ミル、Ｄ２は３ミル、Ｄ３は５．５ミル、およびＤ４は３ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は２１ミル、Ｄ２は１．５ミル、Ｄ３は７ミル、およびＤ４は２．５ミルである。さらに他の例では、Ｄ１は１０ミル、Ｄ２は２．５ミル、Ｄ３は２ミル、およびＤ４は２．５インチである。さらに他の例では、Ｄ１は４．５インチ、Ｄ２は０．２５インチ、Ｄ３は１．５インチ、およびＤ４は０．２５インチである。別の例では、D１は３ミル、D２は１ミル、D３は3ミル、Ｄ４は1ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１０．２ミル、Ｄ２は３．５ミル、Ｄ３は４０．８ミル、およびＤ４は２．５ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は４．８ミル、Ｄ２は０．５ミル、Ｄ３は１４．４ミル、およびＤ４は０．５ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１５ミル、Ｄ２は１．４ミル、Ｄ３は３ミル、Ｄ４は１．４ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１１３ミル、Ｄ２は１０ミル、Ｄ３は２８．２５ミル、およびＤ４は１０ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１２７ミル、Ｄ２は５ミル、Ｄ３は２５４ミル、およびＤ４は１０ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は５３ミル、Ｄ２は１２ミル、Ｄ３は１５９ミル、およびＤ４は１２ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１３ミル、Ｄ２は１．４ミル、Ｄ３は２．６ミル、Ｄ４は１．４ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は２３ミル、Ｄ２は４ミル、Ｄ３は４６ミル、およびＤ４は４ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１１．５ミル、Ｄ２は２．８ミル、Ｄ３は５７．５ミル、およびＤ４は２．８ミルである。さらに別の例では、Ｄ１は１０ミル、Ｄ２は１．４ミル、Ｄ３は２．５ミル、Ｄ４は１．４ミルである。
さらに、導電層１９０４の幅は、一般に、層全体で数インチまたは数ミルの範囲であり得る。図２１は、結合ストリップ１９００内の導電層１９０４の様々な構成を説明するために、いくつかの例示的な結合ストリップ（実施例１～９）の上面図を示す。図２１の結合ストリップ１９００は、例示のために、導電層１９０４の上の層（例えば、第２の誘電体層および導電性シールド層）が除去された状態で示されている。導電層１９０４の断面積は、その長さに沿って変化させることができる。例えば、導電層１９０４の幅は、結合ストリップ１９００のインピーダンスを調整し、場合によっては、バルク媒体および導電層の電流密度を調整するために、その長さに沿って変化させることができる。実施例１～９は、結合ストリップ１９００の導電層１９０４のいくつかの例示的な幅変化パターンを示す。例えば、結合ストリップ１９００を横切る導電層１９０４の幅は、最大幅と最小幅との間で変化し得る。いくつかの実施形態では、最大幅は最小幅のわずか１．５倍程度である。他の実施形態では、最大幅は最小幅の１００倍にもなる。例えば、実施例１に示される導電層１９０４の幅は、その最大位置（例えば、上端）で１．５インチであり、その最狭位置（例えば、下端）で１インチであり得る。別の例では、実施例１に示される導電層１９０４の幅は、その最大位置（例えば、上端）で１インチであり、その最狭位置（例えば、下端）で１０ミルであり得る。
いくつかの実施形態では、導電層１９０４の厚さは、その長さに沿って変化し得る。例えば、導電層１９０４の幅は、結合ストリップ１９００のインピーダンスを調整するためにその長さに沿って変化し得る。いくつかの実施形態では、導電層１９０４の厚さおよび幅および材料の両方がその長さに沿って変化し得る。
いくつかの実施形態では、結合ライン１９００のインピーダンスは、導電層１９０４の長さに沿った１つまたは複数の場所にインピーダンス調整コンポーネント（例えば、コンデンサ、インダクタ、および抵抗器）を含めることによって調整することができる。例えば、導電層を長さに沿っていくつかのセグメントに分割し、それらのセグメントを１つまたは複数のインピーダンス調整コンポーネントで接続することができる。例えば、図２1の結合ストリップの実施例４を参照すると、導電層１９０４は、領域２１０２で２つのセグメントに分割することができ、インピーダンス調整コンポーネント（例えば、コンデンサ、インダクタ、抵抗器、またはそれらの組み合わせ）を各セグメント間に電気的に接続することができる。あるいは、またはさらに、インピーダンス調整構成要素を、導電層１９０４とバルク媒体１９０２または導電性シールド層１９０６のいずれかとの間のシャント要素として、導電層に接続することができる。
いくつかの実施形態では、導電性シールド層１９０６の幅、厚さ、または両方を、結合ストリップ１９００の長さに沿って変えることができる。いくつかの実施形態では、誘電体層１９０８の幅、厚さ、または両方を、結合ストリップ１９００の長さに沿って変えることができる。例えば、いくつかの実施形態では、導電層１９０４、誘電体層１９０８、および導電性シールド層１９０６の断面積を、ストリップ１９００の長さに沿って変えることができる。
図２３は、結合ストリップ１９００内の導電層１９０４のいくつかの例示的な配置のレイアウト図（レイアウトＡ－Ｅ）を示す。最初に、直線配置（図２１に示される）では、導電層１９０４は、結合ストリップの長さに沿って直線的に延びる。レイアウトＡ－Ｅは、導電層１９０４が非直線パターンまたは経路に沿って延びるように配置された結合ストリップ１９００を示す。具体的には、図２３に示される例は、様々な異なる蛇行パターンに配置された導電層１９０４を示している。図示された蛇行パターンは、導電層１９０４のセグメントが結合ストリップ１９００の幅方向に互いに並んで位置する。そのような配置は、導電層１９０４の所望の全長を維持しながら、結合ストリップ１９００の全長を短縮することを可能にする。いくつかの用途では、異なる結合ストリップ１９００の導電層１９０４に対して比較的均一な長さを維持することは、異なる長さの結合ストリップ１９００の間で一貫したインピーダンスを維持するのに役立つ。例えば、レイアウトＡおよびＢのそれぞれにおいて、導電層１９０４は、同じ全長に形成することができる。しかしながら、レイアウトＢの結合ストリップ１９００の全長は、（例えば、図２１に示されるような）直線配置の導電層を有する結合ストリップ１９００の長さの半分に短縮することができる。同様に、レイアウトＣの結合ストリップ１９００の全長は、直線配置の導電層を備えた結合ストリップ１９００の長さの３分の１に短縮することができる。さらに、短い長さの結合ストリップ１９００は、航空機本体の空間的に制約のある場所に配置することができる。例えば、レイアウトＡ～Ｅに従って配置された導電層を有する結合ストリップ１９００は、直線導電層の配置を備えた結合ストリップ１９００が長すぎて適合し得ない翼の狭い領域（例えば、翼端）に配置することができる。
各レイアウトＡ～Ｅは、入力端２３０２から終端２３０４までの非直線経路に沿って配置された導電層１９０４を有する結合ストリップ１９００を示す。レイアウトＡは、２重配置の導電性層１９０４を有する結合ストリップ１９００を示す。レイアウトＡの導電層１９０４は、例えば、入力端２３０２から終端２３０４までＵ字形の経路に沿って互いに並んで配置された２つのセグメントを含む。図２４Ａは、レイアウトＡによる結合ストリップ１９００のＡ－Ａ′線上の断面図を示す。
レイアウトＢは、３重配置の導電層１９０４を備えた結合ストリップ１９００を示している。レイアウトＢの導電層１９０４は、例えば、入力端２３０２から終端２３０４までＳ字形の経路に沿って互いに並んで配置された３つのセグメントを含む。図２４Ｂは、レイアウトＢによる結合ストリップ１９００のＢ－Ｂ′線上の断面図を示す。
レイアウトＣおよびＤは、４重配置の異なる導電層１９０４を備えた結合ストリップ１９００を示している。レイアウトＣおよびＤのそれぞれの導電層１９０４は、互いに並んで配置された４つのセグメントを含む。レイアウトＣでは、導電層１９０４のセグメントは、例えば、入力端２３０２から終端２３０４まで、Ｍ字形の経路（またはＷ字形の経路）に配置される。レイアウトＤでは、導電層１９０４のセグメントは、例えば、２重配置を折り返えして並べたものとして配置される。同様の技術を３重配置の導電層１９０４にも適用してそれを折り返して並べて配置することもできる。図２４Ｃは、レイアウトＣおよびレイアウトＤによる結合ストリップ１９００のＣ－Ｃ′線上の断面図を示す。
レイアウトＥは、導電層１９０４のより一般的な配置を示している。例えば、レイアウトＥは、異なる幅の複数のセグメントが互いに並んで配置されている導電層１９０４の例を示している。さらに、いくつかの実施形態では、導電層１９０４は、レイアウトＥに示されるように、セグメント間の様々な位置でセグメント間の相互接続２３０６を含むことができる。いくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００はまた、複数の信号入力端２３０２を含み得る。
図２５Ａは、結合ストリップ１９００をバルク媒体１９０２に取り付けるための例示的な構成の断面図を示す。図２５Ａは、底面取付け構成を示している。底面取付け構成では、結合ストリップ１９００の底面（例えば、底部誘電体層）とバルク媒体１９０２の表面との間に接着材２５０２が配置される。例えば、接着材は、両面接着剤の層（例えば、両面テープなど）、樹脂、またはエポキシとし得るが、これに限定されない。
図２５Ｂは、結合ストリップ１９００をバルク媒体１９０２に取り付けるための別の例示的な構成の断面図を示す。図２５Ｂは、上面取付け構成を示している。上面取付け構成では、接着剤層２５０４が結合ストリップ１９００の上に塗布されて、結合ストリップ１９００を航空機の外皮１９０２に取り付ける。接着剤層２５０４は、例えば、接着剤塗膜、接着フィルム、またはテープとし得る。
図２６Ａは、バルク媒体１９０２に設置する前の両面接着底面層を備えた結合ストリップ１９００の断面図であり、図２６Ｂは、バルク媒体１９０２上に設置された図２６Ａの結合ストリップ１９００の断面図である。底面取付け構成などのいくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００は接着底面層２６０８を含む。接着底面層は、両面接着材（例えば、両面テープ）から形成することができる。このような実施形態では、両面接着材は、下部誘電体層（例えば、図１９の下部誘電体層１９０８）として機能することができる。いくつかの実施形態では、接着底面層２６０８は、例えば、下部誘電体層１９０８の底面に塗布された接着剤塗膜または接着フィルムとし得る。設置前に、接着底面層２６０８を有する結合ストリップ１９００は、接着底面層２６０８上にライナー２６１０を含み得る。ライナー２６１０は、例えば、剥離層とし得る。例えば、ライナー２６１０は、設置前に接着底面層２６０８を保護し得る。設置時に、ライナー２６１０は接着底面層２６０８から除去してその接着面を露出させ、結合ストリップ１９００をバルク媒体１９０２の表面に取り付けることができる。
いくつかの実施形態では、誘電体層１９０８を導電層１９０４に取り付けるため、および／または導電性シールド層１９０６を誘電体層１９０８に取り付けるために、１つまたは複数の接着層２６０４および２６０６を含めることができる。いくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００は、導電性シールド層１９０６の上に保護層２６０２を含む。例えば、保護層２６０２は、ポリウレタン、ポリフルオリド、塗料、塗料代替フィルム、シーラント、またはそれらの組み合わせの１つまたは複数の層を含むことができるが、これらに限定されない。
いくつかの用途では、非導電性のバルク媒体を加熱する必要があり得る。そのような場合には、本明細書に記載の加熱システムおよび結合ストリップは、そのような場合に非導電性バルク媒体を加熱するように変更することができる。例えば、埋め込み層を結合ストリップ加熱システムとともに使用して、非導電性バルク媒体を加熱することができる。
図２７Ａ～２７Ｆは、埋め込み結合ストリップの様々な実施形態の断面図を示す。図２７Ａは、図１９の結合ストリップ１９００と同様の結合ストリップ２７００を示す。結合ストリップ１９００と同様に、結合ストリップ２７００は、バルク媒体１９０２上の第１の誘電体層１９０８、第１の誘電体層１９０８上の導電層１９０４、導電層１９０４上の第２の誘電体層１９０８、および第２の誘電体層１９０８上の導電性シールド層１９０６、および任意選択の、導電性シールド層１９０６上の保護層２７０６を含む多層構造を有する。保護層２７０６は、上述の保護層２６０２と同様である。結合ストリップ２７００は、非導電性バルク媒体２７０２の表面に取り付けられ、非導電性バルク媒体２７０２はその中に埋め込まれたバルク導電材料２７０４を含むという点で、結合ストリップ１９００とは異なる。例えば、バルク導電材料２７０４は、金属箔、金属テープとして、または非導電性バルク媒体２７０２内に埋め込まれた金属層として形成することができる。例えば、非導電性バルク媒体２７０２は、非導電性バルク媒体２７０２の層間に配置されたバルク導電材料２７０４を有する層状材料（例えば、炭素繊維複合体、ガラス繊維複合体、またはケブラー複合体）であり得る。バルク導電材料２７０４は、銅、銅合金（例、真ちゅうまたは青銅）、銀、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、クロム、ニッケル、ニッケル合金、コバルト基合金、耐食鋼、グラファイト、またはそれらの組み合わせなどの導電層から作ることができるが、それらに限定されない。
図２７Ａ～２７Ｆに示される例のそれぞれにおいて、結合ストリップ２７００の導電層１９０４を通過したＡＣ電流は、非導電性バルク媒体２７０２ではなくバルク導電材料２７０４に加熱電流を生成する。次に、バルク導電材料２７０４で生成された熱は、（例えば、熱伝導により）非導電性バルク媒体２７０２内に伝導する。いくつかの例では、非導電性バルク媒体が多少の導電性挙動を示す場合、バルク導電性材料層に加えて、非導電性部分でも熱が発生する。
図２７Ｂは、保護層２７０６、導電層１９０４、および誘電体層１９０８のみを含む結合ストリップ２７００の実施形態を示す。結合ストリップ２７００は、導電層１９０４の上に保護層２７０６が配置され、誘電体層１９０８の上に導電層１９０４が配置されている。誘電体層１９０８は、埋め込みバルク導電材料２７０４から、非導電性バルク媒体２７０２の一部によって分離されている。
図２７Ｃは、非導電性バルク媒体２７０２内に埋め込まれた導電層１９０４を含む結合ストリップ２７００の実施形態を示す。図２７Ｃの結合ストリップ２７００は、保護層２７０６、導電性シールド層１９０６、誘電体層１９０８、および導電層１９０４を含む。結合ストリップ２７００は、保護層２７０６、導電性シールド層１９０６、および誘電体層１９０８が導電層１９０４の上に配置されている。導電層１９０４は、非導電性バルク媒体２７０２内に埋め込まれ、非導電性バルク媒体２７０２の一部によって導電性バルク材料２７０４から離間されている。例えば、導電層１９０４とバルク導電材料２７０４は、それぞれ非導電性バルク媒体２７０２の異なる層の間に配置することができる。
図２７Ｄは、図２７Ｃに示される結合ストリップ２７００の変形例を示すが、保護層２７０６、導電性シールド層１９０６、および誘電体層１９０８は存在しない。
図２７Ｅは、図２７Ｄに示される結合ストリップ２７００の変形例を示し、導電層１９０４とバルク導電材料２７０４の幾何学的配置が逆になっている。すなわち、図２７Ｅに示される結合ストリップ２７００の配置では、バルク導電材料２７０４が、導電層１９０４よりも非導電性バルク媒体２７０２の表面の近くに配置されている。
図２７Ｆは、非導電性バルク媒体２７０２内に埋め込まれた導電層１９０４および導電性シールド層１９０６を含む結合ストリップ２７００の実施形態を示す。図２７Ｆに示される結合ストリップ２７００では、非導電性バルク媒体２７０２の部分（例えば、非導電性バルク媒体２７０２の層）が、導電層１９０４を導電性シールド層１９０６およびバルク導電材料２７０４から分離している。非導電性バルク媒体２７０２が図１９に示される結合ストリップ１９００内の誘電体層１９０８と同様の目的を果たしている。
図２８は、結合ストリップコネクタ２８０２の１つの実施形態の図を示す。図２８０５は、コネクタ２８０２の回路図である。コネクタ２８０２は、統合インピーダンス調整ネットワーク２８０４を含む。インピーダンス調整ネットワーク２８０４は、入力信号インターフェース２８０６と結合ストリップ１９００との間に電気的に結合される。例えば、入力信号インターフェース２８０６は、同軸ケーブル接続であり得る。入力信号インターフェース２８０６の入力端子２８１０（例えば、同軸ケーブル接続の中心ワイヤ）は、配線２８０８によって結合ストリップ１９００の導電層１９０４に結合される。入力信号インターフェース２８０６の接地端子２８１４（例えば、同軸ケーブル接続のシールド）は、１つまたは複数の配線２８１２によって、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層１９０６の一方または両方に結合される。
インピーダンス調整ネットワーク２８０４は、結合ストリップ１９００の入力インピーダンスを、入力信号インターフェース２８０６で測定される所望のレベルに調整するように構成される。インピーダンス調整ネットワーク２８０４は、固定または可変インピーダンス調整ネットワークとし得る。例えば、インピーダンス調整ネットワーク２８０４は、図１２－図１５Ｂを参照して説明したインピーダンス調整ネットワークのいずれかとして実装し得る。図２８０５において、インピーダンス調整ネットワーク２８０４は、接地と結合ストリップ１９００の導電性シールド層１９０６およびバルク媒体１９０２（または非導電性バルク媒体用に実装された場合のバルク導電材料２７０４）のいずれか一方または両方との間に接続された並列コンデンサＣ１として実装される。
図２９は、結合ストリップコネクタ２９０２の別の実施形態の図を示す。コネクタ２９０２は、例えば、複数の結合ストリップ１９００を一緒にチェーン結合するための２つの入力信号インターフェース２９０６Ａおよび２９０６Ｂを含む。図２９０５は、コネクタ２９０２の回路図である。コネクタ２９０２は、統合インピーダンス調整ネットワーク２９０４を含む。インピーダンス調整ネットワーク２９０４は、入力信号インターフェース２９０６Ａ、２９０６Ｂと結合ストリップ１９００との間に電気的に結合された直列および並列インピーダンス調整要素２９０４Ａ、２９０４Ｂおよび２９０４Ｃを含む。例えば、入力信号インターフェース２９０６Ａおよび２９０６Ｂは、同軸ケーブル接続であり得る。入力信号インターフェース２９０６Ａ、２９０６Ｂのそれぞれの入力端子２９１０は、結合ストリップ１９００の導電層１９０４に結合され、配線２９０８によって互いに結合される。入力信号インターフェース２９０６Ａ、２９０６Ｂのそれぞれの接地端子２９１４は、１つまたは複数の配線２９１２によって、結合ストリップ１９００のバルク媒体１９０２または導電性シールド層１９０６の一方または両方に結合される。
図２９０５において、インピーダンス調整ネットワーク２９０４は、接地と結合ストリップ１９００の導電性シールド層１９０６およびバルク媒体１９０２（または非導電性バルク媒体用に実装された場合のバルク導電性材料２７０４）のいずれかまたは両方との間に接続された直列コンデンサＣ１および２つのシャントコンデンサＣ２、Ｃ３として実装される。
図３０は、本開示の実施形態による結合ストリップ１９００を用いる第１の例示的なバルク媒体加熱システム３０００のブロック図である。加熱システム３０００は、互いに間隔を置いて配置され、バルク媒体１９０２（例えば、航空機の翼）に取り付けられた複数の結合ストリップ１９００を含む。各結合ストリップ１９００は、電力制御システム３００２に接続されている。電力制御システム３００２は、上述の電力制御システム１０４の実施形態のいずれかとして実装することができる。電力制御システム３００２は、各ストリップにＡＣ電流を供給する。
各結合ストリップ１９００の一端（本明細書では「入力端」と呼ばれる）は、コネクタ３００４を介して電力制御システム３００２に結合される。図示の例では、各結合ストリップ１９００の反対側の端（本明細書では、「終端」）は、開路終端３００６または閉路終端３００８のいずれかを有する。結合ストリップ１９００は、隣接する結合ストリップ１９００の各対が異なるタイプの終端を有する交互のパターンで配置される。例えば、各隣接対の一方の結合ストリップ１９００は、その終端に開路終端３００６を備え、他方の結合ストリップ１９００は、その終端に閉路終端３００８を備える。開路終端３００６は、その結合ストリップ１９００の終端は開路のままであり、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかを介して電気的接地に接続されていないことを示す。いくつかの実施形態では、閉路終端３００８は、結合ストリップ１９００の導電層と、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれか一方または両方との間の短絡開路である。いくつかの実施形態では、閉路終端３００８は容量性終端であり、コンデンサが結合ストリップ１９００の導電層と電気的接地との間に接続される。例えば、コンデンサが、結合ストリップ１９００の導電層と、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかとの間に接続される。いくつかの実施形態では、閉路終端３００８は誘導終端であり、インダクタが結合ストリップ１９００の導電層と電気的接地との間に接続される。例えば、インダクタが結合ストリップ１９００の導電層とバルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかとの間に接続される。いくつかの実施形態では、閉路終端３００８は抵抗終端であり、抵抗器が結合ストリップ１９００の導電層と電気的接地との間に接続される。例えば、抵抗器は、結合ストリップ１９００の導電層と、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかとの間に接続される。
電力制御システム３００２に所望の入力インピーダンスを提供するため、バルク媒体１９０２全体に所望の加熱分布を提供するため、またはそれらの組み合わせを提供するために、相補的な終端タイプを隣接する結合ストリップ１９００に適用することができる。例えば、結合ストリップ１９００は、相補的な終端タイプを有する隣接する結合ストリップ１９００のパターンでバルク媒体１９０２上に設置することができる。例えば、隣接する結合ストリップ１９００の終端は、開路終端３００６と短絡終端（例えば、短絡として実装された閉路終端３００８）との間で交互にすることができる。別の例では、隣接する結合ストリップ１９００の終端は、容量性終端として実装された閉路終端３００８と誘導性終端として実装された閉路終端３００８との間で交互にすることができる。
図３１は、本開示の実施形態による結合ストリップ１９００を用いる第２の例示的なバルク媒体加熱システム３１００のブロック図である。加熱システム３１００は上記の加熱システム３０００と同様であるが、各結合ストリップ１９００の終端に取り付けられた可変終端３１０６を駆動するように構成された制御システム３１０２が付加されている。可変終端３１０６は、切り替え可能な終端を含む。いくつかの実施形態では、可変終端３１０６は、短絡終端と開路終端との間で切り替わるように構成されている。例えば、可変終端３１０６は、結合ストリップ１９００の導電層と電気的接地との間に結合された制御可能なスイッチを含む。制御可能なスイッチは、電子スイッチ（例えば、トランジスタ、パワーダイオード、サイリスタ、シリコン制御整流器など）または機械的スイッチ（例えば、リレー）として実装することができる。例えば、制御可能スイッチは、結合ストリップ１９００の導電層とバルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかとの間に接続される。制御システムの出力は、制御可能スイッチの制御端子に結合される。
各結合ストリップ１９００の終端は、制御可能なスイッチを開閉することによって（または電子スイッチをオフまたはオンにすることによって）、開路と短絡回路との間で変えることができる。例えば、制御システム３１０２は、結合ストリップ１９００の可変終端３１０６の動作を制御し、制御可能なスイッチを操作することによって、結合ストリップ１９００の終端タイプを必要に応じて変更してバルク媒体１９０２を加熱する。システム３１０２は、各結合ストリップの可変終端３１０６を独立して制御することができる。いくつかの実施形態では、制御システム３１０２は、結合ストリップの可変終端３１０６のグループ（例えば、ペアまたはより大きなグループ）を互いに同期して制御することができる。いくつかの実施形態では、制御システム３１０２は、１つ以上の結合ストリップ１９００の可変終端３１０６を、一定の間隔で、例えば一定の動作サイクルで、切り替え制御することができる。可変終端３１０６を切り替えるための動作サイクルは、０．０１Ｈｚから１００Ｈｚの範囲とし得る。
いくつかの実施形態では、制御システム３１０２は、可変終端３１０６を開路終端と閉路終端との間で交互に切り替えることによって、可変終端３１０６の動作を制御する。例えば、制御システム３１０２は、動作サイクルの前半の間に、可変終端３１０６の半分を短絡終端に切り替え、可変終端３１０６の半分を開路終端に切り替える。次に、動作サイクルの後半の間、制御システム３１０２は、可変終端３１０６を、開路終端であった終端が閉路終端に及びその逆に切り替えられるように制御する。可変終端３１０６を切り替えるための動作サイクルは、０．０１Ｈｚから１００Ｈｚの範囲とし得る。
いくつかの実施形態では、隣接する結合ストリップ１９００の各対の可変終端３１０６は、反対のタイプの終端を維持するように制御される。すなわち、制御システム３１０２は、動作サイクルの半分ごとに交互に、各隣接対の一方の結合ストリップ１９００の終端が開路として構成され、その対の他方の結合ストリップ１９００の終端が閉路として構成されるように、可変終端３１０６を制御する。
制御システム３１０２は、可変終端３１０６の動作を制御するように構成された１つまたは複数のプロセッサまたはマイクロコントローラを備えたコンピューティングデバイスとし得る。例えば、制御システム３１０２はメモリ格納命令（例えば、ソフトウェアコード）を含み、該命令は制御システム３１０２により実行されるとき、可変終端３１０６内の制御可能なスイッチに適切な制御信号を提供する。いくつかの実施形態では、電力制御システム３００２および制御システム３１０２は、共通の電力および制御システムに統合され得る。
いくつかの実施形態では、可変終端３１０６は、容量性終端と誘導性終端を切り替えるように構成される。例えば、制御可能なスイッチは、結合ストリップ１９００の導電層を接地に接続されたコンデンサに結合するか、結合ストリップ１９００の導電層を接地に接続されたインダクタに結合するかを切り替えるように構成することができる。上述したように、接地は、バルク媒体１９０２または結合ストリップ１９００の導電性シールド層のいずれかを通して行うことができる。さらに、そのような実施形態では、制御システム３１０２を上記のように操作して、可変終端３１０６を導電性終端と誘導性終端との間で交互に切り替えることができる。
他の実施形態では、可変終端３１０６は、異なる終端タイプの間で、例えば、開路終端と容量性終端の間で、短絡終端と誘導性終端の間で、開路終端と誘導性終端の間で、短絡終端と容量性終端の間で、開路終端と抵抗性終端の間で、短絡終端と抵抗性終端の間で、またはそれらの他の組み合わせの間で切り替えるように変更することができる。
図３２は、本開示の実施形態による結合ストリップを用いる第３の例示的なバルク媒体加熱システム３２００のブロック図である。加熱システム３２００は、隣接する結合ストリップ１９００を交互に駆動するように構成されている。加熱システム３２００は、上記の加熱システム３０００と同様であるが、各結合ストリップの入力端に取り付けられた切り替え可能コネクタ３２０４を駆動するように構成された制御システム３２０２が付加されている。切り替え可能コネクタ３２０４は、関連する結合ストリップ１９００を電力制御システム３００２に接続および切断するように配置された制御可能スイッチを含む。制御可能スイッチは、電子スイッチ（例えば、トランジスタ、電力ダイオード、サイリスタ、シリコン制御整流器など）または機械式スイッチ（例：リレー）として実装することができる。例えば、制御可能なスイッチは、結合ストリップ１９００の導電層と切り替え可能コネクタ３２０４の入力端子との間に接続される。制御システムの出力は、制御可能スイッチの制御端子に結合される。
制御システム３２０２は、切り替え可能コネクタ３２０４の動作を制御して、結合ストリップ１９００を電力制御システム３２０２と交互に接続および切断し、結合ストリップ１９００を効果的にオンおよびオフにする。例えば、制御システム３２０２は、切り替え可能コネクタ３２０４を制御して、結合ストリップ１９００を交互にオンおよびオフにすることができる。例えば、制御システム３２０２は、制御可能スイッチを操作することによって、結合ストリップ１９００の切り替え可能コネクタ３２０４の動作を制御して、バルク媒体１９０２を加熱するために結合ストリップ１９００を必要に応じてオンおよびオフにする。 いくつかの実施形態では、制御システム３１０２は、各結合ストリップの可変終端３１０６を独立して制御することができる。いくつかの実施形態では、制御システム３１０２は、結合ストリップのグループ（例えば、ペアまたはより大きなグループ）の可変終端３１０６を互いに同期して制御することができる。いくつかの実施形態では、制御システム３１０２は、１つ以上の結合ストリップ１９００の可変終端３１０６を、一定の間隔で、例えば、通常の動作サイクルに従って、切り替え制御することができる。可変終端３１０６を切り替えるための動作サイクルは、０．０１Ｈｚから１００Ｈｚの範囲とし得る。いくつかの実施形態では、制御システム３２０２は、動作サイクルの前半中に、開路終端３００６を備えた結合ストリップ１９００をオンにし、閉路終端３００８を備えた結合ストリップ１９００をオフにする。次に、動作サイクルの後半中に、制御システム３２０２は、切り替え可能コネクタ３２０４を切り替えて、開路終端３００６を備えた結合ストリップ１９００をオフにし、閉路終端３００８を備えた結合ストリップ１９００をオンにする。
制御システム３２０２は、可変終端３１０６の動作を制御するように構成された１つまたは複数のプロセッサまたはマイクロコントローラを備えたコンピューティングデバイスとし得る。例えば、制御システム３２０２はメモリ格納命令（例えば、ソフトウェアコー
ド）を含み、該命令は制御システム３２０２により実行されるとき、可変終端３１０６内の制御可能なスイッチに適切な制御信号を提供する。いくつかの実施形態では、電力制御システム３００２および制御システム３２０２は、共通の電力および制御システムに統合し得る。
ド）を含み、該命令は制御システム３２０２により実行されるとき、可変終端３１０６内の制御可能なスイッチに適切な制御信号を提供する。いくつかの実施形態では、電力制御システム３００２および制御システム３２０２は、共通の電力および制御システムに統合し得る。
本明細書で使用される場合、「垂直」または「実質的に垂直」または「法線」または「実質的に法線」という用語は、許容工学または測定公差範囲内の９０度の角度を成す２つの要素（例えば、線、方向、軸、平面、表面、または構成要素）間の関係を指す。例えば、方向間の角度が９０度（例えば、±１～２度）の許容範囲内にある場合、方向は互いに垂直であると見なすことができる。
本明細書には多くの特定の実施形態の詳細が含まれているが、これらは発明の範囲または主張可能な範囲の制限として解釈されるべきではなく、特定の発明の特定の実施形態に固有の特徴の説明として解釈されるべきである。別個の実施形態の文脈で本明細書に記載されている特定の特徴は、単一の実施形態に組み合わせて実装することもできる。逆に、単一の実施形態の文脈で説明される様々な特徴は、複数の実施形態に別々に、または任意の適切な部分的組み合わせで実装することもできる。さらに、様々な特徴が特定の組み合わせで作用するものとして上記に記載され、最初はそのように主張されていても、主張された組み合わせからの１つまたは複数の特徴は、場合によってはそれらの組み合わせから削除することができ、主張された組み合わせは、部分的組み合わせまたは部分的組み合わせのバリエーションに向けることができる。
同様に、動作が特定の順序で図面に示されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作は示された特定の順序または順番に実行されること、または図示されたすべての動作が実行されることを要求するものと理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスクと並列処理が有利な場合がある。さらに、上記の実施形態における様々なシステムモジュールおよびコンポーネントの分離は、すべての実施形態においてそのような分離が必要とされるものと理解されるべきではなく、記載されたプログラムコンポーネントおよびシステムは、一般に、単一のソフトウェアおよび／またはハードウェア製品に統合する、または複数のソフトウェアおよび/またはハードウェア製品にパッケージ化することができるものと理解すべきである。
主題の特定の実施形態が説明されてきたが、他の実施形態が以下の特許請求の範囲に含まれる。例えば、特許請求の範囲に記載されている動作は、異なる順序で実行することができ、それでも望ましい結果を達成することができる。一例として、添付の図に示されているプロセスは、望ましい結果を達成するために、示されている特定の順序または連続した順序を必ずしも必要としない。場合によっては、マルチタスクと並列処理が有利な場合がある。
制御とセンシング：
いくつかの実施形態では、コントローラは、電力制御システムの制御、センシング、および監視機能を実行するセンサおよび回路のグループである。コントローラは、例えば、図１を参照して説明した電力制御システム１０４とすることができる。
いくつかの実施形態では、コントローラは、電力制御システムの制御、センシング、および監視機能を実行するセンサおよび回路のグループである。コントローラは、例えば、図１を参照して説明した電力制御システム１０４とすることができる。
いくつかの実施形態では、制御機能は、電力制御システム全体をオンおよびオフに切り替えること、バルク媒体の特定の目標領域に電力を供給するように指定された電力制御システムの特定のセクションをオンおよびオフに切り替えること、バルク媒体の特定の領域に出力される電力の量を調整することを含む。
いくつかの実施形態では、制御機能は、動的調整ネットワークの制御を含む。
いくつかの実施形態では、監視機能は、以下の事項：加熱システム全体の健全性および適切な機能の評価、加熱システムの特定の部品およびセクションの健全性と適切な機能の評価、加熱システム全体の障害検出の実行、加熱システムの特定の部品およびセクションの障害検出の実行、システムユーザまたは複数のユーザへの障害通知の実行、メンテナンスまたは検査担当者への障害通知の実行：などの任意の組み合わせを含む。
幾つかの実施形態では、障害検出とは、以下の障害：電気的障害の検出、加熱機能障害の検出、結合ストリップ障害の検出、バルク媒体の損傷の検出（加熱システムが適切に機能していて損傷を受けていない場合も含む）：の任意の組み合わせを意味する。本開示における結合ストリップは、「ストリップ線」または場合によっては単に「線」と呼ばれることもある。結合ストリップは、例えば、図１９および図２３～図２７Fを参照して説明した構造層を含む。以下に説明するように、いくつかの実施形態では、結合ストリップは、複数の導電パス、例えばセンス線とキャリア線を含むことができる。本明細書で使用されるように、キャリアラインは、バルク媒体を加熱するために使用される電流を搬送する結合ストリップ内の導電パスを指す。センス線は、キャリア線または結合ストリップ全体の障害を検出するために使用されるより小さな電流を断続的または継続的に流すことができる別個の導電パスである。
いくつかの実施形態では、電気的障害は、電力制御システムの任意の段階における入力および出力電力、電圧、電流が設定された間隔内にないレベルにあることを含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、電気的障害は、電力制御システムの回路、デバイス、またはコンポーネントの温度が、加熱システムの通常の動作で予想されるよりも高いまたは低いことを含む。いくつかの実施形態では、電気的障害は、電力システムの任意の段階における入力および出力インピーダンスが設定された間隔内にないレベルにあることを含む。
いくつかの実施形態では、加熱機能障害は、加熱システムの通常動作と比較したバルク媒体の任意の領域の過熱状態、加熱システムの通常動作と比較したバルク媒体の任意の領域の熱不足状態を含むが、これらに限定されない。加熱システムが除氷システムである実施形態では、加熱機能障害は、バルク媒体の任意の領域が完全に除氷されず、除氷または防氷処理中または後にバルク媒体上の沈殿物が凍結または再凍結することのいずれかを含み得る。
いくつかの実施形態では、結合ストリップの障害には、次のいずれか：結合ストリップ上またはその近く、およびバルク媒体上の１つまたは複数の場所の温度が、加熱システムの通常の動作で予想される温度よりも高いまたは低いこと、結合ストリップのいずれかの位置での切断、結合ストリップ内の短絡（トレースとシールドの間またはトレース自体内)、結合ストリップとバルク媒体間の短絡、結合ストリップの入力コネクタでの短絡と開回路、結合ストリップ内での開回路、結合ストリップ構造の剥離、結合ストリップの焼損部分、結合ストリップとバルク媒体間の剥離、バルク媒体からの結合ストリップの剥がれ、雹、落雷、整備員などの結合ストリップの誤った取り扱い、整備員などの結合ストリップ上の歩行などのイベント生じるへこみ、穴、隆起、切り傷、しわ、バリなどの機械的損傷、結合ストリップの腐食、結合ストリップとバルク媒体の間、電極/コネクタと結合ストリップの間、または電極/コネクタとバルク媒体の間の静電放電、結合ストリップの腐食または酸化膜の生成、などがある。
いくつかの実施形態では、センシング機能は、電圧、電流、電力、順方向電力、反射電力、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）、時間領域反射測定法（ＴＤＲ）、温度などをコントローラへ入力およびフィードバックするために使用されるすべてのセンサと、氷センサを含む。
いくつかの実施形態では、コントローラの一部またはすべての要素が電力制御システム内に分散される。いくつかの実施形態では、コントローラの一部またはすべての要素が、制御システムの残りの部分から独立するようにインストールされる。いくつかの実施形態では、これらの要素は個別の専用エンクロージャに収容される。
いくかの実施形態では、コントローラの２つ以上の要素が互いに独立しており、コントローラの機能が故障するにはこれらの要素の少なくとも２つが同時に故障しなければならないように構成されている。このような実施形態では、コントローラが相互に独立しているため、コントローラの信頼性が向上し、コントローラの要件を満たすためにこれらの各要素に必要とされる信頼性は低くなり、それらの設計、実装および統合がより容易になるとともに簡単になる。これは、安全性とコントローラの信頼性が重要であるか規制されている用途、特に航空機に設置された加熱システムの場合に特に有利である。
いくつかの実施形態では、信頼性と安全性の要件を達成するために監視機能を実行する２つ以上のサブシステムが独立して構成される。いくつかの実施形態では、信頼性と安全性の要件を達成するためにセンシング機能を実行する２つ以上のサブシステムが独立して構成される。いくつかの実施形態では、信頼性と安全性の要件を達成するために制御機能を実行する２つ以上のサブシステムが独立して構成される。いくつかの実施形態では、信頼性と安全性の要件を達成するために、制御、センシング、および監視サブシステムの任意の組み合わせが個別に構成される。
いくつかの実施形態では、いくつかのセンサ位置で２つの同一のセンサが使用される。そのような実施形態では、両方のセンサが同じ監視サブシステムに接続され、データを供給することができる。例えば、それらの各々が別個の監視サブシステムにそれぞれ接続され、監視サブシステムが互いに独立するように構成してもよく、それらの各々が両方とも互いに独立して動作するように構成された２つ以上の監視サブシステムに接続されるようにしてもよい。
いくつかの実施形態では、２つの独立したセンサを使用して、同様の領域に関する情報を収集する。独立性は、異なるセンサタイプを使用すること、および/または互いに少なくとも若干の距離内に位置するが同じ領域を監視するまたは同等の情報を収集することで達成することができる。そのような実施形態では、両方のセンサを同じ監視サブシステムに接続してデータを供給することができ、それらのそれぞれを別々の監視サブシステムにそれぞれ接続し、それらの監視サブシステムが互いに独立するように構成することができ、それらのそれぞれが両方とも互いに独立して動作するように構成された２つ以上の監視サブシステムに接続することができる。
いくつかの実施形態では、コントローラの制御、センシング、および監視サブシステムの任意の組み合わせが、その最も重要な機能の信頼性と安全性を最適化するように構成されている。航空機の除氷および防氷に使用される加熱システムの場合、いくつかの実施形態では、そのような機能には次の組み合わせ：加熱システムの障害を検出してパイロットに通知すること、電力制御システムの電気的障害を検出してパイロットに通利すること、結合ストリップの障害を検出してパイロットに通知すること、電力制御システムとバルク媒体の加熱障害を検出し、それらをパイロットに通知すること、が含まれる。
加熱システムが航空機の除氷および防氷に使用されるいくつかの実施形態では、コントローラはさらに最適化されて、一度除氷された航空機の重要表面に凍結や凍結降水や凍結汚染物質がないことを検証する。汚染物質とは、航空機の外皮に付着して適切な操作を妨げる可能性のある、みぞれ、雪、スラッシュ、氷、またはその他の物質を指す。
いくつかの実施形態では、バルク媒体上のコントローラと結合ストリップのレイアウトは、一緒に機能するように設計および最適化される。そのような実施形態では、バルク媒体上の結合ストリップレイアウトは、選択された位置に関心領域を作成するように配置され得る。そのような領域は、一例として、加熱システムの起動時にバルク媒体の残部よりも設計により低温のままである領域、または加熱システムが作動中または非活性化後に（例えば、進行中の凍結または凍結降水から、または凍結した沈殿物、またはバルク媒体の表面上を流れる融解した汚染物質から）再凍結事象を最初に経験する可能性がある領域とし得る。そのような実施形態では、コントローラのセンサは、これらの領域に関する情報を収集し、加熱システムが適切に機能しているかどうか、またはバルク媒体が凍結または再凍結イベントを経験しているかどうかを評価するのに役立つように配置することができる。いくつかの実施形態では、バルク媒体は、これらの領域のいくつかで局所的に変化されて、それらの領域が加熱システムの動作中にバルク媒体の他の領域よりも低温になること、またはそれらが再凍結イベントを経験する最初の領域であることを保証することができる（例えば、エッジやリッジなどの比較的小さな特徴を追加して、溶けた水がより冷たい領域に蓄積して停滞し、再凍結を容易にすることにより）。いくつかの実施形態では、そのような領域は、暖房システムのユーザが容易に観察できるように（例えば、航空機の除氷システムの場合、航空機のキャビンまたはコックピットからパイロットが容易に見えるように）選択され、その結果、ユーザはこれらの領域の視覚的観察に基づいて、バルク媒体が除氷イベントを経験したかどうかを推測することができる。
加熱システムが航空機の除氷および防氷に使用されるいくつかの実施形態では、コントローラは、特定の領域に凍結または凍結降水および汚染物質がないという検証を実行するために、さらに最適化される。このような領域には、垂直およびほぼ垂直に降る降水にさらされる水平および傾斜上面、翼および水平尾翼の上面が含まれ得る。
いくつかの実施形態では、センシングサブシステムによって収集されたデータに対して、機械学習、コンピュータビジョン、および人工知能技術を活用した分析方法を使用して、監視機能の一部が実行される。このような分析方法では、いくつかの実施形態では、加熱システムで実行されたテストから経験的に収集されたデータを使用して技術をトレーニングすることができ、設置された加熱システムによって収集されたデータを使用して継続的にトレーニングおよび改善を行うことができる。
いくつかの実施形態では、コントローラは、加熱システムの起動時間、加熱システムが最後に起動されてからの経過時間、およびシステムが最後に停止されてからの経過時間などの時間情報を測定するタイマーを使用することができる。いくつかの実施形態において、タイマーからの情報は、分析のためにセンシングサブシステムからの情報と協調して、コントローラがその意図された機能を実行するのを助けるために使用され得る。
図３７Ａに示されるように、コックピットディスプレイおよび報知システムが、いくつかの実施形態で提供され得る。このシステムは、パイロットにシステムのステータスを知らせる複数の表示を持つことができる。例えば、システムに電力が供給されている場合は「ＯＮ」インジケータが点灯し、必要な温度センサの一部またはすべてが１５℃以上になっている場合は「ＷＡＲＭ」インジケータが点灯する。例えば、「ＯＫ」インジケータは、必要な温度センサの一部またはすべてが少なくとも１５分間１５℃以上を示したときに点灯することができる。「ＯＶＨＴ」インジケータは、過熱状態が検出された場合に点灯し、例えば、いずれかの温度センサが１５０℃以上の温度に達した場合である。「ＳＹＳＴＥＭ ＦＡＩＬ」インジケータは、潜在的なシステム障害を示すさまざまな理由に対して点灯し得る。例えば、少なくとも「ウォーム」状態に達することなく、システムが所定の時間（例えば、２５分間）の間「オン」であった場合である。別の例では、システムが「ＯＮ」で、１０秒以上「ＯＶＨＴ」状態にあった場合、「ＳＹＳＴＥＭ ＦＡＩＬ」が点灯し得る。上記の温度および時間は、例示目的であり、本開示の範囲および精神から逸脱することなく変更または調整することができる。
図３７Ｂは、コックピット表示の代替例を示し、「ＤＥ-ＩＣＥ」システム状態および「ＡＮＴＩ-ＩＣＥ」システム状態のシステム機能状態を示す。この例の図では、コックピット表示は、システムが「ＯＦＦ」、「ＧＲＯＵＮＤ ＤＥ－ＩＣＥ」、「ＧＲＯＵＮＤ ＡＮＴＩ－ＩＣＥ」、または「ＦＡＵＬＴ」ステータスにあるかどうかを示すことができる。いくつかの実施形態では、航空機の領域または関心領域ごとに別個の表示を提示することができる。
図３７Ｃは、図３７Ｂのコックピット表示が航空機キャビン内のどこにあるかを示す実施例を示す。図３７Ｂは、航空機の客室に配置することができる。図３７Ｃでは、破線ボックスによって示されるように、コックピット表示は、航空機のコックピットの右上隅に配置される。
上記のいくつかの実施形態では、コントローラのセンシングサブシステムは、ワイヤレスデータネットワークを介して中央受信機にデータを送信するように構成可能な１つまたは複数のワイヤレスセンサ、例えば、１つまたは複数のワイヤレス温度センサまたは１つまたは複数のワイヤレス氷センサを含むことができる。これにより、追加のセンサワイヤの必要性が軽減され、バルク媒体上の物理的に離れたさまざまな場所へのアクセスが可能になる。無線センサは、例えば、結合ストリップ１９００に保持された低電圧、低電流のＤＣバイアスを利用するか、または結合ストリップを通過するＡＣ電流から電力を直接収集することによって、直接電気接続を用いて結合ストリップ１９００から電力を引き出すことができる。あるいは、無線センサは、結合ストリップ１９００に直接接続することなく、例えば、アンテナまたはコイルを介して近距離電磁放射を利用することによって、電力を引き出すことができる。
温度センシング
いくつかの実施形態では、コントローラのセンシングサブシステムは温度センサを含んでいる。温度センサは、ポイント測定を行うため、または（例えばエリアの情報を抽出できる複数のセンサを備えたセンサマットを使って）指定された領域に亘る最大、最小、平均、または温度のマッピングなどのパラメータの測定を行うために使用することができる。
いくつかの実施形態では、コントローラのセンシングサブシステムは温度センサを含んでいる。温度センサは、ポイント測定を行うため、または（例えばエリアの情報を抽出できる複数のセンサを備えたセンサマットを使って）指定された領域に亘る最大、最小、平均、または温度のマッピングなどのパラメータの測定を行うために使用することができる。
いくつかの実施形態では、温度センサは、熱電対、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、サーミスタ、光ファイバ、赤外線センサなどのセンサタイプのいずれかを含み得る。熱電対は、電圧の変化を測定することで温度を測定するのに使用することができる。熱電対は、低コストで、実装が簡単で、測定範囲が広い。信号は数十ミリボルトのオーダーであり、電磁干渉の存在下で正確な測定を行うには、大幅なノイズ削減が必要になり得る。抵抗温度検出器（ＲＴＤ）は、センサ抵抗の変化を測定することで温度を測定することができる。これらの要素は通常プラチナで構成され、非常に高い精度を有する。これには、４線式測定を実行する必要があるか、或いは、例えばその後デジタル信号に変換されるローカル電圧測定を実行することによりリードを短く保つ必要がある。サーミスタは、抵抗測定に基づいて温度を計算するという点でＲＴＤに似ている。サーミスタは、高いベースライン抵抗を有し、リード抵抗を無視できる可能性があるという追加の利点を有する。光ファイバセンサは通常、ファイバブラッググレーティングに基づいている。グレーティングは、特定の波長の光を反射する。温度が変化すると、反射される波長が予想どおりに変化するため、温度を計算できる。各グレーティングは小さな波長の帯域のみを反射するため、複数のセンサを単一の光ファイバ要素に組み込み、単一の機器で測定することができる。光ファイバ要素自体は、直径が～０．１ｍｍと非常に小さいが、長さはメートルまたは数十メートルにすることができる。測定は光学的であるため、ＲＦ干渉を受けない必要がある。
いくつかの実施形態では、温度センサは、本明細書で前述したようにセンサを配置できる方法でバルク媒体上に配置される。いくつかの実施形態では、温度センサは、例えば固体の温度が体積内で空間的に均一であると仮定される集中容量モデルでサポートされるバルク媒体の表皮の下に、またはその両方で、互いに広く離して配置することができ、これは、ビオ数Ｂｉが十分に小さい場合（例えば、Ｂｉ＜０．１）であり、ビオ数はＢｉ＝ｈ/ｋ・Lとして定義され、ここで、ｋは固体の熱伝導率、ｈは対流熱伝達率、Ｌはボリュームの特徴的な寸法である。集中容量モデルは、Ｂｉが十分に小さいボリューム内では、バルク媒体の温度がほぼ均一であると仮定できるため、特に有用なモデルとなり、バルク媒体に取り付けるセンサの数、システムの複雑さ、コスト、および設置作業を軽減できる。このような技術は、航空機の表皮を一般的に構成するアルミニウム合金など、熱伝導率が高いバルク媒体に特に有効であり、ビオ数は比較的広い領域に亘り十分に小さいままであり、限定数の温度センサとセンシングポイントの使用が正当化される。いくつかの実施形態では、温度センサは、他のスポットの中でも特にホットスポット、コールドスポット、再凍結スポットなどの特定の場所に配置されるように、バルク媒体上に配置することができる。ホットスポットは、加熱システムが起動されたときに、バルク媒体上の他の場所よりも比較的高温で動作するように選択された場所であってもよい。ホットスポットセンサは、一般的なコントローラ機能を実行するために使用でき、バルク媒体または結合ストリップの過熱イベントを検出するために使用できる。コールドスポットは、加熱システムが起動されたときに、バルク媒体上の他の場所よりも比較的低温で動作するように選択された場所であってもよい。コールドスポットセンサは、一般的なコントローラ機能を実行するために使用でき、バルク媒体または結合ストリップの不適切な加熱を検出するために使用できる。再凍結スポットは、加熱システムが起動されたとき、または停止された後、バルク媒体上の他の場所よりも早く凍結または再凍結イベントを経験するように選択される場所である。再凍結スポットセンサは、一般的なコントローラ機能を実行するために使用することができる。また、バルク媒体または結合ストリップ上の再凍結イベントまたは不適切な加熱を検出するために使用できる。他のスポットが本明細書で前述した他の関心のある領域に配置され得る。
いくつかの実施形態では、バルク媒体上の結合ストリップのレイアウトを、上記のスポットが存在し、アクセスの容易さ、設置の容易さ、または加熱システムのユーザの視覚的観察の容易さなどのパラメータに対して選択される指定の領域が存在するように、最適化することができる。例えば、図３３に示すように、航空機パイロットはコックピットから見える制限された視線３３０２を有する。その結果、航空機の一部はパイロットに見えず（３３０４）、航空機の一部は見える（３３０６）。いくつかの実施形態では、航空機の可視部分（３３０６）内に再凍結スポットまたはコールドスポットを選択して、パイロットによる視覚的確認を可能にすることができる。
図３３は、システムがアクティブなときの翼の例示的な温度オーバーレイをさらに示している。翼上の位置３３０８は、離陸前に防氷状態を確認できるようにパイロットが見ることができるように選択または設計され、監視されるコールドスポットの例である。例えば、図に示すように、位置３３０８は、加熱素子により発生される加熱パターン内の翼の大部分（赤色のグラデーションで示される）と比較的して比較的低い温度の領域（黄色のグラデーションで示される）に相関する。
コールドスポットおよび/またはホットスポットの位置は、例えば、航空機の表面上に加熱ストリップ(結合ストリップなど)を、航空機の表皮上に航空機の残部に対して局所的に低いまたは暖かい表皮温度を有する加熱パターンを生成するパターンに配置することによって、設計することができる。たとえば、結合ストリップは、局所的に低い(または高い)電力密度を提供する形状に配置することができ(ワイヤ間隔を広げる)、または選択した結合ストリップを低い(または高い)電力密度で高い(低い)熱質量位置で動作させる、または出力電力を局所的に調整して、目的の位置にコールド/ホットスポットを提供する加熱パターンを生成することができる。
いくつかの実施形態では、少なくとも２つの独立した温度センサセットを使用して、センササブシステムに冗長性を追加することにより、コントローラの重要な機能の信頼性を向上させることができる。いくつかの実施形態では、指定された各センサ位置に２つの同一の温度センサを追加することによって、独立性を達成することができる。いくつかの実施形態では、指定された各センサ位置に２つの異なる温度センサ(たとえば、異なるメーカーまたは種類のセンサ)を追加することによって、独立性を達成することができる。いくつかの実施形態では、２つの温度センサを互いに十分に離れた位置に追加して、両方のセンサが同時に故障する可能性を減らしながら、同等のパラメータを監視するのに十分近くに位置させることによって、独立性を達成することができる。いくつかの実施形態では、これらの方法を任意に組み合わせて独立性を達成することができまる。いくつかの実施形態では、独立したセンサのセットが、単一の監視サブシステムに情報を送信すること、独立したセンサのセットにそれぞれ専用の独立した監視サブシステムのセットに情報を送信すること、または２つの独立した監視サブシステムセットに情報をすべて送信することができる。
いくつかの実施形態では、例えば、バルク上に別々に配置された温度センサを使用することに加えて、またはその代わりに、結合ストリップの一体部分である１つまたは複数の温度センサ(または温度要素)を使用することによって、温度センシングを達成することができる。 温度センサの例については、上記の「温度センシング」セクションで詳しく説明されている。例えば、温度センサは、結合ストリップまたは近くのセンスライン（センスラインについては以下で詳しく説明される）に取り付けることができ、温度が所定のしきい値を超えたときに短絡または開路することができる。短絡または開路は、他の場所、例えば入力コネクタまたは電力制御システム（システム１０４）において検出することができる。これにより、温度センサの位置で温度検出が可能になる。
いくつかの実施形態では、温度センサのアレイを並列に配置することができる。例えば、並列配置は、サーモスタット制御ループとして配置された並列過熱センサまたは低温センサのアレイを含むことができる。サーモスタット制御ループは、温度センサ情報を利用して、システム、例えば、図１の加熱システム１００の温度を、所定の範囲内に、例えば、最小温度Ｔｍｉｎより高く、最大温度Ｔｍａｘより低く維持するために使用されるヒステリシス制御方法である。
いくつかの実施形態では、温度要素のアレイを直列に配置することができる。例えば、温度要素は、結合ストリップ１９００に沿って、例えば、結合ストリップにまたは近くのセンシングラインに、または別のケーブルストリップに沿って取り付けられて、その直列構成内の任意の点で温度が高くなりすぎた場合に過熱シャットダウンを強制するように配置することができる。
いくつかの実施形態では、異なる値の周期的サーミスタなどの温度要素を並列に配置して、ラインに沿った特定の温度要素が過度に加熱されたときに、アナログ値を検出およびデコードして、結合ストリップが過熱を検出したことだけでなく、結合線に沿って障害が発生した特定の場所も示すことができる。
いくつかの実施形態では、温度センシングは、フレキシブル回路上のトレースを使用することにより、結合ストリップ内をキャリアラインに沿って走る追加のセンスライン(結合ストリップ内に実装された温度センサへの及びからの配線として機能するセンスライン)を使用することにより、または結合ストリップから独立して設置されたセンシングストリップ内に実装された追加のセンスラインとセンサを使用することにより、または温度センサをキャリアラインと一緒に結合ストリップ内に、例えば、周期的コンデンサ、平行板コンデンサ、トレースインダクタ、またはその組み合わせの構成で実装することにより、実現することができる。
いくつかの実施形態では、温度は時間の関数として測定することができる。例えば、温度変化を一定のサンプリング間隔で測定および記録し、静的な温度測定値ではなく、温度の時間ベース変化を表すベクトルとして保存することができる。時間ベースの温度測定により、変化率(時間ベースの導関数など)や総熱出力(積分など)などのより複雑な数学的分析が可能になり得る。そのような実施形態では、コントローラは、温度変化に関連する一時的な情報に基づいて、現在の除氷状態の評価を含む、さまざまな評価のいずれかを行うことができる。具体的な例として、０℃付近で停滞する温度センサによって感知された温度の読み取り値に応答して、コントローラは、バルク媒体加熱システムにより供給されたエネルギーが溶解潜熱に入り、したがって除氷操作が進行中であると判断することができる。そして更に、センサによって感知される温度測定値が０℃付近で停滞した後に上昇すると、コントローラは、バルク媒体によって供給されるエネルギーが温度上昇に向かい、凍結汚染がバルク媒体から溶解除去されると、潜熱に移行しないため、除氷操作が完了したと判断することができる。言い換えれば、バルク媒体が除氷される時点は、時間に関してプロットされた温度が、正の勾配の期間が続いて所定の期間にわたって比較的平坦（例えば、ゼロ勾配）になったときに決定することができる。
場合によっては、以下の「氷の検出/センシング」セクションでさらに説明されるように、温度も時間の関数として測定でき、除氷状態も同様に推定することができる。
図３８は、結合ストリップ上の時間の関数としてのインピーダンスおよび温度のプロットを示す。プロット４０００に示すように、除氷操作が進行している間（約０７：００から０７：３０まで)の間、温度の読み取り値は固定値（１０°C）付近で推移し、除氷操作が完了すると、温度の読み取り値は上昇する（約０７：３０に始まる）。
さらに、バルク媒体が熱伝導性の高い材料（アルミニウムなど）で構成される実施形態では、システムの除氷状態を評価するための基礎として、集中容量熱モデルを使用することができる。コントローラは、集中容量熱モデルを使用して、バルク媒体上のコールドスポットの位置を決定したり、コールドスポットの温度を決定したりすることもできる。これにより、必要なセンサの総数を減らし、より効果的なセンサ配置を容易にすることができ、これには、センサを航空機の外皮の下(つまり、上ではなく)に配置すること、またはバルク媒体の熱伝導率を利用することの両方が含まれる。
氷の検出/センシング
いくつかの実施形態では、コントローラのセンシングサブシステムは、氷検出器またはセンサを含む。氷検出とは、雪、氷、スラッシュ、または表面に蓄積する同様の形態の凍結降水を含むがこれらに限定されない、凍結または凍結降水または汚染物質を認識する方法を指す。
いくつかの実施形態では、コントローラのセンシングサブシステムは、氷検出器またはセンサを含む。氷検出とは、雪、氷、スラッシュ、または表面に蓄積する同様の形態の凍結降水を含むがこれらに限定されない、凍結または凍結降水または汚染物質を認識する方法を指す。
いくつかの実施形態では、氷の検出を使用して、構造物の除氷が必要かどうかを判断し、除氷の追跡と経過、除氷後の氷の蓄積を監視する。
いくつかの実施形態では、トランスデューサまたは複数のトランスデューサを使用して氷の検出が達成され、減衰係数、共振周波数、および周波数応答を含むがこれらに限定されない構造の音響パラメータが監視される。いくつかの実施形態では、氷の検出は、偏光の変化を観察することによって達成される。いくつかの実施形態では、可変偏光を使用して氷と相互作用した後に、入射する非偏光の変化を観察する。いくつかの実施形態では、入射偏光の変化を観察する。いくつかの実施形態では、反射光の強度の変化を使用して、氷の形成を検出することができる。いくつかの実施形態では、氷は、雪/氷を収集する表面上の１つまたは複数のセンサで検出される。雪や氷が表面に集まると、センサの開口部を閉じ、氷が存在することを知らせる。いくつかの実施形態では、表面からの赤外線放射が氷の存在を示し得る。これには、表面放射率の変動や、氷の形成に適した条件かどうかを判断するための表面温度の計算が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、氷の検出は、臨界表面に取り付けられたセンサを使用して達成することができる。凍結または凍結降水がセンサに集まると、電気インピーダンスに測定可能な変化が生じる。いくつかの実施形態では、氷センサは、結合ストリップの近くに氷が存在すると、電気信号に対する結合ストリップの周波数領域応答および/または時間領域応答に検出可能な影響を与えて、前記ラインを取り囲む電磁界に影響を与えるという事実を活用する。これらの変化を測定し、構造上の氷の存在を示すために使用することができる。いくつかの実施形態では、氷の存在は、構造全体の温度勾配によって、または温度の変化率によって予測することができ、これは、上記の温度センサで測定することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のセンサのいずれも、構造に表面実装することができる。
いくつかの実施形態では、氷センサは、本明細書で前述したように配置される温度センサと同様の方法で、バルク媒体上に配置される。いくつかの実施形態では、氷センサは、特に、ホットスポット、コールドスポット、再凍結スポットなどの特定の場所に配置されるように、バルク媒体上に配置することができる。ホットスポットセンサは、一般的なコントローラ機能を実行するために使用でき、バルク媒体または結合ストリップの過熱イベントを検出するために使用できる。コールドスポットは、加熱システムが起動されたときに、バルク媒体上の他の場所よりも比較的低温で動作するように選択された場所とすることができる。コールドスポットセンサは、一般的なコントローラ機能を実行するために使用でき、バルク媒体または結合ストリップの不適切な加熱を検出するために使用できる。再凍結スポットは、加熱システムが起動されたとき、または停止された後、バルク媒体上の他の場所よりも早く凍結または再凍結イベントを経験する可能性が高いように選択された場所とすることができる。再凍結スポットセンサは、一般的なコントローラ機能を実行するために使用できる。また、再凍結イベントまたはバルク媒体または結合ストリップの不適切な加熱を検出するために使用できる。他のスポットは、本明細書で以前にリストされた領域など、他の関心のある領域に置くことができる。
いくつかの実装形態では、バルク媒体上の結合ストリップのレイアウトは、アクセスの容易さ、設置の容易さ、または加熱システムのユーザのための視覚的観察のリースなどのパラメータのために選択された指定の領域が存在するように、上記のスポットが存在するように最適化することができる。
いくつかの実施形態では、センシングサブシステムに冗長性を追加することにより、コントローラの重要な機能の信頼性を向上させるために、少なくとも２つの独立した氷センサのセットを使用することができる。いくつかの実施形態では、指定された各センサ位置に２つの同一の氷センサを追加することによって、独立性を達成することができる。 いくつかの実施形態では、指定された各センサ位置に２つの異なる氷センサ(たとえば、異なるメーカーまたは種類のセンサ)を追加することによって、独立性を達成することができる。いくつかの実施形態では、２つの氷センサを互いに十分に離れた場所に追加して、両方のセンサが同時に故障する可能性を減らしながら、同等のパラメータを監視するのに十分近くに配置することによって、独立性を達成することができる。いくつかの実施形態では、これらの方法を任意に組み合わせて独立性を達成することができる。いくつかの実施形態では、独立したセンサのセットは単一の監視サブシステムに情報を送信すること、独立したセンサのセットにそれぞれ専用の独立した監視サブシステムのセットに情報を送信すること、またはすべて情報を少なくとも２つの独立した監視サブシステムのセットに送信することができる。
いくつかの実施形態では、コントローラのセンシングサブシステムは、１つまたは複数の静電容量センサを含むことができる。この１つまたは複数の静電容量センサは、単独で、または温度センサなどの他のセンサと組み合わせて使用して、氷と水を区別することができる。例えば、回路基板、例えば、１つまたは複数の静電容量センサのアレイを含むフレキシブルプリント回路基板（またはフレックスＰＣＢ）をバルク媒体の表面上に配置して、例えば、氷や水の存在による表面上の静電容量読み取り値の変化を測定することができる。別の例として、静電容量センサは、バルク媒体のカバー層（例えば塗料代替フィルム）の下に配置することができる。
いくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００上の温度は、時間の関数として同様に測定することができるインピーダンス測定値から、例えばそのインピーダンス測定値を様々な温度での周波数応答の参照プロットのデータベースと比較することによって、導き出すことができる。例えば、試験システムでデータを収集し、周囲温度の関数としてインピーダンス周波数応答を記録することができる。コントローラは、記録されたデータを利用して、インピーダンスの読み取り値に基づいて結合ストリップの温度を推測することができる。
そのようないくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００は、温度変化に伴う有意かつ予測可能なインピーダンス変動を示す材料を含み、それによって、バルク媒体の標的領域の温度を評価するためのインピーダンス測定の使用を容易にする。例えば、結合ストリップ１９００は、誘電率または導電率が温度によって予測可能に変化し得る誘電体材料または導体を使用して部分的に構築することができ、それによってインピーダンスがバルク媒体の標的領域において局所的に変化させられる。例えば、結合ストリップ１９００は、アクリル接着剤、シリコン接着剤、エチレン酢酸ビニル接着剤、ポリスルフィドシーラント、ポリウレタンシーラント、マイラー、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、カプトン、またはエポキシベースの材料のうちの１つまたは複数を使用して構築することができる。
例えば、特定の結合ストリップの現在の温度を決定するために、コントローラは特定の結合ストリップのインピーダンス値を測定し、そのインピーダンス値をルックアップテーブル内の温度値と比較することができる。別の例として、コントローラは、インピーダンス測定を行ってから、（例えば、インピーダンスと温度との数学的関係に基づいて）測定されたインピーダンス値から温度を計算することができる。特定の例として、結合ストリップをバルク媒体から分離するそのストリップの下部誘電体層を構築するために、アクリル接着剤材料を使用することができる。
図３９は、例示的なアクリル接着材料の誘電率の３Ｄプロットである。図４０は、例示的なアクリル接着材料の誘電率のプロットである。
図３９に示すように、アクリル系接着剤の誘電率（εr）は温度（℃）によって変化する。 具体的には、誘電率は、結合ストリップとバルク媒体を含むシステムの特性インピーダンスを駆動する。したがって、結合ストリップの温度が変化すると、それに応じて誘電率が変化する。これにより、システムのインピーダンスが変動する。
いくつかの実施形態では、インピーダンスは時間の関数として測定でき、インピーダンスは一般に温度によって変化するため、温度測定と同様の検出方式を使用して、インピーダンス測定から除氷状態を決定することができる。特に、バルク媒体が除氷される時点は、時間に関してプロットされたインピーダンスが、正または負の勾配の期間に続いて所定の期間にわたって比較的平坦（例えばゼロ勾配）になったときに決定することができる。図３８のプロット４５００に示されるように、除氷操作が進行中(約０７：００から０７：２０まで)インピーダンスの読み取り値が固定値（５．７Ω）付近で推移し、除氷操作が完了すると、インピーダンスの読み取り値が増加する（０７：２０頃）。
電気関係
いくつかの実施形態では、コントローラは、電気パラメータと性能を測定するために使用される制御、センシング、および監視サブシステムを含む。このようなパラメータには、電力制御システム、相互接続、ケーブル、コネクタ、および電極を含む、加熱システムの任意の段における任意の出力インピーダンスでの電圧、電流、入力および出力電力が含まれる。
いくつかの実施形態では、コントローラは、電気パラメータと性能を測定するために使用される制御、センシング、および監視サブシステムを含む。このようなパラメータには、電力制御システム、相互接続、ケーブル、コネクタ、および電極を含む、加熱システムの任意の段における任意の出力インピーダンスでの電圧、電流、入力および出力電力が含まれる。
いくつかの実施形態では、コントローラは、収集された電気パラメータを使用および分析して、加熱システムおよびその構成要素の健全性を評価し、バルク媒体の標的領域に向けられる電力量を制御し、適切な加熱が実行されていることを確認し、障害とエラーをシステムのユーザに報告し、収集されたデータをシステムのユーザまたは保守担当者からのさらなる診断のためにログに記録する。
いくつかの実施形態では、コントローラは、その制御および監視機能を実行するために、測定されたすべての電気パラメータが予想範囲内にあることを確認することができる。
いくつかの実施形態では、電力制御システムの任意の段の出力と入力電力を同時に測定して、コントローラが前記段の電力レベルと効率を評価できるようにする。例として、電力レベルと効率（入力電力を発熱体に供給された電力で割ったもの）を監視することにより、システムの障害を検出し、除氷の失敗を通知することができる。たとえば、これを使用して、負荷に供給される電力が不十分な場合、除氷が不完全になると推定することができる。
いくつかの実施形態では、加熱システムの任意の段の入力および出力の電圧対電流の比率がコントローラによって測定され、利用される。例として、加熱システムの実施形態のいくつかの段では、下流の電気要素の変化により、電気システムの上流の段の電圧対電流比が変化し、それらの変化を検出することで、遠隔の下流の障害とパフォーマンス指標の検出が可能になる。
周波数ドメイン解析は、例えば、さまざまな周波数にわたって回路の入力インピーダンスの大きさと位相を決定することによって、ケーブルや高周波システムの解析に一般的に使用されている。この情報は、加熱システムの健全性を評価するために使用でき、システムに結合ストリップ(伝送線路として動作する)が含まれる実施形態ではストリップの特性インピーダンス、伝搬定数、終端、および長さを評価するために使用できる。
例えば、開放終端された既知の特性インピーダンスの伝送線路の場合、調べるインピーダンスは、走行信号の波長の４分の１の奇数倍に等しい長さで０から、波長の半分の倍数に等しい長さでＺ０まで変化し得る。
この分析は１点から実行することができ、また、ケーブルの両端にアクセスできる場合には、「２ポート」測定を実行して、１つのポートから別の１つのポートへ通過する信号の伝送と反射を分析することができる。
周波数ドメイン全体の測定は、ネットワークアナライザで最も一般的に実行され、ネットワークアナライザは、一連の周波数を高レベルで送信し、電圧/電流比からインピーダンスを計算し、補間し、データを表示するツールである。
これらは、伝送線路システムに変化があったかどうかを検証するために使用できるツールでもある。ケーブルが長距離を移動し、アクセスが困難な複雑な電気システムでは、伝送線路解析は、ケーブルの破損やその他の望ましくない変化をチェックするための非常に貴重なツールである。
加熱システム内の結合ストリップやその他のケーブルの切断やその他の直接的な損傷は、インピーダンス測定によって検出できる。詳細については、例を参照されたい。例えば、結合ストリップまたはケーブルが完全に切断されているか、部分的に切断されているかを判断することもできる。検出可能なエラーの例は、長さの変化である。例えば、結合ストリップまたはケーブルが切断された場合、それは短くなり(その終端が変化されるかもしれない)、その入力インピーダンスは次の式に従って変化する。
障害は終端が期待値から離れて変更されたときも検出可能である。例えば、通常は開放終端されている結合ストリップが短絡した場合、または通常は短絡終端されている結合ストリップが切断または剥離されて開放終端になった場合などである。
動作電力制御システムのパッシブ監視は、動作周波数でインピーダンスを検出できることに注意することが重要である。従って、本明細書の残りの部分で説明する診断機能は、操作中に実行することができる。
ネットワークアナライザを使用する場合、測定対象のデバイスに正弦波信号を送信して周波数応答を取得することを前提としており、アクティブな測定方法となるが、パッシブ監視は、通常動作中に前記デバイスを流れる信号(電圧と電流)を監視してそのインピーダンスを計算することを含む。動作信号と状態からしか情報を抽出できないため、周波数のフルスイープほど幅広い情報は得ることはできない。ただし、障害の監視のためには引き続き使用することができる。さらに、加熱システムの稼働中も含め、継続的に作動させることができる。
パッシブ監視の実施には３つの基本要素がある。
・インターフェース：
電力システムと監視システムの間のインターフェースは慎重に設計する必要がある。例えば、氷保護のために指定された電力などの過剰な電力が監視システムに入らないようにすることが重要である。
・割り算：
システムのもう１つの重要な要素は、電圧と電流（Ｖ／Ｉなど）からのインピーダンスの計算である。これは、位相情報を維持するだけでなく、正確かつ適切に高速である必要がある。
・信号変換：
インピーダンス信号が計算されると、その信号は、典型的には、例えばアナログ・デジタル変換器を使用して、監視サブシステムにとってより有用な形式に変換される。
・インターフェース：
電力システムと監視システムの間のインターフェースは慎重に設計する必要がある。例えば、氷保護のために指定された電力などの過剰な電力が監視システムに入らないようにすることが重要である。
・割り算：
システムのもう１つの重要な要素は、電圧と電流（Ｖ／Ｉなど）からのインピーダンスの計算である。これは、位相情報を維持するだけでなく、正確かつ適切に高速である必要がある。
・信号変換：
インピーダンス信号が計算されると、その信号は、典型的には、例えばアナログ・デジタル変換器を使用して、監視サブシステムにとってより有用な形式に変換される。
パッシブ監視は、システム全体を保護するための有益なツールであり、リアルタイムで障害を検出し、前記障害によって引き起こされるかもしれない電力システムへの損傷を保護することができる。
いくつかの実施形態では、コントローラは、ネットワークアナライザシステムの動作と結合ストリップへの電力供給を交互に行うことができる。例えば、コントローラは、ネットワークアナライザを接続して障害をチェックしながら、結合ストリップに供給される電力を断続的に切り替えることができる。ネットワークアナライザが測定値を取得した後、結合ストリップへの電力フローを再開することができる。その後、ネットワークアナライザを切断して、電力信号による損傷を防ぐことができる。いくつかの実施形態では、ネットワークアナライザが異なる結合ストリップの測定を実行する間に回転することができる。例えば、コントローラまたは制御システムは、ストリップでネットワークアナライザの測定値を取得している間、別の結合ストリップへの電力フローを交互に遮断することができる。したがって、隣接する結合ストリップは、ネットワークアナライザ測定を受けている結合ストリップの近くの航空機表面にいくらかの熱を維持することができる。
いくつかの実施形態では、ネットワークアナライザは、電源システムとは異なる範囲の信号周波数を使用して動作するように構成することができる。例えば、電力信号は１００～４５０MHzの範囲内で供給することができるが、ネットワークアナライザは、１～１０MHzの範囲内のテスト信号を使用して結合ストリップのインピーダンスを測定するように構成することができる。ネットワークアナライザの入力/出力と電源の間にローパスフィルタを設けて、電力信号によるネットワークアナライザの損傷を回避し、加熱操作を停止することなく結合ストリップのインピーダンス測定を可能にすることができる。
いくつかの実施形態では、コントローラはさらに、その機能を実行するために時間領域反射測定法を使用する。時間領域反射測定（ＴＤＲ）は、伝送ラインの反射の研究である。非常に長いケーブルやアクセスしにくいケーブルの障害を検出するためによく使用される。説明した以前の方法との主な違いは、時間領域に焦点を当てていることにある。これは、信号がケーブルまたは結合ストリップの端に到達してからそのエントリポイントに跳ね返るまでの移動時間を測定できることを意味します。それは、例えば、伝送線路や結合ストリップの長さ、特性インピーダンスなどのパラメータを測定するための効果的なツールである。ＴＤＲは、周波数プロットから元に戻すことが困難なパラメータを導き出すことができるため、周波数ドメイン解析を補完する重要なツールである。
図３４は、ＴＤＲの実施の一例を示し、アルミニウムパネルに取り付けられた結合ストリップ上のＴＤＲを使って、例えば開回路、短絡回路、およびインピーダンス不整合をどのように検出することができるかを示している。
その結果として、ＴＤＲを使用すると、伝送線路、ケーブル、または結合ストリップの不連続性、障害、または欠陥を特徴付け、特定することができる。例えば、一貫した材料のケーブルの場合、電気信号の伝播速度を測定することができる。この伝播速度を使用して、測定ポイントからの距離と摂動、障害、終端の変化、または変更を測定し、ＴＤＲを介してインピーダンスの局所的な変化として検出できる。
ＴＤＲは、信号を測定対象のシステムに送信する非常に高速なパルス発生器を使用する。 低電圧から高電圧への遷移にかかる時間を含むキーパルスパラメータが、必要なデータを取得するために、テスト中の特定のシステムと特定の測定目標に合わせて調整される。次に、このパルスをオシロスコープで測定する。定期的な測定用に最適化されたパルス発生器とサンプリングオシロスコープを組み合わせた特殊な計測器を使用することができる。ただし、特殊な機器は必ずしも必要ではない。時間ドメイン表現は、周波数ドメインから再構築することができる。逆フーリエ変換を使用すると、ネットワークアナライザの出力を期待時間領域動作の近似値に変換することができる。
ＴＤＲは伝送線路の不連続点の特徴付けと位置特定を可能にするため、加熱システム(ケーブルや結合ストリップなど)の短絡、開放、線路の層間剥離、およびその他の伝送線路の損傷を検出するために使用することができる。
図３５Ａには、ＴＤＲで測定された我々の伝送線路の２つの比較が示されている。２メートル後の１つのラインには、狭い領域に局所化されたインピーダンスの大きな変化としてプロットに現れるコネクタがある。同じ技術を同様に使用して、伝送線路または結合ストリップの変形、短絡、およびバルク媒体からの伝送線路の剥離を検出することができる。いくつかの実施形態では、コントローラは結果の自動分析を実行する。適切な信号処理と高度な分析技術（機械学習、コンピュータビジョン、ディープラーニング、人工知能、およびその他のデータベース手法を活用するなど）によって、ライブ結果を保存された基準と比較して、変化を検出、特徴付け、および定量化するとともに、プロットを解釈してインピーダンス、終端、長さなどのパラメータを決定することもできる。
いくつかの実施形態に含まれるケーブルや結合ストリップなどの加熱システムの要素は、温度に依存する幾何学的特性と材料特性を持っていることを示すことができる。例として、伝送線路と結合ストリップの形状は、熱膨張と収縮の影響を受ける可能性がある。さらに、結合ストリップの構成に含まれる材料の導電率、誘電率、および透磁率が温度によって変化する可能性があることを示すことができる。前のセクションでは、システム内のさまざまなポイントで測定されたインピーダンスの変化によって障害を検出する方法について説明した。結合ストリップまたはバルク媒体の物理的構造の変化の検出に加えて、システムの除氷状態も評価することができる。インピーダンス変化対温度は、計算、シミュレーション、または経験的に測定することができる。いくつかの実施形態では、結合ストリップの経時的なインピーダンスとインピーダンス変化を測定してそれらの温度を推定し、その機能を実行するための追加の方法をコントローラに提供することができる。
別の有用な測定基準は、測定されたインピーダンスの変化率であり得る。相変化中、物質（この場合は水に溶ける氷）はエネルギーを吸収し続けるが、温度は変化しない（この場合、完全に溶けるまで０℃に留まる）。いくつかの実施形態では、コントローラは結合ストリップのインピーダンスを測定し、このプロパティを利用して、除氷が進行中か完了したかを判断するなど、その機能を実行するのに役立つ。
バルク媒体の損傷および変化の検出
結合ストリップがバルク媒体上に、バルク媒体が伝送線路形状の一部として見えるように設置された実施形態(例えば、アルミニウムスキンが結合ストリップとアルミニウムスキンの組み合わせにより形成された結果のストリップラインの接地面の一つとなるように結合ストリップをアルミニウムスキンの上に設置することによって)では、これらの方法を使用して、結合ストリップ自体が変更されていない場合でも、バルク媒体の変化、変更、および損傷を検出することができる。これらのラインが本明細書に記載の加熱システムなどの電気システムに戻されるバルク媒体上の結合ストリップの適切なカバレッジを備えた構造の場合、バルク構造のセクションを分析し、集中測定ポイントからの損傷の可能性を監視することができる。
結合ストリップがバルク媒体上に、バルク媒体が伝送線路形状の一部として見えるように設置された実施形態(例えば、アルミニウムスキンが結合ストリップとアルミニウムスキンの組み合わせにより形成された結果のストリップラインの接地面の一つとなるように結合ストリップをアルミニウムスキンの上に設置することによって)では、これらの方法を使用して、結合ストリップ自体が変更されていない場合でも、バルク媒体の変化、変更、および損傷を検出することができる。これらのラインが本明細書に記載の加熱システムなどの電気システムに戻されるバルク媒体上の結合ストリップの適切なカバレッジを備えた構造の場合、バルク構造のセクションを分析し、集中測定ポイントからの損傷の可能性を監視することができる。
いくつかの実施形態では、バルク媒体の構造への変化は、バルク媒体に結合された結合ストリップによって形成された伝送線路への幾何学的変化として表示および分析することができる。例えば、へこみはバルク媒体の形状を変更し、領域内の伝送線路の特性インピーダンスを変更し得る。
本明細書に記載するシステムは、航空機の外皮に取り付けると、外皮と構造の損傷検出機能を提供することができる。この損傷検出は、航空機に組み込まれた制御および感知回路を介して、または航空機の指定された場所に整備員によって運ばれる専用の診断機器を使用して、自律的に実行できる。現在、このタイプの損傷は通常、時間がかかり、エラーが発生しやすい方法である目視検査によって検出されている。さらに、飛行中の損傷検出は、乗組員が診断システムの助けを借りずに気付くことができる十分大きな事象に限定される。
複合外皮航空機の場合、伝送ラインを外皮素材の複合層に埋め込むことができ(たとえば、雷保護シールドを利用するとともに別の層に導線を追加して埋め込まれたマイクロストリップまたはストリップラインを形成する)、複合材料の剥離を含む損傷検出を可能にすることができる。
いくつかの実施形態では、システムは、結合ストリップの障害を検出するように配置された別個のセンスラインを含むことができる。例えば、結合ストリップは、特定のタイプの障害、即ち結合ストリップがバルク媒体から少なくとも部分的に剥がれている剥離の影響を受けやすい可能性がある。いくつかのそのような実施形態では、センスラインは、特定の障害に対してより敏感になるように構成することができる。いくつかの実施形態では、結合ストリップ１９００内の結合ストリップにセンスラインを含めることができる。
例えば、上記で簡単に説明したように、キャリアラインは、バルク媒体を加熱するために使用される電流を運ぶ結合ストリップ（図１９及び図２３－２７F参照）内の導電経路であるが、センスラインは、キャリアラインまたは結合ストリップ全体の障害を感知するように構成された別個の導電経路である。センスラインは、キャリアラインまたは結合ストリップ全体の障害を感知するために使用される電流（ＡＣまたはＤＣ）を間欠的または連続的に運ぶことができる。センスラインの電流は通常、通常の動作状態(たとえば、障害のない状態)では、キャリアラインの電流よりも小さい。例えば、センスラインは、図１９に１９００で示されるような結合ストリップに加えることができる。センスライン３８２０は、結合ストリップのキャリアラインと同じ層（例えば、図１９の導電経路１９０４）に、またはキャリアライン３９１０とは別の層に追加することができる。
通常よりも多くの電流がセンスラインを流れていることを決定し、それにより相関剥離を検出するために、ワイヤまたは回路内の電気の流れの変化を検出するように構成できる電流センサをシステムで使用することができる。具体的には、システムはしきい値ベースの剥離検出を行うことができる。例えば、適切に積層されたラインでは、センスラインで測定される電流は比較的低くなる。しかしながら、（部分的に）層間剥離したラインでは、電流は閾値電流値を超える。閾値は、結合ストリップの通常動作中の誤検出を回避するのに十分な高さでありながら、所与の剥離長さ（例えば、１０ｃｍ）の検出を可能にするように選択することができる。
加えてまたは代りに、2ポートネットワークアナライザセンサをシステムで使用することができ、第1の接地基準ポートがキャリアラインに接続され、第2の接地基準ポートがセンスラインに接続される。センサの２ポートネットワークのSパラメータ（Ｓ２１パラメータなど）を１つ以上の選択された周波数で測定することにより、センスストリップとセンスラインの間の結合を定量化するように構成する必要がある。次いでＳ２１パラメータが所定の閾値を超えたときに剥離を検出することができる。
いくつかの実施形態では、加熱システムは、層間剥離を含むシステム障害の検出を支援するために使用できるさまざまな自己変更コンポーネントのいずれかを含むことができる。 特に、結合ストリップ１９００は、特定の故障モードにあるとき、容易に検出可能な故障構成になるように構成することができる。結合ストリップ１９００は、そのような故障構成が迅速に検出され、例えばバルク媒体１９０２などに望ましくない故障の結果を引き起こす前に起こるように構成することができる。
一例として、導電層１９０４と導電シールド層１９０６との間の誘電体分離は、その温度が閾値温度を超えた後に溶融し始めると、誘電体分離が形状を変化し始め、絶縁特性を失い始めるように、１つ以上の所定の材料で構成することができ、例えば、熱が結合ストリップ１９００上にバルク媒体１９０２から局所的に結合ストリップ１９００の層間剥離部分に蓄積すると、結合ストリップの剥離部分が加熱信号を（バルク媒体１９０２の代わりに）導電性遮蔽層に結合すると、それにより結合ストリップの結合されていない部分が自己発熱する。導電層１９０４と導電シールド層１９０６との間の変更された、例えば、電気的に短絡された誘電分離は、結合ストリップの性能および入力インピーダンスに劇的な変化をもたらし、その変化から、例えば、電流センサまたはインピーダンスセンサを用いて層間剥離を容易に検出することができる。例えば、インピーダンスの急激な変化は、通常の（障害のない）動作中の結合ストリップのインピーダンスと比較して、結合ストリップのインピーダンスの１桁以上の増加または減少であり得る。
たとえば、 航空機の外面の除氷の場合、加熱システムは通常５０℃～６０℃の範囲で動作するため、しきい値温度は、通常の範囲の上限よりも高いが有害な温度（例えば、燃料タンクの点火温度）をはるかに下回る値、例えば１３０℃、に設定することができる。この例では、ポリスルフィドベースの材料が、誘電体分離の構築に使用するのに適した材料の例です。
別の例として、導電層１９０４は、温度が上昇するにつれて導電層１９０４がその導電性を失い、例えば開状態に劣化するように、１つまたは複数の所定の材料で構成することができ、それによって層間剥離の直接的な検出を可能にする。 この例では、銅、アルミニウム、および合金が、導電層の構築に使用するのに適した材料である。
別の例として、底部誘電体層は、その誘電率が温度に対して大幅に変化する可能性のある1つまたは複数の所定の材料で構成することができ、それにより検出可能なインピーダンス変化が生じ、そのインピーダンス変化は障害を示すことができ、またインピーダンス測定により正確な温度測定が可能になる。この例では、アクリル接着剤、シリコン接着剤、エチレン酢酸ビニル接着剤、ポリスルフィド シーラント、ポリウレタンシーラント、マイラー、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、およびカプトンが、底部層の構築に適した材料である。
いくつかの実施形態では、導電層１９０４は、システムの特定の側面に対して他の側面よりも感度が低くなるように構成することができる。例えば、導電層１９０４は、導電層１９０４のインピーダンス、断面積、またはその両方が導電層１９０４は温度に比較的依存しないように構成することができる。こうして、重大なインピーダンス変化を引き起こす層間剥離などのシステムの障害は、システムの通常の動作変動から容易に識別できるようになる。
具体的には、これらの実施形態において導電層１９０４の所望の感度を達成するために、異なる構成材料、異なる接合材料および関連する接合方法、異なる断面寸法などの異なる幾何学的設計、または異なる終端構成を考慮することができる。例えば、水ベースの接着剤は０℃付近で急激なインピーダンス変化を示すが、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）などのアルコールベースの接着剤は、より一貫した、または安定したインピーダンス変化を示す。エポキシも比較的安定した誘電挙動を示す。
・バルク媒体の機械的変化を検出するための周波数領域分析
インピーダンスの変化は、航空機の外皮やその他のバルク媒体の機械的変化（例えば、へこみや亀裂）を検出するためにも使用することができる。たとえば、インピーダンスの変化は、結合ストリップ上または結合ストリップ外の構造への影響に続いて検出可能である。これは、衝撃試験セットアップを使用して実証された。１．２ｋｇの圧子を２．８ｍの高さからパネルに落とした。これは、翼のリブなどの構造要素に航空機の外皮を取り付ける最も近いファスナーから２５ｍｍのところに４ｍｍのへこみを作成するために選択された。観察された変化は、システムの誤動作を引き起こさないほど小さいものであったが、検出できるほど大きいものであった。
インピーダンスの変化は、航空機の外皮やその他のバルク媒体の機械的変化（例えば、へこみや亀裂）を検出するためにも使用することができる。たとえば、インピーダンスの変化は、結合ストリップ上または結合ストリップ外の構造への影響に続いて検出可能である。これは、衝撃試験セットアップを使用して実証された。１．２ｋｇの圧子を２．８ｍの高さからパネルに落とした。これは、翼のリブなどの構造要素に航空機の外皮を取り付ける最も近いファスナーから２５ｍｍのところに４ｍｍのへこみを作成するために選択された。観察された変化は、システムの誤動作を引き起こさないほど小さいものであったが、検出できるほど大きいものであった。
図３５Bは、衝撃の直前と直後のインピーダンスの正規化した実部を示す。「ニアチップ」、「ニアコネクタ」、および「ミドル」は、指定された位置での結合ストリップへの影響を示す。「Ｂｅｔｗｅｅｎ」および「ｆａｒ」は、結合ストリップの２つのブランチ間の影響と、最も近い結合ストリップからの距離（～１８cm）を示す。図示されているように、衝撃後にインピーダンスのジャンプが見られる。
図３５Bに示されるように、衝撃後に、インピーダンスの比較的小さなジャンプ（約５％）が観察される。これは、結合ストリップへの衝撃と外への衝撃の両方で検出可能である。結合ストリップから離れた場所での衝撃でもインピーダンスの変化が認識できるため、線路間などでの衝撃検出に利用できる。ラインは航空機の表面の大部分をカバーするため、構造を監視し、機械的な変化 (へこみや亀裂など) を検出するために使用することができる。
・ケーブル障害検出のための周波数ドメイン解析
いくつかの実施形態では、周波数領域分析プロットを使用して、加熱システム１００に存在する可能性のあるケーブル障害、たとえば結合ストリップ１９００の剥離を検出できる。また、航空機の外皮やその他のバルク媒体の機械的変化（へこみや亀裂など）を検出するためにも使用できる。特に、プロット変換技術（例えば、フーリエ変換）および機械学習技術（例えば、ニューラルネットワーク）を含む高度なグラフ分析技術を使用して、周波数応答プロットまたは周波数応答プロットから導出されたデータまたはその両方から、ケーブル障害の存在またはバルク媒体の機械的変化を検出できる特徴または特性を抽出することができる。一般に、さまざまな特徴または特性が、さまざまな種類のケーブル障害とバルク媒体の機械的変化を示す可能性がある。
いくつかの実施形態では、周波数領域分析プロットを使用して、加熱システム１００に存在する可能性のあるケーブル障害、たとえば結合ストリップ１９００の剥離を検出できる。また、航空機の外皮やその他のバルク媒体の機械的変化（へこみや亀裂など）を検出するためにも使用できる。特に、プロット変換技術（例えば、フーリエ変換）および機械学習技術（例えば、ニューラルネットワーク）を含む高度なグラフ分析技術を使用して、周波数応答プロットまたは周波数応答プロットから導出されたデータまたはその両方から、ケーブル障害の存在またはバルク媒体の機械的変化を検出できる特徴または特性を抽出することができる。一般に、さまざまな特徴または特性が、さまざまな種類のケーブル障害とバルク媒体の機械的変化を示す可能性がある。
例えば、特徴または特性は、最小または最大の抵抗値またはシータ値、ならびにこれらの最小値または最大値が位置する関連周波数の値を含み得る。別の例として、特徴または特性は、例えば、共鳴ピークの優位性、互いのピーク間距離、およびピーク間周波数間隔間の一貫性を含む共鳴ピークパターン情報を含むことができる。
図４１は、バルク媒体上に設置された健全な結合（例えば、欠陥のない結合ストリップ）結合ストリップおよび欠陥のある結合ストリップの周波数応答のプロットを示す。この例では、ケーブル障害の特定のタイプとして、所与の周波数範囲にわたる共振ピーク、例えば共振ピーク４３１０のそれぞれの値が単調に減少しているか単調に増加しているかを判断することに基づいて、層間剥離を検出することができる。プロット４３００に示されるように、共振ピーク値は、健全な結合ストリップに対して単調に減少する。しかしながら、プロット４３５０に示されるように、不健全な（例えば、剥離した）結合ストリップの場合、共振ピーク値は最初に減少し、次に増加し、再び減少する可能性がある。
いくつかの実施形態では、特定のケーブルの測定されたインピーダンス対周波数を、障害のない(たとえば、健全な)ケーブルのインピーダンス対周波数の期待パターンを示すデータと比較することによって、ケーブル（例えば、結合ストリップ）の短絡、開回路、または層間剥離などの障害を検出することができる。たとえば、スペクトルアナライザまたはＴＤＲデバイスを使用して、特定のケーブルのインピーダンス対周波数または時間領域パターンを測定することができる。測定されたインピーダンス対周波数または時間領域パターンは、障害のない同様のケーブルの予想されるインピーダンス対周波数または時間領域パターンと比較することができる(たとえば、プロット４３５０に示されるように)。周波数ドメインの例では、測定されたインピーダンス対周波数パターンの共振ピークパターンの特徴または特性の変化を、期待されるインピーダンス対周波数パターンと比較して、ケーブルの障害を識別するために使用することができる。
・バルク媒体の機械的変化の検出のためのＴＤＲ
へこみやその他のバルク媒体の機械的変化は、バルク媒体の局所的な変形であるため、バルク媒体に設置された伝送線路の特性インピーダンスに局所的な変化をもたらし得る。そのため、ＴＤＲはバルク媒体の機械的変化の検出と位置特定に適している。
へこみやその他のバルク媒体の機械的変化は、バルク媒体の局所的な変形であるため、バルク媒体に設置された伝送線路の特性インピーダンスに局所的な変化をもたらし得る。そのため、ＴＤＲはバルク媒体の機械的変化の検出と位置特定に適している。
図３６は、２つの異なる結合ストリップ設計におけるＴＤＲの例を示す。赤い線はへこみテストパネルを示し、青い線はベースラインパネルを表す。ＴＤＲを使用すると、へこんだ結合ストリップに沿ってインピーダンスが急激に変化し、へこみのないパネルの通常の値の周囲でインピーダンスの変動として現れることがわかる。この情報を使用して、へこみをケーブルの特定の領域に限定することができる。したがって、下地構造の損傷位置を特定することができる。このデータは、結合ストリップの長さに沿った平均特性インピーダンスがほぼ同じであるため、周波数応答のみを使用して検出するのは難しいことがある。しかし、ＴＤＲを使用すると、局所的な不連続性を確認することができる。
加熱システムの一実施形態では、得られたデータの分析（例えば、前述の高度な方法を使用する）と組み合わせて、バルク媒体を覆う結合ストリップで実行されるＴＤＲ測定を使用して、バルク媒体の外皮および構造および健全状態をマッピングすることができる。これは、保守およびサービス診断ツールとして、またはリアルタイム監視ツールとして使用できる。
バルク媒体を加熱するために結合ストリップを使用する電気除氷システムの実施形態では、複数の結合ストリップが同じ高周波源から給電される。この実施形態では、ＡＣ電源が問題の結合ストリップに物理的に近づかないように、追加のケーブルを含めることができる。これらの実施形態では、前述の障害検出と除氷評価が引き続き可能である。実際、ＡC電源の１つの監視システムで、接続されているすべての結合ストリップの性能を監視することができる。ただし、別の実施形態では、各結合ストリップの入力に追加のモニターを配置することもできる。各結合ストリップは並列要素と見なすことができ、追加のケーブルはネットワーク内の直列要素として使用される。このネットワークは、その構成のジオメトリ パラメータとマテリアルパラメータによって定義される。
いくつかの実施形態では、複数のＡＣ電源を組み合わせて、上述のように１つまたは複数の結合ストリップに電力を供給することができる。上記と同様に、これにより、単一のコントローラサブシステムが１つまたは複数のＡＣ電源と１つまたは複数の結合ストリップの間の障害を検出することができるようになる。ただし、ＡC電源ごとに個別の監視を行うこともできる。これにより、障害の原因を単一のシステム要素に切り分けることができる。この実施形態では、除氷を完了しながら障害を補償するために障害検出システムが冗長要素をオンラインにすることができるように、冗長ＡＣ電源を設置することが可能である。
電気除氷システムのいくつかの実施形態は、ＡＣ電源と結合ストリップとの間に分散回路またはインライン回路を含むことができる。この回路はパッシブ回路(インダクタ、コンデンサ、抵抗器、および変圧器のみを含む)であってよい。他方、この回路はアクティブ回路であってもよい（例えば、アクティブＩＡＮの場合、トランジスタ、論理ゲート、または他の要素を含む）。この回路がアクティブである実施形態では、この回路を障害検出と除氷評価に使用することができる。複数の結合ストリップが単一または結合されたＡＣ電源から給電される実施形態では、分散型アクティブ回路が、個々のモニターを各結合ストリップ要素に配置することにより、障害を単一の結合ストリップ要素に分離することができる。さらに、追加の冗長結合ストリップ要素が設置されている場合、分散型アクティブ回路が電力を他の結合ストリップに送給して、単一の結合ストリップの障害を軽減し、完全な除氷を行うことができる。この分散回路は、ケーブル配線または既知の無線通信プロトコルを介して、またはシステムの電圧、電流、またはインピーダンスの操作を介して、ＡＣ電源または任意の「上流」回路と通信することができる。例えば、一実施形態では、この分散回路は、電気的または電気機械的スイッチを使用して、正常範囲外のインピーダンスを持つ任意の結合ストリップを切断することができる。この切断は、ＡＣ電源の監視システムによって検出されると同時に、障害のある結合ストリップが給電されないようにして、システムへの損傷を防ぐことができる。別の実施形態では、他のセンサ（例えば、温度センサ、氷センサ）をこのような分散回路と調整して、電力を氷の堆積が大きい領域に直接向けるようにすることができる。
複数の結合ストリップが同じバルク媒体に取り付けられている実施形態では、単一の結合ストリップに信号を送信することにより、近くの結合ストリップの障害を検出することができる。同じバルク構造に取り付けられたすべての結合ストリップには、ある程度の電磁結合があり得る。送信機を１つの結合ストリップ（ＡＣ電源、ネットワークアナライザ、ＴＤＲなど）に配置し、オシロスコープなどの受信機を別の結合ストリップに配置することで、誘導信号を拾うことができる。これは、結合が期待範囲内にあることを確認するために使用することができる。結合係数が予想範囲外の場合は、障害を示している可能性がある。例えば、１つの可能な実施形態では、結合ストリップのバルク構造への電気的接続が不十分であると、他の結合ストリップへの結合が増加する可能性がある。これはまた、除氷のための不十分な加熱にもつながる。他の結合ストリップで誘導信号を監視することにより、このエラーを検出することができる。
いくつかの実施形態では、上記と同様に、ＴＤＲプロットを使用して、たとえばグラフ分析技術を使用して、ＴＤＲプロットから描かれる、または別の方法で抽出される特定の特徴を分析することによって、結合ストリップの層間剥離の検出を支援することができる。
結合ストリップの欠陥の検出またはバルク媒体のへこみの検出に加えて、上記と同様の手法を使用して、ＴＤＲまたは周波数ドメイン解析のいずれかを使用して、バルク媒体上の水や氷などのさまざまな汚染物質の存在を検出すること、ならびに、バルク媒体上に存在する汚染物質の種類を決定することができる。
本明細書で使用される「電気的に接続された」という用語は、２つの電気的構成要素が（例えば、抵抗、コンデンサ、インダクタなどの追加の構成要素を介さずにワイヤまたは回路トレースを介して）互いに直接結合される「直接接続」とは対照的に、電気的機能を有する物体を介して互いに接続される場合を含む。さらに、第１のコンポーネントが第２のコンポーネントの特定の端子に電気的に接続されるという言及は、第２のコンポーネント自体を通過する電気経路を含むことを意図していない。例えば、トランジスタのゲート端子に電気的に接続されるコンデンサは、電気的接続が電気的機能を有する他の物体または構成要素を通過する場合を含み得るが、電気的接続がトランジスタ自体の別の端子（例えば、ソース／ドレイン）を介してトランジスタのゲートに通過する場合を含まない。
Claims (45)
- 航空機の外皮を加熱するためのシステムであって、該システムは、
前記航空機の外皮に配置された一連の個々の加熱要素と、
前記加熱要素によって生成される加熱パターン内の比較的低い温度の領域に対応する場所で前記外皮上に配置されたセンサと、
前記加熱要素および前記センサに接続された制御システムであって、前記センサからの出力に応答して前記加熱要素に供給される電力を制御するように構成された制御システムと、
を備えるシステム。 - 前記加熱要素は、前記航空機外皮と組み合わせて送電線を形成する、前記航空機外皮の表面に沿って延在する多層構造を含む結合ストリップであり、前記多層構造は、
前記航空機外皮上の第１の誘電体層と、
前記第１誘電体層上の導電層と、
前記導電層上の第2の誘電体層と、
前記第２の誘電体層上の導電性シールド層と、
を含む、請求項１に記載のシステム。 - 前記場所は、前記加熱要素がアクティブな状態で前記場所の局所的温度を前記航空機外皮の大部分の温度よりも低く維持するように配置された前記航空機外皮上の構造的特徴部を含む、請求項１および２のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記構造的特徴部は、前記航空機外皮の大部分に比べて少ない熱を前記場所に与える前記加熱要素の配列を含む、請求項３に記載のシステム。
- 前記場所は、前記航空機外皮上に構造的特徴部を含み、前記場所で氷の形成を引き起こすように配置される、請求項１～４のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記構造的特徴部は、リッジ、エッジ、または壁を含む、請求項５に記載のシステム。
- 前記センサは温度センサまたは氷センサである、請求項１～６のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記場所が航空機の窓から見える、請求項１～７のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記制御システムは、
前記センサからの出力に基づいて、その場所での航空機の外皮の特性を検出し、
前記特性の値を基準特性と比較し、
前記特性の値がその場所での凍結を示しているという決定に応答して、凍結状態の表示をトリガする、
ように構成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記加熱要素によって生成される加熱パターン内の比較的高温の領域に対応する第２の場所で航空機の外皮に配置された第２のセンサをさらに備え、
前記制御システムが前記第2のセンサに接続され、
前記制御システムが、前記第２のセンサからの出力に基づいて、前記第２の場所における航空機の外皮の温度を検出し、その温度をその場所の基準温度と比較し、その温度が基準温度よりも高いという決定に応答して、過熱状態の表示をトリガする、
ように構成されている、請求項１～９のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記制御システムは、
前記センサからの出力に基づいて、その場所での航空機の外皮の特性を検出し、
前記特性の値を基準特性と比較し、
前記特性の値がその場所での凍結を示しているという決定に応答して、加熱素子に電力を供給するように構成されている、請求項１～１０のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記加熱要素によって生成される加熱パターン内の比較的高温の領域に対応する第２の場所で航空機の外皮に配置された第２のセンサをさらに備え、
前記制御システムが前記第2のセンサに接続され、
前記制御システムが、前記第２のセンサからの出力に基づいて、前記第２の場所における航空機の外皮の温度を検出し、
その温度をその場所の基準温度と比較し、
その温度が基準温度よりも高いという決定に応答して、加熱要素への電力を減らすように構成されている、請求項１～１１のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記制御システムは、前記結合ストリップに接続されたインピーダンス監視サブシステムを含み、前記インピーダンス監視サブシステムが、
前記加熱要素の入力インピーダンスを監視し、
前記入力インピーダンスから、加熱要素の故障を検出する、
ように構成されている、請求項２に記載のシステム。 - 前記加熱素子の故障の検出は、
前記加熱要素の第１のインピーダンス対周波数パターンを取得し、
前記第１のインピーダンス対周波数パターンを、故障のない期待インピーダンスを示す第２のインピーダンス対周波数パターンと比較することによって、故障を検出する、請求項１３に記載のシステム。 - 前記インピーダンス監視サブシステムは、前記加熱要素に印加される電力信号に応答して前記加熱要素の電気的特性に基づいて前記加熱要素のインピーダンスを検出するように構成された受動システムを備える、請求項１３に記載のシステム。
- 前記インピーダンス監視サブシステムは、前記加熱素子に試験信号を送信し、前記試験信号に応答して前記加熱素子の電気的特性に基づいて前記加熱素子のインピーダンスを検出するように構成されたアクティブシステムを備える、請求項１３に記載のシステム。 .
- 前記制御システムは、前記結合ストリップに接続されたインピーダンス監視サブシステムを含み、前記インピーダンス監視サブシステムは、
前記加熱要素の入力インピーダンスを監視し、
前記入力インピーダンスから、航空機の外皮への機械的変化を検出する、
ように構成されている、請求項２に記載のシステム。 - 前記制御システムは、前記結合ストリップに接続された時間領域反射測定（ＴＤＲ）監視サブシステムを備え、前記ＴＤＲ監視サブシステムは、
前記加熱要素の時間領域電気パルス応答を監視し、
前記時間領域電気パルス応答から、加熱要素の障害を検出する、
ように構成されている、請求項２に記載のシステム。 - 前記加熱要素の障害の検出は、
前記加熱要素の第１の時間領域反射測定（ＴＤＲ）パターンを取得すること、および
前記第１のＴＤＲパターンを、故障のない加熱要素の期待されるＴＤＲパターンを示す第２のＴＤＲパターンと比較することによって、故障を検出すること、
を含む、請求項１８に記載のシステム。 - 前記制御システムは、前記結合ストリップに接続された時間領域反射率測定（ＴＤＲ）監視サブシステムを備え、前記ＴＤＲ監視サブシステムは、
前記加熱要素の時間領域電気パルス応答を監視し、
前記時間領域電気パルス応答から、航空機の外皮の機械的変化を検出する、
ように構成されている、
請求項２に記載のシステム。 - バルク導体の外皮を加熱するためのシステムであって、該システムは、
バルク導体の外皮上に配置された一連の個々の加熱要素と、
前記加熱要素によって生成される加熱パターン内の比較的低温の領域に対応する場所で前記外皮上に配置されたセンサと、
前記加熱要素と前記センサに接続された制御システムであって、前記センサからの出力に応答して前記加熱要素に供給される電力を制御するように構成された制御システムと、
を含む、システム。 - 前記加熱要素は、前記バルク導体の外皮と組み合わせて送電線を形成する、前記バルク導体の外皮の表面に沿って延在する多層構造を含む結合ストリップであり、前記多層構造は、
前記バルク導体外皮上の第1の誘電体層と、
前記第１誘電体層上の導電層と、
前記導電層上の第2の誘電体層と、
前記第２の誘電体層上の導電性シールド層と、
を含む、請求項２１に記載のシステム。 - 前記場所は、前記加熱要素がアクティブの場合に前記場所の局所温度を前記バルク導体外皮の大部分の温度よりも低く維持するように配置された構造的特徴を前記バルク導体外皮に備える、請求項２１および２２のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記構造的特徴は、前記バルク導体外皮の大部分に比べて前記場所に与える熱が少ない前記加熱要素の配置を備える、請求項２３に記載のシステム。
- 前記場所は、前記バルク導体外皮上の構造的特徴を含み、前記場所に氷の形成を引き起こすように配置される、請求項２１から２４のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記構造的特徴は、リッジ、エッジ、または壁を含む、請求項２５に記載のシステム。
- 前記センサが温度センサまたは氷センサである、請求項２１～２６のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記場所が前記バルク導体の窓から見える、請求項２１～２７のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記制御システムは、
前記センサからの出力に基づいて、その場所で前記バルク導体スキンの特性を検出し、その特性の値を基準特性と比較し、その特性の値がその場所での凍結を示すという決定に応答して、凍結状態の表示をトリガする、
ように構成されている、請求項２１～２８のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記加熱要素によって生成される前記加熱パターン内の比較的高温の領域に対応する第２の場所で前記バルク導体の外皮上に配置される第２のセンサをさらに備える、請求項２１～２９のいずれか一項に記載のシステムにおいて、
前記制御システムは前記第2のセンサに接続され、
前記制御システムは、
前記第２のセンサからの出力に基づいて、前記第２の場所における前記バルク導体スキンの温度を検出し、
前記温度をその場所の基準温度と比較し、
前記温度が前記基準温度よりも高いという決定に応答して、過熱状態の表示をトリガする、
ように構成されている、システム。 - 前記制御システムは、
前記センサからの出力に基づいて、前記場所での前記バルク導体スキンの特性を検出し、
前記特性の値を基準特性と比較し、
前記特性の値が前記場所での凍結を示しているという決定に応答して、加熱要素に電力を供給する、
ように構成されている、請求項２１～３０のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記加熱要素によって生成される前記加熱パターン内の比較的高温の領域に対応する第２の場所で前記バルク導体の外皮上に配置された第２のセンサをさらに備える、請求項２１～３１のいずれか一項に記載のシステムにおいて、
前記制御システムは前記第2のセンサに接続され、
前記制御システムは、
前記第２のセンサからの出力に基づいて、前記第２の場所における前記バルク導体スキンの温度を検出し、
前記温度を前記場所の基準温度と比較し、
前記温度が前記基準温度よりも高いという決定に応答して、加熱素子に加える電力を減らす、
ように構成されている、請求項２１～３１のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記制御システムは、前記結合ストリップに接続されたインピーダンス監視サブシステムを含み、前記インピーダンス監視サブシステムは、
前記加熱要素の入力インピーダンスを監視し、
前記入力インピーダンスから前記加熱要素の障害を検出する、
ように構成されている、請求項２２に記載のシステム。 - 前記加熱要素の障害の検出は、
前記加熱要素の第１のインピーダンス対周波数パターンを取得すること、および
前記第１のインピーダンス対周波数パターンを、障害のない期待インピーダンスを示す第２のインピーダンス対周波数パターンと比較することによって、障害を検出することを含む、請求項３２に記載のシステム。 - 前記制御システムは、前記結合ストリップに接続されたインピーダンス監視サブシステムを含み、前記インピーダンス監視サブシステムは、
前記加熱要素の入力インピーダンスを監視し、
前記入力インピーダンスから、前記バルク導体の外皮への機械的変化を検出する、
ように構成されている、請求項２２に記載のシステム。 - 前記制御システムは、前記結合ストリップに接続された時間領域反射測定（ＴＤＲ）監視サブシステムを備え、前記ＴＤＲ監視サブシステムは、
前記加熱要素の時間領域電気パルス応答を監視し、
前記時間領域電気パルス応答から、加熱素子の障害を検出する、
ように構成されている、請求項２２に記載のシステム。 - 前記加熱素子の障害の検出は、
前記加熱要素の第１の時間領域反射測定（ＴＤＲ）パターンを取得すること、および
前記第１のＴＤＲパターンを、障害のない加熱要素の期待ＴＤＲパターンを示す第２のＴＤＲパターンと比較することによって、障害を検出することを含む、請求項３６に記載のシステム。 - 前記制御システムは、前記結合ストリップに接続された時間領域反射率測定（ＴＤＲ）監視サブシステムを備え、前記ＴＤＲ監視サブシステムは、
前記加熱素子の時間領域電気パルス応答を監視し、
前記時間領域電気パルス応答から、前記バルク媒体の外皮への機械的変化を検出する、
ように構成されている、請求項２２に記載のシステム。 - 前記結合ストリップのうちの少なくとも１つの前記導電層は、センスラインおよびキャリアラインを含み、前記結合ストリップ内に配置された前記センスラインが前記キャリアラインまたは前記結合ストリップの障害を感知する、請求項２または２２に記載のシステム。
- 前記センスラインの第１端が前記キャリアラインに電気的に接続され、前記センスラインの第２端が接続性テスト端子に電気的に接続される、請求項３９に記載のシステム。
- 前記センスラインの第１端が前記導電性シールド層に電気的に接続され、前記センスラインの第２端がＡＣ電圧源に電気的に接続される、請求項３９に記載のシステム。
- 前記センスラインが、センスラインのインピーダンスの変化に基づいて温度を測定できるように配置された１つまたは複数のコンデンサを含む、請求項３９に記載のシステム。
- 前記結合ストリップは、前記結合ストリップの障害を示すように所定の態様で故障するように構成された１つ以上の自己変更コンポーネントを含む、請求項２または２２に記載のシステム。
- 前記制御システムは、
ある期間にわたって前記センサによって示される温度を測定し、
その温度の勾配が一定期間、摂氏約ゼロ度で一定のままであり、その後上昇し始めたという決定に応答して、除氷が完了したことを決定することによって、
除氷動作の状態を検出するように構成されている、請求項１～４３のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記制御システムは、結合ストリップのインピーダンス周波数応答を測定し、測定されたインピーダンス周波数応答に基づいて結合ストリップの温度を推定するように構成されている、請求項１～４４のいずれか一項に記載のシステム。
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