JP5207963B2 - 電子機器、電気機械機器および機械機器用の音響信号試験 - Google Patents

Description

本発明は、一般に機器の試験に関し、より詳細には、電子機器、電気機械機器および機械機器用の音響信号障害検出、ならびに電子機器、電気機械機器および機械機器における音響信号障害検出に関する。

現在、電子機器、電気機械機器および機械機器、例えば航空機用機器、ならびにナビゲーションシステム、戦術システム、および他のシステムを含む他の乗物用の機器は、電圧、電流および温度の測定値を使用して試験される。より具体的には、試験環境において被試験ユニット（ＵＵＴ）と呼ばれることがあるそのようなシステムは、一般に自動試験装置を使用して試験される。そのような自動試験装置（ＡＴＥ）では、ＵＵＴは、一般に動作条件下で施される１組の刺激（供給される電気信号または機械的入力）を受ける。ＡＴＥは、供給された刺激のため生じる電気的または機械的な１つまたは複数の出力状態を測定するように構成される。期待される出力状態とは異なる出力状態（測定値）が、どの部分、例えば取外し可能回路カードが、期待とは異なる出力状態（例えば、不成功試験または障害）の発生源であるかを判断しようと試みるのに利用される。

しかし、そのような試験方法には、依然として曖昧さが伴うことがある。時に、不成功試験の発生源が分離されるまで、１つまたは複数の回路カード、あるいは他の部分組立体を取り外して置き換えなければならない。動作しているときに可聴音を放射する構成部品および構成部品の組合せがある。正しく動作していないときに音を放射するものもある。さらに、１つまたは複数の構成部品あるいは部分組立体が故障しているときに、全ての構成部品が正しく動作しているときに放射される周波数とは異なる周波数を放射するものもある。そのような可聴周波数放射は、総称して音響信号と呼ばれることがある。

一態様では、電気部品、電子部品、機械部品、および電気機械部品のうち１つまたは複数を含むユニットを試験する方法が提供される。この方法は、ユニットに少なくとも１つの刺激を加えるステップ、ユニットから音放射を受け取るステップ、および音放射を１つまたは複数の音響信号に変換するステップを含む。この方法はさらに、受け取られた放射に基づく音響信号を、少なくとも１つの刺激の結果として期待される、記憶された音響信号と比較するステップ、およびその比較に基づいてユニットの状態を判断するステップを含む。

別の態様では、ユニットは、ユニットの音響信号試験をユニットの動作中に可能にするように構成される。このユニットは、ユニット内に配置された少なくとも１つのマイクロホンと、マイクロホンから生ずる信号を受け取って処理するように構成されるプロセッサとを備える。プロセッサは、処理された信号に関して外部システムと通信するようにプログラムされる。

別の態様では、音響信号試験用のユニットを構成する方法が提供される。この方法は、ユニット内に１つまたは複数のマイクロホンを組み込むステップ、１つまたは複数のマイクロホンから入力を受け取るようにユニット内の処理装置を構成するステップ、および受け取られた入力に関するデータを外部システムに通信するように処理装置をプログラムするステップを含む。

図１は、自動試験装置（ＡＴＥ）１０と被試験ユニット（ＵＵＴ）１２との間の接続を示すブロック図である。ＡＴＥ１０は一般に、入／出力回路の動作を制御し、また入／出力回路からデータを受け取るためにバス化された、マイクロコンピュータ２０または他の処理装置を含む。入／出力回路の例には、デジタル入出力２２、アナログ入出力２４、タイミング回路２６、および他の入出力回路２８が含まれる。一例として、他の入出力回路２８は、特定のＵＵＴ１２内にある特有の回路へのインターフェースを提供する専用回路を含むことができる。専用回路の例には、シンクロおよびリゾルバが含まれる。図示されていないが、ＡＴＥ１０およびマイクロコンピュータ２０は、特定のＵＵＴ１２の試験要求に応じて、特定のＵＵＴ１２上に存在する機械的インターフェースの操作を組み込んで制御することもできる。そのようなインターフェースの一例には、ＵＵＴ１２から延びるギア組立体へのインターフェースが含まれてよい。

ＡＴＥ１０はさらに、マイクロコンピュータ２０、入／出力回路、およびユーザインターフェース３２を動作させるのに必要な、各種の電圧および電流を提供するように構成された電源３０を含む。ユーザインターフェース３２は、ユーザがＵＵＴ１２を試験するためにＡＴＥ１０を操作するのを可能にするインターフェースを提供する。ＡＴＥ１０をＵＵＴ１２に接続するために、配線用ハーネス４０が利用される。一部のＵＵＴには、追加の動作要件、例えば強制空冷がある。そのようなＵＵＴの場合、保持固定具５０が、配線用ハーネス４０と結合するように構成される。保持固定具５０は、強制空冷（図示せず）をＵＵＴ１２に供給するように構成され、またＡＴＥ１０内に含まれない、ＡＴＥ１０によって制御されるＵＵＴ特定インターフェース（図示せず）に利用することができるエンクロージャをさらに提供する。

ＡＴＥ１０、配線用ハーネス４０、および保持固定具５０は、大多数のＵＵＴに大部分のパラメトリック試験を提供するが、一部のＵＵＴは、動作上の問題または潜在的な将来の動作上の問題がＵＵＴ内にあるか否かについての情報をもたらすことができる特徴を動作中に示す。具体的には、一部のＵＵＴは、始動シーケンス中および／または動作中に、時として可聴なことがある音を放射する。そのような音の周波数または音量を変更すると、ＵＵＴのどの部分が適切に動作しているか、または動作していないかについての情報をもたらすことができる。さらに、一部のＵＵＴは、適切に動作しているとき可聴音を放射しない。そのようなＵＵＴからの音の放射は、ＵＵＴの一部分が適切に動作していないという指標となり得る。さらに、動作中に音を放射するＵＵＴの場合、音の放射がないことも、ＵＵＴのどの部分が適切に動作していないかについての情報をもたらし得る。

図２は、音響信号診断ツールを、既知のＡＴＥ、例えばＡＴＥ１０によって提供される試験機能に追加したＡＴＥ１００のブロック図である。ＡＴＥ１００は、ＵＵＴを試験しているＡＴＥシステムによって現在評価されない可聴特性、例えば振幅、時間の長さ、および周波数の評価をもたらすように構成される。したがって、ＡＴＥ１００は、被試験機器または被試験ユニットの診断を助けるために、被試験機器、例えばＵＵＴ１２の音響信号を使用することができる。一実施形態では、ＡＴＥ１００内のマイクロコンピュータ１０２が、ＵＵＴから放射しているＵＵＴ内の障害を示す音響信号内の異常を、１つまたは複数のルーチンを用いて検出するようにさらに構成される。同様に、音響信号を少なくとも部分的に利用して、ＵＵＴが適切に動作していることを判断することもできる。

ＡＴＥ１００は、ＡＴＥ１０の前述の機能全ても組み込む。同様の構成部品は、図１で利用されたのと同じ参照番号を使用して示される。ＡＴＥ１００はさらに、サウンドインターフェース１０４を組み込み、サウンドインターフェース１０４はマイクロコンピュータ１０２と通信する。一実施形態では、サウンドインターフェース１０４は、マイクロコンピュータ１０２と、前述の入出力回路が利用するのと同じバス構造を利用して通信する。サウンドインターフェース１０４の一例が、デジタルコンピュータサウンドカード入力である。配線用ハーネス１０６の一部分が、サウンドインターフェース１０４から延びている。配線用ハーネス１０６は、ＡＴＥ１００の電源３０を含めて入出力回路と、保持固定具５０との間のインターフェースをさらに提供する。前述のように、保持固定具５０は、ＵＵＴ１２を取り付けるように、またＡＴＥ１００の入出力回路への接続をもたらすように構成される。

図示の実施形態では、マイクロホン１１０が、保持固定具５０から延びている（また、配線用ハーネス１０６に電気的に接続される）。一代替実施形態では、例えば既存のＡＴＥに後付けするために、サウンドインターフェース１０４とマイクロホン１１０との間の接続を、配線用ハーネス１０６から分離することができる。

一実施形態例では、ＵＵＴ１２が慣性測定ユニット（ＩＭＵ）である。その実施形態例では、マイクロホン１１０が、被試験ＩＭＵの近くに配置された高感度マイクロホンである。マイクロホン１１０は、ＩＭＵにごく近接して配置され、デジタルコンピュータサウンドカード入力に取り付けられる。ＡＴＥ１００は、例えばＩＭＵの電源投入シーケンス中に生み出される、得られる音響信号を捕捉するのに使用されるソフトウェアプログラムを用いて構成される。それに加えて、ＵＵＴ１２の動作能力が試験されているとき、ＵＵＴ１２の音響出力を試験プログラムの特定部分中に測定するように、ＡＴＥ１００をさらに構成することもできる。

ＡＴＥ１００の能力を例示すると、図３は、既知の良好なＩＭＵに関する可聴出力の一部分を示すグラフ１５０である。グラフ１５０は、電源投入シーケンスおよび外部システムとの通信開始中にＩＭＵから放射された、経時的な音の振幅を示す。しかし、図４は、疑わしいＩＭＵに関して、図３に示すのと同じ可聴出力を示すグラフ２００である。この特定のＩＭＵでは、５ボルト電源は使用可能でない。約３０秒後に、ＩＭＵ内のディザモータが飽和し、振動し始める。この振動によって生み出される可聴音が、グラフ２００内に８７５Ｈｚ信号として示されている。ＡＴＥ１００は、この８７５Ｈｚ信号を、マイクロホン１１０を介して受け取ることによって、現在の試験方法を利用して行われるのと同じように一連の信号測定をする必要なく、５ボルト電源が故障したと判断することができる。

ＡＴＥ適用例に関して説明してきたが、本明細書において記載された音響信号試験方法は、さまざまな製品内、例えばＩＭＵ自体の中にも実装することができる。図５は、上述の音響信号サンプリング能力を組み込んだＩＭＵ３００のブロック図である。ＩＭＵ３００は、マイクロプロセッサ３０２、メモリ３０４、ジャイロスコープ３０６、加速度計３０８、ジャイロおよび加速度計の励起および制御回路３１０、シリアル入／出力（Ｉ／Ｏ）回路３１２、およびディスクリート入／出力（Ｉ／Ｏ）回路３１４を含む。一実施形態では、ディスクリートＩ／Ｏ回路３１４が、ＩＭＵ３００用の組込み試験（ＢＩＴ）に専用の回路を含む。

ジャイロスコープ３０６、加速度計３０８、ジャイロおよび加速度計の励起および制御回路３１０、シリアルＩ／Ｏ回路３１２、およびディスクリートＩ／Ｏ回路３１４は、バス３２０を介してマイクロプロセッサ３０２と通信する。ＩＭＵ３００はさらに、ＩＭＵ３００の他の構成部品によって利用されるさまざまな電力源を提供する電源回路３２２を含む。図示の実施形態では、ＩＭＵ３００はさらに、ジャイロスコープ３０６および加速度計３０８に近接して配置されたマイクロホンセンサ３３０を含む。マイクロホンセンサ３３０は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３３２に信号を供給するように構成され、Ａ／Ｄ変換器３３２は、マイクロホンセンサ３３０から受け取ったアナログ信号をデジタル化し、その信号を、マイクロプロセッサ３０２で受け取れるようにバス３２０に出力する。マイクロプロセッサ３０２は、そのような信号の解析後に、そのような解析の結果を外部システムに、例えば解析結果をシリアルＩ／Ｏ３１２を介して通信することによって提供するように構成される。本明細書では、マイクロプロセッサという語は、プログラムされた命令を処理することができるあらゆる装置を含むと理解される。一特定実施形態では、マイクロプロセッサ３０２は、Ａ／Ｄ変換器３３２の機能を内部に組み込んだマイクロコントローラである。

マイクロホン３３０およびＡ／Ｄ変換器３３２を組み込むことによって、メモリ３０４に記憶された予知診断ヘルスマネージメントシステム内に組み込んで、マイクロプロセッサ３０２上で実行することができる、別の試験機能が実現される。そのような実施形態は、例えば、ＩＭＵ３００に記憶される、既知の良好なＩＭＵに関する音のレベルおよび周波数の測定値を含むことができる。次いで、既知の良好なＩＭＵに関する音響信号の実例が、ＩＭＵ３００内で、例えば電源投入シーケンス中になされた測定と比較され、その実例には、動作中の音のレベルの定期的な測定値を含むことができる。音のレベルおよび周波数が、ＩＭＵ３００内に記憶された期待されるレベルおよび周波数とは異なる場合、マイクロプロセッサ３０２が、それらの測定結果を外部システムに、記憶あるいは（ユーザまたは外部システムによって）さらに解析する目的で通信するようにプログラムされる。解析は、完了するとすぐに、例えばＩＭＵ３００を使用するシステムの保守を行う適切な人物に通信される。この通信は、ＩＭＵ３００内で発生する、非典型的なレベルおよび／または周波数の起こり得る原因を含むこともできる。

マイクロホン３３０は、本明細書では、ジャイロスコープ３０６および加速度計３０８に近接していると記載されているが、そうした実施形態は、単に一例であると理解されたい。故障した構成部品、または故障する可能性がある構成部品に関する情報をもたらすために、Ａ／Ｄ変換器に信号を供給するマイクロホンを、ＩＭＵ内のいくつかの場所に利用することができる。したがって、例えばＩＭＵの設計に精通しているオペレータが、音響信号をおそらくはグラフ形状（すなわち、振幅、時間、周波数）で使用して、ＩＭＵ内の障害モードを判断し、それに応じて行動することができる。

本明細書では、可聴信号を受け取るマイクロホンに関して記載してきたが、他の実施形態では、マイクロホン以外の装置を利用して、音響信号または他の振動特性の存在を判断する。具体的には、一実施形態では、低レベルレーザビームが表面、例えば慣性測定ユニット内のジンバルから反射される。この反射が復調され、それによって振動の変化があればそれが明らかにされる。

ＩＭＵの例に関して説明してきたが、上記の説明は、そのように限定されると解釈すべきではない。リングレーザジャイロスコープや加速度計などのセンサ製品、プリント配線板、電源、電子製品、および機械化製品を含むがそれらに限定されない他の多くの製品および部分組立体が、上述の音響試験方法を実装するために、マイクロホン、振動測定装置、およびＡ／Ｄ変換器の組込みを可能にするように構成可能である。

以上、本発明を、さまざまな特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明は、特許請求の範囲の精神および範囲内の変更を行って実施することができることを、当業者なら理解するであろう。

被試験ユニット（ＵＵＴ）を試験するためにＵＵＴに接続された、試験装置を示すブロック図である。 音響試験を組み込んだ図１の試験装置のブロック図である。 既知の良好な慣性測定ユニットに関する、いくつかの音響信号を示すグラフである。 疑わしい慣性測定ユニットに関する、図３に示すのと同じ音響信号を示すグラフである。 音響信号試験用に構成された慣性測定ユニットのブロック図である。

Claims (5)

1. ナビゲーションユニットの音響信号試験を、前記ユニットの動作中に可能にするように構成された前記ユニットであって、
   前記ユニット内に配置された少なくとも１つのマイクロホン（３３０）と、
   前記ユニット内の複数の慣性センサ（３０６、３０８）と、
   前記少なくとも１つのマイクロホンから生ずる信号を受け取って処理するように構成され、処理された信号に関して外部システムと通信するようにプログラムされる、前記ユニット内のプロセッサ（３０２）と、
   前記ユニット（１００）を動作させるために、前記ユニットに少なくとも１つの刺激が加えられ、前記ユニットは、良好なユニットから放射される音響信号を表す少なくとも１つの音響信号を記憶するように構成された、前記ユニット内のメモリ（３０４）とを備え、
   前記プロセッサは、前記ユニットに供給される刺激から生ずる音響信号を、同じ刺激から生じ、前記メモリ内に記憶された少なくとも１つの音響信号に対して比較するように構成される、
   ユニット。
2. 前記ユニットを動作させるために、前記ユニットに少なくとも１つの刺激が加えられ、前記プロセッサ（３０２）は、前記少なくとも１つのマイクロホンから受け取られた、前記ユニットに加えられた前記１つまたは複数の刺激に基づく信号を処理するように構成される、請求項１に記載のユニット。
3. 前記プロセッサ（３０２）は、前記受け取られた信号を処理し、前記受け取られた信号に基づく音響信号を外部システムに供給するように構成される、請求項１に記載のユニット。
4. 前記ユニットは慣性測定装置（ＩＭＵ）を含む、請求項１に記載のユニット。
5. ナビゲーションシステムを試験する方法であって、前記ナビゲーションシステムは１以上の電気部品、電子部品、機械部品および電子機械部品を含み、
   少なくともひとつの刺激を前記ナビゲーションシステムに供給するステップと、
   前記ナビゲーションシステムからの音響放射を受信するステップと、前記音響放射は前記少なくともひとつの刺激の供給から生じ、
   前記音響放射を１以上の音響信号へ変換するステップと、
   前記音響放射に基づく前記音響信号を記憶された音響信号と比較するステップと、前記記憶された音響信号は前記少なくともひとつの刺激の供給により前記ナビゲーションユニットから期待される音響信号を表し、
   前記比較に基づいて前記ナビゲーションユニットの状態を決定するステップと、
   を含む方法。

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