JP6521860B2 - 残響空隙部内の複数の経路に沿う無線電力回収 - Google Patents

Description

民間航空機において、センサは、温度、含水率、燃料レベル、酸素レベル、および、他の物理量を測定するために燃料タンク内に位置付けられる場合がある。連邦規制は、バッテリーおよび超コンデンサなどの電力蓄積デバイスが燃料タンク内に位置付けられることを禁止するため、センサは燃料タンクの外側の電源から電力を受ける。

電力は、燃料タンク内へと延伸する配線によってセンサに供給される場合がある。配線は、データ通信のために使用される場合もある。しかしながら、配線は、航空機に対して重量を付加する。付加された重量は、航空機の動作コストを増大させる。また、配線は、検査に起因してメンテナンスコストも増大させる。

別の方法において、センサは、周囲の供給源（例えば、振動、熱、および、太陽光）からエネルギーを回収する場合がある。しかしながら、周囲の供給源からの回収は、当てにならず、一貫性がなく、また、燃料タンクなどの密閉構造体においては実行不可能な場合がある。

本明細書中の一実施形態によれば、装置は、空隙部を含む構造体を備え、空隙部は、電磁エネルギーを用いて励起されるときに、電場振幅および極性のランダムな分布を有する電場を生成する。装置は、空隙部内のセンサを更に備える。センサは、空隙部内の異なる経路に沿って動作電力を無線で回収するための複数のアンテナを有する。

本明細書中の他の実施形態によれば、方法は、残響空隙(reverberant cavity)部内でセンサを動作させるステップを備え、該ステップは、複数の方向および方位から空隙部内に入るエネルギーを回収し、回収されたエネルギーを組み合わせ、組み合わされたエネルギーを使用してセンサに給電することを含む。

本明細書中の他の実施形態によれば、車両は、燃料タンクと、燃料タンク内に取り付けられる燃料タンクセンサとを備える。センサは、タンク内の異なる経路に沿ってエネルギーを無線で回収するための複数のアンテナを有する。

本明細書中の他の実施形態によれば、航空機は、燃料タンクと、燃料タンク内の複数の燃料タンクセンサとを備える。燃料タンクセンサのうちの少なくとも一部は、複数の方向および方位からタンクに入る動作電力を無線で回収するための複数のアンテナを有する。

本明細書中の他の実施形態によれば、センサは、異なる経路に沿って方向付けられる複数のアンテナと、アンテナで回収された電力を組み合わせるための回路とを備える。アンテナは異なる周波数に同調される。センサは、電力がアンテナのいずれかで受けられない場合には動作し始めないように構成される。センサは、物理量を測定するために回路からの電力を使用するためのトランスデューサを更に備える。

本明細書中の他の実施形態によれば、センサシステムは、物理的パラメータの測定を行うための複数のセンサを備え、各センサは、複数のアンテナと、動作エネルギーを回収するための回路とを有し、アンテナが異なる周波数に同調される。

本発明の一態様によれば、空隙部を含む構造体であって、空隙部が、電磁エネルギーを用いて励起されるときに、電場振幅および極性のランダムな分布を有する電場を生成する、構造体と、空隙部内のセンサであって、センサが空隙部内の異なる経路に沿って動作電力を無線で回収するための複数のアンテナを有するセンサとを備える装置が提供される。

空隙部が変化する境界条件を有するのが好ましい。センサが、アンテナから回収された電力を組み合わせるための回路を含むのが好ましい。ンサは、測定を行うために組み合わされた電力を使用するためのトランスデューサを含むのが好ましい。センサは、組み合わされた電力によって動作されるデータ送信器を更に含むのが好ましい。

センサは、空隙部内の電力が弱まる最中に動作し始めないように構成されるのが好ましい。センサが200マイクロジュールを超えないエネルギーを蓄積するのが好ましい。

本発明が、空隙部の外側に電源を更に備えるとともに、電磁エネルギーを用いて空隙部を励起するための少なくとも1つの放射要素を空隙部の内側に更に備えるのが好ましい。

アンテナが異なる平面および方向を有するのが好ましい。アンテナが空間的に変位されて直交して方向付けられるのが好ましい。アンテナは、電磁エネルギーの周波数の波長の分数の分だけ空間的に変位されるのが好ましい。

アンテナが異なる周波数帯域に同調されるのが好ましい。本発明は、少なくとも1つの更なるセンサを空隙部内に更に備え、更なるセンサのそれぞれは、空隙部内の異なる経路に沿って動作電力を無線で回収するための複数のアンテナを有するのが好ましい。少なくとも1つのセンサの異なるアンテナは、異なる利用可能な周波数に同調されるのが好ましい。あるいは、少なくとも1つのセンサのアンテナの全てが特定の周波数に同調される。あるいは、異なるセンサは、空隙部の物理的な制約をうまく利用するために異なる周波数に同調される。構造体が燃料タンクを含むのが好ましい。構造体が航空機客室を含むのが好ましい。

本発明の更なる態様によれば、残響空隙部内でセンサを動作させるステップを備える方法であって、前記ステップは、複数の方向および方位から空隙部内に入るエネルギーを回収し、回収されたエネルギーを組み合わせ、および、組み合わされたエネルギーを使用してセンサに給電することを含む方法が提供される。

本発明の他の更なる態様によれば、燃料タンクと、燃料タンク内に取り付けられる燃料タンクセンサとを備え、センサがタンク内の異なる経路に沿ってエネルギーを無線で回収するための複数のアンテナを有する、車両が提供される。

本発明の他の更なる態様によれば、燃料タンクと、燃料タンク内の複数の燃料タンクセンサとを備え、燃料タンクセンサのうちの少なくとも一部が、複数の方向および方位からタンク内に入る動作電力を無線で回収するための複数のアンテナを有する、航空機が提供される。

燃料タンクが主翼ボックス内に収容され、配線が、主翼ボックスの主翼桁を貫通して、燃料タンク内の放射要素で終端するのが好ましい。本発明が、客室と、客室内の複数の客室センサとを更に備え、客室センサのうちの少なくとも一部は、客室内の異なる経路に沿ってエネルギーを無線で回収するための複数のアンテナを有するのが好ましい。

本発明の他の更なる態様によれば、センサが提供され、このセンサは、異なる経路に沿って方向付けられる複数のアンテナであって、該アンテナが異なる周波数に同調される、複数のアンテナと、アンテナで回収される電力を組み合わせるための回路とを備え、センサは、電力がアンテナのいずれかで受けられない場合には動作し始めないように構成され、また、センサは、物理量を測定するために回路からの電力を使用するためのトランスデューサを備える。

本明細書中の他の更なる態様によれば、物理的パラメータの測定を行うための複数のセンサを備えるセンサシステムが提供され、各センサは、複数のアンテナと、動作エネルギーを回収するための回路とを有し、アンテナが異なる周波数に同調される。

これらの特徴および機能は、様々な実施形態では独立に達成されてもよく、あるいは、他の実施形態では組み合わされてもよい。実施形態の更なる詳細は、以下の説明および図面に関連して分かる。

空隙部と空隙部内のセンサとを有する構造体を含む装置を例示する図である。 空隙部内の異なる経路に沿ってエネルギーを回収して、回収されたエネルギーを組み合わせるとともに、組み合わされたエネルギーを使用してセンサ機能を果たすセンサを例示する図である。 残響空隙部内で電力を回収する方法を例示する図である。 センサの異なる形態を例示する図である。 センサの異なる形態を例示する図である。 センサの異なる形態を例示する図である。 航空機を例示する図である。 燃料タンクと複数のセンサとを含む翼組立体を例示する図である。

空隙部120を有する構造体110と、電磁エネルギーを用いて空隙部を励起するための励起源とを示す図1を参照する。励起源は、空隙部120の内側の放射要素130と、空隙部120の外側の送信器131および電源132とを含む。送信器131は、空隙部120の外側に示されるが、代わりに内側に位置付けられてもよい。

空隙部120は、電磁エネルギーを用いて励起されると、エネルギーを反射して、定在波電場を生成する。空隙部120の壁122は、電磁エネルギーを反射する材料（例えば、金属）から形成されてもよく、あるいは、壁122は、電磁エネルギーを反射する材料（例えば、塗料または箔）でコーティングされあるいは覆われてもよい。電磁エネルギーの波長は、空隙部120の寸法と比べて小さい。空隙部120の最も小さい寸法は数波長分の長さであってもよい。例えば、民間航空機の燃料タンクの空隙部120は、マイクロ波エネルギーを用いて励起されてもよい。

空隙部120内の任意の所定のポイントにおける電力は、空隙部120の境界条件によって定められる。境界条件が変動せず、励起が連続的であれば、定在波パターンを有する電場が生成される。電場は最小値と最大値との間で変化する。しかしながら、境界条件の僅かな変動でさえ、空隙部120内の最小値および最大値の位置に影響を及ぼす。ランダム性は、空隙部120内の物体の位置、方向、周波数、および、幾何学的状態における小さな摂動に起因する場合がある。境界条件がランダムに変化すれば、最小値および最大値の位置がランダムに変化する。その結果、空隙部120内の電場は、電場振幅および極性のランダムな分布を有する。

民間航空機の燃料タンクなどの構造体を考慮されたい。燃料タンクの壁は、比較的固定された境界を与える。燃料タンク内の他の材料表面境界、例えばチューブ、リブ、および、ブラケットもそうである。しかしながら、これらの材料表面境界は、動的な構造負荷および空力的負荷に起因して、適正な設計限界内で様々な撓みを示す。また、タンク内の燃料の任意のスロッシングまたは他の動きは、境界条件を変化させる。

ここで、民間航空機の客室などの構造体を考慮されたい。客室の壁は、比較的固定された境界を与える。しかしながら、客室壁は、動的な構造負荷および空力的負荷に起因して、適正な設計限界内で様々な撓みも示す。また、客室内の人々も材料表面境界を与える。人々が客室内で移動するにつれて、境界条件が変化する。

センサ140が空隙部120内に位置付けられる。空隙部120が電磁エネルギーを用いて励起されると、センサ140は、空隙部120内のランダムな位置に最小値および最大値を有する電場を見出す。また、センサ140は、デッドゾーン、すなわち、極めて低い瞬時エネルギーの領域も見出す。デッドゾーンは、境界条件の変動によって決定付けられるように、空隙部120のあちこちに移動し得る。

本出願人は、空隙部120内の境界条件の変動を有利に使用できることを認識した。空隙部120は、残響空隙部として振る舞うように励起され、また、センサ140は、複数の方向および方位からエネルギーを空隙部120内に無線で回収して、回収されたエネルギーを組み合わせるとともに、組み合わされたエネルギーを使用してセンサ機能を果たすように構成される。

幾つかの実施形態において、励起自体は、電場振幅および極性のランダムな分布をもたらし得る。電場の振幅は周波数の関数である。パルス励起は、連続正弦波とは異なる周波数成分を有する。異なる形状の一連のパルス波形は、ヌルが限られた時間にわたってのみ存在するようにモードを様々に切り換えるのに役立ち得る。

センサ140の一例を示す図2を更に参照する。センサ140は、空隙部120内の異なる経路に沿って動作電力を無線で回収するための複数のアンテナ210を有する。アンテナ210は、アンテナ210で回収された電力を整流して組み合わせるための整流器220に接続される。整流器220は、RFIDタグのための双二極管に類似していてもよい。

センサ140は、トランスデューサ230と、システム電力管理、データの処理、および、データの測定および送信の制御のためのコントローラー240と、アンテナ210を介してデータを通信するためのトランシーバ250とを更に含む。例えば、コントローラー240は、トランスデューサ230からのアナログ信号がサンプリングされて送信のためにトランシーバ250へ送られる速度を制御してもよい。コントローラー240は、トランスデューサ要件にしたがったデジタル化および変換またはスケーリングを行ってもよい。

整流器220は、DC電力を必要とするコントローラー240、トランスデューサ230、および、トランシーバ250を含む全ての構成要素へ動作電力を供給する。これらの構成要素は、動作のために回収された電力のみを使用する。コントローラー240は、電源立ち上げ時に、トランスデューサ230からアナログ測定値を取得して、空隙部120内の物理的パラメータ（例えば温度）を測定する。センサ140は、任意の感知できるほどの電力を蓄えない。センサ140は、回収された電力が供給されないときには動作しない。したがって、電力が弱まる最中に、センサ140は動作し始めないように構成される。

残響空隙部120内でセンサ140を使用する方法を示す図3を参照する。ブロック310では、センサ140が作動していない。センサ140は、電力を受けておらず、また、それが任意の感知できるほどの電力を蓄えないため、データを収集していない。

ブロック320では、データを測定すべきかどうかの決定がなされる。幾つかの実施形態では、センサ140は、スケジュールにしたがって測定を行うとともに、それにしたがって電力が供給されると想定するようにプログラミングされてもよい。スケジュールに入れられた時間に電力が利用できない場合には、測定は行われず、サンプルは測定されない。別の実施形態では、センサ140が電力を見出すたびに測定が行われてもよい。空隙部120を励起するための決定が更に大型のシステムによって行われてもよい。

ブロック330において、センサ140は、電場振幅および極性のランダムな分布を有する電場を生成するために電磁エネルギーを用いて空隙部120を励起することによって作動される。センサ140は、複数の方向および方位から動作エネルギーを空隙部120内に無線で回収して、回収されたエネルギーを組み合わせるとともに、回収されたエネルギーを使用して空隙部120の物理的パラメータを測定する。センサ140は、回収されたエネルギーを使用してデータを元のコントローラーへ送信してもよい。

ブロック340では、センサデータがセンサ140から受けられる。励起源は、双方向のデータおよび命令のやりとりを扱うトランシーバを含んでもよい。

したがって、センサデータは、空隙部120にわたって配線を延ばす必要なく得られる。また、データ収集は、エネルギーのための周囲の供給源に依存するデータ収集とは異なり、一貫性があって、信頼できる。

残響空隙部の使用は、自由空間系に優る更なる利点を与える。残響空隙部内では、平均電力が更に大きくなる傾向がある。本明細書中で使用される平均電力とは、1つのポイント付近の多くの箇所で受けられる電力、または、1つの正確な箇所で複数の周波数にわたって受けられる電力のことである。空隙部内の任意の単一のポイントまたは離散周波数の瞬時電力が更に大きくてもよいが、その瞬時電力は幅広く変動する。デッドゾーンが生じ得る。単一のポイントにおける瞬時電力の代わりに異なる経路から平均電力を得ることによって、変動が抑制されるとともに、デッドゾーンが回避される。

また、平均電力は空隙部内の位置に依存しない。これは、自由空間系または僅かな反射のみが行われる環境では当てはまらない。

他の利点は、自由空間系と比べると残響空隙部内のアンテナの配置および方向が殆ど重大ではないという点である。これは、エネルギーが最終的に空隙部内の多くの反射のうちの1つから受信器へ達するからである。幾つかの実施形態では、残響空隙部内のアンテナの方向および配置が任意であってもよい。

更なる他の利点は、アンテナが特定の形状に限定されないという点である。アンテナ形状は、トランスデューサとの一体化または形状因子によって決定付けられてもよい。

本明細書中のセンサの場合、小さい回路基板に実装されるごく僅かな構成要素およびチップに電子機器が組み込まれてもよい。回路基板は、アンテナと共にパッケージングされてもよい。幾つかの実施形態では、パッケージが密閉シールされてもよい。

本明細書中のセンサは任意の特定の構成に限定されない。センサ140の3つの異なる形態の例が図4A、4B、4Cに示される。これらの3つの形態は、アンテナの異なる置換および方向を利用する。

図4Aは、立方体の形状を有するセンサ410を示す。立方体形状のセンサ410は、空間的に離間されて直交面内で方向付けられる表面アンテナ420を有する。立方体形状のセンサ410の幾つかの実施形態は、6つの全ての表面上にアンテナ420を有してもよい。他の実施形態は、6つよりも少ない数の表面上にアンテナ420を有してもよい。アンテナ420を1／4波長または1／2波長離間させると、ヌルを回避できる可能性を高めることができる。直交方向もヌルを回避できる可能性を更に高める。

図4Bは、球の形状を有するセンサ430を示す。球形状のセンサ430の半径は、動作周波数の波長の分数である。アンテナ440が球形状センサ430の異なるパッチ上に位置付けられる。電力が直交面および／または非直交面に沿って回収されてもよい。

図4Cは、カードの形状を有するセンサ450を示す。アンテナ460は、同じ平面内に位置してもよいが、波長の分数（例えば、1／4波長または1／2波長）の分だけ離間される。カード形状のセンサ450の利点は、それが空隙部内の表面に付着するための「剥離紙をはがすと貼れる」表面を有することができるという点である。

これらの3つの形態では、全てのセンサ電子機器が表面アンテナの背後に含まれて埋め込まれてもよい。幾つかの実施形態では、ポッティングがアンテナの外表面上に配置されてもよい。

本明細書中のセンサは、図4A、4B、4Cに示される形態に限定されない。他の形態としては、独立した軸配列およびフォークが挙げられるが、これらに限定されない。

本明細書中のセンサの幾つかの実施形態はパッチアンテナを使用してもよい。他の実施形態は、折り返しダイポールアンテナまたは螺旋アンテナを使用してもよい。アンテナタイプは、幾何学的な制約およびセンサの電力要件に依存してもよい。

また、本明細書中のセンサは固定アンテナに限定されない。幾つかの実施形態において、アンテナは、電力回収を促進させるために移動されてもよい。例えば、電子機器は、整流器からのDC電圧を評価するための最適化ループを介した自己較正機構を含んでもよく、また、最大電圧が得られるまで圧電デバイスがアンテナを移動させてもよい。

本明細書中の装置は、空隙部内の単一のセンサに限定されない。複数のセンサが使用されてもよい。幾つかの実施形態では、全てのセンサが複数の経路に沿ってエネルギーを回収するとは限らない。センサが放射要素130の近傍に位置付けられてその視線経路が遮られていない場合には、センサのアンテナが位置合わせされれば、センサがより良好に機能し得る。反射された経路に加えて、視線経路が存在し、この視線経路が最も強力である。

本明細書中の装置の幾つかの実施形態は、単一の周波数を有するエネルギーを回収する複数のセンサを含んでもよい。各センサのアンテナは、その単一の周波数に同調される。あるいは、センサは、異なる周波数に同調される異なるアンテナを含む。

しかしながら、本明細書中の装置は、単一の周波数のエネルギーの回収に限定されない。幾つかの実施形態では、空隙部が2つ以上の周波数の電磁エネルギーを用いて励起されるとともに、センサが複数の周波数の電力を回収する。ここで、幾つかの例が与えられる。これらの例では、回収可能なエネルギーが入力電力レベルおよび周波数の関数である。

第1の例として、センサの異なるアンテナが異なる利用可能な周波数に同調される。センサは、異なる周波数の電力を回収して、回収された電力を組み合わせるとともに、組み合わされた電力を動作のために使用する。周波数間を切り換える必要はない。センサが（どんな理由であれ）特定の周波数の電力を回収できない場合、その周波数は、単に、組み合わせ電力に寄与しないにすぎない。

立方体形状のセンサを考慮されたい。平行な面上のアンテナが同じ周波数に同調されてもよく、一方、直交する面上のアンテナが異なる周波数に同調されてもよい。そのようなセンサは、3つの直交する方向の3つの異なる周波数の電力を回収してもよい。

第2の例として、センサのアンテナが同じ周波数に同調されるが、異なるセンサが異なる周波数に同調される。これは、空隙部の物理的な制約をうまく利用するべく行われてもよい。非常に小さい開口を伴う密閉区画室を有する大型空隙部を考慮されたい。低周波に同調されるセンサは空隙部内に位置付けられる。しかしながら、低周波は、小さい開口によって遮断される場合があり、開口内へと結合しない。したがって、区画室内に位置付けられるセンサは、開口内へと結合できる高周波に同調される。

本明細書中の構造体は特にどんなものにでも限定されない。例としては、貨物用コンテナ、潜水艦における空隙部を含む構造体、船舶のデッキ下の空隙部を含む構造体、工場内、冷蔵庫内、冷凍庫内の空隙部を含む構造体、および、外側環境から遮断されるように形成された設備が挙げられるが、これらに限定されない。

他の例、すなわち、航空機510を示す図5を参照する。航空機は、胴体520、翼組立体530、および、尾翼540を含み、これらは、電場振幅および極性のランダムな分布を有する電場を生成するために励起されてもよい様々な空隙部を含む。

第1の例として、翼組立体530は、燃料タンクを収容する翼ボックスを含む。燃料タンクは、それらのサイズを考えると、マイクロ波エネルギーを用いて励起されてもよい。燃料タンクの内面は、マイクロ波エネルギーを反射する材料（例えば、アルミニウム、炭素繊維強化プラスチック）から形成される。燃料タンクがマイクロ波エネルギーを用いて励起されていると、タンク内の燃料の動きと動的な構造負荷および空力的負荷に起因する構造的な撓みとが電場の変動を引き起こし、その結果、電場振幅および極性のランダムな分布がもたらされる。燃料タンク内のデッドゾーンは、燃料の動きや構造的な撓みに起因してあちこちに移動し得る。

これらの状態は、燃料タンク内の異なる物理的パラメータを測定するために好適に使用される。物理量の例としては、温度、含水量、燃料レベル、酸素レベル、圧力、および、歪みが挙げられるが、これらに限定されない。

図6を更に参照する。燃料タンク600内の物理量は、燃料タンク600内の異なる経路に沿って動作電力を無線で回収するための複数のアンテナを有する複数のセンサ610によって測定される。センサ610は燃料タンク600内に取り付けられる。センサ610は、誘電体スタンドオフ630を介してリブ620に取り付けられてもよい。

燃料タンク600内のセンサ610は、燃料環境内のセンサに関して許容される限られたエネルギー蓄積に起因して、任意の感知できるほどの量のエネルギーを蓄積しない。例えば、センサ610は、約200マイクロジュールを超えないエネルギーを蓄積してもよい。連邦規制は、バッテリーおよび超コンデンサなどの電力蓄積デバイスが燃料タンク内に位置付けられることを禁止する。

励起は、電源（図示せず）と1つ以上のトランシーバ（図示せず）と放射要素640とによって成される。電源は燃料タンク600の外側に位置付けられ、放射要素640は燃料タンク600の内側に位置付けられる。各トランシーバは燃料タンク600の内側または外側に位置付けられてもよい。

第1の例として、単一の放射要素は、単一のマイクロ波励起帯を燃料タンク600の全体に対して与える。全てのセンサ610は、燃料タンク内の異なる経路に沿ってエネルギーを回収する。したがって、全てのセンサ610は、視線に対する障害物625にかかわらず電力を受ける。

第2の例として、複数の放射要素640は、単一のマイクロ波励起帯を燃料タンク600に対して与える（この例が図6に示される）。この構成は、燃料タンク600にわたってカバレッジを保証する。特定の場合、この構成は、放射要素640へ向かう直接的な視線を可能にしてもよい。その視線経路が遮られなければ、そのアンテナが放射要素640と位置合わせされるセンサ615が、複数の経路に沿ってエネルギーを回収するセンサ610の代わりに使用されてもよい。

第3の例として、複数の放射要素640は、異なる周波数帯域で励起を行う。各センサ610のアンテナは、これらの異なる周波数のうちの1つに同調される。例えば、翼付け根の近傍で翼に配置されるセンサ610は非常に大きい空隙部を見出し、一方、翼端に配置されるセンサ610はかなり小さい空隙部を見出す。第1および第2の周波数f1、f2での励起が翼に適用される。翼付け根付近のセンサ610のアンテナは、第1の周波数f1に同調され、また、第2の周波数f2に同調されてもよい。翼端におけるセンサ610のアンテナは、第2の周波数f2にだけ同調される。別の方法において、翼端におけるセンサ610は、第1の周波数f1に同調される幾つかのアンテナと、第2の周波数f2に同調される他のアンテナとを有する。翼端センサ610が性能の低下を検出する場合、該センサは、チャネルを切り換えて、第2の周波数で動作してもよい。

放射要素640は、翼桁650に沿って位置付けられて該翼桁650に取り付けられてもよい。燃料タンク600は、放射要素640への有線給電を確保するように穿通されてもよい。

幾つかの実施形態では、放射要素640が電力のみを与えるべく使用される。双方向データ通信が別個のシステムによって行われる。他の実施形態では、放射要素640が双方向のデータ通信および命令を扱ってもよい。

データ測定値は、航空機の遠隔位置（例えば、アビオニクスベイ）にあるアビオニクス（例えば、フライトコンピュータ）へ通信されてもよい。通信が配線によって行われてもよく、あるいは、通信が無線で行われてもよい。無線送信は、例えば、Bommerの米国特許第8，026，857号に記載されるように電磁空隙部の特性を有する1つ以上の航空機構成要素により形成される無線バスにわたって伝搬されてもよい。

したがって、電力は、燃料タンク600をわたって配線を延ばす必要なく、燃料タンクセンサへ供給される。配線の排除は重量を減らし、それにより、航空機の動作コストが低減される。燃料タンク600の内側での複雑な経路付けが排除されるため、設置時間も減少される。また、燃料タンク600内の配線の検査が回避され、それにより、メンテナンスコストが低減される。

航空機に関して、本明細書中のシステムおよび方法は燃料タンクに限定されない。第2の例として、本明細書中のシステムおよび方法が航空機胴体内の客室に適用されてもよい。

客室の内面は、マイクロ波エネルギーを反射する材料から形成される。客室がマイクロ波エネルギーを用いて励起されると、客室内の乗客の動きと動的な構造負荷および空力的負荷に起因する構造的な撓みとが電場の変動を引き起こし、その結果、電場振幅および極性のランダムな分布がもたらされる。

これらの状態は、客室内の異なる物理的パラメータ（例えば、客室の圧力および温度）を測定するために好適に使用される。センサは、例えば、天井パネルよりも上側に、シートの下側に、および、調理室内に取り付けられてもよい。客室内の1つ以上のアンテナが客室検出システム（アビオニクスベイにおける構成要素である）に接続されてもよい。

客室内のセンサの幾つかのアンテナは、客室内に一般に見出される無線デバイス（例えば、Wi−Fiデバイス）の周波数に同調されてもよい。したがって、電力は、バックグラウウンドでこれらの無線デバイスから受動的に回収されてもよい。

本明細書中のセンサ検出は、航空機の燃料タンクおよび客室に限定されない。他の例としては、甲板下調理室、アビオニクスベイ、貨物区域、ダクト、および、機体補強基礎構造（例えばストリンガー）が挙げられるが、これらに限定されない。

また、開示は、以下の項に係る実施形態を備える。

項1：空隙部（120）を含む構造体（110）であって、空隙部が、電磁エネルギーを用いて励起されるときに、電場振幅および極性のランダムな分布を有する電場を生成する、構造体（110）と、空隙部（120）内のセンサ（140、610、615）であって、センサ（140、610、615）が空隙部（120）内の異なる経路に沿って動作電力を無線で回収するための複数のアンテナ（210）を有する、センサ（140、610、615）と、を備える装置。

項2：空隙部（120）が変化する境界条件を有する項1の装置。

項3：センサ（140、610、615）は、アンテナ（210）から回収された電力を組み合わせるための回路を含む項1の装置。

項4：センサ（140、610、615）は、測定を行うために前記組み合わされた電力を使用するためのトランスデューサ（230）を含む項3の装置。

項5：センサ（140、610、615）は、空隙部（120）内の電力が弱まる最中に動作し始めないように構成される項1の装置。

項6：センサ（140、610、615）が200マイクロジュールを超えないエネルギーを蓄積する項5の装置。

項7：空隙部（120）の外側に電源（132）を更に備えるとともに、電磁エネルギーを用いて空隙部（120）を励起するための少なくとも1つの放射要素（130）を空隙部（120）の内側に更に備える項1の装置。

項8：アンテナ（210）が異なる平面および方向を有し、アンテナ（210）が空間的に変位されて直交して方向付けられる項1の装置。

項9：アンテナ（210）は、電磁エネルギーの周波数の波長の分数の分だけ空間的に変位される項8の装置。

項10：アンテナ（210）が異なる周波数帯域に同調される項1の装置。

項11：少なくとも1つの更なるセンサ（140、610、615）を空隙部（120）内に更に備え、更なるセンサのそれぞれは、空隙部内の異なる経路に沿って動作電力を無線で回収するための複数のアンテナを有する項1の装置。

項12：少なくとも1つのセンサ（140、610、615）のアンテナ（210）の全てが特定の周波数に同調される項11の装置。

項13：異なるセンサ（140、610、615）は、空隙部（120）の物理的な制約をうまく利用するために異なる周波数に同調される項11の装置。

項14：構造体は、燃料タンク（600）または航空機客室のうちの少なくとも一方を含む項1の装置。

項15：残響空隙部（120）内でセンサ（140、610、615）を動作させるステップを備える方法であって、前記ステップは、複数の方向および方位から空隙部（120）内に入るエネルギーを回収し、回収されたエネルギーを組み合わせ、および、組み合わされたエネルギーを使用してセンサ（140、610、615）に給電することを含む、方法。

110 構造体
120 空隙部
122 壁
130 放射要素
131 送信器
132 電源
140 センサ
210 アンテナ
220 整流器
230 トランスデューサ
240 コントローラー
250 トランシーバ
310 ブロック
320 ブロック
330 ブロック
340 ブロック
410 立方体形状のセンサ
420 表面アンテナ
430 球形状センサ
440 アンテナ
450 カード形状のセンサ
460 アンテナ
510 航空機
520 胴体
530 翼組立体
540 尾翼
600 燃料タンク
610 センサ
615 センサ
620 リブ
625 障害物
630 誘電体スタンドオフ
640 放射要素
650 翼桁
f1 第1の周波数
f2 第2の周波数

Claims (10)

1. 空隙部（120）を含む構造体（110）であって、前記空隙部が、電磁エネルギーを用いて励起されるときに、電場振幅および極性のランダムな分布を有する電場を生成する、構造体（110）と、
   前記空隙部内に電界を生成するための励起源であって、前記励起源は前記空隙部内で所定の周波数で励起を提供するように構成された放射要素を備える、励起源と、
   前記空隙部（120）内のセンサ（140、610、615）であって、前記センサ（140、610、615）が前記空隙部（120）内の異なる経路に沿って動作電力を無線で回収するための複数のアンテナ（210）を有し、前記センサが前記空隙部の開口に応じて定められる周波数に同調される、センサ（140、610、615）と、
   を備え、
   前記空隙部が前記開口を伴う密閉区画室を有し、前記センサが前記密閉区画室内に位置し、前記放射要素からの電磁波が前記開口を通過して前記密閉区画室内に位置する前記センサに到達するものであり、
   前記アンテナは最大電圧が得られるまで圧電デバイスにより移動される、
   装置。
2. 前記空隙部（120）が変化する境界条件を有する請求項1に記載の装置。
3. 前記センサ（140、610、615）は、前記アンテナ（210）から回収された電力を組み合わせるための回路を含む請求項1または請求項2に記載の装置。
4. 前記センサ（140、610、615）は、測定を行うために前記組み合わされた電力を使用するためのトランスデューサ（230）を含む請求項3に記載の装置。
5. 前記センサ（140、610、615）は、前記空隙部（120）内の電力が弱まる最中に動作し始めないように構成される請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記空隙部（120）の外側に電源（132）を更に備える請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記アンテナ（210）が異なる平面および方向を有し、前記アンテナ（210）が空間的に変位されて直交して方向付けられる請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記アンテナ（210）は、電磁エネルギーの周波数の波長の分数の分だけ空間的に変位される請求項7に記載の装置。
9. 前記構造体は、燃料タンク（600）または航空機客室のうちの少なくとも一方を含む請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
10. 残響空隙部（120）内でセンサ（140、610、615）を動作させるステップを備える方法であって、前記ステップは、
    電磁エネルギーを反射する空隙部内に、電場振幅および極性のランダムな分布を有する電場を生成するステップと、
    前記空隙部内に所定の周波数帯での励起を提供することによって、前記空隙部を残響空隙部として振る舞うように励起するステップと、
    前記空隙部内の異なる経路に沿って動作電力を無線で回収するための前記センサ上の複数のアンテナを用いて複数の方向および方位から前記残響空隙部（120）内に入るエネルギーを回収するステップと、
    回収されたエネルギーを組み合わせるステップと、
    組み合わされたエネルギーを使用して前記センサ（140、610、615）に給電するステップと、
    を含み、
    前記センサが、前記残響空隙部の開口に応じて定められる周波数に同調され、
    前記残響空隙部が前記開口を伴う密閉区画室を有し、前記センサが前記密閉区画室内に位置し、放射要素からの電磁波が前記開口を通過して前記密閉区画室内に位置する前記センサに到達するものであり、
    前記アンテナは最大電圧が得られるまで圧電デバイスにより移動される、
    方法。

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