JP6973845B2

JP6973845B2 - 静電気粒子センサ

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Publication number: JP6973845B2
Application number: JP2017008017A
Authority: JP
Inventors: ジョン・デービッド・ワイカート; アンドリュー・スコット・ケシエ; フィリップ・ティー・スミス; チャールズ・リカーズ; ジェームズ・アール・ノエル; グレゴリー・グリフィン; ジョシュア・ダニエル・ブラウン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2021-12-01
Anticipated expiration: 2037-01-20
Also published as: EP3199940A1; EP3199940B1; CA2955451A1; EP4001894A1; CN107024418A; JP2017134066A; CN117092002A; US9651469B1; EP4001894B1

Description

本主題は、一般に粒子センサに関し、より具体的には、静電気ダストセンサに関する。

多くの型式のエンジンは、最大限のエンジン性能及びエンジン寿命を保証するため及び保守の必要性を減らすために大量の清浄空気の供給を必要とする場合が多い。空気吸入システムに引き込まれた粒子状物質の９９％を除去する空気清浄システムが幾つかの型式のエンジン用に開発されている。このような高効率の空気清浄システムは、障壁型空気フィルタを含む多段ユニットである。しかしながら、空気清浄システム内で単にダストが漏れる（例えば空気フィルタの１つに偶発的に穴が空くことによって生じる）だけで、システムの効力が無効になってしまうことがある。加えて、障壁フィルタを使用することができないガスタービンエンジン等の他の型式の用途では、過度にダストが多い空気に伴う問題に直面することがある。

典型的なガスタービンエンジンは、一般に直列流れ順に、圧縮機セクション、燃焼器セクション、タービンセクション及び排出セクションを含む。動作時、空気は、圧縮機セクションに入り、そこで１又は２以上の軸流又は遠心圧縮機が空気を燃焼セクションに達するまで徐々に圧縮する。燃焼セクション内で圧縮空気に燃料が混合されて燃焼し、燃焼ガスがもたらされる。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクション内に定められた熱ガス路を通って送られ、次いでタービンセクションから排出セクションを介して排出される。

このようなガスタービンエンジンは、通常、航空機に使用される。航空機の運航中、エンジン環境の微粒子及びダストの吸い込みレベルは、解析プロセスへの主要な入力であり、その結果、特定のエンジン毎のアクションが得られる。最新の環境のダスト／微粒子レベルデータは、航空機とは別個の地上の遠隔検出システムによって提供される。かかるデータは一時的及び特別な変動並びに誤差を有するので、航空機の離陸時及び上昇時のエンジン状態の正確な評価は特に困難である。他方、センサがエンジンに取り付けられた場合、かかるセンサシステムの電子機器は、典型的には複数の長いケーブル及びコネクタを介して個別のセンサに接続されることになる。この場合、ケーブル布線の何らかの移動又は振動によって、センサ面を通過するダスト粒子よりも大きい信号が生成される場合があり、それにより信号対雑音比が不良になりかねない。これらのスプリアス信号は、ケーブル及びコネクタの摩擦電気及び圧電効果に起因する。

従って、本開示は、上記問題に対処する改善されたセンサシステムに向けられる。より詳細には、本開示は、ダスト粒子及び／又は微粒子をより正確に検出する、統合型電子機器及び／又はより短いケーブル接続を有する１又は２以上の改善された静電気センサを含むセンサ組立体に向けられる。

米国特許第９０７４８６８号明細書

本発明の態様及び利点は、その一部を以下の説明に記載しており、又はこの説明から明らかにすることができ、或いは本発明を実施することにより理解することができる。

１つの態様において、本開示は、回路基板に電気的に結合された少なくとも１つの静電気センサを有する統合型センサ組立体に向けられる。静電気センサは、電極及び増幅器を内部に収容した外側ハウジングを含む。電極は、所定の長さで隔てられた第１の端部と第２の端部とを含む。第２の端部は、外側ハウジングの縁と実質的に面一の検知面を含む。電極は導体であり、検知面を通過する１又は２以上の荷電粒子に対して、第２の端部に向かう方向又は遠ざかる方向のいずれかに移動することによって応答するようになった複数の電子を包含する。従って、増幅器は、電極に電気的に結合され、検知面を通過する粒子レベルを電子移動の関数として検出するようになっている。さらに、回路基板は、外側ハウジング内に構成されかつセンサに電気的に結合される。

別の態様において、本開示は、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）センサ組立体に関する。ＭＣＭセンサ組立体は、少なくとも１つの静電気センサを含む。より詳細には、静電気センサは、電極及び増幅器を収容した外側ハウジングを含むことができる。電極は、第１の端部と、検知面を有する対向する第２の端部とを含む。さらに、電極は、検知面を通過する１又は２以上の荷電粒子に対して、第２の端部に向かう方向又は遠ざかる方向のいずれかに移動することによって応答するようになった複数の電子を包含する。さらに、回路基板は、センサに電気的に結合される。ＭＣＭセンサ組立体は、本明細書で説明されるような付加的な特徴のいずれをさらに設けることができることを理解されたい。

さらに別の態様において、本開示は、センサ組立体に向けられる。センサ組立体は、少なくとも１つの静電気センサを含む。より詳細には、静電気センサは、外側ハウジング内に少なくとも部分的に設けられた電極を収容した外側ハウジングを含む。電極は、所定の長さで隔てられた第１の端部と第２の端部と含む。第１の端部は外側ハウジング内に固定され、第２の端部は外側ハウジングの縁を越えて延びた検知面を含む。さらに、電極は、検知面を通過する１又は２以上の荷電粒子に対して、第２の端部に向かう方向又は遠ざかる方向のいずれかに移動することにより応答するようになった複数の電子を包含する。静電気センサはまた、外側ハウジング内に設けられ、電極に電気的に結合された増幅器を含む。さらに、増幅器は、検知面を通過する粒子レベルを電子移動の関数として検出するようになっている。加えて、静電気センサは、ケーブルを介してセンサに電気的に結合された回路基板を含む。センサ組立体は、本明細書で説明されるような付加的な特徴のいずれをさらに設けることができることを理解されたい。

本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本開示の実施形態を例証しており、説明と共に本開示の原理を説明する役割を果たす。

添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示を説明する。

本開示によるＭＣＭセンサ組立体の１つの実施形態の、特に内部に構成された統合型電子機器を有する静電気センサを示す斜視図。図１の静電気センサの断面図。図１の静電気センサの平面図。本開示によるＭＣＭセンサ組立体の別の実施形態の、特にケーブルを介して電子機器ハウジングに結合された静電気センサを示す斜視図。図４のＭＣＭセンサ組立体の静電気センサの１つの実施形態の詳細斜視図。図５のＭＣＭセンサ組立体の静電気センサの断面図。図６のＭＣＭセンサ組立体の静電気センサの詳細断面図。図４のＭＣＭセンサ組立体の電子機器ハウジングの正面図。図４のＭＣＭセンサ組立体の電子機器ハウジングの側面斜視図。本開示によるＭＣＭセンサ組立体の回路トポロジの１つの実施形態の模式図。本開示によるガスタービンエンジンの１つの実施形態の概略断面図。特に本開示によるＭＣＭセンサ組立体の１つの実施形態のためのセンサ位置を示す、図１１のガスタービンエンジンの簡略化された模式図。特に本開示によるＭＣＭセンサ組立体の別の実施形態のための付加的なセンサ位置を示す、図１１のガスタービンエンジンの斜視図。特にガスタービンエンジンの圧縮機ブリード管上に取り付けられたセンサ組立体を示す、本開示によるＭＣＭセンサ組立体の１つの実施形態の斜視断面図。本開示によるエンジンのコントローラ内に含めることができる適切な構成要素の１つの実施形態のブロック図。本開示によるエンジン内の粒子を検出するための方法の１つの実施形態のフロー図。

次に、その１又は２以上の実施例が図面に例示されている提示された実施形態について詳細に説明する。各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、このような修正形態及び変形形態を添付の請求項及びその均等物の範囲内にあるものとして保護することが意図される。

本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。

用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。

一般に、本開示は、回路基板に電気的に結合された少なくとも１つの静電気センサを有するセンサ組立体に向けられる。特定の実施形態において、センサ組立体は、適用環境の温度に相関して設計される。例えば、１つの実施形態において、静電気センサの位置は、センサ回路を回路基板上の低温ディスクリート電子部品と共に実装することができるように十分に低温にすることができる。代替的に、さらなる実施形態において、温度がより高い場合、センサ組立体は、統合型ＭＣＭセンサ組立体を含むことができる。このように、本開示のＭＣＭセンサ組立体は、航空機ガスタービンエンジン並びに他のいずれかの適切なエンジン型式といった複数の用途で用いることができる。例えば、ＭＣＭセンサ組立体及び関連する方法は、産業用エンジン、発電用エンジン、陸上用エンジン、船舶用エンジン、又はそれに類したものを含むがそれらに限定されない他のいずれかの型式のエンジンにも適している。より詳細には、静電気センサは、少なくとも部分的に内部に構成された電極及び増幅器を収容した外側ハウジングを含む。さらに、電極は、所定の長さで隔てられた第１の端部及び第２の端部を含む。第１の端部は、外側ハウジング内に固定することができ、他方、第２の端部は、検知面を含むことができ、該検知面は、外側ハウジングの縁と面一である、又は外側ハウジングの縁の中に若しくは縁を超えて延びる、そのいずれかである。さらに電極は導電体であるので、検知面を通過する１又は２以上の荷電粒子に対して、第２の端部に向かう方向又は遠ざかる方向のいずれかに移動することによって応答するようになった複数の電子を包含する。従って、増幅器は、電極に電気的に結合しており、検知面を通過する粒子のレベルを電子移動の関数として検出するようになっている。さらに、回路基板は、外側ハウジング内に収容されることにより、又は短縮されたケーブルを介してセンサに接続されることにより、そのいずれかでセンサに電気的に結合する。

従って、センサの外側ハウジングと電子機器との構成は、センサ入力と電極との間の距離を最小限にして、それによりセンサの感度を高める。このように、本開示は、従来技術ではなかった種々の利点を提供する。例えば、本開示の静電気センサは、堅牢かつ信頼性が高い、より正確な粒子検出を可能にする。さらに、電子機器はセンサ内に内蔵されるか又はセンサに接近して結合されるので、本デザインは、従来技術の設計に比べて保守の必要性が少なく、かつ動作上の問題がより少ない。さらに、増幅器の漏れ電流が低いことで増幅器の直流電流（ＤＣ）結合が容易になり、このことにより粒子レベルの低周波数変化を捕捉することが可能になる。加えて、電極の高入力インピーダンスは、検知面における電荷の小さい変化に対するセンサの感度を改善する。さらに、電極の高入力インピーダンスはまた、検知した粒子が漏れ出して出力信号が生成されなくなることに起因する電極内の電荷のリディストリビューションを防止することで、センサの低周波数応答も改善する。従って、本開示の静電気センサは、粒子質量基準で約７百万分の１を検出することが可能である。このように、本開示の静電気センサは、空気、水、オイル、燃料、及び／又はそれに類するものなどの流体媒体内のダスト、デブリ、浮遊微粒子、氷（すなわち非常に微細な氷晶）、砂、火山灰、及び／又は他の何らかの粒子を検出するように構成される。加えて、静電気センサはまた、エンジン排出ノズル内に位置する場合、デブリの放出をもたらすことになる内部エンジン部品の摩擦及び／又はエンジン部品の劣化に由来して内部で発生する粒子も検出することができる。例えば、このような検出は、粒子がエンジンを通過するときの粒子上の「中性電荷（ｎａｔｕｒａｌｃｈａｒｇｅ）」の蓄積を検知することによって達成される。従って、統合型電子機器／一体型ケーブル接続は、従来技術と比べて、非常に小さい粒子の「中性電荷」のセンサ感度を高める。

ここで図面を参照すると、図１〜図９及び図１３〜図１４は、本開示によるＭＣＭセンサ組立体１０の種々の実施形態を示す。本明細書で用いる場合、ＭＣＭは、一般に、複数の集積回路（ＩＣ）、半導体ダイ、及び／又はその他のディスクリートなダイ構成要素が通常は一体化された基板上に集積されて、使用時にはあたかも単一の構成要素であるかのように扱われるようになっている電子組立体（多数の導体端子又は「ピン」を有するパッケージなど）を指す。より詳細には、図１〜図３に示すように、統合型ＭＣＭ組立体１０の１つの実施形態を例証する。例えば、図１は、統合型ＭＣＭ組立体１０の斜視図を示し、図２は、統合型ＭＣＭ組立体１０の断面図を示し、図３は、統合型ＭＣＭ組立体１０の平面図を示す。図４〜図９は、ＭＣＭセンサ組立体１０の別の実施形態を示し、ここでは電子機器は、短縮ケーブル２５を介して接近して結合されているが一体化されていない。

特に図１〜図３を参照すると、統合型ＭＣＭ組立体１０は、外側ハウジング１４又はケーシングを有する少なくとも１つの静電気センサ１２を含む。より詳細には、図示するように、外側ハウジング１４は、センサ１２を所望の位置に取り付けるか又はそれ以外の方法で固定するように構成された基部又は取付け部分１７を含むことができる。例えば、図１及び図３に示すように、センサ１２の取付け部分１７は、静電気センサ１２を所望の位置に取り付けるように構成された１又は２以上の貫通穴１９を含むことができる。より詳細には、特定の実施形態において、貫通穴１９の各々は、締結具（例えばねじ付きボルト）を受け入れてセンサ１２を所望の位置に固定するように構成することができる。代替的に、静電気センサ１２は、金属クリップ、クランプ、溶接ニクロム箔、溶接、又はそれに類する方法を含むが限定されない他のいずれかの適切な方法によって固定する又は取り付けることができる。

さらに、図示するように、静電気センサ１２は、外側ハウジング１４内に設けられた電極１６を収容する。電極１６は、所定の長さＬで隔てられた第１の端部１８及び第２の端部２０を含む。特定の実施形態において、所定の長さＬは、エンジン設置の幾何学的制約によって設定することができる。例えば、１つの実施形態において、所定の長さＬは、電子２６が電極１６内で移動し、従って増幅器２８（これは後述する）によって検出可能であるように、約１インチ乃至約３インチとすることができる。加えて、図示するように、電極１６は、荷電粒子が矢印３０で示すように検知面２２を通過する場合に移動するようになった複数の電子２６を包含する。このように、所定の長さＬは、電子２６が、その近くを流れる粒子の電荷に応じて検知面２２に向かう方向及び／又は検知面２２から遠ざかる方向に容易に流れることを可能にする。さらに、電極１６の第１の端部１８は、一般に外側ハウジング１４内に固定され、他方、検知面２２を含む第２の端部２０は、外側ハウジング１４の縁２４と面一にすることができる。さらに、図１及び図２に示すように、電極１６の検知面２２は、所定の半径を有する湾曲面を含むことができる。

加えて、図示した実施形態で示すように、静電気センサ１２は、外側ハウジング１４内に設けられた、電極１６に電気的に結合された少なくとも１つの増幅器２８を含むことができる。かかる実施形態において、増幅器２８は、摂氏約−５５度（℃）乃至約２５０℃、より好ましくは約１５０℃乃至約２３０℃の範囲の動作温度を有することができる。より詳細には、増幅器２８は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）演算増幅器を含むことができる。例えば、特定の実施形態において、本開示の増幅器２８は、米国ミネソタ州ＰｌｙｍｏｕｔｈのＨｏｎｅｙｗｅｌｌ，Ｉｎｃによって製造された広帯域ＳＯＩ演算増幅器を含むことができる。かかる増幅器は、極めて低い漏れ電流を有し、高温で動作することが可能である。このように、本開示の増幅器２８は、検知面２２を通過する粒子レベルを電子移動の関数として検出又は測定するように構成される。

さらに、ＭＣＭ組立体１０は、外側ハウジング１４内に設けられた、センサ１２に例えば増幅器２８を介して電気的に結合した集積回路基板３２を含むことができる。より詳細には、図示するように、回路基板３２は、電極１６に隣接しかつ検知面２２に対向するように構成することができる。付加的な実施形態において、回路基板３２は、静電気センサ１２の外側ハウジング１４内のいずれかの適切な位置に配置することができる。さらに、本明細書で説明する場合の回路基板３２は、センサ１２の外側ハウジング１４内で電子構成要素を支持して電気的に接続するあらゆる適切な回路基板を含むことができる。より詳細には、本開示の特定の回路基板は、非導電性基板上に積層された銅などの金属のシートからエッチングされた、導電性トラック、パッド、及び／又は他の特徴部を含むことができる。さらに、本開示の回路基板３２は、片面、両面、又は多層とすることができる。従って、本明細書で説明する場合の回路基板３２は、検知面２２を通過する粒子レベルを示す１又は２以上の信号をコントローラ１８２に送るように構成され、これについてはより詳細に後述する。

特に図２を参照すると、静電気センサ１２はまた、１又は２以上の絶縁体又は絶縁層３４を含むことができる。例えば、図示するように、静電気センサ１２は、電極１６と外側ハウジング１４との間に１又は２以上の絶縁層３４を含むことができる。加えて、静電気センサ１２は、センサ構成要素を動作環境から絶縁するように取付け部分１７内に１又２以上の絶縁層３４を含むことができる。任意の数の絶縁層をセンサ１２内のいずれかの適切な位置で使用することができることをさらに理解されたい。

図４〜図９を参照すると、本開示のＭＣＭセンサ組立体１０の別の実施形態が例証される。より詳細には、図４に示すように、ＭＣＭ組立体１０は、ケーブル２５を介して電子機器ハウジング１５に結合された少なくとも１つの静電気センサ１２を含む。さらに、図４〜図７に示すように、静電気センサ１２は、外側ハウジング１４又はケーシングを有する。より詳細には、図示するように、外側ハウジング１４は、センサ１２を所望の位置に取り付ける又はそれ以外の方法で固定するように構成された取付け部分１７を含むことができる。例えば、図５〜図７に示すように、センサ１２の取付け部分１７は、静電気センサ１２を所望の位置に固定する又は設置するように構成されたねじ外面又はＢナットを含むことができる。さらに、図５及び図６に示すように、センサ１２の外側ハウジング１４はまた、センサの組み付け及び／又は取外し並びに設置を補助するように構成されたレンチ用平坦部（ｗｒｅｎｃｈｉｎｇｆｌａｔ）２１を含むこともできる。加えて、図６に示すように、センサ１２の種々の構成要素は、１又は２以上のねじ接合部２３を介して容易に固定することができる。

さらに、図４〜図７に一般的に示すように、静電気センサ１２は、少なくとも部分的に外側ハウジング１４内に設けられた電極１６を有する。より詳細には、図７に示すように、電極１６は、所定の長さＬで隔てられた第１の端部１８と第２の端部２０とを含む。このように、電極１６は、「電子湖（ｅｌｅｃｔｒｏｎｌａｋｅ）」としての役割を果たし、その上を通過する荷電粒子は、その電荷に基づいて、「湖中」の電子を電極の第２の端部２０に向かう方向又はそこから遠ざかる方向のいずれかに移動させる。電極１６内のこの電子分布のシフトが増幅器２８によって検出される。従ってこのような特徴は、センサ１２の低周波数帯域を１ヘルツ（Ｈｚ）より下に拡張するように構成される。より詳細には、第１の端部１８は、外側ハウジング１４内に固定され、他方、第２の端部２０は、外側ハウジング１４の縁２４を越えて延びた検知面２２を含む。例えば、図示するように、第１の端部１８は、少なくとも１つの固定具、例えばナット４１を介して外側ハウジング１４内に固定される。電極１６の第１の端部１８は、他のいずれかの適切な手段を用いてさらに固定することができることを理解されたい。加えて、図６及び図７に示すように、ケーブル２５は、開放キャビティ４５を通ってセンサ１２の中に延びて、締結具３６を介してセンサ１２に固定される及び／又は電気的に結合することができる。より詳細には、ケーブル２５の外側シースは、溶接ニクロムストリップを介してセンサ１２の本体に接地することができ、他方、ケーブル２５の内側導体は、締結具３６を介してセンサ１２に取り付けることができる。

さらに、図５〜図７に示すように、電極１６の検知面２２は、所定の半径を有する湾曲面を含むことができる。特定の実施形態において、所定の半径を導入することで、検知面２２の表面積を増大させ、及び／又はセンサ利得を増大させる。従って、特定の実施形態において、半径は、センサ組立体１０を設置するのに利用可能な空間に応じたものとすることができる。１つの実施形態において、例えば、可能であれば検知面２２の表面積を平坦な検知面と比べて約５０％増大させる半径を導入することが望ましい場合がある。かかるセンサは、より大きい設置容積を必要とするが、粒子をより低濃度レベルで検出することが可能となる。

さらに、図示するように、検知面２２の湾曲面は、１又は２以上の突起３８を有する刻み目付きの輪郭を有することができる。例えば、図示するように、突起３８は、検知面２２の表面積を約５０％増大させる弓形の隆起に対応する。さらなる実施形態において、湾曲面及び／又は突起３８は、検知面２２の表面積を５０％未満又は５０％より多く増大させるように構成することができることを理解されたい。このように、湾曲面及び／又は突起３８は、センサ１２の流れストリームに提示される面積を最大限にしてセンサ１２の感度を高めるように構成される。本明細書で説明される検知面２２の突起３８は、センサ１２の感度を高めるように、いずれかの適切な形状及び／又はサイズをさらに有することができることを理解されたい。

加えて、図６及び図７に示すように、センサ１２の電極１６は、荷電粒子が検知面２２を通過した場合に移動するようになった複数の電子２６を包含する。従って、電子２６は、荷電ダスト粒子が検知面２２を通過した場合に移動する又は流れるようになっている。より詳細には、電子２６は、電極１６内で、通過する粒子の電荷に基づいて、検知面２２に向かう方向又は検知面２２から遠ざかる方向のいずれかで移動する。

特に図４及び図８〜図９を参照すると、ＭＣＭセンサ組立体１０の電子機器ハウジング１５は、静電気センサ１２とは分離しているが、それでもなおケーブル２５を介して静電気センサ１２に接近して結合される。より詳細には、特定の実施形態において、ケーブル２５の長さは、約１０インチ乃至約４８インチ、より好ましくは約１２インチ乃至約２４インチの範囲とすることができる。これにより、電子機器は、外側ハウジング１４内に組み込まれない場合であってもなおセンサ構成要素に接近して結合されており、高められたセンサ１２の感度をもたらすようになっている。さらに、ケーブル２５は、センサ１２を電子機器ハウジング１５内の適切な電子機器に電気的に結合するように構成されたいずれかの適切な電気ケーブルとすることができる。例えば、特定の実施形態において、ケーブル２５は同軸ケーブルである。より詳細には、特定の実施形態において、ケーブル２５は、一体型無機絶縁ハードラインケーブルを含むことができる。かかる実施形態において、電子機器ハウジング１５をセンサ１２から離れたより低温の位置に配設することができ、このことは後でより詳細に論じる。

さらに、電子機器ハウジング１５は、いずれかの適切な形状を有することができる。例えば、図示するように、電子機器ハウジング１５は、略円筒形状を有する。さらに、図示するように、電子機器ハウジング１５は、複数の締結具３５によって互いに固定される２つの半部分３３から形成することができる。このように、ケーブル２５は、ケーブル２５を半部分３３の各々の間に配置し、半部分３３を互いに固定することによって、回路基板３２に電気的に結合することができる。加えて、図８〜図９に示すように、電子機器ハウジング１５はまた、回路基板３２に電気的に結合したピンコネクタ３７を例えばケーブル接続の反対側に含むこともできる。

特に図４及び図８〜図９を参照すると、電子機器ハウジング１５は、電極１６に電気的に結合した少なくとも１つの増幅器２８を収容するように構成される。図４〜図９の増幅器２８（及び残りの電子機器）はセンサ１２から分離しているので、ＭＣＭセンサ組立体１０は、図１〜図３の統合型センサ組立体よりも高い、摂氏約２５０度（℃）乃至約５５０℃、より好ましくは約３７０℃乃至約５３８℃の範囲の動作温度を有することができる。さらに、増幅器２８は、増幅器２８がセンサ１２の検知面２２を通過する粒子レベルを電子移動の関数として検出又は測定するようになっている、本明細書で説明するようないずれかの増幅器を含むことができる。加えて、図示するように、電子機器ハウジング１５はまた、ケーブル２５を介してセンサ１２に電気的に結合された回路基板３２も収容する。上述のように、本明細書で説明される場合の回路基板３２は、電子機器（例えば増幅器２８など）を機械的に支持しかつセンサ１２に電気的に接続するいずれかの適切な回路基板を含むことができる。より詳細には、本開示の特定の回路基板は、非導電性基板上に積層された銅などの金属のシートからエッチングされた、導電性トラック、パッド、及び／又は他の特徴部を含むことができる。

本開示の集積増幅器２８は、極めて高感度であり、粒子レベルをより正確に検出することが可能である。より詳細には、特定の実施形態において、増幅器２８は、約１フェムトアンペア乃至約５フェムトアンペア、より好ましくは約３フェムトアンペアの漏れ電流を含むことができる。従って、漏れ電流が低いことで、増幅器２８の直流結合が容易になり、このことにより粒子レベルの低周波数変化を捕捉することが可能になる。さらに、本開示の電極１６は、約１Ｇオームを超える、例えば約１０Ｇオームのインピーダンスを有することができる。このように、電極１６の高入力インピーダンスは、検知面２２における電荷の小さい変化に対するセンサ感度を改善するように構成される。さらに、高入力インピーダンスはまた、検知された電荷が漏れ出して出力電圧を生成することができなくなることを防止することによって、静電気センサ１２の低周波数応答を改善するようになっている。従って、本開示の静電気センサ１２は、粒子質量基準で約７百万分の１を検出することが可能である。

特に図６及び図７を参照すると、静電気センサ１２はまた、１又は２以上の絶縁体又は絶縁層３４を含むことができる。例えば、図６及び図７に示すように、静電気センサ１２は、電極１６と外側ハウジング１４との間にセラミック絶縁体３４（アルミナなど）を含むことができる。任意の数の絶縁層をセンサ１２内のいずれかの適切な位置で使用することができることをさらに理解されたい。

加えて、図示されるように、静電気センサ１２は、外側ハウジング１４内でセラミック絶縁体３４とケーブル２５との間で構成された１又は２以上の機械的締結具をさらに含むことができる。機械的締結具は、平ワッシャ、傾斜ワッシャ、ナット、ねじ、又はねじ山を含むことができる。より詳細には、図７に示すように、センサ１２は、２つの内側平ワッシャ４０とそれらの間に設けられた内側傾斜ワッシャ４２とを含む。さらに、図示されるように、センサ１２はまた、２つの外側平ワッシャとそれらの間に設けられた外側傾斜ワッシャ４６とを含む。このように、傾斜ワッシャ４２、４６は、センサ１２内でばねとして作用し、熱応力を解放する及び／又は高温で動作するときのセンサ１２の種々の構成要素の膨張を可能にするようになっている。加えて、内側及び外側ワッシャのスタックは、高温においてセラミック絶縁体３４に亀裂を入れることなく移動することを可能にするように、間隙４８によって互いに分離される又は隔離されるようにすることができる。同様に、別の間隙４９がセラミック絶縁体３４と電極１６との間に存在してもよく、それらの間の熱応力をさらに解放する。さらに図７を参照すると、上述のように、機械的締結具はまた、電極１６を外側ハウジング１４内に固定するように構成された、内側ワッシャ４０、４２に隣接したナット４１を含むことができる。

ここで図１０を参照すると、本開示による静電気センサ１２に適した回路トポロジ５０の１つの実施形態の概略図を示す。図示するように、回路５０は、静電気センサ１２から１又は２以上のセンサ入力を受け取る。例えば、センサ入力は、センサ１２の電極１６から受け取ることができる。入力は、次に第１の増幅器５２に伝送される。より詳細には、センサ入力は、信号の静電放電（ＥＳＤ）を防止する及び／又は低減するように、最初に抵抗器Ｒ₁を通ることができる。さらに、図示するように、大きな抵抗値の抵抗器Ｒ₂を入力経路（Ｐｉｎ１で示される）上に設けて、増幅器の漏れ電流を接地にバイパスするようになっている。Ｐｉｎ２から、入力信号のコピーが第２の増幅器５４のＰｉｎ１に伝送される。図示するように、信号は、抵抗器Ｒ₃及びＲ₄を通って進み、これが信号の利得を設定する。Ｒ₅は、増幅器５４のＰｉｎ１の入力キャパシタンスを入力信号から切り離す。抵抗器の少なくとも１つ（例えばＲ₃）はまた、それと並列に設けられた、増幅器５２の帯域幅を制限するキャパシタＣ₁を含むこともできる。キャパシタＣ₂、Ｃ₃、Ｃ₄及びＣ₅は、増幅器５２及び５４に対する減結合キャパシタとして働く。抵抗器Ｒ₆及びＲ₇は、増幅器出力をＥＳＤから保護するとともに回路を長い外部ケーブルから切り離す。第２の増幅器５４の目的は、小さなセンサ信号をガードすることである。例えば、第２の増幅器５４は、第１の増幅器５２の入力と同じ電圧及び振幅で構成することができるが、低インピーダンスソース電流を供給する。このように、Ｐｉｎ３において示すように、第２の増幅器５４は、センサ入力電圧をトラッキングして不要の電荷をセンサ入力から分流させることによって、センサ信号をガードする。従って、本発明の増幅器構成は、センサ入力電圧をトラッキングする第２の増幅器５４によってガードされた利得を有する電圧フォロアを含み、センサ入力電圧をガードしてより良好な信号対雑音比をもたらす。

本明細書で説明する静電気センサ１２は、あらゆる適切な用途を有することができる。例えば、特定の実施形態において、本開示の静電気センサ１２は、航空機産業において、例えば航空機ガスタービンエンジン、並びに他のいずれかの適切なエンジン型式で利用することができる。より詳細には、図１１は、本明細書で説明するような静電気センサ１２の恩恵を受けることができるガスタービンエンジン１００（高バイパスタイプ）の１つの実施形態の概略断面図を示す。図示するように、ガスタービンエンジン１００は、貫通する長手方向中心軸線１０２を基準目的で有する。さらに図示するように、ガスタービンエンジン１００は、好ましくは、全般的に符号１０４で示されるコアガスタービンエンジンセクションと、その上流に位置決めされたファンセクション１０６とを含む。コアエンジン１０４は、典型的には、環状入口１２０を定める略管状の外部ケーシング１０８を含む。外部ケーシング１０８は、さらに、コアエンジン１０４に入る空気の圧力を第１の圧力レベルまで高めるためのブースタ１２２を囲んで支持する。高圧多段軸流圧縮機１２４は、ブースタ１２２から加圧空気を受け取り、空気圧力をさらに高める。圧縮機１２４は、タービンエンジン１００内で空気を方向付けて圧縮する機能を有する回転ブレード及び固定ベーンを含む。加圧空気は、燃焼器１２６へ流れ、ここで加圧空気ストリームに燃料を注入して点火し、加圧空気の温度及びエネルギーレベルを上昇させる。高エネルギーの燃焼生成物は、燃焼器１２６から、第１の（高圧）駆動シャフト１３０を通して高圧圧縮機１２４を駆動するための第１の（高圧）タービン１２８へ流れ、次いで、第１の駆動シャフト１３０と同軸の第２の（低圧）駆動シャフト１３４を通してブースタ１２２及びファンセクション１０６を駆動するための第２の（低圧）タービン１３２へ流れる。各タービン１２８及び１３２を駆動した後、燃焼生成物は、排出ノズル１３６を通ってコアエンジン１０４から出て、エンジン１００のジェット推進推力の少なくとも一部をもたらす。

ファンセクション１０６は、環状ファンケーシング１４０によって取り囲まれた回転可能な軸流ファンロータ１３８を含む。ファンケーシング１４０は、複数の実質的に半径方向に延びた円周方向に離間した出口ガイドベーン１４２によってコアエンジン１０４から支持されることが認識されるであろう。このようにして、ファンケーシング１４０は、ファンロータ１３８及びファンロータブレード１４４を囲む。ファンケーシング１４０の下流セクション１４６は、コアエンジン１０４の外側部分の上に延びて、付加的なジェット推進推力をもたらす二次的な、すなわちバイパスの空気流通路１４８を定める。

流れの観点から見れば、矢印１５０で表される初期空気流は、ファンケーシング１４０への入口１５２を通ってガスタービンエンジン１００に入ることが認識されるであろう。空気流はファンブレード１４４を通過して、通路１４８を通って移動する第１の空気流（矢印１５４で表される）と、ブースタ１２２に入る第２の空気流（矢印１５６で表される）とに分かれる。

第２の圧縮空気流１５６の圧力が高められて、矢印１５８で表されるように高圧圧縮機１２４に入る。燃焼器１２６内で燃料と混合されて燃焼した後、燃焼生生成物１６０は、燃焼器１２６から出て第１のタービン１２８を通って流れる。燃焼生生成物１６０は次に、第２のタービン１３２を通って流れ、排出ノズル１３６から出て、ガスタービンエンジン１００の推力の少なくとも一部をもたらす。

引き続き図１１を参照すると、燃焼器１２６は、長手方向中心軸線１０２と同軸の環状燃焼室１６２、並びに入口１６４及び出口１６６を含む。上記のように、燃焼器１２６は、高圧圧縮機排出出口１６９から加圧空気の環状ストリームを受け取る。この圧縮機排出空気流の一部は、混合器（図示せず）に入る。燃料は、燃料ノズル１８０から注入され、空気と混ざり合って燃料−空気混合物を形成し、これが燃焼のために燃焼室１６２に供給される。適切な点火器によって燃料−空気混合物の点火が達成され、得られた燃料ガス１６０は、環状の第１段タービンノズル１７２に向かって軸線方向に流入する。ノズル１７２は、環状流れチャネルによって定められ、これは、ガスの向きを変えてガスが第１のタービン１２８の第１段タービンブレードに角度を成して衝突するようにする複数の半径方向に延びた円周方向に離間したノズルベーン１７４を含む。第１のタービン１２８は、好ましくは第１の駆動シャフト１３０を介して高圧圧縮機１２４を回転させ、他方、低圧タービン１３２は、好ましくはブースタ１２２及びファンロータ１３８を第２の駆動シャフト１３４を介して駆動する。

燃焼室１６２は、エンジンの外部ケーシング１０８内に収容され、燃料は、１又は２以上の燃料ノズル１８０によって燃焼室１６２内に供給される。より詳細には、液体燃料は、燃料ノズル１８０のステム内の１又は２以上の通路又は導管を通って輸送される。

動作中、ダスト及び他のタイプの粒子は、例えば入口１５２に入る空気から、ガスタービンエンジン１００によって吸い込まれる。ダスト及び粒子の蓄積は、それらのレベルがエンジンのサービス時間、摩損、及び／又は他の保守スケジュールの評価において重要であるので、エンジン解析に対する重要な入力である。従って、上述のように、本開示の静電気センサ１２は、かかるエンジン１００内のダスト及び／又はデブリを検出するのに特に有用である。このように、本開示の静電気センサ１２は、ガスタービンエンジン１００のいずれかの適切な位置に配置することができる。例えば、本開示の静電気センサ１２は、エンジン１００のボアスコープポート、圧縮機入口１６７（図１２）、圧縮機ブリード管（図１３）、ブースタ入口１６５（図１２）、又はエンジンのタービン若しくはアフタバーナ出口内に配置することができる。より詳細には、静電気センサ１２は、旅客機が地球の赤道付近の高高度で遭遇する場合がある非常に微細な氷晶を検出することが可能である。かかる氷検出のために、センサ１２をブースタ入口１６５又は圧縮機入口１６７に取り付けることができる。さらに、検知面２２を非導電性エポキシコーティングで封止して、水又は溶けた氷が電極１６をセンサ１２の本体にショートさせることを防止することができる。

より詳細には、本開示の静電気センサ１２は、所望の取付け位置に対応するあらゆる適切な形状を有することができることを理解されたい。例えば、特定の実施形態において、静電気センサ１２は、ガスタービンエンジン１００の既存の部位、穴、又は入口に取り付けられた検知面２２がその内部表面と面一になるように構成された所定形状を有することができる。具体的には、図１〜図３及び図１２に示すように、静電気センサ１２は、略長円又は楕円形状を有することができる。かかる形状は一般に、エンジン１００の既存の入口位置、例えば限定されないが圧縮機入口１６７及び／又はブースタ入口１６５などに対応する。代替的に、図４〜図７及び図１３〜１４に示すように、静電気センサ１２は、エンジン１００の圧縮機ブリード管１７０の入口に対応する略円筒形状を有することができる。さらに、図１４に具体的に示すように、センサ１２は、圧縮機ブリード管１７０に隣接して、検知面２２がその内部の流路に入り込まない又は交差しないように取り付けることができる。

図１２、図１３、及び図１５を参照すると、ＭＣＭセンサ組立体１０はまた、センサ１２の電極１６によって発生されるセンサ信号を受け取るように構成されたコントローラ１８２に通信可能に結合することできる。より詳細には、図１５に示すように、本開示によるコントローラ１８２に含めることができる適切な構成要素の１つの実施形態のブロック図が示される。図示するように、コントローラ１８２は、種々のコンピュータ実装機能を実行する（例えば、本明細書で開示するように、方法、ステップ、計算等を実行する、及び関連データを格納する）ように構成された、１又は２以上のプロセッサ１８４及び関連付けられた記憶デバイス１８６を含むことができる。さらに、コントローラ１８２はまた、コントローラ１８２と静電気センサ１２との間の通信を支援する通信モジュール１８８を含むことができる。さらに、通信モジュール１８８は、センサ１２から伝送された信号をプロセッサ１８４が理解しかつ処理することができる信号に変換するセンサインタフェース１９０（例えば、１又は２以上のアナログデジタルコンバータ）を含むことができる。センサ１２は、いずれかの適切な手段を用いて通信モジュール１８８に通信可能に結合することができることを認識されたい。例えば、図１５に示すように、センサ１２は、有線接続でセンサインタフェース１９０に結合される。しかしながら、他の実施形態において、センサ１２は、例えば当該分野で公知のいずれかの適切な無線通信プロトコルを用いて無線接続でセンサインタフェース１９０に結合することができる。このように、プロセッサ１８４は、センサ１２から１又は２以上の信号を受け取るように構成することができる。

本明細書で用いる場合、「プロセッサ」という用語は、当該分野でコンピュータに含まれるものとして言及される集積回路のみならず、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、及び他のプログラム可能回路をも指す。加えて、記憶デバイス１８６は、一般に、コンピュータ可読媒体（例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、コンピュータ可読不揮発性媒体（例えばフラッシュメモリ）、クラウドストレージ、フロッピーディスク、コンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）及び／又は他の適切な記憶素子を含むがこれらに限定されない記憶素子を含むことができる。かかる記憶デバイス１８６は、一般に、プロセッサ１８４によって実装されたときにコントローラ１８２にガスタービンエンジン１００の種々の機能を実行させる適切なコンピュータ可読命令を格納するように構成することができる。

ここで図１６を参照すると、ガスタービンエンジン１００、例えば航空機エンジン内の粒子を検出するための方法２００の１つの実施形態のフロー図が示されている。２０２に示すように、方法２００は、ガスタービンエンジン１００内の１又は２以上の位置に上述のような少なくとも１つの静電気センサ１２を設けることを含む。さらに、２０４に示すように、方法２００は、各センサ１２の検知面２２を、１又は２以上の位置において粒子流路内に配置することを含む。従って、２０６に示すように、方法２００はまた、各センサ１２の増幅器２８によって、ガスタービンエンジン１００内の粒子レベルを電極１６内の電子移動の関数として決定することを含む。２０８に示すように、方法２００は、荷電ダスト粒子を検出したことに応答して、センサ１２に接近して結合された回路基板８６によって、粒子レベルを示す１又は２以上の信号を発生することを含む。

１つの実施形態において、方法２００は、静電気センサ１２の各々の回路基板３２によって、ガスタービンエンジン１００のコントローラ１８２に信号を送信することをさらに含むことができる。このように、本明細書で説明されるセンサ１２は、リアルタイムで正確な微粒子レベルデータをユーザに提供する。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を含む場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

１０：ＭＣＭセンサ組立体
１２：静電気センサ
１４：外側ハウジング
１５：電子機器ハウジング
１６：電極
１７：取付け部分
１８：第１の端部
１９：貫通穴
２０：第２の端部
２１：レンチ用平坦部
２２：検知面
２３：ねじ接合部
２４：ハウジングの縁
２５：ケーブル
２６：電子
２８：増幅器
３０：矢印
３２：回路基板
３３：半部分
３４：絶縁体
３５：締結具
３６：締結具
３７：ピンコネクタ
３８：突起
４０：内側平ワッシャ
４１：ナット
４２：内側傾斜ワッシャ
４５：開放キャビティ
４６：外側傾斜ワッシャ
４８：間隙
４９：間隙
５０：回路トポロジ
５２：第１の増幅器
５４：第２の増幅器
１００：ガスタービンエンジン
１０２：中心軸線
１０４：コアエンジン
１０６：ファンセクション
１０８：外部ケーシング
１２０：環状入口
１２２：ブースタ
１２４：圧縮機
１２６：燃焼器
１２８：第１のタービン
１３０：第１の駆動シャフト
１３２：第２のタービン
１３４：第２の駆動シャフト
１３６：排出ノズル
１３８：ファンロータ
１４０：ファンケーシング
１４２：ガイドベーン
１４４：ロータブレード
１４６：下流セクション
１４８：空気流通路
１５０：矢印
１５２：入口
１５４：矢印
１５６：矢印
１５８：矢印
１６０：燃焼生成物
１６２：燃焼室
１６４：入口
１６５：ブースタ入口
１６６：出口
１６７：圧縮機入口
１６９：排出出口
１７０：圧縮機ブリード管
１７２：第１段タービンノズル
１７４：ノズルベーン
１８０：燃料ノズル
１８２：コントローラ
１８４：プロセッサ
１８６：記憶デバイス
１８８：通信モジュール
１９０：センサインタフェース
２００：方法
２０２：方法ステップ
２０４：方法ステップ
２０６：方法ステップ
２０８：方法ステップ

Claims

少なくとも１つの静電気センサ（１２）を備えた統合型センサ組立体（１０）であって、前記静電気センサは、
外側ハウジング（１４）と、
前記外側ハウジング内に設けられ、所定の長さで隔てられた第１の端部（１８）と第２の端部（２０）とを備え、前記第２の端部は、前記外側ハウジングの縁（２４）と実質的に面一の検知面（２２）を備え、前記検知面を通過する１又は２以上の荷電粒子に対して前記第２の端部に向かう方向又は遠ざかる方向のいずれかに移動することによって応答するようになった複数の電子を含む、電極（１６）と、
前記外側ハウジング内に設けられ、前記電極に電気的に結合され、前記検知面を通過する粒子レベルを電子移動の関数として検出するようになった増幅器（２８）と、
前記外側ハウジング内に設けられ、前記センサに電気的に結合された回路基板（３２）と、
を備え、
前記回路基板は、前記電極に隣接して配された、センサ組立体。
少なくとも１つの静電気センサ（１２）を備えた統合型センサ組立体（１０）であって、前記静電気センサは、
外側ハウジング（１４）と、
前記外側ハウジング内に設けられ、所定の長さで隔てられた第１の端部（１８）と第２の端部（２０）とを備え、前記第２の端部は、前記外側ハウジングの縁（２４）と実質的に面一の検知面（２２）を備え、前記検知面を通過する１又は２以上の荷電粒子に対して前記第２の端部に向かう方向又は遠ざかる方向のいずれかに移動することによって応答するようになった複数の電子を含む、電極（１６）と、
前記外側ハウジング内に設けられ、前記電極に電気的に結合され、前記検知面を通過する粒子レベルを電子移動の関数として検出するようになった増幅器（２８）と、
前記外側ハウジング内に設けられ、前記センサに電気的に結合された回路基板（３２）と、
を備え、
前記電極の前記検知面は、所定の半径を有する湾曲面を備える、センサ組立体。
前記増幅器は、広帯域シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）演算増幅器を含む、請求項１に記載のセンサ組立体。
少なくとも１つの静電気センサ（１２）を備えた統合型センサ組立体（１０）であって、前記静電気センサは、
外側ハウジング（１４）と、
前記外側ハウジング内に設けられ、所定の長さで隔てられた第１の端部（１８）と第２の端部（２０）とを備え、前記第２の端部は、前記外側ハウジングの縁（２４）と実質的に面一の検知面（２２）を備え、前記検知面を通過する１又は２以上の荷電粒子に対して前記第２の端部に向かう方向又は遠ざかる方向のいずれかに移動することによって応答するようになった複数の電子を含む、電極（１６）と、
前記外側ハウジング内に設けられ、前記電極に電気的に結合され、前記検知面を通過する粒子レベルを電子移動の関数として検出するようになった増幅器（２８）と、
前記外側ハウジング内に設けられ、前記センサに電気的に結合された回路基板（３２）と、
を備え、
前記増幅器は、１フェムトアンペア乃至５フェムトアンペアの漏れ電流を有し、
前記回路基板における前記センサと接続される抵抗器は、１Ｇオームを超えるインピーダンスを有する、センサ組立体。
前記増幅器は、摂氏−５５度（℃）乃至２５０℃の範囲の動作温度を有する、請求項１に記載のセンサ組立体。
前記粒子レベルを示す１又は２以上の信号を前記回路基板から受け取るようになったコントローラをさらに備える、請求項１に記載のセンサ組立体。
前記静電気センサは、前記外側ハウジング内に設けられた１又は２以上の絶縁体をさらに備える、請求項１に記載のセンサ組立体。
前記静電気センサの前記外側ハウジングは、エンジンの１又は２以上の既存の部位に取り付けられるようになった所定の形状を備える、請求項１に記載のセンサ組立体。
前記エンジンの前記１又は２以上の既存の部位は、前記エンジンのボアスコープポート、圧縮機入口、圧縮機ブリード管、ブースタ入口、又はタービン若しくはアフタバーナ出口のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載のセンサ組立体。
前記静電気センサは、流体媒体内のダスト、デブリ、氷、砂、火山灰、又は浮遊微粒子のうちの少なくとも１つを検出するようになっており、前記流体媒体は、空気、水、オイル、又は燃料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のセンサ組立体。
少なくとも１つの静電気センサ（１２）を備えた統合型マルチチップモジュール（ＭＣＭ）センサ組立体（１０）であって、前記静電気センサは、
外側ハウジング（１４）と、
前記外側ハウジング内に設けられ、第１の端部（１８）と、検知面（２２）を有する対
向した第２の端部（２０）とを備え、前記検知面を通過する１又は２以上の荷電粒子に対して前記第２の端部に向かう方向又は遠ざかる方向のいずれかに移動することによって応答するようになった複数の電子を含む、電極（１６）と、
前記外側ハウジング内に設けられ、前記電極に電気的に結合され、前記検知面を通過する粒子レベルを電子移動の関数として検出するようになった増幅器（２８）と、
前記センサに電気的に結合された回路基板（３２）と、
を備え、
前記回路基板は、前記電極に隣接して配された、センサ組立体。
少なくとも１つの静電気センサ（１２）を備えたセンサ組立体（１０）であって、前記静電気センサは、
外側ハウジング（１４）と、
前記外側ハウジング内に少なくとも部分的に設けられ、所定の長さで隔てられた第１の端部（１８）と第２の端部（２０）とを備え、前記第１の端部は前記外側ハウジング内に固定され、前記第２の端部は前記外側ハウジングの縁（２４）を越えて延びた検知面（２２）を備え、前記検知面を通過する１又は２以上の荷電粒子に対して前記第２の端部に向かう方向又は遠ざかる方向のいずれかに移動することによって応答するようになった複数の電子を含む、電極（１６）と、
ケーブル（２５）を介して前記センサに電気的に結合された回路基板（３２）と、
を備え、
前記検知面は、１又は２以上の突起を備える、センサ組立体。
前記電極の前記第２の端部は、所定の半径を有する湾曲面を備える、請求項１２に記載のセンサ組立体。
前記外側ハウジング内に設けられ、前記電極に電気的に結合され、前記検知面を通過する粒子レベルを電子移動の関数として検出するようになった増幅器（２８）をさらに備える、請求項１２又は１３に記載のセンサ組立体。
前記増幅器は、広帯域シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）演算増幅器を備え、前記増幅器は、１フェムトアンペア乃至５フェムトアンペアの漏れ電流を有する、請求項１４に記載のセンサ組立体。
前記回路基板における前記センサと接続される抵抗器は、１Ｇオームを超えるインピーダンスを有し、前記増幅器は、摂氏−５５度（℃）乃至２５０℃の範囲の動作温度を有し、前記検知面は、摂氏−５５度（℃）乃至５５０℃の範囲の動作温度を有する、請求項１４に記載のセンサ組立体。
前記静電気センサは、前記外側ハウジング内に設けられた１又は２以上の絶縁体をさらに備える、請求項１２に記載のセンサ組立体。
前記静電気センサは、前記外側ハウジング内に、前記電極を固定する１又は２以上の機械的締結具をさらに備える、請求項１７に記載のセンサ組立体。
前記１又は２以上の機械的締結具は、平ワッシャ、傾斜ワッシャ、ナット、ねじ、又はねじ山のうちの少なくとも１つを含む、請求項１８に記載のセンサ組立体。
前記静電気センサは、流体媒体内のダスト、デブリ、氷、砂、火山灰、又は浮遊微粒子のうちの少なくとも１つを検出するようになっており、前記流体媒体は、空気、水、オイル、又は燃料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載のセンサ組立体。