JPH11326293A - モニタリングシステム - Google Patents

モニタリングシステム

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JPH11326293A JP11098939A JP9893999A JPH11326293A JP H11326293 A JPH11326293 A JP H11326293A JP 11098939 A JP11098939 A JP 11098939A JP 9893999 A JP9893999 A JP 9893999A JP H11326293 A JPH11326293 A JP H11326293A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に航空機を構成する部品の欠陥をモニタリ
ングするための改良されたシステムを提供する。 【解決手段】 航空機が、モニタリングされるべき部品
１と音響的に結合されている複数の超音波の同期された
アレイ２及び３を具える。アレイ２及び３が駆動される
と、部品の二つの面を走査する超音波を発生する。モニ
ター６が、部品１中の不連続点からのエネルギーの反射
によって生じるアレイからの出力を受信する。それらの
出力中に変化が存在する場合、モニター６が、パイロッ
トのディスプレイユニット11及びフライトコントロール
システム８に信号を送る。これにより、航空機のフライ
トエンベロープを制限し、損傷を最小にすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モニタリングされ
るべき部品を含む種類のモニタリングシステムに関す
る。本発明は、更に特定すると、例えば航空機中の部品
のような機械部品の使用中に発生する欠陥をモニタリン
グするための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】航空機を構成する部品及び移動する部品
に過剰の応力が加わり、それがその部品中に損傷を引き
起こすことがある。そのような部品に応力モニターを付
設することが知られている。それらは部品中の応力を検
出することはできるが、その応力によって発生する欠陥
を検出することはできない。周期的な検査を行う際には
地上に設けられた装置で部品中の欠陥をモニタリングす
ることができるが、しかし、これでは、使用中に発生し
た欠陥を次の検査までの間は検出することができない。
航空機の場合、飛行中に発生した欠陥から、予防措置が
講じられない場合には致命的な欠陥が生じる可能性があ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、改良
されたモニタリングシステムを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
種類のモニタリングシステムにおいて、部品と音響的に
結合されている少なくとも一つの同時に動作する音響ア
レイ及び部品の使用中にアレイの出力をモニタリングす
るためのモニターを含み、モニターが部品の使用中に現
れる欠陥に応答しそれらに従って出力を供給することを
特徴とするモニタリングシステムが提供される。
【０００５】モニターが音響アレイからの出力の変化に
応答して出力を供給することが望ましい。アレイが駆動
された時に部品中に伝播する音響エネルギーを発生する
ことが望ましく、アレイが駆動された時に二つの平面中
を音響エネルギーのビームで走査するようにしてもよ
い。アレイは正方形素子のアレイに切断された正方形の
ＰＺＴ材料によって構成してもよいし、アレイは超音波
周波数で動作することが望ましい。アレイが部品に接着
されていてもよい。また、システムが部品の上に分布し
た複数のアレイを含んでいてもよい。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明のよる航空機のモニタリン
グシステム及びその使用方法を、添付図面を用いて例示
により以下に説明する。
【０００７】先ず図１を参照すると、このシステムは、
航空機の構造ビーム又は同様の部品１（断面が図示され
ている）及び相互に直角の方向を向いてその部品の表面
４及び５に接着された２個のセンサー２及び３を含む。
センサー２及び３はエポキシ接着剤のような物質によっ
て部品に接着され、センサーが部品のそれぞれの面と音
響的に結合される。センサー及びそれらの電線は、例え
ば保護ケースにより又は適切な配置により、機械的又は
化学的な損傷から保護される必要がある。センサー２及
び３は、プロセッサユニット６の形のモニターと電気的
に接続され、プロセッサユニット６は、パイロットのデ
ィスプレイ７及び航空機中の種々のフライトコントロー
ルシステム８に出力を供給する。プロセッサユニット６
は、更に地上の試験装置を接続することができる出力９
を有し、また、パイロットが走査する制御装置11に接続
された入力10を有する。
【０００８】次に、更に図２を参照すると、他のセンサ
ー３と同一のセンサー２は平面の前面21を有する長方形
のハウジング20を具える。その前面21は、堆積したＰＺ
Ｔ材料からなり、１０×１０個の素子23のアレイに切断
されている正方形マトリクスアレイ22を担持する。その
マトリクスアレイ22は、二つの直角方向に拡がってお
り、各素子は約２５ミクロン平方である。この素子につ
いては、異なる数及び大きさを用いてもよい。各素子23
が駆動された時は、超音波のパルスを発射する。アレイ
22は、ハウジング20中で、信号の調整及びバッファ機能
を具える駆動ユニット24に接続される。駆動ユニット24
は、アレイ22を同期して駆動し、二つの面を走査する超
音波ビームを生成させる。アレイ22のパワー出力は、モ
ニタリングされる構造体に疲労又は他の損傷を生じさせ
ないように選択される低いレベルとすることができる。
【０００９】アレイ22は、部品１中の境界、界面、不完
全部分、欠陥又は他の不連続部分から反射した信号を受
信する。各センサー２及び３の駆動ユニット24はプロセ
ッサユニット６に接続され、プロセッサユニット６がセ
ンサーからの出力をモニタリングし、部品１の三次元表
現を生成する。そのデータは、処理能力に応じて、連続
的に又は適当にサンプリングし又は選択してモニタリン
グされる。プロセッサユニット６がセンサー２及び３の
出力中に変化を検出した場合は、プロセッサユニット６
は、イメージ処理技術を用いてこの変化の性質を分析
し、その影響を決定する。この変化が、クラックのよう
に構造体を弱くすることを示す特性を持つ場合、又は、
潜在的であり将来構造体を弱くすることを示す特性を持
つ場合は、それに基づいてパイロットのディスプレイ７
に出力を供給する。
【００１０】このシステムは、更に、図３に示すよう
に、例えば腐食によって生じるような漸進的な欠陥に対
しても応答することができる。これは、腐食された面か
らの反射は、腐食されていない面からの反射に比較し
て、一般的に低レベルか又は位相がずれていることによ
る。従って、反射された信号の漸進的な低下又は位相の
変化が、腐食の発生を表すことになる。
【００１１】このシステムは、更に、図４に示すよう
に、例えば炭素繊維強化プラスチック又は他の合成材料
のような非金属の構造体の欠陥に対しても応答すること
ができる。このような材料中における層剥離は、材料の
厚さ方向の反射に変化を生じさせる。
【００１２】ディスプレイ７が、検出された欠陥の性質
が与えられた場合に、航空機の安全運行のためのフライ
トエンベロープを表示することが望ましい。次に、パイ
ロットがコントロール11を操作して応答することにな
り、これにより、プロセッサユニット６に、フライトコ
ントロールシステム８に出力信号を供給するための信号
を送る。これらの出力信号により、システム８が、例え
ば、フライト完了予定時刻までの時間に対比して、欠陥
の伝播が受容できる範囲内に留まるように航空機のフラ
イトエンベロープを制限する。検出された欠陥の位置に
より、フライトエンベロープ上の制限が異なることがあ
る。例えば、エンジンの回転及び飛行速度を制限するこ
とがあり得る。
【００１３】前記のシステムでは、航空機の飛行中に欠
陥に対してリアルタイムでモニタリングすることが可能
であり、そのため、発生しつつあるいかなる欠陥も早期
に且つそれらが致命的になる以前に検出できる筈であ
る。
【００１４】アレイ22の個々の素子23の大きさは小さい
ので、比較的短い波長の超音波を用いて比較的高い解像
度を得ることができ、それは機体で用いられる比較的狭
く且つ複雑な区画に極めて適している。一般的に機体に
は高品質の金属が用いられているので、一般の技術に用
いられる荒い粒子を持つ鋳造金属に比較して散乱及び減
衰は少ない。信号の減衰及び散乱の影響は、一般的に合
成材料又は張り合わせ材料中の方が大きい。しかし、航
空機の構造体は比較的薄く、層剥離欠陥は比較的大きい
信号を生成することが期待できる。
【００１５】このシステムは受動モードで動作すること
ができる。受動モードは、センサーそれ自体は信号を発
生せず、センサーが、それが付着している構造体によっ
て生成される超音波信号に応答するモードである。プロ
セッサ６は、そのような信号に対するモニターに切り換
えられる。特に、クラックの伝播が、このシステムが応
答し得る種類の信号を生成する。
【００１６】このように、このシステムは、クラック、
腐食、割れ目、及び、接着又は積層構造体の剥離等に基
づいて発生する種々の欠陥に応答することができる。そ
れは更に、それが付着している構造体の形状の変化、即
ち、歪み、曲げ及び過剰運動等に基づいて発生する欠陥
に応答することができる。それは更に、交戦の損傷によ
る欠陥を検出することができ、更に、脆性化を検出する
ことができる。
【００１７】代表的な機体では、特に損傷を受け易いと
して知られる構造体、又は、特に安全性に対して重要な
構造体に、数十個のセンサーを付着することが望まし
い。或いは、センサーを機体又は他のシステム全体にわ
たって分布させることにより、欠陥及び応力を等化する
ことができる。センサーをヘリコプターのローターのブ
レードのような動く構造体に付着させ、スリップリング
又は無線テレメトリーにより、センサーに信号を供給し
且つセンサーから信号を受取ることができる。これらの
センサーによって生成される全てのデータイメージは非
常に複雑になる可能性があるが、これが短期間か長期間
かにかかわらず、このシステムがデータイメージにおけ
る変化に応答することのみが必要であることから、この
点を問題とする必要はない。
【００１８】このシステムは非破壊的であり、且つ、著
しい電磁放射線の問題を起こすこともない。飛行中に用
いると共に、飛行前のチェック及びメンテナンスのため
にも用いることができる。
【００１９】良好な音響結合を得るために、センサーを
モニタリングされるべき構造体に永久的に接着する必要
はない。これは、センサーを必要な箇所にボルト止め
し、更に、音響結合基板を用いてセンサーと構造体表面
との充分なインターフェースを形成することによって達
成される。
【００２０】本発明は航空機への適用に限定されるもの
ではなく、船舶、ビルディング、市井の工学的構造体、
パイプライン、処理プラント及びその他、欠陥をモニタ
リングすることが必要な他の構造体においても適用され
ることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のシステムの概要図である。
【図２】 本発明のシステムの走査センサーの透視図で
ある。
【図３】 本発明のシステムを腐食の検出に用いる例を
示す図である。
【図４】 本発明のシステムを層剥離の検出に用いる例
を示す図である。
【符号の説明】 １ 部品 ２、３ センサー ４、５ 部品の表面 ６ プロセッサユニット ７ パイロットのディスプレイ ８ フライトコントロールシステム ９ 出力 １０ 入力 １１ 制御装置 ２０ ハウジング ２１ ハウジングの前面 ２２ 素子のアレイ ２３ 素子 ２４ 駆動ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョフリー ベアドモア イギリス国 グロスターシャー ジーエル 52 ５ディービー チェルトナム プレス トベリー シャンドン オフ ノヴァート ン アヴェニュー（番地なし)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 モニタリングされるべき部品(1) を含む
    モニタリングシステムにおいて、部品(1) と音響的に結
    合されている少なくとも一つの同時に動作する音響アレ
    イ(22)及び部品の使用中にアレイの出力をモニタリング
    するためのモニター(6) を含み、モニター(6) が部品の
    使用中に現れる欠陥に応答しそれらに従って出力を供給
    することを特徴とするモニタリングシステム。
  2. 【請求項２】 モニター(6) が音響アレイ(22)からの出
    力の変化に応答して出力を供給することを特徴とする請
    求項１に記載のモニタリングシステム。
  3. 【請求項３】 アレイ(22)が駆動された時に部品(1) 中
    に伝播する音響エネルギーを発生することを特徴とする
    請求項１又は２に記載のモニタリングシステム。
  4. 【請求項４】 アレイ(22)が駆動された時に二つの平面
    中を音響エネルギーのビームで走査することを特徴とす
    る請求項３に記載のモニタリングシステム。
  5. 【請求項５】 アレイ(22)が正方形素子(23)のアレイに
    切断された正方形のＰＺＴ材料によって構成されること
    を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモ
    ニタリングシステム。
  6. 【請求項６】 アレイ(22)が超音波周波数で動作するこ
    とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
    モニタリングシステム。
  7. 【請求項７】 アレイ(22)が部品(1) に接着されている
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載
    のモニタリングシステム。
  8. 【請求項８】 部品(1) の上に分布した複数のアレイ
    (2,3) を含む請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモ
    ニタリングシステム。
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