故障检测的系统及方法
【专利摘要】飞行器的故障监测系统包括：处理器，具有故障诊断算法；存储器，与处理器连接；多个传感器，定位于飞行器的电网中的所选择的节点处，并且，与处理器连接；以及多个传感器或处理器之一中的数据收集算法。每个传感器都配置成连续地监测电网在其所选择的节点处的电压和电流，并且，将表示所监测到的电压和电流的数据传输至处理器。在发生故障事件时，数据收集算法选择与故障事件有关的数据的子集，并且，至少一个传感器将所选择的数据的子集传输至处理器或存储器之一。
【专利说明】
故障检测的系统及方法
【背景技术】
[0001]现代的飞行器包括用于在飞行器内使用的电功率分配系统，以将电功率提供给必要的电气负载和非必要的电气负载。在电功率分配系统内，当由于不牢固的电连接或老化的电气构件而导致电传导元件开路或短路时，可能发生故障。备选地，当诸如在电弧事件的期间，电力以未预料到的方式从电源传递至电气负载时，可能发生故障。典型地，通过电路断路器和接地故障断路器而使电功率分配中的故障减轻，这些断路器在检测到故障时，使负载从电源解耦。
【发明内容】
[0002]本发明的一个方面涉及飞行器的故障监测系统。该系统包含:处理器，具有故障诊断算法;存储器，与处理器连接;多个传感器，定位于飞行器的电网中的所选择的节点处，并且，与处理器连接；以及处理器或多个传感器之一中的数据收集算法。每个传感器都配置成连续地监测电网在其所选择的节点处的电压和电流，并且，将表示所监测到的电压和电流的数据传输至处理器。在发生故障事件时，数据收集算法选择与故障事件有关的数据的子集，并且，至少一个传感器将所选择的数据的子集传输至处理器或存储器之一。
[0003]本发明的另一方面涉及针对故障而监测飞行器中的电网的方法。该方法包含连续地监测电网在所选择的节点处的电压和电流。该方法进一步包含:评估数据而识别故障事件，并且，如果识别出故障事件，则选择与故障事件有关的数据的子集;和将所选择的数据的子集传输至存储器，以便存储。
【附图说明】
[0004]在附图中:
图1是示出根据本发明的实施例的集成有飞行器的电网的故障监测系统的框图；
图2是示出根据本发明的另一实施例的对飞行器的电网进行监测的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0005]在背景和下文的描述中，出于解释的目的，阐述许多具体细节，以便提供对本文中所描述的技术的透彻的理解。将对本领域技术人员显而易见，然而，可以不利用这些具体细节来实践示范性的实施例。在其他实例中，以图解的形式示出结构和装置，以便促进对示范性的实施例的描述。
[0006]参考附图而描述示范性的实施例。这些附图图示实现本文中所描述的模块、方法或计算机程序产品的具体实施例的某些细节。然而，附图不应当被解释为施加附图中可能存在的任何限制。可以在任何机器可读介质上提供方法和计算机程序产品，以便完成它们的操作。可以使用现有的计算机处理器、或通过出于此目的或另一目的而合并的专用计算机处理器或通过硬接线系统而实现实施例。
[0007]如在上文中所注意到的，本文中所描述的实施例可以包括计算机程序产品，计算机程序产品包含机器可读介质，机器可读介质用于装载机器可运行指令或数据结构，或在机器可读介质上存储机器可运行指令或数据结构。这样的机器可读介质可能是能够由通用或专用计算机或者其他带有处理器的机器存取的任何可获得的介质。经由示例，这样的机器可读介质可能包含RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置或者能够用于以机器可运行指令或数据结构的形式装载或存储期望的程序代码且能够由通用或专用计算机或其他带有处理器的机器存取的任何其他介质。当通过网络或另一通信连接(硬接线、无线或者硬接线或无线的组合)而将信息传递或提供至机器时，机器适当地将连接看作机器可读介质。因而，任何这样的连接都适当地被称为机器可读介质。以上的组合也被包括在机器可读介质的范围内。机器可运行指令包含例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某一功能或某组功能的指令和数据。
[0008]将在可以通过程序产品而在一个实施例中实现的方法步骤的通常的背景下描述实施例，该程序产品包括例如采取由机器在网络化环境下运行的程序模块的形式的诸如程序代码之类的机器可运行指令。通常，程序模块包括具有执行特定的任务或实现特定的抽象数据类型的技术效果的例行程序、程序、对象、构件、数据结构等。机器可运行指令、相关联的数据结构以及程序模块表示用于运行本文中所公开的方法的步骤的程序代码的示例。这样的可运行指令或相关联的数据结构的特定的序列表示用于在这样的步骤中实现所描述的功能的对应的动作的示例。
[0009]可以在网络化环境下使用与一个或更多个具有处理器的远程计算机连接的逻辑连接来实践实施例。逻辑连接可以包括局域网(LAN)和广域网(WAN)，在此，经由示例，而非限制来提出局域网和广域网。这样的网络化环境在办公室范围内的计算机网络或企业范围内的计算机网络、内联网以及互联网中极为平常，并且，可以使用多种多样的不同的通信协议。本领域技术人员将意识到，这样的网络计算环境将典型地包含许多类型的计算机系统配置，包括个人计算机、手持式装置、多处理器系统、基于微处理器的消费电子产品或可编程的消费电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机等。
[0010]还可以在分布式计算环境下实践实施例，其中，由通过通信网络而链接(通过硬接线链路、无线链路或通过硬接线链路或无线链路的组合)的本地处理装置和远程处理装置执行任务。在分布式计算环境下，程序模块可以定位于本地存储器存储装置和远程存储器存储装置两者中。
[0011]用于实现示范性的实施例的全体或部分的示范性的系统可以包括采取计算机的形式的通用计算装置，该通用计算装置包括处理单元、系统存储器以及系统总线，系统总线将包括系统存储器的各种系统构件与处理单元耦合。系统存储器可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。计算机还可以包括用于从磁性硬盘读取且写入磁性硬盘的磁性硬盘驱动器、用于从可移动式磁盘读取或写入可移动式磁盘的磁盘驱动器以及用于从诸如CD-ROM或其他光学介质之类的可移动式光盘读取或写入该可移动式光盘的光盘驱动器。驱动器及其相关联的机器可读介质为计算机提供机器可运行指令、数据结构、程序模块以及其他数据的非易失性的存储。
[0012]实施例中所公开的方法的技术效果包括对电网中的故障的早期检测和诊断。由于可以部分地以低成本实现所公开的故障监测系统，因而可以容易地改造现成的电子构件、现有的飞行器电网。其他技术效果包括基于对从故障监测系统采集的数据的分析而改进的飞行器电网的操作和维护。
[0013]现在，参考图1，示出框图，该框图示出集成有根据本发明的实施例的飞行器的电网的故障监测系统10。飞行器的电功率分配系统包含电源和电气负载的电网，通过将电力变换且从电源引导至电气负载的构件而在电网的节点18处将电源和电气负载互相连接。故障监测系统10包含处理器12、存储器14以及定位于电网的所选择的节点18处的多个传感器16。
[0014]电功率分配系统的电源可以包括一个或更多个发电机20、22、24、26，这些发电机独立地由飞行器的发动机驱动。发电机20、22、24、26中的每个都可以产生在高压的电功率。取决于发电机的配置，从发电机20、22、24、26输出的电流可能是交流电或直流电。除了由主推进发动机驱动的发电机20、22、24、26之外，其他电源还可以包括辅助电力单元或APU 28和冲压空气涡轮或RAT 30。现代的飞行器可以包括APU 28,APU 28典型地实现为一个或更多个涡轮发动机。典型地，APU使用燃气涡轮发动机，燃气涡轮发动机使喷气燃料燃烧，以使涡轮转动而驱动发电机。RAT是与液压栗连接的小型涡轮，该液压栗通过由于飞行器速度而导致的冲压而由空气流生成动力。
[0015]发电机20、22、24、26的输出端可以与电变换器32、34、36、38电耦合，以将高压电力输出变换成适于使飞行器上的机舱中的或用于应急电力系统的电气系统操作的电压水平。飞行器上的机舱中的或用于应急电力系统的典型的电气系统以400 Hz下的115 VAC,270VDC或28 VDC操作。结果，取决于发电机20、22、24、26的配置和将由电功率分配系统供电的飞行器电气系统的类型，电变换器32、34、36、38可能还需要将交流电变换成直流电或反之亦然。换句话说，电变换器32、34、36、38可以将来自发电机20、22、24、26的输入电压和电流变换成与由电功率分配系统供电的电气负载的电压和电流要求相容。类似地，APU 28和RAT30可以与电变换器40和电变换器42分别电耦合。
[0016]飞行器的电功率分配系统可以包括多个不同的电源。例如，电功率分配系统还可以包括热力发电机46。为了在飞行器上发电，热力发电机46包括热电偶的阵列，热电偶的阵列安装于发动机的排气区段上，并且，将余热变换成电力。
[0017]另外的电源可以包括一个或更多个电池48。电池48提供直流电源，并且，可以在其他电源的启动的期间使用，或可以用作备用电源。可以通过电网上的其他电源所生成的电功率而对电池48再充电。燃料电池50通过将燃料(诸如氢气)以化学方法转化成电能而提供直流电源。
[0018]电力总线44将来自每个电源的电力切换并分配至电气负载。电力总线44可以将电力引导至机舱电力总线52，以将电力提供给飞行器机舱电气系统，并且，将电力引导至应急电力总线54，以将电力提供给飞行器应急电气系统。如图1中所示，电力总线44可以与处理器12电親合。
[0019]典型地，飞行器电网中的故障出现超过数毫秒，并且，以后减轻或修复。典型地，未探讨故障的根本原因，因为，技术人员不可以利用与故障之前的事件有关的数据。为了针对电压和电流流动的变化或异常现象而监测上述的电网，将故障监测系统10集成到电功率分配系统的电网中。电网的每个节点18都将电网的元件互相电连接，并且，以节点18处的电压和电流水平为特征。
[0020]结果，故障监测系统10包括所选择的节点18处的电压和电流传感器16。每个传感器16都配置成对电网在其所选择的节点18处的电压和电流连续地进行监测。对连续地监测的电流和电压特性进行采样(即，以优选大于I kHz的预定的数据率数字化)。每个传感器16都可以包括用于保存数据的本地存储器。传感器16包括充当被组织为先进先出(FIFO)数据栈的缓存器的受限的本地存储器。每个传感器的存储器都可能限于存储少至三个数据值，以便存储电压或电流特性，如幅值和频率以及预定的阈值。
[0021]传感器16可以另外包括处理元件，该处理元件识别故障状况的发生，或计算故障状况的发生的概率。例如，传感器16可以通过将所缓存的数据的值与预定的阈值比较而识别故障状况。如果这些值超过阈值，则传感器16本地的处理元件可以确定发生了故障或很可能发生了故障。同样地，传感器16可以具有与能够选择或保存与故障事件有关的数据的处理元件相关联的数据收集算法。类似地，传感器16可以检测故障状况，并且，根据数据收集算法而选择性地对数据进行采样。
[0022]—检测到故障状况或很可能发生的故障状况，传感器16就可以配置成将表示所监测到的电压和电流的数据传输至处理器12。所传输的数据可以是所有的所收集到的与故障事件有关的数据的子集。在机载处理器12的情况下，传感器16可以通过利用将电力从电源引导至电力总线44的电力线或导体的网络而经由电网来传输数据的子集。通过将已调制的载波信号(即，编码数据)加到装载电力的电气系统而操作电力线通信装置系统。可以针对远程地定位的处理器12而实现另外的建立与处理器12链接的接地链路的通信装置。典型的在飞行器与地面站之间发送信息的射频通信装置包括VHF数字链路(VDL)。可以由传感器
16、处理器12、包括飞行员或维护工作人员的机场人员、定位于飞行器上的其他处理器等开始选择性地传输。处理器12可以定位于飞行器上或远程地面站处。
[0023]处理器12可以包括故障诊断算法和数据收集算法。处理器的故障诊断算法评估数据，以识别故障事件。如果识别出故障事件，则处理器的数据收集算法选择与故障事件有关的数据的子集，并且，将所选择的数据的子集传输至存储器14，以便存储。当检测到故障时，将包括从故障事件测量到的在预定的时期收集的数据的所选择的数据的子集存储于存储器14中，其中，预定的时期可能先于故障事件或从故障事件开始。以该方式，子集数据可以捕获电网中的每个节点18处的电压和电流特性的变化，以建立故障来源。
[0024]现在，参考图2，示出流程图，该流程图示出根据本发明的另一实施例的对飞行器的电网进行监测的方法100。在步骤110，传感器16连续地监测电网在所选择的节点18处的电压和电流。传感器16可以包括对所监测到的电压和电流数据的子集进行采样和缓存的数据收集算法。在步骤112，传感器16可以将表示所监测到的电压和电流的数据传输至处理器
12。在步骤114，传感器16、处理器12或两者可以评估数据，以识别故障事件。以该方式，取决于系统的实现方案，可以将步骤112和步骤114的时间顺序互换。另外，传感器16可以响应于对数据的局部评估而在步骤112开始传输数据，以在114在同一系统中识别故障，其中，处理器12可以先于在步骤114评估数据而在步骤112开始从传感器传输数据。以该方式，故障监测系统为多模态；即，传感器16可以识别局部故障，并且，处理器12可以识别全局故障。
[0025]评估过程可以包括以基于案例的推理、数据过滤和阈值化、包括影响网络和混合式马尔可夫混合模型的人工智能算法或统计建模为基础的分析。如果处理器12在步骤116识别出故障事件，则处理器12在步骤118可以选择数据的子集，并且，在步骤120将数据子集传输至存储器，以便存储。如果处理器12在步骤116未识别出故障或在步骤120将数据子集传输至存储器，则处理器12返回至步骤114，以评估所传输的数据而识别故障。
[0026]通过使用实施例中所公开的数据采集系统及方法，从而与故障有关的数据的收集可以用于确定电网，具体地，飞行器的电功率分配系统中的故障的原因。另外，处理器12可以进一步包括故障预知算法，故障预知算法配置成评估来自存储器14的所选择的数据的子集，并且，基于评估而预测飞行器的电网中的故障。以该方式，上述的系统及方法允许飞行器充当实时试验台。飞行器工程师可以响应于对集成有目前部署的飞行器上的电功率分配系统的上述的系统所收集的数据执行的数据分析而执行设计改进。
[0027]本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明，并且，还允许本领域任何技术人员实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本发明的专利范围由权利要求定义，并且，可以包括本领域技术人员所想到的其他示例。如果这样的其他示例具有并非与权利要求的字面语言不同的结构元件，或如果这些示例包括与权利要求的字面语言无实质的差异的等效的结构元件，则这些示例旨在属于权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种飞行器的故障监测系统，包含: 处理器，具有故障诊断算法； 存储器，与所述处理器连接； 多个传感器，定位于所述飞行器的电网中的所选择的节点处，并且，与所述处理器连接；以及 所述多个传感器或所述处理器之一中的数据收集算法， 其中，每个传感器都配置成连续地监测所述电网在其所选择的节点处的电压和电流，并且，将表示所监测到的电压和电流的数据传输至所述处理器，并且 其中，在发生故障事件时，所述数据收集算法选择与所述故障事件有关的所述数据的子集，并且，至少一个传感器将所选择的所述数据的子集传输至所述处理器或所述存储器之一O2.如权利要求1所述的故障监测系统，其中，所选择的所述数据的子集包括从所述故障事件测量到的在预定的时期收集的数据。3.如权利要求2所述的故障监测系统，其中，所述预定的时期先于所述故障事件。4.如权利要求2所述的故障监测系统，其中，所述预定的时期从所述故障事件开始。5.如权利要求1所述的故障监测系统，其中，使用电力线通信来从所述至少一个传感器传输所选择的所述数据的子集。6.如权利要求1所述的故障监测系统，其中，所述故障诊断算法评估所述故障事件。7.如权利要求1所述的故障监测系统，进一步包含故障预知算法，该故障预知算法配置成评估来自所述存储器的所选择的所述数据的子集，并且，基于所述评估而预测所述飞行器的所述电网中的故障。8.一种针对飞行器中的故障的监测电网的方法，包含: 连续地监测并收集表示所述电网在所选择的节点处的电压和电流的数据； 评估所述数据而识别故障事件，并且，如果识别出故障事件，则选择与所述故障事件有关的所述数据的子集;以及 将所选择的所述数据的子集传输至处理器或存储器之一，以便以后分析。9.如权利要求8所述的方法，其中，所述选择步骤基于与所述故障事件有关的预定的时期。10.如权利要求9所述的方法，其中，所述预定的时期先于所述故障事件。11.如权利要求9所述的故障监测系统，其中，所述预定的时期从所述故障事件开始。12.如权利要求8所述的方法，进一步包含评估所选择的所述数据的子集，并且，基于所述评估而预测所述飞行器的所述电网中的故障。
【文档编号】G05B23/02GK105980946SQ201580009646
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年2月11日
【发明人】F.L.佩雷拉
【申请人】通用电气航空系统有限责任公司