专利名称：急速减压检测系统和方法
技术领域：
本发明涉及感测和信号系统。本发明尤其涉及用于检测急速减压事件的压力感测系统。
背景技术：
客机通常装有驾驶员座舱门。飞机通常在机乘人员与乘客之间设有分隔隔墙。 驾驶员座舱门为驾驶员、副驾驶员或空勤人员提供驾驶员座舱的安全性和私密性。注意 的是，术语“驾驶员座舱”指的是飞机的驾驶员、副驾驶员或空勤人员所处的部分。驾 驶员座舱也被称作“驾驶舱(flight deck)”。这区别于机舱，机舱指的是飞机的乘客通常 所处的部分。在许多飞机中，要求驾驶员座舱中的环境空气压力与飞机的客舱中的环境空气 压力大体相同。如果在驾驶员座舱门或飞机内由隔墙分隔开的任何隔舱的相反两侧之 间存在足够大的压力差，则可能发生危险情况。压力差能够引起结构变形并导致飞机失 事。可以通过闩锁打开驾驶员座舱门。
发明内容
本发明的实施例有利地提供了一种监测飞机的至少一个隔舱内的压力变化以检 测急速减压事件的系统和方法。在一个实施例中，一种监测飞机的至少一个隔舱内的压力变化的系统，包括 压力传感器，其用于提供与飞机的主隔舱内的压力相对应的信号；监测通道，其联结到 主压力传感器；以及输出驱动器，其联结到监测通道。监测通道包括带通滤波器， 其用于接收主压力信号并对主压力信号进行滤波；压力变化电路，其用于确定经滤波的 压力信号的变化并用于提供与压力的变化相对应的压力变化输出信号；以及阈值逻辑电 路，其用于判定压力变化输出信号是否满足预定阈值，并且如果压力变化输出信号满足 预定阈值、则提供指示已发生减压事件的阈值输出信号。输出驱动器接收阈值输出信号 并输出通知信号。在另一实施例中，一种监测飞机的至少一个隔舱内的压力变化的方法，包括 接收与飞机的主隔舱内的压力相对应的压力信号；确定压力信号的变化，判定压力变化 是否满足预定阈值；以及如果压力变化满足预定阈值，则提供指示已发生减压事件的通 知信号。这样已经相当宽泛地概述了本发明的某些实施例，从而可以更好地理解这里对 本发明的详细说明，并且可以更好地意识到对本领域的贡献。当然，下面将说明本发明 的另外的实施例，并且这些实施例形成所附权利要求的主题。在这点上，在详细地解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解的是，本发 明不限于应用到构造的细节和在下面的说明中所阐述的或者在图中所示出的部件的布 局。本发明能够实施除了所说明的实施例之外的实施例，并且能够以各种方式实现和实施。而且，应当理解的是，这里使用的措辞和术语、以及摘要是为了说明的目的，不应当视为限制。因此，本领域的技术人员将意识到的是，本公开所基于的构思可以容易地用作 设计用于实施本发明的多种目的的其他结构、方法和系统的基础。因此，重要的是，将 权利要求视为包括这些等同的构造，只要这些等同的构造不背离本发明的精神和范围即可。
图1为根据本发明的一个实施例的飞机的图。图2为图1中的飞机的展开部分的图。图3A为根据本发明的一个实施例的监测飞机中的压力的系统的信号通道的方框图。图3B为图3A中的信号通道的一部分的电路图。图4为本发明的另一实施例的信号通道的方框图。图5A为根据本发明的一个实施例的监测飞机中的压力的方法的流程图。图5B为根据本发明的一个实施例的监测飞机中的压力的另一方法的流程图。图6A为根据本发明的一个实施例的频率响应的曲线图。图6B为根据本发明的一个实施例的频率响应的另一曲线图。
具体实施例方式现在将参考
本发明，其中，在全文中相同的附图标记指代相同的部 分。本发明的实施例提供了一种监测飞机的至少一个隔舱内的压力变化以检测急速 减压事件的系统和方法。尤其是，将通知信号提供给例如执行器、计算机等的另一器件 或装置，以指示在飞机的至少一个隔舱内可能发生的危险性压降。图1为根据本发明的一个实施例的飞机的图。如图1内所描绘，传感器系统100 通常安装在飞机10中的飞机驾驶员座舱40内以主要监测驾驶员座舱40内的压力。另 夕卜，传感器系统100还可以监测例如客舱50或货舱的相邻隔舱内的压力。如果在驾驶员 座舱40(或者，在一些实施例中为客舱50)中检测到足够大的压降或压力变化△ P，则传 感器系统100向另一器件、系统、执行器等发送通知信号。对于监测驾驶员座舱40和客舱50两者的实施例，对由传感器系统100提供的通 知信号的典型响应可以为例如启动门闩锁60以打开门30或孔隙，以使得驾驶员座舱40 与客舱50之间的压力均衡。传感器系统100有利地区别例如射击或小型爆炸的震动事件 与实际的减压事件。根据本发明的急速减压传感器系统的一个实施例，图2为图1中的飞机10的展 开部分的图。传感器系统100包括系统控制器103，系统控制器103安装在驾驶员座舱 40内并联结到例如压力传感器110的至少一个电子绝对压力灵敏器件。在一个实施例中，压力传感器，例如安装在驾驶员座舱40内的主压力传感器 110，或者远程地安装在客舱50内的辅助压力传感器112，感测驾驶员座舱40或者客舱50内的压力。如果由压力传感器110或压力传感器112感测到的压降足够大，即满足预 定压降目标，则系统控制器103向另一器件、系统、装置等提供通知信号。通知可以包 括经由视觉或听觉指示来告知操作员减压。在另一实施例中，压力传感器110、112分别测量驾驶员座舱40和相邻客舱50 内的压力，即在隔墙20的任一侧的隔舱中的压力。在这一实施例中，压力传感器110安 装在驾驶员座舱40中，而压力传感器112远程地安装在客舱50中。压力传感器110可 以大体安装在驾驶员座舱40内，例如在隔墙20上等；作为选择，压力传感器110可以位 于系统控制器103内并向左转(port)至驾驶员座舱40。如果由压力传感器110或者压力 传感器112感测到的压降足够大，即满足预定压降目标，则系统控制器103向另一器件、 系统、装置(例如，门闩锁60)等提供通知信号。另外，可以防止系统控制器103、压力 传感器110和压力传感器112，以及附带电缆、连接器等被不正当地改动。 图3A为根据本发明的一个实施例的监测飞机的至少一个隔舱中的压力的系统 的信号通道的方框图。系统100通常包括联结到系统控制器103的至少一个压力传感器 110。系统控制器103至少包括主监测通道105和输出驱动器150。主监测通道105包括 带通滤波器120、压力变化信号电路130和阈值逻辑电路140。在其他的实施例中，系统 控制器103可以包括多个监测通道105至105-N，N个通道中的每个联结到相应的压力传 感器110-N。主压力传感器110提供与飞机的主隔舱内的压力P1相对应的压力信号，并且带 通滤波器120接收压力传感器信号并对压力传感器信号进行滤波。带通滤波器120可以 有利地降低工作本底噪声(operational noise floor)并仅向关注区域提供灵敏度，下面将对 此进行进一步解释。压力变化信号电路130接收经滤波的压力信号，确定压力变化AP1,并向阈值逻 辑电路140提供与压力变化AP1相对应的压力变化输出信号。阈值逻辑电路140判定压 力变化输出信号是否满足预定阈值，如果压力变化输出满足预定阈值，则阈值逻辑电路 140向输出驱动器150提供指示已发生减压事件的阈值输出信号。输出驱动器150向另一 器件、系统、执行器等提供与减压事件相关的通知信号。在一些实施例中，所述器件为 适合于执行例如打开门闩锁60等补救经确认的减压情形的动作的电气或机电器件。在包括N个压力传感器110至110-N的实施例中，系统控制器103包括N个监 测通道105至105-N，各个监测通道联结到相应的压力传感器110-N。N个监测通道中的 每个联结到输出驱动器150，如果N个监测通道中的任一个的阈值逻辑指示已发生减压， 或者作为选择，基于例如表决系统的更高级的范例，输出驱动器150提供通知信号。另 夕卜，在各个主隔舱和辅助隔舱中可以使用多个监测通道以提供冗余度。图3B为图3A中的信号通道的一部分的电路图，其示出了用于主压力传感器 110、带通滤波器120以及压力变化信号电路130的电路的非限制性实例。在这一实施例 中，主压力传感器110包括连接到串联RC滤波器的压力检测器311，串联RC滤波器包 括电阻器312和电容器313，压力检测器311向放大器314提供输入。放大器314包括 其在节点A处的输出处的反馈环330。电阻器312可以具有例如IkQ的值。电容器313 可以具有例如0.5 μ F的值。放大器314可以具有正电源输入和负电源输入两者。节点A的输出被输入到高通滤波器级305。高通滤波器级305包括第二电容器315、第三电容器316和第二至第五电阻器317-320。第二电阻器317与放大器321的输 入在节点B处平行地设置。放大器321包括从其在节点C处的输出起的第二反馈环335 和第三反馈环340。第二反馈环335可以设置为经由第三电阻器318、通过第三电容器 316，以及通过节点B。第四电阻器319和第五电阻器320可以提供为第三反馈环340的 分压器。放大器321可以具有正电源输入和负电源输入两者。第二电阻器317、第三电阻 器318和第五电阻器320可以各具有例如47kQ的值，但是这些电阻器的值不必相同。第 二电容器315和第三电容器316可以各具有82nF的值，但是这些电容器的值不必相同。 第四电阻器319可以具有例如12kQ的值。然后，节点C的输出可以传递到低通滤波器级306。低通滤波器级306可以包 括可选的第四电容器322，该第四电容器322可以提供高通滤波器级305与低通滤波器级 306之间 的AC耦合。低通滤波器级306还可以包括第六电容器310。第六电阻器323和 第七电阻器324可以为压力变化信号电路130提供附加增益。可选的第四电容器322可 以具有例如14.1uF的值。第六电容器310可以具有例如1.5nF的值。第六电阻器323可 以具有例如IkQ的值。第七电阻器324可以具有例如1.5ΜΩ的值。压力变化信号电路130可以包括放大器325，放大器325可具有在其节点D的 输出处的反馈环345，压力变化信号电路130还可以包括第六电容器310和第七电阻器 324。然后，节点D的输出被发送到阈值逻辑电路140。第三放大器325可以具有正电 源输入和负电源输入两者。应当意识到的是，尽管对电容器和电阻器给出了示例值，但是这些示例值仅仅 是为了说明的目的，在本发明的范围内可以使用任何适当的值。图4为本发明的另一实施例的信号通道的方框图。在一个优选的实施例中，本 发明可以包括监测各相邻飞机隔舱中的压力的两个独立的压力感测通道。通过两个不同 的部分并行地处理压力信号。系统400包括系统控制器103，系统控制器103联结到主 压力传感器110和辅助压力传感器112。系统控制器103包括图3A中的主监测通道105 以及辅助监测通道405，该辅助监测通道405包括带通滤波器420、压力变化信号电路430 以及阈值逻辑电路440。系统400还包括输出驱动器450。可以与图3A中的监测通道110-2 (N = 2)相对应的辅助监测通道405以与图3A 中的信号通路(signal chain)的主监测通道105类似的方式进行工作。带通滤波器420接 收辅助压力传感器112的输出并对辅助压力传感器112的输出进行滤波，而辅助压力变 化信号电路430接收与辅助隔舱内的压力P2相对应的经滤波的压力信号，确定压力变化 ΔP2,并向阈值逻辑电路440提供与压力变化对应的压力变化输出信号。阈值逻 辑电路440接收来自压力变化信号电路430的压力变化输出信号，判定压力变化输出信号 是否满足预定阈值，如果辅助压力变化输出满足辅助预定阈值，则向输出驱动器150提 供指示已发生减压事件的辅助阈值输出信号。在一个实施例中，来自主监测电路105和辅助监测电路405的阈值输出信号被提 供给组合器450，组合器450在逻辑上组合信号并向输出驱动器150提供经组合的信号。 换句话说，如果任一监测的隔舱经历了减压事件，则输出驱动器150将提供通知信号。在一个优选的实施例中，各个监测通道具有相应的对称校验器460、465，对称 校验器460、465判定事件是否为震动性威胁，例如，射击或小型爆炸，或者事件是否为有效减压。作为输入，对称校验器460、465可以具有相应的旁路带通滤波器490、495， 旁路带通滤波器490、495输出与其相应的主带通滤波器120或辅助带通滤波器420相同 的信号。例如射击的震动性威胁将具有正信号平均值或中性信号平均值，而有效减压将 具有真负信号平均值。另外，可以为例如高增益压力放大器的各个压力变化信号电路 130、430监测压力事件的量级。各个阈值逻辑电路140、440判定任一通道是否独立地指示与足够量级的压降 (例如，近似0.05psi(每平方英寸的磅数))同时发生的负偏压事件，以确保向输出驱动器 150发出正在发生减压事件的信号。然后，输出驱动器150直接向另一电子系统(未示 出)发出信号，驱动机电器件(例如，图2中的门闩锁60)等，以指示已发生减压事件。各个故障检测电路470、475通过读取输入值和输出值以及将输入值和输出值 中的任一个与已知值进行比较或者将输入值和输出值彼此进行比较，来监测压力传感器 110、112和各个电子处理部分120、130、420、430、460、465、490、495的完好状况。 然后，各个故障报告电路480、485将故障或潜在故障报告给飞机警告和/或维护系统。图5A为根据本发明的一个实施例的监测飞机的隔舱中的压力的方法的流程图。 方法500包括每个监测通道105的过程505。应当意识到的是，如果使用另外的监测通 道，则将存在与各个监测通道相关的类似过程。用于主监测通道105的过程505包括接 收与飞机的主隔舱(例如，驾驶员座舱40)内的压力P1相对应的压力信号。接下来，确 定压力变化Δ P1 (步骤520)。
在一个优选的实施例中，在步骤525处，对在预定频带之外的信号进行滤波。 在步骤530处，对压力变化AP1是否满足预定阈值进行判定。在所示的步骤530处，进 行大于或等于的比较，但是本发明不意在如此限制。如果判定为否，则过程505结束(步 骤535)。如果判定为是，则提供指示已发生减压事件的通知信号(步骤540)。图5Β为根据本发明的一个实施例的监测飞机中的压力的另一方法501的流程 图。方法501包括方法500的步骤，而且还包括类似于过程505的过程510，但是为辅助 监测通道405而实施。过程510包括接收与飞机内的辅助隔舱内的压力P2相对应的压力 信号。接下来，确定压力变化Δ P2 (步骤550)。在一个优选的实施例中，在步骤555处，带通滤波器对信号进行滤波，并且在 步骤560处，对压力变化△ P2是否满足预定阈值进行判定。在所示的步骤560中，进行 大于或等于的比较，但是本发明不意在如此限制。如果判定为否，则过程510结束(步 骤565)。如果判定为是，则提供指示已发生减压事件的通知信号(步骤540)。应当注意的是，主隔舱和辅助隔舱的预定阈值可以相同或不同。还应当注意的 是，过程505、510中的任一个或两个可能导致发出减压的信号(步骤540)。过程505、 510可以同时运行，即可以并行地处理来自各个监测通道105、405的压力信号。此外， 各个监测通道105-Ν(图3Α)可以使用与过程505或510相似的过程。图6Α为根据本发明的一个实施例的频率响应的曲线图。χ轴为输入到压力传感 器110、112的压力的频率的对数标度。电压响应线610表示阈值逻辑电路140、440的 电压输出。图6Β为根据本发明的一个实施例的频率响应的另一曲线图。幅值响应线620 表示在围绕中心频率fO的目标范围内，即在信号在其下方衰减的零增益虚线上方的响应 的放大。这些是可能为有效减压的信号，带通滤波器120、420、490、495不对这些信号进行滤波。正频率响应可以在例如4psi/s至200psi/s的波段内。本发明的实施例包括用于执行上述任一动作和/或步骤的装置。应当注意的是，尽管阈值逻辑电路140、440可以基于它们各自的变化率通过一 定范围的压力信号，但是不对系统100、200中的压力的变化率Δρ/At进行单独测量。 然而，基于压力的绝对变化来判定是否需要动作，这需要较少的处理和响应时间。通过详细的说明书，本发明的许多特征和优点是显而易见的，因此，意在通过 所附的权利要求覆盖落在本发明的真正精神和范围内的本发明的所有这些特征和优点。 此外，由于对于本领域的 技术人员而言易于进行多种修改和变型，不期望将本发明限制 到所示和所说明的确切构造和操作，因此，全部适当的修改和等同形式可以诉诸于落在 本发明的范围内的内容。
权利要求
1.一种监测飞机的至少一个隔舱内的压力变化的系统，包括主压力传感器，其用于提供与飞机的主隔舱内的压力相对应的信号； 主监测通道，其联结到所述主压力传感器，并包括 带通滤波器，其用于接收主压力信号并对所述主压力信号进行滤波； 压力变化电路，其用于确定经滤波的压力信号的变化并用于提供与压力的变化相对 应的压力变化输出信号；以及阈值逻辑电路，其用于判定所述压力变化输出信号是否满足预定阈值，并且用于如 果所述压力变化输出信号满足所述预定阈值、则提供指示已发生减压事件的阈值输出信 号；以及输出驱动器，其联结到所述主监测通道，用于接收主阈值输出信号并用于输出通知信号。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括辅助压力传感器，其用于提供飞机的与所述主隔舱相邻的辅助隔舱内的压力相对应 的信号；辅助监测通道，其联结到所述辅助压力传感器，包括 带通滤波器，其用于接收辅助压力信号并对所述辅助压力信号进行滤波， 压力变化电路，其用于确定经滤波的压力信号的变化并用于提供与压力的变化相对 应的压力变化输出信号；以及阈值逻辑电路，其用于判定所述压力变化输出信号是否满足所述预定阈值，并且用 于如果所述压力变化输出信号满足所述预定阈值、则提供指示已发生减压事件的阈值输 出信号；并且其中，所述输出驱动器联结到所述辅助监测通道并接收辅助阈值输出信号。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述主监测通道和所述辅助监测通道中的每个 包括相应的用于判定所述减压事件是否有效的对称校验器。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述主监测通道和所述辅助监测通道中的每个 包括相应的故障检测比较电路，其用于将主压力传感器信号和辅助压力传感器信号与 已知值进行比较或者将主压力传感器信号和辅助压力传感器信号彼此进行比较，以判定 是否发生输入错误；以及故障检测报告电路，其用于如果判定出已发生输入错误、则报 告已发生输入错误。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，各个故障检测比较电路监测相应的带通滤波器 信号、压力变化信号以及对称校验器信号。
6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述主压力传感器和所述辅助压力传感器中的 每个包括压力检测器和用于接收来自所述压力检测器的压力信号的放大器，其中，所述 放大器的输出向所述放大器提供反馈输入。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述压力传感器的所述放大器联结到正电源电 压和负电源电压。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述主压力传感器和所述辅助压力传感器中的 每个包括串联电阻器_电容器(RC)滤波器，其输入端联结到所述压力检测器并且其输出 端联结到所述放大器。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述主压力监测通道和所述辅助压力监测通道 中的每个包括布置在所述带通滤波器内的DC耦合电路。
10.根据权利要求6所述的系统，其中，主带通滤波器和辅助带通滤波器中的每个包 括用于调整滤波器的增益的分压器。
11.根据权利要求6所述的系统，其中，主压力变化信号电路和辅助压力变化信号电 路中的每个包括联结到正电源电压和负电源电压的放大器，其中，所述放大器的输出向 所述放大器提供反馈输入。
12.根据权利要求2所述的系统，其中，主带通滤波器和辅助带通滤波器中的每个对 在约4psi/s至约200psi/s的范围外的信号进行滤波。
13.—种监测飞机的至少一个隔舱内的压力变化的方法，包括 接收与飞机的主隔舱内的压力相对应的压力信号；确定主压力信号的变化；判定主压力变化是否满足预定阈值；以及如果所述主压力变化满足所述预定阈值，则提供指示已发生减压事件的通知信号。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括对在预定频带之外的主压力信号进行滤波。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括接收与所述飞机的布置为与第一个隔舱相邻的辅助隔舱内的压力相对应的压力信号；确定辅助压力信号的变化； 判定辅助压力变化是否满足预定阈值；如果所述辅助压力变化满足所述预定阈值，则提供指示已发生减压事件的通知信号。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括对在预定频带之外的辅助压力信号进行滤波。
17.—种监测飞机的至少一个隔舱内的压力变化的系统，包括 用于接收与飞机的主隔舱内的压力相对应的压力信号的装置； 用于对在预定频带之外的主压力信号进行滤波的装置；用于确定所述主压力信号的变化的装置； 用于判定主压力变化是否满足预定阈值的装置；以及用于如果所述主压力变化满足所述预定阈值则提供指示已发生减压事件的通知信号 的装置。
18.根据权利要求17所述的系统，还包括用于接收所述飞机的与第一个隔舱相邻的辅助隔舱内的压力相对应的压力信号的装置；用于对在预定频带之外的辅助压力信号进行滤波的装置； 用于确定所述辅助压力信号的变化的装置； 用于判定辅助压力变化是否满足预定阈值的装置；用于如果所述辅助压力变化满足所述预定阈值则提供指示已发生减压事件的通知信 号的装置。
全文摘要
提供一种监测飞机的至少一个隔舱内的压力变化的系统。所述系统包括主压力传感器，其用于提供与飞机的主隔舱内的压力相对应的信号；主监测通道，其联结到主压力传感器；以及输出驱动器，其联结到主监测通道。主监测通道包括带通滤波器，其用于接收主压力信号并对主压力信号进行滤波；压力变化电路，其用于确定经滤波的压力信号的变化并用于提供与压力的变化相对应的压力变化输出信号；以及阈值逻辑电路，其用于判定压力变化输出信号是否满足预定阈值，并且如果压力变化输出信号满足预定阈值、则提供指示已发生减压事件的阈值输出信号。输出驱动器接收主阈值输出信号并输出通知信号。
文档编号B64D13/02GK102026869SQ200980114308
公开日2011年4月20日 申请日期2009年3月9日 优先权日2008年3月7日
发明者米夏尔·莱曼 申请人:亚当斯礼航空航天公司