专利名称：通过反射法检测电缺陷的方法和结构的制作方法
通过反射法检测电缺陷的方法和结构本发明涉及通过反射法检测例如电导体中电流通路的缺损或故障的不可触及电缺陷的方法和结构。传统的缺陷是电流回路的故障，通常在电设备中难以对故障进行定位。因此在具有合成表层一例如经碳纤维强化的塑料材料(简称为CFRC)—的新型飞行器中，表层不再实现乘机人员与能量源之间的电流回路或电磁防护，从前飞行器的金属表层确保实现这些功倉泛。为解决这一问题提出了电结构网络。这些网络将主要的金属结构构件和特定导体结合在一起。尤其是，组件沿着飞行器机身或机舱顶棚形成“U”形或“I”形的金属结构以实现线缆支撑件(英语为“raceway”，线槽)。这些线槽由通过金属绞合线相互连接的元件构成，并且同时用作为电磁防护屏蔽和在较大长度上的电线缆路径支撑件。然而特别地，由于通过其容纳的线缆构成低阻抗的电流线，这些线槽将汇集由线缆承载的电流的回路。在这种情况下，在飞行器的整个寿命循环过程中检测绞合线的缺损或其电功能的劣化的能力显得至关重要。实际上，在现代飞行器中线缆的长度达数百千米，并且对电网络有效性的可靠诊断非常关键甚至是至关重要的。这样的检测通常不能借助欧姆计实现，因为线槽在多个点处连接至ESN网络(回声状态网络)，绞合线的缺损或劣化在数值上相较于ESN的总阻抗并不显著。考虑到其庞大的数量和较差的可触及性，对绞合线的单独控制在经济上无法实现。另外，作为基于雷达原理的诊断方法的反射法已经被考虑用来测试电路中的故障。反射法是基于在待诊断介质中注入探测信号的诊断方法。当遇到中断时，在所考察的介质中根据传输规则传输的该信号的一部分能量被朝向注入点反射。这种技术的主要优势是只需要电路上的单个接入点。例如，专利文件US7215126描述了一种混合信号反射计，混合信号组成了在电路的单个注入点处注入的探测信号和在电路中产生的该信号的反射的叠加信号。这种反射计包括测试信号生成器、被配置为确定混合信号的自动校正的检测器，以及被配置为根据该自动校正评估电路特性的分析器。该方法归于用于通过反射法测试电布线的多种已知技术当中。参照上面提及的方法，这些技术包括生成探测信号，检测被反射的信号以及分析这些信号。根据注入信号的性质，这些技术在频域上述实现功能，简称为FDR (频域反射技术),或者在时域上实现功能，简称TDR (时域反射技术):FDR利用频率摆动的正弦信号(频率调制)而TDR利用脉冲调制信号。可以通过将线槽网络耦接至由绝缘的并沿线槽布置的线缆构成的电布线来将反射计用于测试该网络。因此每条线缆的一个端部电连接至相关联的线槽，并且在其另一端部具有连接器以连接至进行检测和分析的反射装置。因此通过提供与由线槽形成的接地平面相关联的线缆创建信号传输线。通过连接器在线缆中注入探测信号产生反射信号，其具有强度随时间改变的时序图。
在利用任意适当的单元根据分析示波器获得的图中，出现反射信号的强度基本上大于其它正波峰的第一“正”波峰:该第一波峰对应于在线的起始端注入的信号。在最后的“负”(即相反方向)波峰对应于在线的末端处由短路反射的信号。出现在极值波峰之间的介于中间的峰值是由传输线的阻抗波动导致的。所获得的谱线是线槽的参考信号。线槽中的连接故障一例如，绞合线断开或不良连接一造成阻抗间断。探测信号本身将被该间断反射。通过相对于参考图而言受到干扰的区域以及在这样的区域中形成反射峰值而使这种反射被表现出来。谱线中的这种改变被检测出来并且因此在通过所实现的测量和在出厂时记录的参考信号的比较来进行维护测试时对这些故障进行定位。然而，当利用具有等于或接近这些阻抗波动的强度的反射信号的改变来表现故障时，难以检测并定位故障的类型。然而，这种波动的强度可能足够大而使某些故障不能或难以被标识出来。因此本发明意图使得能够通过简单直接的操作方式一即无需存储线槽的信号一来实现不使线槽网络中的电故障被模糊的检测和定位。为此，值得注意的是阻抗的波动对于导体和对应于用作接地平面的线槽之间的距离的改变尤其灵敏。更确切的，本发明的目的在于一种通过反射计检测金属结构中不可触及的电缺陷的方法，所述金属结构用于成网络状地容纳电线缆并用作这些线缆的电回路。被调制的探测信号被注入到绝缘的导体元件的第一端部，元件被设置成大体沿着支撑件的整个长度与每个结构相距恒定的距离并且在第二端部处连接至所述结构。通过将从导体元件的线路返回的反射信号与阈值相比较检测并分析反射信号，其中当反射信号大于所述阈值时检测到缺陷并且通过拓扑校正定位所述缺陷。根据特定的实施方式:一反射法可以在频域(FDR)和时域(TDR)实现，其中在频域和时域中分别利用被频率调制和被脉冲调制的探测信号；一导体元件被设置成对于所述金属结构具有材料连续性。本发明还涉及一种能够应用上述限定的方法的检测结构。这样的检测结构包括:至少一个容纳电线缆的纵向金属结构和至少一个绝缘导体元件，所述绝缘导体元件在第一端部与发射并注入探测信号的部件连接并且被连接至检测并分析反射信号的装置，并且在第二端部连接至所述结构，并且所述导体元件被设置成通过厚度恒定的材料抵靠所述结构。根据优选的实施方式:一所述绝缘导体元件被布置在所述金属结构的内部并且结合至由塑料材料形成并固定在所述结构内的纵向支撑件的容纳表面，所述容纳表面具有能够安放所述电线缆的弯部；一所述绝缘导体元件在纵向槽中结合至支撑件，所述纵向槽形成在支撑件的容纳表面中，优选地形成在支撑件的小曲率半径的区域中；柔性绝缘印刷电路带具有两个纵向主表面，所述带被布置成其另一主表面与所述金属结构的外表面抵接；一所述印刷电路带被卡紧地装配在沿所述结构的外表面形成并且尺寸合适的滑轨中；一所述印刷电路带贴靠在所述结构的外表面；—所述绝缘导体元件通过镶接在所述导体元件的第二端部上的端子一优选地通过夹紧固定一附接至所述结构，并且借助固定至所述结构的连接部件通过其第一端部连接至检测和分析装置；一所述检测和分析装置还包括探测信号的发射部件；一注入部件和连接部件形成单个连接器。通过阅读参照附图的详细说明，实施本发明的其它方面和特点将变得明显，在附图中:一
图1a和图1b示出基本支撑件的示例的斜视图和俯视图；一图2示出两个基本支撑件之间的相互连接以形成线缆；一图3是通过反射法处理信号的主要步骤的示图；一图4a和图4b是根据第一实施方式实施本发明的示例中的金属支撑件沿对称面Ps的横向和纵向截面图；—图5a和图5b是根据另一实施方式实施本发明的两个不例的两个横向截面图。附图中使用的相同的附图标记涉及相同或等同的元件。参照图1a和lb，很明显基本金属结构10能够分别容纳I根和4根例如线缆12的电线缆。基本结构10具有约两米的长度，并且由平行于结构10的X’X轴的纵向的外壁14和16 (参考图3a)和内壁18，20和22构成(在图3b的具有多个安放部的结构的情况下)。由塑料材料形成的纵向支撑件11固定在结构中以在容纳表面IIa上容纳线缆12，其中容纳表面Ila具有能够安放电线缆的弯部。沿着限定在两个壁之间的线缆26的每个安放部规则地布置接合件24。还设置固定件28以将基本结构10连接至基座。图2示出两个这样的结构10在其背面的相互连接，因此一组这样相互连接的基本结构形成线槽。通过柔性绝缘连接线缆30的绞合线来实现电互连。该线缆在其端部包括金属插头32，绞合线的端部镶接在金属插头中，以卡紧装配的方式将插头接入到固定在结构10背面的螺母基座34中。通过固定在每个结构10上的接杆36实现两个结构10之间的机械互连，这些固定件中的一个是可被移除。还设置电接触器的斜台38以及另一连接线缆40以用于邻近电装置的电流回路，或者用作如在后面描述的本发明实施例中的连接端子。图3中示出了借助反射法的信号处理一如应用于线槽以通过电流回路检测电缺陷一的主要步骤。在信号发生器100中发射并调制探测信号S，信号可以被频率或脉冲调制。通过注入部件200将该信号S注入绝缘导体元件C的第一端部。按照要在后面详细说明的设置，实现电流回路功能的导体C被布置在与线槽型金属结构10相距恒定距离处并且端部连接至该线槽。来自导体C的反射信号R经由连接部件400传送至信号检测和分析装置300。有利的是注入部件和连接部件可以被重组为单个连接器500，同样，发生器和检测分析装置可以是单个的设备600。在装置300的检测部分3a中对反射信号R解调并滤波，随后转换成数字数据，可以在装置300的数据处理部分中分析被处理过的数据。对这些数据的分析是通过与阈值进行比较而实现的，其中如果大于该阈值则认为检测到缺陷。因此通过数据和预先存储的网络的拓扑之间的校正来在线槽网络中定位该缺陷。图4a和4b通过金属机构10的沿对称面Ps的横向和纵向截面图示出了根据本发明第一实施方式的实施例。绝缘导体C插入到预先形成在结构10的塑料支撑件11的容纳表面Ila中的纵向槽中。通过机械加工和修正使槽50实现为在其整个长度上具有可再现的尺寸，从而在虑及所使用工具的情况下使其与金属结构10的距离尽可能恒定。槽50和在该实施例中为一简单的规范“标准22”加套铜线的导体C具有适当的尺寸从而导体被卡紧地装配在槽50中。因此，导体线C和金属结构10之间的距离同样是尽可能恒定的。仅由塑料支撑件11将导体线与结构分隔开。在该示例中，槽形成在支撑件11的“U”形容纳表面的具有小曲率半径的区域中以尽可能避免由于从外部安装线缆导致的位移和形变。导体线C的一个端部连接至连接器500 (参考图3)并且另一个端部通过镶接连接至通过夹紧而被固定在金属结构10的壁上端子40 (参考图2)。针对应用根据本发明另一实施方式的两个不例，参考图5a和5b的两个横截面图，实现电流回路的绝缘导体元件由形成在柔性印刷电路带60的一个主表面60a上导体轨道P构成，这种“弯曲刚性”型的带状物或带类型在连接一尤其是数字连接一领域是众所周知的。带60被布置成其另一主表面60b沿着金属结构10的外壁14的外表面14e。导轨P与结构10仅分开带60的厚度。根据所应用的第一示例，印刷电路带60抵接表面14e卡紧地装配在滑轨70中，带和滑轨具有适当的尺寸以实现这样的装配。滑轨成为结构10的一个组成部分。因此例如通过在适当的模具中注入，在制造过程中在结构10的壁14中实现滑轨。在第二示例中，印刷电路带60被仔细贴靠在结构10的外壁16的外表面16e上。恰当的是应关注于利用任何适当手段(精确的厚度分布器、平整化以及校正等)测量粘贴厚度的尺度以便达到尽可能恒定。本发明不局限于所描述和给出的实施例。例如弯曲的金属结构、粘贴在金属结构外表面上的绝缘导体线或各种形状的绝缘导体也是可行的。
权利要求
1.一种用于通过反射法检测金属结构(10)中的不可触及电缺陷的方法，所述金属结构(10)能够成网络状地容纳电线缆(12)并用作所述线缆的电回路，其特征在于，所述方法包括:在绝缘导体元件(C，P)的第一端部处注入被调制的探测信号(S)，所述元件被设置成大体沿着支撑件与每个结构(10)相距恒定的距离，并且在第二端部处连接至所述结构(10);通过将从所述导体元件(C，P)的线路返回的反射信号(R)与阈值相比较来检测并分析所述反射信号(R)，其中当所述反射信号(R)大于所述阈值时检测出(300a)缺陷并且通过拓扑校正定位(300b)所述缺陷。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其中，所述反射法在频域反射技术FDR的频域内和在时域反射技术TDR的时域内实现，其中所述方法在频域和时域中分别利用被频率调制和被脉冲调制的探测信号(S)。
3.根据权利要求1和2中的一个所述检测方法，其中所述导体元件(C，P)被设置成对于所述金属结构(10)具有材料连续性。
4.一种能够利用根据前述权利要求中任意一项所述的方法的检测结构，其特征在于，所述检测结构包括至少一个容纳电线缆(12)的纵向金属结构(10)和至少一个绝缘导体元件(C，P)，所述绝缘导体元件(C，P)在第一端部与发射(100)并注入(200)探测信号(S)的部件连接并且被连接(400 )至检测并分析(300 )反射信号(R)的装置，并且在第二端部连接至所述结构(10)，并且所述导体元件(C，P)被设置成通过厚度恒定的材料(11，60)抵靠所述结构(10)。
5.根据前述权利要求所述的检测结构，其特征在于，所述绝缘导体元件(C)被布置在所述金属结构(10)的内部并且结合至由塑料材料形成并固定在所述结构(10)内的纵向支撑件(11)的容纳表面(11a)，所述容纳表面(Ila)具有能够安放所述电线缆(12)的弯部。
6.根据前述权利要求所述的检测结构，其中所述绝缘导体元件(C)在纵向槽(50)中结合至支撑件(11)，所述纵向槽(50)形成在支撑件(11)的容纳表面(I Ia)中。
7.根据前述权利要求所述的检测结构，其中，所述槽形成在支撑件(11)的小曲率半径的区域中。
8.根据权利要求4所述的检测结构，其中，所述绝缘导体元件由形成在具有两个纵向主表面(60a, 60b )的柔性绝缘印刷电路带(60 )的一个主表面(60a)上的导体轨道(P)构成，所述带(60)被布置成其另一主表面(60b)与所述金属结构(10)的外表面(14e, 16e)抵接。
9.根据前述权利要求所述的检测结构，其中，所述印刷电路带(60)被卡紧地装配在沿所述结构(10)的外表面(14e)形成并且尺寸合适的滑轨(70)中。
10.根据权利要求8所述的检测结构，其中，所述印刷电路带(60)贴靠在所述结构(10)的外表面(16e)。
11.根据权利要求4或5所述的检测结构，其中，所述绝缘导体元件(C，P)通过镶接在所述导体元件(C，P)的第二端部上的端子(40)附接至所述结构(10)，并且借助固定至所述结构(10 )的连接部件(400 )通过其第一端部连接至检测和分析装置(300 )。
12.根据权利要求4到11中任意一项所述的检测结构，其中，所述检测和分析装置(300)还包括探测信号(S)的发射部件(100)。
13.根据权利要求4到12中任意一项所述的检测结构，其中，注入部件(200)和连接部件(400 )形成单个连接器(500 )。
全文摘要
本发明意图允许对金属结构(10)的网络中的电故障进行检测和定位，所述金属结构能够容纳电线缆并用作这些线缆的电回路。利用反射法的方法包括在耦接至结构(10)的线缆中注入探测信号并且分析所述缺陷反射的信号。然而返回信号中阻抗变化的背景噪声使得难以检测缺陷。为克服这一问题，本发明提出设置与每个结构(10)相距恒定距离的探测信号的载波导体元件。根据所应用的示例，绝缘导体元件(C)被布置在金属结构(10)内部并且结合在固定在所述结构(10)中的由塑料材料形成的纵向支撑件(11)的容纳表面(11a)的纵向槽(50)中。将从所述导体元件(C)的线路返回的反射信号与阈值比较，在大于所述阈值时检测到缺陷并通过拓扑对缺陷定位。可以应用于具有复合表层的飞行器的线槽。
文档编号G01R31/11GK103109198SQ201180044688
公开日2013年5月15日 申请日期2011年9月13日 优先权日2010年9月15日
发明者吉勒斯·米利特 申请人:空中客车营运有限公司