用于检测撞击的设备、关联的检测系统和配备有这种系统的航空器的制作方法

航空航天装置制造技术1.本发明的技术领域是检测撞击的技术领域。2.本发明涉及一种撞击检测设备，并且特别地涉及一种被配置为由于塞贝克模块的使用而自主地操作的撞击检测设备。本发明还涉及包括多个根据本发明的检测设备的检测系统和配备有这种系统的航空器。背景技术：3.以已知的方式，航空器可以包括由复合材料制成的机身或者替代地由金属材料制成的机身。这两种类型的机身在撞击过程中容易被损坏，并且能够检测到何时发生这种撞击非常重要。当航空器停在机场时，撞击的风险尤其重要，在机场流通的车辆(拖车、卡车等)很容易与航空器接触并损坏其机身。4.在实践中，为了检测与撞击有关的损坏，由操作员对航空器的外表面进行目视检查，鉴于航空器必须固定不动这一事实，这既费时又昂贵。由于复合材料的损坏通常是内部的并且从外部看不太明显，因此很难目视检测与撞击有关的损坏。为了消除这个缺点，在专利申请fr 3 073 500中已经提出使用被定位在机身的内表面上的检测构件。每个检测构件提供有撞击传感器、无线通信装置和能量存储装置。然而，在这个申请中描述的系统不支持自主的实现。当然，建议收集由传感器供应的能量以供应存储装置，但是这种解决方案实际上难以实现，振动必须位于适合于传感器的频率范围内，以便能够以生成足够的电力。5.因此，需要一种能够自主操作的撞击检测设备。技术实现要素：6.本发明通过提出一种并入了塞贝克模块的撞击检测设备来提供对上述问题的解决方案。7.本发明的第一方面涉及一种自主撞击检测设备，包括：[0008]-至少一个撞击检测器；[0009]-至少一个无线发射装置，被配置为发射由撞击检测器收集的信息；[0010]-至少一个能量存储装置，被配置为向撞击检测器和无线发射装置供应能量；[0011]-用于通过塞贝克效应聚集能量的至少一个模块，被配置为当其被施加温度梯度时向存储装置供应能量。[0012]除了前面段落中提到的特征之外，根据本发明的第一方面的系统可以具有以下中的一个或多个补充特征，单独地考虑或者根据其所有技术可能组合来考虑。[0013]有利地，无线发射装置还被配置为通过射频接收能量以便向存储装置供电。[0014]有利地，塞贝克模块(以下称为第一塞贝克模块)根据第一配置来布置，并且设备包括根据第二配置来布置的第二塞贝克模块，以使得当设备经受温度梯度时，由第一塞贝克模块所生成的电压与由第二塞贝克模块所生成的电压的符号相反。[0015]有利地，该设备包括监督器，该监督器被配置为将能量分配到设备的不同组件，优选地可参数化以仅在需要足够量的能量来供应设备的不同组件时才供应设备的不同组件。[0016]有利地，该设备包括：存储器，其被配置为存储由一个或多个撞击检测器进行的测量结果；以及计算装置，其耦合到存储器，计算装置被配置为对由撞击检测器获取的数据执行预处理或处理。[0017]有利地，该设备包括第一组和第二组，第一组包括撞击检测器，第二组包括一个或多个塞贝克模块，第一组和第二组连接，以使得在第二组的级别由塞贝克模块所生成的能量可以被发射到第一组。[0018]本发明的第二方面涉及一种用于检测对结构的撞击的系统，该检测系统包括：[0019]-被定位在结构的表面上的多个根据本发明的第一方面的检测设备，每个检测设备与标识符相关联，标识符与结构的预定区域相关；[0020]-多个通信设备，其靠近结构并被配置为与多个检测设备中的检测设备通信，以便收集由所述设备进行的测量结果并将它们与对应的设备的标识符相关联。[0021]有利地，每个通信设备包括能量存储装置和/或存储器。[0022]本发明的第三方面涉及一种航空器，包括机身和根据本发明的第二方面的检测系统，该检测系统被配置为检测对机身的撞击，撞击检测系统的检测设备被布置在机身的内表面上，并且撞击检测系统的多个通信设备被布置在航空器中。[0023]本发明及其不同应用将通过阅读以下描述并通过检查随附的附图而得到更好的理解。附图说明[0024][图1]示出了根据本发明的第一方面的设备的第一实施例的示意图。[0025][图2]示出了塞贝克电池的结构的示意图。[0026][图3]示出了根据本发明的第一方面的设备的塞贝克模块的第一示例性实施例的示意图。[0027][图4]示出了根据本发明的第一方面的设备的一组两个塞贝克模块的第一示例性实施例的示意图。[0028][图5]示出了根据本发明的第一方面的设备的第二实施例的示意图。[0029][图6]示出了根据本发明的第一方面的设备的第三实施例的示意图。[0030][图7]示出了根据本发明的第一方面的设备的第四实施例的示意图。[0031][图8]示出了根据本发明的第一方面的设备的第五实施例的示意图。[0032][图9]示出了配备有根据本发明的第二方面的检测系统的航空器的示意图。[0033][图10]示出了根据本发明的第二方面的系统或根据本发明的第三方面的航空器的通信设备的示意图。具体实施方式[0034]这些图是为了说明性目的而呈现的，并且决不限制本发明。除非另有说明，否则出现在不同附图中的相同元件具有单个参考标记。[0035][图1]所图示的本发明的第一方面涉及自主撞击检测设备3。[0036]根据本发明的第一方面的设备3包括至少一个撞击检测器dc。撞击检测器dc可以例如从加速度计或者替代地从压电传感器中选择。在一个实施例中，设备3包括多个撞击检测器dc，多个检测器dc的检测器dc的性质可以相同或不同。因此，可以通过选择例如相同性质的检测器来建立测量冗余系统以确保其精确性。还可以选择不同性质的检测器，每种检测器能够对不同的信号是敏感的。[0037]根据本发明的第一方面的设备3还包括提供有天线an的至少一个无线发射装置mc，该天线an被配置为发射由一个或多个撞击检测器dc收集的信息。无线发射装置mc例如可以是rfid类型的通信装置、4g通信装置、wifi通信装置或替代地waic(无线航空电子内部通信)通信装置。无线通信装置mc使得可以快速发射由一个或多个撞击检测器dc测量到的数据，这在必须定期收集数据和/或在大量根据本发明的第一方面的设备3上收集数据时呈现出一定的优势。这进一步保证了根据本发明的检测设备3的植入自由度，因为检测设备3不需要任何物理连接来发射测量数据。[0038]根据本发明的第一方面的设备3还包括至少一个能量存储装置ms，其被配置为向撞击检测器dc和无线发射装置mc供应能量。在一个实施例中，存储装置ms从电池、电容或替代地超级电容之中选择。[0039]根据本发明的第一方面的设备3还包括至少一个塞贝克模块ge。一般而言，塞贝克模块ge包括一个或多个塞贝克电池ce，诸如图2中所图示，并且包括旨在被暴露于第一温度t1的第一表面s1和旨在被暴露于第二温度t2的第二表面s2。施加于塞贝克模块ge的温度梯度δt等于塞贝克电池ce的第二表面s2所暴露的温度t2与塞贝克电池ce的第一表面s1所暴露的温度t1之差，因此δt＝t2-t1。该温度梯度δt的存在导致在塞贝克电池ce的端子上出现电压v，该电压v的符号取决于所用材料的塞贝克系数和施加到塞贝克电池的梯度δt的符号。此后，按照惯例，正梯度δt》0将导致出现正电压v》0，负梯度δt《0将导致出现负电压v《0。[0040]根据本发明的塞贝克模块ge的示例性实施例在图3中被图示，其中塞贝克模块ge被固定在壁10(例如飞机的机身)的内表面si上，以便受益于内部温度tint和外部温度text之间的温差。例如，在航空器的情况下，在飞行阶段期间或替代地在外部高温条件下的存储阶段期间存在显著的温差。更具体地，塞贝克模块ge包括塞贝克电池ce，塞贝克电池ce包括第一表面s1和第二表面s2以及固定在塞贝克电池的第二表面s2上的散热器ra。此外，散热器ra包括能够有效热化塞贝克电池ce的第二表面s2的翅片。在这个示例中，塞贝克电池的第一表面s1被固定在壁10的内表面s1的级别，例如航空器机身的内表面。该固定优选地使用作为良好热导体的粘合剂ad来进行，以便确保与壁10的内表面接触的塞贝克电池的第一表面s1的良好热化。在这种配置中，施加到塞贝克模块的温度梯度δt因此等于塞贝克电池ce的第二面s2的温度t2与塞贝克电池ce的第一面s1的温度t1之间的差。例如，如果壁10是航空器的机身，则在飞行阶段期间，第一表面的温度t1通常介于–20℃和–30℃之间，或者甚至在极端情况下是–50℃至–60℃，而由于散热器的存在，第二表面的温度t2通常等于0℃。因此，在飞行阶段期间，施加到塞贝克模块的温度梯度δt通常介于20℃和60℃之间。考虑到这些温度范围和几十mw数量级的功率要求，几十毫米(例如40x40mm)的塞贝克电池ce可能就足够了。作为示例，下表图示了存储装置ms的充电时间(左列表示存储装置的电容，以法拉为单位，记为c(f))，其取决于施加到塞贝克模块的温度梯度δt和时间。[0041][表1][0042][0043]在图4中所图示的一个实施例中，根据本发明的第一方面的设备包括与之前描述的塞贝克模块(下文称为第一塞贝克模块ge1)相比以相反的方式配置的第二塞贝克模块ge2。换言之，假设塞贝克电池ce包括第一表面s1和第二表面s2，当根据本发明的第一方面的设备3被固定到表面时，第一塞贝克模块ge1的塞贝克电池ce通过其第一表面s1与该表面10相接触，而第二塞贝克模块ge2的塞贝克电池ce通过其第二表面s2与所述表面10相接触。换言之，在图4中所图示的示例中并且对于第二塞贝克模块ge2，散热器ra被固定在塞贝克电池ce的第一表面s1上，并且塞贝克电池ce的第二表面s2被固定在壁10的内表面的级别上。因此，在这个实施例中，无论内部温度tint和外部温度text之间的温度梯度δt的符号如何，根据本发明的第一方面的设备3都能够产生正(或负)电压。在图4中，对于每个塞贝克电池ce，虚线箭头指示在对应的塞贝克模块的端子处获得正电压v所需的温度梯度的意义。[0044]在图5中所图示的一个实施例中，根据本发明的第一方面的设备1包括能量监督器se，其被配置为将能量分配到根据本发明的第一方面的设备3的不同组件。[0045]在图6中所图示的一个实施例中，无线发射装置mc/rf也被配置为通过射频接收能量。因此，当塞贝克模块ge没有启用对存储装置ms的充分充电时，后者可以被远程再充电和/或设备3的不同组件可以被供应能量。因此，无线发射装置mc/rf表示用于向塞贝克模块ge供应能量的补充装置。实际上，当温度梯度不足时并且当塞贝克模块ge因此不能为根据本发明的第一方面的设备3供电时，无线发射装置mc/rf可以被用作塞贝克模块ge的替代品。应当注意，这在航空器1的情况下是特别有利的，因为当航空器1在地面上时通常观察到小的梯度。然而，正是当航空器1停在地面上时，安全措施才允许发射能够向设备3供应必要能量的射频频率。[0046]在图7中所图示的一个实施例中，根据本发明的第一方面的设备3包括存储器mm，该存储器mm被配置为存储由一个或多个撞击检测器dc进行的测量结果。因此，由设备3进行的测量结果不必立即被发射，而是仅以固定间隔来发射。在这个实施例中，根据本发明的第一方面的设备3还包括耦合到存储器mm的计算装置cp，所述计算装置cp被配置为对由一个或多个撞击检测器dc所获取的数据执行预处理或处理。例如，预处理或处理将能够包括选择必须被存储在存储器mm中和/或由无线通信装置mc发射的所获取数据。[0047]在图8中所图示的一个实施例中，根据本发明的第一方面的设备3包括例如以第一外壳的形式的第一组31和例如以第二外壳的形式的第二组32，第一组31包括一个或多个撞击检测器dc，并且第二组32包括一个或多个塞贝克模块ge，第一组31和第二组32连接以使得在第二组32的级别上由塞贝克模块ge所生成的能量可以被传输到第一组31。因此，当用于检测撞击的最合适位置和用于由塞贝克模块ge生成能量的最合适位置不相同时，可以移动(displace)一个或多个塞贝克模块。[0048]本发明的第二方面涉及一种用于检测对结构的撞击的系统，该检测系统包括：被定位在结构的表面s1上的多个根据本发明的第一方面的自主检测设备3，每个检测设备3与标识符相关联，该标识符与结构的预定区域相关；以及多个通信设备，其靠近结构并且被配置为与多个检测设备3中的检测设备3进行通信，以便收集所述设备3进行的测量结果并将其与对应的设备3的标识符相关联。[0049]在说明书的其余部分中，将通过应用来说明根据本发明的第二方面的系统，其中要监控的结构是航空器的机身。本领域技术人员将理解，这样的系统可以被使用在其他情形中。因此，图9中所图示的本发明的第三方面涉及包括机身10和根据本发明的第二方面的撞击检测系统的航空器1。检测系统包括被定位在航空器1的机身10的内表面si上的多个根据本发明的第一方面的自主检测设备3。此外，每个自主检测设备3与标识符相关联，该标识符与预定机身区域10相关，以使得在知道已经检测到撞击的设备3的标识符的情况下，可以知道发生撞击的区域。[0050]在一个实施例中，使用粘合剂将检测设备3固定在机身10的内表面si上。粘合剂的使用使得检测设备3的定位和重新定位变得容易。此外，这种固定方式降低了在所述检测设备3的固定期间损坏机身10的风险。[0051]根据本发明的第三方面的航空器1还包括多个通信设备4，其被布置在航空器1中并且被配置为与多个检测设备3中的检测设备3通信，以便收集由所述设备3进行的测量，并且将它们与对应的设备3的标识符相关联。优选地，多个通信设备4被定位成能够与多个检测设备3中的所有检测设备3通信。重要的是要注意，通信设备4将能够与一个或多个检测设备3通信。同样重要的是要注意，一个或多个检测设备3可以被定位成不能与任何通信设备4通信。然而，例如在控制或维护操作期间，后者将能够使用便携式通信设备4’而被询问。[0052]在一个实施例中，通信设备4由供电网络12’来供电，供电网络12’将不同通信设备4连接到航空器1的电源。因此接收到的能量然后可以通过用于通过射频接收能量的装置rf而被传输到每个检测设备3。为此，每个通信设备4包括无线通信装置mc’/rf’，其被配置为作为无线通信装置或作为用于通过射频向检测设备3发送能量的装置来操作。假设通信设备4具有增益等于3dbi的天线an’，并且由于电缆造成的损耗为4.4db，并且自主检测设备3具有增益等于4.5dbi的天线an，下表2图示了根据所考虑的通信设备4与所考虑的检测设备3之间的距离的、在检测设备3的级别发射的功率(以dbm和w为单位)和接收的功率(以dbm和mw为单位)。[0053][表2][0054][0055]因此，本领域技术人员将确保在定位通信设备4和/或定位检测设备3期间考虑该信息，同时显然地适应以上做出的假设。[0056]在图10中所图示的一个实施例中，每个通信设备4包括能量存储装置ms’，例如电池，其被配置为在供电网络12’不再供应能量时为通信设备4供电。这尤其是当航空器1长时间停放时的情况。因此，即使没有外部电源，航空器1的通信设备4也可以继续询问检测设备3，或者在必要时甚至通过射频为检测设备3供电。在一个实施例中，通信设备4还包括能量监督器se’，其负责管理通信设备4的能量，并且特别是管理能量存储装置ms’的能量。[0057]以同样的方式，通信设备4连接到通信网络12，并且可以由通信设备4将从检测设备3收集的数据在通信网络12上传输，以便接下来例如由机载计算机5或替代地由集中维护服务器处理。在一个实施例中，每个通信设备4包括存储器mm’(例如硬盘)，当供电网络12’不再供应能量时，从检测设备3收集的数据被存储在存储器mm’中，然后当供电网络12’再次供应能量时在通信网络上被传输。在一个实施例中，通信设备4包括计算装置cp’(例如处理器)，使得可以处理存储在存储器mm’中的数据。[0058]在一个实施例中，机身10是复合机身。实际上，复合机身损坏特别难以通过目视检查来检测，并且诸如本发明的第二方面中描述的检测系统使这种检测更加可靠。然而，从上面可以看出，本发明可以在任何类型的机身(由复合材料、金属材料等制成)上被实现。









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