電磁效應(yīng)測試的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]雷擊是飛機、發(fā)電、石化行業(yè)的關(guān)注點。這些行業(yè)中的某些結(jié)構(gòu)很容易受到雷擊。非常熱的大電流閃電通道會附著到這些結(jié)構(gòu)并且造成物理損傷。
[0002]可以進行實驗室測試以研宄雷電對結(jié)構(gòu)的影響。例如，將諸如Rogowski線圈的多個傳感器附連到結(jié)構(gòu)，并且每個傳感器被線連接到電源和示波器。接著將雷電波形施加到該結(jié)構(gòu)，并且當(dāng)波形被施加時，由傳感器獲取的測量值流傳輸?shù)绞静ㄆ?。這些測量值揭示雷擊電流通過結(jié)構(gòu)的路徑。數(shù)據(jù)在流傳輸期間會被損壞。期望減少數(shù)據(jù)損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)此處的實施例，一種裝置包括電路板、在電路板上的Rogowski線圈、在電路板上的永久性數(shù)據(jù)存儲裝置以及在電路板上的控制電路，該控制電路用于收集表示由線圈感測到的電流的值，并且將這些值存儲在永久性存儲器上。優(yōu)選地，該裝置包括用于與計算機無線通信的無線發(fā)射器，并且該計算機被進一步編程以處理收集到的信息，從而繪制在EME事件期間流過結(jié)構(gòu)的EME電流的路徑。根據(jù)本公開的另一方面，實施例提供了一種用于分析電磁效應(yīng)(EME)事件期間的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括被固定到結(jié)構(gòu)的多個裝置。優(yōu)選地，系統(tǒng)進一步包括計算機，該計算機被編程以查詢裝置從而收集關(guān)于EME事件期間流過結(jié)構(gòu)的電流的信息，該裝置在EME事件已經(jīng)結(jié)束之后被查詢。
[0004]根據(jù)此處的另一實施例，一種電流感測裝置包括電磁效應(yīng)(EME)電流傳感器以及控制電路，該控制電路用于緩存來自電流傳感器的值，使用這些值檢測EME事件，并且根據(jù)在EME事件之前緊挨著的第一時段和在EME事件之后緊接著的時段期間緩存的那些值來構(gòu)造完整的電流波形。有利地，電流傳感器包括Rogowski線圈，并且進一步包括永久性數(shù)據(jù)存儲裝置，其中控制器將完整電流波形存儲在永久性數(shù)據(jù)存儲裝置中并且基于請求而輸出完整波形。
[0005]根據(jù)此處的另一實施例，一種方法借助緊固件將多個電路板固定到結(jié)構(gòu)。每個電路板包括圍繞緊固件之一的Rogowski線圈。該方法進一步包括從線圈收集傳感器測量值并且將測量值存儲在電路板上；以及使結(jié)構(gòu)經(jīng)受EME事件，同時繼續(xù)從線圈收集額外的傳感器測量值并且將額外的傳感器測量值存儲在電路板上。在EME事件結(jié)束之后，從電路板獲取存儲的測量值。
[0006]這些特征和功能可以在各種實施例中獨立地被實現(xiàn)，或者可以在其他實施例中被組合。實施例的進一步的細節(jié)可以參照以下描述和附圖得知。
【附圖說明】
[0007]圖1是EME電流感測裝置的示圖。
[0008]圖2是用于感測結(jié)構(gòu)中的EME電流的系統(tǒng)的示圖。
[0009]圖3是復(fù)合結(jié)構(gòu)的示圖。
[0010]圖4是感測結(jié)構(gòu)中EME電流的方法的示圖。
[0011]圖5是EME電流感測裝置的示圖。
[0012]圖6是由圖5的EME電流感測裝置的控制器所執(zhí)行的某些功能的示圖。
[0013]圖7是從在檢測到的EME事件之前和之后的時間段期間存儲的值所構(gòu)建的電流波形的示圖。
【具體實施方式】
[0014]參照圖1，其示出了用于感測電磁效應(yīng)(EME)電流的裝置110。電流感測裝置110包括電路板120和在電路板120上的Rogowski線圈130。Rogowski線圈130圍繞金屬芯(例如，緊固件)并且用作電流傳感器。Rogowski線圈130響應(yīng)于流過芯的EME電流而產(chǎn)生瞬態(tài)脈沖。
[0015]電流感測裝置110進一步包括在電路板120上的控制電路140和永久性數(shù)據(jù)存儲裝置150?？刂齐娐?40收集表示由Rogowski線圈130感測的電流的值。例如，控制電路140包括用于對由Rogowski線圈130產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖進行積分的模擬積分器、用于將來自積分器的模擬值轉(zhuǎn)換到數(shù)字值的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器、以及用于將數(shù)字值存儲在永久性數(shù)據(jù)存儲裝置150中的控制器。永久性數(shù)據(jù)存儲裝置150可以包括隨機存取存儲器。
[0016]控制電路140和數(shù)據(jù)存儲裝置150可以由鐵磁屏蔽件保護以避免ΕΜΕ。鐵磁屏蔽件可以包圍控制電路140和數(shù)據(jù)存儲裝置150。
[0017]多個這些EME電流感測裝置110可以被用于感測流過結(jié)構(gòu)的EME電流。例如，多個感測裝置110可以被用于研宄雷擊對結(jié)構(gòu)的影響。
[0018]參照圖2，其示出用于感測在EME事件期間流過結(jié)構(gòu)200的EME電流的系統(tǒng)210。該系統(tǒng)210包括固定到結(jié)構(gòu)200的多個220ΕΜΕ電流感測裝置110。這些感測裝置110中的一些可以被固定到結(jié)構(gòu)200的上表面，并且這些感測裝置110中的一些可以被固定到結(jié)構(gòu)200的下表面。對于具有固定在一起的(多個)零件的結(jié)構(gòu)200，這些感測裝置110中的一些可以被夾在零件之間?？梢酝ㄟ^將緊固件330插入穿過電路板120中的孔并且穿過Rogowski線圈130，以此將感測裝置110固定到結(jié)構(gòu)200。
[0019]考慮圖3中所示的結(jié)構(gòu)200的示例。結(jié)構(gòu)200包括第一復(fù)合零件310和第二復(fù)合零件320，它們通過金屬緊固件330(圖3中僅示出單個緊固件330)固定在一起。零件310和320可以由復(fù)合材料制成，例如碳纖維增強塑料(CFRP)?？梢酝ㄟ^將電路板120夾緊在零件310和320之間，使緊固件330延伸穿過Rogowski線圈130，以此將感測裝置110固定到圖3的結(jié)構(gòu)200?？刂齐娐?40和數(shù)據(jù)存儲裝置150位于電路板120的末端。當(dāng)結(jié)構(gòu)200經(jīng)受EME事件時，電流可能流過緊固件330。例如，如果雷電附著到緊固件330的頭部，則電流可能以箭頭的方向流過緊固件330?；蛘撸绻鸈ME電流沿著復(fù)合零件310的表面流動并且接著到達緊固件330，則電流可能以箭頭的方向流過緊固件330。Rogowski線圈130感測流過緊固件330的電流。
[0020]在某些實施例中，系統(tǒng)210可以進一步包括EME電流的人造源。例如，人造源可以包括電流產(chǎn)生器。在其他實施例中，EME電流的源可以是自然的。例如，該結(jié)構(gòu)可以被放置在暴露于雷電的環(huán)境中。當(dāng)以千安計的EME電流被施加到結(jié)構(gòu)200時，EME事件發(fā)生。
[0021]系統(tǒng)210進一步包括基站，該基站包括計算機230，該計算機被編程以查詢感測裝置110，從而獲取關(guān)于在EME事件期間流過結(jié)構(gòu)200的EME電流的信息。該查詢可以在EME事件已經(jīng)發(fā)生之后進行。當(dāng)被查詢時，每個感測裝置110可以提供其緩存的數(shù)字值和/或附加的信息(例如，完整的電流波形)?；居嬎銠C230和電流感測裝置110之間的通信可以是有線的或者無線的。
[0022]基站計算機230可以被編程以處理收集到的信息，從而繪制流過結(jié)構(gòu)200的電流的路徑。電流進入結(jié)構(gòu)200的入口點可以是電流被施加到結(jié)構(gòu)200的點。入口點可以是或可以不是緊固件。電流離開結(jié)構(gòu)200的出口點可以由接地方式確定。在入口點和出口點之間，感測裝置110提供在每個緊固件中的電流的測量值。借助這些已知的點和測量值，可以生成結(jié)構(gòu)200中的電流的3D圖。3D圖揭示EME電流如何經(jīng)由緊固件從表面到表面?zhèn)鬟f。
[0023]電流測量值可以包含時間戳。時間戳指示相對于EME事件的檢測，測量值是何時得到的。借助這些時間戳，3D圖還可以指示在每個緊固件處電流的上升時間。
[0024]參照圖4，其示出使用系統(tǒng)210來繪制在EME事件期間穿過結(jié)構(gòu)200的電流的流動的方法。在方框410處，將多個220EME電流感測裝置110固定到結(jié)構(gòu)200。在方框420處，電流感測開始，其中電流感測裝置110開始感測電流并且存儲表示感測到的電流的值。例如，當(dāng)電流感測裝置110通電時，電流感測可以開始。
[0025]在方框430處，使結(jié)構(gòu)200經(jīng)受EME事件。在EME事件期間，電流檢測裝置110繼續(xù)存儲表示感測到的電流的值。
[0026]可以在實驗室或野外使結(jié)構(gòu)200經(jīng)受EME事件。作為野外測試的示例，具有附連的電流感測裝置I1的結(jié)構(gòu)200可以在氣象氣球中被發(fā)送至雷電風(fēng)暴。如果雷電在風(fēng)暴期間附著到結(jié)構(gòu)200，則感測裝置110將感測在結(jié)構(gòu)200中流過的電流并且存儲表示電流的值。
[0027]作為在實驗室中測試的示例，將多個感測裝置110固定到飛機機翼的實體模擬(mock up)內(nèi)部的不同位置。接著通過將波形注入到機翼來模擬雷擊。
[0028]在方框440處，在EME事件已經(jīng)結(jié)束之后，從感測裝置110獲取存儲的值。例如，基站計算機230輪詢電流感測裝置110，并且作為響應(yīng)，裝置110將存儲的信息發(fā)送到基站計算機230。
[0029]因為E