飞行器操纵面元件监测系统的制作方法

1.本公开大体上涉及一种操纵面偏斜和/或丢失检測系统。更具体地本公开涉及一种用于可致动飞行器部件(例如飞行器机翼结构的缝翼和襟翼)链结构的无线偏斜和/或丢失检测系统。


背景技术：

2.飞行器机翼通常包括一系列可致动的操纵面元件。这些操纵面元件可相对于固定的机翼结构移动，以改变机翼的空气动力学特性。这种操纵面元件包括诸如缝翼的前缘装置和诸如襟翼的后缘装置。
3.通常，诸如襟翼和缝翼的操纵面元件在其翼展方向端的任一端处由两个单独的致动器致动。可以想象，这些致动器中的任何一个都可能发生故障，从而导致不一致的致动和相关操纵面的偏斜或丢失。检测到这种偏斜或丢失、关闭相关系统并通知飞行器的飞行员很重要。
4.已经提出了各种方法来提供对操纵面的偏斜和/或丢失的检测。美国专利5680124中描述的一个这种系统提出了一种在前缘和/或后缘上耦合到每个操纵面元件的缆线，该缆线在发生偏斜或控制元件丢失的情况下被拉动。具有接近传感器的可移动检测器被设置为耦合到该电缆，从而可以检测到任何倾斜和/或丢失。该检测器位于最末端的襟翼或缝翼上，并通过从操纵面元件穿过固定的翼结构进人机身和fseu(襟翼/缝翼电子单元)的电缆连接到机身中的fseu。
5.这种已知系统的第一个问题是，由于缆线必须固定在最末端的操纵面元件，因此该系统无法检测到该元件外侧端的倾斜。
6.us5680124的系统的另一个问题是，在其上安装有检测器的可移动操纵面元件到固定的翼结构和机身之间需要布线。在可移动结构和固定结构之间有效地转换布线是非常重要的。此外，这种布线将暴露于外部元件。另外，诸如缝翼的前缘操纵面元件需要具有防结冰功能。这些特征会产生一系列不利的温度条件，随着时间的推移这些条件可能会降低安装在这些操纵面元件上的传感器的可靠性。
7.用于检测操纵面元件的偏斜和/或丢失的一种替代性已知方法涉及使用接近传感器，该接近传感器被设计为检测安装到用于致动襟翼/缝翼的轨道/缆线的相应目标的存在或缺失。ep2322431b1中描述了一种这样的系统。因为为每个操纵面元件致动装置提供了单独的传感器，所以该系统很复杂并且在飞行器上的安装可能非常重要。例如，在此类系统中，每个接近传威器通常需要单独布线。此外，这些系统可能涉及暴露的电子布线/组件(与上述环境条件和防结冰措施相关的相关问题)。
8.用于检测操纵面元件的偏斜和/或丢失的另一替代性已知方法涉及提供穿过一系列操纵面元件中的每个操纵面元件的金属丝或光纤。在操纵面元件之间引人偏斜的情况下，该金属丝/光纤被配置为(例如通过与切割器接合)断裂。这种系统的例子可以在us6930489b2和ep1029784b1中找到。在发生偏斜/丢失情况期间，在金属丝/光纤断裂之后
此类系统需要某种形式的修理、更换或重新配置。
9.需要注意的是，在上述方法中，所有能够检测单个缝翼之间的偏斜的方法都需要在相邻的操纵面元件之间提供某种形式的金属丝/电缆，并且可能需要在已检测到倾斜/丢失事件后进行修理或重新配置。此外，在可以开始安装和绑定监测系统之前需要所有操纵面元件已经就位并且适当对准的某些情况下，在实践中此类已知系统通常难以安装在飞行器上。


技术实现要素：

10.本公开提供一种飞行器可移动元件监测系统。在一示例性实施例中，飞行器可移动元件监测系统包括：信号发生器；电连接至信号发生器的信号发射器线圈；信号检测器；电连接至信号检测器的信号接收器线圈；以及一个或多个可移动元件信号传输单元。每个可移动元件信号传输单元包括第一信号传输单元线圈和第二信号传输单元线圈，第一信号传输单元线圈电连接至第二信号传输单元线圈。每个可移动元件信号传输单元被配置为安装在飞行器的相应的可移动元件上。信号发射器线圈、一个或多个可移动元件信号传输单元以及信号接收器线圈形成电感耦合的传输线。例如，系统中的每个线圈被配置为接近正常(例如没有偏斜/丢失)状况下的另一个线圈，使得提供一系列电感耦合的线圈对，通过该一系列电感耦合的线圈对可以传输电信号。
11.例如，相应的可移动元件信号传输单元的第一信号传输单元线圈可以被定位成便于与信号发射器线圈电感耦合或者与安装在相邻可移动元件上的不同可移动元件信号传输单元的第二信号传输单元线圈电感耦合，并且相应的可移动元件信号传输单元的第二信号传输单元线圈可以被定位成便于与信号发射器线圈电感耦合或者与安装在相邻可移动元件上的不同可移动元件信号传输单元的第一信号传输单元线圈电感耦合，从而形成电感耦合的传输线。
12.信号发生器被配置为向信号发射器线圈提供电信号，并且信号检测器被配置为通过信号接收器线圈检测电信号(例如，在已经通过一个或多个可移动元件信号传输单元传输之后)。信号检测器还被配置为通过将检测到的电信号与预定的信号特性/值进行比较(例如，将所检测到的信号强度与预定的阈值或值进行比较，和/或监测所检测到的信号以确定特征特性)来确定一个或多个可移动元件的状况(例如，是否存在未对准/可接受操作参数内的未对准，或者是否存在不可接受的未对准，例如可移动元件的偏斜或者丢失)。
13.有利地是，该系统抵抗环境影响，因为不需要在可移动元件(例如，诸如缝翼或襟翼的操纵面元件)之间以及在可移动元件和机翼结构的主体之间铺设任何额外的缆线、电子线路或其他组件。此外，该系统能够提高安装、维护和维修的便利性，因为在可移动元件本身安装在飞行器上之前每个信号传输单元可以安装在相应的可移动元件内。此外，该系统有利地在可移动元件致动动力传输系列结构的末端处监测可移动元件状况，而不是远远地沿着动力传输系列结构的部件。
14.在一示例性实施例中，信号接收器线圈和一个或多个第一信号传输单元线圈中的一个或多个各自包括缠绕的金属丝，其中绕组包括第一部分和第二部分，在第一部分中金属丝在第一方向上围绕第一轴线以顺时针方向缠绕，在第二部分中金属丝相对于第一方向上的第一轴线以逆时针方向缠绕。在这些实施例中，信号发射器线圈和一个或多个第二信
号传输单元线圈中可以各自包括围绕第二轴线缠绕的金属丝，第二轴线基本上垂直于第一轴线。有利地是，这种布置提高了线圈之间的通量链，从而提高该系统的信号传输特征。
15.可选地，或者另外地，信号接收器线圈、信号发射器线圈、一个或多个第一信号传输单元线圈和一个或多个第二信号传输单元线圈中的一个或多个各自包括芯(例如，由铁磁或者亚铁磁材料制成，例如铁氧体)，其中芯具有基本上c形的轮廓。有利地是，这种布置还可以提高线圈之间的通量链，从而提高该系统的信号传输特征。
16.在一示例性实施例中，一个或多个可移动元件信号传输单元中的每一个包括整流电路和lc谐振振荡器电路(例如振荡回路，例如colpitts振荡器或者hartley振荡器)，其中对于每个可移动元件信号传输单元：整流电路被配置为对来自第一信号传输单元线圈的电输入进行整流，并将整流后的电输入提供给lc谐振振荡器电路；并且lc谐振振荡器电路被配置为修改整流后的电输入以向第二信号传输单元线圈提供振荡电输出。有利地是，这种布置提高了可移动元件之间的间隙上的信号传输。
17.在一示例性实施例中，该系统还包括至少一个附加信号发射器线圈和至少一个附加信号接收器线圈，其中：信号发射器线圈和信号接收器线圈被配置为在对应于第一可移动元件构造的位置处安装在飞行器的固定部件上；并且至少一个附加信号发射器线圈和至少一个附加信号接收器线圈被配置为在对应于至少一个附加可移动元件构造的位置处安装在飞行器的固定部件上。例如，(多个)附加信号发射器线圈和(多个)信号接收器线圈可以被定位成当可移动元件处于部署的特定阶段时与可移动元件信号传输单元电感耦合。
18.在一示例性实施例中，至少一个(例如每个)可移动元件信号传输单元还包括一个或多个电容器，该一个或多个电容器(并联和/或串联)连接到第一信号传输单元线圈和第二信号传输单元线圈。信号发生器被配置成使得所提供的电信号具有与至少一个可移动元件信号传输单元的谐振频率相对应的频率。有利地是，这允许通过该至少一个可移动元件信号传输单元增加电流，从而在相邻可移动元件信号传输单元的信号接收器线圈中感应出更大的电流，同时减小/最小化该系统的整体功耗。
19.在一示例性实施例中，还提供了一种飞行器操纵面元件系统，其包括：飞行器机翼结构，其包括固定部件以及一个或多个操纵面元件，一个或多个操纵面元件被配置成相对于固定部件是可移动的；以及上述的飞行器操纵面元件监测系统。该一个或多个操纵面元件中的每一个包括可移动元件信号传输单元。飞行器操纵面元件监测系统被配置为确定该一个或多个操纵面元件的状况。
20.在另一示例性实施例中，还提供了一种包括飞行器操纵面元件系统的飞行器。
21.附图简要说明
22.附图作为说明书的一部分并人本文。在此描述的附图示出了本公开的实施例并且说明了其选择的原理和教导。然而，附图并未说明当前公开的主题的所有可能的实施方式并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。
23.图1示出了根据本公开一实施例的包括操纵面元件监测系统的飞行器的机翼的示意性横截面。
24.图2a
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2c示出了根据本公开一实施例的操纵面元件监测系统的示意图。
25.图3a
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3c示出了根据本公开一实施例的包括操纵面元件监测系统的飞行器的机翼在不同条件下的示意性横截面。
26.图4示出了根据本公开一实施例的操纵面元件监测系统的示意图。
27.图5示出了操纵面元件监测系统的一实施例。
28.图6a
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6d示出了根据本公开一实施例的发射线圈和接收线圈的图示。
29.图7a
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7b示出了如图6a
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6d所示的线圈的仿真感应电压响应。
30.图7c示出了发射线圈和接收线圈的图示，该图示说明了在图7a和7b的仿真中使用的偏斜参数。
31.图8a
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8c示出了根据本公开一实施例的包括操纵面元件监测系统的飞行器的机冀的示意性俯视图。
32.具体描述
33.应当理解，本发明可以采用各种替代性方向和步骤顺序，除非明确指出相反的。还应当理解的是，附图中示出的和以下说明书中描述的特定组件和系统仅仅是示例性实施例。因此，除非另有明确说明，否则与所公开的实施例相关的特定尺寸、方向或其他物理特性不应被认为是限制性的。此外，在本技术的此部分中，本文描述的各种实施例中的相似元件通常可用相似的附图标记表示(尽管它们可以不用相似的附图标记表示)。
34.在下面描述的实施例中，关于操纵面元件的偏斜和/或丢失的检测来描述本发明。本公开适用于增升前缘和后缘操纵面元件(包括缝翼、克鲁格襟翼和襟翼)的系列结构(sequence)/链结构。然而，应当理解，本文描述的原理也适用于检测可移动/可致动飞行器部件的任何系列结构/链结构的未对准、偏斜和/或丢失。
35.图1示出了根据本公开一实施例的包括操纵面元件监测系统100的飞行器的一部分的图示。图1示出了飞行器机身101的一部分和飞行器机翼结构102，该飞行器机翼结构102包括固定部件104和可移动的操纵面元件106a、106b、106c的链结构/系列结构。在一实施例中，可移动的操纵面元件106a、106b、106c可以为(但不限于)缝翼、襟翼和/或克鲁格襟翼装置的系列结构/链结构。如图1的示例中所示，机翼结构102具有三个操纵面元件106a、106b、106c，然而应当理解的是，任何合适数量的操纵面元件(仅一个或多于一个)可以设置在操纵面元件监控系统100，这取决于操纵面元件的功能、飞行器的尺寸等。操纵面元件106a、106b、106c可选地设置在机翼结构102的前缘或后缘上。每个操纵面元件106a、106b、106c被配置为相对于固定部分104移动。在一个示例中，操纵面元件106a、106b、106c为缝翼、克鲁格襟翼和襟翼。在一实施例中，在操纵面元件106a、106b、106c为缝翼的情况下，它们可以通过连接到转矩轴的齿条和齿轮装置被致动，转矩轴可旋转地连接到固定部件104并由位于机身101中的电源驱动单元(pdu)驱动。
36.操纵面元件监测系统100包括电连接到信号发射器线圈110的信号发生器108。在一实施例中，信号发生器108和信号发射器线圈110设置在如图1所示的固定部件104上――有利地是，这避免了需要进行任何有线连接，为了穿过机翼结构102的主体和操纵面元件106a、106b、106c之间的间隙，信号发生器108可能需要该有线连接(例如电源、数据和/或控制缆线)。在另一实施例中，信号发生器108和信号发射器线圈110中的一个或者两个替代地设置在另外的操纵面元件内。信号发生器108被配置为产生随时间变化的ac或dc输出信号。在一实施例中，信号发射器线圈110可以是包括电感器的天线。
37.操纵面元件监测系统100还包括电连接到信号接收器线圈114的信号检测器112。在一实施例中，至少信号检测器112是中央计算单元的一部分，或者通信地连接到飞行器内
的单独的中央计算单元。在一实施例中，信号检测器112和信号接收器线圈114设置在如图1所示的固定部分104上――有利地是，这避免了需要进行任何有线连接，为了穿过机翼结构102的主体和操纵面元件106a、106b、106c之间的间隙，信号发生器108可能需要该有线连接(例如电源、数据和/或控制缆线)。在另一实施例中，信号检测器112和信号接收器线圈114中的一个或两个替代地设置在另外的操纵面元件内。在一实施例中，信号接收器线圈114可以是包括电感器的天线。
38.操纵面元件监测系统100还包括操纵面元件信号传输单元115a、115b、115c，其包括第一信号传输单元线圈116a、116b、116c和第二信号传输单元线圈118a、118b、118c。每个第一信号传输单元线圈116a、116b、116c(例如，通过在每个操纵面元件信号传输单元115a、115b、115c内在第一信号传输单元线圈116a、116b、116c和第二信号传输单元线圈118a、118b、118c的相应端之间提供有线连接)电连接至对应的操纵面元件106a、106b、106c内的对应的第二信号传输单元线圈118a、118b、118c。在一实施例中，第一信号传输单元线圈116a、116b、116c和/或第二信号传输单元线圈118a、118b、118c可以是包括电感器的天线。
39.操纵面元件106a、106b、106c中的每一个包括对应的操纵面元件信号传输单元115a、115b、115c。在一实施例中，信号传输单元115a、115b、115c包括被配置为定位在一个或多个相应的可移动元件内的电子模块，以穿过该一个或多个可移动元件传输电信号。如图1所示，第一和第二信号传输单元线圈116a、116b、116c、118a、118b、118c被定位成使得在存在电流时，当操纵面元件106a、106b、106c不在偏斜/丢失的条件下，每个第一和第二信号传输单元线圈118a、118b、118c、118a、118b、118c电感耦合到另一个线圈。在一实施例中，操纵面元件监测系统100不包括穿过相邻操纵面元件106a、106b、106c之间的间隙以及操纵面元件106a、106b、106c与固定部分104之间的间隙的金属丝。
40.在一实施例中，每个操纵面元件信号传输单元115a、115b、115c的第一信号传输单元线圈116a、116b、116c被定位为接近对应操纵面元件106a、106b、106c的第一侧边缘117a、117b、117c。类似地，第二信号传输单元线圈118a、118b、118c被定位为接近对应的操纵面元件106a、106b、106c的第二侧边缘119a、119b、119c，第二侧边缘119a、119b、119c与第一侧边缘117a、117b、117c相对。这允许每个操纵面元件信号传输单元115a、115b、115c的第一信号传输单元线圈116a、116b、116c与安装在相邻的操纵面元件106a、106b、106c上的不同操纵面元件信号传输单元115a、115b、115c的第二信号传输单元线圈118a、118b、118c电感耦合。例如，如图1所示，操纵面元件信号传输单元115c的第一信号传输单元线圈116c与操纵面元件信号传输单元115b的第二信号传输单元线圈118b电感耦合。
41.链结构/系列结构中最末端的操纵面元件106a、106c中的操纵面元件信号传输单元115a、115c电感耦合到信号发射器线圈110或者信号接收器线圈114。如图1所示，信号发射器线圈110在靠近链结构中的第一操纵面元件106a的第一侧边缘117a的位置处定位在固定部分104上。类似地，信号接收器线圈114在靠近链结构中最后一个操纵面元件106c的第二侧边缘119c的位置处定位在固定部分104上。如此，信号发射器线圈110电感耦合到第一操纵面元件106a中的第一信号传输单元线圈116a，并且信号接收器线圈114电感耦合到最后一个操纵面元件106c中的第二信号传输单元线圈118c。
42.以此方式，信号发射器线圈110、一个或多个操纵面元件信号传输单元115a、115b、115c和信号接收器线圈114形成电感耦合的传输线。
43.在使用中，信号发生器108产生时变电信号，例如正弦电压信号。该信号被提供给发射器线圈110。如果操纵面元件106a、106b、106c处于正常配置(即没有丢失操纵面元件106a、106b、106c，并且在操纵面元件106a、106b、106c之间没有不可接受的高度偏斜)，则通过在信号发射线圈110和第一操纵面106a的第一信号传输单元线圈116a之间的电感耦合、在连续对应的第二信号传输单元线圈118a、118b和第一信号传输单元线圈116b、116c之间的电感耦合以及在最后的操纵面元件106c的第二信号传输单元线圈118c和信号接收器线圈114之间的电感耦合，将信号发射到信号检测器112。在这种正常情况下，检测器112接收到的信号具有相对高的强度(例如，相对高的峰值电压)。
44.如果操纵面元件106a、106b、106c中的一个发生不可接受的偏斜，则该操纵面元件中的第一信号传输单元线圈116a、116b、116c和第二信号传输单元线圈118a、118b、118c之一或两者变得相对于链结构/系列结构中的下一个线圈(例如，相邻操纵面元件中的第一信号传输单元线圈/第二信号传输单元线圈，或信号发射器线圈110或接收器线圈114)未对准。在这种未对准的情况，线圈之间的电感耦合减小。因此，检测器112接收的信号具有相对低的强度(例如，相对低的峰值电压)，或者检测器112可能根本没有接收到信号。由检测器112接收的信号的其他特性也可能由于线圈之间的电感耦合减小而改变，例如但不限于信号的相位。
45.如果操纵面元件106a、106b、106c中的一个丢失或未能致动或被意外致动(在操纵面元件的系列结构106a、106b、106c被独立致动的情况下)，也会发生接收到相对低的信号强度或者接收不到信号。类似地，操纵面元件106a、106b、106c之间的任何形式的未对准(例如偏斜、损坏、变形等)也会导致在检测器112处接收到相对低的信号强度或者接收不到信号。
46.因此，在检测器112处检测到的信号用于确定操纵面元件106a、106b、106c的链结构是否处于正常状态或者操纵面元件106a、106b、106c中的至少一个是否未对准(例如，处于偏斜状态或以其他方式未对准)、已丢失或未按预期致动部署。在一些实施例中，将信号强度与指示操纵面元件监测系统100内的最大可接受偏斜的预定阈值进行比较(例如，蜂值电压或峰值均方根“rms”电压可以与阈值进行比较)——如果没有超过阈值，则确定发生了一个或多个操纵面元件106a、106b、106c的不可接受的偏斜和/或丢失。或者，信号的其他特征特性(例如信号检测器112处的信号随时间的分布或相位)可以与预定的信号特征(例如，一个或多个阈值、随时间的预定电压分布、由信号发生器108产生的信号的原始相位等)比较，其中该比较指示了在检测器112处接收的信号是否如正常配置所预期的那样，或者是否发生了操纵面元件106a、106b、106c的偏斜/丢失。
47.在一些实施例中，检测器112包括本地处理器，并且由本地处理器确定操纵面元件106a、106b、106c的链结构是否处于正常状态或者是否存在不可接受的操纵面元件未对准/丢失。在其他实施例中，检测器112将描述检测到的信号的数据提供给中央计算单元，并且在中央计算单元处确定操纵面元件106a、106b、106c的链结构是否处于正常状态或者是否存在不可接受的操纵面元件未对准/丢失。
48.有利地是，操纵面元件监视系统100允许监视系列结构(例如前缘缝翼或后缘襟翼的系列结构)中任意数量的操纵面元件，而无需在操纵面元件之间以及操纵面元件与机翼结构的主体之间铺设任何额外的缆线、电子线路或其他部件。操纵面元件监控系统100的电
子部件可以分别完全位于机身101、机翼102的固定部分104和操纵面元件106a、106b、106c内。因此，操纵面元件监测系统100的电子部件不需要暴露于元件，从而降低了操纵面元件监测系统100在地面上和飞行中的环境条件(例如，除冰时)的灵敏度。
49.此外，操纵面元件监控系统100在飞行器上易于安装(并且实际上易于改装)。每个信号传输单元115a、115b、115c可以在操纵面元件本身安装在飞行器上之前被安装在相应的操纵面元件106a、106b、106c内——与传统系统不同，它不需要操纵面的完整系列结构已经就位在飞行器上。这也改善了对单个操纵面元件106a、106b、106c进行维护和修理的容易程度，因为为了移除/访问特定的操纵面元件106a、106b、106c没有必要移除整个偏斜的监控装置。
50.操纵面元件监测系统100的模块化性质(即事实是它在每个操纵面元件106a、106b、106c中使用独立的信号传输单元115a、115b、115c)使得操纵面元件监测系统100容易扩展用于包括系列结构中的任何数量的操纵面元件106的飞行器机翼。在需要维护的情况下，也容易移除任何一个信号传输单元115a、115b、115c。
51.操纵面元件监测系统100的另一个好处是，通过创建穿过操纵面元件106的电感耦合信号线，在用于操纵面元件106致动的电力传输系列结构的末端处执行监测。这与已知系统形成对比，该已知系统通过沿动力传输系列结构而不是操纵面元件本身(例如，使用接近传威器来监测操纵面元件轨迹位置的技术)监测组件部件(其中该组件部件不在动力传输系列结构的末端)来推断操纵面元件的状况。本操纵面元件监控系统100因此能够考虑存在偏斜但未显示进一步下降的电力传输线的情况。
52.图2a示出了根据本公开一实施例的操纵面元件监测系统100中的电子部件的图示，该系统100如上文关于图1所述。操纵面元件监测系统100包括信号发生器108、信号传输线圈110、第一信号传输单元线圈116a、116b、116c，第二信号传输单元线圈118a、118b、118c，接收器线圈114以及信号检测器112。图2a示出了与系列结构中的附加操纵面元件106相对应的附加操纵面元件信号传输单元115d，其包括第一信号传输单元线圈116d和第二信号传输单元线圈118d。如上所述，根据操纵面元件106的功能、飞行器的尺寸等，可以在系统100中提供任何合适数量的操纵面元件106(一个或多个)。
53.如图2a所示，在一实施例中，信号发生器108可以是例如被配置为提供正弦电压输出信号的ac电压源。提供基本上正弦的输出是有利的，因为它允许电信号具有适合于穿过相邻操纵面元件之间的间隙进行电信号传输的频率，同时减少/避免任何不需要的高频分量。在一实施例中，信号的频率在10khz到100khz的范围内。在另一实施例中，信号的频率可以在20khz到50khz的范围内。有利地是，已经发现这样的频率在线圈之间提供良好的信号感应传输，同时与用于通信的频率相距足够远。在其他实施例中，信号发生器108提供不同的时变电信号，但同样地，所产生的信号可具有10khz至100khz或20khz至50khz范围内的频率分量。
54.图2b示出了根据本公开一实施例的操纵面元件监测系统200中的电子部件的进一步图示。该系统200类似于以上于图1和图2a所描述的系统，并且另外包括一个或多个电容器201、202a、202b、202c、202d。优选地，电容器201连接到信号发射器线圈110和信号发生器108，并且电容器202a、202b、202c、202d被包括在每个操纵面元件信号传输单元115a、115b、115c中。因此，信号发射器线圈110以及第一和第二信号传输单元线圈116a、116b、116c、
118a、118b
·
118c中的每一个连接到相应的电容器201、202a、202b、202c、202d。如图2b所示，每个电容器201、202a、202b、202c、202d被示为与相应的线圈串联连接，然而在一些示例中，电容器201、202a、202b、202c、202d可以并联连接。在进一步的示例中，还提供了串联或并联连接的附加电容器和/或电感器。
55.通过在系统200中包括电容器201、202a、202b、202c、202d，每个操纵面元件信号传输单元115a、115b、115c、115d有利地形成谐振电路(由于各个电容器201、202a、202b、202c、202d的电容与相应的信号发射器线圈110或第一和第二信号传输单元线圈116a、116b、116c、116d、118a、118b、118c、118d的电感相结合)。选择电容器201、202a、202b、202c、202d的电容、信号发射器线圈110的电感以及第一和第二信号传输单元线圈116a、116b、116c、116d、118a、118b、118c、118d的电感使得每个操纵面元件信号传输单元115a、115b、115c、115d在为信号发生器108的操作选择的频率(例如50khz)处与邻近的操纵面元件信号传输单元115a、115b、115c、115d产生谐振。通过以谐振频率驱动系统200(即使用信号发生器108产生具有谐振频率的ac信号)，该系统的阻抗被减小/最小化，这意味着每个信号传输单元115a、115b、115c、115d内的电流对于给定的功率输入可以最大化。有利地是，增加各个线圈中的电流会增加线圈周围的磁场强度，从而提高穿过线圈之间的间隙传输信号的能力。因此，电容器201、202a、202b、202c、202d的使用有利地降低了功耗同时改善了信号传输。
56.可选地，如图2c所示，该系统200还可包括与相应电容器201、202a、202b、202c、202d串联和/或并联连接的一个或多个电阻器301、302a、302b、302c、302d。通过包括电阻器301、302a、302b、302c、302d，电路的谐振峰值被加宽(即相对于驱动频率绘制的电流峰值的半峰宽增加)。换句话说，导致阻抗降低的谐振频率附近的驱动频率范围增加了。有利地是，通过以这种方式加宽谐振峰值，该系统200可以适应操纵面元件信号传输单元115a、115b、115c、115d中的一个或多个中的谐振频率的偏移(例如由小间隙和互感引起的)。
57.通过将电容器串联或并联到信号发射器线圈和可移动的信号传输单元(缝翼或襟翼面板)，可以实质上降低成功运行系统所需的电功率量，从而形成相邻的lc或lcc网络。
58.图3a
‑
c示出了根据本公开一实施例包括操纵面元件监测系统100、200的飞行器机翼在不同条件下的示意性横截面。图3示出了四个操纵面元件106a、106b
·
106c、106d，但可替代性地提供不同数量。图3a
‑
c中所示的情况可对应于操纵面元件106a、106b、106c、106d的任何特定致动程度。例如，操纵面元件106a、106b、106c、106d可以处于完全缩回构造、完全伸展构造或中间构造。为了解释清楚起见，图3a
‑
c中省略了系统100、200的其他元件(例如信号发射器线圈110和信号接收器线圈114等)。
59.在图3a中，所有操纵面元件106a、106b、106c、106d都处于完全对准状态。没有操纵面元件106丢失，在相邻的操纵面元件106之间也没有任何偏斜或其他未对准。这代表了一种理想情况。在这种情况下，信号发射器线圈110、信号传输单元115a、115b、115c、115d和信号接收器线圈114之间存在良好的耦合，从而导致在检测器112处检测到相对强的信号320。
60.在图3b中，操纵面元件106a、106b、106c、106d没有完全对准，但是未对准量在可接受的操作参数内。在这种情况下，信号发射器线圈110、信号传输单元115a、115b、115c、115d和信号接收器线圈114之间的耦合虽然不如理想情况下的好，但仍足以有效地将电信号传输到检测器112。在这种情况下，检测到的信号强度322小于理想情况，但仍可满足相关联的信号强度阈值，该信号强度阈值表明任何未对准都在可接受的操作参数内。
61.图3a和3b中的两种情况都可以被认为是“正常”情况，因为它们代表了操纵面元件106a、106b、106c、106d之间的对准在可接受的操作参数内的情况。
62.图3c示出了发生偏斜状况的情况。两个操纵面元件106b、106c相对于彼此未对准，从而在它们之间引人偏斜326。在这种情况下，信号发射器线圈110、信号传输单元115a、115b、115c、115d和信号接收器线圈114之间的耦合很差(即，比未对准在可接受的操作参数内的任何情况下的耦合都差)。特别地，与正常情况相比，系列结构中的第二操纵面元件106b的第二信号传输单元线圈118b与第二操纵面元件106c的第一信号传输单元线圈116c之间的电感耦合被减小了。
63.在这种情况下，检测到的信号强度324相对较低，并且不满足信号强度阀值，因此表明存在不在可接受的操作参数内的未对准。
64.如果确定一个或多个操纵面元件106a、106b、106c发生了不可接受的未对准/丢失(例如，如果检测到如图3c所示的偏斜)，则检测器112可以被配置成为飞行器内的中央计算单元提供指示，该指示又将偏斜/丢失状况通知飞行员和/或其他相关人员。
65.图4示出了根据本公开一实施例的操纵面元件监测系统100、200的示意图。在一实施例中，每个操纵面元件信号传输单元115a、115b、115c、115d包括整流器电路440a、440b、440c、440d和“lc”谐振电路442a、442b、442c、442d。
66.用于每个信号传输单元115a、115b、115c、115d的整流器电路440a、440b、440c、440d被配置为对由该信号传输单元115a、115b、115c、115d中相应的第一信号传输单元线圈116a、116b、116c、116d接收的电压信号进行整流。通过这样做，整流器电路440a、440b、440c、440d向对应的lc谐振电路442a、442b、442c、442d提供dc输入。
67.每个lc谐振电路442a、442b、442c、442d包括对应的第二信号传输单元线圈118a、118b、118c、118d。每个lc谐振电路442a、442b、442c、442d用作lc谐振振荡器(例如“振荡回路”)。例如，lc振荡器可以是colpitts振荡器或hartley振荡器。lc谐振电路442a、442b、442c、442d被配置为从整流器电路440a、440b、440c、440d接收dc输人信号(例如时变dc信号，例如dc脉冲序列)。每个lc谐振电路442a、442b、442c、442d被配置为通过第二信号传输单元线圈118a、118b、118c、118d产生振荡电流，从而在第二信号传输单元线圈118a、118b、118c、118d处产生时变磁场，该时变磁场在相邻线圈(相邻的信号传输单元115a、115b、115c、115d中的第一信号传输单元线圈116a、116b、116c、116d，或者信号接收器线圈114)中感应出电压响应。
68.在一实施例中，整流器电路440a、440b、440c、440d包括用于调节提供给lc谐振电路442a、442b、442c、442d的电压的电路。
69.有利地是，提供lc谐振电路442a、442b、442c、442d用于提高穿过相邻操纵面元件106a、106b、106c之间的间隙或者操纵面元件106a、106b、106c和机翼结构102的固定部分104之间的间隙所接收到的信号强度。尤其地，通过将dc信号施加到lc谐振电路442a、442b、442c、442d引起的第二信号传输单元线圈118a、118b、118c、118d上的ac电压振荡自然地稳定在一频率处，该频率使得在相邻的信号传输单元115a、115b、115c、115d中(或视情况而定在信号接收器线圈114中)的对应第一信号传输单元线圈116a、116b、116c、116d中接收到强信号。因此，这种布置在谐振系统内产生交流电，其中所述电流由于其处于谐振状态而可以较高。更高的电流导致更高的磁通量，从而更好地穿过间隙进行传输。换句话说，该系统会
自动调谐自身以改善相邻线圈之间的感应信号传输。
70.类似地，在一实施例中，信号发生器108包括耦合到lc谐振电路446的dc源444。与信号发射器线圈110组合的lc谐振电路446还形成lc谐振振荡器/振荡电路(例如colpitts振荡器或hartley振荡器)。组合地，dc源444、lc谐振电路446和信号发射器线圈110被配置为提供ac信号以传输到系列结构中的第一信号传输单元115a、115b、115c、115d。
71.图5示出了系统100、200的一实施例的示意图。图5示出了特定系列结构中的第一个和最后一个操纵面元件106a、106d及其相关联的信号传输单元115a、115d；然而，设想可以提供一个或多个另外的操纵面元件(如附图标记552所示)。或者，可以提供单个操纵面元件106a。
72.在该实施例中，信号发射器线圈110、第一信号传输单元线圈116a、116d以及第二信号传输单元线圈118a、118d和信号接收器线圈114中的一个或多个包括缠绕的金属丝，其围绕具有基本上“c”形横截面的芯550缠绕。该芯550由具有高磁导率的材料制成，例如铁磁或亚铁磁材料，例如铁氧体。如图5所示，每个芯550具有从中间部分556重直延伸的两个端部554。然而，可以使用任何基本上c形的轮廓，使得每个芯550具有第一端558，其引导磁通量穿过相邻操纵面元件106a、106b、106c、106d之间的间隙(或操纵面元件106a、106b、106c、106d和飞行器机翼结构102的相邻固定部分104之间的间隙)朝向系列结构中下一个线圈的芯的对应第二端560。
73.有利地是，该基本为c形的轮廓在系列结构中的相邻线圈之间提供增强的磁通链。这种对电感耦合的改进导致在“正常”条件下通过线圈之间的间隙进行更强的信号传输。
74.图6a
‑
6d示出了系统100的另一个实施例的不同线圈配置。
75.图6a示出了第二传输单元线圈118的示意性透视图，其包括围绕芯668的缠绕的金属丝660。芯668由具有高磁导率的材料制成，例如铁磁或亚铁磁材料，例如铁氧体。
76.图6b示出了第一传输单元线圈116的示意性透视图，其包括围绕芯670的缠绕的金属丝662。绕组662包括以第一方向(例如顺时针)围绕芯670缠绕的第一部分664、绕组方向改变(例如从顺时针到逆时针)的点665以及以与第一个方向相反的方向(例如逆时针)缠绕的第二部分666。换句话说，绕组的方向(相对于某个方向)会发生变化。如图6b(和图6c
‑
6d)所示，第一部分664和第二部分666之间没有空间分离——可选地，第一部分664和第二部分666可以在空间上分离(例如通过一长度基本上笔直的金属丝)。在一实施例中，芯670由具有高磁导率的材料制成，例如铁磁或亚铁磁材料，例如铁氧体。
77.图6c示出了图6a
‑
6b所示类型的第一传输单元线圈116b和第二传输单元线圈118a已就位的示意性横截面。第二传输单元线圈118a位于第一操纵面元件106a内，并且第一传输单元线圈116b位于第二操纵面元件106b内。在相邻的操纵面元件106a、106b之间存在间隙672。在一实施例中，第二传输单元线圈118a的芯668具有“t”形的横截面。在一实施例中，第一传输单元线圈116b包括靠近绕组662一侧的铝屏蔽674，以进一步提高相邻线圈之间的电感性能。
78.第二传输单元线圈118a上的绕组660相对于沿第一轴661的方向以特定方向(例如顺时针)绕相应的芯668的一部分缠绕。第一传输单元线圈116b上的绕组662的第一部分664相对于沿第二轴663的方向以第一方向(例如顺时针)围绕相应的芯670的一部分缠绕。如上文关于图6b所述，第一传输单元线圈116b上的绕组332的方向在点665处改变，之后第二部
分666相对于沿第二轴663的方向以与第一方向相反的方向(例如逆时针)缠绕。
79.图6d示出了使用中的图6c的布置。电信号(例如ac正弦电压)(经由第一操纵面元件106a中的信号发生器108、信号发射器线圈110和第一传输单元线圈116a，为了清楚起见图6d中省略了它们)被提供给第一操纵面元件106a中的第二传输单元线圈118a。在任何特定的时刻，该信号导致电流围绕第二传输单元线圈118a的绕组660流动，从而产生磁场。图6d举例示出了在由流过绕组118a的电流引起的瞬间的磁通线680。磁场包括磁通线682和磁通线684，磁通线682具有沿着逆时针路径的在6d的横截面的平面中的分量，磁通线684具有沿着顺时针路径的在6d的横截面的平面中的分量。
80.在正常情况下(即在操纵面元件106a、106b之间没有未对准，或者任何未对准在预定的可接受的操作参数内)，第二传输单元线圈118a相对于第一传输单元线圈116b定位，使得具有逆时针分量的磁通线682耦合到第一信号传输单元线圈116b的绕组662的第一部分664，并且具有顺时针分量的磁通线684耦合到第二部分666。应当理解，在另一个时刻，由于电信号的时变性质，磁通线680的相对方向将改变。然而，在正常情况下，在第一信号传输单元线圈116b的绕组662的第一部分664中链接的磁通线仍然具有与在第二部分666中链接的磁通线基本相反的方向。因此，第一部分664和第二部分666链接到具有相反方向的通量682、684。因为第一部分664中的绕组662的方向与第二部分666中绕组的方向相反，链接的通量682、684用于在绕组662的金属丝中沿一个方向在绕组中感应出合成电流。
81.尽管已经关于第一传输单元线圈116和第二传输单元线圈118描述了图6a
‑
6d，但是应当理解，在该实施例中，信号发射器线圈110和信号接收器线圈114可以具有类似的构造。尤其地，信号发射器线圈110可以以与第二传输单元线圈118相同的方式设置，并且信号接收器线圈114可以以与第一传输单元线圈116相同的方式设置。
82.有利地是，该线圈布置允许第二传输单元线圈118a和第一传输单元线圈116b之间具有改进的磁通链。这用于在第一传输单元线圈116b处，甚至在宽达25mm(大约1英寸)的间隙上，提高接收的信号强度。
83.此外，已经发现，在具有图6a
‑
6d所示布置的线圈上感应传输的ac信号显示出与增加的偏斜相关的特征响应，这进一步增强了偏斜检测。
84.这在图7a和7b中得到了证实，其示出了对于增加的偏斜程度，诸如图6b
‑
6d中的第一传输单元线圈116b之类的线圈对施加到诸如图6a和6c
‑
6d中的第二传输单元线圈118a之类的线圈的ac信号的建模响应。在该实施例中，模型化的第二传输单元线圈118a具有大约4英寸
×
2英寸
×
0.6英寸的外部尺寸，模型化的第一传输单元线圈116b具有大约4英寸
×
2英寸
×
0.6英寸的外部尺寸。出于模型的目的，具有频率为4khz的模拟20v交流输入信号被施加到第二传输单元线圈118a，以增加偏斜783的值。在该实施例中，如图7c中示意性示出的，偏斜被建模为线圈之间的垂直偏移780。图7a和7b示出了随着偏斜的增加在第一传输单元线圈116b处的模拟峰值感应电压响应781。图7a显示了25.4毫米(1英寸)的建模的间隙672的结果(见图7c)；图7b示出了0.51毫米(0.25英寸)的建模的间隙672的结果。
85.从图7a和7b中可以看出，在一定量的偏斜下，第一传输单元线圈116b表现出基本上没有感应电压响应(参见零点782、784)。图7a和7b示出了在特定点处出现的零点782、784，然而在一些实施例中可能存在扩展的死区。在一些实施例中，检测器112可以被配置为检测通过零点/死区782、784的过渡，并且使用该转过渡来推断已经发生了不可接受程度的
未对准/偏斜。对于给定的间隙672尺寸，零点出现的偏斜量可以通过改变每个线圈的尺寸(以及可选地每个线圈的绕组的匝数和/或输入信号的强度)来调整，从而允许调整零点以对应于已确定的最大可接受偏斜量。
86.此外，已经发现对应于零点782、784的偏斜量相对于间隙672的尺寸变化几乎没有变化。因此，即使间隙672有少量改变(例如由于飞行期间的热膨胀/收缩)，零点782、784的检测可用于指示存在不可接受程度的未对准。
87.有利地是，检测的信号中零点/死区782、784特性的存在提供了确定发生偏斜/未对准的另一种方法，其可以代替将检测到的信号强度与阀值进行比较或者作为将检测到的信号强度与阀值进行比较的补充。
88.在一些实施例中，系统100、200中的一个或多个线圈(即信号发射器线圈110、第一信号传输单元线圈116a、116d和第二信号传输单元线圈118a、118d，以及信号接收器线圈114中的一个或多个)如关于图5所描述的那样设置，而其他线圈如关于图6a
‑
6d所描述的那样设置。
89.此外，上面关于图5和图6a
‑
6d描述的线圈布置可以与上面关于图4描述的附加整流器和lc谐振电路进行组合。
90.在上述任何布置中，系统100、200内的不同线圈可选地具有与系统100、200中的其他线圈不同数量的绕组匝数。尤其地，链结构/系列结构中每个连续线圈的匝数可以大于系列结构中的先前线圈。有利地是，当操纵面元件106a、106b、106c处于正常状态时，通过增加连续间隙间的磁通链，这至少部分地补偿相邻线圈之间的间隙上的电感丢失，从而增加信号检测器112处所接收到的信号强度。
91.在一个示例中，操纵面元件监测系统100、200包括四个信号传输单元115a、115b、115c、115d，并且系统100、200内的所有线圈如上文关于图6a
‑
6d所述地布置。在该示例中，信号发射线圈110具有两(2)匝的绕组，第一信号传输单元线圈116a具有十(10)匝的绕组，第二信号发射单元线圈118a具有十一(11)匝的绕组，第一信号传输单元线圈116b具有五十五(55)匝的绕组，第二信号传输单元线圈118a具有六十点五(60.5)匝的绕组，第一信号传输单元线圈116c具有绕组三百零二点五(302.5)匝的绕组，第二信号传输单元线圈118a具有三百三十三(333)匝的绕组，第一信号传输单元线圈116d具有一千六百六十三(1663)匝的绕组，第二信号传输单元线圈118a具有一千八百三十一(1831)匝的绕组，并且信号接收线圈114具有九千一百六十(9160)匝的绕组。在该示例中，信号发生器108提供信号，该信号为20v交流信号，具有250a的电流和50khz的频率。
92.图8a
‑
8c示出了根据本公开一实施例的包括操纵面元件监测系统100、200的飞行器机翼102的示意性俯视图。在该实施例中，系统100、200不仅包括上文关于图1描述的特征，而且还包括多个信号发射器线圈110a、110b、110c和多个信号接收器线圈114a、114b、114c，其位置对应于飞行期间操纵面元件106a、106b、106c的不同位置。在一实施例中，多个信号发射器线圈110a、10b、110c各自耦合到信号发生器108，并且多个信号接收器线圈114a、114b、114c中的每一个耦合到信号检测器112。有利地是，如下所述，这种布置允许在部署的不同阶段监测操纵面元件106a、106b、106c的状况。
93.图8a示出了处于完全缩回位置的操纵面元件106a、106b、106c。在操纵面元件106a、106b、106c为缝翼或襟翼的情况下，完全缩回位置可以对应于正常飞行期间的位置。
第一信号发射器线圈110a和第一信号接收器线圈114a位于机翼结构102的固定部分104上，使得在完全缩回位置处：第一信号发射器线圈110a电感耦合到系列结构中的第一操纵面元件106a的信号传输单元115a，并且第一信号接收器线圈114a电感耦合到系列结构中的最后一个操纵面元件106c的信号传输单元115c。在完全缩回位置，信号发生器108向第一信号发射器线圈110a提供信号，该信号(在正常情况下)通过信号传输单元115a、115b、115c被传输到第一信号接收器线圈114a。第一信号接收器线圈114a将其接收到的信号提供给检测器112。
94.图8b示出了处于中间的、部分伸出位置的操纵面元件106a、106b、106c。在操纵面元件106a、106b、106c为缝翼或襟翼的情况下，部分伸出的位置可以对应于起飞期间的位置(例如缝翼密封位置构造)。第二信号发射器线圈110b和第二信号接收器线圈114b位于机翼结构102的固定部分104上，使得在中间的、部分伸出的位置处：第二信号发射器线圈110b电感耦合到系列结构中的第一操纵面元件106a的信号传输单元115a，并且第二信号接收器线圈114b电感耦合到系列结构中最后一个操纵面元件106c的信号传输单元115c。在中间位置，信号发生器108向第二信号发射器线圈110b提供信号，该信号(在正常情况下)通过信号传输单元115a、115b
·
115c被传输到第二信号接收器线圈114b。第二信号接收器线圈114b将其接收到的信号提供给检测器112。
95.图8c示出了处于完全伸展位置的操纵面元件106a、106b、106c。在操纵面元件106a、106b、106c为缝翼或襟翼的情况下，完全伸展的位置可以对应于着陆期间的位置(例如缝翼有间隙的位置构造)。第三信号发射器线圈110c和第三信号接收器线圈114c位于机翼结构102的固定部分104上，使得在完全伸展的位置处：第三信号发射器线圈110c电感耦合到系列结构中的第一操纵面元件106a的信号传输单元115a，并且第三信号接收器线圈114c电感耦合到系列结构中的最后一个操纵面元件106c的信号传输单元115c。在完全伸出的位置，信号发生器108向第三信号发射器线圈110c提供信号，该信号(在正常情况下)通过信号传输单元115a、115b、115c被传输到第三信号接收器线圈114c。第三信号接收器线圈114c将其接收到的信号提供给检测器112。
96.因此，可以在部署的各个不同阶段有效地监测操纵面元件106a、106b、106c的状况。
97.尽管图8a
‑
8c示出了三个信号发射器线圈110a、10b、110c和三个信号接收器线圈114a、114b、114c，但信号发射器线圈110a、10b、110c和三个信号接收器线圈114a、114b、114c的数量可以是与监测操纵面元件106a、106b、106c所需要的部署阶段的数量相对应的任何数量。例如，如果要在部署的两个阶段监测操纵面元件106a、106b、106c的状况，则可以提供两个信号发射器线圈和两个信号接收器线圈。类似地，如果要在多于三个部署阶段监测操纵面元件106a、106b、106c的状况，则可以提供多于三个信号发射器线圈和多于三个信号接收器线圈。
98.在图8a
‑
8c所示的实施例中，操纵面元件监测系统100中的线圈可以如关于图5所描述的那样设置、如关于图6a
‑
6d所描述的那样设置，或者如它们的组合那样设置。线圈还可以选择性地包括关于图4所描述的附加整流器和lc谐振电路。
99.虽然当前所公开的主题是关于用于监测操纵面元件状态的实施例进行描述的，但本公开同样可以应用于其他可移动/可致动的飞行器部件，其中为每个可移动/可致动的部
件提供包括第一和第二传输单元线圈的信号传输单元，该信号传输单元用于使用上述原理将电信号从信号发生器和发射器线圈传送到信号接收器线圈和检测器。例如，该可移动/可致动部件可以是门或一系列门。
100.上文描述的实施例的一个或多个特征可以组合以产生未描绘的附加实施例。虽然上文已经描述了当前所公开主题的各种实施例，但是应当理解它们是作为示例而非限制性存在的。对于相关领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，所公开的主题可以以其他特定形式、变化和修改来体现。因此，当前所公开的实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。