JP5351286B2 - 航空機のためのセンサおよびセンサネットワーク - Google Patents

Description

［関連出願の参照］
本出願は、２００９年２月１６日に出願のドイツ国特許出願第１０ ２００９ ００９ １８９．０号、および２００９年２月１７日に出願の米国仮特許出願第６１／１５３，０４７号の出願日の利益を主張するものであり、それらの出願の開示は本明細書において参照することにより援用される。

［技術分野］
本発明は、航空機内での測定されたセンサ値のワイヤレス送信に関する。より詳細には、本発明は、航空機内での測定された値を取得および前処理するためのセンサノード、航空機のためのセンサネットワーク、航空機、ならびに、航空機内のシステムコンポーネントの状態を突き止めるための方法に関する。

航空機内のセンサは、物理的な測定変数を検出するために用いられ、この変数を用いて、航空機のシステムコンポーネント等の状態についての結論を導き出すことができる。これらのセンサは、対応する電線を用いて電源および評価装置につながれる。センサネットワークを電気的に接続するのに必要なケーブルが複雑になるのに伴う、航空機構造における重量制限に鑑みると、現在、センサは極々控えめに用いられるのみであり、必須の場合にのみ適所に用いられている。

航空機のための保守点検整備作業を改善し短期化させるためには、時間的に適宜に叶う仕方で、あらゆる関連のシステムコンポーネントおよび装備品の状態を突き止めることができることが所望され、かつその取得および評価のために、中央装置に利用可能にすることができることもまた所望される。

特許文献１および特許文献２は、温度の取得のためのセンサの配置構成を記載している。このセンサは光ファイバを提示し、これを用いて材料中のストレスが検出可能である。このようなセンサは、航空機内のあらゆる箇所に設置されることはできない。

ドイツ国特許第１００ ０４ ３８４ Ａ１号 米国特許第６，５８７，１８８ Ｂ２号

本発明の１つの目的は、航空機におけるシステムコンポーネントおよび装備品を監視する改良された方法を提供することである。

本明細書では、独立請求項の特徴にしたがう、航空機において測定値を取得するためのセンサノード、センサネットワーク、航空機および方法を示す。本発明のさらなる発展は、下位請求項から収集されてよい。

記述された例示的実施形態は、センサノード、センサネットワーク、航空機および方法に等しくあてはまる。換言すれば、例えばセンサノードに関して後述する特徴は、手順のステップとして実現されることもできて、その逆も可能である。

本発明の一態様は、航空機における測定値を取得するためのセンサノードを示す。そしてそれは、センサユニット、電源ユニット、プロセッサユニット、および送受信ユニットを提示する。センサユニットは、測定値を取得するために用いる。測定値は、航空機の対応するシステムコンポーネントまたは対応する装備品の状態について、結論を導き出すことを可能にする。これは、センサユニット（したがって、センサノード全体）を、システムコンポーネントに近接して収容するか、またはその中に統合することによって可能である。

電源ユニットは、センサノードに電気エネルギを供給するように設計される。そして、プロセッサユニットは、取得された測定値を前処理するために用いる。送受信ユニットは、取得されて前処理された測定値を、中央データ収集および評価ユニットにワイヤレスで送信するために設計される。

この状況で、取得された測定値がセンサノードにおいて前処理され得るとはいえ、これが不可欠でない点に留意されなければならない。概して、センサノードにおいて取得する測定データの分量は、センサノード内での前処理、および測定データのタイプが必要かどうかを決定する。あるいは、この処理は、中央データ収集および評価ユニットにおいて行われることもできる。

単純な実施形態において、センサノードは、センサユニット、電源ユニットおよび送受信ユニットのみを提示する。プロセッサユニットは、必要でない。むしろ、取得された測定値は、センサユニットによって送受信ユニットに直接リレーされて、次いでワイヤレスで送信される。

例えば、センサノードは、航空機の非常に応力を加えられた構造組立品を監視（構造監視）するために用いる。

本発明の別の態様は、航空機のためのセンサネットワークを示す。そして、それは上述および後述されるいくつかのセンサノードを含む。加えて、センサネットワークは、送信データを収集して評価するための中央データ収集および評価ユニットを含む。

センサネットワークは、完全にワイヤレス設計を有することができて、様々なセンサノードとともに、データ集線装置および、対応するソフトウェアを有するアプリケーションサーバを含む。新しいシステムは、ここでは、既存の航空機システムの構成要素を使用してよい。これらは、アプリケーションサーバのハードウェア、および閉ループ、いわゆるバックボーンバスを含む。

センサネットワークは、航空機の状態を包括的に監視することを可能にする。監視から引き出されるデータは、センサネットワーク自体によって処理されるのではなく、むしろ他のシステム（以下、「航空機ユーザシステム」とも呼ばれる）を利用することができる。結果として、センサネットワークは、広範囲のサービスを提供して、そして加えて、様々な航空機ユーザシステムに情報を供給するために、プラットフォームを提供することができる。したがって、キャビン領域から機能を実現するためのセンサデータ（例えば、座席の状態監視または空調システム制御）は、翼の状態、航空機構造物の監視または着陸装置についてのセンサ情報と全く同じように、提供されるデータに包含される。

センサデータのリレーを越える機能は、センサネットワークによって実現されることもできる。例えば、バイナリ情報を送信するための航空機に設置されるライン（いわゆる「ディスクリートキーライン（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｋｅｙ ｌｉｎｅ）」）は、センサネットワークの機能によって置き換えられることができる。送信する情報は、ここではセンサ情報の要領でセンサノードから受信されて、そしてアプリケーションコンピュータにリレーされる。この場合、それはソフトウェアインターフェースを介して航空機ユーザシステムを利用することができる。

したがって、本発明は、多数の「ユーザ」により用いられることができるセンサプラットフォームを提供する。例えば、これらのユーザは、空調システム、キャビンおよび／またはコックピットの電気的コンポーネント、翼または尾翼コンポーネント用のアクチュエータ、などのコンポーネントを含む。

結果として、センサは、航空機の全体にわたって供給されることができる。そこにおいて、センサノードの基本コンポーネント（電源ユニットおよび送受信ユニット）は、すべてのセンサノードにとって同じに設計されることができる。例えば、様々なセンサノードは、測定値を取得するための個々のセンサユニットに関してのみ異なる。

本発明の例示的実施形態において、電源ユニット、センサユニットおよび送受信ユニットは、モジュラー設計である。

本発明の別の態様は、上述および後述されるセンサネットワークを提供するためのモジュラー組立システムを示す。

本発明の他の例示的実施形態において、電源ユニットは、エネルギ変換を通してセンサノードに独立して電力を供給するように設計される。これは、ワイヤレスリンクおよび独立した電源によって監視および制御のために設計されるセンサノードを得る。

これは、電線の必要性を除去する。

その結果、センサノードは、従来のセンサにとって以前に近づきやすくなかった場所に設置されることもできる。

エネルギ変換は、センサノードでまたはセンサノード内で直接行われる。外部の電流／電圧源は、必要でない。

本発明の他の例示的実施形態において、電源ユニットは、分散された電源を有するセンサノードを提供するための振動発生器を提示する。振動発生器は、航空機において発生する振動または加速エネルギを電気エネルギに変換する。例えば、このエネルギ変換は、誘導的に行われる。

本発明の他の例示的実施形態において、電源ユニットは、分散された電源を有するセンサノードを提供するための熱電変換素子を提示する。

このようにして、温度差は、エネルギ生成のために利用することができる。

本発明の他の例示的実施形態において、電源ユニットは、分散された電源を有するセンサノードを提供するための電磁エネルギを受信するアンテナを提示する。

例えば、アンテナは、ＲＦＩＤタグのアンテナと同様に構成されることができる。例えば、生成した電気エネルギは、コンデンサに蓄えられることができる。

本発明の他の例示的実施形態において、電源ユニットは、分散された電源を有するセンサノードを提供するための、光を電気エネルギに変換する光起電力ユニットを提示する。

この状況で、センサノードは、電気エネルギを生成させるために上述の変換ユニットを１つまたはいくつかでさえ提示することができることが、明確に留意されたい。例えば、振動発生器および熱電変換素子の両方が、提供されることができる。

本発明の他の例示的実施形態において、送受信ユニットは、取得されて前処理された測定値を２つ以上の別個の周波数レンジとしてワイヤレスで送信するように設計される。

したがって、送信にとって冗長性が提供される。必要な送信信号品質および潜在的に存在するスプリアス信号に応じて、１つ以上の周波数レンジは任意に選択されることができる。送信は、すべての支持する周波数レンジにおいて並行して行われることもできる。

一次コントローラは、特定の基準（例えば、受信信号の品質、測定された干渉、または、航空機のフライト状況の変化（例えば、「巡航」から「下降」へ、または「下降」から「進入」へ）のようなイベントも）の関数として、どの周波数レンジを使用するかを決定する。この一次コントローラは、中央データ収集および評価ユニットの中心的範囲内か、または、センサノードの周辺的範囲内かで、実現されることができる。したがって、特定の基準（例えば、信号の品質、測定された干渉、または、航空機のフライト状況等）の関数として、どの使用周波数レンジを選択するかを決定する、中心的（または周辺的）一次コントローラが提供される。

本発明の他の例示的実施形態において、送信信号品質が所定レベル以下に低下する場合、送受信ユニットは、したがって、送信のための周波数レンジを自動的に変更するような方法で設計される。

特に、送受信ユニットは、信号を送信することができるだけでなく、信号を受信することもできる。例えば、中央データ収集および評価ユニットは、送受信ユニットにテスト信号を周期的に送ることができる。そしてそれは、次いでセンサノードのプロセッサユニットによって分析されて評価される。これによって送信機ユニットは、どの周波数レンジおよび／またはデータ伝送チャネルがベストであるかを決定することができる。スイッチは、次いでこのチャネルに自動的に合わせることができる。

しかしながら、中央データ収集および評価ユニットにとって、それが受信する信号の品質を測定して、測定結果に基づいて、特定のチャネルを選択するために送受信ユニットを導くことは、同様に可能である。そして、これにより、最適なデータ伝送品質を常に確実にする。

本発明の他の例示的実施形態において、送受信ユニットは、イベントが起こるとき、送信のための周波数レンジを自動的に変更するような方法で設計される。イベントは、現在使用されている高周波伝送チャネル上の干渉の検出を含むことができる。加えて、周波数が、フライト位相の変化（例えば、「巡航」から「下降」へ、または「下降」から「進入」へ）を与えられて切替えられることは、可能である。

本発明の他の例示的実施形態において、送受信ユニットは、送受信周波数を変更するために、所定の周波数ホップシーケンス（ｈｏｐ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）に基づいて設計される。換言すれば、この例示的実施形態の送受信周波数は、事前に承認されたホップシーケンスに基づいて自動的に変更される。この種の周波数ホッピング手順は、狭帯域干渉源を回避することを可能にする。

本発明の他の例示的実施形態において、センサユニットは、測定値を取得するように設計される。そしてそれは、温度、振動、加速、高周波信号電力、拡張、圧力または位置、および、システムコンポーネントを識別するための接続されたセンサシステムの論理アドレス、でありえる。

本発明の他の例示的実施形態は、航空機のためのセンサネットワークを示す。そしてそれは、送信された（または前処理された）測定データを収集して評価するための中央データ収集および評価ユニットとともに、上述または後述されるセンサノードを提示する。

本発明の他の例示的実施形態において、センサノードは、中央データ収集および評価ユニットとともに、送信データを暗号化するように設計される。これは、誤用のリスク、または、センサネットワークに帰属していない送信器からデータが受信されて考慮されるリスク、を回避することを可能にする。

本発明の他の例示的実施形態において、センサネットワークは、センサノードの設置位置およびセンサネットワークの送受信ステーションの両方で、送信のために提供される周波数レンジの割り当てを監視するように設計される。

本発明の他の例示的実施形態において、センサネットワークは、送信信号品質が所定レベル以下に低下する場合、新しい通信経路を識別するために、適応ルートの決定のために設計される。

この状況で、特にワイヤレス送信信号が高周波信号である場合、送信信号の伝搬のための非常に特殊な条件が航空機内を支配することに留意されたい。上記の１つの理由は、航空機が信号を緩衝するかまたは吸収さえする多数のエレメントを提示するということである。可能な例は、一次構造および二次構造、特に航空機の胴体における壁およびパーティションならびに他の装備品を含む。

この理由のために、本発明は、センサノードのデータを集めるための対応するノード（データ集線装置、無線データ集線装置）を提示する１つ以上のサブネットワークに分けられる、センサネットワークを提供することができる。これらのノードは、中央データ収集および評価ユニットに対してワイヤレスでリンクされておよび／またはハードワイヤードされることができる。

本発明の他の例示的実施形態は、システムコンポーネントおよび、システムコンポーネントの状態を突き止めるための上述および後述されるセンサネットワーク、を有する航空機を示す。

本発明の他の例示的実施形態は、航空機におけるシステムコンポーネントの状態を突き止める方法を示す。そこにおいて、センサノードは、センサノード内の電源ユニットによって電気エネルギを供給される。追加的なセンサノードは、それ自身の別個の電源ユニットによってエネルギを供給されることもできる。さらにまた、測定値は、センサノードによってシステムコンポーネントの領域内で取得される。他のセンサノードは、航空機における他のシステムコンポーネントまたは装備品の追加的な測定値を取得することができる。必要に応じて、取得された測定値は、この目的のために提供されるプロセッサによって、センサノード内で前処理される。取得された（そして、おそらく前処理された）測定値は、次いで中央データ収集および評価ユニットにワイヤレスで送信される。

本発明の例示的実施形態は、図の参照を引き出して以下で記述される。

図１は、本発明の例示的な実施形態に係るセンサノードを示す。 図２は、本発明の例示的な実施形態に係るセンサネットワークを示す。 図３は、本発明の例示的な実施形態に係る航空機を示す。 図４は、本発明の例示的な実施形態に係る方法のフローチャートを示す。 図５は、本発明の例示的な実施形態に係るセンサノードのプラットフォーム（センサネットワーク）を示す。 図６は、本発明の例示的な実施形態に係るセンサネットワークの別の描写を示す。 図７は、本発明の例示的な実施形態に係る、センサノードを備えた高揚力システムを示す。 図８は、センサアレイを有するワイヤレストルクリミッタを示す。 図９は、本発明の例示的な実施形態に係るＧＲＡ湿度センサのための例示的な用途を示す。 図１０は、本発明の別の例示的な実施形態に係る機体内の温度取得ユニットを示す。 図１１は、本発明の別の例示的な実施形態に係る温度センサノードが取り付けられることができる給水システムを示す。 図１２は、本発明の別の例示的な実施形態に係るセンサノードが取り付けられることができる火災警報システムを示す。 図１３は、本発明の別の例示的な実施形態に係るセンサノードを有する非常用照明ユニットのためのワイヤレス制御システムを示す。 図１４は、本発明の別の例示的な実施形態に係るセンサノードを有するドア監視システムを示す。 図１５は、本発明の別の例示的な実施形態に係る航空機内の構造監視ユニットを示す。 図１６は、本発明の別の例示的な実施形態に係る座席の識別および位置確認のためのセンサノードネットワークの使用を示す。

図面の描写は概略的なものであり縮尺通りではない。

図面についての以下の記載は、同一または類似の要素に対しては同様の参照符号を用いる。

図１はセンサノード１００を示す。センサノードは、センサユニット１０１、電源ユニット１０２、測定されたデータを前もって処理するプロセッサユニット（コントローラ）１０３、および、送受信アンテナ１０５を有する送受信ユニット（トランシーバ）１０４を提示する。

センサノードは、個々の物理的な構造ユニットの形態で区切られる必要はない。むしろ、機能ユニットは、まとまったモジュールの一部を構成して存在してよい。例えば、プロセッサおよび送受信ユニットは、物理的な半導体チップ上に一体化されることができる。

さらに、航空機の構造用コンポーネントまたはシステムコンポーネントには、センサノードを固定するための取付け具が提供されることができる。

センサノードは、設置およびメンテナンスの少ない負担で、中央データ収集および評価ユニットにつながれる。航空機は、航空機の内外にある様々な位置に固定できるこのような複数のセンサノード１００を組み込むことができる。

例えば、センサノードのセンサユニットは、温度、振動、加速、高周波信号電力、膨張、圧力、位置／標定等を取得でき、あるいはまた、システムコンポーネントの身元を決定するために、接続されたセンサ／センサシステムの論理アドレスを突き止め、かつ送信することができる。最も変化に富むパラメータをこうしたセンサをベースとして取得することで、航空機のメンテナンス、操作、および構造をより効率的にすることができる。例えば、各々のセンサノードは、中央データ収集および評価ユニットに対して、各々のセンサの位置またはＩＤ番号と共に、その取得された測定済みのデータを（必要であれば前処理され、フィルタリング／分析された後で）送ることができる。このようにして、各々突き止められた測定済みの値は、航空機内の特定の位置に割り当てられることができ、航空機のメンテナンス、ならびに、現行の航空機の最適化および新たな種類の航空機の開発をサポートおよび容易にすることができる。

センサまたはセンサノードは、ワイヤレス送信技術を用いて、中央データ収集および評価ユニットに接続され、これにより、任意のインフラストラクチャ（例えば、電線または光通信線）を追加するような負担なしにセンサと接続することができる。

ワイヤレス送信の利点は、センサへの電力供給もまた自立している場合に、特に明らかとなる。記述されたセンサノードにより、航空機内でのセンサデータのワイヤレス送信を可能にし、ならびに、対応するセンサの設置位置にあるセンサノードまたはその付近にあるセンサノードによって必要とされるエネルギの自立した変換を可能にする。

この結果、センサノードは、この目的のために提供された専用の線を用いて、各々の取得システムと接続される必要がない。

図２は、いくつかのセンサノード１００を有するセンサネットワーク２００、送受信アンテナ２０２を有する中央データ収集および評価ユニット２０１、ならびに、いわゆるワイヤレスデータ集線装置（ＷＤＣ）として機能する対応の送受信アンテナ２０４を有する別の送受信ステーション２０３を示す。

様々なセンサノード１００は、ワイヤレスデータ集線装置２０３を介して中央データ収集および評価ユニット２０１と通信できるか、または中央データ収集および評価ユニットと直接に通信できる。ワイヤレスデータ集線装置２０３は、配線接続での通信による接続２０５またはワイヤレスによって、中央ユニット２０１と通信することができる。

ワイヤレスセンサネットワークの構成は、本発明の例示的な実施形態にしたがって以下で記述される。

航空機内における稼動のためのワイヤレスセンサネットワーク２００は、航空機内でのデータ／情報の送信を確保する要件を満たす。これはまた、センサネットワークがフライトの安全性にかかわる目的のために用いられるか、または送信されたデータがフライトの安全性について直接的にまたは間接的に影響を有する場合に、特に当てはまる。

ワイヤレス送信チャネル（例えば無線チャネル）は、一般的に干渉に対して影響を受けやすいので、冗長設計を有する。例えば、少なくとも２つの別個の周波数レンジが送信に用いられ、ワイヤレス送信経路における障害の確率を最小限に留める。これらの周波数レンジは、その周波数レンジ内で十分に離れており、単一のノイズ源によって生じる集合的な干渉および同時的な干渉が起きないようにする。

送信技術の１つの可能な構成において、トランシーバの対は、適切なインジケータに基づいて（例えば、干渉出力メータを用いることによって、あるいは、送信中のビットエラーレートを測定することによって）干渉の程度を決定し、規定された最大干渉電力またはビットエラーレートが超過された場合に周波数レンジを変更し、それにより干渉を回避する。

別の構成においては、トランシーバの対は、事前に承認されたホップシーケンスにしたがってその送受信周波数を変更する。

エラー回避技術、例えば、対応するエラー補正（順方向誤り訂正）およびエラー認識（周期的冗長検査）と組み合わされた場合、十分な送信品質を確保することができる。

センサノードと、中央データ収集および評価ユニットとの間の最も信頼できるデータ送信を確保するために、データ送信のために提供される周波数レンジの割り当ては、個々のセンサノードおよび、ワイヤレス通信のために提供される送受信ステーション２０３（ワイヤレスデータ集線装置）の両方の設置位置において監視可能である。

この目的のために、センサノードおよびワイヤレスデータ集線装置の両方のための受信器が、提供された周波数帯内でのスペクトルパワー密度の定期的な測定を実行する。この結果は、次いでワイヤレスデータ集線装置内の一次コントローラに送られる。これらの測定の結果に基づいて、アクセスポイントは、このようにして、信頼できるデータ送信に適した周波数レンジを用いることについて決定をすることができ、これにより事前に、必要とされる送信周波数レンジ内での変更を開始することができる。用いられる送信方法（固定された周波数または周波数ホッピング）に依存して、このような変更は、周波数レンジ全体を切り替えるか、または、周波数ホッピングシーケンスから、占有された／欠損した部分的な周波数レンジを削除することを含むことができる。

上述の方法の実施にもかかわらず、センサノードと、中央データ収集および評価ユニットとの間の通信リンクが障害をきたした場合、適応する経路決定がなされて、信号レンジの範囲内にある隣接したセンサノードを介して新たな通信経路を確立する。

個々の物理的なパラメータを取得することに関与する実際のセンサノードが障害をきたし、そしてそれゆえ測定されたデータアイテムが失われている場合、隣接するセンサからの既存の測定されたデータが、所定のルールのフレームワーク内において、その障害をきたしたセンサに対して、測定された値を推定しようとする。このようなルールの１つの例は、局所的に隣接したセンサの測定された値の間での線形補間を含むことができる。

ワイヤレスセンサノードのための電力供給は、本発明の例示的な実施形態にしたがって以下で記述される。

航空機内における、センサノードの電力供給ユニットによるエネルギの変換のためのいくつかの方法があり、以下で記述する。

例えば、センサノードの分散された電源のための振動発生器は、航空機構造体がより大きな振動（例えばエンジン付近等）を経験する領域内に設置可能である。ストレスまたはバックリングの形態の機械的な振動エネルギはまた、翼に固定された圧電変換器を介して電気的エネルギに変換可能である。

熱電変換素子は、例えば、航空機の外部と空調がなされている内部（例えば客室）との間、および積荷領域（貨物コンパートメント）と電気設備のための領域（電気室）との間、あるいは空調システムと内部との間、で生じる温度差から電気エネルギの分散した生成のために用いられる。熱電変換素子は、熱を伝達する仕方で、航空機の外皮に連結される。これらの領域間での温度差は、ここでは８０℃を越え得る。さらに、熱電変換素子は、暖かい空気を運ぶライン（例えばブリードエアラインまたは空調の管）に固定可能である。

電気エネルギは、適切なアンテナを介して、デカップリングにより、航空機内にある電磁場から得られることがさらに可能であり、かつ提供される。

光起電力技術を用いて、光が電気エネルギに変換されることも、同様の方法でさらに可能であり、かつ提供される。例えば、光源は客室の天井パネル上に固定可能であり、このパネルは次いで、光を電流に変換することによってこれらの光源の視界内にある分散されたセンサにエネルギを供給するために用いられる。

例えば、個々のセンサノードの個々のコンポーネント（送受信ユニット、プロセッサユニット、電源、センサユニット）は、標準のインターフェースを用いたモジュールとして設計される。このようにして、個々のセンサノードの機能性は、特定の要件に対して柔軟に適合可能である。

図３は、翼、後部アセンブリおよび／または胴体に配置できる、監視されるシステムコンポーネント３０１、３０２、３０３と共に、上述したセンサネットワーク２００を有する航空機３００を示す。

図４は、ステップ４０１において、様々なセンサノードが電気エネルギを供給される方法のためのフローチャートを示す。電気エネルギは、ここでは、それぞれのセンサノード内に設置された別個の発電器によって生成される。ステップ４０２において、対応するセンサノードによって監視されるシステムコンポーネントの領域内において、測定された値が取得される。ステップ４０４において、前処理された測定済みの値が、中央データ収集および評価ユニットへワイヤレスで送信される。

図５は、センサノードのプラットフォームを提供し、さらに上述および後述される、複数の、部分的に同一で、部分的に異なるセンサノードを提示する、センサネットワークを示す。センサノードの各々は、測定された値を取得するためのセンサユニットを提示する。複数の様々なセンサノードは、領域５０１、５０２、５０３、５０４に配置可能である。例えば、領域５０１は翼の高揚力フラップに関連し、領域５０２は着陸装置に関連し、領域５０３は航空機室内での空調システムに関連し、領域５０４はコックピットのドアに関連する。通常、追加的な領域もまた提供されることができる。各領域５０１〜５０４は、１つ以上のデータ集線装置５０５〜５０９を提示することができ、これらはセンサノード１００とワイヤレスに通信可能であり、かつそこに割り当てられたセンサノードのデータを収集する。これらのデータ集線装置は、「バックボーン」５１０につなげられ、これは、中央サーバ５１１に接続される従来のバスシステムであってもよい。

さらに、特定のセンサノード（例えば、センサノード５１２、５１３を参照）は、様々なセンサの情報を記録するために提供可能である。こうした情報は、ソフトウェアインターフェースにより、様々な航空機のユーザシステムに対して利用可能にされる。

センサネットワークは、広範な種類の航空機のユーザシステムからの測定されたデータをただ検出するだけでなく、非常に複雑に設計され得るものである。むしろ、センサネットワークは、診断および／または予測を行うことができる。このことは、対応する航空機のユーザシステムの故障は、診断可能であり、識別可能であり、そして報告可能であることを意味する。さらに、物理的パラメータ（例えば温度）の起こり得る変化は、予測可能である。これ以外にも、センサネットワークはまた、サービス目的のために利用されることもできる。例えば、潤滑流体または作動油の充填レベルは、測定可能である。充填レベルの手動による測定は不要であるが、実行することもできる。

あるいは、センサネットワークは、航空機のパーツ／システム／サブシステム／装備品を自動的に識別するために用いることができる。

さらに、センサネットワークは、航空機のデータバスに連結されていない電子部品からのデータを送信するために用いることができる。

個々のセンサは、航空機部品の位置を確認するために用いることもできる。個々のセンサノードのモジュール設計により、センサのプラットフォームを柔軟に用いることができる。追加の配線は必要でなく、設置は容易で非常に柔軟性がある。例えば、モジュラーコンポーネントがセンサノードのために用いられ、個々のセンサノードを迅速かつ効率的に構成することができる。これらのコンポーネントは、標準のプラグ接続を用いてモジュラーシステムとして据え付けることができる。

図６は、本発明の例示的な実施形態に係るセンサネットワークを用いたフライト試験設備（ＦＴＩ）を示す。個々のセンサについて配線は必要ないので、設置にかかる負担は低減可能である。図６は、例えば、客室内の温度を取得するように設定可能である試験シナリオを示す。端末６０１（例えば、ＦＴＩエンジニアにより操作される）は、異なるセンサノード１００の測定された温度の値を収集し、例えばＰＤＡまたはノートブック等のモバイル装置のように設計可能である。装置６０１はまた、ワイヤレスデータ集線装置（ワイヤレスリモートデータ集線装置、ＲＤＣ）のように設計可能であり、これは、さらなる評価または格納のために、別のシステム、例えば、メンテナンスサーバ６０２に、その取得されたセンサデータを送信する。

エンジニアは、特定のワイヤレスセンサノード１００を制御し、例えば、物理的測定変数、センサノードサンプリングレートを設定し、または、システム状態を問い合わせるために、モバイル装置６０１を用いて、客室中を自由に動くことができる。モバイル装置６０１はまた、新たなセンサノードが追加された場合、完全な測定を再び開始するために用いられることができる。

特に、これにより、設置および測定の両方を通じて負担を最小限にすることができる。

図７は、航空機の翼の高揚力システムを示し、本発明の例示的な実施形態に係るセンサノードを提示する。例えば、いわゆるトルクリミッタセンサは、フラップアクチュエータのギアのインジケータレバーの位置を迅速かつ容易に決定するために用いることができる。このセンサノード１００（図７には図示されず）はまた、ＰＤＡとワイヤレスに通信できる。いつくかのセンサが航空機内に設置された場合、それらは順番にまたは別個に問い合わせ可能である。個々のトルクリミッタは、故障時に視覚的に点検される必要はない。むしろ、ワイヤレスコントローラ（ＰＤＡ）を介して、対応するトルクリミッタを識別し、ＰＤＡ画面上においてその測定されたデータを示すか、または航空機内においてそれらを表示することで十分である。

この実施形態または他の例示的な実施形態に対して一般的に言えることであるが、モバイル装置上にセンサ情報を表示する代わりに、データはまた収集可能であり、かつ航空機内に提供されたグローバルデータベースに同期可能である。

センサネットワークはまた、いわゆるＧＲＡ湿気センサ（ＧＲＡは「ｇｅａｒｅｄ ｒｏｔａｒｙ ａｃｔｕａｔｏｒ（ギアが付いた回転するアクチュエータ）」を表す）を一体化することができる。回転するアクチュエータ（図９参照）の流体中の水の百分率は、湿気センサを設置することによって監視可能である。これにより、フラッシング剤を替える時宜を予測でき、それにより装置の不具合を回避することができる。

例えば、ワイヤレスセンサノードはまた、改良による解決法として提供されることができ、それゆえ改善可能である。ここでもまた、ＧＲＡが利用される必要があり、これは、モバイル装置（例えばＰＤＡ）内のボタンを押すことによって識別可能である。これは、ＰＤＡ上、およびコックピット内の中央メンテナンスシステム上の両方に示されることができる。

図１０から明らかなように、個々のセンサノードはまた、上部デッキ、メインデッキ、および貨物室の温度を監視するために用いることもできる。センサノードは、ワイヤレスでネットワークに一体化されることができるので配線は不要であり、特に、空調システムのメインコントローラに配線なしで接続される。各々のセンサノードは、その測定された温度をメインコントローラにワイヤレスで送信できる。多数の個々のセンサノードを実施することで、空調システムの制御を改善することができる。

個々のセンサノードはまた、床板にあるヒータを監視するために用いることもできる。このように、ヒータ回路は、ワイヤレスで監視可能であり、かつ必要に応じてワイヤレスで制御可能である。

図１１は、航空機の給水管のための防除氷システムのアーキテクチャを示す。このシステムは、これらの管内および管周囲の氷結を防ぐことが意図される。例えば、ワイヤレスの温度センサノードは、給水管および／または加熱エレメントに一体化され、その結果、現在の温度状況が監視可能であり、したがって加熱エレメントが制御可能である。

センサノードはまた、火災および煙検知システムのために用いることができる。図１２は、与圧された客室領域内の火災／煙検出システムのアーキテクチャの例を示す。火災／煙検出センサノードは、ここでは、個々の火災／煙検知器とコントローラ機能との間のワイヤレスデータ通信を提供する。通信バスへの配線による接続は不要である。火災／煙検知制御機能を制御するためのＣＡＮデータインターフェースの代わりに、ワイヤレスのゲートウェイを用いることができる。

さらに、光制御システムのためのセンサノードを用いることが可能である。

センサノードのいくつかはまた、非常用照明システムの機能を監視するために用いることができる。図１３は、そのような監視システムの構成を示す。いくつかのセンサノード１４０１、１４０２、１４０３が提供され、これらは、この目的のために、対応する非常用照明ユニットに一体化され、対応する非常用の貯蔵ユニットを提示する。センサノードは、いわゆるＣＩＤＳディレクタ１４０５に連結されるＷ／Ｌインターフェース１４０４とワイヤレスで通信する。

したがって、非常用照明ユニットは、数年のサービス寿命を示すことができる自立的なシステムである。これは、ワイヤレスの非常用照明ユニットが、数年の経過の間ずっと、通信（例えば継続的な状況報告）を確保し、かつ特定の時間期間の間（例えば１０分）、照明を作動するために十分なエネルギの貯蔵を有することを意味する。

さらに、センサノードのいくつかは、特定の航空機のユーザシステムからの構成情報を提供するように、独立型の識別システム（独立型の識別システム、ＳＩＳ）に組み込まれることも可能である。この目的のために、データを保存することができ、かつＳＩＳモジュールに一体化される小型でエネルギ効率の良いワイヤレスのトランシーバを使用することができる。

図１４は、ドアを監視するための、本発明に係るセンサノード１００の使用を示す。これにより、ドアまたはフラップが開いたかどうか、または、不法（強制）侵入の企てがなされたかどうかを検出することが可能となる。

例えば、モーションセンサおよび／またはスイッチが、この目的のために用いられることができる。特定の処理が単一のまたは一群のセンサによって着実に検出された後、アラームメッセージが、ドア付近に位置する中央アクセスポイントへワイヤレスで送信される。このアクセスポイントは、次いで、アラームメッセージを、例えば、空港のセキュリティ担当者へ警告を送るシステムへとリレーできる。

別の例示的な実施形態において、センサノードは、いわゆる「ディスクリートキーライン」として用いることができる。

構造監視（構造健全性監視）のためのセンサノードを用いることがさらに可能であり、これは、歪み、環境およびフライトパラメータ、ならびに欠損を継続かつ自立的に監視することを含む。統合されたセンサが、図１５の例で示されるように、この目的のために提供される。

別の例示的な実施形態は、センサノードがいわゆるＰＡＸシートのための近接スイッチとして用いられることを提供する。これにより、サービス時間を節約することができる。なぜならば、センサノードは、シート状態を取得して、それをワイヤレスでメインコントローラに送信するか、または、航空機／メンテナンス担当者に知らせるからである。例えば、シートベルトの損傷は、ワイヤレスのセンサノードをシートベルトに機械的に一体化することによって、このようにして検出可能である。

センサノードはまた、装備品の部品を識別し、かつ確認するために用いることもできる。例えば、これは、センサノードが組みまれ得るライフジャケットまたはシートに役に立つ。組み込み式のセンサノードは、その位置を確認されることができる。なぜならば、この機能は、センサネットワークに固有に存在するものだからである。数センチメートルの範囲内での非常に正確な位置の確認が必要である場合、センサネットワークの特徴は、検出された位置確認機構、例えば、データ送信の間の受け取られた電力または時間遅延などと組み合わせることができる。

本発明の別の例示的な実施形態において、センサノードは、乗客の位置確認および追跡のために、ならびに、シートの識別および位置確認のために用いることができる。これは図１６に示される。対応するセンサノードを提示するいわゆるデジタルボーディングアシスタント（ＤＩＧＩ ＢＡ）は、この目的のために用いることができる。例えば、この場合は、ＲＦトランシーバ、ディスプレイ、ポケットベル、および入力ボタンを提示するクレジットカードの大きさの装置を含み、バッテリにより電力が供給される。この装置は、例えば、頻繁に飛行機を利用する人用のプログラムのためのメンバーズカードの形態で、またはチェックインの間のボーティングパスとして、乗客に手渡されることができる。

このような装置は、各乗客によって客室内に運ばれ、定期的にデータパケットを中央サーバに送る。これにより、各乗客の現在の居場所を突き止めることができる。

センサノードはまた、ブレーキシステムの状態、タイヤ内の油圧または空気圧を監視するために、着陸装置内で用いることもできる。

着陸装置の配置および格納もまた、監視することができる。

追加のセンサノードが、ブレーキの温度、または着陸装置の油圧および温度を監視するために用いることができる。センサノードはまた、ブレーキの状態を監視（ブレーキ摩耗監視）および表示するために用いることができる。

センサノードはまた、着陸フラップを監視する（着陸装置健全性監視システム）ために用いることができる。着陸フラップにかかる衝撃およびストレス、ブレーキの加速、圧力、湿度、温度、および他のパラメータが、ここでは測定できる。センサデータは、貨物室内に収容された対応する受信器（ＲＤＣ）にワイヤレスで送信されるか、またはアビオニックサーバに直接送られることができる。

さらに、「提示する（ｅｘｈｉｂｉｔ）」、「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、または「包含する、包囲する（ｅｎｃｏｍｐａｓｓ）」は、任意の他の要素またはステップを排除せず、「１つの（ａ）」または「その、１つの（ｔｈｅ）」は複数を排除しない。上記の例示的な実施形態の１つを参照して記述された特徴またはステップは、上述された他の例示的な実施形態からの他の特徴またはステップと組み合わされて用いることができることをさらに留意されたい。特許請求の範囲における参照符号は限定をするものとして解釈されてはならない。

Claims (13)

1. 航空機における測定値を取得するためのワイヤレスセンサネットワーク用のセンサノードであって：
   測定値を取得するためのセンサユニット（１０１）；
   センサノード（１００）に電気エネルギを供給するための電源ユニット（１０２）；
   取得されて前処理された測定値を、中央データ収集および評価ユニット（２０１）にワイヤレスで送信するための送受信ユニット（１０４）；
   を含み、
   前記電源ユニット（１０２）は、エネルギ変換を通して前記センサノードに独立して電力を供給するように設計されると共に、分散された電源を有する前記センサノードを提供するための振動発生器を含み、
   前記送受信ユニット（１０４）は、取得された測定値を２つ以上の別個の周波数レンジにおいてワイヤレスで送信するように設計されると共に、フライト位相が変化するとき、送信のための周波数レンジを自動的に変更するように設計される、
   センサノード。
2. 前記電源ユニット（１０２）は、分散された電源を有するセンサノード（１００）を提供するための熱電変換素子を含む、請求項１に記載のセンサノード。
3. 前記電源ユニット（１０２）は、分散された電源を有するセンサノード（１００）を提供するための電磁エネルギを受信するアンテナを含む、請求項１または２に記載のセンサノード。
4. 前記電源ユニット（１０２）は、分散された電源を有するセンサノード（１００）を提供するための、光を電気エネルギに変換する光起電力ユニットを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサノード。
5. 前記送受信ユニット（１０４）は、所定のシーケンスに基づいて送信周波数を変更するように設計される、請求項１に記載のセンサノード。
6. 前記センサユニット（１０１）は、接続されたセンサの身元を突き止めて、この情報をプロセッサユニットにリレーするように設計される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサノード。
7. 前記センサユニット（１０１）、前記電源ユニット（１０２）および前記送受信ユニット（１０１）は、モジュラー方式に設計される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサノード。
8. 航空機のためのセンサネットワークであって：請求項１〜７のいずれか１項に記載の複数のセンサノード、送信された測定データを収集して評価するための中央データ収集および評価ユニット（２０１）、を含むセンサネットワーク。
9. センサノード（１００）の設置位置およびセンサネットワーク（２００）の送受信ステーション（２０３、２０１）の両方で、送信目的に提供される周波数レンジの割り当てを監視するために設計される、請求項８に記載のセンサネットワーク。
10. 送信信号品質が所定レベル以下に低下する場合、新しい通信経路を識別するために、適応ルートの決定のために設計される、請求項８または９に記載のセンサネットワーク。
11. 請求項８〜１０のいずれか１項に記載のセンサネットワークを提供するためのモジュラーパーツキット。
12. システムコンポーネントおよび、前記システムコンポーネントの状態を突き止めるための請求項８〜１０のいずれか１項に記載のセンサネットワーク、を含む航空機（３００）。
13. 航空機におけるシステムコンポーネントの状態を突き止める方法であって：
    センサノード（１００）内の電源ユニット（１０２）を経由して、当該センサノードに電気エネルギを供給するステップ；
    前記センサノード（１００）を介して前記システムコンポーネントの領域における測定値を取得するステップ；
    取得した測定値を中央データ収集および評価ユニット（２０１）にワイヤレスで送信するステップ；
    を含み、
    前記電気エネルギを供給するステップは、エネルギ変換を通して前記センサノード（１００）に独立して電力を供給し、
    分散された電源を有する前記センサノード（１００）を提供するための振動発生器を、前記センサノード（１００）に電気エネルギを供給するための電源ユニットに含み、
    前記ワイヤレスで送信するステップは、取得された測定値を２つ以上の別個の周波数レンジにおいてワイヤレスで送信すると共に、フライト位相が変化するとき、送信のための周波数レンジを自動的に変更する、
    方法。

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