飛機(jī)結(jié)構(gòu)運(yùn)用能量收集實(shí)現(xiàn)方案
時(shí)間：2010-06-23 11:00
來源：
作者：凌力爾特公司電源產(chǎn)品市場總監(jiān) Tony Armstrong
飛機(jī)狀況監(jiān)視
飛機(jī)老化是許多空難事故的主要原因，為了盡可能地避免災(zāi)難發(fā)生，所有飛機(jī)都須定期接受機(jī)身維護(hù)檢查。
大型機(jī)群的結(jié)構(gòu)疲勞曾經(jīng)是一個(gè)需要解決的嚴(yán)重問題，幸運(yùn)的是，這個(gè)問題已經(jīng)解決了。通過進(jìn)行更多的檢查、改進(jìn)的結(jié)構(gòu)分析和跟蹤方法以及采用新的、創(chuàng)新性理念評(píng)估結(jié)構(gòu)的完整性，人們已經(jīng)解決了這個(gè)問題。這有時(shí)被稱為“飛機(jī)狀況監(jiān)視”。監(jiān)視飛機(jī)狀況的過程中采用了傳感器、人工智能和先進(jìn)的分析方法，以連續(xù)、實(shí)時(shí)地評(píng)估飛機(jī)狀況。
聲發(fā)射檢測是定位和監(jiān)視金屬結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫的先進(jìn)方法，它可以方便地診斷合成型飛機(jī)結(jié)構(gòu)的損壞。一個(gè)顯然的要求是，以簡單的“通過”、“未通過”形式指示結(jié)構(gòu)完整性，或者立即進(jìn)行維修。這種檢測方法使用由壓電芯片構(gòu)成的扁平外形檢測傳感器和光傳感器，壓電芯片由聚合物薄膜密封。傳感器牢固地安裝到結(jié)構(gòu)體表面，通過三角定位能夠定位裝載有傳感器的結(jié)構(gòu)體的聲活動(dòng)。然后用儀器捕捉傳感器數(shù)據(jù)，并以適合于窄帶存儲(chǔ)和傳送的形式用參數(shù)表示這些數(shù)據(jù)。
因此，無線傳感器模塊常常嵌入到飛機(jī)的各種不同部分，例如機(jī)翼或機(jī)身，以進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。不過為這些傳感器供電可能很復(fù)雜，因此，如果以無線方式供電甚至實(shí)現(xiàn)自助供電，那么這些傳感器模塊可能更方便使用，效率也更高。在飛機(jī)環(huán)境中，存在很多“免費(fèi)”能源，可用來給這類傳感器供電。兩種顯然的方法是熱能收集和壓電能收集。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面將進(jìn)行更詳細(xì)的討論。
能量收集的基本原理
從溫差 (熱電發(fā)生器或熱電堆)、機(jī)械振動(dòng)或壓力 (壓電或機(jī)電器件)和光 (光伏器件) 等可方便得到的物理來源產(chǎn)生電的換能器，對(duì)于很多應(yīng)用來說是可行的電源。眾多無線傳感器、遠(yuǎn)端監(jiān)視器和其它低功率應(yīng)用正在變成接近“零”電源的設(shè)備，它們僅使用收集的能源。
盡管能量收集的概念已經(jīng)出現(xiàn)很多年了，但是在真實(shí)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)一直笨重、復(fù)雜并昂貴。不過，有些市場已經(jīng)采用了能量收集方法，其中包括運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施、無線醫(yī)療設(shè)備、輪胎壓力檢測和樓宇自動(dòng)化。
典型的能量收集配置或系統(tǒng) (由圖 1 所示的 4 個(gè)主要電路系統(tǒng)方框代表) 通常含有一個(gè)免費(fèi)能源。這類能源的例子包括附在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等發(fā)熱源上的熱電發(fā)生器 (TEG) 或熱電堆，或者附在飛機(jī)機(jī)架或機(jī)翼等機(jī)械振動(dòng)源上的壓電換能器。
圖1 一個(gè)典型能量收集系統(tǒng)的 4 個(gè)主要方框
飛機(jī)老化是許多空難事故的主要原因，為了盡可能地避免災(zāi)難發(fā)生，所有飛機(jī)都須定期接受機(jī)身維護(hù)檢查。
大型機(jī)群的結(jié)構(gòu)疲勞曾經(jīng)是一個(gè)需要解決的嚴(yán)重問題，幸運(yùn)的是，這個(gè)問題已經(jīng)解決了。通過進(jìn)行更多的檢查、改進(jìn)的結(jié)構(gòu)分析和跟蹤方法以及采用新的、創(chuàng)新性理念評(píng)估結(jié)構(gòu)的完整性，人們已經(jīng)解決了這個(gè)問題。這有時(shí)被稱為“飛機(jī)狀況監(jiān)視”。監(jiān)視飛機(jī)狀況的過程中采用了傳感器、人工智能和先進(jìn)的分析方法，以連續(xù)、實(shí)時(shí)地評(píng)估飛機(jī)狀況。
聲發(fā)射檢測是定位和監(jiān)視金屬結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫的先進(jìn)方法，它可以方便地診斷合成型飛機(jī)結(jié)構(gòu)的損壞。一個(gè)顯然的要求是，以簡單的“通過”、“未通過”形式指示結(jié)構(gòu)完整性，或者立即進(jìn)行維修。這種檢測方法使用由壓電芯片構(gòu)成的扁平外形檢測傳感器和光傳感器，壓電芯片由聚合物薄膜密封。傳感器牢固地安裝到結(jié)構(gòu)體表面，通過三角定位能夠定位裝載有傳感器的結(jié)構(gòu)體的聲活動(dòng)。然后用儀器捕捉傳感器數(shù)據(jù)，并以適合于窄帶存儲(chǔ)和傳送的形式用參數(shù)表示這些數(shù)據(jù)。
因此，無線傳感器模塊常常嵌入到飛機(jī)的各種不同部分，例如機(jī)翼或機(jī)身，以進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。不過為這些傳感器供電可能很復(fù)雜，因此，如果以無線方式供電甚至實(shí)現(xiàn)自助供電，那么這些傳感器模塊可能更方便使用，效率也更高。在飛機(jī)環(huán)境中，存在很多“免費(fèi)”能源，可用來給這類傳感器供電。兩種顯然的方法是熱能收集和壓電能收集。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面將進(jìn)行更詳細(xì)的討論。
能量收集的基本原理
從溫差 (熱電發(fā)生器或熱電堆)、機(jī)械振動(dòng)或壓力 (壓電或機(jī)電器件)和光 (光伏器件) 等可方便得到的物理來源產(chǎn)生電的換能器，對(duì)于很多應(yīng)用來說是可行的電源。眾多無線傳感器、遠(yuǎn)端監(jiān)視器和其它低功率應(yīng)用正在變成接近“零”電源的設(shè)備，它們僅使用收集的能源。
盡管能量收集的概念已經(jīng)出現(xiàn)很多年了，但是在真實(shí)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)一直笨重、復(fù)雜并昂貴。不過，有些市場已經(jīng)采用了能量收集方法，其中包括運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施、無線醫(yī)療設(shè)備、輪胎壓力檢測和樓宇自動(dòng)化。
典型的能量收集配置或系統(tǒng) (由圖 1 所示的 4 個(gè)主要電路系統(tǒng)方框代表) 通常含有一個(gè)免費(fèi)能源。這類能源的例子包括附在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等發(fā)熱源上的熱電發(fā)生器 (TEG) 或熱電堆，或者附在飛機(jī)機(jī)架或機(jī)翼等機(jī)械振動(dòng)源上的壓電換能器。
圖1 一個(gè)典型能量收集系統(tǒng)的 4 個(gè)主要方框
熱點(diǎn)產(chǎn)品more
新品more
活動(dòng)more
ADI 技術(shù)視頻more
LT3094: 在 1MHz 具 0.8μVRMS 噪聲的負(fù) LDO
LT3094 是一款高性能低壓差負(fù)線性穩(wěn)壓器，其具有 ADI 的超低噪聲和超高 PSRR 架構(gòu)，適合為噪聲敏感型應(yīng)用供電。該器件可通過并聯(lián)以增加輸出電流和在 PCB 上散播熱量。
LTM8002：高效率、超低 EMI 降壓型電源 μModule
LTM8002 是一款 40VIN、2.5A 降壓型μModule® 穩(wěn)壓器。它內(nèi)置了開關(guān)控制器、電源開關(guān)、電感器和所有的支持性組件。該器件支持 3.4V 至 40V 的輸入電壓范圍，和 0.97V 至 18V 的輸出電壓。
具電源系統(tǒng)管理功能的超薄型 μModule 穩(wěn)壓器
LTM4686 是一款雙通道 10A 或單通道 20A 超薄型降壓 μModule 穩(wěn)壓器。該器件1.82mm 的高度使之可放置到非�？拷�(fù)載 (FPGA 或 ASIC) 的地方，從而共用一個(gè)散熱器。其 PMBus 接口使用戶能改變主要的電源參數(shù)。
