專利名稱：監(jiān)測(cè)元件和結(jié)構(gòu)的完整性的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于監(jiān)測(cè)元件或結(jié)構(gòu)的完整性的方法和裝置，尤其是，通過但不只是監(jiān)測(cè)可保持在腔體中的壓力狀態(tài)，腔體可以是元件或結(jié)構(gòu)固有的，或者特別形成在元件或結(jié)構(gòu)中的。
背景技術(shù)：
本發(fā)明源于飛機(jī)設(shè)計(jì)師在面臨監(jiān)測(cè)完整性的問題所做的考慮，完整性包括通常是在機(jī)身中拼接和挖切附近遇到的夾層結(jié)構(gòu)；和在復(fù)合結(jié)構(gòu)例如副翼、門、葉片等中遇到的基本中空的元件；以及試圖防止水分進(jìn)入這樣的結(jié)構(gòu)和元件中。很難對(duì)這些結(jié)構(gòu)和元件進(jìn)行破裂、腐蝕和脫開檢測(cè)。而且由各種原因引起的水分還容易進(jìn)入，原因包括毛細(xì)作用和該結(jié)構(gòu)基本中空的本質(zhì)，特別是由復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)；暴露于溫度極限下；暴露于大的環(huán)境壓力變化中；暴露于高的濕度和降雨的環(huán)境。
在金屬結(jié)構(gòu)中除了腐蝕，水分的進(jìn)入也能導(dǎo)致嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)缺陷，例如由于水分周期性侵入，再加上結(jié)冰時(shí)的膨脹所造成的逐步損傷而產(chǎn)生的脫開。
當(dāng)然上述問題不是飛機(jī)設(shè)計(jì)師的唯一領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)完整性監(jiān)測(cè)具有廣泛的應(yīng)用，可被用來例如監(jiān)測(cè)粘接件，例如潛艇上消音瓦片之間或航天飛機(jī)上的熱阻瓦片之間的粘接件。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種監(jiān)測(cè)元件和結(jié)構(gòu)的完整性的方法和裝置。本發(fā)明的另一目的是防止水分進(jìn)入所述的組件或結(jié)構(gòu)中。
為了在后邊包括權(quán)利要求中描述方便，用術(shù)語“結(jié)構(gòu)”代表結(jié)構(gòu)或元件。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種監(jiān)測(cè)在環(huán)境壓力下置于包含流體的環(huán)境中的結(jié)構(gòu)完整性的方法，所述結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)內(nèi)部腔體，所述方法包括的步驟至少如下在大于所述的環(huán)境壓力的第一壓力下，提供第一流體源；使所述的至少一個(gè)腔體與所述流體源流體連通；和監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下所述第一流體流入所述至少一個(gè)內(nèi)腔的流率的變化；優(yōu)選的，相比所述的環(huán)境壓力，所述第一流體源壓力基本為常量。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述的監(jiān)測(cè)步驟包括在所述至少一個(gè)腔體和所述流體源之間高流量阻抗，以便在所述至少一個(gè)腔體和所述流體源之間產(chǎn)生穩(wěn)定狀態(tài)下的壓差，并監(jiān)測(cè)所述穩(wěn)態(tài)壓差的變化。
優(yōu)選地，所述的在所述第一壓力下提供所述第一流體源的步驟包括設(shè)置所述第一壓力為比所述環(huán)境壓力足夠大的水平，以克服吸濕力和毛細(xì)作用，但不足損害所述結(jié)構(gòu)的完整性。
優(yōu)選地，所述的提供所述第一流體源的步驟包括提供第一氣體源。
優(yōu)選地，所述的提供所述第一氣體的步驟包括在所述流體源和所述至少一個(gè)腔體之間提供除潮器，以在所述氣體流入所述至少一個(gè)腔體之前對(duì)其進(jìn)行干燥。
優(yōu)選地，當(dāng)所述結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)或更多內(nèi)腔時(shí)，所述放置步驟包括(a)放置所述內(nèi)腔使其彼此用流體連通；和/或(b)放置所述腔體使之與所述流體源流體連通。
在另一實(shí)施例中，所述監(jiān)測(cè)步驟包括提供與所述流體源流體連通的一定量的流體標(biāo)記；和監(jiān)測(cè)所述結(jié)構(gòu)，以跟蹤所述流體標(biāo)記。
優(yōu)選地，所述流體標(biāo)記包括表示液體或氣體的染料。
在又一實(shí)施例中，所述監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下流入量變化的步驟，包括在所述流體源的流體連通中，提供一定量的可測(cè)氣體；提供一種對(duì)所述氣體的檢測(cè)方法；和監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下，所述結(jié)構(gòu)中所述氣體滲漏率的變化。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)完整性的方法，該結(jié)構(gòu)被置于在包含有在環(huán)境壓力下的流體的環(huán)境中，所述方法包括如下步驟
在所述結(jié)構(gòu)中形成密封的腔體；在大于所述的環(huán)境壓力的第一壓力下，提供第一流體源；使所述的至少一個(gè)腔體與所述流體源流體連通；和監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下所述第一流體流入所述腔體的流率的變化。
優(yōu)選地，所述的形成所述密封腔體的步驟包括在所述結(jié)構(gòu)之內(nèi)或之上形成凹槽或凹陷，并且形成橫跨凹槽或凹陷的密封。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于監(jiān)測(cè)置于包含在環(huán)境壓力下流體的環(huán)境中的結(jié)構(gòu)完整性的方法，所述結(jié)構(gòu)由兩個(gè)或多個(gè)互相連接的元件組配而成，所述元件相互并列設(shè)置，以使一個(gè)元件的表面與至少另一個(gè)所述元件的表面相鄰，從而形成各自相鄰的表面對(duì)，所述方法包括如下步驟在一個(gè)或多個(gè)所述相鄰表面對(duì)之間形成一個(gè)或多個(gè)腔體；提供第一流體源以及大于所述的環(huán)境壓力的第一壓力；使至少一個(gè)所述的腔體與所述流體源流體連通，以產(chǎn)生至少一個(gè)流體源壓力腔體；以及監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下所述第一流體流入所述至少一個(gè)流體源壓力腔體中的流率的變化。
優(yōu)選地所述方法還包括如下步驟使另外的所述腔體與所述環(huán)境壓力流體連通，以產(chǎn)生相鄰更替的流體源壓力腔體和環(huán)境壓力腔體。
優(yōu)選地所述方法還包括如下步驟在所述環(huán)境壓力腔體和所述環(huán)境或所述環(huán)境壓力的流體源之間，設(shè)置串聯(lián)的除潮器。
優(yōu)選地，所述監(jiān)測(cè)步驟包括在所述流體源壓力腔體和所述流體源之間，串聯(lián)連接高流量阻抗，以在所述流體源壓力腔體和所述流體源之間產(chǎn)生穩(wěn)定狀態(tài)壓差，并監(jiān)測(cè)所述穩(wěn)定狀態(tài)的壓差的變化。
在另外的實(shí)施例中，所述監(jiān)測(cè)步驟包括提供一定量與所述第一流體源流體連通的流體標(biāo)記，并監(jiān)測(cè)所述結(jié)構(gòu)以跟蹤所述流體標(biāo)記。
優(yōu)選地，若所述結(jié)構(gòu)的所述元件，被粘性層連接在一起，或者被所述相鄰表面對(duì)之間的密封材料層結(jié)合在一起，所述形成步驟包括在所述粘性或密封層內(nèi)形成所述腔體。
優(yōu)選地，所述元件被機(jī)械緊固件連接，所述形成步驟包括在所述相鄰表面對(duì)附近提供密封，以便在所述相鄰表面對(duì)之間形成所述腔體。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于監(jiān)測(cè)置于包含在環(huán)境壓力下流體的環(huán)境中的結(jié)構(gòu)完整性的方法，所述結(jié)構(gòu)至少包括一內(nèi)腔，所述裝置至少包括在大于所述環(huán)境壓力的第一壓力下的第一流體源；用于在所述流體源和所述至少一個(gè)腔體之間提供流體連通的連通通道；和用于監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下所述第一流體從所述通道流入所述至少一個(gè)內(nèi)腔的流率變化的監(jiān)測(cè)裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述的監(jiān)測(cè)裝置包括在所述至少一個(gè)腔體和所述流體源之間，串聯(lián)的設(shè)置在所述連通通道內(nèi)的高流量阻件，所述的高流量阻件在所述至少一個(gè)腔體和所述流體源之間產(chǎn)生穩(wěn)定狀態(tài)的壓差，并用跨接所述高流量阻件的測(cè)量變換器來監(jiān)測(cè)所述穩(wěn)定狀態(tài)的壓差的變化。
優(yōu)選地，所述第一壓力足夠于所述環(huán)境壓力，能克服吸濕力和毛細(xì)作用，但是都不足以對(duì)所述結(jié)構(gòu)的完整性造成損害。
優(yōu)選地，所述第一流體為氣體。
優(yōu)選地，所述裝置還包括位于所述流體源和所述至少一個(gè)腔體之間的除潮器，以干燥流入到至少一個(gè)腔體之前的所述氣體。
在另一實(shí)施例中，所述監(jiān)測(cè)裝置包括與所述流體源連通的流體標(biāo)記，其用于在所述流體從所述腔體流經(jīng)所述結(jié)構(gòu)至所述環(huán)境發(fā)生滲漏的位置給所述結(jié)構(gòu)做標(biāo)記。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種方法，以防止目標(biāo)流體進(jìn)入設(shè)置在包含處于環(huán)境壓力下的目標(biāo)流體的環(huán)境中的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)內(nèi)腔，所述方法包括如下步驟提供處于第一壓力下的第一流體源，該第一壓力大于所述環(huán)境壓力；和在所述至少一個(gè)內(nèi)腔和所述流體源之間提供流體連通路徑。
優(yōu)選地，所述方法還包括監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下所述第一流體流入所述至少一個(gè)內(nèi)腔中流率的變化，從而便于監(jiān)測(cè)所述結(jié)構(gòu)的完整性的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種裝置，以防止目標(biāo)流體進(jìn)入設(shè)置在包含處于環(huán)境壓力下的目標(biāo)流體的環(huán)境中的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)內(nèi)腔，所述裝置至少包括
處于大于所述環(huán)境壓力的第一壓力下的第一流體源；和在所述流體源和所述至少一個(gè)腔體之間用于提供流體連通的一個(gè)或多個(gè)連通通道。
圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的裝置的示意圖，該裝置用來監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)中腔體的壓力狀態(tài)，從而監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的完整性；圖3是本發(fā)明的另一實(shí)施例的示意圖；圖4a是本發(fā)明的另一實(shí)施例的示意圖；圖4b是本發(fā)明的另一實(shí)施例的示意圖；圖5a是已經(jīng)應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例的兩層夾層結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5b是圖5a的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的變體；圖6是已經(jīng)應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例的三層夾層結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6a是圖6的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的變體；圖6b是圖6的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的另一變體；圖7是已經(jīng)應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例的四層夾層結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8a是已經(jīng)應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例的三層夾層結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8b是已經(jīng)應(yīng)用本發(fā)明的另一實(shí)施例的三層夾層結(jié)構(gòu)的示意圖；圖9示出了另一腔體配置的部分截面斜向視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示意的示出了本發(fā)明中用于防止流體F進(jìn)入到結(jié)構(gòu)10中的方法和裝置的一個(gè)實(shí)施例。結(jié)構(gòu)10是用三種復(fù)合結(jié)構(gòu)制成的假想結(jié)構(gòu)，在此提供的目的僅僅是為了說明本發(fā)明的實(shí)施例的原理。結(jié)構(gòu)10具有外殼12和多個(gè)內(nèi)腔14a，14b和14c(以后均用“腔體14”引用)。腔體14的實(shí)際形狀是結(jié)構(gòu)10類型的函數(shù)。腔體14a說明具有任意結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)10；腔體14b說明具有蜂窩型或細(xì)胞型核心的結(jié)構(gòu)10；及腔體14c說明具有泡沫型核心的結(jié)構(gòu)10。
結(jié)構(gòu)10設(shè)置在包含處于環(huán)境壓力下的流體F的環(huán)境16中，環(huán)境壓力作用在結(jié)構(gòu)10上。例如，環(huán)境16可以是海拔4000米的大氣，而流體F是空氣；或者環(huán)境16可以是海面以下100米深，此時(shí)流體F就是海水。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的裝置18，用來防止或至少將流體F進(jìn)入到結(jié)構(gòu)10中的程度降至最低。裝置18包括用于提供第一流體的壓力流體源20，第一流體為，例如，處于大于流體F的壓力的壓力之下的空氣或惰性氣體。形為導(dǎo)管22的連通通道，在流體源20和結(jié)構(gòu)10的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)腔14之間提供流體連通。如果在結(jié)構(gòu)10的腔體14互相之間直接或間接的流體連通的情況下，則為了使流體源20的氣體與腔體14流體連通，僅需使導(dǎo)管22穿透外殼12延伸到結(jié)構(gòu)10中的某一點(diǎn)。而且，雖然沒有示出，可在流體源20和結(jié)構(gòu)10之間設(shè)置多個(gè)導(dǎo)管22。然而，若腔體14互相之間沒有流體連通，或者按密封層或組配置，則裝置18的連通路徑包括一個(gè)或多個(gè)，包含在外殼12之內(nèi)與導(dǎo)管22連通的通道或?qū)Ч?4，以此在流體源20的氣體和腔體14之間提供流體連通?？蛇x地，可在內(nèi)腔14之間制出較小的孔來實(shí)現(xiàn)其間的流體連通。這可以靠使用如激光來實(shí)現(xiàn)。
設(shè)置流體源20的壓力大于流體F的壓力(其可以是靜壓，也可以是動(dòng)壓)，從而防止流體F進(jìn)入腔體14。更為具體地講，設(shè)置流體源20的壓力，使其足以克服吸濕力和毛細(xì)作用，從而防止水分進(jìn)入結(jié)構(gòu)10中，但是卻又不能足以損害結(jié)構(gòu)10的完整性。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，如果外殼12對(duì)流體F來說絕對(duì)不可透過。并且其不包含任何缺陷或在結(jié)構(gòu)10的生命周期內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生任何缺陷，則環(huán)境16的流體F就不能進(jìn)入結(jié)構(gòu)10。然而，實(shí)際上，因?yàn)楦鞣N原因包括材料可透性的效果，動(dòng)態(tài)載荷、局部沖擊損傷、制造結(jié)構(gòu)10中的實(shí)際缺陷，或者用緊固件裝配結(jié)構(gòu)，經(jīng)常是外殼12會(huì)，或者遲早會(huì)變成對(duì)流體F是可透過的。
圖2示出了裝置18a，其可對(duì)腔體14的壓力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而可監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)10a的完整性。裝置18a包括流體源20和導(dǎo)管22a，導(dǎo)管22a與圖1所示實(shí)施例中的導(dǎo)管22功能類似，并與用于監(jiān)測(cè)從流體源20流入腔體14的流體的流量的監(jiān)測(cè)裝置26互連。監(jiān)測(cè)裝置26是基于在專利號(hào)為No.PCT/AU94/00325的(WO94/27130)的國(guó)際申請(qǐng)中所公開的內(nèi)容，該申請(qǐng)的內(nèi)容在此引用以做參考。本質(zhì)的區(qū)別是在本發(fā)明的實(shí)施例中，使用的是定常(正)壓力流體源，而在專利號(hào)為No.PCT/AU94/00325(WO94/27130)的國(guó)際申請(qǐng)中使用的是定常真空源。監(jiān)測(cè)裝置26監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下，從流體源20流入腔體14的流體流率的變化。在本實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)裝置26包括在流體源20和腔體14之間串聯(lián)設(shè)置在導(dǎo)管22a中的高流量阻件28。高流量阻件28優(yōu)選地包括長(zhǎng)度很長(zhǎng)的小孔徑管，其允許很小量的流體流過?？蛇x地，高流量阻件28可包括可透性材料例如多孔玻璃。
為了通過PCT/AU94/00325(WO94/27130)設(shè)備獲得滿意的流率，最大流率為用現(xiàn)有數(shù)字流量表所能測(cè)出得的最小值。舉例來說，孔徑小于0.3mm、長(zhǎng)度超過3米的管子，其長(zhǎng)度上空氣壓力差為20kPa，則該管子的流率約為2-3微升/分種?？紤]到越接近零值，裝置的敏感度將按指數(shù)速度增加，且若預(yù)想的高流量阻件的大小可無限延伸，則可測(cè)得極小的流量。
通常高流量阻件的大小應(yīng)當(dāng)足夠大，以便在高流量阻件的長(zhǎng)度上產(chǎn)生相應(yīng)于流過高流量阻件的微小流量的顯著的壓降。
形如壓差轉(zhuǎn)換器30的測(cè)量裝置接在阻件28的兩端。用流體連接管32將轉(zhuǎn)換器30接在阻件28的兩端，并且電導(dǎo)體36連接到放大顯示件34。另外，在不需要電流的地方，連接到阻件28兩端的壓差轉(zhuǎn)換器30可以是非電指示器。
假定結(jié)構(gòu)10a的外殼12本身就具有一定程度的可透性，在啟動(dòng)裝置18a之后，就會(huì)出現(xiàn)特有的穩(wěn)定狀態(tài)的進(jìn)出結(jié)構(gòu)10a的流體滲漏率。若外殼12/結(jié)構(gòu)10a的可透性發(fā)生變化，則從流體源20流入結(jié)構(gòu)10a的流體的流率會(huì)相應(yīng)的增加。這可以用監(jiān)測(cè)裝置26監(jiān)視并檢測(cè)到。本實(shí)施例的典型應(yīng)用是飛機(jī)艙門、副翼、輔助翼或者類似的，對(duì)它們均施加了高于環(huán)境壓力的氮?dú)狻?br>
圖3描述了本裝置和方法，當(dāng)被應(yīng)用到包括粘在潛艇的艇身40的消音板38的結(jié)構(gòu)10b的實(shí)施例。
彈性灰漿48的填角設(shè)置在每塊瓦片的周圍，使腔體50產(chǎn)生在相鄰板38之間的灰漿48下方，或者產(chǎn)生在板38的邊緣和船身40的相鄰表面之間的灰漿48之下。腔體50連接到監(jiān)測(cè)裝置18b。該裝置18b與圖2所述的裝置18a類似，包括監(jiān)測(cè)設(shè)備26b和流體源20b(在本實(shí)施例中為氣體源)。監(jiān)測(cè)裝置26b包括在腔50之間提供流體連通路徑的導(dǎo)管22b，流體源20b串連到高流量阻件28。壓差轉(zhuǎn)換器30由管32連接到阻件28的兩端。由電導(dǎo)件36連接到轉(zhuǎn)換器30的放大顯示件34，提供阻件28兩端穩(wěn)定狀態(tài)壓差的顯示。來自供給20的流體，被設(shè)置在阻件28和流體源20之間的導(dǎo)管22b之中的壓力調(diào)節(jié)器52測(cè)量。調(diào)節(jié)器52也經(jīng)過管54參考周圍大氣的壓力，在該情況下為海水，此處用標(biāo)記FS和相關(guān)的白色壓力指示箭頭示出。調(diào)節(jié)器52保持來自流體源20的氣體的壓力，使之大體為高于水壓的某一常值。因?yàn)橥獠克畨弘S著18b的深度而變化，特別地調(diào)節(jié)器52能夠動(dòng)態(tài)地改變分送到腔體50，來自流體源20的氣體的壓力。在操作中，監(jiān)測(cè)裝置26b穩(wěn)定在不同于高流量?jī)啥藟毫Φ囊幌鄬?duì)恒定的壓力值，而與外部水壓無關(guān)。
通過監(jiān)測(cè)高流量阻件28兩端的壓差，可有助于實(shí)現(xiàn)瓦片38的粘性連接的完整性監(jiān)測(cè)。因?yàn)閺娜我磺惑w50中滲漏的少量空氣而造成的壓差的增大，可給出足夠任一瓦片38的脫接或?qū)覞{48的損害的警告。由于阻件28兩端壓差升高并被轉(zhuǎn)換器檢測(cè)出，所以能立刻發(fā)現(xiàn)脫接的險(xiǎn)情和水的進(jìn)入。瓦片38的減少會(huì)導(dǎo)致壓差的劇烈上升。也可以為監(jiān)測(cè)裝置26b設(shè)置阻件28的可調(diào)支流，以提供來自流體源20的高流率的空氣，而考慮到一些裂紋容差并為腔體50保持正壓保護(hù)。
因?yàn)闈撏У拇?0周圍的海水FS的環(huán)境壓力，從駕駛指揮塔鰭板到船身的腹部顯著不同，所以可能需要將瓦片38分組為若干垂直分層的層，對(duì)這些層分別監(jiān)測(cè)以確保供給到特定瓦片組的氣壓，保持比作用在這些板上的環(huán)境壓力稍高一點(diǎn)，因此可防止瓦片的較上組的過量正壓。這可以通過下述方法實(shí)現(xiàn)在處于流體源20和調(diào)節(jié)器52之間的導(dǎo)管22b的某一部分設(shè)置歧管，具有多個(gè)從歧管供給的調(diào)節(jié)器52，并連接到等同的高流量阻件28、轉(zhuǎn)換器30和環(huán)境壓力基準(zhǔn)點(diǎn)54的配置。
圖4a示出了應(yīng)用到結(jié)構(gòu)10c的本發(fā)明的另一實(shí)施例，該結(jié)構(gòu)10c包括按夾層結(jié)構(gòu)連接的三個(gè)元件56、58和60。具體地講，結(jié)構(gòu)10c是飛機(jī)的加壓機(jī)身的一部分。元件56、58和60被穿過形成在元件56、58和60上的孔71的鉚釘62固定在一起。每個(gè)鉚釘62具有與元件56齊平的頭部64，和另一端頂在元件60上的平尾66。平頭鉚釘以示例示出，圓頭鉚釘或可能的螺栓緊固件均可選。
通常，夾層組件在每個(gè)緊固層之間會(huì)有密封材料層，可部分地防止腐蝕和磨損。為了方便腔體的制造，在本發(fā)明中修改了這種配置，這樣僅在元件56和58之間設(shè)置密封層68，通常在元件58和60之間的密封被至少部分地除去，在其間形成氣體可透間隙70。根據(jù)本實(shí)施例，通過在間隙70的周圍設(shè)置周圍密封件74，間隙70可形成到腔體72中。在鉚釘62的平端66的周圍、與元件60的表面相鄰的位置，使用少量的密封劑75。裝置18c，包括監(jiān)測(cè)設(shè)備26c，連接到腔體72來監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)10c的完整性。監(jiān)測(cè)設(shè)備26c包括致使高流量阻件28與壓力轉(zhuǎn)換器30之間平行相連的導(dǎo)管22c。轉(zhuǎn)換器30通過電導(dǎo)件36與放大顯示件34相連。此外，連接在阻件28兩端的壓差轉(zhuǎn)換器30，可以是非電指示件。
本實(shí)施例的壓力流體源20c是飛機(jī)的座艙壓力，其進(jìn)入阻件28和轉(zhuǎn)換器30。座艙壓力用“CP”標(biāo)出，相關(guān)壓力用黑色箭頭示出。
若在鉚釘62周圍，中間元件58上形成裂紋100，就會(huì)在鉚釘62和頭部64周圍產(chǎn)生通向外部高海拔的大氣FA(與白色壓力指示箭頭相關(guān))的流體滲漏流通路徑(用小黑色流通指示箭頭示出)，原因就是裂紋100和隨后固定的松動(dòng)。經(jīng)由阻件28流入腔體72的氣流增加的結(jié)果可以被轉(zhuǎn)換器30以壓差的變化而檢測(cè)到，從而提供了元件58中裂紋100的指示。
在圖4b所示的另一實(shí)施例中，用于監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)10c的完整性的裝置18′包括含有流體標(biāo)記例如液體或氣體染劑，或可測(cè)氣體的柔性容器76，其由導(dǎo)管22′代替導(dǎo)管22c連接到腔體72。如前述實(shí)施例若在元件58中產(chǎn)生的裂紋100延伸至鉚釘62，就會(huì)有標(biāo)記從容器76中通過導(dǎo)管22′、腔體72、裂紋100和鉚釘62周圍，滲漏到外部大氣。之所以會(huì)這樣是因?yàn)槿嵝匀萜?6也受到了座艙壓力CP。對(duì)鉚釘62周圍染劑或氣體的檢測(cè)，提供了元件58中出現(xiàn)裂紋的指示。
若流體標(biāo)記為液體，則可以通過目視檢查結(jié)構(gòu)的方法檢測(cè)。在鉚釘62的頭部周圍出現(xiàn)的染劑可潛在地歸因?yàn)榱鸭y的存在。若用可測(cè)氣體作為標(biāo)記，例如氦，氣體監(jiān)測(cè)和檢查設(shè)備需要檢測(cè)從結(jié)構(gòu)中氣體的逸出。在結(jié)構(gòu)本身具有可透性的情況下，當(dāng)然會(huì)有穩(wěn)定狀態(tài)的氣流穿過結(jié)構(gòu)，在該情況下需要監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)條件下的變化。另一方面，若最初制造后結(jié)構(gòu)絕對(duì)不可透，則需檢測(cè)任何氣體標(biāo)記的出現(xiàn)。這當(dāng)然與監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)裝置26c兩端顯著的壓差的出現(xiàn)一樣，表明了在以前不存在的流體位置上的流體。然而，因?yàn)榱髯柙O(shè)備26c的敏感度，流體標(biāo)記方法更可能被用作缺陷位置指示器。
圖5至7描述了本發(fā)明的實(shí)施例可應(yīng)用到其中的各種“夾層”結(jié)構(gòu)。
在圖5a中，結(jié)構(gòu)10d的一部分包括兩個(gè)被鉚釘62固定在一起的元件56和60。在元件56和60的兩個(gè)相對(duì)鄰面之間有氣體可透間隙70。通過用周圍密封74密封間隙70形成了腔體72。與圖4a類似，結(jié)構(gòu)10d是包含座艙壓力CP的飛機(jī)機(jī)身的一部分，并被設(shè)置在流體FA(即高空環(huán)境氣壓)的環(huán)境中。通過導(dǎo)管22d連接腔體72至與上述類型的圖4a中的26c類似的監(jiān)測(cè)裝置26d，可以監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)10d的完整性。
因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)10d中的腔體72完全被流體F包圍，任何從腔體72的氣體的滲漏經(jīng)元件56都會(huì)到外部環(huán)境FA。
在上述圖50的配置的變體中，如圖5b所示，裝置26c可連接在腔體72和外部大氣壓FA之間。在該示例中，在元件60中形成穿透的情況下，腔體72成為座艙壓力(CP)形式的壓力流體源的導(dǎo)管。該配置在隨后的圖6a和6b中進(jìn)一步描述。
在圖6中，結(jié)構(gòu)10e與圖4a中的結(jié)構(gòu)10c十分相似。然而此時(shí)結(jié)構(gòu)10e用兩個(gè)腔體72s和72n形成。腔體72s形成在結(jié)構(gòu)10e的元件56和58的兩個(gè)相鄰表面之間。腔體72s通過導(dǎo)管22s和與上述結(jié)構(gòu)和功能類似的監(jiān)測(cè)裝置26e與壓力流體源20e(CP)流體連通。然而存在于元件58和60之間的腔體72n與參考外部環(huán)境FA的流體壓力流體連通。這樣現(xiàn)在就便于檢測(cè)在中間元件58中的裂紋101，其在腔體72s和72n之間延伸，而不是經(jīng)由元件56直接延伸到外部環(huán)境FA。打點(diǎn)的軌跡示出了流通路徑從壓力流體源20e開始，經(jīng)過管22s和設(shè)備26e、腔體72s、裂紋101、腔體72n、導(dǎo)管22n，然后到外部大氣“環(huán)境”壓力FA。
作為另一方法，可以用管22n將腔體72n連通到類似26e(26x)的裝置，然后到大氣壓力參考FA。這在圖6a中示出，所用監(jiān)測(cè)裝置26x與圖5a所示的配置基本相同。這樣配置的目的是為了監(jiān)測(cè)元件60的完整性。在元件60中形成使腔體72n與座艙壓力CP(流體源20e)連通的裂紋或缺陷102，將會(huì)造成壓力下降，原因是通過裝置18x流阻到外部環(huán)境FA的滲漏流量(小箭頭和點(diǎn))。若期望這個(gè)特征，一般可以按旁路或間隔執(zhí)行裝置26x的連接，以防止兩個(gè)監(jiān)測(cè)裝置26e和26x(如圖6b所示)的連續(xù)串聯(lián)，連續(xù)串聯(lián)會(huì)使裝置26e和26x對(duì)于元件58中產(chǎn)生的缺陷101的敏感度減半。從腔體72s經(jīng)元件58中的裂紋(101)、到腔體72n的滲漏流量將不得不穿過這兩個(gè)高流量阻件串聯(lián)的監(jiān)測(cè)裝置26e和26x，這兩個(gè)相關(guān)的壓差傳感器將分享造成敏感度減半的壓力下降。串聯(lián)流量的問題用小箭頭和點(diǎn)示出。當(dāng)然，若元件56中形成的裂紋直接延伸到外部環(huán)境FA，就不會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問題。
圖7示出了另一夾層結(jié)構(gòu)10f，其具有用鉚釘62連接在一起的四層56、57、58和60。層57包括兩個(gè)相接的面。結(jié)構(gòu)10f還是包含座艙壓力CP的飛機(jī)機(jī)身的一部分，并設(shè)置在為高空外部空氣壓力的流體環(huán)境中。監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)10f的完整性的方法包括形成經(jīng)由導(dǎo)管22s，與上述典型的26c和26x類型的監(jiān)測(cè)裝置的壓力流體源CP流體連通的腔體72s；形成經(jīng)由導(dǎo)管22n與環(huán)境環(huán)境壓力FA流體連通的腔體72n，腔體72n在腔體72s之間。監(jiān)測(cè)圖5a和6a的元件60的完整性的配置，可類似地應(yīng)用到圖7。
圖8a示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例。該實(shí)施例應(yīng)用到包括三層56、58和60的結(jié)構(gòu)10g中，三層56、58和60被鉚釘62連接在一起形成夾層結(jié)構(gòu)。與圖4a中所示實(shí)施例的相關(guān)解釋相同，對(duì)于這樣的結(jié)構(gòu)，在相鄰層之間加入密封材料68是很常見的。特別提供層68，以防止關(guān)于鉚釘62的層56，58，60的腐蝕和磨損。在本實(shí)施例中，在結(jié)構(gòu)10g中設(shè)置腔體72的步驟包括消除相鄰兩層之間的部分密封劑68。然而在鉚釘62周圍仍保持密封劑68的區(qū)域，以保持最小化層56、58和60的磨損的功能，并且為腔體72形成邊界密封。清除的密封劑68產(chǎn)生了密封的腔體72，其能與壓力流體源流體連通。實(shí)際上更替的腔體72，如同圖6和7所示實(shí)施例的相關(guān)描述，能與大氣和流體源流體連通。除去密封劑68來產(chǎn)生腔體72的工作，最好在制造結(jié)構(gòu)10g的過程中實(shí)現(xiàn)，方法是在層56、58和60上放置擋板來阻止密封劑68在所選區(qū)域沉積。在密封劑層68制好并除去擋板后，用鉚釘62將結(jié)構(gòu)10g緊固在一起。
圖8b示出了與圖8a所示的不同的結(jié)構(gòu)10h，不同之處在于故意在層56、58和60的表面上消除密封劑68的區(qū)域形成凹槽80。這提供了更大更多的明顯的腔體72。可以用任何已知的方法來形成凹槽80，包括但不限定于，化學(xué)蝕刻?？梢酝ㄟ^按與圖4a至7相關(guān)的上述方法中的特定的22c至22x中導(dǎo)管，使腔體72與定常壓力流體源流體連通。當(dāng)然另一變體中，另外的腔體72，可以與流體源20(CP)和環(huán)境壓力FA連通。
圖9示出了另一結(jié)構(gòu)的部分截面斜向視圖，該結(jié)構(gòu)的形式為具有預(yù)成形、彈性自粘薄膜襯墊110的互搭接頭10j夾在層56和60之間，被鉚釘62緊固。襯墊110包括被切割和組裝的形狀，以便夾在層板56和60之間時(shí)限定多個(gè)腔體72。為方便畫圖，用粗線畫出腔體72。通過將腔體72與大氣壓力基準(zhǔn)值和與前邊示例的26c至26e的監(jiān)測(cè)裝置連接的座艙壓力交替連接，就可以在任一層發(fā)生破裂之前，較早的檢測(cè)到會(huì)穿透層表面56或60的裂紋。這很重要，因?yàn)樵谶^去由于裂紋不可見，在飛機(jī)機(jī)身上發(fā)生了快速失效的鏈鎖反應(yīng)。通過順序地的顛倒座艙壓力/環(huán)境壓力的關(guān)系，對(duì)于每個(gè)鉚釘62兩邊所示的三個(gè)腔體，通過記錄第二阻斷，裂紋生長(zhǎng)的確定能夠被實(shí)現(xiàn)以輔助消除無效正壓。另一個(gè)參考是，審查者可參考國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/AU94/00325(WO94/27130)的說明書，其公開了裂紋檢測(cè)的內(nèi)容。
既然已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施例，那么對(duì)于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說，在不脫離廣泛發(fā)明概念的前提下，進(jìn)行大量的修改和變化，將是顯而易見的。例如，當(dāng)流體源20為氣體源時(shí)，除潮器可設(shè)置在流體源20和阻件28之間，以在該氣體流入結(jié)構(gòu)10之前干燥氣體。另外，流體源20可以是惰性氣體源。再者，限定的腔體可包含抗腐蝕劑。若結(jié)構(gòu)10為具有相互密封的多個(gè)內(nèi)腔的復(fù)合材料，則本發(fā)明的實(shí)施例包括在內(nèi)腔之間的復(fù)合材料之中形成連通路徑。
所有這些修改和變化都在本發(fā)明范圍之內(nèi)，其特征由上邊描述和所附權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測(cè)置于包含處于環(huán)境壓力下的流體的環(huán)境中的結(jié)構(gòu)的完整性的方法，所述結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)內(nèi)腔，所述方法包括至少如下步驟在大于所述的環(huán)境壓力的第一壓力下，提供第一流體源；使所述的至少一個(gè)腔體與所述流體源流體連通；和監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下所述第一流體流入所述至少一個(gè)內(nèi)腔的流率的變化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一流體源壓力相對(duì)于所述環(huán)境壓力基本上為常量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述的監(jiān)測(cè)步驟包括在所述至少一個(gè)腔體和所述流體源之間串聯(lián)連接高流量阻抗，以便在所述至少一個(gè)腔體和所述流體源之間產(chǎn)生穩(wěn)定狀態(tài)的壓差，并監(jiān)測(cè)在所述穩(wěn)定狀態(tài)下壓差的變化。
4.如權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述的在所述第一壓力下提供所述第一流體源的步驟包括設(shè)置所述第一壓力在比所述環(huán)境壓力足夠大的水平，以克服吸濕力和毛細(xì)作用，但不足以損害所述結(jié)構(gòu)的完整性。
5.如權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述的提供所述第一流體源的步驟包括提供第一氣體源。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述提供所述第一氣體的步驟包括在所述流體源和所述至少一個(gè)腔體之間提供防潮器，以在流入所述至少一個(gè)腔體之前干燥所述氣體。
7.如權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的方法，其中，若所述結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)或更多內(nèi)腔，所述放置步驟包括(a)放置所述內(nèi)腔使之彼此流體連通；和/或(b)放置所述腔體與所述流體源流體連通。
8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述監(jiān)測(cè)步驟包括提供一定量的與所述流體源流體連通的流體標(biāo)記；和監(jiān)測(cè)所述結(jié)構(gòu)以跟蹤所述流體標(biāo)記。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述流體標(biāo)記包括標(biāo)設(shè)液體或氣體的染料。
10.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)流入量變化的步驟，包括提供與所述流體源流體連通的一定量的可測(cè)氣體；提供一種對(duì)所述氣體的檢測(cè)方法；和監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下，從所述結(jié)構(gòu)中所述氣體滲漏率的變化。
11.一種監(jiān)測(cè)置于包含在環(huán)境壓力下流體的環(huán)境中的結(jié)構(gòu)完整性的方法，所述方法包括如下步驟在所述結(jié)構(gòu)中形成密封的腔體；在大于所述的環(huán)境壓力的第一壓力下，提供第一流體源；使所述的至少一個(gè)腔體與所述流體源流體連通；和監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下所述第一流體流入所述腔體的流率的變化。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述的形成所述密封腔體的步驟包括在所述結(jié)構(gòu)之內(nèi)或之上形成凹槽或凹陷，并且形成橫跨凹槽或凹陷的密封。
13.一種監(jiān)測(cè)置于包含處于環(huán)境壓力下的流體的環(huán)境中的結(jié)構(gòu)的完整性的方法，所述結(jié)構(gòu)由兩個(gè)或多個(gè)互相連接的元件組配而成，所述元件相互并列設(shè)置，以使一個(gè)元件的表面與至少另一個(gè)所述元件的表面相鄰，從而形成各自相鄰的表面對(duì)，所述方法包括如下步驟在一個(gè)或多個(gè)所述相鄰表面對(duì)之間形成一個(gè)或多個(gè)腔體；提供第一流體源，以及大于所述環(huán)境壓力的第一壓力；使至少一個(gè)所述的腔體與所述流體源流體連通，以產(chǎn)生至少一個(gè)流體源壓力腔體；和監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下所述第一流體流入所述至少一個(gè)流體源壓力腔體中的流率的變化。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括如下步驟使另外的所述腔體與所述環(huán)境壓力流體連通，以產(chǎn)生相鄰更替的流體源壓力腔體和環(huán)境壓力腔體。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括如下步驟設(shè)置串聯(lián)在所述環(huán)境壓力腔體和所述環(huán)境或所述環(huán)境壓力的流體源之間的除潮器。
16.如權(quán)利要求13至15中任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述監(jiān)測(cè)步驟包括在所述流體源壓力腔體和所述流體源之間，串聯(lián)連接高流量阻抗，以在所述流體源壓力腔體和所述流體源之間產(chǎn)生穩(wěn)定狀態(tài)壓差，并監(jiān)測(cè)在所述穩(wěn)定狀態(tài)下壓差的變化。
17.如權(quán)利要求13至15中任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述監(jiān)測(cè)步驟包括提供一定量與所述第一流體源流體連通的流體標(biāo)記，并監(jiān)測(cè)所述結(jié)構(gòu)以跟蹤所述流體標(biāo)記。
18.如權(quán)利要求13至17中任一權(quán)利要求所述的方法，其中，若所述結(jié)構(gòu)的所述元件，被粘性層連接在一起，或者在所述相鄰表面對(duì)之間結(jié)合密封材料層，所述形成步驟包括在所述粘性或密封層內(nèi)形成所述腔體。
19.如權(quán)利要求13至17中任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述元件被機(jī)械緊固件連接，所述形成步驟包括在所述相鄰表面對(duì)附近提供密封，以便在所述相鄰表面對(duì)之間形成所述腔體。
20.一種用于監(jiān)測(cè)置于包含在環(huán)境壓力下流體的環(huán)境中的結(jié)構(gòu)完整性的方法，所述結(jié)構(gòu)具有至少一內(nèi)腔，所述裝置至少包括在大于所述環(huán)境壓力的第一壓力下的第一流體源；用于提供所述流體源和所述至少一個(gè)腔體之間流體連通的連通通道；以及監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下所述第一流體經(jīng)所述通道流入至所述至少一個(gè)內(nèi)腔的流率變化的監(jiān)測(cè)裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述的監(jiān)測(cè)裝置包括串聯(lián)設(shè)置在所述至少一個(gè)腔體和所述流體源之間，所述連通通道內(nèi)的高流量阻件，所述的高流量阻件在所述至少一個(gè)腔體和所述流體源之間產(chǎn)生穩(wěn)定狀態(tài)的壓差，以及連接在所述高流量阻件兩端，用于監(jiān)測(cè)所述穩(wěn)定狀態(tài)下壓差的變化的轉(zhuǎn)換器裝置。
22.如權(quán)利要求20或21所述的裝置，其中，所述第一壓力足夠大于所述環(huán)境壓力，以克服吸濕力和毛細(xì)作用，但是都不足以對(duì)所述結(jié)構(gòu)造成損害。
23.如權(quán)利要求20至22中任一個(gè)所述的裝置，其中，第一流體為氣體。
24.如權(quán)利要求20至23中任一個(gè)所述的裝置，還包括位于所述流體源和至少一個(gè)腔體之間的除潮器，以在所述氣體流入所述至少一個(gè)腔體之前將氣體干燥。
25.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述監(jiān)測(cè)裝置包括與所述流體源連通的流體標(biāo)記，其用于在所述流體從所述腔體流經(jīng)所述結(jié)構(gòu)至所述環(huán)境發(fā)生滲漏的位置上給所述結(jié)構(gòu)做標(biāo)記。
26.一種方法，以防止目標(biāo)流體進(jìn)入設(shè)置在包含處于環(huán)境壓力下的目標(biāo)流體的環(huán)境中的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)內(nèi)腔，所述方法包括如下步驟提供處于第一壓力下的第一流體源，第一壓力大于所述環(huán)境壓力；和在所述至少一個(gè)內(nèi)腔和所述流體源之間提供流體連通路徑。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括步驟監(jiān)測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)下所述第一流體流入所述至少一個(gè)內(nèi)腔中流率的變化，從而便于監(jiān)測(cè)所述結(jié)構(gòu)的完整性。
28.一種裝置，用于防止目標(biāo)流體進(jìn)入設(shè)置在包含處于環(huán)境壓力下的目標(biāo)流體的環(huán)境中的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)內(nèi)腔，所述裝置至少包括處于大于所述環(huán)境壓力的第一壓力下的第一流體源；和用于在所述流體源和所述至少一個(gè)腔體之間提供流體連通的一個(gè)或多個(gè)連通通道。
全文摘要
為監(jiān)測(cè)置于包含處于環(huán)境壓力下的流體(F)的環(huán)境中結(jié)構(gòu)(10)的完整性提供一種方法和裝置。結(jié)構(gòu)(10)包括外殼(12)和多個(gè)內(nèi)腔(14)。該方法包括施加另一流體至腔體(14)，施加的流體處于稍大于大氣環(huán)境壓力(F)的壓力下。監(jiān)測(cè)施加的流體的流率，來檢測(cè)流率的變化。流率的變化表明了通過結(jié)構(gòu)(10)的額外流體滲漏，從而提供了結(jié)構(gòu)(10)的完整性失效的高級(jí)報(bào)警。通過使施加的流體流過高流量阻件(28)和用轉(zhuǎn)換器(30)監(jiān)測(cè)阻件(28)兩端壓力的變化，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能。
文檔編號(hào)G01M3/32GK1469996SQ01817389
公開日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2001年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月8日
發(fā)明者肯尼思·J·戴維, 肯尼思 J 戴維 申請(qǐng)人:結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有限公司