PT106994A - METHOD AND MONITORING SYSTEM FOR AGING ELECTRIC WIRING - Google Patents

Abstract

NESTA INVENÇÃO SÃO DESCRITOS UM MÉTODO E UM SISTEMA PARA ANTECIPAR POTENCIAIS DEFEITOS EM CABLAGENS ELÉCTRICAS, NOMEADAMENTE EM CIRCUITOS ABERTOS OU CURTO-CIRCUITOS PROVOCADOS PELO PROCESSO DE ENVELHECIMENTO DE CABOS. UM CONJUNTO DE ELÉCTRODOS FINOS ADEQUADAMENTE DISTRIBUÍDOS EM TORNO DE CABOS ELÉCTRICOS, CONSTITUÍDOS POR RESISTÊNCIAS MONTADAS EM SÉRIE E PARALELO, É UTILIZADO PARA PREVER A LOCALIZAÇÃO DE RUPTURA IMINENTE DO ISOLAMENTO, INCLUINDO EM CABLAGENS RAMIFICADAS. O SISTEMA FORNECE MONITORIZAÇÃO AUTOMÁTICA DOS CABOS EM TEMPO REAL. A ARQUITECTURA DO CONJUNTO DE RESISTÊNCIAS EM SÉRIE E PARALELO É OPTIMIZADA DE ACORDO COM AS CARACTERÍSTICAS DA CABLAGEM A SER MONITORIZADA, ONDE O NÚMERO DE ELEMENTOS É FUNÇÃO DO COMPRIMENTO DO FIO E DA CONFIGURAÇÃO PREFERIDA DO SENSOR. O SENSOR ELÉCTRICO PODE SER INCORPORADO NO CABO OU COLOCADO EM VOLTA DESTE. ESTA INVENÇÃO É ADEQUADA PARA DETERMINAR A CONDIÇÃO DOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE AUTOMÓVEIS E AERONAVES, NOMEADAMENTE ATRAVÉS DA PREVISÃO DA LOCALIZAÇÃO DA AVARIA.In this invention are described a method and a system to anticipate potential defects in electrical wires, in particular in open circuits or short circuits caused by the process of aging of cables. A SET OF FINE ELECTRODES ADEQUATELY DISTRIBUTED AROUND ELECTRICAL CABLES, CONSISTING OF SERIES AND PARALLEL MOUNTED RESISTANCES, IS USED TO PREVENT THE LOCATION OF IMPERATIVE RUPTURE OF THE ISOLATION, INCLUDING IN BRANCHES. THE SYSTEM PROVIDES AUTOMATIC MONITORING OF CABLES IN REAL TIME. THE ARCHITECTURE OF THE SERIAL AND PARALLEL RESISTANCE SET IS OPTIMIZED ACCORDING TO THE CHARACTERISTICS OF THE CABLING TO BE MONITORED, WHERE THE NUMBER OF ELEMENTS IS A FUNCTION OF THE WIRE LENGTH AND THE PREFERRED SENSOR CONFIGURATION. THE ELECTRIC SENSOR MAY BE INCORPORATED IN THE CABLE OR PLACED BACK OF THIS. THIS INVENTION IS ADEQUATE TO DETERMINE THE CONDITION OF THE ELECTRICAL CIRCUITS OF AUTOMOBILE AND AIRCRAFT, ESPECIALLY THROUGH THE FORECASTING OF THE FAILURE LOCATION.

Description

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Descrição Método e Sistema de Monitorização de Envelhecimento de Cablagens EléctricasDescription Method and System for Monitoring Aging of Electrical Wiring

Domínio Técnico da InvençãoTechnical Domain of the Invention

Problemas em estruturas de cablagem envelhecida, nomeadamente em aeronaves, comboios e automóveis foram identificados como causa de avaria e acidentes graves. Por outro lado, identificar as condições de saúde da cablagem durante check-ups de rotina e períodos de manutenção pode ser tedioso, demorado e, esporadicamente, ineficaz. Falhas de ligação intermitentes gue podem ocorrer durante o funcionamento são ainda mais difíceis de identificar. A monitorização contínua e em tempo real do desempenho de cablagens em veículos e aeronaves, sem afectar o sistema eléctrico, é essencial para melhorar os padrões de segurança de meios de transporte. Embora visando principalmente os sectores automóvel e aeronáutico, o conceito pode ser também aplicado no diagnóstico dos sistemas de energia de áreas industriais, comerciais e residenciais. A presente invenção relaciona-se com a detecção de defeitos de isolamento em cabos eléctricos gue conduzem à variação indesejável de impedância, podendo produzir arco eléctrico e curto-circuito. Uma falha pode implicar eventos catastróficos gue levam a curto-circuito, incêndio ou choque eléctrico, ou meramente à degradação da camada de isolamento. A invenção apresenta um método e um sistema adequados para determinar a condição da cablagem de aeronaves, bem como de outros meios de transporte. 2 A Técnica AnteriorProblems in aging cabling structures, particularly in aircraft, trains and automobiles, have been identified as the cause of failure and serious accidents. On the other hand, identifying the health conditions of wiring during routine check-ups and maintenance periods can be tedious, time consuming, and sporadically ineffective. Intermittent power failures that may occur during operation are even more difficult to identify. Continuous and real-time monitoring of cabling performance in vehicles and aircraft, without affecting the electrical system, is essential to improve the safety standards of means of transport. Although primarily aimed at the automotive and aeronautical sectors, the concept can also be applied in the diagnosis of energy systems in industrial, commercial and residential areas. The present invention relates to detecting insulation defects in electrical cables which lead to undesirable impedance variation, which can produce electric arc and short circuit. Failure can lead to catastrophic events that lead to short circuit, fire or electric shock, or merely to the degradation of the insulation layer. The invention provides a method and system suitable for determining the condition of aircraft wiring as well as other means of transport. The Prior Art

Falhas eléctricas ocorrem geralmente quando acontecem arcos eléctricos indesejáveis, porque a resistência eléctrica do ar e de materiais dieléctricos, embora grande, não é infinita. Sob condições especificas, falhas de isolamento podem levar a uma avaria eléctrica. No contexto da presente patente, avaria eléctrica refere-se a uma rápida redução na resistência do isolamento eléctrico, que pode gerar uma faísca em volta ou através do dieléctrico. Avarias eléctricas estão frequentemente associadas a falhas dos materiais líquidos ou sólidos do isolamento utilizados dentro de condensadores ou transformadores de alta tensão. Quando sujeitos a campos eléctricos suficientemente intensos, a ruptura dieléctrica pode ocorrer em sólidos, líquidos, gases ou até mesmo no vácuo. Na presente invenção é particularmente importante a degradação dieléctrica do ar, incluindo variações com densidade e humidade, assim como em materiais utilizados no isolamento dos fios. Superfícies convexas com baixo raio de curvatura são mais propensas a causar ruptura dieléctrica, porque a intensidade do campo eléctrico é maior perto de pontos aguçados. A ruptura parcial do dieléctrico pode ocorrer em gases, como por exemplo a descarga em coroa em condutores de alta tensão em pontos com a maior densidade de campo eléctrico. Um brilho azulado e som crepitante é por vezes detectado em redor de linhas de alta tensão. Descargas em coroa também geram ruído de rádio frequência, uma espécie de zumbido em receptores de rádio, conhecido como estática. Relâmpagos e outros tipos de descargas luminosas são manifestações claras de ruptura eléctrica na atmosfera.Electrical failures generally occur when undesirable electrical arcs occur because the electrical resistance of air and dielectric materials, although large, is not infinite. Under specific conditions, insulation failures can lead to an electrical fault. In the context of the present patent, electrical malfunction refers to a rapid reduction in the resistance of the electrical insulation, which may generate a spark around or through the dielectric. Electrical faults are often associated with failures of liquid or solid insulation materials used inside capacitors or high voltage transformers. When subjected to sufficiently intense electric fields, dielectric rupture can occur in solids, liquids, gases or even in vacuum. Dielectric degradation of air, including variations in density and moisture, as well as in materials used in insulation of the wires, is particularly important in the present invention. Convex surfaces with a low radius of curvature are more likely to cause dielectric rupture because the electric field strength is greater near sharp points. Partial rupture of the dielectric may occur in gases, such as for example corona discharge into high voltage conductors at points with the highest electric field density. A bluish glow and crackling sound is sometimes detected around high voltage lines. Crown discharges also generate radio frequency noise, a kind of buzzing in radio receivers, known as static. Lightning and other types of lightning discharges are clear manifestations of electrical disruption in the atmosphere.

Uma equação empírica, conhecida como lei de Paschen, é usada para calcular a tensão de ruptura, ou seja, a voltagem necessária para iniciar a descarga ou arco 3 eléctrico entre dois eléctrodos num gás, em função da pressão e da distância entre eles. A tensão, Vbr necessária para o arco em função da distância pode ser calculado a partir deAn empirical equation known as Paschen's law is used to calculate the rupture stress, ie, the voltage needed to initiate the electric discharge or arc 3 between two electrodes in a gas, as a function of the pressure and the distance therebetween. The voltage, Vbr required for the arc as a function of distance can be calculated from

NrNr

(01) onde N é o número de partículas por unidade de volume, r é a distância entre eléctrodos, e γ conhecido como coeficiente de ionização secundária de Townsend - é o número líquido de electrões secundários produzidos por ião positivo, fotão, ou partícula excitada ou metaestável. As constantes F e G são uma função da composição do gás. Para ar à pressão atmosférica normal, Y«1.3xlCT2 e F e G são 3.8X1CT20 m2 e l.lxlCT18 V m2, respectivamente (ex., Raju, 2003 - Dielectrics in Electric Fieldsf CRC Press) . A diferenciação da Equação (01) em relação a Nr produz a tensão de ruptura mínima τ rmin _ vb — = Zj- ln{ 1 + 1/y) em Nrmin = J ln(l + l/γ), (02) mm onde e é a base do logaritmo natural. A voltagem necessária ao arco através da separação diminui à medida que a densidade é reduzida e, em seguida, aumenta gradualmente, excedendo o seu valor original. Para pressão atmosférica normal, a tensão de ruptura mínima no ar é cerca de 350 V. Para a constante de Loschmidt, NL=2.7xl025 m”3, é obtida uma distância mínima de ~12 μπι. A Figura 1 mostra a distribuição de voltagem para o ar à pressão atmosférica normal; a intensidade do campo eléctrico para chegar à ruptura é superior a 1 MV πΓ1. Isolamentos sólidos obtêm a 4 sua resistência dieléctrica de ligações covalentes e da densidade muito superior à dos gases.(01) where N is the number of particles per unit volume, r is the distance between electrodes, and γ known as Townsend's secondary ionization coefficient - is the net number of secondary electrons produced by positive ion, photon, or excited particle or metastable. The constants F and G are a function of the gas composition. For air at normal atmospheric pressure, Y = 1.3x1CT2 and F and G are 3.8X1CT20 m2 and lxlCT18 V m2, respectively (eg, Raju, 2003 - Dielectrics in Electric Fields, CRC Press). The differentiation of Equation (01) with respect to Nr produces the minimum rupture stress τ rmin _ vb - = Zj- ln {1 + 1 / y) in Nrmin = J ln (l + l / γ), (02) mm where e is the basis of the natural logarithm. The required voltage to the arc through the separation decreases as the density is reduced and then gradually increases, exceeding its original value. For normal atmospheric pressure, the minimum burst voltage in the air is about 350 V. For the Loschmidt constant, NL = 2.7x1025 m "3, a minimum distance of ~ 12 μπι is obtained. Figure 1 shows the voltage distribution for air at normal atmospheric pressure; the electric field strength to reach the rupture is greater than 1 MV πΓ1. Solid insulation obtains its dielectric strength of covalent bonds and the density much higher than the gases.

Em automóveis e aviões, por exemplo, é importante quantificar o efeito da humidade na tensão de ruptura no ar. Assumindo a aproximação de gás perfeita, a tensão de ruptura é uma função não só da composição, mas também da pressão e temperatura. Adicionalmente, a tensão necessária para iniciar um arco eléctrico entre dois eléctrodos varia com a humidade. No ar, a tensão de ruptura aumenta com a humidade, porque o vapor de água tem maior resistência de ruptura do que a mistura típica de nitrogénio-oxigénio. A água também se recombina rapidamente após dissociação, aumentando a sua resistência de ruptura. Este efeito é mais perceptível em campos uniformes e menos importante nos não-uniformes, como por exemplo ao redor de agulhas. Se a pressão atmosférica é aumentada em 0,01 atm devido à pressão parcial de vapor de água, então a tensão de ruptura aumenta ligeiramente. No entanto, a resistividade superficial diminui com o aumento da humidade; se a superfície for irregular ou contiver partículas de poeira, a humidade favorece a ruptura eléctrica. Assim sendo, camadas finas de vapor de água, condensação e corrosão relacionadas com água podem desempenhar um papel importante no envelhecimento de cabos. Resumidamente, avarias eléctricas seguem geralmente as seguintes características: (i) a tensão de ruptura aumenta a muito altas e muito baixas densidades (lei de Paschen); (ii) a humidade aumenta a tensão de ruptura no ar; (iii) envelhecimento de subprodutos, nomeadamente ácidos, fornece portadores de carga através de dissociação e decréscimo da resistência dieléctrica do meio; (iv) a resistência eléctrica varia com a energia de ionização e composição; (v) pontos aguçados são mais propensos a causar ruptura de dieléctrico; (vi) 5 irregularidades, camadas finas de vapor de água, condensação e corrosão dificultam o isolamento eléctrico. Técnicas de monitorização, mitigação e protecção contra tensão de ruptura (por exemplo, curto-circuito ou incêndio) têm sido amplamente utilizadas em motores eléctricos e máquinas, centrais eléctricas, transporte de energia eléctrica, equipamento residencial, etc. Muitas invenções descrevem aparelhos e métodos visando protecção da cablagem contra curto-circuito, mas poucas abordam a monitorização da integridade da cablagem. Na verdade, a maioria dos sistemas são usados para mitigação de ruptura eléctrica e curto-circuitos, em detrimento de previsão de erros, ou seja, detecção de falhas em vez de antecipação de problemas. Em sistemas críticos de aeronaves, medidas de precaução para vigilância da integridade da cablagem são importantes para minimizar o risco de falha catastrófica. Os sistemas de monitorização podem ser divididos de acordo com o método utilizado (activo ou passivo) e a estratégia escolhida (preventiva ou causal). Os sistemas activos injectam um sinal na cablagem para detectar padrões de propagação e reflexão de ondas. Os sistemas passivos não interferem com a cablagem e simplesmente identificam características de propagação de sinal (por exemplo, ruído). Embora algumas abordem métodos activos, a maioria das patentes descrevem técnicas passivas, causais; os exemplos mais simples incluem fusíveis e disjuntores. Os métodos activos mais comuns incluem reflectometria eletromagnética (domínio temporal, domínio de frequência e domínio temporal com 'spread-spectrum') , reflectometria acústica, indutância mútua e impedância mútua. Os métodos passivos são compostos por impedância, indutância, fotometria e reflectometria 'noise-domain' . Por exemplo, a técnica de reflectometria 'noise-domain' usa sinais de dados predominantes nos cabos e não requer injecção de um 6 sinal no sistema de monitorização. A técnica mais comum envolve detecção de variações de impedância, e.g., circuito aberto ou curto-circuito. As patentes divulgadas até agora reflectem o estado da arte descrito acima. Há muitas invenções que descrevem tecnologias e aplicações para a protecção de cablagens, utilizando fusíveis e disjuntores (JPH05215799, US4135134, SU1195301, RU2020499, JPH02218903, JPS62196798, JP2012174632, JPH06160221, JP2006194794, US2006025942, JP2005317313, JP2002131361, JP2001196704, JP2000339572, US2005275411, JP2008181561, JPH0658989, JPS63187167, SU1260880, JPH0992046, CA2458785, JPH06130114, CN1529179, SU1241165 e US3621384). Por exemplo, a patente JP2001196704 divulga uma placa de circuito impresso para um sensor de ruptura, por exemplo, para aumentar a confiabilidade de cofres. Quando um sêlo eléctrico é quebrado por qualquer força externa, o padrão condutor na superfície da placa de circuito impresso é desconectado, cortando o sinal eléctrico e detectando uma intrusão. A patente JPH02218903 relata um método de cablagem para um sensor com múltiplas resistências, utilizando uma ponte Wheatstone. A patente JPH06160221 apresenta um método para obter o padrão de ligação de um sensor de tensão mecânica para relaxar controlos de processo. A patente JPS62196798 divulga um sistema de cablagem para sensor de fogo. A patente JP2006194794 mostra um dispositivo de detecção de curto-circuito do dispositivo terminal de cablagem. A patente apresenta um método e um sistema para determinar a posição de curto-circuito num sistema de cablagem ramificado. A distância de curto-circuito para um ponto de medição de impedância é determinado com base na impedância medida do sistema ramificado de cabos. As patentes SU1260880, SU1241165, e SU1195301 discutem um método de localização de curto-circuito em cablagem eléctrica. A patente CN1529179 divulga 7 um método para posicionamento de precisão de falhas em linhas de transmissão com geometria especifica. 0 método recolhe dados a fim de obter sinais de tensão e corrente em várias extremidades dos fios testados e baseia-se na lei de Kirchhoff. A patente JP2000339572 aborda um método para discriminar desconexão e curto-circuito de uma cablagem acústica, a partir da aplicação de tensões com sinais simétricos.In automobiles and airplanes, for example, it is important to quantify the effect of moisture on the bursting strain in the air. Assuming the perfect gas approach, the bursting voltage is a function not only of the composition, but also of the pressure and temperature. Additionally, the voltage required to initiate an arc between two electrodes varies with humidity. In air, the bursting stress increases with moisture, because the water vapor has higher bursting strength than the typical nitrogen-oxygen blend. Water also recombines rapidly after dissociation, increasing its breaking strength. This effect is more noticeable in uniform fields and less important in non-uniform ones, such as around needles. If the atmospheric pressure is increased by 0.01 atm due to the partial pressure of water vapor, then the tensile stress increases slightly. However, the surface resistivity decreases with increasing humidity; if the surface is uneven or contains dust particles, the moisture favors electric rupture. Therefore, thin layers of water vapor, condensation and corrosion related to water can play an important role in aging cables. Briefly, electrical failures generally follow the following characteristics: (i) the rupture stress increases at very high and very low densities (Paschen's law); (ii) moisture increases the rupture stress in the air; (iii) aging of by-products, in particular acids, provides charge carriers through dissociation and decrease in the dielectric strength of the medium; (iv) the electrical resistance varies with the ionization energy and composition; (v) sharp points are more likely to cause dielectric rupture; (vi) 5 irregularities, thin layers of water vapor, condensation and corrosion hamper electrical insulation. Techniques for monitoring, mitigating and protecting against breakdown voltage (eg short-circuit or fire) have been widely used in electric motors and machines, power plants, electric power transport, residential equipment, etc. Many inventions describe apparatus and methods for short-circuit protection of wiring, but few address the monitoring of wiring integrity. In fact, most systems are used for electrical breakdown mitigation and short-circuiting, rather than predicting errors, that is, fault detection rather than anticipation of problems. In critical aircraft systems, precautionary measures for wiring integrity monitoring are important to minimize the risk of catastrophic failure. Monitoring systems can be divided according to the method used (active or passive) and the chosen strategy (preventive or causal). Active systems inject a signal into the wiring to detect wave propagation and reflection patterns. Passive systems do not interfere with cabling and simply identify signal propagation characteristics (eg, noise). Although some approach active methods, most patents describe passive, causal techniques; the simplest examples include fuses and circuit breakers. The most common active methods include electromagnetic reflectometry (temporal domain, frequency domain and spread-spectrum temporal domain), acoustic reflectometry, mutual inductance and mutual impedance. The passive methods are composed of impedance, inductance, photometry and noise-domain reflectometry. For example, the noise-domain reflectometry technique uses predominant data signals in the cables and does not require injection of a signal into the monitoring system. The most common technique involves detecting impedance variations, e.g., open circuit or short circuit. The patents disclosed thus far reflect the state of the art described above. There are many inventions that describe technologies and applications for the protection of wiring, using fuses and circuit breakers (JPH05215799, SU1195301, RU2020499, JPH02218903, JPS62196798, JP2012174632, JP2006119229, JP2006194794, US2006025942, JP2005317313, JP2002131361, JP2001196704, JP2000339572, US2005275411, JP2008181561 , JPH0658989, JPS63187167, SU1260880, JPH0992046, CA2458785, JPH06130114, CN1529179, SU1241165 and US3621384). For example, JP2001196704 discloses a printed circuit board for a burst sensor, for example, to increase the reliability of safes. When an electric seal is broken by any external force, the conductive pattern on the surface of the printed circuit board is disconnected, cutting off the electrical signal and detecting an intrusion. JPH02218903 reports a method of wiring a multi-strength sensor using a Wheatstone bridge. JPH06160221 discloses a method for obtaining the attachment pattern of a mechanical tension sensor for relaxing process controls. The patent JPS62196798 discloses a wiring system for fire sensor. JP2006194794 shows a short-circuit detection device of the wiring terminal device. The patent discloses a method and system for determining the short-circuit position in a branched cabling system. The short-circuit distance to an impedance measurement point is determined based on the measured impedance of the branched cable system. Patents SU1260880, SU1241165, and SU1195301 discuss a method of locating short-circuit in electrical wiring. Patent CN1529179 discloses a method for accurately positioning failures in transmission lines with specific geometry. The method collects data in order to obtain voltage and current signals at various ends of the tested wires and is based on Kirchhoff's law. JP2000339572 discusses a method for discriminating disconnection and short-circuit of acoustic wiring from the application of voltages with symmetrical signals.

Descrição das FigurasDescription of Figures

Os aspectos relevantes e as vantagens esperadas da presente invenção são descritas abreviadamente para acompanhar a descrição detalhada. Está incluída uma tabela com propriedades importantes de metais e ligas metálicas tipicamente utilizados no fabrico de fios e cabos eléctricos. Para facilitar a compreensão do método proposto e do sistema explicado na descrição, são incluídas as seguintes figuras: A Figura 1 elucida a tensão de ruptura do ar em função da distância do espaçamento dado pela lei de Paschen. A Figura 2 mostra o circuito eléctrico equivalente da fita usada para envolver cabos e fichas eléctricas. A caixa a tracejado denota a secção resistiva dos cabos (eléctrodos). A Figura 3 ilustra um sensor eléctrico resistivo fino (eléctrodo) usado para envolver cabos e fichas eléctricas. A Figura 4 exemplifica a secção lateral do sensor eléctrico resistivo usado para envolver cabos e fichas eléctricas descritos na Figura 3. A Figura 5 indica o circuito eléctrico equivalente da distribuição de eléctrodos mostrada na Figura 3. A Figura 6 apresenta a variação de tensão normalizada relativamente à tensão nominal de operação em função de falhas específicas em uma resistência dos cabos. 8 A Figura 7 ilustra a variação de tensão normalizada relativamente à tensão nominal em condições de operação, em função da razão das resistências série-paralelo e de falhas especificas nos fios. A Figura 8 mostra uma arquitectura simples para detectar falhas de fichas eléctricas em ramos diferentes (Blf B2, . . ., Bn) . As caixas identificam unidades especificas de leitura electrónica. A Figura 9 apresenta a arquitectura para detectar falhas em ramos diferentes (e.g., Bi e B2) de circuitos eléctricos, acompanhada do circuito equivalente, considerando resistências de indexação dos vários ramos (Rc) . A Figura 10 ilustra um sensor eléctrico resistivo fino numa banda plana, a qual é utilizada para envolver cabos e fichas eléctricas. A Figura 11 exemplifica uma secção transversal do sensor eléctrico resistivo, com configuração plana envolvendo um grupo de cabos. A Tabela 1 apresenta algumas propriedades de metais e ligas metálicas utilizados em cabos eléctricos.Relevant aspects and expected advantages of the present invention are briefly described to accompany the detailed description. A table is included with important properties of metals and alloys typically used in the manufacture of electrical wires and cables. In order to facilitate the understanding of the proposed method and the system explained in the description, the following figures are included: Figure 1 elucidates the rupture tension of the air as a function of the distance of the spacing given by Paschen's law. Figure 2 shows the equivalent electrical circuit of the tape used to wrap cables and plugs. The dashed box denotes the resistive section of the leads (electrodes). Figure 3 illustrates a thin resistive electrical sensor (electrode) used to wrap cables and electrical plugs. Figure 4 exemplifies the side section of the resistive electric sensor used to wrap cables and plugs described in Figure 3. Figure 5 indicates the equivalent electrical circuit of the electrode distribution shown in Figure 3. Figure 6 shows the relatively normalized voltage variation to the rated operating voltage due to specific faults in a cable resistance. Figure 7 shows the voltage variation normalized with respect to the nominal voltage under operating conditions, depending on the ratio of the series-parallel resistors and specific faults in the wires. Figure 8 shows a simple architecture for detecting faults of electrical plugs in different branches (Blf B2, ..., Bn). The boxes identify specific electronic reading units. Figure 9 shows the architecture to detect faults in different branches (eg, Bi and B2) of electrical circuits, accompanied by equivalent circuit, considering indexing resistances of the various branches (Rc). Figure 10 shows a thin resistive electrical sensor in a flat band, which is used to wrap cables and electrical plugs. Figure 11 shows a cross-section of the resistive electrical sensor, with a flat configuration surrounding a group of cables. Table 1 presents some properties of metals and metal alloys used in electrical cables.

Descrição Sumária da InvençãoSummary Description of the Invention

Problemas com cablagem em estruturas em envelhecimento, nomeadamente aeronaves e automóveis, têm sido causa da grande parte das falhas ocorridas e, por vezes, de acidentes. O envelhecimento precoce é normalmente associado a: (i) tensão mecânica causada pela variação de temperatura; (ii) corrosão devido, por exemplo, à humidade e à exposição a ambientes cuja composição seja demasiado salgada, e.g., zonas perto do mar; (iii) mas também devido a atrito mecânico. Para resolver este problema, a seguinte invenção combina alguns conceitos distintos. O método 9 proposto nesta patente minimiza a interferência causada por monitorização instantânea ou com circuito em carga, sendo baseado num divisor de tensão que combina um conjunto de resistências constituídas por filamentos finos associados em série e em paralelo. 0 método e os sistemas associados estão assentes em teoria de circuitos, nomeadamente na lei de Kirchhoff e no teorema de Thévenin, bem como nas propriedades de resistividade e condutividade de condutores. 0 sistema pode ser embebido ou envolvido em torno da cablagem no sentido de melhorar a detecção de falhas. Este sistema permite a monitorização de circuitos eléctricos com múltiplas ramificações, sendo a maior vantagem do presente sistema, quando comparado com os conceitos disponíveis, a sua capacidade de antecipar avarias, revelando capacidades intrínsecas de previsão de falha de circuitos. 0 presente sistema requer pouca massa, pouca energia e é muito pequeno, tendo em vista não só a detecção mas também a previsão de problemas em circuitos elétricos. 0 sistema inclui uma unidade de medição (SU) , com uma ou mais malhas S-P, uma unidade multiplexadora (MU) que é utilizada sempre que duas ou mais ramificações são incluídas, e uma unidade de aquisição de dados e processamento de sinal (DASPU). A arquitectura mais simples inclui um divisor de tensão, um conjunto de eléctrodos devidamente distribuídos em torno do cabo monitorizado, e uma unidade electrónica de leitura e processamento que contém um conversor analógico-digital e igualmente um algoritmo simples de processamento de sinal. Nesta patente, as palavras falha, avaria e ruptura são usadas para se referir a súbitas, indesejadas variações de impedância em circuitos eléctricos, devido em particular à possível degradação do isolamento, arcos eléctricos, e a curto-circuitos ou circuitos abertos. 10 São designados por eléctrodos os fios individuais que são usados para construir malhas que cobrem áreas destinadas à medição; o conjunto da malha é designado por sensor eléctrico ou rede de medição passiva. Os eléctrodos são concebidos por cabos finos com resistência conhecida e baixo coeficiente de temperatura resistivo. A utilização de certo tipo de materiais, e.g., ligas metálicas cuja resistividade não é sensível a gradientes de temperatura, é muito importante. Este constrangimento é relevante para garantir que a variação de resistência com a temperatura dos cabos dos eléctrodos seja mínima. Uma vez que algumas falhas podem produzir pequenas variações na resistência equivalente do sensor, torna-se bastante importante seleccionar materiais com baixo coeficiente de temperatura resistivo, porque grandes gradientes de temperatura levariam à degradação da precisão do sistema. Esta questão é mais significativa quando o sistema é utilizado para monitorizar falhas em cabos com múltiplas ramificações, uma vez que seria exigida uma maior precisão. A resistividade, comprimento e secção transversal dos eléctrodos podem ser efectivamente avaliados e aferidos no sentido de alcançar os valores de resistência pretendidos.Problems with wiring in aging structures, namely aircraft and automobiles, have been the cause of many failures and sometimes accidents. Early aging is usually associated with: (i) mechanical stress caused by temperature variation; (ii) corrosion due, for example, to moisture and exposure to environments whose composition is too salty, e.g., near-sea; (iii) but also due to mechanical friction. To solve this problem, the following invention combines a few distinct concepts. The method 9 proposed in this patent minimizes interference caused by instant or on-load circuit monitoring, being based on a voltage divider combining a set of resistors consisting of serial filaments associated in series and in parallel. The method and associated systems are based on circuit theory, namely Kirchhoff's law and Thévenin's theorem, as well as conductivity and resistivity properties. The system may be embedded or wrapped around the wiring in order to improve fault detection. This system allows the monitoring of electric circuits with multiple branches, being the biggest advantage of the present system, when compared to the available concepts, its ability to anticipate faults, revealing intrinsic circuit failure prediction capabilities. The present system requires little mass, little energy and is very small, considering not only the detection but also the prediction of problems in electrical circuits. The system includes a measuring unit SU, one or more meshes SP, a multiplexing unit (MU) which is used whenever two or more branches are included, and a data acquisition and signal processing unit (DASPU) . The simplest architecture includes a voltage divider, a set of electrodes properly distributed around the monitored cable, and an electronic reading and processing unit that contains an analog-to-digital converter and also a simple signal processing algorithm. In this patent, the words failure, malfunction and rupture are used to refer to sudden, unwanted impedance variations in electrical circuits, due in particular to possible degradation of insulation, electric arcing, and short circuits or open circuits. Electrodes are designated as the individual wires that are used to construct meshes covering areas intended for measurement; the mesh assembly is designated as an electrical sensor or passive measuring network. The electrodes are designed by thin cables with known resistance and low resistive coefficient of temperature. The use of certain types of materials, e.g., metal alloys whose resistivity is not sensitive to temperature gradients, is very important. This constraint is relevant to ensure that the resistance variation with the temperature of the electrode cables is minimal. Since some faults can produce small variations in the equivalent resistance of the sensor, it is very important to select materials with low resistive temperature coefficient because large temperature gradients would lead to degradation of system accuracy. This issue is most significant when the system is used to monitor failures in multiple branch cables, since more accuracy would be required. The resistivity, length and cross-section of the electrodes can be effectively evaluated and calibrated in order to achieve the desired strength values.

Processos de erosão, atrito, humidade, ciclos de temperatura, esforços mecânicos, abrasão proveniente dos lubrificantes e químicos perigosos contribuem para a degradação da qualidade dos cabos e das suas camadas isolantes. Quando as camadas isolantes se rompem e os cabos se expõem ao ambiente ou entram em contacto com a estrutura de um veículo - ou da fuselagem de uma aeronave - o risco de fuga de corrente ou de curto-circuito aumenta significativamente. A solução proposta na presente invenção é envolver os cabos com eléctrodos finos, os quais oferecem funções específicas de sensorização para inferir a condição dos cabos. Quando o sensor é danificado, isto é, eléctrodos 11 frágeis são rompidos ou entram em contacto com a estrutura por fricção mecânica, então informação pertinente de aviso é enviada ao utilizador. A menos que, repentinamente, ocorram danos extensos afectando não apenas os sensores eléctricos mas também a integridade do cabo, é possível prever falhas sérias antes delas acontecerem, i.e., o sistema pode ser usado para avaliar o envelhecimento do cabo. 0 plano dos sensores eléctricos deve ter em conta a topologia dos cabos a ser monitorizados. Por um lado, um conjunto de resistências em série e em paralelo é necessário para assegurar a uniformidade das medidas realizadas ao longo do cabo e para determinar onde as falhas ocorrem. Uma única resistência pode ser usada para envolver o cabo, mas a sua falha não identificaria a localização do problema, sendo pouco útil no caso de cabos compridos. Arranjos específicos de eléctrodos, combinando resistências, em série e em paralelo, podem localizar falhas com muito maior precisão. Por outro lado, a correcta distribuição de sensores eléctricos poderá ser capaz de identificar múltiplas falhas com a mesma origem ou de origens diferentes. A eficiência do sistema de detecção de falhas é função do número de eléctrodos e do número de nós de resistência no eléctrodo. Adicionalmente, é necessário encontrar um equilíbrio para ajustar a sensibilidade do sensor por oposição à sua precisão de localização. Em geral, um grande número de eléctrodos ajuda a melhorar a avaliação da localização e o tipo de falha, mas menos eléctrodos promovem variações mais discerníveis no circuito equivalente onde as falhas ocorrem. A unidade de aquisição de dados e processamento de sinal é composta por componentes electrónicos comuns para aquisição, acondicionamento e processamento de sinal. Em particular, estes componentes incluem um conversor 12 analógico-digital com pelo menos 12 bit de resolução, uma unidade de processamento central, e memória para guardar algoritmos simples necessários à análise dos dados. 0 método e a arquitectura eléctrica do sensor são, de facto, os componentes inovadores, uma vez que componentes comercialmente disponíveis podem ser usados para recolha e análise de dados, e para condicionamento e processamento de sinal. Multiplexação de sensores eléctricos é por vezes necessária para distinguir múltiplas ramificações em redes de cablagem complexas. Várias SU são, portanto, necessárias para diferenciar ramos em redes de cablagem (Bi, B2,..., Bn). Uma estratégia simples e eficaz para identificar ramos num circuito eléctrico é a inserção de resistências de indexação em locais específicos, de modo a deslocar a tensão de saída e, consequentemente, discriminar a resposta entre ramos. A forma mais eficiente de integrar os sensores eléctricos em cabos novos seria considerar a sua integração desde a concepção, ou seja, desde a fase de dimensionamento e durante os processos de extrusão e revestimento, significando que os sensores seriam embebidos durante o processo de fabrico da cablagem. Esta aproximação melhora a fiabilidade do sensor, mas também reduz os custos de produção. Os cabos são envolvidos com os sensores eléctricos e mais uma camada isolante. Para assegurar que os sensores eléctricos não se curto-circuitam uns aos outros, é utilizado um revestimento específico para esses cabos. Os eléctrodos são revestidos com uma camada muito fina de um material isolante, e.g., verniz. Podem ser aplicadas uma ou mais camadas de filme fino de polímero isolante, normalmente de dois materiais diferentes, para providenciar uma camada robusta e uniforme. Para facilitar o fabrico, a maioria dos fios pode usar o isolamento como fluxo durante o processo de soldadura. Configurações de 13 fios unifilar ou multifilar são possíveis, mas os eléctrodos são normalmente muito finos, sendo a solução de fio unifilar a mais eficaz. Preferencialmente, os sensores eléctricos deveriam ser instalados fora da cablagem de monitorização, de modo a detectarem defeitos antes destes afectarem as camadas interiores. A monitorização do estado de saúde dos cabos pode também ser necessária para cabos que já estejam em operação. Nesse caso, uma manta de sensores contendo múltiplos eléctrodos pode ser tecida para envolver os cabos que se pretendem monitorizar. Mantas com sensores embebidos são também apropriadas para monitorizar superfícies grandes, e.g., detectar fracturas.Erosion processes, friction, moisture, temperature cycles, mechanical stresses, abrasion from lubricants and hazardous chemicals contribute to the degradation of the quality of the cables and their insulating layers. When the insulation layers rupture and the cables are exposed to the environment or come into contact with the structure of a vehicle - or the fuselage of an aircraft - the risk of leakage of current or short circuit increases significantly. The solution proposed in the present invention is to wrap cables with thin electrodes, which provide specific sensing functions to infer the condition of the cables. When the sensor is damaged, ie fragile electrodes 11 are ruptured or come into contact with the structure by mechanical friction, then relevant warning information is sent to the user. Unless, abruptly, extensive damage occurs affecting not only the electrical sensors but also the integrity of the cable, it is possible to foresee serious failures before they occur, i.e., the system can be used to assess the aging of the cable. The plane of the electrical sensors must take into account the topology of the cables to be monitored. On the one hand, a set of series and parallel resistors is required to ensure uniformity of measurements taken along the cable and to determine where failures occur. A single resistance can be used to wrap the cable, but its failure would not identify the location of the problem and is of little use in the case of long cables. Specific electrode arrangements, combining resistors, in series and in parallel, can locate faults with much greater precision. On the other hand, the correct distribution of electrical sensors may be able to identify multiple faults with the same origin or of different origins. The efficiency of the fault detection system is a function of the number of electrodes and the number of resistance nodes at the electrode. In addition, it is necessary to find a balance to adjust the sensitivity of the sensor as opposed to its accuracy of location. In general, a large number of electrodes helps to improve the location assessment and the type of failure, but fewer electrodes promote more discernible variations in the equivalent circuit where failures occur. The data acquisition and signal processing unit is made up of common electronic components for acquisition, packaging and signal processing. In particular, these components include an analog-to-digital converter 12 with at least 12 bit resolution, a central processing unit, and memory for storing simple algorithms necessary for data analysis. The method and the electrical architecture of the sensor are, in fact, the innovative components, since commercially available components can be used for data collection and analysis, and for signal conditioning and processing. Multiplexing of electrical sensors is sometimes necessary to distinguish multiple branches in complex wiring networks. Several SUs are therefore required to differentiate branches in wiring networks (Bi, B2, ..., Bn). A simple and effective strategy to identify branches in an electric circuit is the insertion of indexing resistors in specific places, in order to displace the output voltage and, consequently, to discriminate the response between branches. The most efficient way to integrate electrical sensors into new cables would be to consider their integration from design, ie, from the design phase and during the extrusion and coating processes, meaning that the sensors would be embedded during the manufacturing process of the wiring. This approach improves sensor reliability, but also reduces production costs. The cables are wrapped with the electric sensors plus one insulation layer. To ensure that the electrical sensors do not short-circuit each other, a specific coating is used for these cables. The electrodes are coated with a very thin layer of an insulating material, e.g., varnish. One or more layers of thin film of insulating polymer, usually of two different materials, may be applied to provide a robust and uniform layer. For ease of manufacturing, most wires can use the insulation as flux during the welding process. Configurations of 13 single-wire or multi-wire are possible, but the electrodes are usually very thin, the single wire solution being the most effective. Preferably, the electrical sensors should be installed outside the monitoring wiring so as to detect defects before they affect the inner layers. Monitoring health of cables may also be required for cables that are already in operation. In that case, a sensor blanket containing multiple electrodes may be woven to enclose the cables to be monitored. Blankets with embedded sensors are also suitable for monitoring large surfaces, e.g., for detecting fractures.

Descrição Pormenorizada da InvençãoDetailed Description of the Invention

Problemas de cablagem em estruturas envelhecidas, nomeadamente aeronaves, comboios e automóveis, tem sido identificados como causa de falhas graves e acidentes. A identificação das condições de integridade da cablagem em inspecções de rotina e períodos de manutenção, pode ser tediosa, demorada e esporadicamente ineficaz. Por exemplo, falhas intermitentes na cablagem durante o vôo podem ser ainda mais difíceis de resolver. A monitorização instantânea e contínua da cablagem, sem que afecte o sistema eléctrico e interfira com as comunicações e controlo, é muito importante relativamente à segurança das aeronaves. Uma vez que se trata de uma questão importante nas indústrias aeronáutica e automóvel, tem sido levada a cabo investigação significativa no desenvolvimento de tecnologia de monitorização contínua de cablagens. Os sistemas disponíveis no mercado apenas detectam falhas após estas ocorrerem, podem interferir com os sistemas eléctricos do veículo/aeronave e requerem assistência dedicada do utilizador. Estes sistemas são portanto úteis 14 durante manutenção e inspecções de rotina, mas dificilmente podem determinar a posição da falha nos ramais de cablagem. Nesta invenção propõe-se um método e sistema passivo, livre de interferências, para determinar a qualidade de cablagens ao longo do tempo. Comparado com outras soluções, o método descrito apresenta várias vantagens na avaliação da deterioração de cablagens: (i) são oferecidas soluções de monitorização imediata e em tempo real (adequadas para os períodos de manutenção, inspecções de rotina e durante a operação); (ii) automático, autónomo, com assistência mínima de operador; (iii) os sensores são leves e podem ser anexados ou embebidos na cablagem; (iv) são oferecidas soluções de previsão da degradação da cablagem (detecção antes da falha ocorrer, e.g., devido a curto-circuito); (v) fácil instalação tanto em sistemas novos como já em operação; (iv) fácil identificação da localização da avaria eléctrica, incluindo em cablagem ramificada. A formação de aberturas no isolamento induzidas por desgaste mecânico e repetitiva condensação, humedecimento e ciclos térmicos, aumenta o risco de avaria eléctrica, nomeadamente em aeronaves. 0 efeito é particularmente perigoso na distribuição de potência eléctrica e circuitos de controlo electromecânico de aeronaves. Possibilitar a monitorização do envelhecimento da cablagem, preferencialmente para melhorar capacidades preditivas, é portanto fundamental. Dentro de condições específicas, uma falha no isolamento pode desencadear uma avaria eléctrica. Na presente invenção, estamos maioritariamente interessados nas características de colapso dieléctrico do ar e em dieléctricos poliméricos, incluindo variações na composição, densidade e humidade. A Equação (01), conhecida como lei de Paschen, é usada no cálculo da tensão de ruptura no ar entre dois eléctrodos. Os sólidos isolantes derivam a sua resistência dieléctrica das ligações 15 covalentes e da muito maior densidade em comparação com os gases. Quando o isolamento dos materiais dieléctricos é significativamente degradado, e.g., devido a quebras no isolamento, a tensão de ruptura pode decrescer significativamente. A Figura 1 mostra a tensão de ruptura no ar em função da distância de separação, tal como descrita através da lei de Paschen. A curva é traçada da Equação (01) considerando a seguinte parametrização: F=3.8xlCT20 m2, G=l.lxl0~18 V m2, e pl.3xl0-2. Apesar de a humidade aumentar a tensão de ruptura no ar, a sua acumulação na superfície dos cabos forma uma fina película que diminui a resistência eléctrica do isolante porque a resistividade reduz com o aumento da condensação de água. Irregularidades ou detritos superficiais como poeira ou humidade baixam a tensão de ruptura. Portanto, películas finas de vapor de água, condensação, e corrosão relacionada com água limitam o isolamento eléctrico e desempenham um papel preponderante na degradação da cablagem.Wiring problems in aging structures, namely aircraft, trains and automobiles, have been identified as the cause of serious failures and accidents. The identification of cabling integrity conditions in routine inspections and maintenance periods can be tedious, time consuming and sporadically ineffective. For example, intermittent failures in wiring during flight may be even more difficult to resolve. The instantaneous and continuous monitoring of cabling, without affecting the electrical system and interfering with communications and control, is very important with regard to aircraft safety. Since this is an important issue in the aeronautics and automotive industries, significant research has been carried out in the development of continuous wiring monitoring technology. The systems available on the market only detect faults after they occur, interfere with the electrical systems of the vehicle / aircraft and require dedicated assistance from the user. These systems are therefore useful during routine maintenance and inspections, but can hardly determine the position of the fault in the cabling branches. In this invention, a passive, interference-free method and system is proposed for determining the quality of wiring over time. Compared with other solutions, the method described has several advantages in evaluating the deterioration of wiring: (i) immediate and real-time monitoring solutions (suitable for maintenance periods, routine inspections and during operation) are offered; (ii) automatic, autonomous, with minimum operator assistance; (iii) the sensors are lightweight and can be attached or embedded in the cabling; (iv) solutions for predicting wiring degradation (detection before failure occurs, e.g., due to short circuit); (v) easy installation in both new and existing systems; (iv) easy identification of the location of the electrical fault, including branched wiring. The formation of openings in the insulation induced by mechanical wear and repetitive condensation, wetting and thermal cycling, increases the risk of electrical breakdown, especially in aircraft. The effect is particularly hazardous in the distribution of electrical power and electromechanical control circuits of aircraft. Enabling monitoring of aging of wiring, preferably to improve predictive capabilities, is therefore critical. Under specific conditions, failure of the insulation can lead to an electrical fault. In the present invention, we are mostly interested in dielectric collapse characteristics of air and in polymeric dielectrics, including variations in composition, density and moisture. Equation (01), known as Paschen's law, is used to calculate the tensile stress in the air between two electrodes. The insulating solids derive their dielectric strength from the covalent bonds and the much higher density compared to the gases. When the insulation of the dielectric materials is significantly degraded, e.g., due to breaks in the insulation, the rupture stress can decrease significantly. Figure 1 shows the rupture stress in the air as a function of the separation distance, as described by Paschen's law. The curve is drawn from Equation (01) considering the following parameterization: F = 3.8xlCT20 m2, G = lxl0 ~ 18 V m2, and pl.3xl0-2. Although moisture increases the bursting strain in the air, its buildup on the surface of the cables forms a thin film that decreases the electrical resistance of the insulation because the resistivity reduces with increasing condensation of water. Irregularities or surface debris such as dust or moisture lower the bursting voltage. Therefore, thin film of water vapor, condensation, and water-related corrosion limit electrical insulation and play a major role in the degradation of wiring.

Elementos eléctricos, nomeadamente fios, oferecem resistência à passagem de corrente. A resistência eléctrica de um condutor é uma propriedade que reflecte oposição à passagem de uma corrente eléctrica através do meio. Os condutores são feitos de materiais de condutividade elevada, nomeadamente metais como cobre ou alumínio. As resistências, por outro lado, podem ser feitas de uma grande variedade de materiais. Para muitos materiais e condições, a voltagem e corrente são directamente proporcionais entre si. Apesar da resistência poder variar com a temperatura e com a distensão do material, nesta invenção assume-se que a lei de Ohm é sempre aplicável. A resistência de um dado metal ou liga depende da sua forma bem como das suas propriedades intrínsecas (banda de condução) e condições ambientais (temperatura e humidade). Um objecto de secção transversal uniforme tem uma 16 resistência proporcional à sua resistividade e comprimento e inversamente proporcional à sua secção transversal. A resistência, R, dos materiais para fios condutores pode ser calculada por R=pj ' (03) onde pé a resistividade do meio, L e A são o comprimento e a secção transversal do condutor. Por exemplo, um fio de manganina com 0, 1 mm de diâmetro tem uma resistência de cerca de 60 Ω por metro.Electrical elements, such as wires, provide resistance to current flow. The electrical resistance of a conductor is a property that reflects opposition to the passage of an electric current through the medium. The conductors are made of high conductivity materials, such as metals such as copper or aluminum. Resistors, on the other hand, can be made from a wide variety of materials. For many materials and conditions, the voltage and current are directly proportional to each other. Although the strength may vary with temperature and with the distention of the material, in this invention it is assumed that Ohm's law is always applicable. The resistance of a given metal or alloy depends on its shape as well as its intrinsic properties (conduction band) and environmental conditions (temperature and humidity). An object of uniform cross-section has a resistance proportional to its resistivity and length and inversely proportional to its cross-section. The resistance, R, of the conductive wire materials can be calculated by R = pj '(03) where standing the resistivity of the medium, L and A are the conductor cross-sectional length and cross-section. For example, a 0.1 mm diameter manganin wire has a resistance of about 60 Ω per meter.

Como discutido acima, a resistividade eléctrica da maior parte dos materiais, nomeadamente metais, varia com a temperatura. Quando a temperatura, T, não varia muito, pode ser feita uma aproximação linear P(T) = p0{l + a(T — T0)} , (04) onde a é o coeficiente de temperatura resistivo, Tc e p0 são temperatura de referência, e.g., temperatura ambiente, e a correspondente resistividade de referência. Quando a temperatura varia consideravelmente, a aproximação linear é insuficiente e uma solução mais elaborada deve ser utilizada. Não obstante, esta aproximação é útil para estimar variações de resistência em função da temperatura. Da Tabela 1, e considerando Δτ-100 K, a variação de resistividade para o cobre e níquel é 70% e 60%, mas as variações para algumas ligas como o constantan e a manganina são apenas 0,08% e 0,02% para a mesma diferença de temperatura. Uma vez que as variações de resistência devidas aos circuitos eléctricos degradados são geralmente pequenas, é conveniente a selecção de materiais com baixo coeficiente de temperatura resistivo. Adicionalmente às 17 variações intrínsecas de resistividade, o ajuste da forma do fio, e.g., comprimento e a secção transversal, é fundamental (Equação (03)) . A rede de sensores eléctricos compreende múltiplos eléctrodos dispostos em configurações específicas para permitir uma eficaz monitorização da integridade da cablagem. Embora possa ser usada uma configuração de um eléctrodo para identificar circuitos abertos ou curto-circuitos, configurações multi-eléctrodo são mais eficazes porque dão informação da localização da avaria. A degradação da cablagem pode ser associada a dois cenários de falha eléctrica. Em primeiro lugar, a camada isolante pode rachar, expondo o fio a descoberto e tornando mais provável a avaria eléctrica; o contacto galvânico com a estrutura do veículo/aeronave pode eventualmente desencadear um arco eléctrico e curto-circuito. No segundo cenário, a cablagem é cortada, resultando num circuito aberto. A distinção entre os dois tipos de falha é geralmente de grande valor. Para determinar a localização e tipo de falha, é proposto um circuito eléctrico mais elaborado. A Figura 2 mostra um sensor eléctrico típico com múltiplas resistências (eléctrodos) usado para envolver fios e cablagens. A caixa a tracejado delimita a secção resistiva dos fios (rede de eléctrodos) do componente DASPU. R0 identifica a segunda resistência do divisor de tensão. A legenda ADC indica o nó onde toma lugar a aquisição de dados e a conversão analógica para digital (ADC - acrónimo para a expressão Inglesa Analog-to-Digital Converter). A arquitectura de resistências Série (S) e Paralelo (P) é optimizada de acordo com as características da cablagem a ser monitorizada; o número de elementos é uma função do comprimento do cabo e da configuração preferencial do sensor. A Figura 3 demonstra uma arquitectura típica dos eléctrodos do sensor eléctrico, 18 incluindo vários enrolamentos. 0 número de espiras e o passo são calculados a partir do comprimento do eléctrodo e da resistência necessários; o número de nós S e P e as malhas são determinados a partir do comprimento do cabo, resolução do analizador DASPU e da exactidão pretendida no sistema. A concretização da Figura 3 apresenta uma solução típica para o enrolamento dos eléctrodos. Os eléctrodos lineares tornam-se mais leves mas não cobrem o cabo uniformemente. Os eléctrodos em enrolamento oferecem melhor cobertura da superfície do cabo. A arquitectura mais eficaz, embora mais pesada, utiliza uma distribuição do fio das resistências S e P em ziguezague invertido. A Figura 4 mostra a secção transversal do fino sensor eléctrico resistivo usado para envolver a cablagem da Figura 3. Esta secção transversal mostra os eléctrodos cobrindo o cabo em teste bem como a camada exterior necessária para o isolamento eléctrico. A Figura 5 representa o circuito equivalente da distribuição de eléctrodos mostrados na Figura 3. A resistência equivalente do circuito ilustrado na Figura 2 pode ser derivada para arquitecturas multi-eléctrodo usando a lei das tensões de Kirchhoff. Numa primeira aproximação, uma vez que os sensores eléctricos usam uma tensão DC, a capacitância e indutância dos eléctrodos pode ser desprezada. A resistência equivalente de uma rede com N malhas (elementos S-P), RN, pode ser calculada usando um simples método recursivo dado por R-l — Si + P-yAs discussed above, the electrical resistivity of most materials, in particular metals, varies with temperature. When the temperature, T, does not vary much, a linear approximation P (T) = p0 {l + a (T - T0)}, (04) where a is the resistive temperature coefficient, Tc and p0 are temperature reference temperature, eg, ambient temperature, and the corresponding reference resistivity. When the temperature varies considerably, the linear approximation is insufficient and a more elaborate solution should be used. Nevertheless, this approximation is useful for estimating variations in resistance as a function of temperature. From Table 1, and considering Δτ-100 K, the resistivity variation for copper and nickel is 70% and 60%, but the variations for some alloys such as constantan and manganin are only 0.08% and 0.02% for the same temperature difference. Since resistance variations due to degraded electrical circuits are generally small, it is convenient to select materials with low resistive coefficient of temperature. In addition to the intrinsic variations of resistivity, the shape of the yarn, e.g., length and cross-section, is fundamental (Equation (03)). The network of electrical sensors comprises multiple electrodes arranged in specific configurations to enable efficient monitoring of the integrity of the wiring. Although an electrode configuration can be used to identify open circuits or short circuits, multi-electrode configurations are most effective because they provide information on the location of the fault. Wiring degradation can be associated with two scenarios of electrical failure. Firstly, the insulation layer may crack, exposing the wire in the open and making the electrical fault more likely; the galvanic contact with the vehicle / aircraft structure may possibly trigger an electrical arc and short circuit. In the second scenario, the wiring is cut, resulting in an open circuit. The distinction between the two types of failure is usually of great value. To determine the location and type of fault, a more elaborate electrical circuit is proposed. Figure 2 shows a typical multi-strength electric sensor (electrodes) used to wrap wires and wiring. The dashed box delimits the resistive section of the wires (electrode array) of the DASPU component. R0 identifies the second resistance of the voltage divider. The ADC caption indicates the node where data acquisition and analog to digital conversion take place (ADC - analogous to the English term Analog-to-Digital Converter). The Series (S) and Parallel (P) resistor architecture is optimized according to the characteristics of the wiring to be monitored; the number of elements is a function of the cable length and the preferred sensor configuration. Figure 3 demonstrates a typical electrode sensor electrode architecture, 18 including multiple windings. The number of turns and the pitch are calculated from the required electrode length and resistance; the number of nodes S and P and the meshes are determined from the cable length, DASPU analyzer resolution and the accuracy required in the system. The embodiment of Figure 3 presents a typical solution for winding the electrodes. Linear electrodes become lighter but do not cover the cable evenly. Winding electrodes provide better coverage of the cable surface. The most effective architecture, though heavier, uses a wire distribution of the resistors S and P in inverted zigzag. Figure 4 shows the cross-section of the thin resistive electric sensor used to wrap the wiring of Figure 3. This cross-section shows the electrodes covering the cable under test as well as the outer layer required for electrical insulation. Figure 5 shows the equivalent circuit of the electrode distribution shown in Figure 3. The equivalent resistance of the circuit shown in Figure 2 can be derived for multi-electrode architectures using Kirchhoff's law of tensions. In a first approximation, since the electric sensors use a DC voltage, the capacitance and inductance of the electrodes can be neglected. The equivalent resistance of a network with N meshes (elements S-P), RN, can be calculated using a simple recursive method given by R-1 - Si + P-y

para i=2, 3,..., N :05!for i = 2, 3, ..., N: 05!

Ri = si +Ri = yes +

Pt Ri-i Pi+Ri-1Pt Ri-i Pi + Ri-1

As condiçoes de circuito aberto e curto-circuito em resistências podem ser aproximadas por uma impedância 19 infinita ou nula, respectivamente. As resistências S e P funcionam separadamente como parâmetros de indexação para determinar a localização da falha. Por exemplo, se Si=0, V i=l, 2,..., N, não é possível localizar a falha, porque uma falha em qualquer resistência P dá a mesma resistência equivalente. Uma situação similar ocorre quando as resistências P são desprezadas. É a combinação de resistências S e P que permite a caracterização da falha. Modelar a resposta específica dos eléctrodos relativamente às falhas na cablagem é importante para explicar o procedimento de medida e caracterizar a resposta do sensor eléctrico. A Equação (05) pode ser usada para calcular a resistência equivalente do circuito bem como variações devidas a falhas específicas, nomeadamente circuitos abertos e curto-circuitos. Nesta concretização preferencial é considerado um sensor eléctrico com cinco elementos de malha S-P. Como discutido acima, as condições circuito aberto e curto-circuito significam atribuir resistência infinita e nula a resistências específicas, respectivamente. Em geral, considera-se que apenas uma resistência falha de cada vez. A Figura 6 mostra a diferença de tensão normalizada numa resistência em relação à operação nominal como uma função de falhas específicas de cablagem. As estrelas e quadrados representam as condições de falha como circuitos abertos e curto-circuito à massa. Para fins de ilustração, os valores padrão das resistências Rc, Si e Pi são de 50, 15 e 45 Ω, respectivamente; R0k (34.7239 Ω) é a resistência equivalente dos eléctrodos em operação nominal e Volc define o valor de tensão na saída Vout em condições de operação normal. A Figura 6 mostra vários resultados importantes. Primeiramente, a diferença de tensão é sempre positiva ou negativa para falhas específicas. Em segundo lugar, as falhas na proximidade do analizador DASPU, i.e., índice da malha próximo de N, 20 produzem maiores diferenças de tensão, maximizando a sensibilidade. Embora estes valores se tornem menores quando são incluídos elementos adicionais da malha, a variação de tensão associada é geralmente maior do que um por cento. Para demonstrar como os valores de resistência dos eléctrodos podem ser optimizados, as variações da relação S/P também são calculadas. A Figura 7 mostra a variação de tensão normalizada em relação às condições nominais de funcionamento como função da razão de resistências S/P e falhas específicas na cablagem. As estrelas (gráficos em cima) e quadrados (gráficos em baixo) representam as condições de falha em circuito aberto e curto-circuito, respectivamente. Os gráficos à esquerda e à direita identificam uma única falha ou nas resistências S ou nas resistências P. A numeração em subscrito identifica qual o eléctrodo em falha. A Figura 7 é indispensável para avaliar a prestação do método proposto para monitorizar a degradação da cablagem, especificamente a razão de resistências S/P que maximiza a sensibilidade do sistema. A selecção dos valores das resistências pode ser conduzido por vários requisitos. Por outro lado, quando o número de elementos da malha aumenta, a sensibilidade do sensor tem de ser maior para permitir a discriminação entre nós. A sensibilidade requerida para a detecção de circuitos abertos e curto-circuitos é diferente para a mesma razão de S/P; portanto, a probabilidade de cada tipo de falha poderá colocar restrições adicionais na determinação da arquitectura ideal para os eléctrodos. De acordo com a modelação, a razão S/P que maximiza a sensibilidade do sistema aparenta encontrar-se na gama 0,05-0,2, mas um estudo caso-a-caso poderá ser necessário.The conditions of open circuit and short circuit in resistors can be approximated by an infinite or zero impedance, respectively. The resistors S and P operate separately as indexing parameters to determine the location of the fault. For example, if Si = 0, V i = 1, 2, ..., N, it is not possible to locate the fault, because a fault on any resistor P gives the same equivalent resistance. A similar situation occurs when the resistors P are neglected. It is the combination of resistors S and P that allows the characterization of the fault. Modeling the specific response of the electrodes to the wiring failures is important in explaining the measurement procedure and characterizing the response of the electric sensor. Equation (05) can be used to calculate the equivalent resistance of the circuit as well as variations due to specific faults, namely open circuits and short circuits. In this preferred embodiment an electrical sensor with five S-P mesh elements is considered. As discussed above, the open circuit and short circuit conditions mean assigning infinite and zero resistance to specific resistors, respectively. In general, it is considered that only one resistor fails at a time. Figure 6 shows the normalized voltage difference in a resistance over nominal operation as a function of specific wiring failures. Stars and squares represent fault conditions such as open circuits and short-circuit to ground. For illustration purposes, the standard values of Rc, Si and Pi resistors are 50, 15 and 45 Ω, respectively; R0k (34.7239 Ω) is the equivalent resistance of the electrodes in nominal operation and Volc sets the voltage value at the Vout output under normal operating conditions. Figure 6 shows several important results. Firstly, the voltage difference is always positive or negative for specific faults. Second, faults in the vicinity of the DASPU analyzer, i.e., index of the mesh near N, 20 produce greater voltage differences, maximizing sensitivity. Although these values become smaller when additional elements of the mesh are included, the associated voltage variation is generally greater than one percent. To demonstrate how the resistance values of the electrodes can be optimized, variations in the S / P ratio are also calculated. Figure 7 shows the normalized voltage variation with respect to nominal operating conditions as a function of the S / P resistor ratio and specific faults in the wiring. The stars (graphs above) and squares (charts below) represent the conditions of open circuit failure and short circuit, respectively. The left and right graphs identify a single fault either in resistors S or in resistors P. Subscript numbering identifies which fault electrode. Figure 7 is indispensable to evaluate the performance of the proposed method to monitor wiring degradation, specifically the ratio of S / P resistors that maximizes system sensitivity. The selection of resistor values can be driven by several requirements. On the other hand, when the number of elements of the mesh increases, the sensitivity of the sensor must be greater to allow discrimination between nodes. The sensitivity required for the detection of open circuits and short circuits is different for the same ratio of S / P; therefore, the probability of each type of failure may place additional constraints on determining the ideal architecture for the electrodes. According to the modeling, the S / P ratio that maximizes system sensitivity appears to be in the range of 0.05-0.2, but a case-by-case study may be needed.

Os circuitos eléctricos em veículos e aeronaves são frequentemente bastante intrincados porque são compostos de muitas ramificações independentes. No caso das aeronaves, 21 por exemplo, a cablagem pode ser também bastante longa. Para permitir uma identificação eficiente das derivações de cablagem, podem ser utilizadas diferentes estratégias. Uma opção é conectar um sistema DASPU em cada confluência, uma em cada ramo, o que significa replicar múltiplas vezes o conceito descrito acima (Bi, B2, . . ., Bn) . A Figura 8 ilustra a arquitectura para detectar falhas em cablagem derivada, onde as caixas identificam elementos específicos do DASPU. Outra opção poderia ser adicionar resistências extra (Rc) permitindo a indexação dos ramos. A Figura 9 apresenta a arquitectura para detecção de falhas em cablagem derivada, juntamente com o circuito equivalente considerando resistências de indexação dos ramos. A caixa identifica o elemento DASPU; estes dois circuitos são similares ao da Figura 2. Outra opção ainda pode ser a combinação dos casos exemplificados nas Figuras 8 e 9; esta é a solução recomendada para circuitos complexos, longos e ramificados. A estratégia discutida até aqui é adequada para cablagem nova, onde os eléctrodos podem ser facilmente integrados durante o fabrico do cabo. Contudo, têm que ser encontradas soluções alternativas para cablagem já em operação, porque a abordagem discutida acima seria ineficaz. Em alternativa a embeber os sensores eléctricos nos cabos, uma solução mais conveniente é desenvolver separadamente uma rede de sensores passivos e de seguida envolvê-la à volta dos cabos a serem monitorizados. Apesar de mais dispendiosa e menos versátil, esta solução extende a presente invenção a cablagens já em operação. A Figura 10 apresenta um fino sensor eléctrico resistivo embebido numa configuração de fita plana usada para envolver a cablagem. Para mantas de sensorização alargada pode ser aplicada a estratégia desenvolvida para a cablagem com múltiplos ramos, i.e., uma manta pode combinar vários sensores e resistências de indexação. A distribuição de eléctrodos no sensor pode ser 22 projectada de acordo com as necessidades específicas para optimizar as capacidades de detecção. A Figura 11, mostra a secção transversal do sensor eléctrico resistivo numa configuração planar envolvendo um grupo de cabos. 0 acondicionamento de sinal requirido e os circuitos de aquisição são muito directos, requerendo uma fonte de alimentação estável para alimentar o divisor de tensão e um circuito de adaptação da tensão para ajustar Vout aos limites de entrada do ADC. A fonte de alimentação estabilizada pode ser alcançada por um circuito de tensão de referência, com boa regulação de linha, estabilidade de temperatura e baixa ondulação na tensão de saída. À parte do filtro passa-baixo, o circuito de adaptação de tensão deve ajustar toda a gama de Vout (desde Vok até Vout_max) à gama de tensões aceites pelo ADC, que consiste em remover o nível de Vok e amplificar o resultado até ao máximo aceite pela entrada do ADC. De modo a aumentar a exactidão de medida, existem duas soluções possíveis: (i) aumentar a tensão de referência do divisor de tensão (aumenta a razão de sinal para ruído) ; (ii) usando um ADC com maior resolução. 0 processo de decisão é baseado na Equação (05). O algoritmo necessita de avaliar a tensão medida (Vout) num instante específico e comparar com a tensão de calibração (Vok:) · Embora possam ser usados programas mais sofisticados para classificar os padrões de sinal, e.g., redes neuronais ou outros algoritmos de alto nível com capacidade flexível de aprendizagem, a comparação entre as tensões nominal e medida proporciona uma abordagem directa e robusta para caracterizar a degradação da cablagem. O sistema armazena uma matriz com as tensões esperadas para cada falha e mede o valor obtido em condições nominais, que é estabelecido como tensão de calibração. Ao longo do tempo, o sistema contrasta os valores inicial e medido para determinar se 23 ocorreram falhas. Podem ser escolhidos algoritmos mais elaborados quando o número de elementos de malha no circuito aumenta ou o nivel de ruído no circuito é elevado. 0 sistema de monitorização da integridade de cablagem requer fácil integração na cablagem sem afectar a sua prestação. 0 sistema de monitorização não deve interferir com a cablagem. Por esta razão, os eléctrodos sensores compõem as camadas exterirores do sistema de sensorização. Esta arquitectura permite a detecção da degradação de cabos antes do completo desgaste - ou outro fenómeno - afectar o núcleo do cabo, o que levaria a uma falha grave. Os eléctrodos devem portanto possuir propriedades mecânicas e eléctricas adequadas. Os eléctrodos devem ser mais finos e mais frágeis que os fios interiores. A manga dieléctrica que cobre os eléctrodos deve ser mais susceptível ao desgaste que o material dieléctrico interior que protege o cabo. Como regra, as camadas exteriores que compõem o sistema de monitorização da integridade da cablagem (eléctrodos e isolamento) não devem ser mais robustos que a cablagem que estão a monitorizar. Sempre que um corpo externo quebre a manga protectora, através de desgaste mecânico ou outros fenómenos, expõe os eléctrodos ao ambiente externo. Esta situação produz anomalias na tensão que podem ser detectadas pelo sistema de monitorização de cablagem.The electric circuits in vehicles and aircraft are often quite intricate because they are composed of many independent branches. In the case of aircraft 21, for example, the wiring can also be quite long. To allow an efficient identification of the cabling leads, different strategies can be used. One option is to connect a DASPU system at each confluence, one in each branch, which means replicating multiple times the concept described above (Bi, B2, ..., Bn). Figure 8 illustrates the architecture for detecting faults in derived wiring, where the boxes identify specific DASPU elements. Another option could be to add extra resistances (Rc) allowing the indexing of the branches. Figure 9 shows the architecture for failure detection in derived wiring, along with the equivalent circuit considering branch indexing resistances. The box identifies the DASPU element; these two circuits are similar to those of Figure 2. Still another option may be the combination of the cases exemplified in Figures 8 and 9; this is the recommended solution for complex, long and branched circuits. The strategy discussed thus far is suitable for new wiring, where the electrodes can be easily integrated during the manufacture of the cable. However, alternative solutions for wiring already in operation have to be found because the approach discussed above would be ineffective. As an alternative to embedding the electrical sensors in the cables, a more convenient solution is to separately develop a network of passive sensors and then wrap it around the cables to be monitored. Although more expensive and less versatile, this solution extends the present invention to wiring already in operation. Figure 10 shows a thin resistive electrical sensor embedded in a flat ribbon configuration used to wrap the wiring. For wide sensing blankets the strategy developed for multi-branch wiring can be applied, i.e. a blanket can combine various sensors and indexing resistors. The electrode array in the sensor can be designed according to the specific needs to optimize detection capabilities. Figure 11 shows the cross-section of the resistive electrical sensor in a planar configuration involving a group of cables. The required signal conditioning and acquisition circuits are very direct, requiring a stable power supply to power the voltage divider and a voltage adaptation circuit to set Vout to the input limits of the ADC. The stabilized power supply can be reached by a reference voltage circuit, with good line regulation, temperature stability and low ripple at the output voltage. Apart from the low-pass filter, the voltage adaptation circuit must adjust the entire Vout range (from Vok to Vout_max) to the voltage range accepted by the ADC, which consists of removing the Vok level and amplifying the result to the maximum accepted by the ADC. In order to increase the accuracy of measurement, there are two possible solutions: (i) increase the reference voltage of the voltage divider (increases the signal to noise ratio); (ii) using a higher resolution ADC. The decision process is based on Equation (05). The algorithm needs to evaluate the measured voltage (Vout) at a specific time and compare it with the calibration voltage (Vok :). Although more sophisticated programs can be used to classify signal patterns, eg, neural networks or other high level algorithms with flexible learning capability, the comparison between nominal and measured voltages provides a straightforward and robust approach to characterize wiring degradation. The system stores an array with the expected voltages for each fault and measures the value obtained under nominal conditions, which is set as the calibration voltage. Over time, the system contrasts the initial and measured values to determine if failures occurred. More elaborate algorithms can be chosen when the number of loop elements in the loop increases or the noise level in the loop is raised. The wiring integrity monitoring system requires easy integration into the cabling without affecting its performance. The monitoring system should not interfere with the cabling. For this reason, the sensor electrodes comprise the outer layers of the sensing system. This architecture allows the detection of cable degradation before complete wear - or other phenomenon - to affect the cable core, which would lead to a serious failure. The electrodes must therefore have adequate mechanical and electrical properties. The electrodes should be thinner and more fragile than the inner wires. The dielectric sleeve that covers the electrodes should be more susceptible to wear than the inner dielectric material that protects the cable. As a rule, the outer layers that make up the wiring integrity monitoring system (electrodes and insulation) should not be more robust than the wiring they are monitoring. Whenever an outer body breaks the protective sleeve, through mechanical wear or other phenomena, it exposes the electrodes to the external environment. This situation produces voltage anomalies that can be detected by the wiring monitoring system.

Os fios usados para fazer os eléctrodos são revestidos com uma fina camada de isolamento. Uma ou mais camadas de película de polímero isolante, frequentemente de duas composições diferentes, podem ser aplicadas para permitir uma camada isolante robusta. 0 revestimento dos fios deve ser feito de um material isolante com boas propriedades dieléctricas, e.g., poliuretano, poliamida, poliester ou poli-imida. Outros tipos de isolamento como fio de fibra-de-vidro com verniz, politetrafluoretileno, papel de 24 aramida, e filme de poliester são amplamente utilizados. Para facilidade de fabrico, a maioria dos fios pode usar um isolamento que actua como fluxo quando aquecido durante a soldadura. Isto significa que as ligações eléctricas podem ser feitas sem primeiramente tirar o isolamento, simplificando a soldadura dos eléctrodos. Os eléctrodos S e P são feitos de pedaços singulares de fio revestido revolvendo à volta do cabo em zigzag concêntrico, preferencialmente invertido e com espaçamento apropriado. Em localizações especificas, o revestimento é removido e os fios soldados em conjunto com um terceiro fio linear (no caso de P) que proporciona ligação à massa, encerrando um circuito eléctrico similar ao mostrado nas Figuras 2 e 3. Provavelmente, a forma mais fácil de soldar os eléctrodos é a seguinte: (i) um fio linear revestido é montado na superfície do cabo; (ii) um fio revestido (eléctrodos/resistências P) é então enrolado à volta do cabo e soldado ao fio linear em localizações específicas; (iii) finalmente, um terceiro fio revestido (eléctrodos/resistências S) é enrolado à volta do cabo e dos outros dois fios e soldado aos nós P em locais designados. Numa concretização diferente, o fio montado na superfície do cabo para fornecer a tensão de referência pode ser substituído por uma folha fina, que também terá propósito de guarda. Em conjunto com o cabo, os eléctrodos são subsequentemente revestidos com uma fina camada isolante. 0 revestimento dos eléctrodos envolve dois processos complementares. Primeiro, os condutores devem ser isolados para evitar curto-circuitos acidentais entre si. Isto usualmente significa revestir os eléctrodos com verniz ou outra película isolante fina, similar ao processo usado em transformadores. Em seguida, uma segunda camada, e.g., poliamida ou fita plástica de fluorocarbono é aplicada para isolar o conjunto de eléctrodos do sensor do ambiente 25 25 envolvente. Idealmente, resistente ao fogo e não nocivas como por exemplo a camada polimérica deve ser possuir/libertar espécies químicas cloro.The wires used to make the electrodes are coated with a thin layer of insulation. One or more layers of insulating polymer film, often of two different compositions, may be applied to enable a robust insulation layer. The yarn coating should be made of an insulating material with good dielectric properties, e.g., polyurethane, polyamide, polyester or polyimide. Other types of insulation such as glass-fiber yarn with varnish, polytetrafluoroethylene, 24-aramid paper, and polyester film are widely used. For ease of manufacture, most wires may use an insulation that acts as a flux when heated during welding. This means that the electrical connections can be made without first removing the insulation, simplifying the welding of the electrodes. The electrodes S and P are made of single pieces of coated wire revolving around the concentric zigzag cable, preferably inverted and spaced appropriately. At specific locations, the coating is removed and the welded wires together with a third linear wire (in the case of P) which provides bonding to the mass, enclosing an electrical circuit similar to that shown in Figures 2 and 3. Probably the easiest form of soldering the electrodes is as follows: (i) a linear coated wire is mounted on the surface of the cable; (ii) a coated wire (electrodes / resistors P) is then wound around the cable and welded to the linear wire at specific locations; (iii) finally, a third coated wire (electrodes / resistors S) is wound around the cable and the other two wires and welded to the nodes P at designated locations. In a different embodiment, the wire mounted on the surface of the cable to provide the reference voltage may be replaced with a thin sheet, which will also have guard purpose. In conjunction with the cable, the electrodes are subsequently coated with a thin insulating layer. Coating the electrodes involves two complementary processes. First, the conductors must be insulated to avoid accidental short circuits between them. This usually means coating the electrodes with varnish or another thin insulating film, similar to the process used in transformers. Thereafter, a second layer, e.g., polyamide or fluorocarbon plastic tape is applied to insulate the electrode array from the surrounding environment sensor. Ideally, fire resistant and non-harmful such as the polymer layer should be possess / release chlorine chemical species.

Material Cobre Níquel Constantan Manganina Composição [%] 100 99, 8 55 Cu + 45 Ni 86 Cu + 12 Mn + 2 Ni Resistividade [Pm] 1, 68X10-8 6, 99X10-8 4, 9X10-7 4, 82X10-7 Condutividade [Sm-1] 5, 96X107 1, 43X107 2,0 4X106 2,0 7X10 6 Coeficiente de Temperatura [K-1] 6, 8X10-3 6X10-3 8X10-6 2X10-6 Ductilidade Sim Sim Sim SimMaterial Copper Nickel Constantan Manganin Composition [%] 100 99, 8 55 Cu + 45 Ni 86 Cu + 12 Mn + 2 Ni Resistivity [Pm] 1, 68X10-8 6, 99X10-8 4, 9X10-7 4, 82X10-7 Conductivity [Sm-1] 5, 96X107 1, 43X107 2.0 4X106 2.0 7X10 6 Temperature Coefficient [K-1] 6, 8X10-3 6X10-3 8X10-6 2X10-6 Ductility Yes Yes Yes Yes

Tabela 1 12 de Setembro de 2013Table 1 September 12, 2013

Claims (2)

Reivindicações Ia. Um método para monitorização do envelhecimento de cablagens, previsão e localização de falhas em cabos e fichas eléctricas, e caracterização de falhas de circuitos, onde cada falha produz variações de impedância no circuito, sendo o método caracterizado por: selecção de um divisor de tensão para medir a diferença de potencial entre o circuito de protecção do dispositivo em teste e a massa (Vout) , onde o dispositivo em teste pode ser um fio, cabo, ou ficha eléctrica; escolha de caracteristicas apropriadas de um sinal que é injectado no circuito eléctrico do dispositivo em teste (Vin) ; e escolha de resistência apropriada do divisor de tensão para optimizar a amplitude de medições do circuito eléctrico em teste (R0) . 2a. Método de acordo com a reivindicação η2 1, caracterizado por: selecção apropriada de arquitectura dos fios eléctricos - designados eléctrodos (S e P) - para definir a resistência dos mesmos; escolha de comprimento, diâmetro, e resistividade dos eléctrodos para identificar valores de resistência óptimos; e selecção de materiais com propriedades eléctricas isolantes adequadas para cobrir cada eléctrodo com uma fina camada de revestimento. 3a. Método de acordo com a reivindicação η2 1, caracterizado por: escolha de distribuição de eléctrodos, ligados em série e em paralelo (Si, S2, . . ., Sn e Pi, P2, . . ., Pn) , para distinguir falhas de circuito aberto e curto-circuito; selecção de eléctrodos com resistência especifica para criar malha do circuito eléctrico, a partir da soldadura de elementos série e paralelo uns aos outros ou à massa; e revestimento do dispositivo em teste e do conjunto de eléctrodos com uma camada fina de material isolante. 1 4a. Método de acordo com a reivindicação η2 1, caracterizado por: medição da resistência equivalente do circuito eléctrico do dispositivo em teste para comparação com valores referência de tensão padrão; e selecção de algoritmos de tomada de decisão para prever e localizar potenciais falhas em cablagens. 5a. Um sistema para monitorização de envelhecimento de cablagens, previsão e localização de avarias em cabos e fichas eléctricas, e caracterização de falhas do tipo circuito aberto e curto-circuito, onde cada falha produz variações de impedância do circuito, caracterizado por: um conjunto de eléctrodos (Si, S2, . . ., Sn e Pi, P2, . . ·, Pn) ; um divisor de tensão (Vout) ; uma unidade de processamento; e um elemento de software. 6a. Sistema de acordo com a reivindicação n2 5, caracterizado por um conjunto de eléctrodos ligados entre eles de forma pre-determinada e com geometria cilíndrica, onde os eléctrodos são feitos de fio fino com coeficiente de temperatura resistivo muito baixo, sendo cada eléctrodo revestido por um filme isolante. 7a. Sistema de acordo com as reivindicações n2 5 e 6, caracterizado por eléctrodos associados em série e paralelo, e onde resistências de valor adequado - designadas resistências de indexação (Rc) - são também incluídas para garantir indexação das malhas do circuito eléctrico. 8a. Sistema de acordo com as reivindicações n2 5 e 6, caracterizado por o conjunto de eléctrodos que envolve o cabo em teste estar revestido por uma camada dieléctrica fina.A method for monitoring wiring aging, predicting and locating faults in cables and electrical plugs, and characterizing circuit failures, wherein each fault produces variations of impedance in the circuit, the method being characterized by: selecting a divider to measure the potential difference between the protective circuit of the device under test and the mass (Vout), where the device under test may be a wire, cable, or electrical plug; choosing appropriate characteristics of a signal which is injected into the electrical circuit of the device under test (Vin); and choice of appropriate voltage divider resistance to optimize the amplitude of electrical circuit measurements under test (R0). 2a. Method according to claim 2, characterized in that: suitable architecture of the electric wires - called electrodes (S and P) - is used to define the resistance thereof; choice of length, diameter, and resistivity of the electrodes to identify optimal resistance values; and selection of materials with suitable electrical insulating properties to cover each electrode with a thin coating layer. 3a. Method according to claim 2, characterized in that: the choice of electrode distribution, connected in series and in parallel (Si, S2, ..., Sn and Pi, P2, ..., Pn), to distinguish failures of open circuit and short circuit; selection of electrodes with specific resistance to create electrical circuit mesh, from the welding of series elements and parallel to each other or to the mass; and coating the test device and the electrode assembly with a thin layer of insulation material. 1 4a. Method according to claim 2, characterized by: measuring the equivalent resistance of the electrical circuit of the device being tested for comparison with standard voltage reference values; and selection of decision-making algorithms to predict and locate potential faults in wiring. 5a. A system for monitoring wiring aging, predicting and locating faults in cables and electrical plugs, and characterizing open circuit and short circuit faults, wherein each fault produces impedance variations of the circuit, characterized by: a set of electrodes (Si, S2, ..., Sn and Pi, P2, ..., Pn); a voltage divider (Vout); a processing unit; and a software element. 6a. A system according to claim 5, characterized in that a set of electrodes connected therebetween in predetermined and cylindrical geometry, wherein the electrodes are made of fine wire having a very low resistive temperature coefficient, each electrode being coated by a insulation film. 7a. System according to claims 5 and 6, characterized in that the electrodes are connected in series and parallel, and where suitable value resistors (called indexing resistors Rc) are also included to ensure indexing of the electrical circuit meshes. 8a. System according to claims 5 and 6, characterized in that the electrode assembly surrounding the test cable is covered by a thin dielectric layer. 2 9a. Sistema de acordo com a reivindicação n2 5, caracterizado por eléctrodos estarem ligados uns aos outros e embebidos numa manta dieléctrica com configuração plana. 10a. Sistema de acordo com a reivindicação n2 5, caracterizado por o divisor de tensão incluir o conjunto de eléctrodos e uma resistência de ajuste da tensão de operação. 11a. Sistema de acordo com as reivindicações n2 5 e 10, caracterizado por a unidade de processamento estar ligada ao divisor de tensão e incluir um conversor analógico-digital, condicionamento e processamento de sinal, gestão de memória, e capacidade de comunicação. 12a. Sistema de acordo com as reivindicações n2 5 e 11, caracterizado por o elemento de software gerir, processar, comparar, e contrastar dados em tempo real com medições de tensão de referência armazenadas em memória, providenciando informação para o utilizador sobre a qualidade da cablagem em teste. 13a. Sistema de acordo com as reivindicações n2 5, 7, 10 e 12, caracterizado por as resistências de indexação dividirem e deslocarem a tensão de referência para distinguir avarias em diferentes ramificações (Bi, B2, . . ., Bn) . 14a. Sistema de acordo com as reivindicações n2 7, 10, 11 e 12, caracterizado por vários conjuntos de eléctrodos, divisores de tensão, unidades de processamento e elementos de software serem combinados para, de forma concertada e um simultâneo, avaliarem a qualidade de cablagens com múltiplos cabos ou ramificações. 12 de Setembro de 2013 329a. A system according to claim 5, characterized in that the electrodes are connected to each other and embedded in a dielectric blanket with a flat configuration. 10a. System according to claim 5, characterized in that the voltage divider includes the set of electrodes and an operating voltage adjusting resistor. 11a. System according to claims 5 and 10, characterized in that the processing unit is connected to the voltage divider and includes an analog-to-digital converter, signal conditioning and processing, memory management, and communication capability. 12a. System according to claims 5 and 11, characterized in that the software element manages, processes, compares, and contrasts data in real time with reference voltage measurements stored in memory, providing information to the user about the quality of the wiring in test. 13a. System according to Claims 5, 7, 10 and 12, characterized in that the indexing resistors divide and displace the reference voltage to distinguish faults in different branches (Bi, B2, ..., Bn). 14a. A system according to claims 7, 10, 11 and 12, characterized in that several electrode assemblies, voltage dividers, processing units and software elements are combined to simultaneously and simultaneously evaluate the quality of wiring with multiple cables or branches. September 12, 2013 3