BR102017008645B1 - Detector de fase de nuvem, calculador de teor de água líquida, e, método para determinar teor de água líquida numa nuvem - Google Patents

Abstract

Aparelho e métodos associados se referem à determinação da concentração de água líquida numa atmosfera de nuvem com base numa frequência de ressonância de um ressonador magnetostritivo e/ou numa variação temporal da frequência de ressonância do ressonador magnetostritivo. O ressonador magnetostritivo é configurado para ressonar numa frequência ressonante indicativa de uma medida de acúmulo de gelo sobre uma superfície externa do ressonador magnetostritivo. Quando no ambiente de água líquida, no entanto, o ressonador magnetostritivo tem uma frequência ressonante menor que uma frequência ressonante de base. Quando no ambiente de água líquida, o ressonador magnetostritivo também tem variações temporais na frequência ressonante que excedem uma parte em dez mil. Usando uma ou ambas as respostas de frequência ressonante ao ambiente de água líquida, um sinal indicativo de teor de água líquida pode ser gerado.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Nuvens podem apresentar riscos para aeronaves que viajam através das mesmas. Quando numa nuvem, o gelo pode se formar em superfícies de controle e/ou superfícies de sustentação. Quando os motores de aeronave ingerem umidade excessiva, a química da combustão pode ser alterada. Grandes partículas de gelo podem ser abrasivas para as superfícies expostas de motores de aeronave. E partículas muito grandes de gelo podem até mesmo danificar motores de aeronave. Nem toda nuvem, no entanto, apresenta estes perigos para uma aeronave. Diferentes nuvens e diferentes condições atmosféricas podem ser acompanhadas por várias distribuições de tamanho de gotículas de água, diferentes razões de gelo/líquido, etc., algumas das quais podem ser inteiramente seguras para uma aeronave. Tais distribuições de tamanho de gotículas de água e razões de gelo/líquido podem ser medidas como métricas de nuvem usando vários instrumentos.

[002] Algumas aeronaves são equipadas com estes instrumentos para detectar o acúmulo de gelo sobre uma superfície externa da aeronave. Ressonadores magnetostritivos têm sido usados para tais propósitos. Uma frequência ressonante do ressonador magnetostritivo muda em resposta ao acúmulo de gelo num ressonador. O acúmulo de gelo altera a massa do ressonador, que, por sua vez, altera a frequência de ressonância. Água líquida, ao contrário do gelo acumulado, não se fixa de maneira presa a uma superfície externa de uma aeronave. Métodos diretos de detecção de água líquida sobre uma superfície de aeronave têm sido mais difíceis de serem executados.

SUMÁRIO

[003] Aparelhos e dispositivos associados se referem a um detector de fase de nuvem que inclui um ressonador magnetostritivos tendo uma frequência ressonante de base numa condição livre de gelo e livre de água líquida. O ressonador magnetostritivo é configurado para ressonar numa frequência ressonante indicativa de uma medida de acúmulo de gelo sobre uma superfície externa do ressonador magnetostritivo. O detector de fase de nuvem inclui um sistema de detecção de água líquida configurado para gerar um sinal indicativo do teor de água líquida de uma nuvem. O sistema de detecção de água líquida inclui um detector de frequência configurado para detectar a frequência ressonante do ressonador magnetostritivo. O sistema de detecção de água líquida inclui um detector de ruído configurado para detectar variações temporais da frequência ressonante do ressonador magnetostritivo. O sistema de detecção de água líquida está configurado para gerar um sinal indicativo do teor de água líquida se a frequência ressonante detectada for um primeiro limiar menor que a frequência ressonante de base ou as variações temporais detectadas da frequência ressonante forem maiores que um segundo limiar.

[004] Em algumas modalidades, um calculador de teor de água líquida inclui um ressonador magnetostritivo tendo uma frequência ressonante de base numa condição livre de gelo e livre de água líquida. O ressonador magnetostritivo é configurado para ressonar numa frequência ressonante indicativa de uma medida de acúmulo de gelo sobre uma superfície externa do ressonador magnetostritivo. O calculador de teor de água líquida inclui um detector de frequência configurado para detectar a frequência ressonante do ressonador magnetostritivo. O calculador de teor de água líquida inclui um detector de ruído configurado para detectar variações temporais da frequência ressonante do ressonador magnetostritivo. O calculador de teor de água líquida inclui um sistema de detecção de água líquida configurado para gerar um sinal indicativo do teor de água líquida se a frequência ressonante detectada for um primeiro limiar menor que a frequência ressonante de base ou as variações temporais detectadas da frequência ressonante forem maiores que um segundo limiar. O calculador de teor de água líquida inclui um detector de temperatura ambiente configurado para gerar um sinal indicativo de uma temperatura ambiente. O calculador de teor de água líquida inclui um indicador de velocidade do ar configurado para detectar a velocidade do ar de uma aeronave. O calculador de teor de água líquida inclui um sensor de ângulo de ataque configurado para detectar um ângulo de ataque da aeronave. O calculador de teor de água líquida também inclui um calculador de temperatura crítica configurado para calcular, baseado na velocidade do ar detectada, no ângulo de ataque detectado, na temperatura ambiente detectada, na frequência ressonante detectada e nas variações temporais detectadas da frequência ressonante, uma ou mais temperaturas críticas que correspondem a uma ou mais localizações sobre uma superfície de aeronave, respectivamente. As uma ou mais temperaturas críticas são indicativas de uma temperatura abaixo da qual uma fração de congelamento do teor de água líquida é maior que zero.

[005] Em algumas modalidades, um método para determinar o teor de água líquida numa nuvem inclui apresentar um ressonador numa nuvem. O método inclui ressonar magnetostritivamente o ressonador. O método inclui determinar uma frequência ressonante de base do ressonador. O método inclui medir uma frequência de ressonância do ressonador na nuvem. O método inclui comparar a frequência de ressonância medida com a frequência ressonante de base determinada. O método inclui determinar uma variação temporal da frequência de ressonância medida. O método inclui comparar a variação temporal determinada da frequência de ressonância medida com um limite predeterminado. O método inclui gerar um sinal indicativo do teor de água líquida. O sinal indicativo gerado do teor de água líquida é zero se a frequência de ressonância comparada não for menor que a frequência de ressonância de base determinada e a variação temporal comparada não for maior que o limite predeterminado. O sinal gerado indicativo de teor de água líquida é maior que zero se a frequência de ressonância comparada for um primeiro limite menor que a frequência ressonante de base determinada ou a variação temporal comparada for maior que um segundo limite.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[006] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma aeronave que tem um detector de acúmulo de água configurado para executar tanto a detecção de acúmulo de gelo quanto a detecção de água líquida.

[007] As Figuras 2A-2B são um gráfico de teor de água líquida e um gráfico de um sinal de detecção de gelo de um ressonador magnetostritivo durante um voo através de uma nuvem.

[008] A Figura 3 é um gráfico de uma frequência ressonante de um ressonador magnetostritivo durante a exposição a uma atmosfera tendo teor de água líquida.

[009] A Figura 4 é um gráfico de uma temperatura crítica vs velocidade do ar para um determinado ângulo de ataque.

[0010] A Figura 5 é um diagrama de blocos de um sistema de detecção de fase de nuvem exemplificador.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0011] Aparelho e métodos associados se referem à geração de uma medida de teor de água líquida de uma nuvem usando uma detecção de acúmulo de gelo ou detecção de água líquida ou ambos usando um ressonador magnetostritivo. Ressonadores magnetostritivos têm sido usados para medir o acúmulo de gelo sobre uma superfície externa de aeronaves, mas até agora não foram usados para determinar a presença de água líquida sobre tais superfícies externas. A exposição de um ressonador magnetostritivo a uma atmosfera que tem gotas de água líquida pode fazer com que estes ressonadores magnetostritivos ressonem numa frequência inferior a uma frequência ressonante de base. Além disso, quando exposto a uma atmosfera que tem gotículas de água líquida, a frequência de ressonância medida tem uma variação temporal que é maior do que uma variação temporal de base. Usando um ou ambos destes indícios, uma medida de teor de água líquida de uma nuvem pode ser gerada usando um ressonador magnetostritivo.

[0012] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma aeronave que tem um detector de acúmulo de gelo configurado para executar tanto a detecção de acúmulo de gelo quanto a detecção de água líquida. Na Figura 1, a aeronave 10 está voando através da nuvem 12. A aeronave 10 tem um ressonador magnetostritivo 14 fixado à região de superfície externa 16.O ressonador magnetostritivo 14 gera um sinal indicativo de uma frequência ressonante e fornece tal sinal para o sistema de determinação de fase 18.O sistema de determinação de fase 18 está em comunicação elétrica com o sistema de aviônica 20 e fornece informações de fase de água 22, 24, para exibição no dispositivo de exibição de cabine 26.Nesta modalidade exemplificadora, o dispositivo de exibição de cabine 26 indica a presença de água líquida 22 e acúmulo de gelo 24.O detector de acúmulo mostrado pode fornecer vantajosamente ao piloto 28 dados de acúmulo de gelo 24 e dados de água líquida 22.

[0013] Em algumas modalidades, o ressonador magnetostritivo 14 terá uma frequência ressonante de base quando exposto a uma atmosfera livre de gelo e livre de água líquida. Conforme o gelo se acumula sobre o ressonador magnetostritivo 14, a frequência ressonante do ressonador magnetostritivo diminuirá. A frequência ressonante continuará diminuindo conforme o gelo continua a acumular sobre o ressonador magnetostritivo 14. Quando a frequência ressonante do ressonador magnetostritivo 14 cair abaixo de um limite predeterminado devido ao acúmulo de gelo, um elemento de aquecimento embutido aquece o ressonador magnetostritivo 14 até o gelo acumulado ter sido completamente derretido e/ou sublimado. O ressonador magnetostritivo 14 então novamente será monitorado.

[0014] Assim, o acúmulo de gelo ocasiona uma frequência ressonante decrescente de ressonador magnetostritivo 14. Atmosferas tendo gotículas de água líquida também podem afetar a frequência ressonante de ressonadores magnetostritivos. Por exemplo, uma gotícula que colide com o ressonador magnetostritivo 14 pode adicionar sua massa a uma massa do ressonador magnetostritivo 14. Embora as gotículas de água líquida possam aderir apenas parcialmente ao ressonador magnetostritivo 14, a massa de uma gotícula parcial pode contribuir para a massa do ressonador magnetostritivo 14.O ressonador magnetostritivo 14, ao ressonar, envolve um movimento oscilatório axial do ressonador magnetostritivo 14.Este movimento oscilatório axial pode ser afetado por qualquer gotícula de água, contribuindo para a massa em movimento do ressonador magnetostritivo 14.Assim, gotículas de água líquida em colisão afetam a frequência ressonante do ressonador magnetostritivo 14, mas em menor grau do que o acúmulo de gelo.

[0015] A frequência ressonante do ressonador magnetostritivo 14 é afetada de pelo menos duas maneiras por gotículas de água líquida em colisão. Em primeiro lugar, a frequência ressonante diminui com qualquer massa adicional associada a gotículas de água líquida. E, em segundo lugar, a frequência ressonante tem variações temporais em resposta a variações temporais de fixação de gotículas de água líquida ao ressonador magnetostritivo 14. Esses dois indícios: i) uma diminuição na frequência ressonante; e ii) um aumento na variação temporal da frequência ressonante pode ser usado individualmente ou junto para determinar o teor de água líquida num ambiente de nuvem.

[0016] A Figura 2A é um gráfico de teor água líquida e a Figura 2B é um gráfico de um sinal de saída de um ressonador magnetostritivo durante um voo através de uma nuvem. Na Figura2a, o gráfico 30 tem um eixo horizontal 32, que representa um tempo de voo. O gráfico 30 também tem um eixo vertical 34, que indica o teor de água líquida (LWC) da atmosfera. O teor água líquida é indicado em unidades de g/mm2. O gráfico 30 mostra a relação LWC/tempo 36. A relação tempo/LWC 36 começa no tempo igual a zero e continua até o tempo igual a 1.000.No tempo igual a cerca de 350, a relação LWC/tempo 36 indica que a aeronave está entrando num ambiente de nuvem que tem teor de água líquida diferente de zero. A aeronave permanece numa atmosfera de teor de água líquida diferente de zero até o tempo ser igual a cerca de 815. Além disso, a aeronave encontra uma atmosfera de teor de água líquida diferente de zero brevemente em dois outros tempos durante o voo: i) no tempo igual a cerca de zero; e ii) no tempo igual a cerca de 900.

[0017] Na Figura 2B, o gráfico 40 corresponde ao mesmo voo que gravou a relação tempo/LWC 36 mostrada no gráfico 30. O gráfico 40 tem um eixo horizontal 42, que também representa um tempo de voo. O gráfico 40 tem um eixo vertical 44 que indica um sinal de saída do ressonador magnetostritivo 14. O sinal de saída é inversamente relacionado a uma frequência ressonante do ressonador magnetostritivo 14. O sinal de saída é indicado em unidades de mV. O gráfico 40 mostra a relação tempo/sinal de saída 46. A relação tempo/sinal de saída 46 inclui sete porções de sinal do tipo triângulo 48. Cada uma das porções de sinal do tipo triângulo 48 é indicativa de acúmulo de gelo. Por exemplo, no tempo igual a cerca de 500, a relação tempo/sinal de saída começa a aumentar de um valor de base de cerca de 3.000 mV. A relação tempo/sinal de saída aumenta monotonicamente até o tempo ser igual a cerca de 515 no ponto em que o sinal de saída se iguala a cerca de 5.000 mV. Um aquecedor interno é ativado no tempo igual a cerca de 515, que derrete e/ou sublima o gelo acumulado no ressonador magnetostritivo 14. Ao sensor magnetostritivo 14 é dado tempo para resfriar e as medições procedem novamente. Não há ocorrência de acúmulo de gelo adicional até o tempo ser igual a cerca de 580. Então, o acúmulo de gelo continua praticamente inabalável até o tempo ser igual a cerca de 775.

[0018] O ressonador magnetostritivo 14 é, portanto, capaz de medir o acúmulo de gelo sobre uma superfície externa da aeronave. O ressonador magnetostritivo 14 também pode indicar quando as gotículas de água líquida colidirem com o ressonador magnetostritivo 14. Conforme mostrado na Figura 2B, nos três tempos, 0, 350 e 900, em que a aeronave entra numa atmosfera de teor de água líquida diferente de zero, a relação tempo/sinal de saída 46 mostra um aumento modesto. Da mesma forma, observe que, quando a aeronave emerge da atmosfera de teor de água líquida diferente de zero, no tempo igual a cerca de 20, 8.215 e 915, 46 mostra uma diminuição modesta. Além disso, sempre que a aeronave estiver numa atmosfera de água líquida diferente de zero, a frequência ressonante tem maior variação temporal do que quando a aeronave está numa atmosfera de água líquida zero.

[0019] A Figura 3 é um gráfico de uma frequência ressonante de um ressonador magnetostritivo durante a exposição a uma atmosfera tendo teor de água líquida. Na Figura 3, o gráfico 50 tem um eixo horizontal 52 e dois eixos verticais 54, 56. O eixo horizontal 52 é indicativo do tempo. O primeiro eixo vertical 54 é indicativo da frequência ressonante do ressonador magnetostritivo 14 e tem unidades de Hz. O segundo eixo vertical 56 é indicativo da temperatura ambiente (por exemplo, temperatura atmosférica) e tem unidades de °C. O gráfico 50 tem duas relações 58, 60, plotadas no mesmo. A relação 58 é indicativa da frequência ressonante do ressonador magnetostritivo 14. A relação 60 é indicativa da temperatura da atmosfera na qual o ressonador magnetostritivo 14 está localizado.

[0020] No tempo igual a zero, o registro de teste começou com o teste já em curso. Do tempo igual a cerca de zero até o tempo igual a aproximadamente 9:00, uma atmosfera de líquido diferente de zero é simulada usando água aspergida. A frequência ressonante em toda esta porção do teste é de cerca de 39.983 Hz. A variação temporal da frequência ressonante durante esta porção do teste é de cerca de mais ou menos 4 Hz. Durante uma segunda porção do teste, entre o tempo de cerca de 9:00 e cerca de 10:00, água não é aspergida sobre o ressonador magnetostritivo 14. Durante esta porção do teste, a frequência ressonante do ressonador magnetostritivo 14 é de cerca de 39.998 Hz. E, durante esta porção do teste, a variação temporal da frequência ressonante é quase zero.

[0021] Em algumas modalidades, a magnitude das variações temporais da frequência ressonante pode ser indicativa de um tamanho médio de gotícula de água líquida. Em algumas modalidades, uma razão de gelo/água líquida pode ser determinada usando a frequência ressonante e a variação temporal da frequência ressonante do ressonador magnetostritivo.

[0022] A Figura 4 é um gráfico de uma temperatura crítica vs velocidade do ar para um determinado ângulo de ataque. Na Figura 4, o gráfico 70 inclui um eixo horizontal 72 e um eixo vertical 74. O eixo horizontal 72 é um indicativo da velocidade do ar de uma aeronave. O eixo vertical 74 é indicativo de uma temperatura crítica. A temperatura crítica é a temperatura abaixo da qual gotículas de água líquida super-resfriadas podem começar a congelar sobre uma superfície externa. O gráfico 70 mostra a relação de temperatura crítica/velocidade do ar 76. A relação de temperatura crítica/velocidade do ar 76 indica que essa temperatura crítica diminui com o aumento da velocidade do ar. Outros fatores aerodinâmicos podem afetar da mesma forma a temperatura crítica. Por exemplo, o ângulo de ataque pode afetar a temperatura crítica. Tais gráficos, como exemplificado pelo gráfico 70 da Figura 4, podem ser usados para prever a temperatura crítica de várias localizações superficiais numa aeronave.

[0023] A Figura 5 é um diagrama de blocos de um sistema de detecção de fase de nuvem exemplificador. Na configuração mostrada, o sistema de detecção de fase de nuvem 18 inclui um ressonador magnetostritivo 14 acoplado ao dispositivo 80 que pode implantar a detecção de fase de nuvem. O dispositivo 80 pode ser qualquer dispositivo que tenha a capacidade de executar instruções legíveis por computador que definem um programa de software que implanta detecção de condições de nuvens de longo alcance. Exemplos de dispositivo 80 podem incluir, sem limitação, computadores laptop, telefones móveis (incluindo smartphones), computadores tablet, assistentes digitais pessoais (PDAs), computadores desktop, servidores, mainframes ou outros dispositivos de computação. Em alguns exemplos, o dispositivo 80 pode ser uma unidade de aviônica configurada para uso num veículo aéreo, como um helicóptero, veículo aéreo não tripulado (UAV) ou outra aeronave.

[0024] Conforme ilustrado na Figura 5, o dispositivo 80 inclui um processador 82, uma interface de ressonador magnetostritivo 84, um módulo de comunicação 86, um sistema de armazenamento 88, dispositivos de entrada 90, dispositivos de saída 92 e uma interface de usuário 94. No entanto, em certos exemplos, o dispositivo 80 pode incluir mais ou menos componentes. Por exemplo, nos exemplos em que o dispositivo 80 é uma unidade de aviônica, o dispositivo 80 pode não incluir o dispositivo (ou dispositivos) de entrada 90 e/ou o dispositivo (ou dispositivos) de saída 92. Em alguns exemplos, tal como quando o dispositivo 80 é um dispositivo móvel ou portátil, tal como um computador laptop, o dispositivo 80 pode incluir componentes adicionais, tal como uma bateria, que fornecem energia para componentes do dispositivo 80 durante a operação.

[0025] O processador (ou processadores) 82, num exemplo, é configurado para implantar funcionalidade e/ou processar instruções para execução dentro do dispositivo 80. Por exemplo, o processador (ou processadores) 82 pode ser capaz de processar instruções armazenadas no dispositivo (ou dispositivos) de armazenamento 88.Exemplos de processador (ou processadores) 82 podem incluir qualquer um ou mais dentre um microprocessador, um controlador, um processador de sinal digital (DSP), um circuito integrado específico de aplicativo (ASIC), uma matriz de portas programáveis no campo (FPGA) ou outro circuito lógico discreto ou integrado equivalente.

[0026] O dispositivo (ou dispositivos) de armazenamento 88 pode ser configurado para armazenar informações dentro do dispositivo 80 durante a operação. O dispositivo (ou dispositivos) de armazenamento 88, em alguns exemplos, é descrito como meios de armazenamento legíveis por computador. Em alguns exemplos, um meio de armazenamento legível por computador pode incluir um meio não transitório. O termo "não transitório" pode indicar que o meio de armazenamento não está incorporado a uma onda portadora ou a um sinal propagado. Em certos exemplos, um meio de armazenamento não transitório pode armazenar dados que podem, ao longo do tempo, mudar (por exemplo, em RAM ou cache). Em alguns exemplos, o dispositivo (ou dispositivos) de armazenamento 88 é uma memória temporária, o que significa que um objetivo primário do dispositivo (ou dispositivos) de armazenamento 88 não é um armazenamento de longo prazo. O dispositivo (ou dispositivos) de armazenamento 88, em alguns exemplos, é descrito como uma memória volátil, o que significa que o dispositivo (ou dispositivos) de armazenamento 88 não mantém os teores armazenados quando a energia para o dispositivo 80 é desligada. Exemplos de memórias voláteis podem incluir memórias de acesso aleatório (RAM), memórias de acesso aleatório dinâmica (DRAM), memórias de acesso aleatório estática (SRAM) e outras formas de memórias voláteis. Em alguns exemplos, o dispositivo (ou dispositivos) de armazenamento 88 é usado para armazenar instruções de programa para execução pelo processador (ou processadores) 82. O dispositivo (ou dispositivos) de armazenamento 88, num exemplo, é usado pelo software ou aplicativos em execução no dispositivo 80 (por exemplo, um programa de software que implanta detecção de fase de nuvem) para armazenar temporariamente informações durante a execução do programa.

[0027] O dispositivo (ou dispositivos) de armazenamento 88, em alguns exemplos, também inclui um ou mais meios de armazenamento legíveis por computador. O dispositivo (ou dispositivos) de armazenamento 88 pode ser configurado para armazenar quantidades maiores de informações do que a memória volátil. O dispositivo (ou dispositivos) de armazenamento 88 pode ser ainda configurado para armazenamento de longo prazo de informações. Em alguns exemplos, o dispositivo (ou dispositivos) de armazenamento 88 inclui elementos de armazenamento não voláteis. Exemplos de tais elementos de armazenamento não voláteis podem incluir discos rígidos magnéticos, discos ópticos, disquetes, memórias flash ou formas de memórias programáveis eletricamente (EPROM) ou memórias apagáveis e programáveis eletricamente (EEPROM). O dispositivo de armazenamento 88 pode incluir os segmentos de detecção de água líquida 95, o segmento de calculador de temperatura crítica 97 e o segmento de calculador de temperatura Ludlam 99.

[0028] O dispositivo 80, em alguns exemplos, também inclui o dispositivo (ou dispositivos) de comunicações 86. O dispositivo 80, num exemplo, utiliza o dispositivo (ou dispositivos) de comunicação 86 para se comunicar com dispositivos externos via uma ou mais redes, tal como uma ou mais redes com fios ou sem fios, ou ambas. O dispositivo (ou dispositivos) de comunicação 86 pode ser um cartão de interface de rede, tal como um cartão Ethernet, um transceptor óptico, um transceptor de radiofrequência, ou qualquer outro tipo de dispositivo que pode enviar e receber informações. Outros exemplos de tais interfaces de rede podem incluir dispositivos de computação Bluetooth, 3G, 4G e Wi-Fi, bem como Barramento Serial Universal (USB).

[0029] O dispositivo 80, em alguns exemplos, também inclui o dispositivo (ou dispositivos) de entrada 90. O dispositivo (ou dispositivos) 90, em alguns exemplos, é configurado para receber entrada de um usuário. Exemplos do dispositivo (ou dispositivos) de entrada 90 podem incluir um mouse, um teclado, um microfone, um dispositivo de câmera, um mostrador sensível a presença e/ou sensível ao toque ou outro tipo de dispositivo configurado para receber entrada de um usuário.

[0030] O dispositivo ou (dispositivos) de saída 92 pode ser configurado para fornecer saída para um usuário. Exemplos de dispositivo (ou dispositivos) de saída 92 podem incluir um dispositivo de exibição, uma placa de som, uma placa gráfica de vídeo, um alto-falante, um monitor de tubo de raios catódicos (CRT), um visor de cristal líquido (LCD), um visor de diodo emissor de luz (LED), um visor de diodo emissor de luz orgânico (OLED) ou outro tipo de dispositivo para enviar informações de forma compreensível para usuários ou máquinas.

[0031] Por conseguinte, o dispositivo 80 ilustra uma modalidade exemplificadora de um dispositivo que pode executar um programa de software que inclui uma pluralidade de segmentos que incluem, cada um, um ou mais módulos que implantam uma interface que permite a comunicação direta entre o respectivo módulo e os módulos que são membros de qualquer outro da pluralidade de segmentos.

[0032] A Figura 6 é um fluxograma de um método exemplificador de detecção de condições de nuvem à distância. Na Figura 6, o método 100 é mostrado do ponto de vista do processador 82 da Figura 5. O método 100 começa na etapa 102 com o processador 82 inicializando o índice N em um, e estabelecendo uma frequência ressonante de base fR(BASE). Então, na etapa 104, o processador 82 recebe uma medição da frequência ressonante fR(N) do ressonador magnetostritivo 14. Na etapa 106, o processador 82 calcula tanto uma frequência ressonante média em execução fR como uma medida de ruído . A média em execução pode ser tomada para as últimas M amostras, por exemplo, e o ruído pode ser calculado sobre essas mesmas M amostras. Então, na etapa 108, o processador 82 compara a frequência ressonante média fR com a frequência ressonante de base fR(BASE). Se a frequência ressonante média não for menor que a frequência ressonante de base fR(BASE), então o método 100 avança para a etapa 110, na qual processador 82 compara o ruído calculado fN com uma fração (por exemplo, um décimo de milésimo) da frequência ressonante de base fR(BASE). Se, na etapa 110, o ruído calculado fN não for maior do que a fração da frequência ressonante de base fR(BASE), o processador 82 aumenta o índice N e determina que um teor de água líquida da nuvem é zero. O método 100, então, retorna para a etapa 104. Se, no entanto, na etapa de 108 ou 110, a comparação foi avaliada em caso afirmativo, então, o método 100 avança para a etapa 114 na qual o processador 82 aumenta o índice N e determina que o teor de água líquida é maior que zero. Então, o método 100 retorna novamente para a etapa 104.

[0033] Em várias modalidades, vários limites são usados nas comparações realizadas nas etapas 108 e 110. Por exemplo, em algumas modalidades, na etapa 108, o processador 82 compara a frequência ressonante média com um produto da frequência ressonante de base fR(BASE) e um fator menor que 1.Por exemplo, o processador 82 pode determinar se a frequência ressonante média é pelo menos um décimo de milésimo da frequência ressonante de base fR(BASE) menor do que a frequência ressonante de base fR(BASE).Numa modalidade exemplificadora, o processador 82 pode determinar se a frequência ressonante média é pelo menos três décimos de milésimo da frequência ressonante base fR(BASE) menor que a frequência ressonante de base fR(BASE) (por exemplo, menor que 0,9997 vez fR(BASE)).Em algumas modalidades, o processador 82 pode comparar o ruído calculado fN com várias frações da frequência ressonante de base fR(BASE).Por exemplo, o processador pode comparar fN com cerca de um, dois, três ou cerca de cinco décimos de milésimo da frequência ressonante de base fR(BASE).

[0034] Seguem descrições não exclusivas de possíveis modalidades da presente invenção.

[0035] Um detector de fase de nuvem inclui um ressonador magnetostritivo tendo uma frequência ressonante de base numa condição livre de gelo e livre de água líquida. O ressonador magnetostritivo é configurado para ressonar numa frequência ressonante indicativa de uma medida de acúmulo de gelo sobre uma superfície externa do ressonador magnetostritivo. O detector de fase de nuvem inclui um sistema de detecção de água líquida configurado para gerar um sinal indicativo do teor de água líquida de uma nuvem. O sistema de detecção de água líquida inclui um detector de frequência configurado para detectar a frequência ressonante do ressonador magnetostritivo. O sistema de detecção de água líquida inclui um detector de ruído configurado para detectar variações temporais da frequência ressonante do ressonador magnetostritivo. O sistema de detecção de água líquida está configurado para gerar um sinal indicativo do teor de água líquida se a frequência ressonante detectada for um primeiro limiar menor que a frequência ressonante de base ou as variações temporais detectadas da frequência ressonante forem maiores que um segundo limiar.

[0036] O detector de fase de nuvem do parágrafo anterior pode incluir, opcionalmente, alternativa e/ou alternativamente, qualquer um ou mais dos seguintes recursos, configurações e/ou componentes adicionais: um sensor de temperatura; uma interface de comunicação digital; e um sistema de detecção de fase de gelo. O sensor de temperatura pode ser configurado para gerar um sinal indicativo da temperatura de uma superfície externa do detector de fase de nuvem. A interface de comunicação digital pode ser configurada para receber comunicações digitais de um barramento de instrumentação de aeronave. As comunicações digitais recebidas podem incluir um sinal indicativo da velocidade do ar de uma aeronave e um sinal indicativo de um ângulo de ataque da aeronave. O sistema de detecção de fase de gelo pode ser configurado para gerar um sinal indicativo de uma taxa do acúmulo de gelo. O sinal indicativo da taxa do acúmulo de gelo pode se basear numa inclinação da frequência da ressonância medida em relação ao tempo. O sistema de detecção de fase de gelo pode gerar um sinal indicativo do teor de água líquida da nuvem. O sinal gerado indicativo do teor de água líquida pode ser baseado na inclinação da frequência de ressonância medida em relação ao tempo.

[0037] Uma modalidade adicional de qualquer um dos detectores de fase de nuvem anteriores, em que o sistema de detecção de água líquida pode calcular, com base nos sinais recebidos da velocidade do ar e no ângulo de ataque, bem como no sinal indicativo da temperatura da nuvem, uma ou mais temperaturas críticas que correspondem a uma ou mais localizações de superfície sobre a aeronave, respectivamente. As uma ou mais temperaturas críticas podem ser indicativas de uma temperatura abaixo da qual uma porção do teor de água líquida pode congelar na respectiva localização da superfície.

[0038] Uma modalidade adicional de qualquer um dos detectores de fase de nuvem anteriores, em que o sistema de detecção de água líquida pode calcular, com base nos sinais recebidos da velocidade do ar e no ângulo de ataque, bem como no sinal indicativo da temperatura da nuvem, uma ou mais temperaturas Ludlam que correspondem a uma ou mais localizações de superfície sobre a aeronave, respectivamente. As uma ou mais temperaturas Ludlam indicativas de uma temperatura abaixo da qual todo o teor de água líquida pode congelar na respectiva localização da superfície.

[0039] Uma modalidade adicional de qualquer um dos detectores de fase de nuvem anteriores, em que o sistema de detecção de água líquida pode ser configurado para gerar um sinal indicativo do teor de água líquida, se uma dentre a frequência ressonante detectada for menor que a frequência ressonante da base e as variações temporais detectadas da frequência ressonante forem maiores que um limite predeterminado.

[0040] Uma modalidade adicional de qualquer um dos detectores de fase de nuvem anteriores, em que o sistema de detecção de água líquida pode ser configurado para gerar um sinal indicativo do teor de água líquida, se tanto a frequência ressonante detectada for o primeiro limite menor que a frequência ressonante da base como as variações temporais detectadas da frequência ressonante forem maiores que o segundo limite.

[0041] Um calculador de teor de água líquida inclui um ressonador magnetostritivo tendo uma frequência ressonante de base numa condição livre de gelo e livre de água líquida. O ressonador magnetostritivo é configurado para ressonar numa frequência ressonante indicativa de uma medida de acúmulo de gelo sobre uma superfície externa do ressonador magnetostritivo. O calculador de teor de água líquida inclui um detector de frequência configurado para detectar a frequência ressonante do ressonador magnetostritivo. O calculador de teor de água líquida inclui um detector de ruído configurado para detectar variações temporais da frequência ressonante do ressonador magnetostritivo. O calculador de teor de água líquida inclui um sistema de detecção de água líquida configurado para gerar um sinal indicativo do teor de água líquida se a frequência ressonante detectada for um primeiro limiar menor que a frequência ressonante de base ou as variações temporais detectadas da frequência ressonante forem maiores que um segundo limiar. O calculador de teor de água líquida inclui um detector de temperatura ambiente configurado para gerar um sinal indicativo de uma temperatura ambiente. O calculador de teor de água líquida inclui um indicador de velocidade do ar configurado para detectar a velocidade do ar de uma aeronave. O calculador de teor de água líquida inclui um sensor de ângulo de ataque configurado para detectar um ângulo de ataque da aeronave. O calculador de teor de água líquida também inclui um calculador de temperatura crítica configurado para calcular, baseado na velocidade do ar detectada, no ângulo de ataque detectado, na temperatura ambiente detectada, na frequência ressonante detectada e nas variações temporais detectadas da frequência ressonante, uma ou mais temperaturas críticas que correspondem a uma ou mais localizações sobre uma superfície de aeronave, respectivamente. As uma ou mais temperaturas críticas são indicativas de uma temperatura abaixo da qual uma fração de congelamento do teor de água líquida é maior que zero.

[0042] Uma modalidade adicional do calculador de teor de água líquida anterior, em que o sistema de detecção de água líquida pode calcular, com base nos sinais recebidos da velocidade do ar e no ângulo de ataque, bem como no sinal indicativo da temperatura da nuvem, uma ou mais temperaturas Ludlam que correspondem a uma ou mais localizações de superfície sobre a aeronave, respectivamente. As uma ou mais temperaturas Ludlam indicativas de uma temperatura abaixo da qual todo o teor de água líquida pode congelar na respectiva localização da superfície.

[0043] Uma modalidade adicional de qualquer um dos calculadores de teor de água líquida anteriores, em que o sistema de detecção de água líquida pode ser configurado para gerar um sinal indicativo do teor de água líquida, se tanto a frequência ressonante detectada for o primeiro limite menor que a frequência ressonante da base como as variações temporais detectadas da frequência ressonante forem maiores que o segundo limite.

[0044] Uma modalidade adicional de qualquer um dos calculadores de teor de água líquida anteriores, em que o sistema de detecção de água líquida pode gerar um sinal indicativo de uma taxa de acúmulo de gelo, o sinal indicativo de uma taxa de acúmulo de gelo com base numa inclinação da frequência ressonante medida em relação ao tempo excede um limiar predeterminado.

[0045] Uma modalidade adicional de qualquer um dos calculadores de teor de água líquida anteriores, em que o sistema de detecção de água líquida pode gerar um sinal indicativo do teor de água se a inclinação da frequência de ressonância medida for menor do que o limite predeterminado.

[0046] Um método para determinar o teor de água líquida numa nuvem inclui apresentar um ressonador numa nuvem. O método inclui ressonar magnetostritivamente o ressonador. O método inclui determinar uma frequência ressonante de base do ressonador. O método inclui medir uma frequência de ressonância do ressonador na nuvem. O método inclui comparar a frequência de ressonância medida com a frequência ressonante de base determinada. O método inclui determinar uma variação temporal da frequência de ressonância medida. O método inclui comparar a variação temporal determinada da frequência de ressonância medida com um limite predeterminado. O método inclui gerar um sinal indicativo do teor de água líquida. O sinal indicativo gerado do teor de água líquida é zero se a frequência de ressonância comparada não for menor que a frequência de ressonância de base determinada e a variação temporal comparada não for maior que o limite predeterminado. O sinal gerado indicativo de teor de água líquida é maior que zero se a frequência de ressonância comparada for um primeiro limite menor que a frequência ressonante de base determinada ou a variação temporal comparada for maior que um segundo limite.

[0047] O método do parágrafo anterior pode incluir, opcionalmente, adicional e/ou alternativamente, qualquer um ou mais dentre os seguintes recursos, configurações e/ou componentes adicionais: gerar um sinal indicativo da temperatura ambiente; detectar a velocidade do ar de uma aeronave; detectar o ângulo de ataque da aeronave; calcular, com base na velocidade do ar detectada, no ângulo de ataque detectado, na temperatura ambiente detectada, na frequência ressonante detectada e/ou nas variações temporais detectadas da frequência ressonante, uma ou mais temperaturas críticas que correspondem a uma ou mais localizações numa superfície de aeronave, respectivamente. As uma ou mais temperaturas críticas indicativas de uma temperatura abaixo da qual uma fração de congelamento do teor de água é maior que zero.

[0048] Uma modalidade adicional de qualquer dos métodos anteriores, em que o primeiro limite pode ser, pelo menos, três décimos de milésimo da frequência de base menor do que a frequência ressonante de base.

[0049] Uma modalidade adicional de qualquer dos métodos anteriores, em que o segundo limite pode ser pelo menos três décimos de milésimo da frequência ressonante de base.

[0050] Uma modalidade adicional de qualquer dos métodos anteriores, em que o sinal gerado indicativo de teor de água líquida é maior que zero se tanto a frequência de ressonância comparada for o primeiro limite menor que a frequência de ressonância de base determinada e a variação temporal comparada não for maior do que o segundo limite.

[0051] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a uma modalidade (ou modalidades) exemplificativa, será entendido pelos versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser usados no lugar de elementos da mesma sem se afastar do escopo da invenção. Além disto, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo essencial da mesma. Portanto, se pretende que a invenção não seja limitada à modalidade (ou modalidades) particular divulgada, mas que a invenção inclua todas as modalidades que estão dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims (20)

1. Detector de fase de nuvem, compreendendo: um ressonador magnetostritivo que tem uma frequência ressonante de linha de base numa condição livre de gelo e livre de água líquida, o ressonador magnetostritivo configurado para ressonar a uma frequência ressonante indicativa de uma medida do acúmulo de gelo sobre uma superfície externa do ressonador magnetostritivo; um processador; e meio de armazenamento legível por computador compreendendo instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o detector de fase de nuvem: detectar a frequência ressonante do ressonador magnetostritivo; detectar variações temporais da frequência ressonante do ressonador magnetostritivo; e caracterizado pelo fato de que compreende ainda: gerar um sinal indicativo do teor de água líquida se a frequência ressonante detectada for um primeiro limite menor que a frequência ressonante de linha de base ou as variações temporais detectadas da frequência ressonante forem maiores que um segundo limite.

2. Detector de fase de nuvem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um sensor de temperatura configurado para gerar um sinal indicativo de uma temperatura de uma superfície externa do detector de fase de nuvem.

3. Detector de fase de nuvem de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma interface de comunicações digitais configurada para receber comunicações digitais de um barramento de instrumentação de aeronave, as comunicações digitais recebidas incluindo um sinal indicativo da velocidade do ar de uma aeronave e um sinal indicativo de um ângulo de ataque da aeronave, em que o meio de armazenamento legível por computador compreende ainda instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o detector de fase de nuvem: calcular, com base nos sinais recebidos da velocidade do ar e do ângulo de ataque, bem como no sinal indicativo da temperatura, uma ou mais temperaturas críticas que correspondem a uma ou mais localizações da superfície na aeronave, respectivamente, a uma ou mais temperaturas críticas indicativas de uma temperatura abaixo da qual uma porção do teor de água líquida pode congelar na uma ou mais respectivas localizações de superfície.

4. Detector de fase de nuvem de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o meio de armazenamento legível por computador compreende ainda instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o detector de fase de nuvem: calcular, com base nos sinais recebidos da velocidade do ar e do ângulo de ataque, bem como no sinal indicativo da temperatura, uma ou mais temperaturas Ludlam que correspondem a uma ou mais localizações da superfície na aeronave, respectivamente, a uma ou mais temperaturas Ludlam indicativas de uma temperatura abaixo da qual todo o teor de água líquida pode congelar na uma ou mais respectivas localizações de superfície.

5. Detector de fase de nuvem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de armazenamento legível por computador compreende ainda instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o detector de fase de nuvem: gerar um sinal indicativo do teor de água líquida se tanto a frequência ressonante detectada for o primeiro limite menor que a frequência ressonante de linha de base como as variações temporais detectadas da frequência ressonante forem maiores que o segundo limite.

6. Detector de fase de nuvem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de armazenamento legível por computador compreende ainda instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o detector de fase de nuvem: gerar um sinal indicativo de uma taxa do acúmulo de gelo, o sinal indicativo da taxa do acúmulo de gelo com base numa inclinação da frequência ressonante detectada em relação ao tempo.

7. Detector de fase de nuvem de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o meio de armazenamento legível por computador compreende ainda instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o detector de fase de nuvem: gerar um sinal indicativo do teor de água líquida, o sinal indicativo gerado do teor de água líquida com base na inclinação da frequência ressonante detectada em relação ao tempo.

8. Detector de fase de nuvem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de armazenamento legível por computador compreende ainda instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o detector de fase de nuvem: gerar um sinal indicativo do teor de água líquida, se tanto a frequência ressonante detectada for pelo menos três décimos de milésimo a frequência ressonante de linha de base menor do que a frequência ressonante de linha de base como as variações temporais detectadas da frequência ressonante forem maiores do que dois décimos de milésimo da frequência ressonante de linha de base.

9. Calculador de teor de água líquida, compreendendo: um ressonador magnetostritivo que tem uma frequência ressonante de linha de base numa condição livre de gelo e livre de água líquida, o ressonador magnetostritivo configurado para ressonar a uma frequência ressonante indicativa de uma medida do acúmulo de gelo em uma superfície externa do ressonador magnetostritivo; um indicador de velocidade do ar configurado para detectar a velocidade do ar de uma aeronave; um sensor de ângulo de ataque configurado para detectar um ângulo de ataque da aeronave; um processador; e um meio de armazenamento legível por computador compreendendo instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o calculador de teor de água líquida: detectar a frequência ressonante do ressonador magnetostritivo; detectar uma temperatura ambiente; detectar variações temporais da frequência ressonante do ressonador magnetostritivo; e caracterizado pelo fato de que o meio de armazenamento legível por computador compreende ainda instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o calculador de teor de água líquida: gerar um sinal indicativo do teor de água líquida se a frequência ressonante detectada for um primeiro limite menor que a frequência ressonante de linha de base ou as variações temporais detectadas da frequência ressonante forem maiores que um segundo limite; e calcular, com base na velocidade do ar detectada, no ângulo de ataque detectado, na temperatura ambiente detectada, na frequência ressonante detectada, e nas variações temporais detectadas da frequência ressonante, uma ou mais temperaturas críticas que correspondem a uma ou mais localizações em uma superfície de aeronave, respectivamente, a uma ou mais temperaturas críticas indicativas de uma temperatura abaixo da qual uma fração de congelamento do teor de água líquida é maior que zero.

10. Calculador de teor de água líquida de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o meio de armazenamento legível por computador compreende ainda instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o calculador de teor de água líquida: calcular, com base nos sinais recebidos da velocidade do ar e do ângulo de ataque, bem como no sinal indicativo da temperatura, uma ou mais temperaturas Ludlam que correspondem a uma ou mais localizações da superfície na aeronave, respectivamente, a uma ou mais temperaturas Ludlam indicativas de uma temperatura abaixo da qual todo o teor de água líquida pode congelar na uma ou mais respectivas localizações de superfície.

11. Calculador de teor de água líquida de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o meio de armazenamento legível por computador compreende ainda instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o calculador de teor de água líquida: gerar um sinal indicativo do teor de água líquida, se tanto a frequência ressonante detectada for menor que a frequência ressonante de linha de base como as variações temporais detectadas da frequência ressonante forem maiores que um décimo de milésimo a frequência ressonante de linha de base.

12. Calculador de teor de água líquida de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o meio de armazenamento legível por computador compreende ainda instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o calculador de teor de água líquida: gerar um sinal indicativo de uma taxa do acúmulo de gelo, o sinal indicativo da taxa do acúmulo de gelo com base numa inclinação da frequência ressonante detectada em relação ao tempo.

13. Calculador de teor de água líquida de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o meio de armazenamento legível por computador compreende ainda instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o calculador de teor de água líquida: gerar um sinal indicativo do teor de água, se a inclinação da frequência ressonante detectada for menor que o limite predeterminado.

14. Método para determinar teor de água líquida numa nuvem, o método incluindo: apresentar um ressonador numa nuvem; ressonar magnetostritivamente o ressonador; determinar uma frequência ressonante de linha de base do ressonador; medir uma frequência de ressonância do ressonador na nuvem; comparar a frequência de ressonância medida com a frequência ressonante de linha de base determinada; determinar uma variação temporal da frequência de ressonância medida; comparar a variação temporal determinada da frequência de ressonância medida com um limite predeterminado; caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente: gerar um sinal indicativo de teor de água líquida, em que o sinal indicativo gerado de teor de água líquida é zero se a frequência de ressonância comparada não for menor que a frequência ressonante de linha de base determinada e a variação temporal comparada não for maior que o limite predeterminado, e em que o sinal indicativo gerado de teor de água líquida é maior do que zero se a frequência de ressonância comparada for um primeiro limite menor que a frequência ressonante de linha de base determinada ou a variação temporal comparada for maior que segundo limite predeterminado.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o primeiro limite é pelo menos três décimos de milésimo da frequência de linha de base menor do que a frequência ressonante de linha de base.

16. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o segundo limite é pelo menos de três décimos de milésimo da frequência ressonante de linha de base.

17. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o sinal indicativo gerado de teor de água líquida é maior que zero se tanto a frequência de ressonância comparada for o primeiro limite menor que a frequência ressonante de linha de base determinada como a variação temporal comparada não for maior do que o segundo limite.

18. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: gerar um sinal indicativo da temperatura ambiente.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: detectar velocidade do ar de uma aeronave; e detectar ângulo de ataque da aeronave.

20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: calcular, com base na velocidade do ar detectada, no ângulo de ataque detectado, na temperatura ambiente detectada, na frequência ressonante detectada e nas variações temporais detectadas da frequência ressonante, uma ou mais temperaturas críticas que correspondem a uma ou mais localizações em uma superfície de aeronave, respectivamente, a uma ou mais temperaturas críticas indicativas de uma temperatura abaixo da qual uma fração de congelamento do teor de água é maior que zero.