CN102323005A - 用于检测流体压力测量探头的的检测装置以及包含该检测装置的探头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测流体压力测量探头的检测装置，以及涉及一种包含该检测装置的探头。探头(10)包括内部空间(14，23，24)和用于与空间(14，23，24)的外部相连通的至少一个孔(20)。该检测装置包括：声音传送器(26)和声音接收器(27)，所述声音传送器和声音接收器用于被连接到内部空间(14，23，24)上，以使得声音传送器(26)传送在内部空间内传播的声音信号，及声音接收器(27)接收在内部空间(14，23，24)内测定的声音信号；以及比较设备(28)，其将测定的信号与参考信号进行比较。所述检测装置可以是独立的设备或与探头成为一体。

Description

用于检测流体压力测量探头的的检测装置以及包含该检测装置的探头

技术领域

本发明涉及一种用于检测流体压力测量探头的检测装置以及包含该检测装置的探头。

背景技术

所有飞行器的飞行员都需要知道飞行器相对于空气(即相对于风)的速度。借助测量静压Ps和总力Pt的探头，以及借助测量冲角α和侧滑角β的传感器，来确定该速度。α和β提供速度矢量在与飞行器相关的参考系或参考坐标系中的方向，而Pt-Ps则提供速度矢量的模量。因此，这四个空气动力学的参数能确定任意飞行器(例如飞机或直升机)的速度矢量。

总压Pt的测量通常采用被称为皮托管的装置。这是一种一端开口、另一端封闭的管子。该管子的开口一端基本面向来流。

位于管子上游的气流的速度逐步减慢，直至在管子进口端处速度接近为零。空气压力随着空气速度的下降而增加。增加的压力构成了气流的总压Pt。在皮托管内部来测量在该处所获得的气压。

实际上，气流中可能会输送有固体或液体微粒(例如来自云中的水分)，这些微粒可能渗透到皮托管内，并在管子的封闭端积聚。为了避免这种积聚干扰压力的测量，封闭端通常有一个或多个的排水孔和除水器，从而避免管线发生任何阻塞的危险，该管线将总压传递到位于飞机机身的压力传感器或传递到飞行器仪表板上的仪表。

排水孔用来除去可能渗透进入管内的液体和可能的微粒。这些排水孔在水分充足的大气中飞行的情况下很有用，其中在大气中，水分可以是液态(可能处于过冷状态)或是固态(在冰冻条件下出现)。

水、微粒和一部分进入皮托管的空气同时地流经排水孔。因此，管中的空气并没有被完全减慢速度，并且因此总压Pt的测量被略微地改变。更准确地说，通过越多地增加净化孔的尺寸来尽力阻止水或颗粒的明显积累，总压的测量值就会被越大地改变。相反地，通过越多地减小排水孔的尺寸来尽力改进总压Pt的测量，水或颗粒聚集的危险性就越大。因此，对于皮托管，有必要在总压Pt的测量质量和由于实施测量时被空气流所运输的水或颗粒的渗透而干扰测量的风险之间做一个折衷。因此，排水孔的尺寸不可大幅度地增大以提升它们的有效性。

在飞行器的操作的寿命期间内，净化孔会由于吸入了尘土、昆虫、植物或其他异物的残渣而被污染。由于它们的尺寸和皮托管在飞行器机身中的位置，要定期检查净化孔的完整性非常不容易。在每次飞行之前，没有措施来核实这些孔的情况，并且在飞行中的检查也是不可能的。这可能会对飞行安全造成影响。

目前皮托管的排水孔采用视觉检查。负责飞行器维护的操作人员用一个小灯泡检查一个或多个排水孔。如果观测到异物或者异常，就将探头移去，并对气动回路进行清洁。飞行器越大，这种操作就越难开展。探头的进口和排水孔的进口通常直径都小于1mm，因此很难接近。因此，这种操作极少实施。通常的情况是检测周期都在一年以上。

当然，对于那些在有沙尘暴或火山云、因而大气层被高度污染的国家之间飞行的飞行器，或者更简单地在有筑巢昆虫(例如石巢蜂)密集出现的区域之间飞行的飞行器而言，这种检查的时间间隔是不能接受的。

经常会发生以下情况：飞行器的飞行员报告在遭遇强降水的飞行期间速度测量出现波动问题的情况。

本发明提出了这样的解决方案，用于减少与排水孔相关的缺陷的影响。

这里需要提及一种在申请日为2001年4月24日的、公开号为FR2823846的发明专利中所描述的压力探头，其中该压力探头中的操作原理使得提供一个较大横截面的净化管路成为可能。这是一个用来在流体滞止点处测量总压的探头。更准确地，这个探头从空气流中吸取至少两股气流，并将它们彼此接触，以使它们减慢速度。空气已减慢速度的区域中的压力得到测量，且测得的压力给出了气流的总压。这种探头使净化孔的尺寸显著增大成为可能。然而，这个解决方案有严重影响设计的缺点，在压力探测功能上存在天生的缺陷，从而需要更多的时间来检验和安装在服役飞机上的体积中。

此外，静压的测量通过以下方式来实施：使用与飞机机身齐平的探头，使得导管开口大致垂直于气流的方向，其中在导管中测量气体压力。

某些杂质在导管壁上堆积的现象可能会发生。在整个时间内，堆积的杂质会构成粘附到内壁上的杂质块，且可能通过改变其几何形状而干扰导管内的流体的流动。当导管中的流体的流速不足以去除堆积的杂质时，就会频繁地出现杂质堆积成块的情况。堆积物是由粘附到导管内壁上的杂质、或由于平静流体流动区域的微小涡动而积聚的杂质所引起的。

如果这种探头的空气入口导管被部分壅堵，就会影响探头的反应时间。而如果完全壅堵的话，静态压力测量值本身就错了。对于这样一个探头来说，如申请日为2006年12月20日的、公开号为FR2910357的专利所描述的那样，已经设计了一个自清理装置，用来清洁内壁。此自清理装置的目的是警告、并在某种程度上消除阻塞现象。这些探头使得可以采用这样的原理：对驱动元件的移动阻碍物进行改变，从而探测出故障导管中的部分或完全阻塞。然而，它们存在这样的缺陷，即仅能测试装备有疏导装置的内部空间；例如，如果仅仅排水孔装备在那里，则探头前端的任何壅堵都不会被检测到(其中空气流经探头前端贯穿到探头中)。

发明内容

本发明的目的是通过自动或半自动地检测现有探头(特别是静压探头、皮托管、皮托管-静压探头、以及完全或部分气压迎角探头)的内腔和排水孔是否堵塞，来全部或部分地减轻前述问题。本发明允许在定期性维护操作中、在飞行前的检测过程中、或者甚至是飞行过程中都可以进行检测。

为此，本发明的一个方案是用于检测流体压力测量探头的检测装置，该探头包括内部空间和与内部空间的外侧相连通的至少一个孔，其特征在于，所述检测装置包括：

-声音传送器和声音接收器，所述声音传送器和声音接收器用于被连接到内部空间上，以使得声音传送器传送在内部空间内传播的声音信号，以及声音接收器接收在内部空间内测定的声音信号；以及

-比较设备，其将在内部空间内测定的声音信号与参考声音信号进行比较。

在优选的实施例中，声音传送器和声音接收器与内部空间之间进行暂时性连接。也就是说，该检测装置是一个可安装在现有探头上的检测装置。

本发明的另一方案是一种流体压力测量探头，该探头包括内部空间和与外部环境相连通的至少一个孔，其特征在于：该流体压力测量探头包括如前所述的根据本发明的检测装置。也就是说，该检测装置可以是一个独立检测装置，或可以是被集成到探头内部的检测装置。

检测装置(或装备有该检测装置的探头)使得整个气动回路能够被检测，其中探头的内部空间形成该气动回路的一部分。具体而言，如果探头的内部空间通过气动接头被连接到飞行器的其他仪器，例如ADC(空气数据计算机)，声音信号会传播一直到这些仪器。气动回路中的任何异常都能被检测装置所检测到。

单独的检测装置可能用于任何现有类型的探头。集成的检测装置能完成对探头的检测，而有可能不需在探头附近进行直接干涉。还有可能遥控传送器，并将接收器接收到的测定声音信号和参考信号相比较的结果进行中继传送。这种检测操作甚至可以在装备有探头的飞行器的飞行过程中实施。简单地需要考虑大气压力和气流温度的情况，以便使测量装置能够适应该压力和该温度。

附图说明

在阅读作为示例给出的实施例的详细说明之后，将会更清楚的理解本发明，本发明的其他优点也会变得明显。下面，借助附图对实施例进行说明，其中：

图1显示了总压测量探头；

图2显示了图1中的探头的局部视图，其中在探头附近装有根据本发明的检测装置；

图3显示了总压测量探头的局部视图，其中在探头中集成有根据本发明的检测装置。

为了表述清楚，同一部件在各图中采用相同的数字标示。

具体实施方式

本发明被描述为与总压测量探头相关。当然，也可以将其安装用于静压测量探头、皮托管-静压探头，或用于完全或部分气动冲角探头上。

图1示出总压测量探头10，其设计成可被紧固并穿过飞行器外壳12中的开口11。探头10包括位于外壳12外侧的外侧部13，其由被桅杆15所支承的皮托管14形成。探头10还包括内侧部16，其主要由电接头17和气动接头18组成。电接头17使探头10能与飞行器电连接，特别是连接到加热设备用于为探头10除冰。这些除冰装置包括(例如)尤其是环绕皮托管14的加热电阻，使得飞行器能够在可能结冰的环境中飞行。气动连接器18能使皮托管14气动连接到压力传感器或者位于飞行器外壳12下方的机身内部的另一测量装置上。探头10以如下方式放置在飞行器外壳12上：皮托管14大体上沿着飞行器的纵向轴线进行定向并远离边界层，以使得箭头19所标示的气流方向大体上面向着位于皮托管14的第一端21处的入口孔20。

在所示的实施例中，皮托管14相对于飞行器的外壳12进行固定。当然，有可能将皮托管14安装在可移动的桅杆上，例如在1990年8月3日申请的、已公开专利FR 2665539所描述的沿着流动轴进行定位的翼片上。因此，当探头10附近的流动的局部迎角发生改变的时候，皮托管14的方位也随从着该冲角，以使得总是面向流体。当局部迎角变化时，总压的测量也相应地得到提高。

图2更详细地示出了皮托管14，其形成探头最远离飞行器外壳12的那部分。测量总压的测量设备包括第一管14，有利地为圆形截面，即所谓的皮托管，其大体上沿着气流的轴向19进行定向。在第一管14的端部22处(所述端部22与另一端部21相反)，第一管14具有净化孔23，其使得易于渗透进入管14内侧的颗粒得到清除。同样，在第一管14的端部22上，气压管道24朝向第一管14开口，以在其中形成测压嘴40，在此需要测量气体压力。通常测压嘴40被构造成阻止水进入管14中，从而形成一个除水器。管道24例如连接到附图2未示出的压力传感器上。压力传感器用于有效地测量在管14内的端部22处所获得的气体压力。压力传感器可以是探头的一部分，或者与探头是分离的。这种情况下，压力传感器通过气动接头18连接到探头31上。除了净化孔23(与管14的截面积相比，其截面积是较小值)之外，管14在其端部22处是封闭的。因此，在这一端部测量的压力代表气流的总压Pt。

根据本发明，用来检测探头10的检测装置25被安置在管14的端部21附近。检测装置25包括声音传送器26和声音接收器27。声音传送器26设计为传送在管14中传播的声音信号。声音接收器27设计为接收在管14内的声音信号。声音接收器27接收的声音信号称为测定声音信号。有利地，声音传送器26和接收器27可被制成一个部件，例如一个压电元件。在两端部21和22之间的管14内部，净化孔23和管道24形成了探头10的内部空间。声音传送器26和声音接收器27被连接到内部空间上，以便于被传送的声音信号在内部空间传播，并且声音接收器27接收到在内部空间内传播的测定声音信号。

内部空间的几何形状和与气动回路其他部分相连的其各种连接件，会影响在内部空间内的测定声音信号。因此，接收器27接收到的测定声音信号取决于位于内部空间内的微粒，特别是当净化孔23被阻塞时。有可能限定一个参考信号，其是接收器27在内部空间没有颗粒时所接收到的信号。检测装置25还包括比较装置28，其用于探头在测试过程中被分析时，将测定声音信号与参考信号进行比较。参考信号可以被定义位于一个新的探头10上，或者在对探头10进行全面视觉检测之后进行定义。如果该检测装置用于安装在飞行器上的探头10，则参考信号可能取决于飞行器本身，尤其是取决于不属于探头10的那部分气动回路。

测定信号和参考信号之间的差值揭示了在内部空间中存在颗粒。如果颗粒被检测到，则必须在探头10上实施维护操作，以移除这些颗粒。与此相反，如果差异不明显，则认为探头10还可以工作。这种检测可以很快地进行实施。这种检测可以直接在飞行器上实施，而无需移除探头10。这种检测也可在对探头10的维护操作中实施，以便于核实这些颗粒(特别是那些可以阻塞净化孔23的颗粒)确实被清除。

有利的，检测装置25包括提示装置，其提示在测定信号和参考信号之间的差值是否超过预设阙值。预设阙值可被存储在检测装置25的存储器中。该阈值可通过测试实验来限定，其中在测试实验中，对位于不同位置的、进入到内部空间的不同尺寸颗粒进行测试。该提示装置可由警示灯29形成，其中操作员可在检测操作中观察到该警示灯。提示装置也可能被检测装置25的连接器30中继传送。

在借助检测装置25进行的检测操作中，有可能例如寻找内部空间的共振频率。该共振频率取决于净化孔23的任何阻塞或在内部空间中出现的颗粒。优选的，由传送器26传送的声音信号可以是通过扫描给定频率波段所获得的声音信号。由接收器27所测定的声音信号在该频率波段上与参考波段相比较。该频率波段可覆盖与探头类型(或更一般地与整个气动管路)相匹配的扩展声音频率。

图3所示为总压测量探头31的局部图，其中根据本发明的检测装置32被集成到探头31中。像检测装置25一样，检测装置32包括传送器26和接收器27。该探头包括检测装置32，检测装置32(例如)通过位于皮托管14和气动接头18之间的T型连接器33连接到管道24。也就是说，该检测装置32被连接到位于测压嘴40和气压传感器之间的管道24上。该检测装置32被放置在探头的主体41内侧。通过将检测装置32连接到管道24上，有可能使传送器26和接收器27与管道24相连通，并因此与探头31的整个内部空间相连通。声音信号在管道24和皮托管14中传播。排水孔23的任何阻塞都会改变声音信号。该检测装置32可包括比较装置28。这些比较装置也可被安置在远离探头31的位置处。这可通过电接头17经由连接杆34完成。就探头31来说，提示装置被优选安装在配备有探头31的飞行器的驾驶室内。

Claims (5)

1.一种用于检测流体压力测量探头(10)的检测装置，该探头(10)包括内部空间(14，23，24)和与内部空间(14，23，24)的外侧相连通的至少一个孔(20，33)，其特征在于，所述检测装置包括：

声音传送器(26)和声音接收器(27)，所述声音传送器和声音接收器用于被连接到内部空间(14，23，24)上，以使得声音传送器(26)传送在内部空间内传播的声音信号，以及声音接收器(27)接收在内部空间(14，23，24)内测定的声音信号；以及

比较设备(28)，其将在内部空间(14，23，24)内测定的声音信号与参考声音信号进行比较，

其中，声音传送器(26)和声音接收器(27)与内部空间(14，23，24)之间进行暂时性连接。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括提示装置(29)，其提示在测定声音信号和参考信号之间的差值是否超过预设阙值。

3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，被传送的声音信号扫描给定的频率波段，以及测定声音信号在所述频率波段上与参考波段进行比较。

4.根据前述权利要求之一所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置被设计成用于检测总压探头(10)、静压探头、皮托管-静压探头、或完全或部分气动冲角探头。

5.根据前述权利要求之一所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置设计成在入口孔(20)附近被连接到内部空间(14，23，24)，所述入口孔(20)用于使气流流入探头(10)。

Images