CN103101626A - 结冰探测器 - Google Patents

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CN103101626A CN2012105137904A CN201210513790A CN103101626A CN 103101626 A CN103101626 A CN 103101626A CN 2012105137904 A CN2012105137904 A CN 2012105137904A CN 201210513790 A CN201210513790 A CN 201210513790A CN 103101626 A CN103101626 A CN 103101626A
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Abstract

本发明涉及结冰探测技术领域，提供一种结冰探测器，其包括：结冰组件，其包括具有积冰表面的结冰杆和支撑结构；至少一个视觉传感器，其布置成能够获取积冰表面的图像；控制器，其与视觉传感器电连接，包括图像对比模块用于将所获得图像与初始图像进行对比，从而判断结冰杆的积冰表面是否结冰；其中，结冰组件还包括分别与结冰杆和支撑结构连接的制冷元件。制冷元件可对结冰杆进行主动制冷，进一步降低结冰杆的表面温度，有利于使结冰探测器在机翼/短舱发生结冰之前探测到结冰。

Description

结冰探测器
技术领域
本发明涉及结冰探测领域，尤其涉及用于探测结冰条件的结冰探测装置。
背景技术
当飞机在结冰条件下飞行时，在飞机机翼前缘、短舱前缘等部位极易产生结冰。飞机表面结冰将导致飞机操稳品质降级、飞行性能损失和飞行安全裕度下降。
当前大部分民机和运输机都配备了飞行结冰探测系统。结冰探测系统可以在早期探测到飞机进入结冰气象条件或飞机表面结冰，以发出结冰告警信息，提示飞行员手动启动防冰系统，或者由结冰探测系统直接启动防冰系统。因而，结冰探测是保障飞行安全的一项重要措施。
美国专利US 4,553,137公开了一种基于磁致伸缩材料的振动原理的结冰探测器。该结冰探测器的探头由磁致伸缩材料制成，当飞机进入结冰条件，因结冰质量增加导致探头振动频率下降，降低到阀值后发出结冰信号。此类型的结冰探测器在B737、A340、A380、B747、B777、ERJ、CRJ、ARJ等型号的飞机上得到广泛使用。这种结冰探测器安装在飞机机头部位，通过气动分析和水滴遮蔽高度分析确定安装位置，为飞机提供结冰告警。然而，这种磁致伸缩材料的探头需要布置在支撑结构的磁场中，支撑结构较复杂，体积较大，而必需的电除冰又会导致其用电量较大；同时，这种探头形状为圆柱形，其因临界温度较低，而不易满足近年来适航当局对主导式飞行结冰探测系统和过冷大水滴结冰条件的适航要求。
美国专利US 7,370,525公开了一种光电结冰探测器，美国专利US 4,461,178公开了一种超声波结冰探测器。然而，这两项专利技术都需要包括发射装置和接收装置，信号的处理由于结冰类型多样而较为复杂，致使整个探测器结构复杂，可靠性较低。
在Chun sheng Yu和Qing jin Peng发表的论文《Icing DetectionUsing Image-based 3D Shape Recovery》(见Computer-Aided Design&Applications，7(3)，2010，335-347)中，采用两组摄像机获得输电线的结冰照片，通过图像三维重构和对比获得结冰形状，以判断输电线是否结冰；美国COMBITECH公司在《Ice detection using imageanalysis》(见http://winterwind.se/2012/download/16Combitech.pdf)中描述了采用照相机获得叶片结冰照片，基于图像分析监控风力发电机叶片结冰的技术。继而，图像处理技术被引入到结冰探测领域。然而，上述装置采用现有摄像机或照相机获得图片，通过远程信息传将图片信息传递到后方，由计算机进行图像分析，判断是否结冰。此种装置体积大、重量重，无法在飞机上安装布置，不能适用于飞机结冰探测系统。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种结构简单、体积小、重量轻、可靠性高且易于在飞机上安装布置的结冰探测器。
为此，根据本发明的一个方面，提供一种结冰探测器，包括：
结冰组件，其包括具有积冰表面的结冰杆和支撑结构；至少一个视觉传感器，其布置成能够获取所述积冰表面的图像；控制器，其与所述视觉传感器电连接，所述控制器包括图像对比模块用于将来自所述视觉传感器的所述图像与所述积冰表面的初始图像进行对比，从而判断所述结冰杆的积冰表面是否结冰；其中，所述结冰组件还包括分别与所述结冰杆和所述支撑结构相连接的制冷元件。
在本发明的该方面，由于本发明基于图像处理技术，具有无运动部件(结冰杆相对静止而非振动)，技术成熟，可靠性更高；在结冰杆组件上布置制冷元件，对结冰杆进行主动制冷，可进一步降低结冰杆的表面温度，有利于结冰杆在机翼/短舱发生结冰前结冰，使结冰探测器在机翼/短舱发生结冰之前探测到结冰。优选地，所述制冷元件为半导体制冷元件，其冷端与所述结冰杆相接从而对其主动制冷，其热端与所述支撑结构相接以通过其散热。
优选地，所述半导体制冷元件布置于所述结冰杆下端，所述冷端在上而所述热端在下。
作为替换，结冰组件还可以如此设置：所述结冰杆具有第一内腔，所述半导体制冷元件布置于所述结冰杆所述第一内腔中；所述半导体制冷元件具有第二内腔，所述支撑结构的上端延伸进入所述第二内腔；所述半导体制冷元件的所述冷端在外而所述热端在内。
优选地，所述结冰杆构造成流线型的翼型结构。这可以使积冰表面具有较小的压力系数和较大的水收集系数，使结冰杆具有较低的局部静温和表面温度，以及较高的临界温度，更容易结冰，并且单位时间结冰量较大；通过优化外形能够使结冰杆更早更快的结冰，发出结冰告警的时间能够提前，更容易满足主导式结冰探测系统的要求。
进一步优选地，所述结冰杆的所述侧面设置成沿弦向呈起伏波浪形，有助于水收集。
又进一步优选地，所述结冰杆在弦向具有足够的长度以使过冷大水滴在飞溅或破碎时能够冻结在所述结冰杆的侧面上。这将使本发明结冰探测器具有探测过冷大水滴的能力，进一步扩大了本发明结冰探测器的使用范围。
再进一步优选地，所述结冰杆的前缘设置成圆柱形或翼型。
又再进一步优选地，所述结冰杆的前缘曲率小得足以使所述结冰杆的水收集系数达到0.9以上。
优选地，所述至少一个视觉传感器中的一个正对所述积冰表面布置，所述至少一个视觉传感器中的另一个侧对所述积冰表面布置。结冰杆与视觉传感器位置协调布置，能够更好地得到结冰杆的结冰图像
优选地，所述视觉传感器为微型照相装置。
优选地，所述至少一个视觉传感器中的每一个至少包括镜头和图像传感器，所述镜头用于获取所述积冰表面的图像，所述图像传感器电连接至并将图像传送至所述控制单元的所述图像对比模块。
进一步优选地，所述结冰探测器还包括连接于所述结冰组件和所述控制器之间的法兰盘，通过所述法兰盘将结冰探测器安装在飞机上。所述法兰盘上设置有带透明窗的凹室，所述视觉传感器的所述镜头暴露在所述凹室中。通过法兰盘上凹室的设置，可以使视觉传感器的镜头正对和/或侧对所述结冰杆的积冰表面，并通过透明窗为镜头提供了保护，防止镜头起雾。
再进一步优选地，所述凹室内具有面向所述结冰组件的斜面，所述镜头从所述斜面上暴露。斜面的设置为视觉传感器相对结冰杆的布置提供了方便和更大的布置灵活性。
又进一步优选地，在所述凹室的斜面上设置有自动调节式照明元件。和/或视觉传感器本身带有照明元件如自动调节式闪光灯。照明元件的设置可有助于视觉传感器更好地获得不同光强条件下的积冰表面图像。
优选地，所述结冰杆设置有用于除冰的电加热器，电加热器的设置是用于探测到结冰后，将结冰杆上的积冰除去，开始下一个结冰-探测冰-加热除冰-冷却循环。所述透明窗上设置有用于防冰的电加热器。电加热器的设置有助于透明窗内表面不结雾外表面不结冰，一方面保证透明窗通透，使视觉传感器有效获得积冰表面的真实结冰状况，另一方面保证凹室中的空气高于露点温度，从而有效防止镜头表面起雾。
进一步优选地，所述控制器还包括加热控制模块，其与所述图像对比模块电连接用于控制所述加热器进行电加热。
优选地，所述结冰杆是透明的并在其内布置有照明元件。在结冰杆内部设置照明元件能够更好地勾勒出冰的形状，配合视觉传感器获得不同光强下结冰杆的图像，提高结冰探测的可靠性。
进一步优选地，所述照明元件为两组，分别布置在所述透明的结冰杆内前缘处和中后部。
优选地，所述结冰杆的所述积冰表面上具有方便图像辨识的颜色标记。这有助于更好地勾勒出冰的形状。
通过参考下面所描述的实施方式，本发明的这些方面和其他方面将会得到清晰地阐述。
附图说明
本发明的结构和操作方式以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件：
图1是根据本发明优选实施方式的结冰探测器的示意性等轴测图；
图2是图1中结冰探测器的顶部平面视图，图中箭头方向为气流方向；
图3是图2中结冰探测器的A-A的剖视图，图中箭头方向为气流方向；
图4是图2中结冰探测器B部分的局部放大视图；
图5A是图1中结冰探测器的结冰杆第一实施例的示意性横截面图，图中箭头方向为气流方向；
图5B是图1中结冰探测器的结冰杆第二实施例的示意性横截面图，图中箭头方向为气流方向；
图6是根据本发明优选实施方式的结冰探测器的示意性功能模块图；
图7是根据本发明优选实施方式的结冰探测器的结冰探测工作原理示意图，其中，结冰-探测冰-加热除冰-冷却循环进行；
图8A是图1中结冰探测器的结冰组件一个优选实施方式的示意性等轴测图，其中半导体制冷元件在上下方向布置在结冰杆和支撑结构之间；
图8B是图8A中结冰组件的顶部平面视图；
图8C是图8B中结冰组件的A-A剖视图；
图8D是图8C中结冰组件B部分的局部放大视图；
图9A是图1中结冰探测器的结冰组件的另一优选实施方式的示意性等轴测图，其中半导体制冷元件在沿圆周的内外方向上布置在结冰杆和支撑结构之间；
图9B是是图9A中结冰组件的顶部平面视图；
图9C是图9B中结冰组件的A-A剖视图；
图10A是图1中结冰探测器的结冰组件的第三实施方式的示意性纵向剖视图，图中箭头方向为气流方向；
图10B是图10A中结冰组件的D-D剖视图。
附图标记说明
1结冰组件
11结冰杆              12支撑杆
110积冰表面
31视觉传感器          32第二视觉传感器
310镜头               320第二镜头
311图像传感器         321第二图像传感器
5控制器
510图像对比模块
7法兰盘
71凹室                72第二凹室
710透明窗             720第二透明窗
711斜面               721第二斜面
712照明元件           722第二照明元件
713测光元件           723第二测光元件
8电连接器
9飞机相关系统
1’结冰组件
11’结冰杆            12’支撑杆
13’半导体制冷元件
131’冷端             133’热端
1”结冰组件
11”结冰杆            12”支撑杆
112”第一内腔
13”半导体制冷元件
131”冷端133”热端
132”第二内腔
1”’结冰组件
11”’结冰杆          12”’支撑杆
112”’第一内腔
141”’第三照明元件   141”’第四照明元件
具体实施方式
根据要求，这里将披露本发明的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。
本文中的词语“冰”应理解为包括各种冰、霜及其混合物，本文中的词语“结冰条件”应理解为适航规章附录C定义的结冰条件，以及过冷大水滴结冰条件。
根据本发明优选实施方式的结冰探测器如图1至4所示。如图1至4所示，并结合图5A、5B以及图6，该结冰探测器100包括：结冰组件1、视觉传感器31、控制器5。结冰组件1包括结冰杆11和用于支撑结冰杆11并使其伸入气流中的作为支撑结构的支撑杆12。结冰杆11在其外侧壁上具有积冰表面110。视觉传感器31正对结冰杆11的前缘111布置使其能够获取积冰表面110的图像。该视觉传感器31包括镜头310和图像传感器(CCD或CMOS)311(图6)。控制器5设置成与视觉传感器31电连接，并包括图像对比模块510(图6)，用于将来自视觉传感器31的图像与积冰表面110的初始图像进行对比，从而判断结冰杆的积冰表面是否结冰。
在图1所示的优选实施方式中，结冰探测器100优选具有通过它将该结冰探测器安装到飞机上的法兰盘7。该法兰盘7装设于结冰组件1和控制器5之间，一方面可用于支撑结冰组件1，另一方面可用来装设视觉传感器31。具体地，如图1所示，并结合图2-4，在法兰盘7上设置有带透明窗710的凹室71，视觉传感器31的镜头310暴露在凹室71中。通过法兰盘上凹室的设置，可以使视觉传感器31的镜头310正对结冰杆前缘112的积冰表面，并通过透明窗710为镜头提供了保护。优选地，凹室71内具有面向结冰组件1的斜面711，镜头310从该斜面上暴露。斜面的设置为视觉传感器相对结冰杆的布置提供了方便。进一步优选地，在凹室71的斜面711上设置有自动调节式照明元件712。当然，视觉传感器31本身也可带有照明元件如自动调节式闪光灯。照明元件的设置可有助于视觉传感器31更好地从积冰表面110获取图像。又进一步优选地，在凹室71的斜面711上还设置有与照明元件712电连接的测光元件713，其可以感测周围环境的光亮程度并在需要时触发照明元件712工作。
再次参见图1至4并结合图6，在本优选实施方式中，还具有第二视觉传感器32，其侧对结冰杆11的积冰表面110设置，即正对结冰杆侧面114的积冰表面。像视觉传感器32那样，该第二视觉传感器32也包括第二镜头320和第二图像传感器321(图6)。第二镜头320位于法兰盘7的第二凹室72中并暴露以获取积冰表面110的图像，其中具有第二透明窗720的第二凹室72与第一凹室72大致呈90°夹角，即第二凹室72位于结冰杆11的侧面，从而第二镜头320侧对积冰表面110。如第一凹室71那样，第二凹室72也具有第二斜面721，在第二斜面721上布置有第二自动调节式照明元件722和与第二照明元件722电连接的第二测光元件723。
需要说明的是，结冰杆11优选设置有用于除冰的电加热器(图未示)，同时透明窗710、720优选设置有用于防冰的电加热器(图未示)。为此，控制器5优选还包括加热控制模块520，其与图像对比模块510电连接，用于控制结冰杆和透明窗上的电加热器进行电加热。
另外，应当理解的是，视觉传感器31和第二视觉传感器32的图像传感器310、320可优选位于控制器5的壳体内。
下面结合图1-4和图6就本优选实施方式中各个组成部分及其作用分别作出介绍。
视觉传感器31、32：可为微型照相装置，按一定频率拍摄不同光强下结冰杆11的积冰表面110的图像。
测光元件713、723：测量外界(即周围环境)不同的光强；可为光敏电阻等。
照明元件712、722：为结冰杆11提供照明；可为自动调节式闪光灯或自动调节式照明元件。在图像传感器311、321的控制下，根据外界不同光强提供不同的照明强度。
图像传感器(CCD或CMOS)311、321：根据测光元件713、723测得的光强，调节照明强度和镜头快门，获得结冰杆图像。
镜头310、320：使用定焦镜头，景深应能够涵盖整个结冰杆11。
带电加热的透明窗710、720：在加热控制模块520的控制下电加热，保证透明窗表面不会结冰或起雾，确保测光元件713和723、镜头310、320和照明元件712、722有一个清晰的视界。
应当理解的是，在实际使用中，测光元件713和723可以布置在镜头中，也可布置在照明元件712、722中。
结冰组件1：
带电加热的结冰杆11：流线型的翼型结构，具有较小的的压力系数(较高的临界温度)和较大的水收集系数。
带电加热的支撑结构12：其长度保证结冰杆11水滴屏蔽区。
结冰杆11的积冰表面可设有刻画标记作为图像对比的特征点；结冰杆积冰表面110颜色、标记颜色和照明光的颜色应反差强烈，如积冰表面颜色使用绿色，标记颜色使用红色，照明灯用蓝色，更好地勾勒出冰的形状等。
对于结冰组件1的材料无特别限制。
结冰杆11被设计成流线型，结冰杆前缘112的曲率设计得较小以足够保证结冰杆获得的水收集系数达到0.9以上，而流线型可以保证结冰杆11获得较小的压力系数(较高的临界温度)；另外，结冰杆11被设计成在弦向具有足够的长度以保证过冷大水滴在破碎、飞溅等情况下，逐渐释放潜热后冻结在积冰表面110上。所述结冰杆前缘112设计成圆柱形，如图5A、5B所示。优选地，结冰杆侧面114设置成弦向呈起伏波浪形，见图5B，以利于水收集。
图像对比模块510：
图像对比模块510将从图像传感器311、321得到的结冰杆图像，与存储在内存中的未结冰时结冰杆图像，使用区域特征方法(形状)进行对比，若两个图像的相似度低于阈值，判断出结冰，协调电接口(即电连接器)8发出结冰信号，传给飞机相关系统9。
图像对比程序为成熟技术，在人像识别、门禁系统等方面应用，因而在此不再展开说明。
另外，需要说明的是，上述控制器5中还可包括自检模块(图未示)。该自检模块负责对结冰探测器进行BIT(自检)，若有组件失效，协同电连接器8发出故障信号，传给飞机相关系统9。自检功能为成熟技术，在此不作展开说明。
电连接器8：
该电连接器8连接飞机电源、输出视觉传感器31、32产生的结冰和故障信号；控制器5内部通过总线接口与图像传感器311、321相连接，当试飞需要获得实时相似度数值和结冰杆图片时，通过此总线接口与数据采集设备相连接。电连接器为成熟技术，在此不作展开说明。
如图6、7所示，视觉传感器31、32的镜头310、320以一定频率拍摄结冰杆11正面和侧面积冰表面的图像；图像对比模块510将从图像传感器311、321得到结冰后的结冰杆图像和存储在内存中未结冰时的结冰杆图像，基于区域特征算法确定图像相似性，当正面和/或侧面图像相似度小于设定的阈值，协同电接头8发出结冰信号，供飞机用户系统9使用，同时加热控制模块520对结冰杆11和支撑杆12进行电加热，除冰冷却后，进入下一轮结冰杆结冰-结冰探测-加热除冰-结冰杆冷却的循环；加热控制模块520以一定的功率加热透明窗710、720以防止透明窗结冰和/或起雾；自检模块对各部件和控制器5、电接头8进行BIT，若有故障，发出故障信号，供飞机用户系统9记录和处理。
本实施方式的优点在于：
a.可通过气动分析和水滴撞击分析，对外形进行优化，使其具有较小的压力系数和较大的水收集系数；较小的压力系数，意味着结冰杆具有较低的局部静温和表面温度，并具有较高的临界温度，更容易结冰；较大的水收集系数，意味单位时间结冰量较大；通过优化外形能够使结冰杆更早更快的结冰，发出结冰告警的时间能够提前，更容易满足主导式结冰探测系统的要求。
b.结冰杆的弦向具有足够的长度能够确保过冷大水滴在发生飞溅、破碎等情况下，还能够冻结在结冰杆侧面，也就是说，本发明结冰探测器具有探测过冷大水滴的能力，进一步扩大了本发明结冰探测器的使用范围。
c.结冰杆相比磁致伸缩探头，为固定件不是振动部件，提高可靠性；材料可以为金属或者其他材料；结冰杆与视觉传感器位置协调布置，更好地得到结冰杆的结冰图像；另外，发明对探头的材料、外形和布置形式，具有较大的灵活性。
d.相比其他传感器，本结冰探测器基于图像分析，技术比较成熟，且可靠性高；另外，可以在接口设计方面保持与现有磁致伸缩式一致，互换性好。
下面参见图7并结合图6介绍一下上述实施方式的结冰探测器的工作过程：
步骤S1：图像传感器311和图像传感器321按一定频率，如1s一次，通过测光元件713、723测量光强，控制照明元件712、722和镜头310、320，同时拍摄结冰杆11的正面和侧面的积冰表面110的图像；
步骤S2：图像对比程序，将拍摄的正面和侧面结冰杆图像，分别与存储在内存中未结冰时结冰杆的正面和侧面图像，使用区域特征算法进行对比，当正面图像和/或侧面图像其相似度小于阈值，如20％，判断结冰发出一个持续一定时间，如60s的结冰信号；
步骤S3：加热控制模块520得到结冰信号后，开始对结冰杆11和支撑杆12进行电加热除冰；结冰杆冷却后，开始再次结冰，若60s内再次探测到结冰，结冰信号顺延60s。重复步骤S1、S2。
步骤S4：加热控制模块520持续对透明窗710、720电加热防冰，使透明窗保持通透。
另外，在本发明上述实施方式中，结冰组件还优选包括半导体制冷元件。如图8A至8D所示，在一个优选实施方式的结冰组件1’中，其包括结冰杆11’、支撑杆12’和半导体制冷元件13’，其中，半导体制冷元件13’在上下方向布置在结冰杆和支撑杆之间，冷端131’与结冰杆11’相连对结冰杆进行主动制冷，热端133’与支撑杆12’相连通过支撑杆散热。工作时，半导体制冷元件13’将结冰杆11’冷却ΔT℃温度(一般1-2℃)，即相比环境温度降低ΔT℃。这样，在本发明上述优选实施方式采用优化结冰杆外形的基础上，在结冰杆组件上布置了半导体制冷元件，对结冰杆进行主动制冷，可进一步降低结冰杆的表面温度，有利于结冰杆在机翼/短舱发生结冰前结冰，使结冰探测器在机翼/短舱发生结冰之前探测到结冰，以便进行后续应对措施的进行。
图9A至9C示出了结冰组件的另一优选实施方式，其中半导体制冷元件在沿圆周的内外方向上布置在结冰杆和支撑杆之间。半导体制冷元件13”可以制成同心椭圆环形状，其外部为冷端131”与结冰杆11”相连，其内部为热端133”与支撑杆12”相连。热量由支撑杆12”的上半部传递到其下半部，再进行散热。具体地，在结冰组件的该另一优选实施方式中，结冰杆11”具有第一内腔112”，半导体制冷元件13”布置于结冰杆所述第一内腔112”中；半导体制冷元件13”具有第二内腔132”，支撑杆12”的上端延伸进入第二内腔132”；半导体制冷元件的冷端131”在外而热端133”在内。应当理解的是，半导体制冷元件本身是基于帕尔帖原理，为成熟应用，在此不必展开说明。
还有，尽管在本发明结冰探测器的上述优选实施方式中，照明元件同镜头一起设置在凹室中，但应当理解，结冰杆内部也可以布置照明元件。图10A和图10B示出了结冰组件的又一优选实施方式，在该实施方式中，结冰杆11”’带电加热且是透明的，比如带电加热的透明结冰杆使用带电加热的透明玻璃(或其他透明材料)制成，内部优选布置两组照明元件，分别是第三照明元件141”’、第四照明元件143”’，其中，第三照明元件141”’主要为结冰杆前缘提供照明，第四照明元件143”’为结冰杆中部和后部提供照明。在结冰杆内部设置照明元件，能够更好地勾勒出冰的形状，配合视觉传感器获得不同光强下结冰杆图像。另，应当理解的是，本发明上述优选实施方式中的测光元件713、723在测量光强后，也会控制结冰杆内部的该两组照明元件，以更好地获得结冰杆正面和侧面积冰表面的图像。
应当理解的是，图8A至图8D所示的结冰组件中完全可以采用图10A至图10B所示的结冰杆结构，即图8A至图8D所示的结冰组件的结冰杆也采用透明材料制成，并且内部布置有照明元件。当然，如果需要，在图9A至9C所示的结冰杆中也可以布置照明元件。另外，关于结冰杆的流线型翼型结构，即图5A和图5B显示的结冰杆造型，其在上述任何一个优选实施方式的结冰组件中都是适用的。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构和材料作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。需要注意的是，按照惯例，权利要求中使用单个元件意在包括一个或多个这样的元件。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。

Claims (21)

1.一种结冰探测器，其特征在于，包括：
结冰组件，其包括具有积冰表面的结冰杆和支撑结构；
至少一个视觉传感器，其布置成能够获取所述积冰表面的图像；
控制器，其与所述视觉传感器电连接，所述控制器包括图像对比模块用于将来自所述视觉传感器的所述图像与所述积冰表面的初始图像进行对比，从而判断所述结冰杆的积冰表面是否结冰；
其中，所述结冰组件还包括分别与所述结冰杆和所述支撑结构相连接的制冷元件。
2.如权利要求1所述的结冰探测器，其特征在于，所述制冷元件为半导体制冷元件，其冷端与所述结冰杆相接从而对其主动制冷，其热端与所述支撑结构相接以通过其散热。
3.如权利要求2所述的结冰探测器，其特征在于，所述半导体制冷元件布置于所述结冰杆下端，所述冷端在上而所述热端在下。
4.如权利要求2所述的结冰探测器，其特征在于，所述结冰杆具有第一内腔，所述半导体制冷元件布置于所述结冰杆所述第一内腔中；所述半导体制冷元件具有第二内腔，所述支撑结构的上端延伸进入所述第二内腔；所述半导体制冷元件的所述冷端在外而所述热端在内。
5.如权利要求1至4任一项所述的结冰探测器，其特征在于，所述结冰杆构造成流线型的翼型结构。
6.如权利要求5所述的结冰探测器，其特征在于，所述结冰杆的侧面设置成沿弦向呈起伏波浪形。
7.如权利要求6所述的结冰探测器，其特征在于，所述结冰杆在弦向具有足够的长度以使过冷大水滴在飞溅或破碎时能够冻结在所述结冰杆的所述侧面上。
8.如权利要求7所述的结冰探测器，其特征在于，所述结冰杆的前缘设置成圆柱形或翼型。
9.如权利要求8所述的结冰探测器，其特征在于，所述结冰杆的前缘曲率小得足以使所述结冰杆的水收集系数达到0.9以上。
10.如权利要求1所述的结冰探测器，其特征在于，其中，所述至少一个视觉传感器中的一个正对所述积冰表面布置。
11.如权利要求10所述的结冰探测器，其特征在于，所述至少一个视觉传感器中的另一个侧对所述积冰表面布置。
12.如权利要求1所述的结冰探测器，其特征在于，所述视觉传感器为微型照相装置。
13.如权利要求1所述的结冰探测器，其特征在于，所述至少一个视觉传感器中的每一个至少包括镜头和图像传感器，所述镜头用于获取所述积冰表面的图像，所述图像传感器电连接至并将图像传送至所述控制单元的所述图像对比模块。
14.如权利要求13所述的结冰探测器，其特征在于，所述结冰探测器还包括连接于所述结冰组件和所述控制器之间的法兰盘，所述法兰盘上设置有带透明窗的凹室，所述视觉传感器的所述镜头暴露在所述凹室中。
15.如权利要求14所述的结冰探测器，其特征在于，所述凹室内具有面向所述结冰组件的斜面，所述镜头从所述斜面上暴露。
16.如权利要求15所述的结冰探测器，其特征在于，在所述凹室的斜面上设置有自动调节式照明元件。
17.如权利要求14至16任一项所述的结冰探测器，其特征在于，所述结冰杆和/或所述透明窗上都设置有用于除冰的电加热器。
18.如权利要求17所述的结冰探测器，其特征在于，所述控制器还包括加热控制模块，其与所述图像对比模块电连接用于控制所述加热器进行电加热。
19.如权利要求1至18任一项所述的结冰探测器，其特征在于，所述结冰杆是透明的并在其内布置有照明元件。
20.如权利要求19所述的结冰探测器，其特征在于，所述照明元件为两组，分别布置在所述透明的结冰杆内前缘处和中后部。
21.如权利要求1至20任一项所述的结冰探测器，其特征在于，所述结冰杆的所述积冰表面上具有方便图像辨识的颜色标记。
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