CN103910062B - 自动化的水滴测量和冰探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为自动化的水滴测量和冰探测系统。用于探测结冰条件的方法和设备。设备包括传感器系统和结冰条件探测器。传感器系统配置来从飞行器外部的空气中收集水滴并且产生收集的水滴的许多图像。结冰条件探测器配置来使用来自传感器的许多图像，探测飞行器的许多类型的结冰条件的存在。

Description

自动化的水滴测量和冰探测系统

技术领域

本公开一般地涉及探测结冰条件，并且具体地涉及探测飞行器的结冰条件。仍更具体地，本公开涉及探测过冷水滴，包括飞行器的过冷大液滴(SLD)。

背景技术

在飞行中，当大气条件导致冰在飞行器的表面上形成时，飞行器上结冰可能发生。此外，该冰也可能在发动机内出现。飞行器表面上、发动机入口上以及其它位置上的冰形成是不期望的，并且潜在地对于操作飞行器是不安全的。

当过冷液态水滴存在时，结冰条件可能出现。在这些例证性实例中，当水被冷却在水的所述凝固点以下但仍处于液体形式时，认为水是过冷的。结冰条件可通过液滴的大小、液态水含量、空气温度以及其它参数表征。这些参数可影响冰在飞行器上形成的速度和程度。

当结冰发生时，飞行器不会如期望地运行。例如，飞行器机翼上的冰将引起飞行器在较低的迎角下停转并且具有增加的阻力。

飞行器可具有防止结冰、去除冰或其一些组合的机构来处理这些结冰条件。例如，飞行器可包括结冰探测、防止以及去除系统。可使用防冻液、红外线加热以及其它合适的机构去除冰。

可授权飞行器在不同类型的结冰条件期间运行。可授权一些飞行器在正常结冰条件中但是不在包括过冷大液滴的条件中运行。目前使用的传感器系统不能够在正常和过冷大液滴结冰条件之间做出区分。因此，期望具有考虑至少一些以上讨论的问题以及其它可能问题的方法和设备。

发明内容

在一个例证性实施方式中，设备包括传感器系统和结冰条件探测器。传感器系统配置来从飞行器外部的空气中收集水滴，并且产生所收集的水滴的许多图像。结冰条件探测器配置来使用来自传感器的该许多图像探测飞行器的许多类型的结冰条件的存在。

在另一例证性实施方式中，结冰条件探测系统包括一组传感器单元和结冰条件探测器。该组传感器单元配置来产生关于飞行器外面的许多类型的结冰条件的信息。在该组传感器单元中的传感器单元包括许多探针——其配置来从飞行器外部的空气中收集水滴，以及照相机系统——其配置来产生许多通过该探针收集的水滴的许多图像。结冰条件探测器配置来使用该来自照相机系统的许多图像探测飞行器的该许多类型的结冰条件的存在。

在仍另一例证性实施方式中，提供了用于探测结冰条件的方法。水滴从飞行器外部的空气中收集。产生所收集的水滴的许多图像。使用该来自传感器系统的许多图像，就飞行器的许多类型的结冰条件是否存在做出确定。

此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：

条款1.设备，其包括：

传感器系统，其配置来从飞行器外部的空气中收集水滴，并且产生所收集的水滴的许多图像；和

结冰条件探测器，其配置来使用来自传感器系统的所述许多图像探测所述飞行器的许多类型的结冰条件的存在。

条款2.条款1所述的设备，其中所述结冰条件探测器被进一步配置来响应于探测第一类型结冰条件和第二类型结冰条件中的至少一个的存在，执行操作。

条款3.条款2所述的设备，其中所述操作选自产生警报、激活防结冰系统、产生日志记录(log entry)和发送报告中的至少一种。

条款4.条款1所述的设备，其中所述传感器系统包括：

许多探针，其配置来收集来自所述飞行器外部的空气中的水滴；和

照相机系统，其配置来产生通过所述许多探针收集的所述水滴的许多图像。

条款5.条款4所述的设备，其中所述许多探针配置来延伸进入飞行器外部的空气中，并且从所述飞行器外部的空气中缩回所述许多探针到所述飞行器的内部中。

条款6.条款5所述的设备，其中所述许多探针配置来周期性地延伸进入所述飞行器外部的空气中，并且从所述飞行器外部的空气中缩回。

条款7.条款5所述的设备，进一步包括：

外壳，其中所述照相机系统位于所述外壳内，并且所述许多探针配置来从所述外壳延伸进入所述飞行器外部的空气中，并且从所述飞行器外部的空气中缩回进入所述外壳；以及

发动机系统，其配置来移动所述许多探针以从所述外壳延伸进入所述飞行器外部的空气中，并且从所述飞行器外部的空气中缩回进入所述外壳。

条款8.条款5所述的设备，其中所述结冰条件探测器配置来分析所述许多图像，以当所收集的水滴是冻结的水滴时，确定所述飞行器的结冰条件的类型。

条款9.条款8所述的设备，其中所述结冰条件探测器位于所述飞行器中的所述照相机系统、外壳和计算机系统中的一个内。

条款10.条款8所述的设备，其中所述结冰条件探测器配置来分析所述许多图像，以当所收集的水滴是冻结水滴时，通过将所述许多图像中的冻结水滴的大小与冻结水滴的液滴大小的液滴数据库比较，确定所述飞行器的结冰条件的类型。

条款11.条款1所述的设备，其中所述许多类型的结冰条件包括第一类型结冰条件和第二类型结冰条件。

条款12.条款11所述的设备，其中所述第一类型结冰条件由具有大约0.00465毫米直径至大约0.111毫米直径的第一数目大小的第一液滴引起，并且所述第二类型结冰条件由具有大约0.112毫米直径至大约2.2毫米直径的第二数目大小的第二液滴引起。

条款13.条款11所述的设备，其中所述第二类型结冰条件是过冷大液滴类型的结冰条件。

条款14.结冰条件探测系统，其包括：

一组传感器单元，其配置来产生关于飞行器外面的许多类型的结冰条件的信息，其中所述组的传感器单元中的传感器单元包括许多探针——其配置来收集来自所述飞行器外部的空气中的水滴，和照相机系统——其配置来产生通过所述许多探针收集的所述水滴的许多图像；和

结冰条件探测器，其配置来使用来自所述照相机系统的许多图像探测所述飞行器的许多类型的结冰条件的存在。

条款15.条款14所述的结冰条件探测系统，进一步包括：

防结冰系统，其配置来当所述许多类型的结冰条件的存在出现时，从所述飞行器表面去除冰。

条款16.探测结冰条件的方法，所述方法包括：

从飞行器外部的空气中收集水滴；

产生所收集的水滴的许多图像；和

使用来自传感器系统的所述许多图像，确定所述飞行器的许多类型的结冰条件是否存在。

条款17.条款16所述的方法，其进一步包括：

当所述许多类型的结冰条件存在时，执行操作。

条款18.条款16所述的方法，其中所述收集步骤包括：

移动许多探针，以延伸进入所述飞行器外部的空气中，并且从所述飞行器外部的空气中缩回进入所述飞行器内部；并且其中所述产生步骤包括：

当所述许多探针从所述飞行器外部的空气中缩回进入所述飞行器内部时，产生作为冻结水滴的在所述许多探针上收集的所述水滴的图像。

条款19.条款18所述的方法，其中所述收集步骤进一步包括：

在产生所述图像之后以及在移动所述许多探针以延伸返回进入所述飞行器外部的空气中之前，熔化所述冻结水滴。

条款20.条款16所述的方法，其中所述确定步骤包括：

在第一类型结冰条件和第二类型结冰条件之间做出区分。

特征和功能可以在本公开的各种实施方式中独立地完成，或可以在仍其它实施方式中结合，其中参看以下说明和附图可以理解进一步细节。

附图说明

被认为是例证性实施方式的特点的新颖特征在所附权利要求中阐述。然而，当结合附图阅读时，参看本公开的例证性实施方式的下列详述将最好地理解例证性实施方式，以及优选的使用方式、进一步的目标及其特征，其中：

图1是根据例证性实施方式的飞行器的图解；

图2是根据例证性实施方式的结冰条件探测环境的方框图的图解；

图3是根据例证性实施方式的传感器单元的方框图的图解；

图4是根据例证性实施方式的飞行器上的传感器单元的图解；

图5是根据例证性实施方式的传感器单元的图解；

图6是根据例证性实施方式的传感器单元的另一图解；

图7是根据例证性实施方式的传感器单元的另一图解；

图8是根据例证性实施方式的传感器单元的仍另一图解；

图9是根据例证性实施方式的传感器单元的另一图解；

图10是根据例证性实施方式的传感器单元的横截面视图的图解；

图11是根据例证性实施方式的传感器单元的等距视图的图解；

图12是用于根据例证性实施方式探测结冰条件的方法的流程图的图解；和

图13是用于根据例证性实施方式探测许多类型的结冰条件的定时图的图解。

具体实施方式

例证性实施方式认识到并考虑许多不同的考虑因素。例如，不同的例证性实施方式认识到并考虑，目前使用的用于探测飞行器上的结冰条件的系统不能够探测可能发生的所有不同类型的结冰条件。例如，不同的例证性实施方式认识到并考虑，随着水滴大小增加，目前使用的传感器可能不能探测由那些水滴引起的结冰。不同的例证性实施方式认识到并考虑，在飞行器运转期间不同大小的液滴将与翼面碰撞的位置取决于液滴的大小而改变。

例证性实施方式认识到并考虑，探测可由不同大小的水滴引起的不同类型的结冰条件是期望的。具体地，例证性实施方式认识到并考虑，探测过冷液态水滴可能是期望的。这些液滴可采用过冷大液滴(SLD)的形式。

因此，例证性实施方式提供了用于探测不同类型的结冰条件的方法和设备。在一个例证性实施方式中，方法和设备存在用于探测结冰条件。水滴从飞行器外部的空气中收集。产生所收集的水滴的许多图像。使用图像，关于飞行器的许多类型的结冰条件是否存在做出确定。在这些例证性实例中，当提及项目使用时，短语“许多”意指一个或多个项目。例如，许多图像是一个或多个图像。

现在参看图，并且具体地参看图1，根据例证性实施方式描述了飞行器的图解。在该例证性实例中，飞行器100具有附接至机身106的机翼102和机翼104。飞行器100还包括附接至机翼102的发动机108和附接至机翼104的发动机110。

机身106具有机头部分112和尾翼部分114。机头部分112是飞行器100的在前部分，而尾翼部分114是飞行器100的在后部分。水平安定面116、水平安定面118以及垂直安定面120附接至机身106的尾翼部分114。

飞行器100是可执行结冰条件探测系统122的交通工具的实例。在该例证性实例中，结冰条件探测系统122包括位于飞行器100的表面126上的传感器单元124。

在该具体实例中，传感器单元124包括传感器单元128和传感器单元130。传感器单元128位于飞行器100的侧面132上。传感器单元130位于飞行器100的侧面134上。在该例证性实例中，传感器单元130基本上与传感器单元128相对，并且以虚线显示。在一个例证性实例中，传感器单元128和传感器单元130可位于基本上飞行器100中的水平中心线136处。机身106上的位置138中的传感器单元128的更详细图解在以下详述中描述。

在这些例证性实例中，传感器单元124配置来收集飞行器100的表面126周围的空气中可存在的水滴。可分析这些水滴来确定许多类型的结冰条件的存在。在这些例证性实例中，传感器单元124可产生水滴的图像以便分析。该分析可指示水滴是否为冻结水滴、水滴的大小以及可用于确定许多类型的结冰条件的存在的其它合适信息。

在这些例证性实例中，这些结冰条件可以在引起冰在飞行器100上形成的不同高度和温度下出现。例如，当温度是大约-40摄氏度至大约0摄氏度时，结冰条件可能在大约海平面至大约30,000英尺的高度处存在。当然，可存在冰可由接触飞行器100的表面126的水形成的其它高度和温度。当在上述高度和温度范围下液滴中的液态水含量为大约0.4至大约2.8克/立方米时，结冰条件也可存在。

具体地，该许多类型的结冰条件可包括第一类型结冰条件和第二类型结冰条件。在这些例证性实例中，第一类型结冰条件和第二类型结冰条件由不同大小的水滴引起。虽然高度、温度和液态水含量的范围可以相同，但是第一和第二类型的结冰条件之间的一个区别是液滴大小。

在例证性实例中，第一类型结冰条件可称为正常结冰条件。第二类型结冰条件可称为过冷大液滴结冰条件。

在这些例证性实例中，当液滴的大小为大约0.00465毫米直径至大约0.111毫米直径时，第一类型结冰条件可存在。具有这些大小的液滴可称为正常液滴。当液滴的大小包括具有大于大约0.111毫米的直径的液滴时，第二类型结冰条件可存在。在上述高度、温度和液态水含量条件下，具有大于大约0.111毫米大小的液滴可称为大液滴，并且具体地可称为过冷大液滴。例如，液滴可具有大约0.112毫米至大约2.2毫米范围的直径。另外，当大于0.111毫米的液滴存在时，第二类型结冰条件可包括0.111毫米或更小的液滴。

如描绘的，传感器单元124配置来探测第一数目大小的水滴。此外，传感器单元124也配置来探测具有第二数目大小的水滴。这些水滴可以处于液态、冻结态或其一些组合。在这些例证性实例中，第一数目的大小小于第二数目的大小。

例如，第一数目的大小可以为大约0.00465毫米直径至大约0.111毫米直径。第二数目的大小可以为大约0.112毫米至大约2.2毫米的直径。第二数目的大小的水滴可以是被认为是过冷水滴的水滴。这些过冷水滴可以是过冷大液滴。

传感器单元124的图解不意味着暗示对于在飞行器100和期望探测结冰条件的其它飞行器或交通工具的其它例证性实例中可执行传感器单元的方式的限制。例如，除了传感器单元124中的传感器单元128和传感器单元130以外，可使用其它数目的传感器单元。例如，在其它例证性实例中，可采用五个传感器单元、十二个传感器单元或一些其它合适数目的传感器单元。

这些传感器单元也可置于其它位置中如垂直安定面120上、发动机110上以及其它合适位置。作为另一实例，传感器单元124也可安置在飞行器100上的水平中心线136上方。

现在转向图2，根据例证性实施方式描述了结冰条件探测环境的方框图的图解。结冰条件探测环境200是其中可对交通工具202执行冰探测的环境。在该例证性实例中，交通工具202可以是图1中的飞行器100。

结冰条件探测系统204可与交通工具202相关。当一个组件与另一个组件“相关”时，相关在这些描绘的实例中是物理相关。例如，第一组件——结冰条件探测系统204，可认为与第二组件——交通工具202，通过下列方式相关：固定至第二组件、粘结至第二组件、安装至第二组件、焊接至第二组件、紧固至第二组件和/或以一些其它合适的方式连接至第二组件。第一组件也可使用第三组件连接至第二组件。第一组件也可认为通过形成为第二组件的一部分和/或延伸与第二组件相关。

在该例证性实例中，结冰条件探测系统204包括传感器系统206和结冰条件探测器208。结冰条件探测系统204配置来探测许多类型的结冰条件210。

具体地，结冰条件探测系统204可配置来探测其中冰212可形成于交通工具202的表面214上的该许多类型的结冰条件210是否存在。在该例证性实例中，交通工具202可采用许多不同的形式，包括图1中的飞行器100。

在例证性实例中，传感器系统206是硬件系统，并且可包括软件。在这些例证性实例中，传感器系统206由许多传感器单元216组成。

该许多传感器单元216中的每个传感器单元与交通工具202的表面214相关。具体地，许多传感器单元216可在暴露于空气218的位置中。具体地，该许多传感器单元216可被安置以在交通工具202周围的空气218中的气流220内。

传感器系统206配置来探测水滴222。具体地，传感器系统206中的该许多传感器单元216可配置来从交通工具202外部的空气218中收集水滴222。许多水滴222可处于液态、冻结态或其组合中。换句话说，该许多水滴222可包括冻结水滴228。水滴222可在通过传感器系统206执行的以收集水滴222用于分析的收集过程期间冻结。

此外，传感器系统206配置来产生由传感器系统206收集的水滴222的许多图像224。水滴222的许多图像224可通过结冰条件探测器208分析。

如描绘的，结冰条件探测器208配置来使用由传感器系统206产生的许多图像224探测交通工具202的许多类型的结冰条件210的存在。结冰条件探测器208可使用硬件、软件或其一些组合实施。当使用软件时，通过结冰条件探测器208执行的操作可在配置来在处理器单元上运行的程序编码中实施。当使用硬件时，硬件可包括运行以执行结冰条件探测器208中的操作的电路。

在例证性实例中，硬件可采用电路系统、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件或配置来执行许多操作的一些其它合适类型的硬件的形式。用可编程逻辑器件，该器件配置来执行许多操作。该器件可在随后的时间再配置，或可永久地配置来执行该许多操作。可编程逻辑器件的实例包括例如可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、现场可编程逻辑阵列、现场可编程门阵列以及其它合适的硬件器件。另外，过程可在与无机组件集成的有机组件中实施和/或可完全地由不包括人类的有机组件组成。例如，过程可作为有机半导体中的电路实施。

在一个例证性实例中，结冰条件探测器208配置来从图像224产生关于水滴222的信息230。具体地，信息230可包括水滴222的液滴大小232。对水滴222确定的液滴大小232可与液滴数据库236中的液滴大小234比较。液滴数据库236中的液滴大小234是结冰条件类型210中的不同结冰条件的水滴大小。

在这些例证性实例中，液滴大小232可由经验数据确定。经验数据可由使用通过传感器系统206收集的已知大小的液滴产生。例如，测量可以是通过传感器系统206从空气218中收集的水滴222的图像。水滴222具有液滴大小225，其当产生液滴数据库236时是已知的。

例如，在器件如探针上收集的水滴222的液滴大小232可不同于空气218中的水滴222的液滴大小225。换句话说，空气中的水滴222可具有与当水滴222附着或落在器件如探针表面上时的不同大小。当已知液滴大小225时，液滴大小232可与液滴大小225相关。该信息可用于创建液滴数据库236，用于确定结冰条件类型210。

水滴222的液滴大小232与液滴数据库236中的液滴大小234的比较可基本上实时地执行。换句话说，当结冰条件探测器208探测到具有液滴大小232的水滴222时，在未有意延迟的情况下，尽可能快地将液滴大小232与液滴数据库236中的液滴大小234进行比较。以此方式，信息230可基本上实时地产生。

水滴222的液滴大小232与液滴数据库236中的液滴大小234的比较可用来确定交通工具202周围的许多类型的结冰条件210的存在。具体地，结冰条件类型210中的一个结冰条件类型或多个结冰条件类型可由该比较确定。

另外，结冰条件探测器208配置来响应探测一个或多个类型的结冰条件210的存在执行操作。具体地，结冰条件类型210可包括第一类型结冰条件和第二类型结冰条件，如上所述。

可通过结冰条件探测器208执行的操作可包括激活防结冰系统226。在该例证性实例中，防结冰系统226可采用许多不同的形式。例如，防结冰系统226可包括红外线加热器、电阻加热器、防冰套以及其它合适类型的防结冰器件中的至少一种。在这些例证性实例中，防结冰系统226可用于减少结冰形成、防止冰形成以及从交通工具202表面去除冰中的至少一种。

如本文使用的，当与一列项目一起使用时，短语“中的至少一个”意指可使用一个或多个所列项目的不同组合并且可能需要该列中的仅一个每个项目。例如，“项目A、项目B和项目C中的至少一个”可非限制性地包括项目A或项目A和项目B。该实例也可包括项目A、项目B和项目C或项目B和项目C。在其它实例中，例如，“中的至少一个”可非限制性地是两个项目A、一个项目B以及十个项目C；四个项目B以及十个项目C；以及其它合适组合。

另外，代替或除了激活防结冰系统226，结冰条件探测器208也可执行其它操作。例如，该其它操作可包括产生警报、产生日志记录、发送报告或其它合适类型操作中的至少一种。

以此方式，结冰条件探测系统204配置来探测不同类型的结冰条件210。在这些例证性实例中，结冰条件探测系统204可提供自动的实时水滴测量，以及基于可确定的许多类型的结冰条件210的冰探测。

现在转向图3，根据例证性实施方式描绘了传感器单元的方框图的图解。传感器单元300是用于图2中的传感器系统206的传感器单元216中的传感器单元的一种实施的实例。

在该例证性实例中传感器单元300包括许多不同类型的组件。如描绘的，传感器单元300包括外壳302、探针304、致动器系统306、照相机系统308、液滴去除器310和控制器312。

外壳302是可关联传感器单元300中的其它组件的物理结构。具体地，外壳302可包含或容纳传感器单元300中的其它组件。

在这些例证性实例中，外壳302可采用许多不同形式。例如，外壳302可具有如圆筒形、立方体、长方体、截锥体的形状以及其它合适形状。外壳302可由一种或多种不同类型的材料组成。例如，外壳302可由金属、塑料、铝、钛、复合材料以及其它合适类型的材料中的至少一种组成。

探针304是配置来从交通工具周围的空气中收集水滴的物理结构。在这些例证性实例中，探针304可延伸进入交通工具外部的空气中，并且从交通工具外部的空气中缩回，以收集可存在于交通工具外部周围的空气中的水滴。具体地，探针304可从外壳延伸进入交通工具外部的空气中，并从交通工具外部的空气中缩回进入外壳中。

致动器系统306配置来移动探针304，以延伸进入空气中，并从空气中缩回。换句话说，致动器系统306可引起探针304从外壳302中移出以及返回进入外壳302。具体地，探针304的移动可以使得探针304的仅一部分延伸进入外壳302外面的空气中，同时探针304的另一部分从外壳302的里面的空气中缩回。

致动器系统306是硬件系统，并且可使用许多不同类型的致动器实施。例如，致动器系统306可包括选自发动机系统如电动机、气动机的至少一个以及其它合适类型组件的组件。

照相机系统308是硬件系统，并且配置来产生可在探针304上收集的水滴的图像。具体地，照相机系统308可产生位于外壳302内的探针304的一部分上的水滴的图像。

照相机系统308可使用一个或多个照相机实施。在这些例证性实例中，照相机系统308可使用可见光照相机实施。当照相机系统308包括一个或多个可见光照相机时，照相机系统308可包括光源如发光二极管或闪光。在周围的光的量不足以产生图像进行分析的情况中，该光源为由照相机系统308拍摄的水滴图像提供光。例如，可在具有传感器单元300的飞行器的夜间飞行期间操作探针304。在该实例中，可需要光或闪光来产生由探针304捕获的水滴的图像。

在其它例证性实例中，可使用其它类型的照相机系统。例如，照相机系统308可包括红外线照相机。

液滴去除器310是硬件系统，并且配置来去除可能处于探针304上的冻结水滴、液态水滴或冻结和液态水滴两者。去除冻结水滴可在照相机系统308已经产生图像之后发生。在这些例证性实例中，在探针304延伸返回进入外壳302外面的交通工具外部的空气中之前，液滴去除器310去除探针304上的冻结水滴。

液滴去除器310可使用许多不同类型的除冰系统实施。例如，液滴去除器310可以是加热器，其配置来熔化冻结在探针304上的任何水滴。该加热器也可配置来蒸发仍未冻结的探针304上的水滴。另外，液滴去除器310可以是从探针304上刮掉冻结水滴的机械结构。在仍其它例证性实例中，液滴去除器310可从探针304上刮掉液态水滴。换句话说，液滴去除器310可以是除冰系统、机械液滴去除系统或其组合。

控制器312是配置来控制传感器单元300的操作的硬件器件。在这些例证性实例中，控制器312可以作为电路实施，并且是集成电路、处理器单元、可编程逻辑阵列、专用集成电路或一些其它合适类型的硬件。

如描绘的，控制器312可控制致动器系统306的操作，来移动探针304进入和离开外壳302。此外，控制器312也可配置来控制照相机系统308的操作，以产生探针304上的水滴的图像。控制器312还可配置来控制液滴去除器310的操作，以从探针304上去除冻结水滴或其它冰，然后探针304移动返回外壳302外面来收集其它水滴。

图2和图3中的结冰条件探测环境200和结冰条件探测环境200内的不同组件的图解不意味着暗示对可实施例证性实施方式的方式的物理或结构的限制。除了或代替图解的组件，可使用其它组件。一些组件可能是不必要的。同样，呈现方框来图解一些功能组件。当在例证性实施方式中实施时，这些方框中的一个或多个可被组合、分开或组合并分开为不同的方框。

例如，虽然结冰条件探测器208显示为与传感器系统206独立的组件，但除了为独立元件或代替为独立元件，结冰条件探测器208可分布在传感器单元216中。结冰条件探测器208可位于照相机系统、外壳、计算机系统或飞行器100内的一些其它合适位置中。在仍其它例证性实例中，传感器系统206可包括其它类型的传感器，其配置来探测交通工具202的表面214上的冰212的存在，或探测可存在于交通工具202周围的结冰条件类型210。

在另一例证性实例中，除了飞行器100，交通工具202可采用其它形式。例如，交通工具202可非限制性地选自例如人员运输车、坦克、火车、汽车、公共汽车、宇宙飞船、水上船只以及其它合适的交通工具的一种。

现在转向图4，根据例证性实施方式描述了飞行器上的传感器单元的图解。如描绘的，显示了图1中的位置138处的传感器单元128的更详细图解。

在该视图中，传感器单元128具有外壳400，其基本上与飞行器100中的机身106的表面126齐平。如描绘的，外壳400包括孔402。具体地，孔402包括孔404、孔406和孔408。

在这些例证性实例中，孔402为探针(未显示)提供从外壳400延伸至飞行器100外部以及缩回进入外壳400到达飞行器100内部的能力。在这些例证性实例中，这些探针可延伸和缩回以收集水滴。

虽然，图4中的组件以具体构造显示，但是外壳400和孔402的其它构造可以在例证性实施方式中实施。在一些例证性实例中，传感器单元128的设计可基于独特的飞行器构造。

现在转向图5，根据例证性实施方式描绘了传感器单元的图解。在该实例中，探针500从孔404延伸。当在外壳400和飞行器100的外部上处于这种延伸状态时，探针500可从飞行器100周围的空气中收集水滴。

如描绘的，探针500具有粘性部分502。粘性部分502可以是探针500表面上的涂层、与探针500的附接或以一些其它合适的方式附接至探针500。粘性部分502可由与探针500不同类型的材料组成。例如，探针500的粘性部分502可由光滑但抗蚀材料如硅橡胶、聚四氟乙烯、油性或蜡树脂或其它合适类型的材料组成。可选择用于探针500的粘性部分502的材料，使得粘性部分502收集水滴。

在这些例证性实例中，配置探针500的粘性部分502，使得全部粘性部分502可通过孔404缩回进入外壳400。以此方式，带有水滴的粘性部分502可被拍照，并且产生的图像可通过传感器单元128进行分析。

虽然所描绘的实例显示了粘性部分502为探针500的一小部分，但是粘性部分502可更大，这取决于具体实施。例如，粘性部分502可配置来覆盖探针500的整个表面。在仍其它例证性实例中，探针500的粘性部分502可比该图所描绘的更小。

现在转向图6，根据例证性实施方式描绘了传感器单元的另一图解。在该视图中，探针500在箭头600的方向上移动，以通过孔404缩回进入外壳400中。另外，探针602在箭头604的方向上移动，以通过孔406向外延伸至外壳400外部。

在该例证性实例中，探针602具有粘性部分606。探针602的粘性部分606类似于探针500的粘性部分502。粘性部分606由配置来收集粘性部分606表面上的水滴的材料组成。

如描绘的，配置探针602的粘性部分606，使得全部粘性部分606可通过孔406缩回进入外壳400中。以此方式，带有水滴的粘性部分606可被拍照，并且通过传感器单元128分析。在一些例证性实例中，粘性部分606可比该图中显示的更小或更大，这取决于具体实施。

接下来，在图7中，根据例证性实施方式描绘了传感器单元的另一图解。在该视图中，显示探针602在外壳400外面处于完全延伸的状态，并且探针500已经完全缩回进入外壳400内部。

现在参看图8，根据例证性实施方式描绘了传感器单元的仍另一图解。在该实例中，探针602在箭头800方向上移动以通过孔406缩回进入外壳400内部。探针802在箭头804方向上移动以通过孔408向外延伸至外壳400外部。

如描绘的，探针802具有粘性部分808。探针802的粘性部分808类似于探针500的粘性部分502和探针602的粘性部分606。粘性部分808由配置来收集粘性部分808表面上的水滴的材料组成。

如描绘的，配置探针802的粘性部分808，使得全部粘性部分808可通过孔408缩回进入外壳400中。以此方式，带有水滴的粘性部分808可被拍照，并且通过传感器单元128分析。在一些例证性实例中，粘性部分808可比该图中显示的更小或更大，这取决于具体实施。

在图9中，根据例证性实施方式描绘了传感器单元的另一图解。在该例证性实例中，探针802显示为在外壳400外部上处于完全延伸的状态，并且探针602已经完全缩回进入外壳400内部。

在图4-9中描绘的例证性实例中，探针如探针500、探针602和探针802可以以使得当传感器单元128用来探测许多类型的结冰条件的存在时探针之一可总是延伸以收集水滴的方式移动。在一些实例中，第一探针如探针500可在第二探针如探针602延伸之前完全缩回。换句话说，当探针500的粘性部分502到达传感器单元128中的外壳400的内部以进行分析时，可延伸具有粘性部分606的探针602。在其它例证性实例中，不止一个探针可基本上同时地从外壳400延伸。

现在转向图10，根据例证性实施方式描绘了传感器单元的横截面视图的图解。在该例证性实例中，显示了沿着图4中的线10-10截取的传感器单元128的横截面视图。

如描绘的，显示具有粘性部分502的探针500、具有粘性部分606的探针602和具有粘性部分808的探针802完全缩回进入外壳400的内部。在这些例证性实例中，探针500通过致动器1000操作，探针602通过致动器1002操作，并且探针802通过致动器1004操作。致动器1000、致动器1002和致动器1004可以是图3中的致动器系统306的物理实施。

致动器1000、致动器1002和致动器1004配置来分别移动探针500、探针602和探针802进入空气，并且缩回探针500、探针602和探针802进入外壳400中。致动器1000、致动器1002和致动器1004由控制器1006控制。控制器1006可以是图3中的控制器312的物理实施。

在该实例中，液滴去除器1008与探针500相关，液滴去除器1010与探针602相关，并且液滴去除器1012与探针802相关。液滴去除器1008、液滴去除器1010和液滴去除器1012可以是图3中的液滴去除器310的物理实施。

在该例证性实例中，液滴去除器1008、液滴去除器1010和液滴去除器1012在该实例中显示为内部盘管。在其它例证性实例中，液滴去除器1008、液滴去除器1010和液滴去除器1012可以是外部加热器或与液滴去除器1008、液滴去除器1010和液滴去除器1012的表面相关。

在仍其它例证性实例中，液滴去除器1008、液滴去除器1010和液滴去除器1012可以是机械器件。这些机械器件可配置来从探针500、探针602和探针802表面刮掉冰或水滴。

如描绘的，照相机系统1014存在于外壳400中。照相机系统1014是图3中的照相机系统308的物理实施的实例。照相机系统1014配置来当探针500、探针602和探针802中的至少一个缩回外壳400中时，产生探针500、探针602和探针802的图像。在这些例证性实例中，照相机系统1014也由控制器1006操作。

现在转向图11，根据例证性实施方式描绘了传感器单元的等距视图的图解。在该实例中，显示了传感器单元128，使得探针500、探针602、探针802和外壳400中的组件是可见的。

在该视图中，致动器1000具有延伸进入空气中的探针500。在该例证性实例中，粘性部分502正在收集水滴。探针602和探针802保持在外壳400的内部中。

图1和图4-11中的传感器单元128的图解不意味着暗示对可实施传感器单元300的方式的限制。例如，除了对于传感器单元128显示的三个探针以外，其它传感器单元可具有其它数目的探针。例如，传感器单元可包括仅一个探针、四个探针或一些其它合适数目的探针。此外，探针也可具有其它形状。例如，探针可具有是椭圆形的、矩形的、正方形的、六边形的或除了对于探针500、探针602和探针802显示的圆形形状以外的一些形状的横截面。

现在转向图12，根据例证性实施方式描绘了用于探测结冰条件的过程的流程图的图解。图12中图解的过程可在图2中的结冰条件探测环境200内实施。具体地，该过程可使用结冰条件探测系统204实施。

该过程开始于从交通工具外部的空气中收集水滴(操作1200)。产生所收集的水滴的许多图像(操作1202)。然后，该过程使用许多图像确定许多类型的结冰条件是否存在(操作1204)。

如果许多类型的结冰条件存在，执行操作(操作1206)，然后该过程返回至操作1200。如果许多类型的结冰条件不存在，该过程也返回至操作1200。只要期望对于一个或多个结冰条件进行监控，该过程可重复。

不同的所描绘实施方式中的流程图和方框图图解了例证性实施方式中的设备和方法的一些可能实施的结构、功能和操作。在这点上，流程图或方框图中的每个方框可表示操作或步骤的模块、段、功能和/或一部分。例如，方框中的一个或多个可作为程序编码在硬件中或程序编码和硬件的组合中实施。当在硬件中执行时，硬件可例如采取被制造或配置来执行流程图或方框图中的一个或多个操作的集成电路的形式。

在例证性实施方式的一些可选实施中，方框中指出的功能或多个功能可不以图中指出的顺序发生。例如，在一些情况中，接连显示的两个方框可基本上同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行方框，这取决于涉及的功能。同样，除了流程图或方框图中图解的方框以外，可加入其它方框。

现在转向图13，根据例证性实施方式描绘了用于探测许多类型的结冰条件的定时图的图解。在该例证性实例中，定时图1300显示了图4-11中的传感器单元128内的探针的移动循环时机。定时图1300包括具有以秒测量的经过时间的刻度1302。

如描绘的，定时图1300包括线1304、线1306和线1308。线1304追踪“探针A”随着时间的移动，线1306追踪“探针B”随着时间的移动，并且线1308追踪“探针C”随着时间的移动。在图4-11中，探针A可对应于探针500，探针B可对应于探针602，并且探针C可对应于探针802。

在该例证性实例中，由线1304描绘的探针A的周期时间由在时段1310期间在空气流至空气中的样品水滴的五秒、在时段1312期间在外壳里面拍照和测量液滴的20秒以及在时段1314期间从探针加热或以其它方式去除水滴的35秒组成。在获取探针A的照片之后，结冰测量信号自锁(latch)六十秒，如时段1316中显示的。自锁信号可以是连续传输的信号。为了最小化冰防护系统的多余循环，可自锁信号。在时段1310、时段1312和时段1314期间的周期可对于探针A重复许多次。

在该所描绘实例中，线1317表示由传感器单元128中的探针A发送的信号。该信号可发送至飞行器的驾驶舱或其它合适位置，以用于启动防结冰系统或其它合适的防结冰措施的操作。该信号可在探针A的周期之间连续发送。

如描绘的，探针B遵循与探针A一样的周期，但该周期偏移15秒。线1306显示了随着时间该周期的收集、图像产生以及液滴去除部分。线1318表示从传感器单元128中的探针B发送至驾驶舱的信号。

在该实例中，探针C也遵循与探针A和探针B一样的周期。在该例证性实例中，由线1306描绘的探针C的周期时间延迟了30秒。线1320表示从探针C发送至驾驶舱的信号。

以此方式，传感器单元128将关于飞行器结冰条件的信息连续提供至驾驶舱。因此，飞行器可以基本上实时地阻止或从飞行器表面上去除冰、水或冰和水二者，使得当结冰条件存在时，飞行器如期望地操作。

因此，例证性实施方式提供了用于探测不同类型的结冰条件的方法和设备。使用例证性实施方式，结冰条件探测系统可在结冰条件类型之间做出区分。因而，与不能够在正常和过冷大液滴结冰条件之间做出区分的目前使用的结冰探测系统相比，例证性实施方式提供了关于结冰条件的更详细信息。

此外，例证性实施方式可精确地测量液滴大小。这些测量可通过比较探针上收集的水滴的图像与数据库中储存的图像进行。而且，可使用比目前使用的结冰探测系统更少的能量操作例证性实施方式。例如，传感器单元可置于“备用”，直到结冰条件存在。

另外，使用例证性实施方式，飞行器操作者不必依赖飞行器的温度来确定结冰条件。当冰在探针上积累时，结冰条件探测系统分析并分类飞行器周围环境中存在的结冰条件的类型。该过程比其它技术更快地警报结冰条件给驾驶舱，并且提供飞行器周围结冰条件的实时更新。

已经出于图解和说明的目的呈现了不同的例证性实施方式的说明，并且该说明并非意欲是穷举的或限于公开形式的实施方式。许多修改和变化对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。

此外，不同的例证性实施方式相比于其它例证性实施方式可以提供不同的特征。选择和描述选取的一个或多个实施方式以便最好地解释实施方式的原理、实际应用并使其他本领域普通技术人员能够理解具有适用于预期具体用途的各种修改的各种实施方式的公开内容。

Claims (14)

1.自动化的水滴测量和冰探测系统，其包括：

传感器系统，其配置来从飞行器外部的空气中收集水滴以及产生收集的所述水滴的许多图像，所述传感器系统包括每个具有粘性部分的许多探针，

其中所述传感器系统包括照相机系统，其配置来产生通过所述许多探针收集的所述水滴的许多图像，

其中所述许多探针配置来：

延伸进入飞行器外部的空气中，和

从所述飞行器外部的空气中缩回进入所述飞行器的内部；和

结冰条件探测器，其配置来使用来自所述传感器系统的所述许多图像探测所述飞行器的许多类型的结冰条件的存在，并分析所述许多图像，以当收集的所述水滴是冻结水滴时，通过将所述许多图像中的所述冻结水滴的大小与所述冻结水滴的液滴大小的液滴数据库比较，确定所述飞行器的结冰条件的第一类型和结冰条件的第二类型，其中所述第二类型结冰条件是过冷大液滴类型的结冰条件。

2.根据权利要求1所述的自动化的水滴测量和冰探测系统，其中所述结冰条件探测器进一步配置来响应于探测所述第一类型结冰条件和所述第二类型结冰条件中的至少一个的存在，执行操作。

3.根据权利要求2所述的自动化的水滴测量和冰探测系统，其中所述操作选自产生警报、激活防结冰系统、产生日志记录和发送报告中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的自动化的水滴测量和冰探测系统，其中所述许多探针配置来周期性地延伸进入所述飞行器外部的空气中，并且从所述飞行器外部的空气中缩回。

5.根据权利要求1所述的自动化的水滴测量和冰探测系统，进一步包括：

外壳，其中所述照相机系统位于所述外壳内，并且所述许多探针配置来从所述外壳延伸进入所述飞行器外部的空气中，并且从所述飞行器外部的空气中缩回进入所述外壳；和

发动机系统，其配置来移动所述许多探针，以从所述外壳延伸进入所述飞行器外部的空气中，并且从所述飞行器外部的空气中缩回进入所述外壳。

6.根据权利要求1所述的自动化的水滴测量和冰探测系统，其中所述结冰条件探测器位于所述飞行器内的所述照相机系统、外壳和计算机系统中的一个内。

7.根据权利要求1所述的自动化的水滴测量和冰探测系统，其中所述第一类型结冰条件由具有0.00465毫米直径至0.111毫米直径的第一数目大小的第一液滴引起，并且所述第二类型结冰条件由具有0.112毫米直径至2.2毫米直径的第二数目大小的第二液滴引起。

8.根据权利要求1所述的自动化的水滴测量和冰探测系统，

其中所述传感器系统进一步包括：

第一探针、第二探针和第三探针，每个配置来从所述飞行器外部的空气中收集所述水滴；

发动机系统，其配置来周期性地和自动化地移动所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针以从外壳延伸进入所述飞行器外部的空气中，并且从所述飞行器外部的空气中缩回进入所述外壳；和

位于所述外壳内的所述照相机系统，其配置来当所述第一探针、所述第二探针或所述第三探针的至少一个在所述外壳中被缩回时，产生由所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针收集的所述水滴的许多图像；

其中所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针每个具有收集所述水滴的所述粘性部分；和

其中所述粘性部分由硅橡胶、聚四氟乙烯、油性树脂和蜡树脂组成。

9.结冰条件探测系统，其包括：

一组传感器单元，其配置来产生关于飞行器外面的许多类型的结冰条件的信息，其中所述组的传感器单元中的传感器单元包括每个具有粘性部分的许多探针和照相机系统，所述探针配置来收集来自所述飞行器外部的空气中的水滴，所述照相机系统配置来产生通过所述许多探针收集的所述水滴的许多图像；和，其中所述许多探针配置来：

延伸进入所述飞行器外部的空气中，和

从所述飞行器外部的空气中缩回进入所述飞行器的内部；和结冰条件探测器，其配置来使用来自所述照相机系统的许多图像探测所述飞行器的许多类型的结冰条件的存在，并分析所述许多图像，以当收集的所述水滴是冻结水滴时，通过将所述许多图像中的所述冻结水滴的大小与所述冻结水滴的液滴大小的液滴数据库比较，确定所述飞行器的结冰条件的第一类型和结冰条件的第二类型，其中所述第二类型结冰条件是过冷大液滴类型的结冰条件。

10.根据权利要求9所述的结冰条件探测系统，进一步包括：

防结冰系统，其配置来当所述许多类型的结冰条件的存在出现时，从所述飞行器表面去除冰。

11.探测结冰条件的方法，所述方法包括：

使用每个具有粘性部分的许多探针从飞行器外部的空气中收集水滴；

移动所述许多探针，以延伸进入所述飞行器外部的空气中，并且从所述飞行器外部的空气中缩回进入所述飞行器内部；

当所述许多探针从所述飞行器外部的空气中缩回进入所述飞行器内部时，使用照相机系统产生作为冻结水滴的在所述许多探针上收集的所述水滴的许多图像；和

使用来自传感器系统的所述许多图像，确定所述飞行器的许多类型的结冰条件是否存在；和

分析所述许多图像，以当收集的所述水滴是冻结水滴时，通过将所述许多图像中的所述冻结水滴的大小与所述冻结水滴的液滴大小的液滴数据库比较，确定所述飞行器的结冰条件的第一类型和结冰条件的第二类型，其中所述第二类型结冰条件是过冷大液滴类型的结冰条件。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

当所述许多类型的结冰条件存在时，执行操作。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述收集步骤进一步包括：

在产生所述图像之后以及在移动所述许多探针以延伸返回进入所述飞行器外部的空气中之前，熔化所述冻结水滴。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述确定步骤包括：

在所述第一类型结冰条件和所述第二类型结冰条件之间做出区分。