CN110077602A - 冰晶探测器和混合态结冰探测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冰晶探测器，其包括至少一个轴向延伸的冰晶收集探头和至少一个控制器。每一冰晶收集探头包括在一侧的迎风面和与迎风面相对的背风面，并包括：沿第一轴向延伸的杆体，设置在杆体中、位于迎风面沿杆体的轴向延伸的凹槽，凹槽包括开口和底部，底部用于积聚冰晶，以及检测装置。检测装置包括安装在杆体端部的第一光电传感器，第一光电传感器在凹槽中形成与凹槽的底部间隔的第一光路，用于监测积聚在凹槽的底部上的冰晶。每一控制器与第一光电传感器相连接，且控制器根据第一光电传感器反馈的电信号变化，判断是否存在冰晶结冰条件。本发明具有结构简单、可靠性高等优点，将探头部分与控制器分离设置，扩大安装使用范围。

Description

冰晶探测器和混合态结冰探测器

技术领域

本发明涉及一种冰晶探测器领域，尤其是一种探测飞机在空中是否存在冰晶结冰条件的冰晶探测器和进行这种探测的方法。本发明还涉及一种探测飞机在空中是否存在冰晶结冰条件和过冷水滴结冰条件的混合态结冰探测器。

背景技术

飞机飞行在空中遭遇到的结冰条件包括了适航条款14 CFR 25部附录C常规过冷水滴结冰条件(水滴直径≤50um)，14 CFR 25部附录O过冷大水滴结冰条件(50μm＜水滴直径＜500μm，称为冻毛毛雨；水滴直径≥500μm，称为冻雨)，和14 CFR 33部附录D冰晶结冰条件。本发明将附录C常规过冷水滴和附录O过冷大水滴统称为过冷水滴。当结冰条件中，同时含有过冷水滴和冰晶结冰条件，称为混合态结冰条件。

结冰探测可以在早期探测到飞机进入结冰条件，发出结冰告警信息，提示飞行员及时采取相应动作，是保障飞行安全的一项改进措施。

过冷水滴导致飞机气动表面(机翼前缘、短舱前缘等)结冰，造成飞机操稳品质降级、飞行性能损失和飞行安全裕度下降。探测过冷水滴结冰条件的探测器一般称为结冰探测器或及结冰条件探测器。

冰晶结冰条件存在于高空对流风暴的外围区域，且不能被飞机的气象雷达探测到，当飞机进入冰晶结冰条件，冰晶在低温的飞机机体和发动机表面被反弹不会造成机体结冰，但是能够进入发动机内部，随着温度的上升，在压缩机叶片上融化产生结冰，导致叶片的叶尖翘曲和撕裂，进而导致发动机推力损失，发生喘振、失速、熄火等事故；并且冰晶可能堵塞皮托管和总温传感器探头，造成高度和温度数据异常，危及飞行安全。探测冰晶结冰条件的探测器一般称为冰晶探测器或冰粒探测器。

近年来，过冷大水滴和冰晶结冰条件导致了数起坠机事故，逐渐引起适航当局关注，陆续发布了14 CFR 25部附录O过冷大水滴和14 CFR 33部附录D冰晶结冰条件法律规章，用于提高飞行安全措施。但目前，还未有过冷水滴、冰晶结冰条件或混合态结冰条件探测装置实际应用在飞机的案例。

US7,104,502公开了一种具有圆柱型磁致伸缩探头的结冰探测器，当过冷水滴撞击到探头上，随着结冰质量增加探头振动频率下降，降低到阀值后发出结冰信号，无法探测冰晶结冰条件。

专利US 7,014,357公开了一种结冰条件探测器，探头内由两个干湿铂电阻温度传感器构成一个电桥，过冷水滴浓度不同电压差不同，电压变化到阀值发出结冰信号。冰晶随高速气流穿过传感器，不会在温度传感器上结冰，无法探测冰晶结冰条件。

专利US 7,845,221公开了一种冰晶探测装置，由两个并列的圆锥形管组成，一个圆锥管恒定加热，一个圆锥管不加热，两个压力传感器分别测量两者的压力计算压差，冰晶撞击到后者圆锥管而堵塞该圆锥管，压差变化到阈值，发出告警。不足之处，两个圆锥管的构造，结构复杂，电功率消耗大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种冰晶探测器，其包括至少一个轴向延伸的冰晶收集探头和至少一个控制器。每一冰晶收集探头包括在一侧的迎风面和与迎风面相对的背风面，并包括：

沿第一轴向延伸的杆体，

设置在杆体中、位于迎风面沿杆体的轴向延伸的凹槽，凹槽包括开口和底部，底部用于积聚冰晶，以及

检测装置，检测装置包括安装在杆体端部的第一光电传感器，第一光电传感器在凹槽中形成与凹槽的底部间隔的第一光路，用于监测积聚在凹槽的底部上的冰晶。

每一控制器与第一光电传感器相连接，且控制器根据第一光电传感器反馈的电信号变化，判断是否存在冰晶结冰条件。

较佳地，凹槽的开口宽度大于凹槽的底部宽度，且凹槽的横截面的面积从开口到底部逐渐减小。

较佳地，凹槽的横截面的外形为三角形、梯形或弧形。

较佳地，凹槽的表面为粗糙表面。

较佳地，凹槽的表面涂有憎水涂层。

较佳地，第一光路与凹槽的底部之间的距离在0.2mm－0.5mm的范围。

较佳地，冰晶收集探头还还包括设置在杆体的两端的至少一端的第一整流元件，第一整流元件将其周围的气流引导到冰晶收集探头的凹槽中，第一光电传感器安装在第一整流元件中。

较佳地，第一光电传感器为有源光电式传感器，其光通量恒定。

较佳地，第一光电传感器为透射式光电传感器、或开关式光电传感器，其发射端和接收端分别设置在冰晶收集探测探头的杆体的两端的第一整流元件中。

较佳地，第一光电传感器为反射式光电传感器，其发射端和接收端设置在冰晶收集探头的一端的第一整流元件中，冰晶收集探头的另一端的第一整流元件朝向凹槽的表面为光反射表面。

较佳地，冰晶收集探头的杆体的横截面外形为圆形，椭圆，翼型，或其他弧形。

较佳地，第一整流元件的横截面的形状应与冰晶收集探头的横截面形状相一致。

较佳地，冰晶探测器还包括设置在第一整流元件的第一温度传感器和第一电加热元件以及设置在冰晶收集探头的杆体中的第二温度传感器和第二加热元件，第一电加热元件用于加热第一整流元件，第二电加热元件用于加热冰晶收集探头的杆体。

较佳地，冰晶探测器还包括设置在冰晶收集探头与控制器之间的支撑部件，支撑部件和杆体纵向延伸。

根据本发明的第二方面，提供用如上的冰晶探测器进行冰晶探测的方法，方法包括以下步骤：

a.由第一温度传感器以预定的时间间隔检测温度；

b.当第一温度传感器检测到的温度达到接近冰点温度的预设温度时，启动第一电加热元件持续加热第一预设时间，随后；

c.启动第一光电传感器，检测凹槽底部的冰晶积聚；

d.当第一光电传感器反馈的电信号或光信号的变化，大于第一阈值，发出冰晶信号；

e.在发出冰晶信号之后，启动第一电加热元件和第二电加热元件持续加热第二预设时间，促使积聚的冰晶融化脱离；

f.停止第一电加热元件和第二电加热元件的加热，再次循环进行步骤b～e。

根据本发明的第三方面，提供用上述的冰晶探测器进行冰晶探测的方法，方法包括以下步骤：

a.由第一温度传感器或第二温度传感器以预定的时间间隔检测温度；

b.当第一温度传感器或第二温度传感器检测到的温度达到接近冰点温度的预设温度时，启动第一电加热元件和第二加热元件持续加热，使温度保持在稍微高于冰点温度；

c.启动第一光电传感器，检测凹槽底部的冰晶积聚；

d.当第一光电传感器反馈的电信号或光信号的变化，大于第一阈值，发出冰晶信号；

e.在发出冰晶信号之后，增加第一电加热元件和第二加热元件的加热功率持续加热三预设时间，促使积聚的冰晶融化脱离；

f.停止第一电加热元件和第二电加热元件，再次循环进行步骤b～e。

根据本发明第四方面，提供一种混合态结冰探测器，包括过冷水滴结冰探头和上述的冰晶探测器，其中，冰晶探测器的杆体为主圆柱体，过冷水滴结冰探头安装在每一冰晶收集探头的杆体外表面上，过冷水滴结冰探头包括：

设置在凹槽的开口的两侧的二个圆柱杆，二个圆柱杆分别与凹槽的两个侧表面的外边缘相切并具有与冰晶收集探头相同的迎风面和背风面，且二个圆柱杆的轴线平行于杆体的轴线且在杆体的外表面轴向延伸；

安装在每一圆柱杆端部的第二光电传感器，第二光电传感器在圆柱杆的迎风面形成与圆柱杆的外表面间隔的第二光路，用于监测圆柱杆的表面结冰。

控制器与第二光电传感器相连接，且控制器根据第二光电传感器反馈的电信号变化，判断是否存在过冷水滴结冰条件。

较佳地，第二光路与圆柱杆的外表面之间的距离在0.2mm－0.5mm的范围。

较佳地，混合态结冰探测器还包括设置在圆柱杆的两端的第二整流元件，第二整流元件将其周围的气流引导到圆柱杆的迎风面中，第二光电传感器安装在第二整流元件中。

较佳地，第二光电传感器与第一光电传感器相同，第二整流元件与第一整流元件相同。

较佳地，第二整流元件与第一整流元件为同一个整流元件。

较佳地，两圆柱杆的直径相等，且在4mm-8mm的范围。

较佳地，两圆柱杆的直径不相等，一个在4mm-8mm的范围，另一个在18mm-25mm的范围。

较佳地，控制器包括以下逻辑判断：

a.若冰晶信号为真，结冰信号为真，则控制器激发混合态结冰告警信号；

b.若冰晶信号为真，结冰信号为假，则控制器激发冰晶结冰告警信号；

c.若冰晶信号为假，结冰信号为真，则控制器激发过冷水滴结冰告警信号。

本发明具有结构简单、可靠性高等优点，将探头部分与控制器分离设置，扩大安装使用范围。

附图说明

图1是冰晶探测器的示意性等轴视图，其示出了根据本发明的第一实施例，图中箭头方向为气流方向；

图2是图1所示冰晶探测器的正视图；

图3是沿图2所示的冰晶收集探头的轴向截取的几个横截面的剖视图；

图4是图2所示视图中的D-D向截面图；

图5是混合态结冰探测器的示意性等轴视图，其中，所示的混合态结冰探测器包含了图1所示的冰晶探测器；

图6是图5所示的混合态结冰探测器的横截面示意图，其示出了根据本发明的第二实施例；

图7是图5所示的混合态结冰探测器的横截面示意图，其示出了根据本发明的第二实施例的一个变体。

上述附图仅仅是示意性的，未严格按照比例绘制。

图中的附图标记在技术方案和实施例中的列表：

1－冰晶收集探头，包括：

11－杆体

12－冰晶收集探头的迎风面；

13－冰晶收集探头的背风面；

14－凹槽；

15－凹槽的开口；

16－凹槽的底面；

2－支撑部件；

3－控制器；

4－法兰盘；

5－箭头；

1－冰晶收集探头，还包括：

6－第一光电传感器；

7－第一整流元件；

8－检测的第一光路；

9－冰晶；

1a－过冷水滴收集探头，包括：

11a、b－圆柱杆

12a、b－过冷水滴收集探头的迎风面；

13a、b－过冷水滴收集探头的背风面；

6a、b－第二光电传感器；

8a、b－第二检测光路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来进一步描述本发明，从而更清楚地连接本发明的发明原理和有益的技术效果。

本文中使用的术语说明：

迎风面：面对气流的一面；

背风面：与迎风面相对，背对气流的一面；

纵向：指基本垂直于机体的安装根据本发明的探测器的安装表面；

横向：指基本平行于机体的安装根据本发明的探测器的安装表面；

底端：靠近探测器的支撑部件的一端；

顶端：远离探测器的支撑部件的一端；

稍微高于冰点温度：冰晶被收集到探测器后仍然能够结冰的温度。

根据本发明的图1－3，提供一种冰晶探测器，该冰晶探测器包括轴向延伸的冰晶收集探头1和控制器3。冰晶收集探头1包括在一侧的迎风面12和与迎风面12相对的背风面13，并包括：

沿第一轴向延伸的杆体11；

设置在杆体11中、位于迎风面12沿杆体11的轴向延伸的凹槽14，凹槽14包括开口15和底部16，底部16用于积聚冰晶；

检测装置，检测装置包括安装在杆体11端部的第一光电传感器6，第一光电传感器6在凹槽14中形成与凹槽14的底部16间隔的第一光路8，用于监测积聚在凹槽14的底部16上的冰晶9；

控制器3，控制器3与第一光电传感器6相连接，且控制器3根据第一光电传感器6反馈的电信号变化，判断是否存在冰晶结冰条件。

根据本发明构造的冰晶收集探头1，通过在迎风面12构造凹槽14用于冰晶积聚，配合光电传感器产生的光路检测凹槽14中是否存在冰晶积聚，其提供了如下有益效果：

a.通过简单的增加冰晶收集探头1长度，一方面增加了收集冰晶的表面积，另一方面有效的增加了光电传感器的检测长度。当飞机在偏航或大攻角状态下，气动特性变化，冰晶收集探头1的端部可能会产生剧烈的稳流，受到干扰或屏蔽的影响，但冰晶收集探头1的轴向总有足够有效的冰晶收集表面，保证了这些条件下的冰晶收集效果。

b.本发明的检测方式为非接触测量。当冰晶收集探头1的凹槽14中有冰晶积聚，光路被切断或光通量显著降低，接收端的光敏器件无电信号或电流号显著降低小于设置阈值，表征探测到冰晶积聚。

c.本发明结构简单，可靠性高，易于实现，响应快，精度高，功耗极小，抗干扰能力强。

d.可将冰晶收集探头1与控制器3分离设置，扩大安装和使用范围。也可配合照明元件，安装在风挡中间框架上，作为目视结冰指示杆使用。

第一实施例

具体地，在如图1所示的实施例中，冰晶探测器包括轴向延伸的冰晶收集探头1、轴向延伸的支撑部件2、法兰盘4和控制器3。其中，冰晶收集探头1的底端固定和支撑在支撑部件2的顶端，使得冰晶收集探头1通过支撑结构深入到结冰条件中。在冰晶收集探头1的迎风面12，沿其轴线构造一个横截面为三角形的凹槽14。控制器3与冰晶收集探头1、支撑部件2构造成一体化结构，并通过法兰盘4安装在飞机的气动表面。其中箭头5表明了气流方向，使用不褪色的油漆或颜料印刷在法兰盘4，并起到提示安装方向的作用。

如图2和3所示，凹槽14的开口15宽度大于凹槽14的底部16宽度，且凹槽14的横截面的面积从开口15到底部16逐渐减小，凹槽14横截面的形状优选地选用三角形，底部16为一条线，极少量的冰晶积聚，既能够遮蔽检测的光路，触发告警，又有利于冰晶向凹槽14底部16积聚。凹槽14的横截面形状也可采用梯形或弧形，能够改善迎风面12凹槽14内的冰晶积聚。

优选地，凹槽14的表面为粗糙表面。粗糙表面可以为凹凸点状分布，能够增加凹槽14内的紊流程度，增加表面粗糙度有利于冰晶积聚。

优选地，凹槽14的表面涂有憎水涂层，促使过冷水滴在凹槽14中飞溅，极大的降低过冷水滴在凹槽14表面结冰，进一步降低由于过冷水滴结冰导致的误报冰晶条件。

光电传感器形成的光路距离三角形形状的凹槽14的底部16存在一定的距离，能够降低由于杂质污染导致的误告警概率。较佳的，该距离在0.2mm－0.5mm的范围，一方面这样的距离避免了冰晶收集表面受到灰尘、油脂等杂质污染时对光路产生影响，产生误冰晶信号；另一方面保证了冰晶探测的精度，在表面略有冰晶积聚时，即能够触发信号。

如图4所示，在冰晶收集探头1的顶端(也可以是两端)设置有第一整流元件7，第一光电传感器6设置在第一整流元件7中，第一光电传感器6产生用于检测的第一光路8，当遭遇冰晶结冰条件，冰晶9在凹槽14底部16积聚，切断第一光路8或光通量显著变化，则发出冰晶结冰信号。

一方面，第一整流元件7能够减弱端部的气流分离，保证冰晶收集探头1具有足够长度有效的冰晶收集面积，特别是在偏航、大攻角情况，以及冰晶含量极小时，第一整流元件7的作用尤为显著；另一方面，第一光电传感器6安装在第一整流元件7内的凹穴部位，能够有效避免或极大的减少外界条件(比如阴天、云、阳光、夜晚、太阳方位等等)的影响，抗干扰能力强。优选地，第一整流元件7可以采用透明体。

优选地，第一光电传感器6为有源光电式传感器，其光通量恒定。进一步优选地，有源光电式传感器可为透射式光电传感器、开关式光电传感器，其发射端和接收端分别设置在冰晶收集探头1的顶端和底端的第一整流元件7中。有源光电式传感器可为反射式光电传感器，其发射端和接收端设置在冰晶收集探头1的一端(例如顶端)的第一整流元件7中，另一端的第一整流元件7朝向凹槽14的表面为光反射表面。

有源光电式传感器包括发射端的发光二极管或激光二极管，接收端包括光敏器件，发射端的光特性能够预先调制，且以恒定光通量形成检测的第一光路8，能够有效避免或极大的减少外界条件(比如阴天、云、阳光、夜晚、太阳方位等等)的影响，抗干扰能力强。使用开光式光电传感器，当凹槽14中有冰晶积聚，第一光路8被切断，接收端的光敏器件无电信号，该检测方式简单可靠，敏感度高。

冰晶收集探头1的杆体11横截面的形状可以为圆形，椭圆，翼型，弧形。冰晶收集探头1的杆体11优先采用轴对称的圆柱体，使得流场能够保持稳定且沿轴向均布，飞机的偏航角和攻角改变对圆柱体的气动性能影响较小。杆体11也可为圆锥体，圆锥体有利于气流向顶部加速。翼型和弧形能够进一步的改善迎风面12的冰晶积聚。

较佳地，第一整流元件7的横截面的形状与冰晶收集探头1的横截面形状相一致。两者形状的配合能够达到整流的作用。

此外，冰晶探测器的第一整流元件7配置有第一温度传感器和第一电加热元件(图中未示出)，冰晶收集探头1的杆体11配置有第二温度传感器和第二加热元件(图中未示出)。温度传感器用于控制在设定的温度时，开启第一光电传感器6，开始检测；以及控制加热元件的加热功率。

冰晶探测器在温度传感器和加热元件的作用下进行冰晶探测，冰晶探测方法包括以下步骤：

a.由第一温度传感器以预定的时间间隔持续地检测第一整流元件7的表面或表面附近的温度；

b.当第一温度传感器检测到的温度达到接近冰点温度的预设温度之后，启动第一电加热元件持续加热第一预设时间，随后；

c.启动第一光电传感器6，检测凹槽14底部16的冰晶积聚；

d.当第一光电传感器6反馈的电信号或光信号的变化，大于第一阈值，发出冰晶信号；

e.在发出冰晶信号之后，启动第一电加热元件和第二电加热元件持续加热第二预设时间，促使积聚的冰晶脱离；

f.停止第一电加热元件和第二电加热元件，回到步骤b，并循环进行步骤b～e。

当温度低于冰点后，首先启动第一整流元件7的第一电加热元件，有利于清除第一整流元件7可能存在的结冰或雾气，保持检测的第一光路8的通畅。当探测到冰晶结冰条件，发出冰晶信号，启动第一电加热元件和第二电加热元件，冰晶与凹槽14接触面的结合力减小，有利于冰晶在气动力的作用下，从凹槽14中飞溅脱落，以进行下一次探测-加热-脱落循环。

优选地，冰晶探测器还可采用如下的冰晶探测的方法进行探测，该方法包括以下步骤：

a.由第一温度传感器或第二温度传感器以预定的时间间隔持续地检测第一整流元件7的表面或表面附近的温度；

b.当第一温度传感器或第二温度传感器检测到的温度达到接近冰点温度的预设温度之后，启动第一电加热元件和第二加热器持续加热，保持温度保持在稍微高于冰点温度；

c.启动第一光电传感器6，检测凹槽14底部16的冰晶积聚；

d.当第一光电传感器6反馈的电信号或光信号的变化，大于第一阈值，发出冰晶信号；

e.在发出冰晶信号之后，增加第一电加热元件和第二加热元件的加热功率持续加热第三预设时间，促使积聚的冰晶融化脱离；

f.停止第一电加热元件和第二电加热元件，回到步骤b，并循环进行步骤b～e。

通过加热元件将凹槽14表面温度保持在稍微高于零度，冰晶撞击在凹槽14表面时，能够提供冰晶融化所需的热量，冰晶融化吸热促使冰晶在凹槽14表面凝结，加速冰晶积聚，从而有利于触发冰晶信号。在发出冰晶信号后，增加加热元件的加热功率，冰晶与凹槽14接触面的结合力减小，有利于冰晶在气动力的作用下，从凹槽14中飞溅脱落，以进行下一次探测-加热-脱落循环。

在上述的冰晶探测器的基础上，再结合根据本发明的图5－7所示的过冷水滴结冰探头1a，就可以形成能够探测混合态结冰条件的混合态结冰探测器，混合态结冰探测器包括过冷水滴结冰探头1a和第一实施例的冰晶探测器，其中，冰晶探测器的杆体11为主圆柱体。过冷水滴结冰探头1a安装在每一冰晶收集探头1的杆体11外表面上，过冷水滴结冰探头1a包括：

设置在凹槽14的开口15的两侧的二个圆柱杆11a；11b，二个圆柱杆11a；11b分别与凹槽14的两个侧表面的外边缘相切并具有与冰晶收集探头1相同的迎风面12a；12b和背风面13a；13b，且二个圆柱杆11a；11b的轴线平行于冰晶收集探头的杆体11轴线且在杆体11的外表面轴向延伸；

安装在每一圆柱杆11a；11b端部的第二光电传感器6a，第二光电传感器6a在圆柱杆11a；11b的迎风面12a；12b形成与圆柱杆11a；11b的外表面间隔的第二光路8a，用于监测圆柱杆11a；11b的表面结冰。

控制器3与第二光电传感器6a相连接，且控制器3根据第二光电传感器6a反馈的电信号变化，判断是否存在过冷水滴结冰条件。

冰晶收集探头的杆体和过冷水滴结冰探头的杆体设置为轴对称的圆柱体，使得流场能够保持稳定且沿轴向均布，飞机的偏航角和攻角改变对圆柱体的结冰性能影响很小。

第二实施例

具体地，在如图5和6所示的实施例中，在图1－4所示的实施例的基础上示出了根据本发明的第二实施例，根据该实施例，第二光路8a与过冷水滴结冰探头1a的圆柱杆11a；11a的外表面之间的距离与第第一光路8的距离相同，在0.2mm－0.5mm的范围。在圆柱杆11a；11a的两端设置与第一整流元件7相同的第二整流元件7a，第二整流元件7a将其周围的气流引导到圆柱杆11a；11a的迎风面12a中，第二光电传感器6a安装在第二整流元件7a中。第二光电传感器6a也与第一光电传感器6相同。作为一种选择，第二整流元件7a与第一整流元件7可以为同一个整流元件。如图6所示，当过冷水滴结冰探头1a的两个圆柱杆11a；11a都用于探测常规过冷水滴结冰时，两个圆柱杆11a；11a的直径在4mm-8mm的范围。如图7所示，当过冷水滴结冰探头1a的两个圆柱杆11a；11b一个用于探测常规过冷水滴结冰、一个用于探测大过冷水滴结冰时，一个圆柱杆11a的直径在4mm-8mm的范围，另一个用于探测大过冷水滴结冰的圆柱杆11b的直径在18mm-25mm的范围。

相对布置在两侧的圆柱杆，常规水滴直径相对较小，圆柱杆11a；11b的过冷水滴的水收集系数极高。而随着水滴直径增加，大过冷水滴的飞溅、破碎、溢流等效应增强，圆柱杆的水收集系数显著下降，造成该圆柱杆延时结冰或不能够结冰。为此，对于大过冷水滴，采用较大直径的圆柱杆11b。

当采用如图5－7的实施例时，混合态结冰探测器的控制器3包括以下逻辑判断：

a.若冰晶信号为真，结冰信号为真，则控制器3激发混合态结冰告警；

b.若冰晶信号为真，结冰信号为假，则控制器3激发冰晶结冰告警；

c.若冰晶信号为假，结冰信号为真假，则控制器3激发过冷水滴结冰告警。

以上内容描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式中技术特征作出多种更换或组合，这些更换或组合均落入本发明的保护范围。例如，冰晶收集探头中的加热元件和温度传感器同样可用于过冷水滴结冰探头中。

Claims (24)

1.一种冰晶探测器，其特征在于，包括：

至少一个轴向延伸的冰晶收集探头(1)，每一所述冰晶收集探头(1)包括在一侧的迎风面(12)和与迎风面(12)相对的背风面(13)，并包括：

沿第一轴向延伸的杆体(11)，

设置在所述杆体(11)中、位于所述迎风面(12)沿所述杆体(11)的所述轴向延伸的凹槽(14)，所述凹槽(14)包括开口(15)和底部(16)，所述底部(16)用于积聚冰晶(9)，以及

检测装置，所述检测装置包括安装在所述杆体(11)端部的第一光电传感器(6)，所述第一光电传感器(6)在所述凹槽(14)中形成与所述凹槽(14)的所述底部(16)间隔的第一光路(8)，用于监测积聚在所述凹槽(14)的底部(16)上的冰晶(9)；以及

至少一个控制器(3)，每一所述控制器(3)与所述第一光电传感器(6)相连接，且所述控制器(3)根据所述第一光电传感器(6)反馈的电信号变化，判断是否存在冰晶结冰条件。

2.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述凹槽(14)的开口(15)宽度大于所述凹槽(14)的底部(16)宽度，且所述凹槽(14)的横截面的面积从所述开口(15)到所述底部(16)逐渐减小。

3.如权利要求2所述的冰晶探测器，其特征在于，所述凹槽(14)的横截面的外形为三角形、梯形或弧形。

4.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述凹槽(14)的表面为粗糙表面。

5.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述凹槽(14)的表面涂有憎水涂层。

6.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一光路(8)与所述凹槽(14)的底部(16)之间的距离在0.2mm－0.5mm的范围。

7.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述冰晶收集探头(1)还包括设置在所述杆体(11)的两端的至少一端的第一整流元件(7)，所述第一整流元件(7)将其周围的气流引导到所述冰晶收集探头(1)的所述凹槽(14)中，所述第一光电传感器(6)安装在所述第一整流元件(7)中。

8.如权利要求7所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一光电传感器(6)为有源光电式传感器，其光通量恒定。

9.如权利要求8所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一光电传感器(6)为透射式光电传感器、或开关式光电传感器，其发射端和接收端分别设置在所述冰晶收集探测探头的杆体(11)的所述两端的所述第一整流元件(7)中。

10.如权利要求8所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一光电传感器(6)为反射式光电传感器，其发射端和接收端设置在所述冰晶收集探头(1)的一端的第一整流元件(7)中，所述冰晶收集探头(1)的另一端的第一整流元件(7)朝向所述凹槽(14)的表面为光反射表面。

11.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述冰晶收集探头(1)的所述杆体(11)的横截面外形为圆形，椭圆，翼型，或其他弧形。

12.如权利要求7所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一整流元件(7)的横截面的形状应与所述冰晶收集探头(1)的横截面形状相一致。

13.如权利要求7所述的冰晶探测器，其特征在于，还包括设置在所述第一整流元件(7)的第一温度传感器和第一电加热元件以及设置在所述冰晶收集探头(1)的所述杆体(11)中的第二温度传感器和第二加热元件，所述第一电加热元件用于加热所述第一整流元件(7)，所述第二电加热元件用于加热所述冰晶收集探头(1)的所述杆体(11)。

14.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，还包括设置在所述冰晶收集探头(1)与所述控制器(3)之间的支撑部件(2)，所述支撑部件(2)和所述杆体(11)纵向延伸。

15.用如权利要求13所述的冰晶探测器进行冰晶探测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a.由所述第一温度传感器以预定的时间间隔检测温度；

b.当所述第一温度传感器检测到的温度达到接近冰点温度的预设温度时，启动所述第一电加热元件持续加热第一预设时间，随后；

c.启动所述第一光电传感器(6)，检测所述凹槽(14)底部(16)的冰晶积聚；

d.当所述第一光电传感器(6)反馈的电信号或光信号的变化，大于第一阈值，发出冰晶信号；

e.在发出冰晶信号之后，启动所述第一电加热元件和第二电加热元件持续加热第二预设时间，促使积聚的冰晶融化脱离；

f.停止所述第一电加热元件和第二电加热元件的加热，再次循环进行步骤b～e。

16.用如权利要求13所述的冰晶探测器进行冰晶探测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a.由所述第一温度传感器或第二温度传感器以预定的时间间隔检测温度；

b.当所述第一温度传感器或第二温度传感器检测到的温度达到接近冰点温度的预设温度时，启动所述第一电加热元件和第二加热元件持续加热，使所述温度保持在稍微高于冰点温度；

c.启动所述第一光电传感器(6)，检测所述凹槽(14)底部(16)的冰晶积聚；

d.当所述第一光电传感器(6)反馈的电信号或光信号的变化，大于第一阈值，发出冰晶信号；

e.在发出冰晶信号之后，增加所述第一电加热元件和第二加热元件的加热功率持续加热三预设时间，促使积聚的冰晶融化脱离；

f.停止所述第一电加热元件和第二电加热元件，再次循环进行步骤b～e。

17.一种混合态结冰探测器，包括过冷水滴结冰探头(1a)和如权利要求1－14中的任何一项所述的冰晶探测器，其中，所述冰晶探测器的所述杆体(11)为主圆柱体，所述过冷水滴结冰探头(1a)安装在每一所述冰晶收集探头(1)的所述杆体(11)外表面上，所述过冷水滴结冰探头(1a)包括：

设置在所述凹槽(14)的开口(15)的两侧的二个圆柱杆(11a；11b)，所述二个圆柱杆(11a；11b)分别与所述凹槽(14)的两个侧表面的外边缘相切并具有与所述冰晶收集探头(1)相同的迎风面(12a；12b)和背风面(13a；13b)，且所述二个圆柱杆(11a；11b)的轴线平行于所述杆体(11)的轴线且在所述杆体(11)的外表面轴向延伸；

安装在每一圆柱杆(11a；11b)端部的第二光电传感器(6a)，所述第二光电传感器(6a)在所述圆柱杆(11a；11b)的迎风面(12a；12b)形成与所述圆柱杆(11a；11b)的外表面间隔的第二光路(8a)，用于监测所述圆柱杆(11a；11b)的表面结冰；

所述控制器(3)与所述第二光电传感器(6a)相连接，且所述控制器(3)根据所述第二光电传感器(6a)反馈的电信号变化，判断是否存在过冷水滴结冰条件。

18.如权利要求17所述的混合态结冰探测器，其特征在于，所述第二光路(8a)与所述圆柱杆(11a；11b)的外表面之间的距离在0.2mm－0.5mm的范围。

19.如权利要求17所述的混合态结冰探测器，其特征在于，还包括设置在所述圆柱杆(11a；11b)的两端的第二整流元件(7a)，所述第二整流元件(7a)将其周围的气流引导到所述圆柱杆(11a；11b)的迎风面(12a；12b)中，所述第二光电传感器(6a)安装在所述第二整流元件(7a)中。

20.如权利要求19所述的混合态结冰探测器，其特征在于，所述第二光电传感器(6a)与所述第一光电传感器(6)相同，所述第二整流元件(7a)与所述第一整流元件(7)相同。

21.如权利要求20所述的混合态结冰探测器，其特征在于，所述第二整流元件(7a)与所述第一整流元件(7)为同一个整流元件。

22.如权利要求17所述的混合态结冰探测器，其特征在于，所述两圆柱杆(11a；11b)的直径相等，且在4mm-8mm的范围。

23.如权利要求17所述的混合态结冰探测器，其特征在于，所述两圆柱杆(11a；11b)的直径不相等，一个在4mm-8mm的范围，另一个在18mm-25mm的范围。

24.如权利要求17所述的混合态结冰探测器，其特征在于，所述控制器(3)包括以下逻辑判断：

a.若冰晶信号为真，结冰信号为真，则控制器(3)激发混合态结冰告警信号；

b.若冰晶信号为真，结冰信号为假，则控制器(3)激发冰晶结冰告警信号；

c.若冰晶信号为假，结冰信号为真，则控制器(3)激发过冷水滴结冰告警信号。