CN111216898A - 一种光栅光纤结冰探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光栅光纤结冰探测器，包括结冰杆，所述结冰杆沿其轴向设置有多个周期排列的冰晶收集孔，所述冰晶收集孔由结冰杆的迎风面贯穿至背风面，所述冰晶收集孔位于迎风面的一端为喇叭形，并且所述冰晶收集孔的喇叭形斜面上设置有光栅光纤；该光栅光纤结冰探测器，通过在冰晶收集孔设置光栅光纤，当冰晶收集孔收集到冰晶的时候，冰晶会挤压光栅光纤，从而导致光栅光纤的谐振波长发生改变，通过检测光栅光纤的谐振波长的变化，就可以检测到结冰的状态，由于检测的光路设定在光栅光纤中，该光栅光纤结冰探测器具有更高的灵敏度、准确度，而且可以准确定位结冰的位置。
Description
技术领域
本发明属于飞机探测设备技术领域，具体涉及一种光栅光纤结冰探测器。
背景技术
飞行在空中遭遇到的结冰条件包括了适航条款14CFR 25部附录C常规过冷水滴结冰条件(水滴直径≤50um)，14CFR 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14CFR 33部附录D冰晶结冰条件。
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，但是冰晶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。
飞行遭遇的结冰条件，约99％为常规过冷水滴结冰条件，飞机通常安装有结冰探测器。过冷大水滴、冰晶及混合态结冰条件约1％，但过冷水大水滴和冰晶结冰条件近年来导致了数起坠机事故，逐渐引起适航当局关注，陆续发布了14CFR 25部附录O过冷大水滴和14CFR 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。
专利号为201910740817.5的专利申请，公开了一种结冰探测器，其主要包括结冰杆和第一光电传感器。结冰杆沿其延伸方向设有多个从迎风面贯通至背风面的冰晶收集孔。第一光电传感器设置在结冰杆的两个相对端部，并在结冰杆的迎风侧形成第一光路。当过冷水滴撞击到结冰杆结冰后，第一光路被部分或全部遮挡，第一光电传感器由此被激发并发出过冷水滴结冰信号。
然而，在实际应用中，该结冰探测器，依然存在缺陷，不能很好的检测飞机的结冰情况，特别容易受到干扰，从而造成检测信号的误差，存在很多的误报结冰的情况。
发明内容
本发明提供了一种光栅光纤结冰探测器，包括结冰杆，所述结冰杆沿其轴向设置有多个周期排列的冰晶收集孔，所述冰晶收集孔由结冰杆的迎风面贯穿至背风面，所述冰晶收集孔位于迎风面的一端为喇叭形，并且所述冰晶收集孔的喇叭形斜面上设置有光栅光纤。
所述冰晶收集孔的喇叭形斜面位于光栅光纤的上方设置有多个凸起。
所述冰晶收集孔的大小不同，并且沿结冰杆的轴向由下至上逐渐减小。
所述光栅光纤位于外侧的一端嵌入冰晶收集孔的喇叭形斜面中，光栅光纤位于内侧的另一端设置于冰晶收集孔的喇叭形斜表面。
所述光栅光纤设置有两层，第二层光栅光纤置于第一层光栅光纤的下方。
所述凸起之间的间距为0。
所述冰晶收集孔的侧壁设置有加热元件。
所述多个冰晶收集孔的光栅光纤的周期不同。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供了一种光栅光纤结冰探测器，通过在冰晶收集孔设置光栅光纤，当冰晶收集孔收集到冰晶的时候，冰晶会挤压光栅光纤，从而导致光栅光纤的谐振波长发生改变，通过检测光栅光纤的谐振波长的变化，就可以检测到结冰的状态，由于检测的光路设定在光栅光纤中，该光栅光纤结冰探测器具有更高的灵敏度、准确度，而且可以准确定位结冰的位置。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是光栅光纤结冰探测器的结构示意图一。
图2是光栅光纤结冰探测器的结构示意图二。
图3是冰晶收集孔的结构示意图。
图4是光栅光纤设置于冰晶收集孔示意图一。
图5是光栅光纤设置于冰晶收集孔示意图二。
图中：1、结冰杆；2、冰晶收集孔；3、斜面；4、光栅光纤；5、光纤；6、凸起；7、支撑杆；8、加热元件。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种如图1～5所示的光栅光纤结冰探测器，包括结冰杆1，所述结冰杆1设置于支撑杆7的上方，支撑杆7的下方会设置控制装置，该控制装置一般设置在飞机内部，结冰杆1部分置于飞机外部，进行冰晶的收集。所述结冰杆1沿其轴向设置有多个周期排列的冰晶收集孔2，所述冰晶收集孔2由结冰杆1的迎风面贯穿至背风面，所述冰晶收集孔2位于迎风面的一端为喇叭形，并且所述冰晶收集孔2的喇叭形的斜面3上设置有光栅光纤4，多个冰晶收集孔2内的光栅光纤4通过普通的光纤5进行连接，最后，光纤5接入控制装置，以便控制装置对传入光栅光纤4的光进行控制，当结冰杆1上的冰晶收集孔2收集到冰晶的时候，冰晶会挤压光栅光纤4，光栅光纤4受到挤压的时候，其谐振波长会发生改变，通过检测光栅光纤4的谐振波长的变化，就可以实现对飞机外部结冰状况的检测。相对于现有技术中的设置光电传感器通过光路检测的技术方案，本实施例提供的这种光栅光纤结冰探测器，检测的光是在光栅光纤4中传播，具有更好的抗干扰性，更高的灵敏度，而且，能够对结冰的位置进行准确定位。
进一步的，可以在不同的冰晶收集孔2设置不同谐振波长的光栅光纤4，这样，不同冰晶收集孔2收集到冰晶，导致光栅光纤4的谐振波长的变化就不想同，这样，根据光栅光纤4不同的谐振波长变化，就可以准确定位结冰的位置，也便于统计多少个冰晶收集孔2收集到冰晶，有利于对飞机外部整体的结冰情况进行评估。
进一步的，如图3所示，所述冰晶收集孔2的喇叭形斜面位于光栅光纤4的上方设置有多个凸起6，而且凸起6的位置靠近冰晶收集孔2的中心处设置，这样，可以增大冰晶对光栅光纤4的挤压，光栅光纤4的拉伸长度会发生改变，谐振波长的改变更加的明显，从而提高冰晶检测的灵敏度；另外一方面，可以避免冰晶直接冲击光栅光纤4，减小光栅光纤4的磨损，有利于延长光栅光纤4的使用寿命。
进一步的，所述冰晶收集孔2的大小不同，并且沿结冰杆1的轴向由下至上逐渐减小，这样可以收集不同尺寸的冰晶，。
进一步的，如图4所示，所述光栅光纤4位于外侧的一端嵌入冰晶收集孔2的喇叭形的斜面3中，光栅光纤4位于内侧的另一端设置于冰晶收集孔2的喇叭形斜3表面上；这样，有利于进入冰晶收集孔2中的冰晶挤压光栅光纤4，对光栅光纤4形成更大的力学变化，从而提高光栅光纤4对冰晶检测的灵敏度。
进一步的，如图5所示，所述光栅光纤4设置有两层，第二层光栅光纤置于第一层光栅光纤的下方，并且第二层光栅光纤与第一层光栅光纤串联在一起，第一层光栅光纤用于对冰晶进行检测，第二层光栅光纤用于消除环境温度对冰晶检测的影响，通过比较第二层光栅光纤与第一层光栅光纤的谐振波长的变化，就可以抵消温度对冰晶检测的影响，使得冰晶检测的结果不受环境温度的影响。
进一步的，所述凸起6之间的间距为0，也就是说，凸起6连接在一起，形成线形的凸起，这样，可以承受更大面积的冰晶压力，使得光栅光纤4受到的力更大，而且该线形凸起还可以延伸到加热元件8，并且与加热元件8接触连接，这样，就可以提高冰晶的融化速度，在测量完冰晶后，尽快的融化冰晶。
进一步的，所述冰晶收集孔2的侧壁设置有加热元件8。加热元件8环绕冰晶收集孔2的侧壁设置，通过加热元件8可以对冰晶收集孔2内的冰晶进行融化，从而及时清理掉冰晶收集孔2内的冰晶，避免冰晶长时间滞留在冰晶收集孔2中，影响冰晶检测。
综上所述，该光栅光纤结冰探测器，通过在冰晶收集孔2设置光栅光纤4，当冰晶收集孔2收集到冰晶的时候，冰晶会挤压光栅光纤4，从而导致光栅光纤4的谐振波长发生改变，通过检测光栅光纤4的谐振波长的变化，就可以检测到结冰的状态，由于检测的光路设定在光栅光纤4中，该光栅光纤结冰探测器具有更高的灵敏度、准确度，而且可以准确定位结冰的位置。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种光栅光纤结冰探测器，包括结冰杆(1)，所述结冰杆(1)沿其轴向设置有多个周期排列的冰晶收集孔(2)，所述冰晶收集孔(2)由结冰杆(1)的迎风面贯穿至背风面，其特征在于：所述冰晶收集孔(2)位于迎风面的一端为喇叭形，并且所述冰晶收集孔(2)的喇叭形的斜面(3)上设置有光栅光纤(4)。
2.如权利要求1所述的一种光栅光纤结冰探测器，其特征在于：所述冰晶收集孔(2)的喇叭形斜面位于光栅光纤(4)的上方设置有多个凸起(6)。
3.如权利要求1所述的一种光栅光纤结冰探测器，其特征在于：所述冰晶收集孔(2)的大小不同，并且沿结冰杆(1)的轴向由下至上逐渐减小。
4.如权利要求1所述的一种光栅光纤结冰探测器，其特征在于：所述光栅光纤(4)位于外侧的一端嵌入冰晶收集孔(2)的喇叭形斜面中，光栅光纤(4)位于内侧的另一端设置于冰晶收集孔(2)的喇叭形斜表面。
5.如权利要求1所述的一种光栅光纤结冰探测器，其特征在于：所述光栅光纤(4)设置有两层，第二层光栅光纤置于第一层光栅光纤的下方。
6.如权利要求2所述的一种光栅光纤结冰探测器，其特征在于：所述凸起(6)之间的间距为0。
7.如权利要求1所述的一种光栅光纤结冰探测器，其特征在于：所述冰晶收集孔(2)的侧壁设置有加热元件(8)。
8.如权利要求1所述的一种光栅光纤结冰探测器，其特征在于：所述多个冰晶收集孔(2)上的光栅光纤(4)的周期不同。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010085742.4A CN111216898A (zh) | 2020-02-11 | 2020-02-11 | 一种光栅光纤结冰探测器 |
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| CN202010085742.4A CN111216898A (zh) | 2020-02-11 | 2020-02-11 | 一种光栅光纤结冰探测器 |
Publications (1)
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| CN111216898A true CN111216898A (zh) | 2020-06-02 |
Family
ID=70811185
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| CN202010085742.4A Withdrawn CN111216898A (zh) | 2020-02-11 | 2020-02-11 | 一种光栅光纤结冰探测器 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN111216898A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114153249A (zh) * | 2022-02-07 | 2022-03-08 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 一种高精度的光纤结冰传感器、系统和方法 |
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2020
- 2020-02-11 CN CN202010085742.4A patent/CN111216898A/zh not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114153249A (zh) * | 2022-02-07 | 2022-03-08 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 一种高精度的光纤结冰传感器、系统和方法 |
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