CN111232220A - 一种基于谐振腔的结冰探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于谐振腔的结冰探测器，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，冰晶收集孔由结冰杆的迎风面贯穿至背风面，冰晶收集孔内设置有金属网，冰晶收集孔靠近背风面的一侧设置有固定金属套，固定金属套中部设置有移动金属块，金属块与金属网之间设置有弹性压缩层，结冰杆靠近背风面的一侧设置有波导层，波导层的外围设置有金属板层，移动金属块与波导层之间形成谐振腔；该基于谐振腔的结冰探测器通过检测谐振腔的共振波长的变化，就可以检测到飞机结冰的状态，由于检测的光路设定在波导层中，谐振腔的共振波长对谐振腔的截面积变化，非常敏感，该基于谐振腔的结冰探测器具有更高的灵敏度、准确度。
Description
技术领域
本发明属于飞机探测设备技术领域，具体涉及一种基于谐振腔的结冰探测器。
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
本发明提供了一种基于谐振腔的结冰探测器，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，所述冰晶收集孔内设置有金属网，所述冰晶收集孔靠近背风面的一侧设置有固定金属套，所述固定金属套中部设置有移动金属块，所述金属块与金属网之间设置有弹性压缩层，所述结冰杆靠近背风面的一侧设置有波导层，所述波导层的外围设置有金属板层，所述移动金属块与波导层之间形成谐振腔。
所述波导层的内侧还设置有第二金属板层。
所述冰晶收集孔位于下方的一侧面为斜面。
所述金属网的为凸形，对应的弹性压缩层与金属网接触的面也为凸形。
所述冰晶收集孔的侧壁设置有加热元件。
所述波导层为二氧化硅、二氧化硅-二氧化锗、氧化锌、硫化物玻璃中的一种制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供了一种基于谐振腔的结冰探测器，通过在冰晶收集孔内设置金属网阻挡冰晶，形成挤压力，对设置于移动金属块与金属网之间的弹性压缩层进行挤压，从而使得移动金属块的位置发生改变，也就改变了由固定金属块、移动金属块、金属板层形成金属组成的谐振腔的截面积，使得谐振腔的共振波长发生改变，通过检测谐振腔的共振波长的变化，就可以检测到飞机结冰的状态，由于检测的光路设定在波导层中，该基于谐振腔的结冰探测器具有更好的准确性，抗干扰性更好，谐振腔的共振波长对谐振腔的截面积变化，非常敏感，该基于谐振腔的结冰探测器具有更高的灵敏度、准确度。
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是基于谐振腔的结冰探测器的结构示意图。
图2是冰晶收集孔结构示意图一。
图3是冰晶收集孔结构示意图二。
图4是冰晶收集孔结构示意图三。
图5是冰晶收集孔结构示意图四。
图6是固定金属套侧壁结构示意图。
图7是金属网结构示意图。
图中：1、结冰杆；2、冰晶收集孔；3、金属网；4、弹性压缩层；5、固定金属套；6、移动金属块；7、支撑座；8、波导层；9、金属板层；10、振腔边；11、第二金属板层；12、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、图2所示的基于谐振腔的结冰探测器，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内设置有金属网3，所述冰晶收集孔2靠近背风面的一侧设置有固定金属套5，所述固定金属套5中部设置有移动金属块6，所述金属块6与金属网3之间设置有弹性压缩层4，所述结冰杆1靠近背风面的一侧设置有波导层8，所述波导层8的外围设置有金属板层9，所述移动金属块6与波导层8之间形成谐振腔10；金属网3可以阻挡进入冰晶收集孔2内的冰晶，冰晶会对金属网3形成挤压力，金属网3在冰晶的挤压之下会对弹性压缩层4产生压力，弹性压缩层4顺势会挤压移动金属块6，这样就会改变移动金属块6、固定金属套5、金属板层9组成的谐振腔10的截面积，谐振腔10的截面积发生改变，谐振腔10的共振波长就会发生改变，这样，就会与波导层8中传播的不同波长的光波发生谐振，通过检测波导层8中传播的光波的发生谐振的波长，就可以实现冰晶的检测，谐振腔10的共振波长对谐振腔10的截面积变化，非常敏感，因此，该基于谐振腔的结冰探测器具有更高的灵敏度、准确度。
进一步的，如图3所示，的所述波导层8的内侧还设置有第二金属板层11，这样波导层8设置于金属板层9与第二金属板层11之间，在波导层8传播的光经过耦合后进入谐振腔10，相比于只设置一层金属板层9的方式(光从波导层8的底部进入，从上部出，那么探测到透射谷)，设置金属板层9、第二金属板层11的方式使得光通过谐振腔10后，能量更多，更容易探测；另外，不同冰晶收集孔2对应的不同谐振腔10之间干扰小。
进一步的，谐振腔10相连的金属板层9与第二金属板层11的厚度均小于100nm，可以增强光的耦合度，也就是波导层8中的光耦合进入谐振腔10更多，优先的金属板层9与第二金属板层11可以选择20nm、30nm、50nm等。
进一步的，如图4所示，所述冰晶收集孔2位于下方的一侧面为斜面，有利于冰晶或液态水从冰晶收集孔2掉落，避免冰晶融化后的液态水或冰晶长时间滞留在冰晶收集孔2内，影响冰晶检测。
进一步的，如图5所示，所述金属网3的为凸形，对应的弹性压缩层4与金属网3接触的面也为凸形，使得金属网3更多地接受到液体的冲击力，也在谐振腔10的中部形成更大的形变，更多地改变谐振腔10的共振波长，提高探测的灵敏度，也有利于融化的冰晶掉落。
进一步的，所述冰晶收集孔2的侧壁设置有加热元件12，在需要的时候，可以通过加热元件12对金属网3上的冰晶进行融化，从而使得结冰探测器能够更快的恢复冰晶检测状态。
所述波导层8为二氧化硅、二氧化硅-二氧化锗、氧化锌、硫化物玻璃中的一种制成。
所述弹性压缩层4为橡胶制成。
进一步的，如图6所示，所述固定金属套5的侧壁设置有滑槽13，所述金属网3的外围设置有支架14，所述支架14与滑槽13吻合，使得金属网3能够在固定金属套5内滑动。所述滑槽13至少设置有3个，所述金属网3上设置的支架14与滑槽13的数量相同。
综上所述，该基于谐振腔的结冰探测器，通过在冰晶收集孔2内设置金属网3阻挡冰晶，形成挤压力，对设置于移动金属块6与金属网3之间的弹性压缩层4进行挤压，从而使得移动金属块6的位置发生改变，也就改变了由固定金属块5、移动金属块6、金属板层9形成金属组成的谐振腔10的截面积，使得谐振腔10的共振波长发生改变，通过检测谐振腔10的共振波长的变化，就可以检测到飞机结冰的状态，由于检测的光路设定在波导层8中，该基于谐振腔的结冰探测器具有更好的准确性，抗干扰性更好，谐振腔10的共振波长对谐振腔的截面积变化，非常敏感，该基于谐振腔的结冰探测器具有更高的灵敏度、准确度。
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 (6)
1.一种基于谐振腔的结冰探测器，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)内设置有金属网(3)，所述冰晶收集孔(2)内靠近背风面的一侧设置有固定金属套(5)，所述固定金属套(5)中部设置有移动金属块(6)，所述金属块(6)与金属网(3)之间设置有弹性压缩层(4)，所述结冰杆(1)靠近背风面的一侧设置有波导层(8)，所述波导层(8)的外围设置有金属板层(9)，所述移动金属块(6)与波导层(8)之间形成谐振腔(10)。
2.如权利要求1所述的一种基于谐振腔的结冰探测器，其特征在于：所述波导层(8)的内侧还设置有第二金属板层(11)。
3.如权利要求1所述的一种基于谐振腔的结冰探测器，其特征在于：所述冰晶收集孔(2)位于下方的一侧面为斜面。
4.如权利要求1所述的一种基于谐振腔的结冰探测器，其特征在于：所述金属网(3)的为凸形，对应的弹性压缩层(4)与金属网(3)接触的面也为凸形。
5.如权利要求1所述的一种基于谐振腔的结冰探测器，其特征在于：所述冰晶收集孔(2)的侧壁设置有加热元件(12)。
6.如权利要求1所述的一种基于谐振腔的结冰探测器，其特征在于：所述波导层(8)为二氧化硅、二氧化硅-二氧化锗、氧化锌、硫化物玻璃中的一种制成。
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