CN115783268A - 一种复合式飞机结冰探测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于航空探测技术领域，提供了一种复合式飞机结冰探测装置及方法，该探测装置包括电容传感模块以及光纤传感模块，电容传感模块具有透明电容探测板，光纤传感模块具有光纤探测面；光纤传感模块和电容传感模块共用透明电容探测板，光纤探测面位于透明电容探测板下方。本发明通过将光纤探测面设置在透明电容探测板下方，从而将光纤探测面与电容传感模块的探测面积重叠，避免在透明电容探测板外额外设置光纤探测面，达到减少探测装置体积的目的。

Description

一种复合式飞机结冰探测装置及方法

技术领域

本发明属于航空探测技术领域，具体涉及一种复合式飞机结冰探测装置及方法。

背景技术

飞机结冰是影响飞行安全甚至导致灾难性事故的重要隐患之一，其将改变飞机气动性能，导致飞行性能降低，严重时将造成机毁人亡的事故；因此，必须及时探测飞机结冰情况，为飞行员的操纵策略提供参考，为启动和控制飞机防除冰系统提供真实、准确的输入条件。

目前，飞机结冰情况主要采用结冰传感器探测，其主要分为谐振式、电容式、光纤式等类型；其中，谐振式结冰传感器通过检测探冰棒固有频率的变化来判断结冰与否，其难以齐平安装于曲率半径较小的部分，并且灵敏度低；电容式结冰传感器根据介电常数的不同实现飞机表面冰、水、空气介质的区分，但难以实现飞机结冰厚度的探测；光纤式结冰传感器根据接收光信号强弱可实现结冰厚度的监测，但探测端面直接暴露于外界环境，其易受外界杂质的干扰。

为提高结冰传感器的探测准确性，提出多种结冰探测原理相结合的复合式结冰传感器，但是这种结冰传感器存在缺点：多种探测原理结合，导致需要的部件增多，使得结冰传感器的体积相应增大，安装在飞机表面时，对飞机本身的流场会产生较大干扰，对飞机的飞行产生影响，因此，需要一种体积小、探测准确性高的结冰传感器。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合式飞机结冰探测装置及方法，光纤传感模块和电容传感模块共用透明电容探测板，光纤探测面位于透明电容探测板下方，从而将光纤探测面与电容传感模块的探测面重叠，避免在透明电容探测板外额外设置光纤探测面，达到减少探测装置体积的目的。

本发明是这样实现的：

一种复合式飞机结冰探测装置，包括电容传感模块以及光纤传感模块，电容传感模块具有透明电容探测板，光纤传感模块具有光纤探测面；光纤传感模块与电容传感模块共用透明电容探测板，光纤探测面位于透明电容探测板下方。

在上述技术方案中，光纤传感模块和电容传感模块共用透明电容探测板，将光纤探测面与电容传感模块的探测面重叠，从而避免在透明电容探测板外额外设置光纤探测面，达到减少探测面积的目的，进而减小探测装置的体积，电容传感模块的探测面是指透明电容平板表面；另外，由于透明电容探测板与光纤探测面重叠，能够得到同一探测范围的两种探测数据，两种数据的探测结果相互结合，提高探测的准确率。

进一步的，电容传感模块还包括屏蔽电缆和电容解调电路，屏蔽电缆连接在透明电容探测板和电容解调电路之间，电容解调电路通过屏蔽电缆采集透明电容探测板的电容响应数据，并且，电容解调电路能够根据采集到的电容响应数据识别透明电容探测板表面的结冰状态。

进一步的，光纤传感模块还包括光源、光电探测器、发射光纤束，接收光纤束以及光信号解调电路；发射光纤束的发射光纤探头端面和接收光纤束的接收光纤探头端面构成光纤探测面；光源安装在发射光纤束的信号接收端，光电探测器一端与接收光纤束的信号输出端连接，另一端通过屏蔽电缆与光信号解调电路连接；发射光纤束用于将光源发出的调制光束传输至透明电容探测板，调制光束经过透明电容探测板出射后传输至结冰环境，结冰环境的光信号返回至接收光纤束，接收光纤束将返回的光信号传输至光电探测器，从而获取透明电容探测板表面结冰状态的光信号响应数据。

进一步的，光纤探测面的面积大小是透明电容探测板的表面积大小的90%~100%，光纤探测面的面积需要尽量大，在减少探测装置整体体积的同时，以得到尽量大范围的光信号响应数据，提高探测的准确率。

进一步的，还包括探头外框，透明电容探测板安装在探头外框内。

进一步的，透明电容探测板为氧化铟锡触摸屏平板。

一种复合式飞机结冰探测方法，使用上述任一项的复合式飞机结冰探测装置，具体步骤如下：利用电容传感模块采集透明电容探测板的电容响应数据，并且根据电容响应数据识别透明电容探测板表面的结冰状态；利用光纤传感模块采集光纤探测面的光信号响应数据，并且根据光信号响应数据识别光纤探测面表面的结冰厚度。

进一步的，结冰状态包括冰状态、水状态以及冰水混合状态。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述设计得到的一种复合式飞机结冰探测装置及方法具有如下有益效果：

1、本发明中，通过将光纤传感模块与电容传感模块共用透明电容探测板，设置光纤探测面位于透明电容探测板下方，利用透明电容探测板能够实现光信号的高透射率的特性，从而将光纤探测面与透明电容探测板重叠，避免额外预留空间设置光纤探测面，达到减小探测装置体积的目的。

2、本发明中，通过光纤探测面与透明电容探测板重叠，能够对同一探测环境获取两种探测数据，两种探测数据的探测结果能够相互结合，从而提高结冰探测的准确性。

3、本发明中，选择透明电容探测板同时作为电容传感模块和光纤传感模块的探测端面，使得本发明中的探测装置相比于已有的复合传感器结构更加紧凑。

4、本发明中，通过在发射光纤束和接收光纤束端面设置透明电容探测板，利用透明电容探测板保护光纤探头免受外界环境的杂质干扰，从而提高光纤传感器的使用寿命和探测精准度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施方式提供的探测装置内部示意图；

图2是本发明实施方式提供的探测装置结构图一；

图3是本发明实施方式提供的控制装置结构图二。

附图标记说明：

101-透明电容探测板，102-屏蔽电缆，103-电容解调电路，201-光源，202-光电探测器，203-发射光纤束，204-接收光纤束，205-光信号解调电路，206-发射光纤探头，207-接收光纤探头，300-探头外框。

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。

实施例1

本实施例提供了一种复合式飞机结冰探测装置，结合图1到图3所示，包括电容传感模块以及光纤传感模块，电容传感模块具有透明电容探测板101，透明电容探测板101是透明结构，具有高透射率，能够供调制光束穿过；光纤传感模块具有光纤探测面，在本实施例中，为了能够减小探测装置整体体积的大小，光纤传感模块与电容传感模块共用透明电容探测板101，将光纤传感模块的光纤探测面设置在透明电容探测板101下方，光纤探测面可直接与透明电容探测板101贴合，也可以与透明电容探测板101之间间隙设置。

在上述的探测器结构中，将光纤探测面与电容传感模块的透明电容探测板101重叠，从而避免在透明电容探测板101的范围外，额外再预留空间设置光纤探测面，从而达到减小探测面积的目的，进而减小探测装置的整体体积。

在减少体积的同时，由于光纤探测面和透明电容探测板101是重叠设置的，两个传感模块在采集外界结冰数据的时候，同一探测地点能够采集两种探测数据，两种探测数据的探测结果相互结合，能够提高探测结果的准确性和可靠性。

本实施例中的电容传感模块还包括屏蔽电缆102和电容解调电路103，屏蔽电缆102连接在透明电容探测板101和电容解调电路103之间，电容解调电路103通过屏蔽电缆102采集透明电容探测板101的电容响应数据，当不同的结冰介质（例如冰、水以及冰水混合物）接触透明电容探测板101时，由于它们的介电常数不同，使得透明电容探测板101的电容量不同，从而获得不同的电容信号响应数据，电容解调电路103能够根据采集到的电容响应数据识别透明电容探测板101表面的结冰状态。

在具体实施中，可选择氧化铟锡触摸屏平板作为透明电容探测板101，氧化铟锡触摸屏平板能够实现光信号的高透射率传输，并且，还可以利用氧化铟锡触摸屏平板的多点定位识别功能，实现大范围的结冰状态监测。

本实施例中的光纤传感模块还包括光源201、光电探测器202、发射光纤束203，接收光纤束204以及光信号解调电路205；发射光纤束203的发射光纤探头206端面和接收光纤束204的接收光纤探头207端面构成了光纤探测面，且发射光纤探头206和接收光纤探头207均与透明电容探测板101平行设置；光源201安装在发射光纤束203的信号接收端，光电探测器202一端与接收光纤束204的信号输出端连接，另一端通过屏蔽电缆102与光信号解调电路205连接。

当光纤传感模块与电容传感模块共用透明电容探测板101，将透明电容探测板101与光纤探测面重叠，发射光纤束203与用于将光源201发出的调制光束传输至透明电容探测板101，调制光束从发射光纤探头206发出，经过透明电容探测板101出射后传输至结冰环境，结冰环境的光信号返回至接收光纤探头207，接收光纤探头207接收光信号到接收光纤束204，接收光纤束204将返回的光信号传输至光电探测器202，从而获取透明电容探测板101表面结冰状态的光信号响应数据。

本实施例中，光源201可以是单波长光源201或者是宽带光源201，具体的，可以选择单波长850nm LED，光电探测器202选择铟镓砷光电二极管，发射光纤束203和接收光纤束204可以是单模光纤或者是多模光纤，发射光纤束203和接收光纤束204均采用宽光谱光制成，光纤束由大量裸光纤粘接而成，通过研磨抛光工艺使得光纤束端面表面粗糙度较小。

发射光纤探头206的端部面积和接收光纤探头207的端部面积之和为光纤探测面的面积，光纤探测面的大小是透明电容探测板101的表面积大小的90%~100%，光纤探测面和透明电容探测板101在重叠的情况下，需要使得光纤探测面尽量大，在减少探测装置整体体积的同时，以得到尽量大范围的光信号响应数据，提高探测的准确率。

本实施例提供的复合传感器还包括探头外框300，透明电容探测板101安装在探头外框300内；探头外框300可设置为长方体或者圆柱结构，当探头外框300为长方体结构时，如图2所示，透明电容探测板101为矩形结构，直接安装在探头外框300内，发射光纤探头206与接收光纤探头207呈矩形阵列排布，当探头外框300为圆柱结构时，如图3所示，透明电容探测板101为圆形结构，直接安装在探头外框300内，发射光纤探头206和接收光纤探头207呈圆形阵列排布，除了圆形阵列和矩形阵列排布，发射光纤探头206和接收光纤探头207还可以采用混合方式排布；本实施例中的探头外框300结构可根据实际安装模型选择，且适用于具有一定曲率半径的模型齐平安装，有效减少了传感器对模型飞行流场的干扰。

本实施例提供的探测装置巧妙地结合光纤探测面和透明电容探测板101，使得其探测面积与相同结构下的单一光纤传感模块或者电容传感模块的探测面积基本一样，但却能同时获取两种数据，使得探测装置整体结构紧凑、体积减少的同时，还提高了结冰探测的可靠性的测量范围。

实施例2

本实施例提供了一种复合式飞机结冰探测方法，使用实施例1中提供的一种复合式飞机结冰探测装置，具体的操作步骤如下：

利用电容传感模块采集透明电容探测板101的电容响应数据，并且根据电容响应数据识别透明电容探测板101表面的结冰状态。

利用光纤传感模块采集光纤探测面的光信号响应数据，并且根据光信号响应数据识别光纤探测面表面的结冰厚度，也就是透明电容探测板101表面的结冰厚度。

电容响应数据和光信号响应数据的采集不分先后顺序，重点是采集到两种信号即可，电容传感模块中识别的结冰状态包括冰状态、水状态以及冰水混合状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合式飞机结冰探测装置，其特征在于，

包括电容传感模块以及光纤传感模块，所述电容传感模块具有透明电容探测板（101），所述光纤传感模块具有光纤探测面；

所述光纤传感模块与所述电容传感模块共用所述透明电容探测板（101），所述光纤探测面位于所述透明电容探测板（101）下方。

2.根据权利要求1所述的一种复合式飞机结冰探测装置，其特征在于，

所述电容传感模块还包括屏蔽电缆（102）和电容解调电路（103），所述屏蔽电缆（102）连接在所述透明电容探测板（101）和所述电容解调电路（103）之间。

3.根据权利要求1所述的一种复合式飞机结冰探测装置，其特征在于，

所述光纤传感模块还包括光源（201）、光电探测器（202）、发射光纤束（203）、接收光纤束（204）以及光信号解调电路（205）；

所述发射光纤束（203）的发射光纤探头（206）端面和所述接收光纤束（204）的接收光纤探头（207）端面构成所述光纤探测面；

所述光源（201）安装在所述发射光纤束（203）的信号接收端，所述光电探测器（202）一端与所述接收光纤束（204）的信号输出端连接，另一端通过屏蔽电缆（102）与所述光信号解调电路（205）连接。

4.根据权利要求3所述的一种复合式飞机结冰探测装置，其特征在于，

所述光纤探测面的面积大小是所述透明电容探测板（101）的面积大小的90%~100%。

5.根据权利要求1所述的一种复合式飞机结冰探测装置，其特征在于，

还包括探头外框（300），所述透明电容探测板（101）安装在所述探头外框（300）内。

6.根据权利要求1所述的一种复合式飞机结冰探测装置，其特征在于，

所述透明电容探测板（101）为氧化铟锡触摸屏平板。

7.一种复合式飞机结冰探测方法，其特征在于，使用权利要求1-6中任一项所述的复合式飞机结冰探测装置，具体步骤如下：

利用所述电容传感模块采集所述透明电容探测板（101）的电容响应数据，并且根据所述电容响应数据识别所述透明电容探测板（101）表面的结冰状态；

利用所述光纤传感模块采集所述光纤探测面的光信号响应数据，并且根据所述光信号响应数据识别所述光纤探测面表面的结冰厚度。

8.根据权利要求7所述的一种复合式飞机结冰探测方法，其特征在于，

所述结冰状态包括冰状态、水状态以及冰水混合状态。

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