CN207439925U - 一种飞机机载大气总含水量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于航空气象领域测量大气总含水量技术领域，具体是一种飞机机载大气总含水量测量装置。包括受感器、主加热器、吸收池、光探测器、电源板、中控板、测量板和激光器，受感器内装有加热器，受感器与主加热器连接，主加热器的进气口和出气口分别装有温度传感器，主加热器由中控板控制，主加热器又与吸收池连接，测量板与中控板协作控制激光器发射恒定波长的激光进入吸收池，吸收池由光探测器进行检测，光探测器与中控板信号连接，中控板由电源板供电，上述部件均设置在壳体内。本实用新型采用的“吸入式”相比热线含水量仪的“捕获式”相对大粒子测量更为准确。

Description

一种飞机机载大气总含水量测量装置

技术领域

本实用新型属于航空气象领域测量大气总含水量技术领域，具体是一种飞机机载大气总含水量测量装置。

背景技术

大气总含水量包括固态水（冰晶）、液态水、气态水三部分。直接测量：目前国外有通过热线方式直接测量液态水含量的产品，但由于热线式依赖于接触捕获，其捕获概率在大云滴时较高，小云滴时会变低，且依赖于大气密度和空速进行干功率订正，导致热线式液态水含量仪测量误差较大。适合测量水云，不适合测量冰云和混合云。间接测量：通过天气雷达扫描云层，得到大概的云层水含量分布图。

发明内容

本实用新型主要解决目前航空气象领域不能准确测量大气总含水量的问题。使用本发明搭载在机载平台，随飞机飞行航路可实时、直接、准确的测量出目标云的大气总含水量。本实用新型提供一种飞机机载大气总含水量测量装置。

本实用新型采取以下技术方案：一种飞机机载大气总含水量测量装置，包括受感器、主加热器、吸收池、光探测器、电源板、中控板、测量板和激光器，受感器内装有加热器，受感器与主加热器连接，主加热器的进气口和出气口分别装有温度传感器，主加热器由中控板控制，主加热器又与吸收池连接，测量板与中控板协作控制激光器发射恒定波长的激光进入吸收池，吸收池由光探测器进行检测，光探测器与中控板信号连接，中控板由电源板供电，上述部件均设置在壳体内。

进一步的，温度传感器为NTC温度传感器。

进一步的，激光器设置在主加热器后的气体管路中。

进一步的，壳体为流线型结构，受感器设置在壳体前端。

与现有技术相比，本实用新型相比现有的热线式含水量仪不仅克服了其需要进行“干功率订正”，测量误差大的弊病，还克服了热线式含水量仪需要经常进行维护更换热线丝的缺陷，本实用新型采用的“吸入式”相比热线含水量仪的“捕获式”相对大粒子测量更为准确。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图I；

图2为本实用新型结构示意图II；

图3为本实用新型原理图；

图中1-受感器，2-加热器，3-激光器，4-吸收池，5-壳体，6-电源板，7-中控板。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1、2所示，一种飞机机载大气总含水量测量装置，包括受感器1、主加热器2、吸收池4、光探测器、电源板6、中控板7、测量板和激光器3，受感器1内装有加热器，受感器1与主加热器2连接，主加热器2的进气口和出气口分别装有温度传感器，主加热器2由中控板7控制，主加热器2又与吸收池4连接，测量板与中控板7协作控制激光器3发射恒定波长的激光进入吸收池4，吸收池4由光探测器进行检测，光探测器与中控板7信号连接，中控板7由电源板6供电，上述部件均设置在壳体5内。温度传感器为NTC温度传感器。激光器3设置在主加热器2后的气体管路中。壳体5为流线型结构，受感器1设置在壳体5前端。

本发明工作流程如下：被测气体通过受感器进入装置内部，受感器内装有电加热器对被测气体进行预加热，以保证受感器不会发生冰堵。之后被测气体进入主加热器，主加热器的进气口和出气口分别装有NTC温度传感器，中控板通过主加热器的加热功率和出入气体温差调节其加热功率，以保证主加热器将被测介质加热到恒定温度。之后被测气体通过吸收池进气口进入吸收池，测量板与中控板协作控制激光器发射恒定波长的激光进入吸收池开始测量，通过检测吸收池接收端光电探测器信号解算出初级测量参数后，通过RS-422接口发送给中控板，中控板结合静压与静温进行拟合、订正和计算，再将最终的含水量通过RS-422传输到机载计算机。

根据HITRAN光谱数据库，本发明的可调谐二极管的发光波长选择在1392nm附近。

含水量算法：

（1）根据Beer-Lambert定律和工程实际，通过吸收池光谱吸收后的吸收峰值曲线的谱线强度s和实际含水量满足以下关系：

公式1

其中a、b、c分别为待拟合的未知参数，由于发明中的DFB激光器、长光程吸收池及光电探测器存在不可互换性，因此a、b、c通过与露点仪的标定获得。

（2）因此当前含水量ρ：

公式2

（3）由于吸收池内部气体的状态和外部气体的状态是不同的，体积发生了变化，因此需要进行体积变化订正。

根据气体状态方程得到

公式3

（4）将公式3代入公式2即可得到修正后的大气总含水量

公式4

其中P₀和T₀为外部的大气静温和静压，P₁和T₁为“吸收池”的温度和压力，ρ₁为测得的吸收池内气体的含水量，ρ₀为修正后的外部大气的总含水量。

抗振设计：

本实用新型由于安装在飞机机翼下方，其振动量级较大，对使用环境要求较高的精密光学器件无法直接使用。因此在本实用新型的光学部件使用时专门设计了八组减振器均布于光学部件两端，以调节光学部件的振动量级，使本实用新型的光学器件始终处于正常工作状态。

分级加热：

将高空低温气体直接加热至适于检测的温度，需要较大的加热面积和复杂的加热机构。为了解决这一问题，本装置采用了分级加热的方式对其进行设计，当温度值超出正常工作的温度阈值时，通过控制程序控制加热功率，使其工作温度一直维持在正常范围内。首先在装置前端设计了一级受感加热组件，将低温气体升至0℃以上，并可防止受感器采集口发生冰堵。然后通过设计一环形管路的主加热器可快速将预加热气体提升至恒定检测温度，并将其导入吸收池被测腔体中，并通过加热吸收池将其控制在一个稳定的温度环境中，从而达到精确测量被测气体的含水量。

激光器恒温保护：

目前主流的激光器自带的温控无法满足产品的使用要求，在本装置中将激光器至于主加热器后的气体管路中，通过将恒温的被测气体流通过激光器使其始终保持与被测气体温度一致，从而达到将激光器维持在其工作的温度进行恒温保护。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种飞机机载大气总含水量测量装置，其特征在于：包括受感器（1）、主加热器（2）、吸收池（4）、光探测器、电源板（6）、中控板（7）、测量板和激光器（3），受感器（1）内装有加热器，受感器（1）与主加热器（2）连接，主加热器（2）的进气口和出气口分别装有温度传感器，主加热器（2）由中控板（7）控制，主加热器（2）又与吸收池（4）连接，测量板与中控板（7）协作控制激光器（3）发射恒定波长的激光进入吸收池（4），吸收池（4）由光探测器进行检测，光探测器与中控板（7）信号连接，中控板（7）由电源板（6）供电，上述部件均设置在壳体（5）内。

2.根据权利要求1所述的飞机机载大气总含水量测量装置，其特征在于：所述的温度传感器为NTC温度传感器。

3.根据权利要求1所述的飞机机载大气总含水量测量装置，其特征在于：所述的激光器（3）设置在主加热器（2）后的气体管路中。

4.根据权利要求1所述的飞机机载大气总含水量测量装置，其特征在于：所述的壳体（5）为流线型结构，受感器（1）设置在壳体（5）前端。