CN209879344U - 具有感应加热的空气数据探头和皮托管 - Google Patents

Abstract

本申请涉及具有感应加热的空气数据探头和皮托管。提出了一种系统，该系统包含具有感应线圈的空气数据探头和感应功率发生器。在一些示例中，皮托管具有直管部分的感应线圈和尖端或锥形部分的感应线圈。感应功率发生器向一个或多个感应线圈提供高频交流电信号。感应线圈在其周围皮托管导电的部分内部产生交流磁场，从而通过由涡流引起的焦耳效应和磁滞效应共同产热。控制系统独立地控制施加给各个感应线圈的信号，包括频率、电流和电压。

Description

具有感应加热的空气数据探头和皮托管

技术领域

本申请涉及飞机空气数据探头，如皮托管。具体地，本申请涉及具有用于防结冰的集成感应加热系统的空气数据探头。

背景技术

皮托管和其他空气数据探头(例如，皮托-静压管、静压口、全温探头、以及攻角传感器/阿尔法叶片)的结冰，长期以来被公认为严重的飞行安全隐患，该安全隐患已经导致了诸多致命的坠机事故。

最严重的结冰情况发生在高空飞行时，飞机穿过由过冷水滴形成的云层。这些过冷水滴会在撞击任何未受保护的表面或加热不足的表面后，迅速冻结、粘附，并积聚。此外，冰晶或水滴可能被吸入到各种探头的开口中。

皮托管是所有空气数据探头中经常面临结冰问题的一个示例。飞机大多依靠皮托管提供总压力数据。总压力对空速的计算至关重要。皮托管通过前部尖端的小的开口来感受气流的总压力。如果这个开口被积冰堵塞，获得的空速数据将变的不可靠。

现有的除冰解决方案存在问题。例如，传统的电阻丝不能达到对抗恶劣的结冰环境所需的局部热流密度。通常，用电阻丝加热的皮托管需要1-2分钟来消除积冰。对于飞行安全来说，有1-2分钟时间失去可靠的飞行速度数据是无法接受的。

除了其最大热流密度相对较低(在10W/cm2数量级)的缺点外，电阻丝易损坏且容易过热。因此，在有些情况下电阻丝加热系统只有在飞行条件允许时才被使用。热量首先在电阻丝内部产生，然后通过导热传出电阻丝的保护绝缘层，最后到达皮托管的主体。电阻丝本身的温度永远是系统中最高的。电阻丝还需与被加热的皮托管主体构件保持良好的热接触，否则，局部过热将难以避免。

另外，传统的皮托管加热系统缺乏可靠的温度测量和控制能力。许多现有的皮托管加热系统都是基于简单的开-关控制。由于皮托管锥形部分的尺寸较小，在其内部引入额外的温度传感器较为困难。缺乏可靠、实用的皮托管温度测量方法，是制约更节能、更灵敏的控制方式在实践中广泛的应用原因。

由此可见，需要一种改进的空气数据探头的加热方式和加热系统设计，达到比电阻丝加热更高的热流密度，更加可靠和可控。

实用新型内容

本申请中提出的方法采用感应加热技术，克服了电阻加热的缺点。提供了一种能够产生局部热流密度超过电阻丝一个数量级、非接触且可控的加热方式。

本申请涉及集成一个或多个感应线圈的空气数据探头。每个线圈都可以单独控制频率和(或)电流电压，以满足探头各个部分不同的加热需求。每个线圈还可作为感应式局部温度测量的工具，为优化加热过程控制提供关键参数。通过监测空气数据探头产生的机械信号的不连续性，结合分析所测探头的温度，可以检测结冰情况。

附图说明

以下附图有助于更好地理解本专利申请的许多方面。附图中的组成部分不一定按比例，而重在清楚地描述所披露的技术原理。此外，在图中相同的参考数字在多个视图中对于相应的部分。

图1是根据本申请的各个方面给出的感应加热空气数据探头系统框图示例。

图2A是根据本申请的各个方面绘制的感应加热皮托管的局部截面图。

图2B是根据本申请的各个方面对皮托管的锥形部分和直管部分的详细视图。

图2C是根据本申请的各个方面显示皮托管直管部分的排水孔的详细视图。

图3是根据本申请的各个方面的感应加热皮托管感应线圈的透视图。

图4是根据本申请的各个方面的感应加热空气数据探头控制系统的示例流程图。

具体实施方式

图1是根据本申请的实施例的空气数据探头系统100的框图。系统100 包括一个感应功率发生器102、一个具有集成感应线圈106的空气数据探头 104和飞机航空电子系统108。图中组件之间的箭头表示信号馈送的方向。这些信号可以是电力信号、控制信号、机械信号或它们之间的任何组合。航空电子系统108在这里可以包括飞机电子系统，但不包括相关的感应功率发生器102。线圈106可以是螺旋型，单圈型或饼盘型。感应功率发生器102 包括整流器、逆变器、负载匹配电路以及控制和监控电路。例如，它可以将飞机在400Hz下的115/220V交流电转换为嵌入在探头104中的感应线圈106 所需的频率和电流/电压。如果空气数据探头104有多个感应线圈106，则感应功率发生器102可以独立地为每个感应线圈106提供适当的频率和电流/ 电压。每个线圈的频率可以在几kHz到几百kHz或更高的范围内。在某些情况下，每个线圈106的电源可能是高电流和低电压。针对飞行不同阶段的变化的加热需求，感应功率发生器102还可以提供精确的反馈控制和感应温度感测，调整加热速率。空气数据探头104产生的机械信号，例如皮托管产生的总压信号，可以传输给航空电子系统108。感应功率发生器102可与航空电子系统108进行单向或双向通信，后一种模式如图1所示。航空电子系统108可将包括但不限于加热开关指令、加热模式、温度设定值、由空气数据探头104测量到的机械量等信息提供给感应功率发生器102，以助于控制加热过程。感应功率发生器102可将测得的探头温度等相关工作状态返回航空电子系统108进行监控。在简单的单向通信模式中，测得的探头温度和感应功率发生器102的工作状态信息不会发送到航空电子系统108。这种情况下，这些信息供感应功率发生器102本身使用。

无论采用哪一种模式，感应功率发生器102都可以在仅接收航空电子系统108有限输入(例如，只有加热开-关的信号，或另一组如前所述的信号输入)的情况下，基于预先设计的程序逻辑以及探头104的温度、电和电磁特性，自动运行。

每台感应功率发生器102可服务于一个或多个空气数据探头104。在另一个实施例中，多个感应功率发生器102可以以分布式、中央或混合方式并行工作，为多个和/或多种类型的探头提供所需的信号。

感应加热的空气数据探头的空气动力学设计(尺寸和几何形状)与传统设计类似。安装接口和机械信号的连接可以与现有的系统兼容，从而便于改装。较传统系统额外增加的感应功率发生器102可以设计得较为紧凑，并可以安装在机身内靠近空气数据探头的位置。

图2A是作为本申请实施例的空速管200的图示。它包括锥形部分210、直管部分220、过渡部分230和垂直部分240。

锥形部分210具有前端开口211。锥形部分210的外锥面212a可以从尖端218(见图2B)以形成倾角的方式过渡延伸至外管229。锥形部分210的内锥面212b可以从尖端218向锥形部分210的内直面212c过渡。内直面212c 与直管部分220中的内气道管228形成气道221。该空气通道221延伸至过渡部分230中的空气室231，形成一条衔接至垂直气压管路241的连续气道。该垂直气压管路241最终连接于压力传感器(图中未示出)，该压力传感器可以是航空电子系统108的一部分。皮托管200在直管部分220或过渡部分 230中可以有一个或多个排水孔226。皮托管可以设置挡板225，防止冰晶和水滴到达过渡部分230的空气室231。在其他情况下，空气通道221和垂直压力管路241可以直接连接，与空气室231密封。

皮托管的垂直部分240可为垂直压力管路241、供电电缆245和次要温度传感器233提供连接和接头。皮托管200的垂直部分240还可以使探头与飞机机身保持一定距离，使锥形部分210不受速度边界层的影响。

皮托管200不同部分的加热需求有很大不同。例如，锥形部分210的表面(212a、212b和218)上的对流换热系数和冰收集的概率(即冰收集系数) 可能超过直管部分220外表面227几个数量级。这是因为锥形部分210位于或邻近气流的停滞区域(即前端开口211和尖端218)。此外，堵塞前部开口 211的积冰直接影响总压力信号的可靠性。虽然在直管部分220、过渡部分 230或垂直部分240的表面结冰会增加阻力，但只要排水孔226没有堵塞，就不会显著影响信号的可靠性。空气通道221可以通过加热来融化和蒸发吸入的冰晶和水滴，以及冷凝的水滴。一般情况下较小的排水孔直径(例如约1mm)限制了对流冷却和可能被吸入的冰和水滴量，因此，内空气通道管 228上需要的热流密度可能大大低于锥形部分210的表面(212a、212b和 218)。然而，由于直管部分220的总传热面积(内部加外部)比锥形部分210 的总传热面积大得多，因此锥形部分210和直管部分220的总工作加热功率可能是接近的。挡板225可以防止冰晶和水以及过冷水滴直接进入空气室 231，因此加热垂直气压管路241、和其余过渡部分230和垂直部分240，主要是为了防止因凝结形成的水和/或冰而引起的堵塞。最好将过渡部分230 中的整个空气室231和垂直压力管路241的温度保持在零度以上。

由此，为了更有效地为皮托管的不同部分提供加热，可以使用多个线圈。感应线圈可达到的最大热流密度取决于线圈和周围部件的几何结构、材料、工作频率、电流/电压等诸多因素。因此，每个线圈都需要针对皮托管的每个部分进行专门设计和独立控制。例如，如图2A所示，锥形部分感应线圈215 可以是单圈线圈，直管部分线圈223和垂直压力管路线圈243可以是具有不同的匝数、节距和线圈直径的多圈螺旋线圈。为了简化设计，在某些情况下，直管部分线圈223和垂直压力管路线圈243可以以相同的频率和电流下串联工作。

在其他一些情况下，采用混合加热模式系统可以用于产生更高的热流密度和更快的响应。例如，所需热流密度为最高的锥形部分210可以用感应线圈加热，而皮托管的其他部分可以用电阻丝加热。不同的混合系统可能包括用传统的电阻丝取代任何一个或多个感应线圈223和/或243。这种方式只需对皮托管200的整体结构进行小的修改。同样的，带感应加热功能的锥形部分210设计可以被嫁接倒传统的皮托管设计。

皮托管还可以配有辅助温度传感器233。这个辅助温度传感器233可以为热电偶、RTD或热敏电阻，测得的温度可用于校准和备份。在某些情况下，这个辅助温度传感器233可以是电阻加热元件，同时其电阻随温度变化而变化。这样，它233也可以为空气室231额外提供的加热。

图2B提供了锥形部分210的详细视图。锥形部分感应线圈215可以嵌入锥体210的主体214中。将线圈215尽可能靠近锥形部分210的尖端218 是有利的。这种锥形部分感应线圈215可以是单圈线圈，由实心铜，或具有绝缘涂层的实心铜，或绞合线(Litz wire)，或碳纳米导线，或任何其他适合感应加热的线圈材料制成。线圈215也可以是有若干匝的线圈。锥形部分感应线圈215的横截面可以是方形、矩形、圆形，或其他能优化感应涡流分布，从而使感应磁通更集中于锥形部分210尖端218的几何形状。锥形部分210 的主体214可由具有高相对磁导率的导电感应材料制成，例如，铁磁性430 系列不锈钢。也可以使用具有附加涂层材料的材料来构造。所述附加涂层材料可具有较高的相对磁导率，并应用于需要产热的锥形部分210主体214的内外表面，或其中一面。

无论锥形部分感应线圈215本身是否具有绝缘层，可在锥形部分感应线圈215和锥形部分210主体214之间施加额外的锥形部分绝缘材料217。这部分绝缘材料可以是陶瓷绝缘或其他材料。锥形部分感应线圈215可浇铸或模铸到绝缘材料217中。锥形部分绝缘材料217也可以通过机械加工的方式制作成能配合单圈或多圈线圈的形状，使绝缘层紧密地安装在锥形部分感应线圈215与锥形部分的主体214之间。与电阻丝相比，锥形部分感应线圈215 和锥形部分绝缘层217之间，以及锥形部分绝缘层217和主体214之间不要求有良好的热接触，因为加热是通过电磁感应以非接触方式实现的。尽管如此，在能使锥形部分感应线圈215和主体214之间产生紧密的电磁感应，并仍能防止锥形部分感应线圈215从被加热主体214接收过多的热量的情况下，较小的绝缘层厚度可能较为有利。

隔离锥形部分感应线圈内表面和主体214的部分锥形部分绝缘层219，可以与绝缘层217的其他部分采用相同的材料和厚度，或是一个整体。在一些情况下，相比较线圈215的其他表面(例如，外表面和/或侧面)上的绝缘层217的其他部分，在219部分使用更大的厚度可能更为有利。这部分的绝缘层219可使用高温绝缘材料，如陶瓷绝缘。使用这种结构的原因是感应磁通更集中在环形线圈(例如锥形部分感应线圈215)的内部空间。因此，锥形部分(更接近表面212b和212c)的主体214的内部温度可能比主体214 的其他部分高得多。

磁感应强度控制材料216可安装在锥形部分感应线圈215的后面，使感应涡流在朝向尖端218的正向更集中。这个磁感应强度控制材料216可以是可塑或可机械加工的材料，靠近锥形部分感应线圈215布置。

图2B和图2C分别详细展示了直管部分220的一部分。直管部分线圈 223可以是螺旋状，如图2A所示。直管部分线圈223安装在直管部分220 的内空气通道管228与外管229之间的环型空间内，夹在绝缘材料222与填充材料224之间。内管228和外管229同时被直管部分线圈223感应加热。径向的导热过程通过绝缘222和填充材料224；轴向的导热过程通过两个在锥形部分210相连接的同心管(228和229)。通过这些导热过程，内外管(228 和229)从传热角度是耦合在一起的。

直管部分线圈223可由与锥形部分感应线圈215相同的材料或任何其他适合感应加热的线圈材料制成。直管部分线圈223可以有电气绝缘涂层，或作为没有电气绝缘的纯铜。

直管绝缘材料222的材料和厚度可与锥形部分绝缘材料(217和/或219) 相同。在某些情况下，为了利于径向导热，导热性能更好和更薄材料用于直管绝缘材料222可能更好。这种实施例的原因是，空气通道管228的工作热流密度和温度可能低于靠近锥形部分感应线圈215的热流密度和温度。

填充材料224可围绕直管部分线圈223浇铸或注塑模压成型。填充材料 224可以为线圈提供电气绝缘和机械固定。也可用于促进直管部分220中的热分布。可以使用高导热性的电绝缘材料。如果直管部分线圈223本身已经具有足够的电绝缘，选用非磁性的导热材料可能较为理想。这种填充材料224 还可以保护直管部分线圈223不受湿气和空气的影响，提高其使用寿命。

图2C说明了排水孔226的细节。通过通孔，穿过空气通道管228、填充材料224和绝缘材料222以及外管229，将空气通道221连接到皮托管200 的周围空气。双挡板或多挡板系统225可在空气通道221内形成上下流动路径(见图2C)，限制水和冰晶进入空气室231。排水孔226可设置在挡板225 的上游。空气通道底部和皮托管垂直部分底部收集的水可以通过排水孔排出。

如图3所示，锥形部分感应线圈215的引线301和直管部分线圈223的引线302可以纵向延伸穿过空气通道管228和外管229之间的环形空间。这两组引线(301和302)可以通过中温锡焊/高温银铜焊接或其他可靠的连接方式，连接到过渡部分230和/或皮托管200垂直部分240中的供电电缆245 上。供电电缆245可以最终连接到功率发生器102处。供电电缆245可以是绞合线(Litz wire)或其他合适的导线。两个引线(301和302)都可以具有磁场屏蔽(未示出)，以防止它们(301和302)产生的磁场与线圈(215和 223)本身产生的磁场抵消。

由于加热需求和线圈设计的不同，锥形部分感应线圈215相比直管部分线圈223可以在更高的工作频率(在100kHz的数量级上的)和工作电流(例如，高于50A)上操作，直管部分线圈223的工作频率在1kHz到10kHz的数量级上，工作电流在10A数量级上。因此，锥形部分感应线圈215的横截面积可大于直管部分线圈223。其他工作频率电流和电压可根据具体的工作要求和皮托管200的设计来选择。锥形部分感应线圈215和直管部分线圈223 的最大加热功率可以分别为100-200W。类似于在具有电阻丝的传统设计中，皮托管的总加热功率可以是200-500W。

尽管图3所示与直管部分线圈223串联，垂直压力管路线圈243可由感应功率发生器102独立地与其他线圈并联和控制。串联连接可以实现更简单、更紧凑的设计。在本申请的另一个实施例中，传统的电阻加热线圈可用于加热垂直压力管路241，从而形成混合式的系统。

图4是根据本申请的各个方面的感应加热空气数据探头控制系统的示例流程400。在图4中描述的方法和流程400可以用于包括皮托管、皮托- 静压管、静压孔、全温探头和攻角探头的各型空气数据探头。为了更好的描述功能原理，如图2(A、B和C)和图3中所描述的皮托管200被用来作为某些实施的示例。

在方框403中，控制系统可以执行感应温度感测的校准过程。例如，感应温度感测技术可以用校准过程来获得参考点或校准常数。为此，辅助温度传感器233可以放置在皮托管200，例如皮托管200过渡部分230的空气室 231中。在飞机启动过程中，例如当飞机静止或在地面上时，整个皮托管200 可能处于均匀的温度。辅助温度传感器233所处温度可以与线圈所处的相同或基本相同，这样可以为校准提供参考点。

在方框406中，控制系统可以为每个皮托管的部分单独设置温度阈值。例如，每个部分可以有目标温度或目标温度范围(最低和最高)。锥形部分 210、直管部分220和垂直部分243都可以单独设置温控目标温度。每个线圈都可以独立地由PID控制器来调节加热速率，以应对因环境温度、风速和云层情况变化而引起的加热需求的变化。这些环境因素在飞行的不同阶段都有很大的变化。每个线圈(215、223和243)也可以被控制在其独立的阈值温度范围内，该范围可以包括最高温度阈值和最低温度阈值。

对于皮托管200，最高温度阈值可根据管本身(214、228、229和241)、磁感应强度控制材料216、绝缘材料(217、219和222)、线圈(215、223 和243)、填充材料224的材料属性和其他注意事项来确定。例如，控制皮托管系统内的最高温度点低于材料的居里点或绝缘材料的最高工作温度。聚合物基材料，其最高工作温度可在250℃以下。对于高温陶瓷绝缘，最高温度在1000℃以上。不锈钢430的居里点在650-750℃之间。超过居里点，磁性能会发生显著的变化。因此，从控制的角度来看，最好将系统中的最高温度 (例如靠近212b和212c表面和锥形部分感应线圈215的内部空气通道壁温度)保持在居里点以下。从能耗效率的角度来看，线圈本身温度也应当尽可能低，以降低电阻率和提高感应加热效率。线圈温度可与感应线圈感测的温度相关联。

锥形部分210的最低目标温度阈值，可以依据保证尖端218温度在冻结温度以上或0℃以上的条件来确定。可以对每个特定的皮托管设计和锥形部分感应线圈设计进行测试，以确定对应于前端尖端218的0℃的锥形部分210 的阈值温度。同样，直管部分220以及垂直部分240的最低温度阈值可以基于确保内部空气通道221和直管外表面227平均温度大于冻结温度或高于0 ℃，并且确保垂直气压管路241温度高于0℃的条件来分别确定。

在方框409中，在根据方框403校准后，控制系统可以监测由各个线圈通过电磁感应的方式获得的空气数据探头不同部分的温度。空气数据探头的材料特性，如电阻率和磁导率，都可以是温度的函数。因此，线圈与被加热工件(即皮托管)组合的电磁特性(如等效电感和阻抗、功率因数、振荡频率等)随温度变化而变化。这些特性和参数可以被测试、测量，并与温度相关联。

这种温度传感系统的算法和实现方式取可能决于功率发生器的设计。示例可以包括感应线圈电流半正弦曲线的连续零交叉点，并根据这些事件之间的间隔生成温度相关信号。该方法适用于固定频率的功率发生器。其他示例可以包括通过振荡器测量等效电路的阻抗的系统。该振荡器将电感转换成可测量的频率。另一种感应温度测量方法包括测量感应系统电源电路的谐振频率，并建立该值与工件温度之间的关系。这样，在整合了感应加热系统后，用于传递热量的感应线圈可以方便地被用来感应皮托管200锥形部分210和直管部分220及其他部分的温度。

在方框412中，控制系统可以根据测量温度和目标温度调整每个线圈的功率。例如，控制系统可以调整电压、电流和/或频率，以保持皮托管的每个线圈所加热的部分达到目标温度。例如，如果检测到的温度高于相应部分的温度目标，则可以降低电压和/或电流。如果检测到的温度低于温度目标，则可以增加电压和/或电流。

功率也可以通过调节频率来调节，如本文所示。频率也可以根据感应深度、效率和其他属性调整的需求而调整。空气数据探头的温度应保持在冰点以上，同时也应通过调节和加热功率调制将功耗降至最低。该控制系统可以采用PID(比例-积分-微分)控制或其他反馈控制。

频率的选择对感应加热系统的效率和成本有着重要的影响。频率会影响系统的穿透深度和耦合效率。此外，频率越高，电源和调制系统的成本和复杂性就越高。为了减小响应时间，避免局部过热，可以尽可能得在皮托管壳体的厚度方向上均匀地产热。从这个角度，优选较低的频率。但从另一方面，较低的频率可能导致感应线圈和工件之间的耦合效率降低。此外，所需有效匝数也随着频率的降低而增加。因此，可以选择在这几个考虑因素之间达到平衡的最佳频率。值得注意的是，随着空气数据探头的不断受热，线圈和皮托管金属部分的材料特性(包括电阻率、磁导率和导热性)可能会发生很大变化。因此，为了保持恒定的加热速度或设定的表面温度，可从以设计频率为基准上下调整工作频率以保持最佳效率。有些功率发生器通过调整电源电压或电流来实现类似的功率控制。

对于皮托管200，所需穿透深度与皮托管壁厚相似，在0.1-1mm之间。因此，频率应选择在100赫兹到10kHz之间。然而，研究也表明，由于锥形部分210的尺寸较小，锥形部分感应线圈215的频率在100kHz的数量级。对于直管部分线圈，所需的频率是1-10kHz的数量级。

在方框415中，控制系统可以确定机械信号(例如，由皮托管感测的总压力信号、由静压口感测的静态压力信号、由全温探头感测的总温度)是否不连续或是否出现了不连续性。例如，如果压力信号降低(或增加)速度快于飞行条件在物理上合理产生的阈值速度，则可以认为这是不连续性信号。如果同时测得温度下降和/或温度下降到零以下，并且其他参数正常(例如，皮托管加热打开信号激活)，控制系统可以确定发生了结冰。如果检测到此类结冰情况，控制系统进入方框418。否则，控制系统进入方框409。

在方框418中，将热功率切换到预定的最大设置，并允许空气数据探头达到其最大工作温度，直到其测量的机械信号稳定为止。在某些情况下，这可能涉及允许监测温度超过其正常工作阈值上限，但不允许监测温度超过紧急或绝对最高温度。一旦压力信号稳定，或不再显示不连续性(变化率在阈值范围内)，控制系统可进入方框409。控制系统还可以包括手动打开和关闭控制，可以覆盖上述自动操作。

感应温度传感电路和控制逻辑模块可与额外的温度传感器输入和与航空电子系统108通信的各种I/O通道一起集成在感应功率发生器102中。感应功率发生器102具有可编程PID控制能力，可通过调制和调整校正系数来调节加热功率，以保持所需的空气数据探头的温度和加热效率。此外，感应功率发生器102外形紧凑、重量轻、坚固、可靠。它可以被设计成能够能够适应各类飞机不同的电压输入，或者采用其他可以很容易地进行调整以达到此目的设计。还可采用使得该系统能达到在-40℃的环境温度下正常工作的能力的设计。可以进一步采用自诊断功能，用于防止短路、过载和其他故障。

如上所述的各种功能可体现在由通用硬件执行的软件或代码中，作为替代方案，同样也可体现在专用硬件或软件/通用硬件与专用硬件的组合中。如果包含在专用硬件中，则每个硬件都可以作为电路或状态机来实现。该电路或状态机可以使用任何一种或多种在本专利申请中描述的技术的组合。这些技术可以包括具有逻辑门的离散逻辑电路，用于在应用一个或多个数据信号时实现各种逻辑功能；具有适当逻辑门的应用特定集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他组件。

流程400显示了所述部分组件实现的功能和操作的示例。如果包含在软件中，每个块都可以表示模块、段或代码的一部分，其中可以包含实现指定逻辑功能的程序指令。程序指令可以以源代码的形式体现，源代码可以包括用编程语言编写的可读语句，也可以包括由适当的执行系统(如计算机系统或其他系统中的处理器)识别的数字指令。机器代码可以由源代码转换。如果包含在硬件中，每个块可以表示一个电路或多个互连电路，以实现指定的逻辑功能。

尽管流程400显示了特定的执行顺序，但可以理解的是，执行顺序可能与所描述的顺序不同。例如，两个或多个块的执行顺序可以相对于描述的顺序进行重新组合。此外，在以上描述中先后执行的两个或多个块可以并发执行，也可以部分并发执行。此外，在某些实例中，可以跳过或省略图中描述的一个或多个块。

另外，所描述的包括软件或代码的任何逻辑或应用程序可包含在任何暂时性计算机可读介质中，以供计算机系统或其他系统中的处理器等指令执行系统使用。在这个意义上，逻辑可以包括，例如，包括指令和声明的语句，这些指令和声明可以从计算机可读的介质中获取并由指令执行系统执行。计算机可读介质可以包括许多物理介质中的任意一种，如磁介质、光学介质或半导体介质。合适的计算机可读介质包括固态驱动器或闪存。此外，所描述的任何逻辑或应用程序都可以以多种方式实现和结构化。例如，可以将一个或多个应用程序实现为单个应用程序的模块或组件。此外，所描述的一个或多个应用程序可以在共享或单独的计算设备或其组合中执行。例如，所述的多个应用程序可以在同一计算设备中或在多个计算设备中执行。

本申请的各个方面也可以根据以下条款进行描述。下列各款所描述的内容可以与所提供的其他各款或者权利要求书相组合。本申请考虑了权利要求和条款的任何组合。

条款1描述了一种空气数据探头的除冰加热方法，在该方法中，结冰现象的感测和判断，是通过探测由探头产生的机械信号的不连续性并结合根据感应测温获得的温度信息以及其他与飞机工作状态相关联的参数来确定的。

条款2描述一种空气数据探头，该探头包括：一个或多个布置在需加热部件附近的感应线圈；能独立控制各个线圈的频率和电压电流，从而使这些线圈通过感应加热的方式加热周围部件的控制系统。

条款3描述了一种空气数据探头具有混合式的加热系统，该混合式的加热系统在需高热流密度的关键区域，如尖端开口处或其他积冰会影响读数可靠性的部分，布置感应加热线圈。空气数据探头其他部分由电阻丝或电阻元件来加热。

条款4描述了一种皮托管，该皮托管的组成包括：由外圆柱形管和内圆柱形空气通道组成的直管部分；锥形部分，该锥形部分形成前部尖端，并与直管部分相连；安装于外管和空气通道之间的直管部分感应线圈；安装与锥形部分内的锥型部分感应线圈；和控制系统，该系统独立得控制供给直管部分感应线圈的交流电信号和供给锥形部分感应线圈的交流电信号，促使直管部分线圈和锥形部分感应线圈以感应的方式加热皮托管。

条款5描述一种条款4中表述的皮托管，该皮托管还具有在锥形部分内部的磁感应强度控制材料。此磁感应强度控制材料能将由锥形部分感应线圈所产生的磁场向前尖端处聚集。

条款6描述条款4或者5中任意一种皮托管，该皮托管中具有控制系统。这个控制系统能以感应温度感测或至少部分以感应温度感测的方式监控锥形部分的温度，并以感应温度感测或至少部分以感应温度感测的方式监控直管部分的温度。

条款7描述条款4到6中任意一种皮托管，该皮托管中具有控制系统。这个控制系统能通过调整第一交流电信号来保正第一温度在第一阈值温度区间内，并能通过调整第二交流电信号来保正第二个温度在第二阈值温度区间内。

条款8描述条款4到7中任意一种皮托管，且进一步包括辅助温度传感器。控制系统根据或至少部分根据这个辅助温度传感的的读数来校准第一和第二温度测量。

条款9描述条款4到8中任意一种皮托管，该皮托管中，控制系统根据或至少部分根据所识别的机械信号的不连续性来提高加热功率。加热功率的提高通过提高施加于直管部分线圈的第一交流电信号和施加于锥形段线圈的第二交流电信号中至少一个信号来实现。

条款10描述条款4到9中任意一种皮托管，该皮托管中，控制系统根据或至少部分根据某个温度达到阈值来降低加热功率。加热功率的降低通过降低施加于直管部分线圈的第一交流电信号和施加于锥形段线圈的第二交流电信号中至少一个信号来实现。

条款11描述条款4到10中任意一种皮托管，该皮托管中，控制系统产生第一交流电信号具有第一频率，并产生第二交流电信号具有不同于第一的频率的第二频率。

条款12描述了一种感应式的皮托管加热系统，该系统的组成包括：安装于外管和内管之间的第一感应线圈；安装于探头前部的第二感应线圈；和控制系统，该系统独立地控制第一感应线圈的交流电信号和第二感应线圈的交流电信号，促使第一线圈和第二线圈以感应的方式加热空气数据探头。

条款13描述了一种基于条款12的感应式的皮托管加热系统，该系统内的控制系统监控利用或至少部分利用第一感应线圈通过感应式测量获得的第一温度，并监控利用或至少部分利用第二感应线圈通过感应式测量获得的第二温度。

条款14描述条款12到13中任意一种感应式的皮托管加热系统，该系统中具有控制系统。这个控制系统能通过调整第一交流电信号来保正第一温度在第一阈值温度区间内，并能通过调整第二交流电信号来保正第而个温度在第二阈值温度区间内。

条款15描述条款12到14中任意一种感应式的皮托管加热系统，且进一步包括辅助温度传感器。控制系统根据或至少部分根据这个辅助温度传感的的读数来校准第一和第二温度测量。

条款16描述条款12到15中任意一种感应式的皮托管加热系统，该皮托管加热系统中，控制系统根据或至少部分根据所识别的机械信号的不连续性来提高加热功率。加热功率的提高通过提高施加于第一线圈的交流电信号和施加于第二线圈的交流电信号中至少一个信号来实现。

条款17描述条款12到16中任意一种感应式的皮托管加热系统，该感应式的皮托管加热系统中，控制系统根据或至少部分根据某个温度达到阈值来降低加热功率。加热功率的降低通过降低施加于第一线圈的第一交流电信号和施加于第二线圈的第二交流电信号中至少一个信号来实现。

条款18描述条款12到17中任意一种感应式的皮托管加热系统，该感应式的皮托管加热系统中，控制系统产生第一交流电信号具有第一频率，并产生第二交流电信号具有不同于第一的频率的第二频率。

条款19描述了一种皮托管，该皮托管的组成包括：由外圆柱形管和内圆柱形空气通道组成的直管部分；锥形部分，该锥形部分形成前部尖端，并与直管部分相连；安装于直管内的加热元件；安装与锥形部分内的加热元件；和控制系统，该系统独立得控制供给直管部分加热元件的第一供电信号和供给锥形部分加热元件的第二供电信号，促使直管部分加热元件和锥形部分加热元件对空气数据探头进行加热。其中，直管部分加热元件和锥形部分加热元件其中至少一个是感应加热线圈。

需要强调的是，以上所述实施案例仅仅是为了更好的得阐述本专利申请精神和所述原理的几个可能的应用方案。在不偏离本专利申请精神和原理的基础上，可以对以上所述实施案例进行，衍生出很多不同的实施案例及其改进。

Claims (13)

1.一种空气数据探头，其特征在于，包含：

多个加热元件，相应于所述空气数据探头的多个位置布置，其中所述多个加热元件包括至少一个感应加热线圈；和

控制系统，独立地控制施加于所述加热元件的功率信号，其中施加于所述感应加热线圈的所述功率信号使得所述感应加热线圈，感应地加热空气数据探头的相应部分。

2.如权利要求1中所述的空气数据探头，其特征在于，所述多个加热元件包括至少一个感应加热线圈和至少一个电阻加热元件。

3.如权利要求2中所述的空气数据探头，其特征在于，所述电阻加热元件被用于对应于所述空气数据探头的第一部分，并且所述感应加热线圈被用于对应于所述空气数据探头的第二部分。

4.如权利要求3中的所述空气数据探头，其特征在于，所述空气数据探头的第二部分是因为结冰而影响其读数可靠性的关键部分。

5.一种皮托管，其特征在于，包含：

直管部分，包括外管和内空气通道管；

锥形部分，具有前部开口，该前部开口和所述直管部分的内空气通道管形成的空气通道相通；

直管部分感应线圈，位于所述外管和所述内空气通道管之间；

锥形部分感应线圈，位于所述锥形部分内；和

控制系统，独立地控制施加于所述直管部分感应线圈的第一交流电(AC)信号和施加于所述锥形部分感应线圈的第二交流电(AC)信号，使得所述直管部分感应线圈和所述锥形部分感应线圈感应地加热所述皮托管。

6.如权利要求5中所述的皮托管，其特征在于，还包括：

垂直气压管路感应线圈，与所述直管部分感应线圈并联或串联连接。

7.如权利要求5中所述的皮托管，其特征在于，还包括：

磁感应强度控制材料，在所述锥形部分内，其中所述磁感应强度控制材料将由所述锥形部分感应线圈产生的磁场向所述锥形部分的前部尖锥集中。

8.如权利要求5中所述的皮托管，其特征在于，还包括：

绝缘材料，在所述锥形部分感应线圈和所述锥形部分的主体之间，并且在所述直管部分感应线圈和所述内空气通道管之间。

9.如权利要求8中所述的皮托管，其特征在于，在所述锥形部分感应线圈内表面和所述锥形部分的主体之间的绝缘层厚度，相比于在所述锥形部分感应线圈的另一表面和所述锥形部分的主体之间的绝缘层更厚。

10.如权利要求5中所述的皮托管，其特征在于，还包括：

轴向引线，用于所述锥形部分感应线圈和所述直管部分感应线圈，该轴向引线安装在由外管和内空气流道管之间的圆柱空间中。

11.如权利要求5中的所述皮托管，其特征在于，还包括：

围绕所述直管部分感应线圈浇铸或注塑模压成型的填充材料。

12.如权利要求5中所述的皮托管，其特征在于，所述控制系统至少部分基于利用安装在所述皮托管中的部分或者全部线圈的电感温度感测来监控所述皮托管不同部分的温度。

13.如权利要求12中的所述皮托管，其特征在于，所述控制系统基于所述皮托管各相应部分独立设置的温度范围阈值来独立地调整交流电信号以维持所述皮托管的相应部分的温度。