DE2928208C2

DE2928208C2 - Verfahren zur Erkennung einer Vereisungsgefahr sowie Eiswarnsensor zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2928208C2
Application number: DE2928208A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. 8034 Gauting Thoma
Original assignee: Apparatebau Gauting GmbH
Current assignee: Apparatebau Gauting GmbH
Priority date: 1979-07-12
Filing date: 1979-07-12
Publication date: 1983-10-20
Also published as: GB2056057A; DE2928208A1; FR2460842A1; US4327286A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Erkennen einer Vereisungsgefahr, insbesondere bei Flugzeugen, wie es in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und angegeben ist, sowie auf Eiswarnsensoren zur Durchführung dieser Verfahren.

Es ist bekannt, daß insbesondere bei Flugzeugen die Vereisung der Flugzeughaut und der Tragflächen zu erheblichen Gefahrdungen führen kann. Aus diesem Grunde sind Eisdetektoren entwickelt worden, mit denen das Auftreten einer Vereisung auf der Flugzeughaut festgestellt werden kann.

So ist beispielsweise ein Eisdetektor bekannt (US-PS 23 59 787), der eine Detektionsfläche aus Glas besitzt, auf die Licht aufgestrahlt wird. Dieser Detektor arbeüet nach dem Prinzip des Snelliusschen-Brechungsgesetzes. Setzt sich auf der Detektionsfläche Eis ab, so ändert sich die optische Gesamtdichte der Detektionsfläche (Glas und Eis), so daß der Brechungswinkel des aufgestrahlten Lichtes verändert wird. In der Nähe der Detektionsfläche ist ein Lichtdetektor angeordnet, der somit beim Auftreten einer Vereisung weniger Licht empfängt und damit eine Vereisung anzeigen kann. Dieser bekannte Eisdetektor hat den Nachteil, daß er erst anspricht, wenn auf der Flugzeugoberfläche eine Vereisung tatsächlich eingetreten ist. Wünschenswert ist dagegen insbesondere für Luftfahrzeuge ein Eisdetektor, der schon vor einer tatsächlich eintretenden Vereisung anzeigt, daß eine solche Vereisung bevorsteht und eine entsprechende Warnung abgibt.

Es ist nun auch schon ein Eiswarnsensor mit integrierter Testeinrichtung bekannt (DE-OS 2707009), bei dem durch eine Lichtquelle ein Deckglas aus sehr hartem, kratzfestem und erosionsbeständigem Material beleuchtet wird, welches bündig in der Flugzeugstruktur an vereisungsgefährdeten Stellen liegt. Bei Eintritt einer Vereisung wird dabei eine starke Streulichtkomponente erzeugt, die über eine Sammellinse einem Lichtempfänger zugeführt wird. Das so empfangene Streulicht wird elektronisch aufbereitet und für die Anzeige einer Vereisung und der Vereisungsstärke ausgenutzt. Obwohl es mit HiI-fe dieses bekannten Eiswarnsensors möglich ist, eine Vorhersage einer Vereisungsgefahr zu treffen, ohne daß bereits eine Vereisung der Flugzeugoberfläche eingetreten ist, ist jedoch der für die erforderliche Auswertungsschaltung erforderliche Schaltungsaufwand relativ hoch.

Es ist schließlich auch schon ein Eiswarnsensor mit integrierter Testeinrichtung bekannt (DE-OS 27 32066), bei dem über eine Detektionsfläche ein kontinuierlicher oder abgestufter Temperaturverlauf erzeugt wird, wobei die zeitliche Abhängigkeit der Vereisung an Stellen unterschiedlicher Temperatur als Maß für die Vereisungsgeschwindigkeit ermittelt und aus der Integration der Vereisungsgeschwindigkeit über die Zeit ein Maß für die Vereisungsstärke gewonnen wird. Dabei wird die zeitliche Abhängigkeit der Vereisung dadurch bestimmt, daß diejenige Zeit gemessen wird, die von der Vereisung einer ersten Detektionsfläche bis zur Vereisung einer zweiten Detektionsfläche vergeht. Damit ist zwar ebenfalls eine Vorhersage einer Vereisungsgefahr möglich, allerdings mit einem relativ hohen Schaltungsaufwand.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Verfahren zum Erkennen einer Vereisungsgefahr und Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahien anzugeben, wobei eine genauere Vorhersage über die zu erwartende Vereisungswahrscheinlichkeit und Vereisungsgeschwindigkeit auf der Flugzeugoberfläche möglich sein soll.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 und 3 angegebenen Verfahren.

Die Erfindung bringt gegenüber den bisher bekannten Eisdetektoren bzw. Eiswarnsensoren den Vorteil mit sich, daß auf relativ einfache Weise eine genauere Vorhersage über die zu erwartende Vereisungswahrscheinlichkeit und Vereisungsgeschwindigkeit auf einer Oberfläche, insbesondere einer Flugzeugoberfläche, möglich wird.

Bei Ausgestaltung des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens durch die im Anspruch 2 gekennzeichnete" Maßnahme ergibt sich der Vorteil, daß die Detektionsflächen ohne weiteres auch nach ihrer Vereisung für ihre eigentliche Detektionsaufgabe weiter ausgenutzt werden können.

Zur Durchführung der in den Ansprüchen 1 und 3 angegebenen Verfahren dienen vorzugsweise Eiswarnsensoren, wie sie in den Ansprüchen 4 bzw. 15 gekennzeichnet sind.

In den Ansprüchen 5 bis 14 sowie 16 und 17 sind zweckmäßige Weiterbildungen der Eiswarnsensoren gemäß der Erfindung erfaßt.

Bevor auf die erfindungsgemäße Verfahren sowie auf zu deren Durchführung dienende Eiswarnsensoren unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele eingegangen wird, seien zunächst noch einige generelle Ausführungen bezüglich des Erkennens einer Vereisungsgefahr gemacht.

Entsprechend der aus der DE-OS 27 32 066 bekannten Funktionsweise wird auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einer Detektionsfläche eine Temperatur künstlich erzeugt, bei der eine Vereisung auftritt. Die Vereisungsgeschwindigkeit s auf einer Struktur ist gegeben durch

_ Ad_K

wobei Ad_K die Zunahme der Eisschichtdicke bedeutet und Δί die Zunahme der Zeit.

Um nun zu einer Frühwarnung im Sinne einer Vorhersage zu gelangen, wird diese Vereisungsgeschwindigkeit an einer Fläche ermittelt, die durch eine niedrigere Temperatur besseren Vereisungsbedingungen unterworfen ist als die übrige Flugzeughaut. Durch Extrapolation dieser »künstlichen« Vereisungsgeschwindigkeit kann die Vereisungsgeschwindigkeit der Flugzeughaut mit der tatsächlichen Temperatur 7*_F ermittelt werden. 1st beispielsweise die Temperatur einer ersten Detektionsfläche T_x kleiner als die Temperatur T₁ einer zweiten Detektionsflüche und diese wiederum kleiner als die Temperatur T_F der Flugzeughaut, so werden die Zeiten, die die jeweiligen Flächen brauchen, um mit der gleichen Schichtdicke Ad_K zu vereisen, die Beziehung Δ/j kleiner Δ/₂ kleiner At_H sein oder allgemein ausgedrückt:

Eine Taylor-Reihenentwicklung dieser Funktion liefert für die Vereisungszeit bei der Temperatur T₁ unter Vernachlässigung von Thermen höherer als erster Ordnung

dAt (IT

AT,

so daß man für die zu ermittelnde Zeitspanne At{T_F) erhält:

Δι(Γ,)=Δι(Γ,)-—ΑΓ.

In dieser Gleichung sind die auf der rechten Seite vorkommenden Größen sämtlich bekannt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zielt nun auf die Ermittlung der Zeiten At(T₁) und At[T₂). Sobald die zum Einstellen der Temperatur der Detektionsflärhen dienen-

den Elemente auf Kühlung geschaltet werden, wird der Erfindung entsprechend für jede Detektionsfläche eine Zeitmessung begonnen, die dann gestoppt wird, wenn auf ihr sich eine Eisschicht ausbildet. Es werden also die Zeiten At(T₁) und At(T₂) ermittelt. Werden ferner die Temperaturen Γ, und T₂ gemessen, so ist der Gradient

——(At) ebenso wie die Temperaturdifferenz AT=T,

— Tf bestimmbar. Die Vereisungsgeschwindigkeit bei der Flugzeug-Oberflächentemperatur T_t ergibt sich dann Ό zu

s=P-

At(T_F) '

wobei ρ ein Proportionalitätsfaktor ist.

Zur Bestimmung der Vereisungstendenz sind grundsätzlich zwei Betriebsarten, nämlich eine intermittierende und eine kontinuierliche Betriebsart denkbar.

Bei der intermittierenden Betriebsart werden zwei oder mehrere Detektionsflächen mit einer Strahlungsquelle auf eine Eisansammlung hin abgetastet. Befindet sich die Detektionsfläche in Vereisung, so ist die durch die Eisschicht rückgestreute Intensität des auf sx gerichteten Lichtes größer als ohne Eisbildung, so daß an dem Lichtdetektor die erzeugte Spannung größer als ein bestimmter Schwellwert ist. Dies wird zu der Zeitmessung ausgenutzt, indem bei Einschalten der zur Kühlung der Detektionsflächen dienenden Elemente die Zeitmessung anläuft und dann, wenn der Detektor einen bestimmten Schwellwert überschreitet, gestoppt wird. Der Zählerinhalt wird in einen Speicher übermittelt. Am Ausgang einer jeden, einer einzelnen Detektionsfläche zugeordneten Einheit steht damit nach Einsetzen einer Vereisung eine Zeit Δί zur Verfügung, die abhängig ist von einem momentanen Gleichgewicht in der Wärmebilanz zwisehen der durch die Atmosphäre zugeführten und der durch das Kühlelement abgeführten Wärmemenge. Da die Eisschichtdicke bei jeder Detektionsfläche beim Ansprechen der Schwellwertschaltung gleich stark ist, läßt sich damit die Vereisungsgeschwindigkeit bzw. die Vereisungsgefahr bestimmen. Im Anschluß daran werden die Detektionsflächen erwärmt, so daß die Eisschicht wieder verschwindet und der Eiswarnsensor somit erneut betriebsbereit ist.

Ein weiteres von de·· Erfindung vorgesehenes Verfahren ermöglicht eine kontinuierliche Betriebsweise. Bei ihr wird die Detektionsfläche von zwei Seiten gekühlt bzw. erwärmt. Bei konstanter Wärme bzw. Kühlleistung der entsprechenden Elemente ist die Grenzschicht zwischen Wasser und Eis auf der Detektionsfläche abhängig von der durch die Atmosphäre zu- bzw. abgeführten Wärmemenge und der von dem Kühlelement aufgebrachten Kälteleistung. Erfindungsgemäß wird nun diese Kälteleistung geregelt, so daß die Grenzschicht sich stets am gleichen Ort befindet. Das Auftreten von Eis an diesem Ort wird ebenfalls mit einer optischen Eiserkennungs-Schwellwertschaltung festgestellt. Es zeigt sich, daß die geregelte, vom Kühlelement abgegebene Kälteleistung bzw. seine dazu aufgenommene elektrische Leistung proportional den herrschenden Vereisungsbedingungen ist. Ändert sich nun die zur Aufrechterhaltung der Wasser-Eisgrenzschicht notwendige Kälteleistung bzw. die entsprechende Leistungsaufnahme des Kälteelementes, so läßt sich daraus die Vereisungsgeschwindigkeit bestimmen.

Aus dieser Größe läßt sich wiederum eine Voraussage über die Vereisungsgefahr der Flugzeughaut in der jeweiligen Umgebung machen.

Im folgenden wird nun das erfindungsgemäße Verfahren sowie der zu seiner Ausführung dienende Eiswarnsensor anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und der Figuren beschrieben und näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die Detektionsflächen eines Eiswarnsensors und der zugehörigen Heiz-/ Kühlelemente,

die Fig. 2 zeigt einen Eiswarnsensor mit zugehöriger Auswertungsschaltung,

die Fig. 3 zeigt einen weiteren Eiswarnsensor mit seiner Auswertungsschaltung,

die Fig. 4 verdeutlicht das Auswertungsverfahren des Eiswarnsensors nach Fig. 3,

die Fig. 5 zeigt den Aufbau eines Eiswarnsensors,

die Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit des Brechungsindexes bzw. des Absorptionskoelfizienten von Eis und Wasser in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichtes.

Die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus der Flugzeugoberfläche 1, in derein Eiswarnsensor eingelassen ist. Er besteht aus zwei Detektionsflächen 21,22. die jeweils von einem ringförmigen Peltier-Element 5 bzw. 4 umgeben sind. Diese Peltier-Elemente 4,5 können sowohl zur Kühlung wie zur Heizung der von ihnen umgebenden Detektionsflächen 21,22 eingesetzt werden, indem einfach die Stromquellen, von denen sie betrieben werden, umgepolt werden. Die Peltier-Elemente 4,5 werden derart betrieben, daß mit dem Peltier-Element 5 cine tiefere Temperatur erzeugt wird als mit dem äußeren Peltier-Element 4.

Die Fig. 2 zeigt einen Eiswarnsensor, mit dem eine intermittierende Betriebsweise durchgeführt wird. Die Detektionsfläche 2 ist in die Flugzeughaut 1 eingelassen. Entsprechend der Fig. 1 sind die Peltier-Elemente 4 und 5 ringförmig ausgebildet, so daß sie eine ringförmige Detektionsfläche 22 und eine kreisförmige Detektionsfiäche 21 umschließen. Von einer Lichtquelle 6 geht Licht 8 aus. das über eine Linse 7 auf die Detektionsflächcn 21, 22 fallt. Zu Beginn des Meßzyklus werden die Stromquellen 28,29 so gepolt und an die Peltier-Elemenle 4 bzw. 5 gelegt, daß diese die Detektionsflächen 21,22 kühlen. Dabei wird die Detektionsfläche 21 stärker gekühlt, als die Detektionsfläche 22. Vor den Detektionsflächen 21,22 befinden sich Lichtsensoren 11, die über einen Verstärker 12 an einen Diskriminator 13 angelegt sind. Dieser Diskriminator 13 ist ein Fensterdiskriminator. Da das Reflexionsvermögen von Wasser in einem gewissen optischen Bereich kleiner ist als das Reflexionsvermögen von Eis, zeigt der Fensterdiskriminator 13 an seinem Ausgang das Signal H, solange noch keine Vereisung aufgetreten ist. Der Ausgang des Fensterdiskriminators 13 liegt an dem einen Eingangeines UND-Gatters 15. An dem anderen Eingang dieses UND-Gatters 15 liegt ein Taktimpulsgenerator 14 mit seinem Ausgang. Befindet sich also auf der Detektionsfläche 21,22 kein Eis, so gelangen die Taktimpulse an den Ausgang des UND-Gatters 15 und werden dem Zähler 16 zugeführt. Tritt nun aufgrund der Kühlung an der Detektionsfläche 21 eine Eisschicht 10 auf, so ändert sich entsprechend der Fig. 6 der Brechungsindex, so daß nun der Lichtsensor 11 mehr rückgestreutes Licht 9 empfängt. Dies führt dazu, daß der Fensterdiskriminator an seinem Ausgang auf das Signal L umschaltet. Damit wird das UND-Gatter 15 gesperrt, so daß der Zähler 16 keine weiteren Zeitimpulse mehr erhält. Der Stand des Zählers 16 wird in einen Speicher 17 überführt, so daß er dort abgelesen bzw. weiter verarbeitet werden kann. Das L-Signal des Fensterdiskriminators schaltet ferner ein Flip-Flop 18 um, das wiederum einen Wechselschalter 19 betreibt Mit

diesem Wechselschalter 19 wird das Peltier-Element 5 von Kühlbetrieb auf Heizbetrieb umgeschaltet. Zwischen diesen beiden Schaltzuständen durchläuft jedoch das PeI-tier-Element 5 einen Leerlauf, in dem es als Thermo-Element benutzt werden kann, so daß mit ihm die Temperatur der Detektionsfläche 21 ermittelt werden kann. Die von dem Peltier-Element 5 in diesem Zustand abgegebene Thermospannung wird mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers 20 in einen digitalen Wert umgesetzt. Nachdem dann der Wechselschalter 19 das Peltier-Element 5 auf Heizung umgeschaltet hat, wird die Detektionsfläche 21 geheizt, bis die Eisschicht 10 verschwunden ist. Damit ist die Detektionsfläche 21 für einen neuen Zyklus vorbereitet. Bei Auftreten von Wasser auf der Deiektiünsfläehe21 schaltet der Fensterdiskriminator J3 wiederum auf das Ausgangssignal //, so daß die Zeitimpulse des Taktimpulsgenerators 14 über das UND-Gatter 15 wieder an den Eingang des Zählers 16 gelangen.

Die Betriebsart der Detektionsfläche 22 und des zugehörigen Peltier-Elementes 4 ist völlig identisch mit der eben beschriebenen Betriebsweise des Peltier-Elementes 5 und der zugehörigen Detektionsfläche 21. Der einzige Unterschied ist der, daß das Peltier-Element 4 und damit die Detektionsfläche 22 weniger stark gekühlt werden als die Detektionsfläche 21. Ferner wird bei dem Eiswarnsensor nach der Fig. 2 mit einem Thermoelement 3 die Temperatur der Flugzeug-Oberfläche 1 gemessen. Die von diesem Thermoelement 3 abgegebene Spannung wird ebenfalls von einem Analog-Digital-Wandler 24 in einen Digitalwert umgesetzt. Um die Auswertung zu erleichtern, wird eine Recheneinheit 26 eingesetzt. Auf die zugehörige Duenleitung 23 werden insbesondere die Ausgangsdaten der Analog-Digital-Wandler 20 bzw. 24, sowie die in den Speichern 17 festgehaltenen Zählerstände der Zähler 16 sowie die Leistungsaufnahme der Peltier-Elemente 4 bzw. 5 angegeben. Mit Hilfe des Rechners 26 wird dann die Vereisungswahrscheinlichkeit berechnet und angezeigt.

Es soll noch erwähnt werden, daß die Temperaturen der Detektionsflächen 21,22 so gewählt werden, daß für sie die Vereisungswahrscheinlichkeit relativ hoch ist. So wird beispielsweise die Temperatur T₁ der Detektionsfläche 21 zu minus 4 Grad Celsius, die der Detektionsfläche 22 T₂ gleich minus 2 Grad Celsius gewählt.

Die Fig. 3 zeigt einen weiteren Eiswarnsensor, der in einem kontinuierlichen Betrieb arbeitet. Auf der Detektionsfläche 2 sind zwei Peltier-Elemente 4 bzw. 5 angeordnet. Das Peltier-Element 4 wird von einer Stromquelle 40 betrieben und auf eine Temperatur von beispielsweise plus 30 Grad Celsius erwärmt. Das Peltier-Element 5 dient zur Kühlung und wird von einer regelbaren Stromquelle 41 auf eine Temperatur unterhalb von Null Grad Celsius abgekühlt. Von einer Lichtquelle 6 wird über eine Linse 7 Licht 8 auf die Detektionsfläche 2 geworfen. Solange sich im Zentrum Z der Detektionsfläche 2 kein Eis ausgebildet hat, empfängt der Lichtsensor 11 weniger rückgestreutes Licht 9, so daß der Fensterdiskriminator 13 an seinem Ausgang das Signal H zeigt. Dieser Ausgang des Fensterdiskriminators steuert 13 die Stromquelle 41 und veranlaßt sie, das Peltier-Element 5 weiter zu kühlen. Gleichzeitig wird das Ausgangssignal des Fensterdiskriminators 13 an ein UND-Gatter 31 und ein ODER-Gatter32 angelegt. Zeigt der Fensterdiskriminator 13 an seinem Ausgang das Signal H, so werden Zeitimpulse eines Taktimpulsgenerators 14 über das UND-Gatter 31 an einen Zähler 33 weitergegeben und dort gezählt. Tritt jetzt aufgrund der von der Stromquelle 41 verursachten weiteren Kühlung des Peltier-Elementes 5 im Zentrum Z der Detektionsfläche 2 eine Eisschicht 10 auf, so wird mehr Licht 9 in den Lichtsensor 11 rückgestreut. Das vom Verstärker 13 verstärkte Signal des Lichtsensors 11 ist an den Eingang des Fensterdiskriminators 13 gelegt und führt dazu, daß dieser an seinem Ausgang auf das Signal L umschaltet. Dieses Ausgangssignal L bewirkt, daß die Zeitimpulse des Taktgebers 14 nicht mehr von dem UND-Gatter 31 an den Zähler 33 weitergegeben werden, führt aber andererseits dazu, daß

ίο nun die Zeitimpulse des Taktgebers 14 von dem ODER-Gatter 32 an den Zähler 34 weitergegeben werden. Der Zähler 33 mißt also die Zeit, in der die Stromquelle 41 zur Kühlung des Peltier-Elementes 5 eingeschaltet ist, während der Zähler 34 die Zeit mißt, während der die Stromquelle 41 abgeschaltet ist. Da bei Anliegen des Signals L am Ausgang des Fensterdiskriminators 13 das Peltier-Element 5 nicht mehr gekühlt wird, verschiebt sich die Eis-Wasser-Grenzschicht in der F ig. 3 nach oben, so daß nun kein Rückstreulicht 9 in den Lichtsensor 11 fällt.

Dadurch schaltet der Fensterdiskriminator 13 an seinem Ausgang wieder auf den Wert H, so daß die Stromquelle 41 erneut eingeschaltet wird. Somit wird also durch taktweises Ein- und Ausschalten des Peltier-Elementes 5 die Grenzschicht Eis-Wasser im Zentrum Z der Detektionsfläche 2 gehalten.

Die Fig. 4 verdeutlicht die Betriebsweise des Peltier-Elementes 5. Das Verhältnis der Einschaltzeit I_x zu der Zeit t₂, zu der das Peltier-Element nicht betrieben und die Stromquelle 41 somit abgeschaltet ist, gibt ein Maß für die dem Peltier-Element 5 zugeführte Kühlleistung und somit indirekt ein Maß für die Vereisungswahrscheinlichkeit.

An der Flugzeugoberfläche 1 ist ferner ein Thermoelement 3 angebracht, dessen Thermospannung beispielsweise von einem Analog-Digital-Wandler 38 in einen digitalen Wert umgewandelt und angezeigt wird. In entsprechender Weise wie bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel können die von den Zählern 33 und 34 sowie von dem Analog-Digital-Wandler 38 abgegebenen digitalen Werte einem Rechner eingegeben werden, so daß dieser die Vereisungswahrscheinlichkeit ermittelt und anzeigt.

Um Einflüsse von Streulicht zu vermeiden, kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Lichtquelle 6 mit einer Wechselfrequenz 39 betrieben wird, so daß das rückgestreuic Licht 9 ebenfalls mit dieser Frequenz pulsiert. Diese Wechselfrequenz 39 wird ebenfalls einem Steuereingang des Verstärkers 30 zugeführt, so daß nur phasenrichtig liegende Signale des Lichtsensors 11 erfaßt und an den Eingang des Fensterdiskriminators 13 weitergegeben werden. Statt die Lichtquelle 6 mit Wechselfrequenz zu betreiben, kann auch vorgesehen sein, mit Hilfe eines Synchronmotors 35 und einer Lochscheibe 36 das von der Lichtquelle 6 abgegebene Licht 8 periodisch zu verändern. Auch in diesem Falle kann der Verstärker 30 beispielsweise von dem Synchronmotor 35 oder von einem Referenzstrahl gesteuert werden, so daß Streulicht-Effekte ausgeschieden werden.

Die Fig. 5 zeigt die Anordnung eines Eiswarnsensors.

In der Flugzeugoberfläche 1 ist die Detektionsfläche 2 eingelassen. Auf ihr befinden sich die ringförmigen Peltier-Elemente 4 bzw. 5. Von der Lichtquelle 6 geht Licht aus, das über eine Linse 7 auf die Detektionsfläche 2 geworfen wird. Die Lichtsensoren 11 nehmen das von den Eisschichten 10 rückgestreute Licht 9 auf. Ferner kann eine Fotodiode 45 vorhanden sein, die als Referenzelement die Konstanz der Lichtintensität überwacht. Mit Hilfe von optischen Filtern 44, die vor den Lichtsen-

soren 11 angeordnet sind, kann das rückgestreute Licht 9 gefiltert werden und somit die Anzeige der Lichtsensoren 11 verbessert werden. Ferner kann zwischen den Lichtsensoren 11 und der Detektionsfläche 2 ein Flüssigkristall 43 angeordnet werden, der bei entsprechender Betriebsweise ebenfalls Licht in die Sensoren 11 zurück-

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streut und somit das Vorliegen von Eis auf der Detektionsfläche 2 simulieren kann. Der gesamte Eiswarnsensor ist von einem Gehäuse 46 umgeben. In dessen unteren Teil befindet sich die Elektronikeinheit 48. Diese Elektronikeinheit 48 ist über einen Anschluß 47 mit einem entsprechenden Fernanzeigegerät verbindbar.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erkennen einer Vereisungsgefahr, insbesondere bei Flugzeugen, bei dem zwei Detektionflächen (21,22) auf unterschiedliche Temperatur gebracht werden, bei dem die Vereisung der Detektionsflächen (21,22) mittels einer Lichtquelle (6) und Messung des von Eis rückgestreuten Lichtes (9) erfolgt und bei dem aus der zeitlichen Abhängigkeit der Vereisung an Stellen unterschiedlicher Temperatur die Vereisungsgefahr ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeiten gemessen werden, innerhalb derer die Detektionsflächen (21,22) nach Beginn der Kühlung vereisen, und daß die Temperatur der Detektionsflächen (21,22) im Zustand der Vereisung und die Temperatur der Flugzeugoberfläche (1) bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Eintritt der Vereisung der Detektionsflächen (21,22) und der Messung von Vereisungszeit und der Temperatur der Detektionsflächen (21,22) die Detektionsflächen (21,22) zum Absprengen des Eises geheizt werden.

3. Verfahren zum Erkennen einer Vereisungsgefahr, insbesondere bei Flugzeugen, bei dem über eine Detektionsfläche (2) ein Temperaturgradient mittels zweier im Abstand angeordneter Heiz-/Kühlelemen-

te erzeugt wird und bei dem die Vereisung der Detektionsfläche (2) mittels einer Lichtquelle (6) und Messung des von Eis rückgestreuten Lichtes (9) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturgradient so eingestellt wird, daß die Detektionsfläche (2) einen eisfreien Bereich und einen mit Eis bedeckten Bereich aufweist, daß die Heiz- oder Kühlleistung eines der Heiz-/Kühlelemenle derart geregelt wird, daß die Grenzschicht (Z) zwischen dem eisfreien und dem vereisten Bereich der Detektionsfläche (2) ortsfest bleibt, und daß die Leistungsaufnahme dieses Heiz-/Kühlelementes be- -to stimmt wird.

4. Eiswarnsensor zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 mit zwei Detektionsflächen (21,22). mit von Stromquellen (28,29) beaufschlagbaren Heiz-/Küh!olementen zur Erzeugung vorgegebener Temperaturen im Gebiet der Detektionsflächen (21, 22), mit einer oder mehreren Lichtquellen (6) zur Beleuchtung der Detektionsflächen (21, 22), mit zwei Lichtsensoren (11) zur Messung von rückgestreutem Licht (9), das von auf den Detektionsflächen (21, 22) befindlichen Eisschichten (10) rückgestreut wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lichtsensor (11) mit seinem Ausgang an den Eingang eines Diskriminators (13) angeschlossen ist, daß der Ausgang des Diskriminators (13) an das UND-Gatter (15) eines Zählers (16) angeschlossen ist, wobei der Zähler (16) rücksetzbar ist, daß ein Taktimpulsgenerator (14) vorhanden bt, dessen Ausgang an den Zähleingang des Zählers (16) gelegt ist, und daß eine Temperaturmeßeinrichtung zur Bestimmung der Temperatur der Flugzeug-Oberfläche (1) und weitere Temperaturmeßeinrichtungen zur Bestimmung der Temperatur der Detektionsflächen (21,22) vorhanden sind.

5. Eiswarnsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl- und Heizelemente PeI-tierelemente (4,5) sind.

6. Eiswarnsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung ein Thermoelement (3) ist.

7. Eiswarnsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Diskriminators (13) an den Eingang eines Wechselschalters (19) zum Umschalten der Betriebsweise der Kühl-/Heizelemente angelegt ist.

8. Eiswarnsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (17) zum Speichern des Zählerstandes des Zählers (16) vorhanden ist.

9. Eiswarnsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Analog-Digital-Wandler (20,24) an die Temperaturmeßeinrichtungen angelegt sind.

10. Eiswarnsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Recheneinheit (26) vorhanden ist, welche den Zählerstand des Zählers (16) und das Ausgangssignal der Analog-Digital-Wandler (20,24) als Eingangdaten erhält und daraus die Vereisungsgeschwindigkeit und die Vereisungswahrscheinlichkeit ableitet.

11. Eiswarnsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltierelemente (4,5) ringförmig ausgebildet sind, die die Detektionsflächen (21,22) umgeben.

12 Eiswarnsensor nach Anspruch 11. dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Peltierelemenle (4,5) konzentrisch angeordnet sind.

13. Eiswarnsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stromquellen (28,29) und den Peltierelementen (4,5) ein Wechselschalter (19) vorhanden ist.

14. Eiswarnsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zur Früherkennung einer Vereisungsgefahr im Wechselbetrieb mit einem weiteren Eiswarnsensor gleicher Art arbeitet.

15. Eiswarnsensor zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 3 mit einer Detektionsfläche (2). mit von Stromquellen (40,41) beaufschlagbaren Heiz-/Kühlelementen, mit einer Lichtquelle (6) zur Beleuchtung der Detektionsfläche (2), mit einem Lichtsensor (11) zur Messung des von der Detektionsfläehe (2) rückgestreuten Lichtes (9), dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Heiz-/Kühlelement an eine steuerbare Stromquelle (41) angeschlossen ist, daß der Ausgang des Lichtsensors (U) an den Eingang eines Diskriminators (13) gelegt ist, daß der Ausgang des Diskriminators (13) an den Steuereingang der zweiten Stromquelle (41), an den Eingang eines UND-Gatters (31) und an den Eingang eines ODER-Gatters (32) gelegt ist, daß ein Taktimpulsgenerator (14) mit seinem Ausgang jeweils an den anderen Eingang des UND-Gatters (31) und des ODER-Gatters (32) angelegt ist und daß an den Ausgang des UND-Gatters (31) und des ODER-Gatters (32) jeweils ein Zähler (33,34) angeschlossen ist.

16. Eiswarnsensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Zähler (33,34) an einen Dividierer gelegt sind.

17. Eiswarnsensor nach Anspruch 4 oder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Diskriminatoren (13) Fensterdiskriminatoren sind.