DE3643995A1 - Eisdetektionssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Eisdetektionssysteme, und insbeson­ dere betrifft die Erfindung Eisdetektionssysteme zur Ver­ wendung in Verbindung mit Eisentfernungssystemen.

Die Ausbildung von Eis auf Strukturen ist in gewissen An­ wendungfällen unerwünscht und tatsächlich gefährlich. Zum Beispiel ist die Ausbildung von Eis auf den äußeren Ober­ flächen eines im Fluge befindlichen Flugzeugs eine bekannte Gefahr, die eine Erhöhung des Gewichts des Flugzeugs und eine entsprechende Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs be­ wirkt. Wichtiger jedoch ist es, daß der Aufbau bzw. die An­ sammlung von Eis auf Flügeln und Leitflächen eines im Flug befindlichen Flugzeugs zu einer Verminderung des Auftriebs und einer Verschlechterung der Steuerfunktion führen kann. Solche Zustände können extreme Gefahren für das Flugzeug zur Folge haben. Demgemäß sind verschiedene Verfahren für die Entfernung von Eis von solchen Flugzeugoberflächen er­ funden und entwickelt worden.

Bekannte Verfahren der Entfernung von Eis beinhalten die Verwendung von flexiblen pneumatischen Abdeckungen oder "Boots" auf den Vorderkantenoberflächen der Flugzeugflügel und Leitflächen. An diese pneumatischen Abdeckungen werden periodisch Luft- oder andere Strömungsmittelimpulse gelie­ fert, um zu bewirken, daß irgendwelches Eis, welches auf der Vorderkantenoberfläche auf- bzw. zusammengewachsen ist, weggesprengt und durch Wirkung des Luftstroms über die Oberfläche entfernt wird. Ein anderes Verfahren, das üb­ licherweise verwendet wird, besteht darin, einen Teil von von dem Flugzeugtriebwerk abgezapfter Luft durch Kanäle der Flug­ zeugzellenstrukturen, die Oberflächen haben, welche einer Vereisung unterworfen sind, hindurchzuleiten, wodurch be­ wirkt wird, daß sich diese Oberflächen aufwärmen und ir­ gendwelches Eis, das auf dem äußeren Teil dieser Oberflä­ chen gebildet worden ist, gelöst wird.

Ein noch anderes Eisentfernungssystem ist als Elektroimpuls­ enteisung (EIDI) bekannt. In dem EIDI-System ist ein Sole­ noid in der Nähe der inneren Oberfläche einer leitfähigen dünnwandigen Oberfläche des Flugzeugs angebracht. Hochstrom­ impulse von elektrischer Energie werden dem Solenoid perio­ disch zugeführt, wodurch die Bildung von Wirbelströmen in Teilen der leitfähigen Haut bewirkt wird, die gegenüberlie­ gend bzw. angrenzend dem Solenoid angeordnet sind. Magneti­ sche Felder, welche durch diese Wirbelströme erzeugt wer­ den, treten in Wechselwirkung mit den magnetischen Feldern, die durch das Solenoid erzeugt worden sind, wodurch eine plötzliche elektrodynamische Kraft auf den Teil der Ober­ fläche erzeugt wird, der die Wirbelströme enthält, was zur Folge hat, daß irgendwelches Eis, das sich auf der äußeren Oberfläche der Haut gebildet hat, zerbrochen wird, so daß dessen Entfernen durch die Luftströmung ermöglicht wird.

Alle diese Enteisungssysteme haben sich zwar in angemesse­ nen Anwendungsfällen als zufriedenstellend erwiesen. Jedoch kann keines dieser Systeme kontinuierlich betrieben werden. Ein kontinuierlicher Betrieb von pneumatischen Überzügen führt, wenn keine Vereisungszustände vorhanden sind, zu einem vorzeitigen Verschleiß des Überzugs, während ein kon­ tinuierlicher Betrieb von EIDI-Systemen unnötige Ermüdungs­ belastung auf die Oberfläche der Haut erzeugen kann. Sy­ steme mit abgezapfter Luft erfordern wesentliche Beträge an Energie und bewirken, daß Energie von dem Antrieb des Flugzeugs abgeleitet wird. Das hat einen erhöhten Kraft­ stoffverbrauch zur Folge und kann bei gewissen Leistungs­ einstellungen der Triebwerke, wie sie beispielsweise wäh­ rend der Landekonfiguration benutzt werden, zu einer der­ artig schweren Belastung des Triebwerks führen, daß es zu einer gefährlichen Situation kommen kann. Es ist daher wün­ schenswert, Enteisungssysteme nur bei einer Detektion von Eis auf kritischen Flugzeugoberflächen zu aktivieren.

Es sind gewisse Eisdetektionssysteme nach dem Stande der Technik bekannt. In vielen dieser System wird eine Sonde verwendet, die ein vibrierendes bzw. schwingendes Element aufweist, dessen Resonanzfrequenz durch die Bildung von Eis auf bzw. an der Sonde verändert wird, so daß es möglich ist, diese Frequenzvariation zu detektieren und zur Erzeugung eines Eisanzeigesignals zu verwenden. Eine solche Einrich­ tung ist beispielsweise im US-Patent 35 41 540 von Hughes beschrieben. Obwohl solche Sonden in vielen Anwendungsfäl­ len brauchbar sind, ist es wegen verschiedenster aerodyna­ mischer Unterschiede zwischen der Struktur der Sonde und der aktuellen Flugzeugoberflächen möglich, daß die Sonde unter gewissen Bedingungen das Vorhandensein von Eis an­ zeigt, wenn sich aktuell überhaupt kein Eis auf den kriti­ schen Oberflächen des Flugzeugs bildet. Außerdem kann die zu vergleichende Rate der Vereisung wesentlich unterschiedlich zwischen der Sonde und solchen kritischen Flugzeugoberflä­ chen sein. Daher werden derzeit bekannte Eisdetektionssy­ steme generell nur in einer beratenden Kapazität verwendet, um eine Anzeige der Existenz von Bedingungen zu liefern, die dazu geeignet sind, eine Eisbildung auf kritischen Flug­ zeugoberflächen zu bewirken, jedoch werden diese bekannten Eisdetektionssysteme nicht für eine Anzeige des aktuellen Vorhandenseins von Eis auf solchen Oberflächen verwendet.

Es ist daher wünschenswert, ein System für die zuverlässige Anzeige des aktuellen Vorhandenseins von Eis auf kritischen Flugzeugoberflächen zur Verfügung zu haben, wobei hier An­ zeige im Sinne einer Angabe schlechthin gemeint ist. Es ist weiter wünschenswert, ein solches System zur Verfügung zu haben, das mit existierenden Arten von Enteisungssystemen kompatibel ist und das nur zu einem minimalen Zunehmen des Gewichts und der Kompliziertheit der Flugzeugsysteme führt.

Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung zum Fühlen bzw. Detektieren und zum Entfernen von Eis von einer Oberfläche zur Verfügung gestellt. Die Einrichtung nach der Erfindung weist eine Entfernungsein­ richtung zum Ausüben einer Eisentfernungskraft beim Empfan­ gen eines Eingangssignals auf, sowie eine Einrichtung zum Zuführen eines Eingangssignals zu der Entfernungseinrich­ tung, und eine Einrichtung zum Fühlen bzw. Detektieren ei­ nes Parameters, der eine Funktion des Eingangssignals des Vorhandenseins von Eis ist. Die Einrichtung nach der Erfin­ dung weist weiter eine Einrichtung auf, die ein Anzeigesi­ gnal erzeugt, wenn der gefühlte bzw. detektierte Parameter ein vorbestimmtes Niveau erreicht, so daß dadurch das Vor­ handensein von Eis angezeigt wird.

Es sei hier darauf hingewiesen, daß unter dem Begriff "An­ zeige" und "Anzeigen" nicht nur eine optische und/oder aku­ stische Anzeige gemeint ist, sondern jede irgendwie gearte­ te Indikation durch ein Signal.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Einrichtung zum Detektieren des Vorhandenseins von Eis auf der Oberfläche eines Flugzeugs, das mit einem Elektroimpuls­ enteisungssystem ausgerüstet ist, vorgesehen, wobei das System ein Solenoid aufweist, das in der Nähe der Oberflä­ che angebracht ist. Die Einrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform weist eine Einrichtung zum selektiven Zu­ führen von Impulsen eines ersten und zweiten Niveaus zu dem Solenoid auf, wobei das erste Niveau geringer als das zweite Niveau ist. Die Einrichtung nach der bevorzugten Ausführungsform weist weiter eine Einrichtung zum Fühlen bzw. Detektieren eines Parameters auf, der eine Funktion des Auftretens von Stromimpulsen des ersten Niveaus und des Vor­ handenseins von Eis ist, sowie eine Einrichtung, die ein Anzeigesignal erzeugt, wenn der gefühlte bzw. detektierte Parameter ein vorbestimmtes Bezugsniveau erreicht, so daß dadurch das Vorhandensein von Eis angezeigt wird.

Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung seien nachstehend unter Bezugnahme auf die Figu­ ren der Zeichnung anhand einiger, besonders bevorzugter Ausführungsformen, mit denen die Prinzipien der Erfindung erläutert werden, näher beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Teils eines Flugzeugflügels, der eine bevorzugte Ausführungs­ form der Erfindung mit einem Elektroimpulsentei­ sungssystem aufweist;

Fig. 2 eine Kurvendarstellung der Beschleunigung von ei­ nem Teil einer Flügeloberfläche in Abhängigkeit von der Frequenz, wenn die Flügeloberfläche einem Elektroimpulsenteisungs-Stromimpuls ausgesetzt wird;

Fig. 3 ein schematisches elektrisches Schaltbild eines Teils der Kontroll- und Steuereinrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist; und

Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer al­ ternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung.

In der nun folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausfüh­ rungsformen der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung, in denen sich gleichartige bzw. gleiche Bezugszeichen auf ein­ ander entsprechende Elemente der verschiedenen Figuren be­ ziehen, sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Seitenansicht eines Teils einer Flugzeugtragfläche 12 zeigt, in die ein System 10 eingebaut ist, das eine bevorzugte Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung ist. Es sei hier darauf hingewiesen, daß unter einem System im Sinne der vor­ liegenden Erfindung insbesondere, jedoch nicht ausschließ­ lich, eine Anordnung verstanden werden soll. Gemäß den Prin­ zipien der vorliegenden Erfindung weist das System 10 ein Elektroimpulsenteisungssystem 14 auf, das auch als EIDI- System bezeichnet wird und eine Stromversorgung 16, einen Stromimpulsgenerator 18 sowie eine Entfernungseinrichtung umfaßt, wobei die Entfernungseinrichtung umfaßt, die auf ein Eingangssignal zum Ausüben einer Eisentfernungskraft auf eine Aluminiumoberfläche 22 der Tragfläche 12 anspricht. Gemäß der hier dargestellten und beschriebenen Ausführungs­ form umfaßt oder ist die Entfernungseinrichtung ein Elektro­ impulsenteisungssolenoid 20.

Das Solenoid 20 ist in der Nähe der inneren Oberfläche ei­ nes Teils der Oberfläche oder Haut 22 der Tragfläche 12 montiert. Wenn das Elektroimpulsenteisungssystem 14 dazu verwendet wird, die Haut 22 zu enteisen, wird Strom bzw. elektrische Leistung von der Stromversorgungseinrichtung 16 in Antriebsimpulse aus Strom zum Erzielen einer magneti­ schen Feldstärke von 1,0 bis 1,5 Teslas mit einer Frequenz, welche durch die Modalcharakteristika der zu enteisenden Oberfläche (d.h. durch die Charakteristika der Art und Wei­ se der zu enteisenden Oberfläche, gegebenenfalls der Ver­ hältnisse etc.) bestimmt ist, umgeformt. Diese Frequenz variiert entsprechend der Abmessung und Geometrie der zu enteisenden Struktur. Die Antriebsimpulse sind uni- bzw. einpolare Impulse mit einer Anstiegszeit von angenähert 1/4 der Periode der gewünschten modalen Erregung. Für eine Struktur, die für den Außenbordvorflügel einer Flugzeug­ tragfläche repräsentativ ist, werden Impulse von etwa 2000 A, die eine Anstiegszeit von 150 µs haben, mit einer Frequenz von 1500 Hz erzeugt.

Diese Antriebsimpulse erzeugen intensive magnetische Felder im Solenoid 20, welche Wirbelströme in dem Teil der Haut 22 induzieren, welcher an das Solenoid 20 angrenzt bzw. neben demselben liegt. Die Wirbelströme ihrerseits erzeugen magne­ tische Felder, welche in Wechselwirkung mit magnetischen Feldern treten, die direkt durch das Solenoid erzeugt wer­ den. Die Wechselwirkung zwischen diesen magnetischen Fel­ dern bewirkt, daß eine kurze intensive elektrodynamische Kraft auf den Teil der Haut 22 ausgeübt wird, welcher an das Solenoid 20 angrenzt bzw. neben demselben liegt, wie durch Pfeile 24 angedeutet ist. Diese Kraft bewirkt eine Vibrations- bzw. Schwingungsbewegung der Haut, wie durch Pfeile 26 angedeutet ist.

Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zum Fühlen bzw. Detektieren eines Parameters, der eine Funktion des Eingangssignals des Solenoids 20 ist, und des Vorhandenseins von Eis vorgesehen. Gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform weist die Fühl- bzw. Detek­ tionseinrichtung einen Beschleunigungsmesser 28 auf, der fest an der inneren Oberfläche der Haut 22 angebracht ist und die Vibrations- bzw. Schwingungsbewegung derselben de­ tektiert. Der Beschleunigungsmesser 28 ist in einem vorbe­ stimmten Abstand vom Solenoid 20 positioniert, wobei dieser Abstand von der aktuellen Konfiguration der spezifischen Oberfläche, auf welcher das System angebracht ist, abhängt. Zum Beispiel kann der Beschleunigungsmesser 28 in einem Ab­ stand vom Solenoid 20 positioniert sein, der ein Mehrfaches einer halben Wellenlänge der Hautmodalfrequenz beträgt; das ist die Frequenz, mit welcher die Haut 22 vibriert bzw. schwingt, wenn sie durch die elektrodynamischen Kräfte be­ ansprucht wird, die mittels der dem Solenoid 20 zugeführten Antriebsimpulse erzeugt werden. Der Antriebsimpuls sollte so nahe wie möglich an der Hautmodalfrequenz liegen, aber er braucht nicht von der gleichen Frequenz zu sein. In der beschriebenen Ausführungsform erzeugt beispielsweise ein Antriebsimpuls von 1500 Hz eine Hautmodalfrequenz von 1566 Hz. Für eine spezielle Anwendung, die eine spezifische strukturelle Konfiguration umfaßt, können einige, für den Fachmann, der die vorliegende Erfindung kennt, ohne weite­ res ausführbare Versuche notwendig sein, um eine annehmbare Position für den Beschleunigungsmesser 28 derart zu bestim­ men, daß ein angemessenes Ausgangssignal von demselben er­ halten wird.

Der Vibrations- bzw. Schwingungsgrad der Haut 22, der durch das Solenoid 20 bewirkt wird, hängt von der Intensität der an das Solenoid 20 angelegten Stromimpulse ab. Darüber hin­ aus verändert das Vorhandensein von Eis die Art und Weise, in welcher die Haut 22 auf die elektrodynamischen Kräfte anspricht, die mittels des Solenoids 20 darauf ausgeübt werden. Solche Änderungen im Ansprechen werden mittels des Beschleunigungsmessers 28 detektiert. Infolgedessen fühlt bzw. detektiert der Beschleunigungsmesser 28 einen Parame­ ter, der eine Funktion des dem Solenoid 20 zugeführten Ein­ gangssignals und des Vorhandenseins von Eis ist. Das Aus­ gangssignal des Beschleunigungsmessers 28 wird einer Steu­ ereinrichtung 30 zugeführt, die nachstehend vollständiger beschrieben und erläutert ist.

Die eben beschriebenen Elemente können infolgedessen dazu verwendet werden, das Vorhandensein von Eis auf der Haut 22 zu detektieren. Da die Anwendung eines vollen EIDI-Impulses von 1,0 bis 1,5 Tesla auf die Haut 22 zum Zwecke der Eis­ detektion zu einer unnötigen Beanspruchung der Haut 22 füh­ ren würde, können Energieniveaus für das Fühlen bzw. Detek­ tieren von Eis angewandt werden, die unterschiedlich von denjenigen sind, wie sie in konventionellen Elektroimpuls­ enteisungssystemen verwendet werden. Demgemäß liefert die Steuereinrichtung 30 ein Steuersignal an den Impulsgenera­ tor 18, welches bewirkt, daß der Impulsgenerator 18 selek­ tiv Impulse eines ersten und zweiten Niveaus an das Sole­ noid 20 abgibt. Das erste Niveau, das für die Eisdetektion verwendet wird, ist geringer als das zweite Niveau. In der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform werden Fel­ der des zweiten Niveaus mit 1 bis 1,5 Tesla erzeugt, um eine genügende Kraft auf die Haut 22 zum Entfernen von Eis zu bewirken, das auf der Haut 22 zusammengewachsen ist. Impulse des ersten Niveaus werden mit einem Niveau erzeugt, das ausreicht, um ein gegenüber Umgebungsrauschen, welches von der Luftströmung, Präzipitation etc. herrührt, unter­ scheidbares Signal zu erzeugen, was jedoch nicht so groß ist, daß es eine unnötige Ermüdungsbelastung, ein unnötiges Rauschen und unnötigen Leistungsverbrauch bewirkt. Generell sollten Impulse des ersten Niveaus angenähert eine Größen­ ordnung kleiner als Impulse des zweiten Niveaus sein. In der bevorzugten Ausführungsform sind Felder des ersten Ni­ veaus angenähert 0,1 bis 0,15 Tesla. Dieses bewirkt, daß elektrodynamische Kräfte auf die Haut 22 erzeugt werden, die viel kleiner als die Eisentfernungsimpulse des zweiten Niveaus sind. Jedoch sind die Kräfte, die durch Impulse des ersten Niveaus auf die Haut 22 erzeugt werden, ausreichend, um mechanische Wellen in der Haut 22 zu erzeugen, die eine Vibrations- bzw. Schwingungsbewegung bewirken, welche durch den Beschleunigungsmesser 28 detektiert werden kann. In der beschriebenen Ausführungsform können die Impulse des ersten Niveaus von 1,0 bis 1,5 Tesla durch Stromimpulse von 1500 bis 2000 A und die Impulse des zweiten Niveaus von 0,1 bis 0,15 Tesla durch Stromimpulse von 150 bis 200 A erzeugt werden.

Das Vorhandensein von Eis auf der Haut 22 beeinträchtigt solche Wellen, die durch Impulse des ersten Niveaus er­ zeugt werden. Demgemäß ist die Bewegung der Haut 22, die durch Stromimpulse des ersten Niveaus bewirkt wird, ein Parameter, der eine Funktion des Impulsstromniveaus und des Vorhandenseins von Eis auf der Haut 22 ist.

Mit der Erfindung wird eine Einrichtung zum Erzeugen eines Eisvorhandensein-Anzeigesignals, wenn der detektierte Para­ meter ein vorbestimmtes Bezugsniveau erreicht, zur Verfü­ gung gestellt. Gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform umfaßt oder ist diese Eisvorhandensein-Anzeigesignal-Erzeu­ gungseinrichtung eine Kontroll- und Steuereinrichtung 30. Die Signale vom Beschleunigungsmesser 28, die nachfolgend auf die Erzeugung von Impulsen des ersten Niveaus detek­ tiert werden, werden der Kontroll- und Steuereinrichtung 30 zugeführt. Diese Signale werden in der Kontroll- und Steuereinrichtung 30 mit einem vorbestimmten Bezugsniveau verglichen. Wenn die Signale vom Beschleunigungsmesser un­ terhalb des Bezugsniveaus sind, zeigt und/oder gibt die Kontroll- und Steuereinrichtung 30 das Vorhandensein von Eis auf der Haut 22 an und erzeugt ein Eisvorhandensein-An­ zeige- bzw. -Indikationssignal über bzw. an einem Ausgangs­ anschluß 32, welches einen Warnindikator (nicht gezeigt) erregt, beispielsweise eine optische und/oder akustische Warnsignal­ abgabeeinrichtung, im Cockpit, der das Vorhandensein von Eis auf der Haut 22 anzeigt. Das vorbestimmte Bezugsniveau ist ein Niveau, das entweder experimentell oder durch ma­ thematische Berechnung bestimmt wurde. Außerdem kann die Erfindung so konfiguriert bzw. ausgebildet sein, daß das Vorhandensein von Eis mittels irgendeines Werts angezeigt wird, der das Bezugsniveau übersteigt oder niedriger als das Bezugsniveau ist.

Bei gewissen Anwendungsfällen kann bestimmt bzw. festgelegt werden, daß die beste Leistungsfähigkeit durch die Verwen­ dung von Eisdetektionsimpulsen (d.h. von Impulsen des er­ sten Niveaus) bei einer Frequenz erhalten wird, die eine andere Frequenz als die Frequenz der Eisentfernungsimpulse (d.h. der Impulse des zweiten Niveaus) ist. In diesen Fäl­ len ist die Kontroll- und Steuereinrichtung 30 so aufge­ baut, daß sie den Impulsgenerator 18 derart betreibt, daß dieser Impulse der angemessenen Frequenz erzeugt.

Die Kontroll- und Steuereinrichtung 30 kann so aufgebaut sein, daß sie bewirkt, daß der Generator 18 kontinuierlich und automatisch Impulse des ersten Niveaus erzeugt. Wenn Eis detektiert wird, gibt die Kontroll- und Steuereinrich­ tung 30 ein Signal an den Impulsgenerator 18, welches be­ wirkt, daß der Impulsgenerator 18 automatisch damit beginnt, Stromimpulse des zweiten Niveaus zu erzeugen und Eis von der Oberfläche zu entfernen.

Wenn die Haut 22 einer durch das Solenoid 20 erzeugten elek­ trodynamischen Kraft ausgesetzt wird, dann vibriert sie über einen weiten Frequenzbereich hinweg. D.h., sie vi­ briert in einer Mehrzahl von Arten, und diese Arten werden mittels des Beschleunigungsmessers 28 abgefühlt bzw. detek­ tiert.

Die Fig. 2 zeigt eine Kurvendarstellung eines Ausgangs­ signals des Beschleunigungsmessers 28 in Abhängigkeit von der Frequenz, das erhalten worden ist, als der Beschleuni­ gungsmesser 28 an der inneren Oberfläche einer Teststruktur angebracht war, die für einen Außenbordvorflügel einer Flugzeugtragfläche repräsentativ war und einem Elektroim­ puls-Enteisungs-Stromimpuls mit einer Frequenz von 1500 Hz ausgesetzt wurde. Wie man sieht, tritt die Beschleunigung auf der Oberfläche in einer Mehrzahl von Vibrations- bzw. Schwingungsarten auf, die durch Spitzen bzw. Maxima in Fig. 2 angegeben werden. Die erste Spitze auf der linken Seite der Fig. 2, die mit "Art 1" bezeichnet ist, gibt die Beschleunigung bei der Grund-Haut-Modalfrequenz von 1170 Hz an. Die zweite Spitze, die in Fig. 2 mit "Art 2" bezeichnet ist, gibt die Beschleunigung in einer zweiten Art bei einer höheren Frequenz als der Grundfrequenz an. Entsprechend sind andere Arten der Beschleunigung in Fig. 2 dargestellt, die jeweils mit "Art 3" bis "Art 8" bezeich­ net sind.

Die Fig. 3 ist ein schematisches elektrisches Schaltbild eines Schmalbandpaßfilters 34 und einer Komparatorschaltung 36, welche die Kontroll- und Steuereinrichtung 30 bilden oder in dieser Kontroll- und Steuereinrichtung 30 vorgese­ hen sind. Das Filter 34 ist so abgestimmt, daß es einen Teil der Breitbandfrequenzvibrationen bzw. -schwingungen der Haut 22 überwacht, zum Beispiel die Ansprechung bzw. das Auftreten von "Art 2"-Signalen, die durch den Beschleu­ nigungsmesser 28 detektiert werden. Das Filter 34 in der beschriebenen Ausführungsform hat eine Mittenfrequenz von 1500 Hz, einen Verstärkungsfaktor von 23 dB, eine Bandbrei­ te von -3 dB bei 60 Hz und ein Q von 25. Das Filter 34 ist von konventionellem Aufbau und weist Operationsverstärker 38 und 40 auf, die zum Beispiel zwei Teile eines Vierer- Operationsverstärkers LM3900 sein können, der von der Firma National Semiconductor Corporation erhältlich ist. Der Wert der Komponenten bzw. Schaltungselemente, die mit den Ver­ stärkern 38 und 40 im Filter 34 verbunden sind, wird gemäß den Auslegungsparametern zum Erzielen der vorher beschrie­ benen Filtercharakteristika ausgewählt. Diese Auslegungs­ parameter sind als solche bekannt und beispielsweise in den "Application Notes" (Anwendungshinweisen) des LM3900 veröffentlicht, die von der Firma National Semiconductor Corporation publiziert worden sind.

Die mit dem Ausgang des Verstärkers 40 verbundene Kompara­ torschaltung 36 weist einen Operationsverstärker 42 auf, der als Komparator geschaltet ist. Der Verstärker 42 kann auch ein Teil eines Vierer-Operationsverstärkers LM3900 sein. Ein Eingangswiderstand 44 ist in Reihe mit dem Aus­ gang des Verstärkers 40 und dem invertierenden Eingang des Verstärkers 42 geschaltet. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 42 ist mit einer Bezugsschaltung verbunden, welche einen Widerstand 46, einen Kondensator 48, einen Widerstand 50 und einen Widerstand 52 aufweist. Der Wider­ stand 52 ist ein einstellbarer Widerstand, der in Reihe zwischen den Widerstand 46 und eine nichtgezeigte Betriebs­ spannungsquelle geschaltet ist. Die Werte der Komponenten 44 bis 52 sind als solche bekannt, und sie werden entspre­ chend den Auslegungsprinzipien der Art, wie sie in den vor­ erwähnten "Application Notes" veröffentlicht sind, ausge­ wählt. Der Widerstand 52 wird so eingestellt, daß das Aus­ gangssignal des Verstärkers 42, das sich normalerweise auf einem logischen hohen Niveau befindet, bei der Detektion von 2,54 mm Eis auf der Oberfläche auf ein logisches nied­ riges Niveau umschaltet. Das bedeutet, daß das Ausgangs­ signal des Verstärkers 42 immer dann auf einem logischen hohen Niveau ist, wenn die Amplitude von "Art 2", wie in Fig. 2 gezeigt, oberhalb eines vorbestimmten Niveaus ist. Wenn sich mehr als 2,54 mm Eis auf der Oberfläche 22 ansam­ meln, fällt die Amplitude von "Art 2", die mittels des Fil­ ters 34 detektiert wird, scharf ab.

"Art 2" (siehe Fig. 2 und die zugehörige Erläuterung) der Beschleunigung der Haut 22 tritt unter normalen Bedingungen, bei denen kein Eis vorhanden ist, bei einer Frequenz von ange­ nähert 1500 Hz auf. Das Vorhandensein von Eis auf der Haut 22 bewirkt, daß die Spitze des "Art 2"-Ansprechens bzw. des "Art 2"-Signals entweder vermindert oder in der Frequenz verschoben oder sowohl vermindert als auch in der Frequenz verschoben wird. Das Ausgangssignal des Filters 34 nimmt beim Auftreten von einer dieser Erscheinungen scharf ab. Demgemäß gibt das Ausgangssignal des Verstärkers 42 des Komparators 36 zuverlässig eine Änderung des Zustands über die Detektion des Vorhandenseins von Eis mit wenigstens 2,54 mm.

Der Ausgang des Verstärkers 40 ist außerdem mit einem Ver­ stärker 42 A verbunden, der als ein Komparator konfiguriert ist. Die Bauteile 44 A, 46 A, 48 A, 50 A und 52 A sind iden­ tisch mit den entsprechenden Bauteilen 44 bzw. 46 bzw. 48 bzw. 50 bzw. 52. Jedoch wird der veränderbare Widerstand 52 A so eingestellt, daß er eine derartige Bezugsspannung hervorbringt, daß der Ausgang des Verstärkers 42 A seinen Zustand bei der Detektion von 12,70 mm Eis ändert.

Die Auslegung des Ansprechens des Filters 34 ist nicht auf die Detektion der "Art 2"-Ansprechspitze der Beschleunigung der Haut 22 beschränkt, sondern sie kann so abgewandelt werden, daß jede gewünschte modale Ansprechspitze, wie sie durch die spezielle Anwendung geboten wird, detektiert wird. Außerdem kann in gewissen Anwendungsfällen eine anspruchs­ vollere bzw. verfeinertere Analyse des Ausgangssignals des Beschleunigungsmessers wünschenswert sein. In solchen An­ wendungsfällen kann die Kontroll- bzw. Steuereinrichtung 30 einen Mikrocomputer aufweisen, der so programmiert ist, daß er eine solche Analyse liefert.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines Beschleu­ nigungsmessers zum Detektieren eines Parameters beschränkt, der eine Funktion sowohl des Eingangssignals als auch des Vorhandenseins von Eis ist. Zum Beispiel kann ein Span­ nungs- bzw. Dehnungsmesser dazu verwendet werden, die Span­ nung bzw. Dehnung der Haut 22 bei der Erzeugung eines Ent­ eisungsimpulses des ersten Niveaus zu überwachen, wobei die Spannung bzw. Dehnung der Haut 22 eine Funktion sowohl des dem Solenoid 20 zugeführten Stromimpulses als auch des Vorhandenseins von Eis ist. In entsprechender Weise kann ein Permanentmagnet bei bzw. an der inneren Oberfläche der Haut 22 in einem vorbestimmten Abstand vom Solenoid 20 an­ grenzen zu bzw. in Nebeneinanderstellung mit einer Halleffekt­ einrichtung angebracht sein. Das Erzeugen eines Stromimpul­ ses eines ersten Niveaus am Solenoid 20 bewirkt eine Bewe­ gung der Haut 22 und des befestigten bzw. angebrachten Per­ manentmagneten in einer solchen Weise, daß ein Ausgangs­ signal von der Halleffekteinrichtung erzeugt wird. Die Be­ wegung der Haut 22 ist entsprechend ein Parameter, der eine Funktion sowohl des Niveaus des Eingangssignals des Sole­ noids 20 als auch des Vorhandenseins von Eis ist.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform, in der eine Stromdetektionseinrichtung 54 in einer Reihen­ schaltungsbeziehung zwischen den Impulsgenerator 18 und das Solenoid 20 geschaltet sein kann. Die Einrichtung 54 kann beispielsweise ein Nebenschlußwiderstand, ein Strom­ transformator oder eine Stromdetektionsschaltung sein. Das Vorhandensein von Eis auf der Haut 22 kann eine Belastungs­ wirkung auf das Solenoid 20 bewirken, die als eine Änderung im Niveau des Stroms, welcher aktuell vom Impulsgenerator 18 zum Solenoid 20 zugeführt wird, detektierbar ist.

Unter gewissen Bedingungen kann es sein, daß die Verwendung der Einrichtung 54 nicht so empfindlich wie ein gesondert angebrachter Sensor, wie beispielsweise der Beschleunigungs­ messer 28, beim Fühlen bzw. Detektieren eines Parameters ist, der eine Funktion sowohl des Eingangssignals des Sole­ noids 20 als auch des Vorhandenseins von Eis ist. Jedoch kann die Einrichtung 54 innerhalb des Impulsgenerators 18 angebracht sein und erfordert keine gesonderte physische Anbringung auf der gemessenen bzw. zu messenden Oberfläche.

Die vorliegende Erfindung hat, wenn sie in Verbindung mit einem EIDI-System verwendet wird, die Fähigkeit, Eis zu detektieren, während ein unnötiger Strom- bzw. Leistungs­ aufwand bzw. -verbrauch und eine unnötige Ausübung von er­ müdungsinduzierenden Kräften vermieden wird. Zur Verwendung von Komponenten des EIDI-Systems kann die Eisdetektions­ fähigkeit bei einem Minimum an erhöhtem Gewicht und an Kom­ pliziertheit erzielt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung in Verbindung mit einem Elektroimpulsenteisungssystem beschränkt. Zum Beispiel kann eine Einrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einem Pneumatikschutzkappen- bzw. -überzugenteisungs­ system vorgesehen sein, worin Luftdruckeingangssignale zu der Pneumatikschutzkappe bzw. dem Pneumatikschutzüberzug mit einem ersten und zweiten Niveau vorgesehen sind, wobei das erste Niveau ge­ ringer als das zweite Niveau ist. Das physikalische bzw. physische Ansprechen der Schutzkappe bzw. des Überzugs auf ein Eisdetektionseingangssignal des ersten Niveaus sollte eine Funktion sowohl des Niveaus des Eingangssignals als auch des Vorhandenseins von Eis sein bzw. ist eine solche Funktion. Ein solches physikalisches bzw. physisches Ansprechen kann dann gemessen werden, so daß man eine zuverlässige Anzeige des Vorhandenseins von Eis erhält, ohne der Pneumatikkappe bzw. dem Überzug ein volles Enteisungseingangssignal mit dessen gleichzeitigem Problem der unnötigen Ermüdungsbeanspruchung für das System zuzuführen.

Die Prinzipien der Erfindung können auch in Anwendungsfäl­ len angewandt werden, bei denen nicht irgendein Typ eines Enteisungssystems vorhanden ist. Zum Beispiel kann dort, wo es erwünscht ist, eine Eisdetektionsfähigkeit ohne ir­ gendwelche externen Komponenten für die geschützte Struktur vorzusehen, ein Solenoid einer Art in der Nähe der inneren Oberfläche einer dünnwandigen Struktur, die geschützt wer­ den soll, angebracht sein, wobei dieses Solenoid gleichar­ tig bzw. ähnlich einem EIDI-Solenoid ist, jedoch nur eine in hohem Maße reduzierte Stromkapazität hat. Eine Einrich­ tung, wie beispielsweise ein Beschleunigungsmesser 28 kann dann auf oder bei der inneren Oberfläche der zu schützenden Struktur angebracht werden, und es kann dem Solenoid ein Nied­ rigniveau-Stromimpuls zugeführt werden. Das Vorhandensein von Eis wird durch ein Ausgangssignal von dem Beschleuni­ gungsmesser angezeigt, das geringer ist als in dem Fall, wenn kein Eis vorhanden ist.

Es ist daher ersichtlich, daß mit der vorliegenden Erfin­ dung eine Einrichtung zum Fühlen bzw. Detektieren des Vor­ handenseins von Eis auf strukturellen Oberflächen zur Ver­ fügung gestellt wird, wobei ein Minimum an erhöhter Kompli­ ziertheit und Gewicht erzielt wird. In entsprechender Weise wird mit der Erfindung eine Eisdetektionsfähigkeit erbracht, welche unnötige Aufwendungen von Leistung oder das Ausüben von ermüdungsinduzierenden Kräften vermeidet, derart, daß das Eisdetektionssystem zuverlässig in ein automatisches Eisdetektions- und -entfernungssystem eingebaut bzw. einbe­ zogen werden kann.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschrie­ benen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt, son­ dern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstandes der Erfindung, wie er in den Patentansprüchen angegeben ist, sowie im Rah­ men des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er sich den gesamten Unterlagen entnehmen läßt, in vielfältiger Weise abwandeln und mit Erfolg ausführen.

Claims (21)

1. Einrichtung zum Fühlen bzw. Detektieren und Entfer­ nen von Eis von einer Oberfläche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung folgendes umfaßt:
eine Entfernungseinrichtung (20), die zum Ausüben einer Eisentfernungskraft auf die Oberfläche (22) auf ein Ein­ gangssignal anspricht;
eine Einrichtung (28; 54) zum Fühlen bzw. Detektieren eines Parameters, der eine Funktion des Eingangssignals und des Vorhandenseins von Eis ist; und
eine Einrichtung (30) zum Erzeugen eines Eisvorhandensein- Anzeigesignals, wenn der gefühlte bzw. detektierte Parame­ ter ein vorbestimmtes Bezugsniveau erreicht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine Einrichtung (18) zum selek­ tiven Zuführen eines Eingangssignals eines ersten und zweiten Niveaus zu der Entfernungseinrichtung (20) zum An­ zeigen bzw. Entfernen von Eis umfaßt, wobei das erste Ni­ veau geringer als das zweite Niveau ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Eisentfernungseinrich­ tung ein Solenoid (20) umfaßt oder ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fühleinrichtung einen Stromde­ tektor (54) umfaßt oder ein Stromdetektor (54) ist, welcher in Schaltungsbeziehung mit dem Solenoid (20) verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stromdetektor (54) in Reihe mit dem Solenoid (20) geschaltet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fühl- bzw. Detektionseinrichtung eine Einrichtung (54) zum Fühlen bzw. Detektieren des Stroms umfaßt oder ist, welcher beim Erzeugen eines Ein­ gangssignals des ersten Niveaus durch das Solenoid (20) hindurchgeht.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühl- bzw. Detek­ tionseinrichtung eine Einrichtung (28) zum Fühlen bzw. De­ tektieren der Beschleunigung der Oberfläche (22) umfaßt oder ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühl- bzw. Detek­ tionseinrichtung eine Einrichtung zum Fühlen bzw. Detektie­ ren der Bewegung der Oberfläche (22) umfaßt oder ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fühl- bzw. Detektionseinrichtung einen Halleffektwandler umfaßt oder ein Halleffektwandler ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, insbe­ sondere nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entfernungseinrichtung (20) eine Eisentfernungkraft auf die Oberfläche (22) in einer solchen Weise ausübt, daß sie eine Mehrzahl von Vibrations- bzw. Schwingungsweisen in der Oberfläche (22) erregt und daß die Fühl- bzw. Detektionseinrichtung eine Einrichtung (28) zum Fühlen bzw. Detektieren von wenigstens einer der Vibra­ tions- bzw. Schwingungsweisen umfaßt oder ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß sie eine Einrich­ tung (18) zum automatischen Erzeugen eines Eingangssignals des zweiten Niveaus beim Erzeugen eines Eisvorhandensein- Anzeigesignals umfaßt.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zuführungs­ einrichtung (18) kontinuierlich und automatisch periodi­ sche Impulse des ersten Niveaus liefert und beim Erzeugen des erwähnten Anzeigesignals mit der Zuführung von Impulsen des ersten Niveaus aufhört und eine Mehrzahl von Impulsen mit dem zweiten Niveau liefert.

13. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Entfernungseinrichtung eine Pneumatikschutzkappe, -haube, -abdeckung o.dgl. um­ faßt, die an der Oberfläche (22) angebracht ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Entfernungs­ einrichtung (20), die Fühl- bzw. Detektionseinrichtung (28; 54) und die Erzeugungseinrichtung (18) innenseitig von der Oberfläche (22), insbesondere auf dem Inneren oder der In­ nenseite der Oberfläche (22), angeordnet sind.

15. Einrichtung zum Fühlen bzw. Detektieren des Vorhan­ denseins von Eis auf einer strukturellen Oberfläche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung folgendes umfaßt:
eine Einrichtung (20) zum Ausüben einer Kraft auf die Ober­ fläche (22);
eine Einrichtung (28; 54) zum Fühlen bzw. Detektieren des Ansprechens der Oberfläche (22) auf die Kraft; und
eine Einrichtung (30) zum Erzeugen eines Eisvorhandensein- Anzeigesignals, wenn das Fühl- bzw. Detektionsansprechen ein vorbestimmtes Bezugsniveau erreicht, so daß dadurch das Vorhandensein von Eis angezeigt wird.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kraftausübungseinrichtung ein Solenoid (20) umfaßt oder ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühl- bzw. Detek­ tionseinrichtung einen Beschleunigungsmesser (28) umfaßt oder ein Beschleunigungsmesser (28) ist.

18. Einrichtung zum Detektieren des Vorhandenseins von Eis auf der Oberfläche eines Fahrzeugs, insbesondere eines Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugs, das mit einem Elektro­ impulsenteisungssystem ausgerüstet ist, wobei dieses Sy­ stem ein Solenoid aufweist, das in der Nähe der Oberfläche angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung folgendes umfaßt:
eine Einrichtung (18) zum selektiven Zuführen von Stromim­ pulsen eines ersten und zweiten Niveaus zu dem Solenoid (20), wobei das erste Niveau geringer als das zweite Niveau ist;
eine Einrichtung (28; 54) zum Fühlen bzw. Detektieren eines Parameters, der eine Funktion der Stromimpulse und des Vor­ handenseins von Eis ist; und
eine Einrichtung (30) zum Erzeugen eines Eisvorhandensein- Anzeigesignals, wenn der gefühlte bzw. detektierte parame­ ter ein vorbestimmtes Bezugsniveau erreicht.

19. Verfahren zum Fühlen bzw. Detektieren von Eis auf einer strukturellen Oberfläche, die mit einer Einrichtung zur Entfernung von Eis von dieser Oberfläche bei Anlegen eines Eingangssignals ausgerüstet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:
Anlegen des Eingangssignals an die Einrichtung (20);
Fühlen bzw. Detektieren eines Parameters, der eine Funk­ tion des Eingangssignals und des Vorhandenseins von Eis ist; und
Erzeugen eines Eisvorhandensein-Anzeigesignals, wenn der gefühlte bzw. detektierte Parameter ein vorbestimmtes Ni­ veau erreicht, so daß dadurch das Vorhandensein von Eis angezeigt bzw. angegeben wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
der Verfahrensschritt des Anlegens des Eingangssignals den Verfahrensschritt des Anlegens des Eingangssignals an die Einrichtung (20) mit bzw. bei einem ersten Niveau umfaßt; und
die Einrichtung (20) zum Entfernen von Eis dahingehend wirk­ sam ist, daß sie Eis beim Anlegen des Eingangssignals mit einem zweiten Niveau, welches größer als das erste Niveau ist, entfernt.

21. Verfahren zum Fühlen bzw. Detektieren des Vorhanden­ seins von Eis auf einer strukturellen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die fol­ genden Verfahrensschritte umfaßt:
Ausüben einer Kraft auf die Oberfläche (22);
Fühlen bzw. Detektieren des Ansprechens der Oberfläche (22) auf die Kraft; und
Erzeugen eines Eisvorhandensein-Anzeigesignals, wenn das Fühl- bzw. Detektionsansprechen ein vorbestimmtes Bezugs­ niveau erreicht, so daß dadurch das Vorhandensein von Eis angezeigt bzw. angegeben wird.