DE60317573T2

DE60317573T2 - Eisdetektor und verfahren

Info

Publication number: DE60317573T2
Application number: DE60317573T
Authority: DE
Inventors: Aristedis Anthony Rese IKIADES; David John Aerospa ARMSTRONG; George Graham Aeros HARE; Mary Research and Technologies Hella KONSTANTAKI
Original assignee: Aerospace Composite Technologies Ltd
Current assignee: GKN Aerospace Services Ltd
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2023-06-18
Also published as: EP1633626B1; WO2004110865A1; AU2003244800A1; DE60317573D1; EP1633626A1; ES2302932T3; US20070080789A1; US7586419B2; ATE378255T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Erfassung und Überwachung von Eisbildung und insbesondere aber nicht ausschließlich auf Flugzeugflächen.
Eisbildung auf Flugzeugflächen beeinflusst die aerodynamischen Leistungs- und Betriebsbedingungen eines Flugzeugs und kann abhängig von der Fläche, auf der sich Eis bildet, verschiedene Korrekturmaßnahmen des Piloten erfordern. Die derzeitige Methodik zur Eiserfassung beruht üblicherweise auf einem indirekten Verfahren, das normalerweise auf der Außenlufttemperatur und der Luftfeuchtigkeit basiert. Wenn ein vorbestimmter Schwellenwert erreicht ist, wird unabhängig davon, ob sich auf kritischen Flächen Eis bildet oder nicht, das Eisschutzsystem aktiviert. Dieses Verfahren ist für ein Eisschutzsystem nicht rentabel oder effizient genug.
Bekannte Eissensoranlagen können die Anwesenheit und einige die Dicke von Eis feststellen, jedoch ist es sehr problematisch, diese Anlagen in ein Verteilernetz zu integrieren. Des Weiteren zeigen die bekannten Eiserfassungsanlagen nicht den Typ (oder die Härte) der Eisbildung an, was einen merklichen Einfluss auf die aerodynamische Leistung eines Flugzeugs hat.
Das US-Patent mit der Seriennummer 5484121 beschreibt ein System zur Eiserfassung auf den Außenflächen eines Flugzeugs, bei dem mehrere Sensoren bündig in die äußere Hülle des Flugzeugs eingelassen sind.
Das US-Patent mit der Seriennummer 5748091 beschreibt Vorrichtungen zur Bestimmung der Dicke einer Eisschicht auf einer Flugzeugfläche, wobei ein Alarm erzeugt wird, wenn die erfasste Dicke einen vorherbestimmten Wert überschreitet.
Die vorliegende Erfindung mochte eine alternative Eiserfassungsvorrichtung bzw -verfahren bereitstellen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erfassung von Eisbildung bereitgestellt, die einen Sender (10) für elektromagnetische Strahlung und eine Anordnung von Sensoren (3, 4, 5, 6, 7, 8) aufweist, wobei der Sender zwischen der Anordnung von Sensoren lokalisiert ist und zumindest einige der Sensoren mit unterschiedlichen Abständen vom Sender lokalisiert sind und im Gebrauch die Sensoren diffuse Strahlung erfassen, die von der Strahlung herrührt, die von dem Sender emittiert und durch eine Schicht von gebildetem Eis gestreut und/oder reflektiert wird, und wobei die Vorrichtung weiterhin aufweist eine Datenverarbeitungseinrichtung, die konfiguriert ist, um Signale von den Sensoren zu verarbeiten, um den Typ des gebildeten Eises zu bestimmen.
Die Sensoren sind vorzugsweise im Wesentlichen symmetrisch um den Sender angeordnet.
Die Anordnung von Sensoren weist vorzugsweise erste und zweite Sensorensätze auf, die angeordnet sind, um entsprechenden Pfaden, die im Allgemeinen vom Sender wegführen, zu folgen.
Die Sätze von Sensoren sind vorzugsweise jeweils linear angeordnet. Alternativ können die Sätze von Sensoren so angeordnet sein, dass sie jeweils gekrümmten Pfaden folgen, die (spiegel)symmetrisch um den Sender angeordnet sind.
Die Vorrichtung kann dritte und vierte Sätze von Sensoren aufweisen, die angeordnet sind, um (im Allgemeinen gegenüberliegenden) jeweiligen Pfaden, die im Allgemeinen vom Sender wegführen, zu folgen. Die ersten und zweiten Sätze von Sensoren und die dritten und vierten Sätze von Sensoren bilden zusammen eine im Wesentlichen kreuzförmige Anordnung von Sensoren um den Sender.
Die Anordnung von Sensoren kann asymmetrisch um den Sender sein.
Der Sender muss nicht notwendigerweise in der geometrischen Mitte der Anordnung von Sensoren angeordnet sein.
Die Datenverarbeitungseinrichtung weist vorzugsweise Vergleichseinrichtungen auf, wobei diese konfiguriert sind, um die erfasste Intensität der diffusen Strahlung mit einem vorbestimmten Wert zu vergleichen, um zu bestimmen, ob der Wert der erfassten Intensität oberhalb des vorbestimmten Wertes liegt, um der Datenverarbeitungseinrichtung zu ermöglichen, den Typ des gebildeten Eises zu bestimmen.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Überwachung von Eisbildung bereitgestellt, dass das Senden eines elektromagnetischen Strahlungssignals von einem Sender, das Erfassen der diffusen Strahlung, die Strahlung aufweist, die von einer Schicht des angewachsenen Eises gestreut und/oder reflektiert wird aufweist, wobei die Erfassung der gestreuten Strahlung durch eine Sensoranordnung (3, 4, 5, 6, 7, 8) bewirkt wird, wobei zumindest einige der Sensoren von dem Sender unterschiedlich beabstandet sind, und das Verfahren weiterhin aufweist, das Vergleichen der erfassten Intensität der diffusen Strahlung bei einem bestimmten Abstand vom Sender mit einem entsprechenden vorbestimmten Wert, um den Typ des gebildeten Eises zu bestimmen.
Das Verfahren weist vorzugsweise das Feststellen der Eisdicke auf, die sich auf einer Flugzeugfläche gebildet hat.
Das Verfahren weist vorzugsweise das Feststellen des Eistyps auf, der sich auf der Flugzeugfläche gebildet hat.
Das Verfahren weist wünschenswerterweise das Vergleichen der erfassten räumlichen Aufteilung der Intensität der diffusen Strahlung mit gespeicherten Daten auf, die die räumliche Aufteilung der Intensität der diffusen Strahlung im Eis für die verschiedenen Eistypen vertritt.
Es werden nun verschiedene Ausführungsformen der Erfindung nur beispielhaft in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Darstellung einer Eiserfassungsvorrichtung für ein Flugzeug ist,
2 eine schematische Darstellung eines Teils der in 1 gezeigten Eiserfassungsvorrichtung ist, die reflektiertes und gestreutes Licht von einer gebildeten Eisschicht zeigt,
3 eine Querschnittansicht einer Flugzeugfläche ist, die mit einem eingelassenen Glasfaserkabel versehen ist,
4 eine schematische Draufsicht einer Anordnung von Sensoren ist, die diametral über einem zentralen Sender angeordnet sind,
5 eine schematische Draufsicht einer zweiten Anordnung von Sensoren ist, die kreuzförmig über einem zentralen Sender angeordnet sind,
6 eine schematische Draufsicht einer dritten Anordnung von Sensoren zeigt, die in verschiedenen Winkeln zu der Oberfläche des Flugzeugs angeordnet sind,
7 Intensitätskurven über der Sensorposition für verschiedene Eistypen zeigt,
8 Intensitätskurven über der Eisdicke für verschiedene Eistypen zeigt,
9 eine schematische Perspektivansicht eines Diodensenders und Sensorkopfs ist,
10 eine Draufsicht des Diodensenders und des in 9 gezeigten Sensorkopfs ist,
11 eine schematische Perspektivansicht eines Drehflüglerflügels und des dazugehörigen Materials ist, wobei der Flügel mit mehreren Sende- und Sensoranordnungen versehen ist,
12 eine schematische Darstellung der elektronischen Komponenten der Messdatensammler der in 1 gezeigten Eiserfassungsvorrichtung ist,
13 eine Nachschlagtabelle ist, die zeigt, wie die möglichen verschiedenen Ausgänge der Vergleicher mit den verschiedenen Eistypen übereinstimmen und
14 eine alternative Sender-/Sensorkonfiguration ist.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Überwachen der Eisbildung auf einer Tragfläche 9, dessen Vorrichtung einen Lichtsender 10 und die Sensoren 3, 4, 5, 6, 7 und 8 aufweist.
Wie in 3 ersichtlich, weist der Eisüberwachungsbereich 2 der Tragfläche 9 den Sender 10 auf, der in der Mitte gelegenes Glasfaserkabel und sechs Sensoren 3, 4, 5, 6, 7 und 8 aufweist, die durch einfache Glasfaserkabel bereitgestellt werden, die diametral um den Sender 10 angeordnet sind. Der Sender 10 und die Sensoren 3, 4, 5, 6, 7 und 8 werden in jeweiligen Löchern 16 aufgenommen, die in die Tragfläche 9 gebohrt sind. Der Sender und die Sensoren sind in die äußere Fläche 17 der Tragfläche 9 bündig eingelassen (d. h. sie verändern den Luftwiderstand nicht). Der Abstand zwischen den Längsachsen nebeneinanderliegender Sensoren und der Längsachse des Senders 10 und den Längsachsen der Sensoren 5 und 6 ist 1 mm. Der Sender 10 ist mit einer Strahlungsquelle 10' verbunden.
Die Vorrichtung 1 weist des Weiteren Außenlichtfilter 11 auf, die optische Signale von den Sensoren 3, 4, 5, 6, 7 und 8 erhalten. Die Signale von den Filtern werden dann von einer Diodenanordnung 12 empfangen, die die optischen Signale in elektrische Signale umwandelt. Der Ausgang der Diodenanordnung 12 wird dann in einen Messdatensammler 13 gespeist und der Ausgang des Messdatensammlers 13 in eine Steuereinheit 14.
Der Messdatensammler 13 ist konfiguriert, um die Eisdicke und den Eistyp zu bestimmen und um die Struktur dieser Einheit besser zu verstehen, werden nun verschiedene Eistypen beschrieben.
Glatteis bzw. Klareis ist wie der Name schon sagt optisch durchsichtig und streut sehr wenig Licht.
Raueis ist optisch lichtundurchlässig und es wird Luft im Volumen des Eises verschlossen, was zu mikrostreuenden Mittelpunkten führt. Folglich streut Raueis Licht viel weiter von einer Quelle als Glatteis.
Mischphaseneis, wie der Name schon sagt, ist etwas zwischen den vorherigen Typen, die Streumenge hängt vom Anteil an Glatteis und Raueis ab.
Wenn das Raueis wächst und das Eis dünn ist, sind die überwiegenden Beiträge zu dem optischen Signal, das von den Fasern erfasst wird, auf Licht zurückzuführen, das von Luft gestreut wird, die in der Eisschicht verschlossen ist, was ein schnell starker werdendes Signal auslöst. Wenn das Eis jedoch dicker wird und die Eis-Luft-Grenzfläche von den Fasern zurückweicht, geht der optische Beitrag an Licht, das von der Eis-Luft-Grenzfläche gestreut wird, auch zurück und das Streuen vom Haupteisvolumen wird wichtiger. Dies zieht eine niedrigere Intensitätszuwachsrate der Eisdicke nach sich. Bei Raueis weisen alle Fasern auf beiden Seiten der Lichtquelle ähnliche Verhalten auf, jedoch bei niedrigerer Signalstärke (mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle) aufgrund der regulären optischen Diffusion.
Bei Glatteis, das transparent ist und aufgrund der Aerodynamik der Tragfläche eine sehr irreguläre Struktur mit spitz zulaufenden Eis-Luft-Grenzflächen und Mikrorissen hat, wird Licht zufällig reflektiert oder daraus gestreut. Folglich ist bei dünnem Eis der größte Beitrag zu dem optischen Signal, das von den Fasern erfasst wird, auf die zufälligen Reflektionen und Streuungen von den Volumen- und Oberflächenunregelmäßigkeiten zurückzuführen. Wenn das Eis jedoch dicker wird, können die Oberflächenunregelmäßigkeiten möglicherweise zu dem optischen Signal beitragen, da das Eis größtenteils transparent ist, doch diese Beiträge sind zufällig und das Streuen der Eisvolumenmikrorisse überwiegen. Die charakteristische optische Signatur, die von den Glasfaserkabeln während des Eiswachstums dieses Eistyps erfasst wird, weist eine allgemeine Zunahme des optischen Signals mit der Eisdicke mit großen Schwankungen auf, die mit der zufälligen Streuung an den Eis-Luft-Grenzflächen zusammenhängt.
7 zeigt drei Kurven 90a, 90b und 90c, die die erfasste Intensität gegenüber der Sensorposition zeigen. Die Kurve 90a zeigt die ,räumliche Signatur' von Glatteis, die Kurve 90b zeigt die ,räumliche Signatur' von Mischphaseneis und die Kurve 90c zeigt die ,räumliche Signatur' von Raueis.
8 zeigt eine Familie von Kurven 91a, 91b, 91c und 91d der durchschnittlich erfassten Intensität (gemessen von einem bestimmten Abstand von dem Sender) gegenüber der Dicke. Die Kurve 91d stellt Raueis dar und die Kurve 91a stellt Glatteis dar. Die Kurven 91b und 91c stellen Mischphaseneistypen dar, wobei die Kurve 91c Eis darstellt, die mehr Raueis enthalten als das Eis, das durch die Kurve 91b dargestellt ist.
Der Messdatensammler 13 ist in 12 genauer gezeigt. Der Sammler 13 weist drei Vergleicher COMP1, COMP2 und COMP3, eine logische Anordnung 100, einen Analog-Digital-Wandler 95, einen Speicherplan 96 und einen Digital-Analog-Wandler 97 auf.
Ein Eingang von jedem der Vergleicher COMP1, COMP2 und COMP3 ist jeweils mit den Ausgängen von Operationsverstärkern OPAMP1, OPAMP2 und OPAMP3 verbunden. Die Operationsverstärker OPAMP1, OPAMP2 und OPAMP3 sind jeweils mit Feedbackresistoren R1, R2 und R3 und Eingangsresistoren R10 und R11, R12 und R13, und R14 und R15 versehen. Die Eingangsresistoren sind mit den Photodioden PD1, PD2, PD4, PD5 und PD6 verbunden, die jeweils Signale von den jeweiligen optischen Fasern von jedem der Sensoren 5, 6, 4, 7, 3 und 8 empfangen. Der Operationsverstärker OPAMP1 erhält Input von PD1 und PD2, der Operationsverstarker OPAMP2 erhält Input von PD3 und PD4 und der Operationsverstärker OPAMP3 erhält Input von PD5 und PD6.
Die Ausgänge der Vergleicher COMP1, COMP2 und COMP3 sind mit einer logischen Anordnung 100 verbunden, die zwei Exklusiv-ODER-Gatter 101 und 102 und zwei UND-Gatter 103 und 104 aufweisen.
Der 8 Bit-Analog-Digital-Wandler 95 erhält Input von OPAMP1 und der Ausgang des Wandlers 95 ist wie der Ausgang der logischen Anordnung 100 mit dem Speicherplan 96 verbunden. Im Speicherplan 96 sind Nachschlagtabellen gespeichert, die erfasste Intensitätswerte und entsprechende Eisdickenwerte für verschiedene Eistypen darstellen, während sie von den Sensoren 5 und 6 (d. h. die Sensoren, die dem Sender 10 am nahsten sind) erfasst werden. Diese Werte in den Nachschlagtabellen basieren auf den verschiedenen Kurven, die in 8 gezeigt sind.
Der Ausgang des Speicherplans 96 ist der Input eines Digital-Analog-Wandlers 97, der einen Output 98 erzeugt.
Im Betrieb arbeitet die Vorrichtung 1 wie folgt. Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 500 nm und 1300 nm wird von der Lichtquelle 11 erzeugt und vom distalen Ende des Senders 10 emittiert, der so angeordnet ist, dass er im Wesentlichen mit der Außenfläche 17 der Tragfläche 9 auf einer Ebene ist. Das vom Sender 10 ausgesendete Licht wird im Allgemeinen von der Außenfläche 17 nach außen geleitet. Wie man in 2 am Besten sehen kann, tritt Licht in eine Eisschicht 15 ein, die sich auf der Tragfläche 9 gebildet hat, wobei ein Teil des Lichts zur Tragfläche am Rand 20 zwischen dem gebildeten Eis und der Luft 21 zurückreflektiert wird. Ein Teil des e mittierten Lichts wird von der Eisschicht 15 zur Tragfläche 9 zurückgestreut. Diese diffuse Strahlung, die das reflektierte und gestreute Licht umfasst, wird von den eingelassenen distalen Enden der Sensoren 3, 4, 5, 6, 7 und 8 erfasst.
Die Signale von den Photodioden PD1, PD2, PD3, PD4, PD5 und PD6 werden von den Operationsverstärkern OPAMP1, OPAMP2 und OPAMP3 verstärkt, deren Ausgänge die Eingänge der jeweiligen Vergleicher sind. In 12 ist ein Eingang jeden Vergleichers COMP1, COMP2 und COMP3 auf einer Schwellenspannung gehalten. Insbesondere wird ein Eingang von COMP1 auf einer Schwellenspannung gehalten, die von R4 und R5 bestimmt wird, ein Eingang von COMP2 wird von R6 und R7 auf einer Schwellenspannung gehalten und ein Eingang von COMP3 wird auf einer Spannung gehalten, die von R8 und R9 bestimmt wird. Die jeweiligen Schwellenspannungen werden in Übereinstimmung mit den Daten aus 7 bestimmt. Wenn ein (verstärktes) Signal von verbundenen Photodioden die Schwellenspannung übersteigt, gibt der Vergleicher eine ,1' aus, andernfalls gibt er eine ,0' aus. Die Ausgänge der Vergleicher sind Eingänge in die logische Anordnung 100, wobei die logische Anordnung so ausgestaltet ist, dass sie die in 13 gezeigte Nachschlagtabelle implementiert. So entsteht ein 2 Bit-Ausgang 99, der den Typ der gebildeten Eisschicht anzeigt. In der Nachschlagtabelle:

00 - kein Eis

01 - Glatteis

10 - Mischphaseneis

11 - Raueis
Geben die Vergleicher COMP3 und/oder COMP2 eine ,1' aus, zeigt dies ein breiteres Streuen an.
Die Dicke der gebildeten Eisschicht 15 wird auf folgende Weise bestimmt. In 12 ist ersichtlich, dass der Ausgang von OPAMP1 in den Analog-Digital-Konverter 95 gespeist wird. Dieses Signal stellt eine nicht-lineare Messung der Eisdicke bereit. Da der Eistyp bestimmt wurde und vom Ausgang 99 ausgegeben wurde, kann die passende Nachschlagtabelle, die im Speicherplan 96 gespeichert ist, ausgewählt werden. Schließlich ist es dann einfach, in der passenden Nachschlagtabelle den erfassten Intensitätswertinput vom Wandler 95 zu finden und den entsprechenden Eisdickenwert abzulesen. Der Wandler 97 wandelt dann diesen Wert in ein Analogsignal 98 um.
Signale vom Messdatensammler 13 werden dann in die Steuereinheit 14 gespeist. Die Steuereinheit verwendet die Signale vom Messdatensammler 13, um Kraft für das Flugzeug-Eisschutzsystem (IPS) aufzubringen.
Wie das IPS ausgestaltet ist, hängt von der Anwendung der Sensoren ab. Bei einem einzigen Sensorsystem wird die Steuereinheit einen Algorithmus anwenden, um die erforderliche Enteisungssequenz aufgrund der aktuellen Bedingungen zu bestimmten. Andererseits kann ein Mehrfach-Sensorsystem die Enteisungssequenz abhängig von dem speziellen Eis anwenden, das sich an diesem Punkt auf dem Flugwerk/der Tragfläche gebildet hat.
Eine weitere vereinfachte Anwendung der Vorrichtung 1 wäre, eine ,Eis/Kein Eis'-Anzeige bereitzustellen. Dies wäre für Piloten kleinerer allgemeiner Luftfahrtflugzeuge ohne angepasste Eisschutzsysteme nützlich, um einen Strömungsabriss an den Tragflächen oder dem Rumpfende des Flugzeugs aufgrund von Eisbildung zu erkennen.
In 11 ist ein Helikopterflügel 25 gezeigt, der mit Sender/Sensor-Anordnungen 26, 27, 28, 29 und 30 versehen ist, die so angeordnet sind, dass sie Eisbildung entlang der Länge der Vorderkante 31 des Flügels 25 überwachen.
Jede Sender/Sensor-Anordnung weist einen zentralen Sender (in den Zeichnungen nicht aufgeführt) in Form eines Glasfaserkabels auf, das zwei diametral gegenüberliegene Sensoren (in den Zeichnungen nicht aufgeführt), die auch von Glasfaserkabeln bereitgestellt werden, zwischenschaltet. Jede Sender/Sensor-Anordnung ist so angeordnet, dass sie einen einzelnen Bereich des Flügels 25 überwacht. Die Glasfaserkabel, die typischerweise in den Flügel eingebaut sind, sind so angeordnet, dass sie an das Innenende des Flügels 25 führen, um die Elektronik 32 vorzuverstärken und zu verbinden. Eine Verbindung 33 weist einen optischen Kontaktring auf, der ermöglicht, dass die erfassten Daten von dem rotierenden Flügel 25 in das Tragwerk des Flugzeugs gelangen. Das Flugzeug beinhaltet dann ein optisches Modul 34 und Computer- und Steuerelektronik 35.
Diese ,Verteilerstruktur ermöglicht die Verwendung mehrerer Eisschutztechnologien an ein und demselben Flugzeug in verschiedenen Bereichen.
Es gibt zahlreiche andere Möglichkeiten, in denen die Erfindung verkörpert sein kann. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sender und Sensoren als wesentliche Einheit in Form eines Sender/Sensor-Kopfs bereitgestellt, die durch eine ausreichend große Vertiefung an einem Flugzeug angebracht sein können. Signale würden zu der entfernt lokalisierten Datenverarbeitungseinrichtung zurückgeleitet werden.
In noch einer anderen Ausführungsform, die schematisch in den 9 und 10 gezeigt ist, kann ein Sender/Sensor-Kopf eine Anordnung von Photodioden (die als Sensoren dienen) 41 und 50 und eine zentrale Licht emittierende Diode 40 aufweisen.
In 5 ist eine alternative Sender/Sensor-Anordnung 70 gezeigt, in der Glasfaserkabel 73 in zwei Sätzen von Sensoren angeordnet sind, eins auf jeder Seite eines Licht emittierenden Glasfaserkabels 72, und die Glasfaserkabel 71 sind in zwei ähnlichen Sätzen um das Kabel 72 angeordnet, jedoch im Wesentlichen 90° relativ dazu. Es versteht sich, dass die mittigen Abstände zwischen den angrenzenden Kabeln 71 und den angrenzenden Kabeln 73 nicht notwendigerweise die Gleichen sein müssen, deshalb
X₁ = oder ≠ x₂ = oder ≠ x_n und
V₁ = oder ≠ y₂ = oder ≠ y_n
Diese kreuzförmige Anordnung vergrößert nicht nur den Erfassungsbereich, sondern stellt auch einen Redundanzgrad in der Anordnung bereit.
6 zeigt, dass die Sender- und/oder Sensorkabel 80 und 81 sich nicht zwangsläufig im Wesentlichen senkrecht zur Außenfläche des Flugzeugs erstrecken müssen und darüber hinaus θ₁ = oder ≠ θ_n oder ≠ ∅.
Der Abstand zwischen den Mitten nebeneinander liegender Glasfasern könnten üblicherweise z. B. im Bereich zwischen 40 μm und 5 mm liegen.
14 zeigt eine alternative Sender/Sensor-Anordnung, die einen Sender 110 und eine Mehrzahl von Sensoren 111 aufweist. Die Sensoren 111 sind in einem im Wesentlichen spiralförmigen Pfad (gezeigt durch die gestrichelte Linie 112) um den dazwischen liegenden Sender 110 angeordnet und demzufolge sind die Sensoren in stufenweise größeren Abständen von dem Sender 110 lokalisiert.
In einer alternativen Ausführungsform wird der Output des Vergleichers COMP3 als eine Eistypanzeige verwendet und ist direkt mit der Steuereinheit 14 verbunden. Wenn der Ausgang des Vergleichers COMP3 eine ,1' ausgibt, ist Raueis vorhanden. Wenn jedoch eine ,0' ausgegeben wird, ist entweder kein Eis, Glatteis oder Mischphaseneis vorhanden. Obwohl eine derartige Ausführungsform weniger aufschlussreich als die in 12 gezeigte Ausführungsform ist, kann sie dennoch Verwendung in bestimmten Anwendungen finden.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist eine Vergleichseinrichtung ausgestaltet, um eine ,1' auszugeben, wenn die jeweiligen Eingangssignale, die die erfassten Intensitäten diffuser Strahlung darstellen, innerhalb jeweiliger bestimmter vorbestimmter Wertbereiche sind; andernfalls wird eine ,0' ausgegeben.

Claims

Vorrichtung zur Erfassung der Eisbildung, die einen Sender (10) für elektromagnetische Strahlung und eine Anordnung von Sensoren (3, 4, 5, 6, 7, 8) aufweist, wobei der Sender zwischen der Anordnung von Sensoren lokalisiert ist und zumindest einige der Sensoren mit unterschiedlichen Abständen vom Sender lokalisiert sind und im Gebrauch die Sensoren diffuse Strahlung erfassen, die von der Strahlung herrührt, die von dem Sender emittiert und durch eine Schicht von gebildetem Eis gestreut und/oder reflektiert wird, und wobei die Vorrichtung weiterhin aufweist eine Datenverarbeitungseinrichtung, die konfiguriert ist, um Signale von den Sensoren zu verarbeiten, um den Typ des gebildeten Eises zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Sensoren (3, 4, 5, 6, 7, 8) im wesentlichen symmetrisch um den Sender (10) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Anordnung von Sensoren (3, 4, 5, 6, 7, 8) einen ersten Satz von Sensoren (3, 4, 5) und einen zweiten Satz (6, 7, 8) von Sensoren aufweist, wobei der erste und zweite Satz von Sensoren angeordnet sind, um entsprechenden Pfaden, die im allgemeinen vom Sender (10) wegführen, zu folgen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Sätze von Sensoren (3, 4, 5, 6, 7, 8) in entsprechenden radialen Pfaden angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Anordnung von Sensoren weiterhin einen dritten (71) und einen vierten (71) Satz von Sensoren aufweist, wobei der erste, zweite, dritte und vierte Satz von Sensoren zusammen eine im wesentlichen kreuzförmige Anordnung von Sensoren um den Sender (10) bilden.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Anordnung von Sensoren (3, 4, 5, 6, 7, 8) im wesentlichen bündig mit einer Oberfläche (17), in der die Anordnung montiert ist, abschließt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, die eine Vorrichtung für das Erfassen der Eisbildung (15) auf der Oberfläche (9, 17) eines Flugzeuges ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Datenverarbeitungseinrchtung (13) eine Vergleichseinrichtung (COMP1, COMP2, COMP3) aufweist, wobei die Vergleichseinrichtung konfiguriert ist, um die erfaßte Intensität der diffusen Strahlung mit einem vorbestimmten Wert zu vergleichen und zu bestimmen, ob der Wert der erfaßten Intensität der diffusen Strahlung über dem vorbestimmten Wert liegt, um somit der Datenverarbeitungseinrichtung zu ermöglichen, den Typ des gebildeten Eis zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Vergleichseinrichtung (COMP1, COMP2, COMP3) konfiguriert ist, um die erfaßte Intensität der diffusen Strahlung mit vorbestimmten Werten zu vergleichen und zu bestimmen, ob die Werte der erfaßten Intensität der diffusen Strahlung oberhalb der vorbestimmten Werte liegen, um der Datenverarbeitungseinrichtung zu ermöglichen, den Typ des gebildeten Eises zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Vergleichseinrichtung (COMP1, COMP2, COMP3) konfiguriert ist, um die erfaßte Intensität der diffusen Strahlung bei unterschiedlichen Abständen vom Sender (10) mit entsprechenden vorbestimmten Werten zu vergleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Vergleichseinrichtung (COMP1, COMP2, COMP3) mehrere Vergleicher aufweist, wobei jeder Vergleicher mit einem Signal versorgt ist, das repräsentativ für eine erfaßte Intensität der diffusen Strahlung bei einem jeweiligen Abstand von dem Sender (10) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der jeder Vergleicher (COMP1, COMP2, COMP3) konfiguriert ist, um eine empfangene, erfaßte Intensität von diffuser Strahlung mit einem jeweiligen Grenzwert zu vergleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Ausgaben der Vergleicher (COMP1, COMP2, COMP3) den Typ des gebildeten Eises anzeigen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Ausgänge der Vergleicher (COMP1, COMP2, COMP3) in eine logische Anordnung (100) eingegeben werden, wobei die logische Anordnung konfiguriert ist, so daß sie eine Binärzahl ausgibt, die den Typ des gebildeten Eises anzeigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, die einen Speicher (96) aufweist, der Nachschlagtabellen von erfaßten Intensitätswerten der diffusen Strahlung und entsprechende Eisdickenwerte für unterschiedliche Eistypen speichert.
Vorrichtung nach Anspruch 15, die konfiguriert ist, um eine Nachschlagtabelle in Antwort auf den bestimmten Eistyp auszuwählen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, die konfiguriert ist, um die Eisdicke zu bestimmen durch Lokalisieren eines Eisdickenwertes in der Nachschlagtabelle, der einer erfaßten Intensität der diffusen Strahlung entspricht.
Verfahren zur Überwachung der Eisbildung, daß das Senden eines elektromagnetischen Strahlungssignals von einem Sender (10), das Erfassen der diffusen Strahlung, die Strahlung aufweist, die von einer Schicht des angewachsenen Eises gestreut und/oder reflektiert wird aufweist, wobei die Erfassung der gestreuten Strahlung durch eine Sensoranordnung (3, 4, 5, 6, 7, 8) bewirkt wird, wobei zumindest einige der Sensoren von dem Sender unterschiedlich beabstandet sind, und das Verfahren weiterhin aufweist, das Vergleichen der erfaßten Intensität der diffusen Strahlung bei einem bestimmten Abstand vom Sender mit einem entsprechenden vorbestimmten Wert, um den Typ des gebildeten Eises zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 18, daß das Vergleichen der erfaßten Intensität der diffusen Strahlung bei unterschiedlichen Abständen vom Sender mit entsprechenden vorbestimmten Werten aufweist, um so den Typ des gebildeten Eises zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, daß das Bestimmen aufweist, ob die erfaßte Intensität der diffusen Strahlung bei einem bestimmten Abstand vom Sender über einem vorbestimmten Grenzwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 19, daß das Bestimmen des Typs von gebildetem Eis aufweist und zwar in Antwort darauf, welche Sensoren bei unterschiedlichen Abständen zum Sender gestreute und/oder reflektierte Intensität der diffusen Strahlung oberhalb entsprechenden vorbestimmten Grenzwerten erfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, daß das Auswählen einer Nachschlagtabelle von erfaßten Intensitätswerten der diffusen Strahlung und Eisdickenwerten in Antwort auf den festgelegten Eistyp aufweist.
Verfahren nach Anspruch 22, daß das Bestimmen der Eisdicke aufweist durch Lokalisieren eines Wertes der Eisdicke in der entsprechenden Nachschlagtabelle, die einer erfaßten Intensität der diffusen Strahlung bei einem bestimmten Abstand vom Sender (10) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 23, daß die Verwendung des Wertes der erfaßten Intensität der diffusen Strahlung aufweist, welche einer Sensorposition entspricht, die dem Sender (10) am nächsten ist, um die Eisdicke aus der Nachschlagtabelle zu bestimmen.