JPH03118297A - 氷検出装置及び方法 - Google Patents
氷検出装置及び方法Info
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- JPH03118297A JPH03118297A JP2184428A JP18442890A JPH03118297A JP H03118297 A JPH03118297 A JP H03118297A JP 2184428 A JP2184428 A JP 2184428A JP 18442890 A JP18442890 A JP 18442890A JP H03118297 A JPH03118297 A JP H03118297A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
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- G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
- F04D29/324—Blades
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/54—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using means specified in two or more of groups G01D5/02, G01D5/12, G01D5/26, G01D5/42, and G01D5/48
- G01D5/62—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using means specified in two or more of groups G01D5/02, G01D5/12, G01D5/26, G01D5/42, and G01D5/48 using wave or particle radiation means not covered by group G01D5/58
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
この発明は氷検出器、更に具体的に云えば、航空機９プ
ロペラに積重なった氷の場所及び厚さを決定する氷検出
器に関する。
ロペラに積重なった氷の場所及び厚さを決定する氷検出
器に関する。
航空機に用いる種々の形式の氷検出器が開発されている
。こう云う検出器は、ＮＡＳＡ契約報告書ＮＡＳ８−３
３８０Ｏｒミリ波無線計測を用いた氷／霜検出装置」に
記載されている様に、３５９５ＧＩＩｚの周波数帯を放
送して、反射波の周波数偏移に頼る無線計測装置を含む
。別の形式のミリ波検出がＮＡＳＡ契約報告書３５９８
ｒマイクロ汲水集積（着氷） ？！ｌ１１定器（ＭＩ
ＡＭＩ）の開発と試験」に記載されている。後で述べた
装置は、面に取付けた共振変換器を用い、その共振周波
数がそれに重なる氷層の厚さに比例して変化する。
。こう云う検出器は、ＮＡＳＡ契約報告書ＮＡＳ８−３
３８０Ｏｒミリ波無線計測を用いた氷／霜検出装置」に
記載されている様に、３５９５ＧＩＩｚの周波数帯を放
送して、反射波の周波数偏移に頼る無線計測装置を含む
。別の形式のミリ波検出がＮＡＳＡ契約報告書３５９８
ｒマイクロ汲水集積（着氷） ？！ｌ１１定器（ＭＩ
ＡＭＩ）の開発と試験」に記載されている。後で述べた
装置は、面に取付けた共振変換器を用い、その共振周波
数がそれに重なる氷層の厚さに比例して変化する。
マイクロコンピュータが変換器の共振周波数を監視して
、氷の厚さを連続的に表示する。この変換器は共振性導
波管と述べられている。ＮＡＳＡ刊行物８６３４６４７
９又はＮＡＳＡ−ＣＡＳＥ−ＬＡＲ−１３４０３−１ｒ
氷検出器」に記載されている別の氷検出器は、航空機構
造の空所に取付けられた温度計と組合せて１対の静電容
量計を用いている。温度計が、重なる水があれば、その
状態、即ち、固体か液体かを表示し、静電容量計が厚さ
を表示する。
、氷の厚さを連続的に表示する。この変換器は共振性導
波管と述べられている。ＮＡＳＡ刊行物８６３４６４７
９又はＮＡＳＡ−ＣＡＳＥ−ＬＡＲ−１３４０３−１ｒ
氷検出器」に記載されている別の氷検出器は、航空機構
造の空所に取付けられた温度計と組合せて１対の静電容
量計を用いている。温度計が、重なる水があれば、その
状態、即ち、固体か液体かを表示し、静電容量計が厚さ
を表示する。
上に引用した氷検出器は、代りの装置の研究が進められ
ている規模からも判る様に、十分満足し得るものではな
かった。例えば、無線計測では実質的に不動の面が必要
であると共に、観察すべき面を照射する大電力源とアン
テナが必要である。
ている規模からも判る様に、十分満足し得るものではな
かった。例えば、無線計測では実質的に不動の面が必要
であると共に、観察すべき面を照射する大電力源とアン
テナが必要である。
共振性導波管は侵入形装置であって、直結の電源を必要
とする。これは、構造的な完全さにとって重要でない面
では差支えがないかもしれないが、こう云う面が構造的
な完全さにとって不可欠である様な用途では、構造的な
完全さに有害な影響を与える惧れがある。同様に、静電
容量計及び温度計を使うには、面の中に立入ることが必
要であると共に、読出しの為に何等かの直接的な接続を
必要とする。この何れかの装置を航空機の高速で回転す
るプロペラに用いるには、解決することの出来ない問題
がある。
とする。これは、構造的な完全さにとって重要でない面
では差支えがないかもしれないが、こう云う面が構造的
な完全さにとって不可欠である様な用途では、構造的な
完全さに有害な影響を与える惧れがある。同様に、静電
容量計及び温度計を使うには、面の中に立入ることが必
要であると共に、読出しの為に何等かの直接的な接続を
必要とする。この何れかの装置を航空機の高速で回転す
るプロペラに用いるには、解決することの出来ない問題
がある。
発明の要約
この発明の１つの目的は、従来の上記並びにその他の欠
点を解決する氷検出装置を提供することである。
点を解決する氷検出装置を提供することである。
別の目的は、面の予定の場所にある液体又は固体状態に
ある水の厚さを決定する非侵入形の装置を提供すること
である。
ある水の厚さを決定する非侵入形の装置を提供すること
である。
別の目的は、氷の状態を判定する為に遠隔から照会する
ことの出来る様な、非侵入形の変換器を持つ氷検出装置
を提供することである。
ことの出来る様な、非侵入形の変換器を持つ氷検出装置
を提供することである。
別の目的は、航空機の高速で回転するプロペラに用いる
ことが出来る氷検出装置を提供することである。
ことが出来る氷検出装置を提供することである。
簡単に云うと、この発明の好ましい実施例では、面に屯
なる水の状態（即ち、固体又は液体）及び厚さを検出す
る氷検出装置が、面に沿った予定の場所に相隔たる腹数
個の、面に取付けられた共振回路を有する。各々の回路
は夫々の予め選ばれた共振周波数を持ち、それが固体状
態（即ち、氷）又は液体状態の何れであっても、これに
重なる水の厚さに応答して変化する。可変周波数発生手
段が発生する信号を、各々の回路の共振周波数の上下に
変えることが出来る。受信手段が各々の回路の共振周波
数に同調可能であって、各々の回路の共振周波数を確認
すると共に、各々の回路のＱを決定する手段を含む。確
認された共振周波数及び決定されたＱに応答する処理手
段が、各々の共振回路に重なる水の状態及び厚さを定め
る。
なる水の状態（即ち、固体又は液体）及び厚さを検出す
る氷検出装置が、面に沿った予定の場所に相隔たる腹数
個の、面に取付けられた共振回路を有する。各々の回路
は夫々の予め選ばれた共振周波数を持ち、それが固体状
態（即ち、氷）又は液体状態の何れであっても、これに
重なる水の厚さに応答して変化する。可変周波数発生手
段が発生する信号を、各々の回路の共振周波数の上下に
変えることが出来る。受信手段が各々の回路の共振周波
数に同調可能であって、各々の回路の共振周波数を確認
すると共に、各々の回路のＱを決定する手段を含む。確
認された共振周波数及び決定されたＱに応答する処理手
段が、各々の共振回路に重なる水の状態及び厚さを定め
る。
各々の共振回路は、相異なるやめ選ばれた共振周波数に
夫々同調して、この共振周波数から、共振回路の場所を
遠隔で確認することが出来る様にすることが好ましい。
夫々同調して、この共振周波数から、共振回路の場所を
遠隔で確認することが出来る様にすることが好ましい。
共振回路は薄い箔部材で構成されることが好ましい。各
々の部材には、受信した無線周波数（ＲＦ）信号によっ
て励振することの出来る様な、それ自身の独自の共振開
口が形成されている。薄膜共振回路をプロペラ羽根の表
面下の中間層に結合し、ポリウレタン被覆の様な非導電
の表面体：ｊＪ彼覆をそれに重ねることが出来る。
々の部材には、受信した無線周波数（ＲＦ）信号によっ
て励振することの出来る様な、それ自身の独自の共振開
口が形成されている。薄膜共振回路をプロペラ羽根の表
面下の中間層に結合し、ポリウレタン被覆の様な非導電
の表面体：ｊＪ彼覆をそれに重ねることが出来る。
可変周波数発生手段は、全ての同調回路の共振周波数に
及ぶ予定の周波数範囲にわたって可変に掃引することの
出来る高周波無線送信機で構成することが出来る。受信
手段を送信機のキーイングによって作動して、受信信号
を送信信号と相関させ、各々の共振回路の場所を確認す
ることが出来る。処理手段が、夫々の回路の共振周波数
とその回路のＱとから、各々の共振回路に重なる氷又は
液体の厚さを決定する。処理手段は、各々の共振回路に
重なる氷及び液体の相異なる厚さに対応する予定の共振
周波数及びＱの表を記憶したメモリを持つマイクロコン
ピュータを含むことが好ましい。各々の共振回路の検出
された共振周波数、及びその回路の、計算によって求め
たＱを相関させることにより、処理手段は、各々の共振
回路に重なる水の厚さ及び状態をルックアップ・テーブ
ルから決定することが出来る。
及ぶ予定の周波数範囲にわたって可変に掃引することの
出来る高周波無線送信機で構成することが出来る。受信
手段を送信機のキーイングによって作動して、受信信号
を送信信号と相関させ、各々の共振回路の場所を確認す
ることが出来る。処理手段が、夫々の回路の共振周波数
とその回路のＱとから、各々の共振回路に重なる氷又は
液体の厚さを決定する。処理手段は、各々の共振回路に
重なる氷及び液体の相異なる厚さに対応する予定の共振
周波数及びＱの表を記憶したメモリを持つマイクロコン
ピュータを含むことが好ましい。各々の共振回路の検出
された共振周波数、及びその回路の、計算によって求め
たＱを相関させることにより、処理手段は、各々の共振
回路に重なる水の厚さ及び状態をルックアップ・テーブ
ルから決定することが出来る。
この発明の新規と考えられる特徴は特許請求の範囲に具
体的に記載しであるが、この発明自体の構成、作用及び
その他の目的並びに利点は、以下図面について説明する
所から、最もよく理解されよう。
体的に記載しであるが、この発明自体の構成、作用及び
その他の目的並びに利点は、以下図面について説明する
所から、最もよく理解されよう。
発明の詳細な説明
第１図は無ダクト形ガスタービン・ファン・エンジン１
０の略図であり、１対の反対廻りのプロペラ１２．１４
がエンジンによって駆動されることを示している。各々
のプロペラ１２．１４は複数個のプロペラ羽根１６．１
８を有する。各々のプロペラ羽根に複数個の薄膜共振回
路２０が取付けられている。これらの回路は、図面を簡
単にする為、一方の羽根１６にだけ図式的に示されてい
るが、送信源２２から送信されたＲＦエネルギで励振す
ることが出来、或いは別の実施例では、誘導結合された
ＲＦ源２４によって付勢することが出来る。
０の略図であり、１対の反対廻りのプロペラ１２．１４
がエンジンによって駆動されることを示している。各々
のプロペラ１２．１４は複数個のプロペラ羽根１６．１
８を有する。各々のプロペラ羽根に複数個の薄膜共振回
路２０が取付けられている。これらの回路は、図面を簡
単にする為、一方の羽根１６にだけ図式的に示されてい
るが、送信源２２から送信されたＲＦエネルギで励振す
ることが出来、或いは別の実施例では、誘導結合された
ＲＦ源２４によって付勢することが出来る。
羽根に取付けられた１つの共振回路２０の詳細図が第２
図に示されている。各々の共振回路は犬の骨又は唖鈴形
の導電材料の薄い箔又は薄膜であることが好ましい。共
振回路の中心部分２６が１対の平行な導電箔素子で構成
され、静電容量Ｃを持ち、共振回路の各々の円形の端２
８はインダクタンスＬを持つ。こうして、相互接続され
た端２８及び相互接続している中心部分２６が、特性的
な共振周波数を持つＬＣ回路を形成する。その共振周波
数を変える様に、回路を同調させる為、回路の物理的な
寸法を変えることが出来る。好ましい実施例では、第１
図に示した各々のプロペラ羽根１６．１８の相異なる予
定の場所で互いに隔たる共振回路２０は、夫々１つの回
路がその回路に独自の共振周波数を持つ様な寸法になっ
ている。
図に示されている。各々の共振回路は犬の骨又は唖鈴形
の導電材料の薄い箔又は薄膜であることが好ましい。共
振回路の中心部分２６が１対の平行な導電箔素子で構成
され、静電容量Ｃを持ち、共振回路の各々の円形の端２
８はインダクタンスＬを持つ。こうして、相互接続され
た端２８及び相互接続している中心部分２６が、特性的
な共振周波数を持つＬＣ回路を形成する。その共振周波
数を変える様に、回路を同調させる為、回路の物理的な
寸法を変えることが出来る。好ましい実施例では、第１
図に示した各々のプロペラ羽根１６．１８の相異なる予
定の場所で互いに隔たる共振回路２０は、夫々１つの回
路がその回路に独自の共振周波数を持つ様な寸法になっ
ている。
この為、共振回路を羽根の予め選ばれた場所に結合又は
その他の形で接着して、受信した共振周波数を確認する
ことにより、任意の特定の１つの共振回路からの信号を
予め選ばれた場所と関連づけることか出来る。
その他の形で接着して、受信した共振周波数を確認する
ことにより、任意の特定の１つの共振回路からの信号を
予め選ばれた場所と関連づけることか出来る。
表Ｉ
共振周波数 ９ 状 態
７５ＭＨｚ ３２４ 氷又は水なし７３．９Ｍ
Ｈｚ ２８２ 〜０．０３２吋までの液体の水７４
．９ＭＨｚ ３４０ 〜０．０３２吋までの固体の
氷７３４Ｍ１ｌｚ ２５５ 〜０．２５吋までの液
体の水７４．８ＭＩＩｚ ３４０ 〜０．２５吋ま
での固体の木表Ｉは、重なる氷又は水の相異なる厚さ（
又は深さ）に応答して、１形式の同調共振回路の共振周
波数及びＱに起る変化を示している。この回路は最初は
７５ＭＩＩｚの共振周波数に同調して、その′Ｑは３２
４であった。回路が１／８吋の液体の水の層で覆われる
と、共振周波数が７３．９Ｍｔｌｚに変化し、回路のＱ
は２８２に下がった。水の厚さが１／４吋に増えると、
共振周波数は更に７３゜３ Ｍｌｌｚに下がり、Ｑは更
に２５５に下がった。回路が１／８吋の氷層（液体の水
ではなく）で覆われると、共振周波数は７４．９ＭＨｚ
に下がり、Ｑは３４０に増加した。氷の層が１／４吋の
場合、共振周波数は７４．８ＭＩＩｚに下がったが、Ｑ
は３４０で一定であった。この為、共振周波数とその周
波数での共振回路のＱとの組合せが、同調回路に重なる
水の状態、即ち、水が氷であるか液体であるかを表示す
ると共に、層の厚さを表示する。
Ｈｚ ２８２ 〜０．０３２吋までの液体の水７４
．９ＭＨｚ ３４０ 〜０．０３２吋までの固体の
氷７３４Ｍ１ｌｚ ２５５ 〜０．２５吋までの液
体の水７４．８ＭＩＩｚ ３４０ 〜０．２５吋ま
での固体の木表Ｉは、重なる氷又は水の相異なる厚さ（
又は深さ）に応答して、１形式の同調共振回路の共振周
波数及びＱに起る変化を示している。この回路は最初は
７５ＭＩＩｚの共振周波数に同調して、その′Ｑは３２
４であった。回路が１／８吋の液体の水の層で覆われる
と、共振周波数が７３．９Ｍｔｌｚに変化し、回路のＱ
は２８２に下がった。水の厚さが１／４吋に増えると、
共振周波数は更に７３゜３ Ｍｌｌｚに下がり、Ｑは更
に２５５に下がった。回路が１／８吋の氷層（液体の水
ではなく）で覆われると、共振周波数は７４．９ＭＨｚ
に下がり、Ｑは３４０に増加した。氷の層が１／４吋の
場合、共振周波数は７４．８ＭＩＩｚに下がったが、Ｑ
は３４０で一定であった。この為、共振周波数とその周
波数での共振回路のＱとの組合せが、同調回路に重なる
水の状態、即ち、水が氷であるか液体であるかを表示す
ると共に、層の厚さを表示する。
厚さの差が１／８吋でも、周波数の変化を検出すること
が出来る。
が出来る。
第３図は羽根の面に沿った位置Ａ−Ｆに分散した１（数
個の薄膜共振回路２０を持つ１個のプロペラ羽根１６を
示す。各々の回路２０は異なる寸法であって、独自の共
振周波数を持つ。即ち、その共振周波数は他の回路２０
のそれとは異なる。第１図に示す送信機２２が一定振幅
で可変周波数の信号を発生し、それが羽根１６上にある
各々の同調共振回路２０に照会する。又はそれを励振す
る。
個の薄膜共振回路２０を持つ１個のプロペラ羽根１６を
示す。各々の回路２０は異なる寸法であって、独自の共
振周波数を持つ。即ち、その共振周波数は他の回路２０
のそれとは異なる。第１図に示す送信機２２が一定振幅
で可変周波数の信号を発生し、それが羽根１６上にある
各々の同調共振回路２０に照会する。又はそれを励振す
る。
第４図は第１図に示した送信機２２からのＲＦ倍信号一
定の振幅と線形に増加する周波数とを示すグラフであり
、線２７は、送信機２２（第１図に示す）から送信され
たＲＦ倍信号励振周波数に応答して、各々の同調回路２
０によって発生される相関する共振信号のグラフである
。第３図の位置Ａ−Ｆにある各々の共振回路２０によっ
て発生される共振信号は、送信機２２からのＲＦパルス
の開始に対する発生時点によって区別することが出来る
。送信機の周波数がその開始から終了まで。
定の振幅と線形に増加する周波数とを示すグラフであり
、線２７は、送信機２２（第１図に示す）から送信され
たＲＦ倍信号励振周波数に応答して、各々の同調回路２
０によって発生される相関する共振信号のグラフである
。第３図の位置Ａ−Ｆにある各々の共振回路２０によっ
て発生される共振信号は、送信機２２からのＲＦパルス
の開始に対する発生時点によって区別することが出来る
。送信機の周波数がその開始から終了まで。
路線形に増加するから、共振周波数の時間的な分布は第
４図に示す様になる。送信された信号と、共振回路から
送り返された信号との時間的な相関。
４図に示す様になる。送信された信号と、共振回路から
送り返された信号との時間的な相関。
従って周波数の相関により、各々の共振回路２０の共振
周波数を容易に決定することが出来る。各々の相関受信
信号を周知の形で解析して、夫々１つの共振回路２０の
Ｑの７１ｐ１定値を求めることが出来る。表Ｉで示す様
に、このＱが、夫々１つの共振回路２０に盾なる水があ
れば、その水の状態と深さとの正確な表示になる。
周波数を容易に決定することが出来る。各々の相関受信
信号を周知の形で解析して、夫々１つの共振回路２０の
Ｑの７１ｐ１定値を求めることが出来る。表Ｉで示す様
に、このＱが、夫々１つの共振回路２０に盾なる水があ
れば、その水の状態と深さとの正確な表示になる。
第５図に示すこの発明の別の実施例では、ＲＦ励振源５
０が、変成器５１の巻線として示した誘導性結合装置を
介して、各々の同調回路２０に直接的に誘導結合されて
いる。この構成は放射されるＲＦ倍信号送信を必要とし
ないが、プロペラ羽根に隣接するエンジン１０のナセル
の回転部分（第１図に示す）に回転励振源を結合するこ
とを必要とする。この為には、回転する羽根に対してＲ
Ｆ電力を結合することを必要とする。ＲＦ電源はナセル
内の便利な場所に配置することが出来、回転する羽根の
ハブに隣接する誘導性結合装置（例えば変成器の１次巻
線）に電力を伝える適当な伝送線路を含む。羽根のハブ
に取付けられた対応する結合装置（例えば、変成器の２
次巻線）が誘導結合された電力を受取って、適当な導電
通路５２に沿って、羽根上にある種々の共振回路２０に
直接的に分配することが出来る。放射形の送信又は誘導
結合形の方法の何れに於ても、共振回路２０の動作は第
３図について述べた所と略同じである。
０が、変成器５１の巻線として示した誘導性結合装置を
介して、各々の同調回路２０に直接的に誘導結合されて
いる。この構成は放射されるＲＦ倍信号送信を必要とし
ないが、プロペラ羽根に隣接するエンジン１０のナセル
の回転部分（第１図に示す）に回転励振源を結合するこ
とを必要とする。この為には、回転する羽根に対してＲ
Ｆ電力を結合することを必要とする。ＲＦ電源はナセル
内の便利な場所に配置することが出来、回転する羽根の
ハブに隣接する誘導性結合装置（例えば変成器の１次巻
線）に電力を伝える適当な伝送線路を含む。羽根のハブ
に取付けられた対応する結合装置（例えば、変成器の２
次巻線）が誘導結合された電力を受取って、適当な導電
通路５２に沿って、羽根上にある種々の共振回路２０に
直接的に分配することが出来る。放射形の送信又は誘導
結合形の方法の何れに於ても、共振回路２０の動作は第
３図について述べた所と略同じである。
第６図はこの発明に用いることが出来る様な組合せ形の
ＲＦ発生器及び受信機を示す。ＲＦ発生器又は送信機が
、各々のプロペラ羽根にある共振回路を励振する。送信
機３０がパイロット信号発生器３２を含み、これが一定
周波数のパイロット信号を発生する。この信号を利用し
てプロペラ羽根がある位置に存在することを検出し、そ
れに固定された共振回路をアンテナ３４から送信された
ＲＦエネルギで励振することが出来る様にする。
ＲＦ発生器及び受信機を示す。ＲＦ発生器又は送信機が
、各々のプロペラ羽根にある共振回路を励振する。送信
機３０がパイロット信号発生器３２を含み、これが一定
周波数のパイロット信号を発生する。この信号を利用し
てプロペラ羽根がある位置に存在することを検出し、そ
れに固定された共振回路をアンテナ３４から送信された
ＲＦエネルギで励振することが出来る様にする。
この代りに、アンテナは第５図に示す様な変成器に置換
えることが出来る。受信機３６が、プロペラ羽根からの
反射エネルギ、又は羽根−Ｌの共振回路によって発生さ
れた復帰エネルギの何れかを受信する受信アンテナ３８
を含む。送信信号の場合と同じく、受信信号も誘導結合
することが出来る。
えることが出来る。受信機３６が、プロペラ羽根からの
反射エネルギ、又は羽根−Ｌの共振回路によって発生さ
れた復帰エネルギの何れかを受信する受信アンテナ３８
を含む。送信信号の場合と同じく、受信信号も誘導結合
することが出来る。
受信ｆｉ３６がパイロット信号の周波数に対応する反射
信号を検出した時、受信機が送信機３０にある可変周波
数又は掃引周波数信号発生器４０に対するトリガ信号を
発生する。その時、掃引周波数発生器４０が掃引周波数
信号を発生し、それが加算器３３でパイロット信号と加
算される。加算器３３からの出力信号がＲＦ増幅器４２
によって増幅され、アンテナ３４から送信される。信号
発生器４０からの掃引周波数信号が周波数２倍器４４を
介して受信機３６にも供給される。
信号を検出した時、受信機が送信機３０にある可変周波
数又は掃引周波数信号発生器４０に対するトリガ信号を
発生する。その時、掃引周波数発生器４０が掃引周波数
信号を発生し、それが加算器３３でパイロット信号と加
算される。加算器３３からの出力信号がＲＦ増幅器４２
によって増幅され、アンテナ３４から送信される。信号
発生器４０からの掃引周波数信号が周波数２倍器４４を
介して受信機３６にも供給される。
氷検出装置の望ましい特徴は、プロペラ羽根から反射さ
れた信号と種々の共振回路によって発生された信号とを
区別することが出来ることである。
れた信号と種々の共振回路によって発生された信号とを
区別することが出来ることである。
この特徴を達成する１つの方法は、共振回路が、掃引周
波数発生器４０からの励振周波数のある倍数で共振する
様に、共振回路を構成することである。共振回路を第７
図に示す形に変更することにより、２の倍数を達成する
ことが出来る。基本条件は、半導体ダイオードの様な非
線形回路素子に基本周波数の電圧を印加することである
。その時各々の共振回路に印加される電流は歪みの大き
い正弦であり、これは基本周波数の高調波としての一連
の電流に分解することが出来る。選ばれた高調波の電流
に対してかなりのインピーダンスを持つ様な回路構成に
なっていれば、その高調波の電圧が、放射又は伝送線路
の結合により、その高調波のエネルギを抽出することが
出来る位の振幅で発生される。第７図に示す様に、この
高調波電圧を発生する回路７０は、第２図に示した唖鈴
形又は大の骨形の共振回路２０であることが好ましい。
波数発生器４０からの励振周波数のある倍数で共振する
様に、共振回路を構成することである。共振回路を第７
図に示す形に変更することにより、２の倍数を達成する
ことが出来る。基本条件は、半導体ダイオードの様な非
線形回路素子に基本周波数の電圧を印加することである
。その時各々の共振回路に印加される電流は歪みの大き
い正弦であり、これは基本周波数の高調波としての一連
の電流に分解することが出来る。選ばれた高調波の電流
に対してかなりのインピーダンスを持つ様な回路構成に
なっていれば、その高調波の電圧が、放射又は伝送線路
の結合により、その高調波のエネルギを抽出することが
出来る位の振幅で発生される。第７図に示す様に、この
高調波電圧を発生する回路７０は、第２図に示した唖鈴
形又は大の骨形の共振回路２０であることが好ましい。
回路７０は、導電性の金属薄板の切抜き、例えば、配線
板の箔にエツチングした切抜き又はプロペラ羽根の金属
面に設けた切抜きとして作ることが好ましい。延長した
溝孔７２を設けるか又はエツチングして、組合せの切抜
きが、回路に印加された駆動信号の基本波及び第２高調
波の両方で共振する様にする。この様な二重モードの共
振器は周知である。第２高調波のエネルギを発生する為
、好ましくははりのリードを持つチップの形をした半導
体ダイオード７４を、最適のエネルギ変換が行なわれる
様な場所で、溝孔２２を横切る様に接続する。
板の箔にエツチングした切抜き又はプロペラ羽根の金属
面に設けた切抜きとして作ることが好ましい。延長した
溝孔７２を設けるか又はエツチングして、組合せの切抜
きが、回路に印加された駆動信号の基本波及び第２高調
波の両方で共振する様にする。この様な二重モードの共
振器は周知である。第２高調波のエネルギを発生する為
、好ましくははりのリードを持つチップの形をした半導
体ダイオード７４を、最適のエネルギ変換が行なわれる
様な場所で、溝孔２２を横切る様に接続する。
この為、第２高調波検出装置の構成は、羽根の表面に分
布した二重共振回路の配列を設け、共振周波数の分布は
、氷が出来た空間的な場所を確認出来る様にすると共に
、更に基本周波数信号の望ましくない反射を弁別するこ
とが出来る様にしである。
布した二重共振回路の配列を設け、共振周波数の分布は
、氷が出来た空間的な場所を確認出来る様にすると共に
、更に基本周波数信号の望ましくない反射を弁別するこ
とが出来る様にしである。
第６図に示した実施例では、送信機３０がプロペラ羽根
にある第７図に示した様な共振回路にＲＦエネルギを送
信すると同時に、掃引周波数の２倍の周波数である、周
波数２倍器４４からの信号を受信機３６に供給する。送
信信号は、信号発生器３２からのパイロット信号と信号
発生器４ｏからの掃引周波数信号との和である。パイロ
ット信号が受信機３６に供給され、送信機のアンテナ３
４と整合した時に、プロペラ羽根から反射された信号を
検出することが出来る様にする。周波数を２倍にした掃
引周波数信号が受信機３６に供給されることにより、プ
ロペラ羽根にある共振回路によって発生された２倍周波
数信号を検出することが出来る。
にある第７図に示した様な共振回路にＲＦエネルギを送
信すると同時に、掃引周波数の２倍の周波数である、周
波数２倍器４４からの信号を受信機３６に供給する。送
信信号は、信号発生器３２からのパイロット信号と信号
発生器４ｏからの掃引周波数信号との和である。パイロ
ット信号が受信機３６に供給され、送信機のアンテナ３
４と整合した時に、プロペラ羽根から反射された信号を
検出することが出来る様にする。周波数を２倍にした掃
引周波数信号が受信機３６に供給されることにより、プ
ロペラ羽根にある共振回路によって発生された２倍周波
数信号を検出することが出来る。
既知の周波数（予定の範囲内）並びに未知の位相を持つ
信号を検出して確認する為に種々の形式の受信機を用い
ることが出来るが、第６図にこの様な１形式の受信機を
示している。受信機３６のパイロット信号部分３６Ａ及
びその掃引周波数部分３６Ｂは節回−である。説明の便
宜上、各々の共振回路に供給される基本基準信号が、ω
Ｃを信号周波数、ｔを時間として、ｃｏｓ （ωｃｔ）
と云う表式で表わされると仮定する。（羽根から反射さ
れた又は共振回路によって発生された）受信信号は、θ
を未知の移相として、Ａ ｃｏｓ （ω。を十〇）と云
う表式で表わすことが出来る。別の基準信号ｓｉｎ （
ωｃｔ）が、移相器４６で基本基準信号を一９０″だけ
移相することによって発生される。
信号を検出して確認する為に種々の形式の受信機を用い
ることが出来るが、第６図にこの様な１形式の受信機を
示している。受信機３６のパイロット信号部分３６Ａ及
びその掃引周波数部分３６Ｂは節回−である。説明の便
宜上、各々の共振回路に供給される基本基準信号が、ω
Ｃを信号周波数、ｔを時間として、ｃｏｓ （ωｃｔ）
と云う表式で表わされると仮定する。（羽根から反射さ
れた又は共振回路によって発生された）受信信号は、θ
を未知の移相として、Ａ ｃｏｓ （ω。を十〇）と云
う表式で表わすことが出来る。別の基準信号ｓｉｎ （
ωｃｔ）が、移相器４６で基本基準信号を一９０″だけ
移相することによって発生される。
受信信号Ａ ｃｏｓ （ωｃｔ十〇）に乗算器４８でｃ
ｏｓ （ωｃｔ）を乗すると共に、乗算器５０でｓｌｎ
（ωｃｔ）を乗じて、周波数の和及び周波数の差の成
分を持つ夫々の信号を発生する。こうして得られる各々
の信号が対応する低域フィルタ５２．５４に結合される
。これらのフィルタは周波数の和の成分を抜取って、１
／ ２ （Ａ ｃｏｓθ）及び１ ／ ２ （Ａ ｓ
ｉｎθ）だけを残す。この各々の信号が夫々の乗算器５
６．５８で自乗され、信号（１／２Ａ＞２ ｃｏｓ２θ
及び（１／２Ａ）２ｓｉｎ２θを発生する。これらの信
号を加算器６０で加算することにより、信号（１／２Ａ
）２が発生されるが、これは受信信号のエネルギを表わ
す信号にある倍率を掛けたものである。
ｏｓ （ωｃｔ）を乗すると共に、乗算器５０でｓｌｎ
（ωｃｔ）を乗じて、周波数の和及び周波数の差の成
分を持つ夫々の信号を発生する。こうして得られる各々
の信号が対応する低域フィルタ５２．５４に結合される
。これらのフィルタは周波数の和の成分を抜取って、１
／ ２ （Ａ ｃｏｓθ）及び１ ／ ２ （Ａ ｓ
ｉｎθ）だけを残す。この各々の信号が夫々の乗算器５
６．５８で自乗され、信号（１／２Ａ＞２ ｃｏｓ２θ
及び（１／２Ａ）２ｓｉｎ２θを発生する。これらの信
号を加算器６０で加算することにより、信号（１／２Ａ
）２が発生されるが、これは受信信号のエネルギを表わ
す信号にある倍率を掛けたものである。
プロセッサ６２が加算器６０の出力信号を受取る様に結
合されている。プロセッサ６２はマイクロコンピュータ
であってよく、掃引周波数信号発生器４０を付能するか
、或いは受信信号の共振周波数及びＱに対応する出力信
号を発生する為の予め選ばれた信号特性を比較並びに認
識することが出来る様にするソフトウェアを持っている
。最初の場合、プロセッサ６２は受信信号を基準振幅と
比較して、基準周波数に於ける受信信号の振幅が基準振
幅に達した時、発生器４０を付能する。２番目の場合、
プロセッサ６２′は、周知の関係を用いて、信号（１／
２Ａ）２に作用し、それからＱを取出すと共に、信号の
受信時点を既知の周波数掃引速度及び掃引開始時刻と相
関させることによって、共振周波数を表示することが出
来る。この情報は、破線で示した接続で示す様に、プロ
セッサ６２′からプロセッサ６２に供給してもよいし、
或いはプロセッサ６２．６２’を１個のマイクロコンピ
ユータに構成してもよい。
合されている。プロセッサ６２はマイクロコンピュータ
であってよく、掃引周波数信号発生器４０を付能するか
、或いは受信信号の共振周波数及びＱに対応する出力信
号を発生する為の予め選ばれた信号特性を比較並びに認
識することが出来る様にするソフトウェアを持っている
。最初の場合、プロセッサ６２は受信信号を基準振幅と
比較して、基準周波数に於ける受信信号の振幅が基準振
幅に達した時、発生器４０を付能する。２番目の場合、
プロセッサ６２′は、周知の関係を用いて、信号（１／
２Ａ）２に作用し、それからＱを取出すと共に、信号の
受信時点を既知の周波数掃引速度及び掃引開始時刻と相
関させることによって、共振周波数を表示することが出
来る。この情報は、破線で示した接続で示す様に、プロ
セッサ６２′からプロセッサ６２に供給してもよいし、
或いはプロセッサ６２．６２’を１個のマイクロコンピ
ユータに構成してもよい。
この発明は、好ましくはプロペラ羽根の表面のポリウレ
タン被覆に埋め込まれた薄膜共振器と云う形の共振構造
を利用する。ポリウレタン被覆が表面にある誘電体、例
えば、空気、水又は氷と共に、第２図の回路２０又は第
７図の回路７０の様な同調共振回路の分布静電容量の誘
電体を形成する。共振構造の表面に水が存在するか或い
はその稈度が少なくても氷が存在すると、静電容量が増
加し、Ｑが変わる。各々の同調共振回路２０，７０は、
予想される氷及び水の層によって生ずる共振周波数の範
囲が、他のどの同調共振回路２０又は７０の範囲とも重
ならない様な割合にする。この設計により、水着が起っ
た特定の領域で場所を突止める上での曖昧さが避けられ
る。
タン被覆に埋め込まれた薄膜共振器と云う形の共振構造
を利用する。ポリウレタン被覆が表面にある誘電体、例
えば、空気、水又は氷と共に、第２図の回路２０又は第
７図の回路７０の様な同調共振回路の分布静電容量の誘
電体を形成する。共振構造の表面に水が存在するか或い
はその稈度が少なくても氷が存在すると、静電容量が増
加し、Ｑが変わる。各々の同調共振回路２０，７０は、
予想される氷及び水の層によって生ずる共振周波数の範
囲が、他のどの同調共振回路２０又は７０の範囲とも重
ならない様な割合にする。この設計により、水着が起っ
た特定の領域で場所を突止める上での曖昧さが避けられ
る。
水及び水の誘電体としての性質は大幅に異なるから、例
えば、氷は誘電率が３．２で損失係数が０．００３であ
るのに対し、水は誘電率が８１で損失係数が２５．０で
あるから、信号の反射によって測定された共振のシフト
とＱの値とにより、所定の場所に於ける水と水を区別す
ることが可能である。従って、液体の水の薄い層が一層
厚手の氷の層と共振に同じシフトを生ずるとしても、液
体の水の損失が一層大きいことによって、Ｑがずっと低
いことにより、どちらの状態が存在するかを識別するこ
とが出来る。
えば、氷は誘電率が３．２で損失係数が０．００３であ
るのに対し、水は誘電率が８１で損失係数が２５．０で
あるから、信号の反射によって測定された共振のシフト
とＱの値とにより、所定の場所に於ける水と水を区別す
ることが可能である。従って、液体の水の薄い層が一層
厚手の氷の層と共振に同じシフトを生ずるとしても、液
体の水の損失が一層大きいことによって、Ｑがずっと低
いことにより、どちらの状態が存在するかを識別するこ
とが出来る。
この発明の現在好ましいと考えられる実施例を説明した
が、以上の説明から、この他の変更も容易に考えられよ
う。従って、この発明は、こ＼で説明した特定の実施例
に制限されるものではなく、特許請求の範囲のみによっ
て限定されることを承知されたい。
が、以上の説明から、この他の変更も容易に考えられよ
う。従って、この発明は、こ＼で説明した特定の実施例
に制限されるものではなく、特許請求の範囲のみによっ
て限定されることを承知されたい。
第１図は無ダクト形ガスタービン・ファンエンジンの略
図で、この発明の１つの使い方を示す為に１対のプロペ
ラを示している。 第２図はこの発明に用いる１形式の薄膜共振回路の平面
図、 第３図は羽根の種々の場所に於ける氷の状態を検出する
為に、相異なる共振周波数を持つ複数個の相隔たる共振
回路を存するプロペラ羽根の見取図、 第４図は、第３図の共振回路を励振する為の励振信号の
周波数及び振幅と、共振回路によって発生される信号と
を比較して示すグラフ、第５図は誘導結合を使って第３
図の共振回路を励振する別の方法を示す略図、 第６図はこの発明を実施するろの１形式の無線周波数発
生器及び受信機の簡略ブロック図、第７図は励振信号の
２倍の周波数の共振信号を発生する別の形の共振回路の
略図である。 主な符号の説明 １６．１８：羽根 ２０：共振回路 ３６；受信機 ４０二掃引周波数発生器 ６０：プロセッサ
図で、この発明の１つの使い方を示す為に１対のプロペ
ラを示している。 第２図はこの発明に用いる１形式の薄膜共振回路の平面
図、 第３図は羽根の種々の場所に於ける氷の状態を検出する
為に、相異なる共振周波数を持つ複数個の相隔たる共振
回路を存するプロペラ羽根の見取図、 第４図は、第３図の共振回路を励振する為の励振信号の
周波数及び振幅と、共振回路によって発生される信号と
を比較して示すグラフ、第５図は誘導結合を使って第３
図の共振回路を励振する別の方法を示す略図、 第６図はこの発明を実施するろの１形式の無線周波数発
生器及び受信機の簡略ブロック図、第７図は励振信号の
２倍の周波数の共振信号を発生する別の形の共振回路の
略図である。 主な符号の説明 １６．１８：羽根 ２０：共振回路 ３６；受信機 ４０二掃引周波数発生器 ６０：プロセッサ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、面に重なる水の状態及び厚さを検出する氷検出装置
に於て、 面の周りの予定の場所に相隔たる複数個の共振回路を有
し、各々の共振回路は重なる氷及び液体の水の厚さに応
答して変化する予め選ばれた共振周波数を持ち、更に、 各々の共振回路の共振周波数の上下に変えて、当該伝達
信号に応答して共振周波数信号を各々の回路から発生さ
せることが出来る伝達信号を発生する可変周波数発生手
段と、 各々の共振回路の共振周波数に同調可能であって、各々
の共振回路の共振周波数を確認すると共に、夫々の共振
回路によって発生された共振周波数信号から、各々の共
振回路のＱを決定する手段を含む受信手段と、 各々の共振回路に対して確認された共振周波数及び決定
されたＱに応答して、各々の共振回路に重なる水の状態
及び厚さを決定する処理手段とを有する氷検出装置。 ２、共振回路の夫々１つが相異なる予め選ばれた共振周
波数に同調しており、各々の共振周波数は、それが発生
する共振周波数から、各々の共振回路の場所を遠隔から
確認することが出来る様に選ばれている請求項１記載の
氷検出装置。 ３、各々の共振回路が可変周波数発生手段に誘導結合さ
れている請求項１記載の氷検出装置。 ４、前記面が導電材料で構成されていて、共振回路の夫
々１つが該導電材料内の夫々の切抜き部を有する請求項
１記載の氷検出装置。 ５、前記共振回路の夫々１つが、相隔たる１対の円形の
端を全体的に平行な境界を持つ領域によって相互接続し
た唖鈴形である請求項４記載の氷検出装置。 ６、前記共振回路の夫々１つが、全体的に平行な境界を
持つ前記領域に対して垂直に伸びる延長部を持ち、更に
該延長部に接続された半導体ダイオードを有する請求項
５記載の氷検出装置。 ７、面に植設されていて、夫々別個の予め選ばれた共振
周波数に同調している共振回路を用いて、面上の氷の併
合成長を検出する方法に於て、各々の共振回路を夫々そ
れ自身の共振周波数で励振する様に、各々の共振回路の
共振周波数を含む予定の範囲にわたって変化するＲＦ信
号を送信し、 こうして送信されたＲＦ信号によって励振された少なく
とも若干の共振回路によって発生された信号を検出し、 各々の検出信号を発生した回路に対して予め選ばれた共
振周波数からの各々の検出された信号の周波数偏差を決
定し、 それが発生した検出信号から前記少なくとも若干の共振
回路の各々のＱを計算し、 検出信号の周波数並びにその夫々のＱから、前記少なく
とも若干の共振回路の何れかに重なる水の層の状態及び
厚さを決定する工程を含む方法。 ８、前記水の層の厚さの関数として、水の液体状態及び
固体状態に対する周波数及びＱの値の表を作る工程を含
み、水の層の状態及び厚さを決定する工程が、検出信号
の周波数及び計算されたＱを表の値と比較する工程を含
む請求項７記載の方法。 ９、航空機のプロペラ羽根に対する氷検出装置に於て、 プロペラ羽根の表面下の中間層に結合されていて、非導
電の表面保護被覆をその上に重ね、何れも予め選ばれた
周波数に夫々同調した複数個の薄膜共振回路と、 一定周波数のパイロット信号、及び前記予め選ばれた周
波数の範囲にわたる掃引周波数信号を発生するＲＦ発生
手段と、 前記予め選ばれた周波数を含む範囲にわたるＲＦ信号を
検出し、前記プロペラ羽根から反射されたパイロット信
号を受信したことに応答して、前記ＲＦ発生手段に対し
、前記掃引周波数信号を開始する様に合図すると共に、
該掃引周波数信号に応答して前記共振回路が発生する共
振周波数信号を受信したことに応答して、該共振回路の
共振周波数及びＱを決定する受信手段と、 決定された共振周波数及びＱから前記プロペラ羽根上の
氷の厚さを決定する処理手段とを有する氷検出装置。 １０、各々の共振回路が、他の夫々の共振回路が同調し
ている予め選ばれた周波数とは異なる予め選ばれた周波
数に同調しており、前記処理手段は、前記共振回路から
受信した夫々の共振周波数信号を夫々予定の１つの共振
回路と相関させて、前記プロペラ羽根上の氷の厚さを夫
々１つの共振回路の場所と相関させる手段を含んでいる
請求項９記載の氷検出装置。 １１、各々の共振回路には、該回路が基本共振周波数の
高調波のエネルギを放出する様にさせる非線形素子が電
気接続されている請求項９記載の氷検出装置。 １２、前記共振回路の夫々１つは、１対の相隔たる円形
の端を全体的に平行な１対の導体で相互接続する様に、
導電箔材料で形成された唖鈴形導電通路を有する請求項
９記載の氷検出装置。 １３、夫々１つの共振回路にある一方の導体が、全体的
に垂直な１対の延長部及びその間に接続された半導体ダ
イオードを含む請求項１２記載の氷検出装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US390,125 | 1989-08-07 | ||
| US07/390,125 US5005015A (en) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | Ice detection system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03118297A true JPH03118297A (ja) | 1991-05-20 |
Family
ID=23541166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2184428A Pending JPH03118297A (ja) | 1989-08-07 | 1990-07-13 | 氷検出装置及び方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5005015A (ja) |
| JP (1) | JPH03118297A (ja) |
| AU (1) | AU622089B2 (ja) |
| DE (1) | DE4023982A1 (ja) |
| FR (1) | FR2650667A1 (ja) |
| GB (1) | GB2235778A (ja) |
| IL (1) | IL95150A0 (ja) |
| IT (1) | IT1246432B (ja) |
| SE (1) | SE9002521L (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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