JPH05500489A - 適応性のある氷検知回路 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 適応性のある氷検知回路 発明の詳細な説明 発明の背景 １、発明の分野 本発明は、検知器表面の氷融解の関数として着氷を検出する氷検知器に関する。

２、従来技術の説明 検知面を加熱して、堆積した氷の融解中または再凍結中のいずれかにおける融解 熱を測定する航空機の着氷検知器が知られている。このような氷検知器において は、融解熱に加えられたり、これから差引かれたりする他の原因による変動しや すい損失が存在して測定の誤差を生じるため、融解熱による熱損失の正確な測定 が困難である。これら他の損失には、氷検知器を支持する構造物への熱損失のほ か、飛行速度、気温、および大気密度の変化による対流性の熱損失が含まれる。

したがって、着氷の指標としての融解熱のより正確な測定が必要とされる。

発明の概要 本発明では、センサを覆う空気の流れによる強制的な対流性の熱損失や、センサ を囲んでいる構造物への伝導性の熱漏洩に関連する変化しやすい熱損失を修正す るため、氷検知プローブすなわちセンサの作用に水検知器回路か適用される。

氷が融解温度にあることを検知するためのプローブすなわち検知器の加熱は、水 検知器回路によって制御される。水検知器回路は、プローブで発生される温度出 力の関数として着氷を表示する着氷出力を発生する。氷検知器回路内の制御手段 は、加熱の開始時間を周期的に制御するめの検知器に接続される。水検知器回路 はさらに、融解温度以下の第１の温度しきい値までの暖機時間を測定するため、 および融解温度以上の第２の温度しきい値までの融解時間を７１１ｊ定するため の、温度出力に接続された測定手段を備えている。氷検知器回路内の比較手段は 、融解時間と記憶された比較パラメータとを比較して着氷出力を供給する。調整 手段は、暖機時間の関数として開始時間を調整し、検知器からの着氷によらない 熱損失に合わせて開始時間を調整する。

好ましい実施例においては、前記調整手段はさらに融解時間の関数として処理サ イクル速度を調整し、記憶された比較パラメータを暖機時間の関数として調整す る。

実施例の詳細な説明 図１は、着氷を起こさせる空気の流れ（矢印Ｆ）を受けるように配置された、自 己加熱型抵抗温度センサＲを備えた■ 着氷検知器プローブ６２に接続される水検知器回路６０の、好ましい実施例のブ ロック図を示す。温度センサＲは、自■ 己加熱型の薄膜白金抵抗温度計で構成できる。氷検知器６２は航空機上の支柱（ ストラット）６４に装着され、プローブ６２およびストラット間には不所望な幾 分かの温度漏れか存在する。

水検知器回路６０は、図１に示したように、抵抗（温度センサ）Ｒに接続されて 抵抗ブリッジ回路６６を構成する抵■ 抗器ＲＲＲＲＲおよびＲ６を有している。

１、・　２・　３・　４・　５ ブリツジ６６の励起端子７２．７４には、固体スイッチ７０を介して励起電源６ ８が接続されている。ライン７６に対する制御出力の供給に応答してスイッチ７ ０が閉じられると、励起電源６８によってブリッジ６６が付勢される。ブリッジ ６６が付勢されたときに、抵抗Ｒは着氷検出のためのプロ■ 一プロ２を加熱する。ブリッジ６６の一部をなすプローブ６２内の抵抗Ｒは、プ ローブ６２の温度Ｔの表示である温■ 度出力をライン７８上に供給する。抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３゜Ｒ４，Ｒ５は、励 起端子７２．７４間に直列に接続されて抵抗分圧器を形成している。抵抗分圧器 は、ライン７８上の温度出力と比較して順に高くなっている温度のしきい値を示 す電位を発生する多数のタップ８０，８２，８４．８６有している。

比較器９０は、ライン７８上の温度出力をタップ８０の電位と比較し、温度Ｔか 、氷の融点以下の第１のしきい値温度に達したことを示す出力をライン９２上に 供給する。比較器９４は、ライン７８上の温度出力をタップ８２の電位と比較し 、温度Ｔが、氷の融点以上の第２のしきい値温度に達したことを示す出力をライ ン９６上に供給する。比較器９８は、ライン７８上の温度出力をタップ８２の電 位と比較し、温度Ｔが、実質的にすべての氷がプローブ６２から除去される温度 に達したことを示す出力をライン１０４上に供給する。比較器１０２は、ライン ７８上の温度出力をタップ８６の電位と比較し、温度Ｔが、通常の温度範囲から 外れていて装置がうまく働いていないことを示す出力をライン１０４上に供給す る。

順に高くなっている温度しきい値に温度Ｔか達したことを示すライン９２，９６ ，１００，１０４上の比較器出力は、測定回路１０６に接続される。ライン７６ 上の制御出力もまた、測定回路１０６に接続され、加熱開始の指示を供給する。

測定回路１０６は、加熱開始から温度Ｔが第１のしきい値に達するまでの暖機時 間を測定し、暖機時間を示す出力ｒＴＩＴＩＭＥＪをライン１０上に供給する。

測定回路はさらに第１および第２しきい値開の融解時間を測定し、融解時間を示 す出力信号ｒＭＴＩＭＥＪをライン１１０上に供給する。

測定回路１０６はさらに、温度Ｔが第３のしきい値に達した時間を測定し、第３ のしきい値に達Ｉ−た時を示す加熱終了出力をライン１１２に供給する。制御器 １１４は、ライン１１２の加熱終了出力、および記憶素子すなわぢメモリ］−１ −６内に示した調整可能なパラメータ「サイクル率」の関数として、ライン７６ 上の制御出力を制御する。

動作中、制御器１］４は、ライン７６上に制御出力を供給することによってスイ ッチ７０をイネーブルにし、励起電源６８をブリッジ６６に接続して加熱期間を 開始する。ブリッジ回路と励起電源６８との接続によって、抵抗器Ｒによる■ プローブ６２の加熱が開始される。温度出力Ｔが、分圧器によって設定された各 しきい値を超えたとぎ、比較器出力９２゜９６．１００は、温度Ｔが、順に高く なっているしきい値温度に達したことを示す状態を順に変化させる。温度Ｔが第 ３のしきい値に達したとき、制御器１１４はスイッチ７０を開き、サイクルの終 了までセンサを冷却させる。サイクルの長さはパラメータ「サイクル率」によっ て調整される。

パラメータ調整回路１１８は、ライン１−０８および１１０」−の出力ｒＴＩＴ ＩＭＥＪおよび出力ｒＭＴＩＭＥＪを受入れ、パラメータ「サイクル率」、図２ に関して後に詳述する符号１２０のブロックに記憶されているパラメータ「スト ラット　ヒータ」、および符号１２２のブロックに記憶されているパラメータ「 アイスタイム」を調整する。

比較器回路１２４は、記憶されている比較パラメータ「アイスタイム」を、検出 された融解時間変数ｒＭＴＩＭＥＪと比較し、着氷を示す着氷出力をライン１２ ６に供給する。ライン１２６上の着氷出力は読出器１２８または航空機表面の除 氷を制御する制御装置］３０に接続することかできる。

符号１２０のブロックに記憶されているパラメータ「ストラット　ヒータ」は、 ストラット６４すなわちプローブ６２を装着するための構造物（架台）内のヒー タ１３４の励起を制御する固体スイッチ１３２の付勢を制御する。

パラメータ調節回路１］８によって実行されるフローチャートすなわちアルゴリ ズムを図２に示す。パラメータ調節回路］１８はデジタルロジックまたはマイク ロプロセッサシステム°Ｃ構成でき、このマイクロブ０セツサシステムは、水検 知器回路６０で実行される他の機能と共用してもよい。図２に示したアルゴリズ ムは、氷検知器ならびに着氷出力の制御に使用されるパラメータを熱損失および 着氷の環境条件に適応させるような、適応性のある制御アルゴリズムである。こ のアルゴリズムはプローブ６２の加熱サイクル毎に一度実行される。パラメータ 調整回路］１８は、図２のライン】２のアルゴリズムの実行から開始し、ブロッ クユ４に示したように、測定時間ＡおよびＢを出力ｒＴＩＴＩＭＥＪおよび「Ｍ ＴＩＭＥｊの現在値でそれぞれ更新する。出力ｒＴＩＴ　Ｉ　Ｍ　Ｅ　Ｊはヒー タの励起開始から第１、の温度しきい値の検出までの時間間隔である。出力ｒＭ ＴＩＭＥＪは、第１および第２の検知用しきい値が検出される間の氷の融解時間 である。

時間Ａ１すなわち第１のしきい値までセンサを加熱する時間は、空気の流れＦの 強制対流による熱損失およびセンサを取囲んでいる構造物（ヒートシンク）６４ への伝導性の熱漏洩りと相関関係を有する。周囲温度か下がったときには、取囲 んでいる１−一トシンクが低い温度であるために、第１の温度しきい値までセン サ６２を加熱する時間が長くなる。したがって、周囲温度が低いときには時間Ａ は長くなる。センサ６２を通過する流れＦの質量か多くなったときには強制対流 による熱損失が大きくなり、その結果、時間Ａは増大する。

伝導および強制対流による熱損失は融解時間の継続生存７１し、プローブ上の氷 の融解熱の測定に誤差を生じさせる。時間Ａは、氷の融解による熱損失とは無関 係な、基礎的な（ｂ　ａ　ｃ　ｋ　ｇ　ｒ　ｏ　ｕ　ｎ　ｄ）熱損失を表［１， ている。

判断ブロック１６．１８．２０においては、基礎的な熱損失の割合に基づいて、 異なった動作モードＭｌ、　Ｍ２．　Ｍ３を選択するため、記憶された時定数Ａ １．、Ａ２．Ａ３と時間Ａとがパラメータ調整回路によって比較される。こうし て、氷検知器の動作は基礎的な熱損失に対して修正される。

判断ブロック１６では、パラメータ調整回路によって時間Ａと時定数Ａ１とが比 較される。好ましい実施例ではＡ１は２００マイクロ秒である。時間Ａが時定数 Ａ１より短いならば、それは周囲の温度が、着氷が生ずるにしても、非常にゆっ くりとしか生じないほどの暖かさであることを示し、ブロツク２２において、パ ラメータ調整回路はモードＭ１を選択する。モードＭ１では、パラメータ調整回 路によって「サイクルタイム」が長く設定され、氷がセンサ上に堆積するための 時間が長くとられる。好ましい実施例のモードＭ１において、時間「サイクルタ イム」はパラメータ調整回路１１８で８秒に設定される。モードＭ１では、ノイ ズによる着氷表示のエラーの可能性を低減するため、記憶されている比較パラメ ータ「アイスタイム」か長くなるように、パラメータ調整回路１１８によって調 整される。好ましい実施例のモードＭ１において、パラメータ「アイスタイム」 は４秒である。

モードＭ１において、パラメータ「ストラット　ヒータ」は、パラメータ調整回 路により、ストラッ！・のヒータが切れる低いレベルに設定される。パラメータ 調整回路によってパラメータ「サイクルタイム」、「アイスタイム」および「ス トラット　ヒータ」がブロック２２で調整された後、パラメータ調整回路はライ ン２４．２６を経由してアルゴリズムから脱出する。

前記アルゴリズムが終了した後、パラメータ調整回路によって選択されたパラメ ータ「サイクルタイム」、「アイスタイム」および「ストラット　ヒータ」のワ ードは次回のプローブ加熱サイクルにおける使用に採用される。

時間Ａが定数Ａ１より大きい場合は、パラメータ調整回路１１８は、次にブロッ ク１８において、時間Ａを第２の定数Ａ２（定数Ａ１より大きい）と比較する。

好ましい実施例においてＡ２は５ミリ秒である。時間Ａが定数Ａ２より小さいな らば、それは周囲の温度および空気の流れが着氷の可能性がある範囲にあること を示し、パラメータ調整回路は、ブロック２８においてモートＭ２を選択する。

モードＭ２において、定数「アイスタイム」には、モードＭ１のときの値よりも 短い時間が設定され、好ましい実施例では、モードＭ２における「アイスタイム 」は４２ミリ秒である。

モードＭ２が選択された後、パラメータ調整回路は、現在の氷融解時間Ｂを定数 Ｂ］と比較する判断ブロック３０を実行する。好ましい実施例では、定数Ｂ１は ４２ミリ秒である。

時間Ｂが定数８１より短い場合は、深刻な着氷が発生していないので、ブロック ３２においてモードＭ２Ａが選択される。

モードＭ２Ａでは、パラメータ「サイクルタイム」に８秒が設定され、パラメー タ「ストラット　ヒータ」は低く設定されてストラットヒータは励起されない。

ブロック３２Ａの処理が終了した後、パラメータ調整回路はライン３４，３６゜ ２６を経由してアルゴリズムから脱出する。

着氷時間Ｂがしきい値Ｂ１より短くない場合は、パラメータ調整回路の処理は判 断ブロック３８の実行に進む。判断ブロック３８では、着氷時間Ｂか定数８２と 比較される。好ましい実施例において、Ｂ２は２２０ミリ秒である。着氷時間Ｂ か定数８２より短いならば、中程度の着氷か発生しているのでモードＭ２Ｂか選 択される。モードＭ２Ｂでは、パラメータ「ストラット　ヒータ」は低く設定さ れ、パラメータ「サイクルタイム」にはブロック４０のモードＭ２Ａのときより も短い時間が設定される。好ましい実施例において、モードＭ２Ｂでのパラメー タ「サイクルタイム」は４秒に設定される。ブロック４０の指令か実行された後 、パラメータ調整回路はパス４２．　３６．および２６を経由してアルゴリズム から脱出する。

着氷時間Ｂがしきい値Ｂ２より短くない場合は、多量の着氷があるので、パラメ ータ調整回路の処理は判断ブロック３８からブロック４４へと進む。ブロック４ ４において、パラメータ調整回路はパラメータ「ストラット　ヒータ」を高く設 定し、ストラットのヒータがオン（ｏ　ｎ）に切換えられる。モードＭ２Ｃでは 、パラメータ調整回路はまた、パラメータ「サイクルタイ１４ｊを短い間隔に設 定する。好ましい実施例において、センサの上に厚すぎる氷が堆積するのを防止 するため、パラメータ「サイクルタイム」には２ないし３秒が設定される。ブロ ック４４の処理が終了した後、パラメータ調整回路はバス４６，３６．２６を経 由してアルゴリズムから脱出する。

上述の判断ブロック１８に戻り、時間Ａが定数Ａ２より短くない場合、パラメー タ調整回路の処理は判断ブロック２０へと進む。判断ブロック２０では、パラメ ータ調整回路によって時間へが定数へ３と比較される。定数へ３は、好ましくは ５０ミリ秒である。時間Ａが５０ミリ秒よりも短い場合は、センサからの熱損失 か中程度であり、ブロック５０で、パラメータ調整回路によってモードＭ３か選 択される。モードＭ３において、パラメータ「アイスタイム」はモードＭ２のと きよりも長く調整され、パラメータ「ストラット　ヒータ」は高く設定される。

好ましい実施例のモードＭ３では、パラメータ「アイスタイム」は４５ミリ秒で ある。時間Ａか５０ミリ秒より長い場合、パラメータ調整回路はブロック４８に おいて、センサからの基礎的な熱損失の程度が、周囲温度が低い場合と同様に高 いことを示すモードＭ４を選択する。モ−ドＭ４では、パラメータ「アイスタイ ム」はモードＭ３のときよりも高く設定される。好ましい実施例のモードＭ４に おいて、「アイスタイム」は５５ミリ秒であり、パラメータ「ストラット　ヒー タ」は高く設定される。ブロック４８または５０の処理が終了した後、パラメー タ調整回路はバス３６．２６を経由してアルゴリズムを抜ける。

氷が検知され、かつ周囲温度か設定値以下であるとき、ストラットのヒータが励 起される。これにより、ストラットのヒータによる電力消費が減少してストラッ ト内のヒータと電気部品との寿命か延びる。また、ストラットからセンサへの熱 伝導が減少することによって、凍結温度付近における着氷に対するセンサの感度 か増大する。着氷事象に対するストラットヒータの早い応答により、ストラット に氷か堆積するのを回避することかできる。

本発明は、好ましい実施例を参照して説明されたが、この技術に精通した技術者 によれば、本発明の精神および範囲から逸脱しないで、外形および詳細の変更か できることは認識されるべきである。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．氷が融解温度にあることを検知するプローブの加熱を制御し、プローブで発 生した温度出力の関数として着氷を示す着氷出力を発生する回路であって、 プローブに接続され、前記プローブの加熱および冷却の周期的期間の長さを制御 する制御手段と、温度出力と接続され、加熱の開始から氷の融解温度以下に設定 された第１の温度しきい値までの暖機時間、および融解温度以上に設定された第 ２の温度しきい値までの氷の融解時間を測定するための測定手段と、 融解温度と記憶された比較パラメータとを比較して着氷出力を供給する比較手段 と、 暖機時間の関数として冷却期間の長さを調整し、着氷によらないプローブからの 熱損失を補償する調整手段とからなる回路。
2. ２．前記調整手段がさらに、融解時間の関数として加熱期間の長さを調整するこ とを特徴とする請求項１記載の回路。
3. ３．前記調整手段がさらに、暖機時間の関数として、記憶された比較パラメータ を調整することを特徴する請求項１記載の回路。
4. ４．前記調整手段がさらに、融解時間の関数として、記憶された比較パラメータ を調整することを特徴とする請求項３に記載の回路。
5. ５．前記検知器が加熱可能な架台に装着され、前記調整手段がさらに、暖機時間 の関数として前記架台の加熱を調整することを特徴とする請求項１記載の回路。
6. ６．前記調整手段がさらに、融解時間の相関して前記架台の加熱を調整すること を特徴とする請求項５記載の回路。