JPS58100738A - 氷結監視装置 - 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】 本発明は放射線を連続的に射出する放射源と、入射する
放射線に応答して電気的な出力信号を発生する放射感知
デバイスと、放射源と放射感知デバイスとの間に配置さ
れた、それ自体の表面の状態に従ってその放射線透過率
が変化する透明エレメントとを含む氷結監視用の装置に
係わる。

機械または設備の表面に環境条件または運転条件によっ
て生起される予期されない氷結はこれら機械または設備
の機能に悪影響を及ぼし得、あるいはこれらを損傷さえ
しかねない。このようなことは例えば熱交換器やあるい
は飛行機について該当し、熱交換器の風胴は氷結によっ
て狭められるし、また飛行機は重量が外套板の氷結によ
って禁止的に増加するか、または方向舵をブロックされ
得る。特に危険であるのは軸流圧縮機の取入口であり、
この取入口は変わりやすい大気条件次第で変化する湿度
及び温度を有する空気を吸入し、この取入口に右いて氷
結が起こると後続する圧縮段での圧力分布は予想し難い
仕方で妨害され、更化該取入口は、氷の堆積がロータの
勢いを弱めるか、または氷片が回転する羽根によって飛
ばされ別の機械部分に衝突するような場合損傷され得る
。

これに関して、表面での氷結を監視し得る様々な装置が
既に公知である。

第一の公知の装置は支持プレート上に配置された釘状部
材を含み、この釘状部材は監視されるべき領域へ突出し
ているかあるいは霞領域に隣接して配置されている。電
気的デバイスを用いて、釘状部材は揺動するべく励磁さ
れる。この揺動の周期は釘状部材表面の清浄度に依存す
るので、氷結が始まると周期の変移が惹起される。測定
される周期変移が所与の値に到達する得ないという欠点
を有し、このことが該装置の実用性を本質的に制限して
いる。

別の公知の装置は、光源と感光器との間の光路内に配置
されたミラーを具備する光ゲートの原理に従って作動す
る。ミラー上での湿気の凝結または氷結によってミラー
の反射能力が低下し、その結果感光器の出力信号が対応
して変化する。薄い氷層は光透過性でかつ光をよく反射
するので、この装置の指示感度は特に氷結開始期に比較
的低い。その上この装置によっても、氷結と汚れとは区
別され得ない。

従って、本発明は氷結開始の際に高感度を示し、かつ特
に、センサとして使用される構成要素にセける氷結と汚
れとの区別をも可能にする氷結監視用装置を提供するこ
とを目的とする。

本発明に従い、この目的は菅頭に述べた様式の装置によ
って達成され、この装置は、放射線を間歇的に射出する
第二の放射源を更に含み、その際感光デバイスは第一の
放射源の放射緩くも第二の放射源の放射線にも応答して
、透明エレメントの放射線透過率に従い優れて連続的ま
たは強度に間歇的な信号を発生することを特徴とする。

本発明による装置は感光デバイスの非直線的な特性を利
用し、それによって本発明装置は、強度の氷結の領域に
おけるよりも氷結開始の領域において入射光の変化に関
連するその変化が大である出力信号を可能にする。この
結果氷結の開始は時を逃さず確実に認識され得、更に場
合によっては、監視されている機械の機能の妨害または
機械そのものの損傷を阻止する対策を講じることも可能
となる。

本発明装置の好ましい異体例は電子的な監視回路を有し
、この回路によって、感光器の出力信号の氷結によって
生じる変化と塵芥の堆積によって生じる変化とが区別さ
れ得る。この監視回路は清掃デバイスの制御に使用され
得、該デバイスは、透明エレメントの汚れが所定の値に
達すると作動する。

本発明及び実際に有効な好ましい具体例を、添付図面に
即して以下に詳述する。

図中、同一の構成要素乃至構成要素群には同一の符号を
使用する。

第１図において概略的な断面図によって示された測定ヘ
ッドは周囲を閉鎖されたケーシング１０を含み、このケ
ーシングは、外壁１１により側面を限定されたダクト１
２内へと突出している。ケーシングは内部空間１３を擁
し、またその外表面が測定面として用いられる透明な窓
１４を含む。内部空間を囲む側面は光吸収性フィルム１
７によって被覆されており、内部空間には第一の放射源
１８及び感光デバイス１９が、該放射源から発せられた
放射の大部分が該感光デバイスに到達するように配置さ
れている。更化上記内部空間の外部に第二の放射源２１
が、この放射源の放射も窓１４を透過して同様に感光デ
バイス１９へ入射し得るよう化配置されている。

放射源１８．２１としては赤外線領域で発光する発光ダ
イオード（以下、ＬＥＤと略称する）が、また感光デバ
イス１９としてはやはり赤外線領域で感光するホトダイ
オードが特に使用される。このような構成要素は市販さ
れており、これらの要素はここに説明された装置にとっ
て、発せられる乃至感知される光が周囲光によって僅か
にしか撹乱されないという点で有利である。

透明な窓１４は、簡便にはガラス板であり得るが、特に
サファイアガラスから成る。

第２図は、半導体ホトダイオードの特性曲線２ｓの標準
的な延び方を示す。特性曲線は縦軸２６において示され
る信号電流を、横軸２７において示される照度に依拠し
て決定する。特性曲線は、より中央寄りの小さい照度の
領域では急傾斜で上昇する直線状部分２８を提示し、こ
の部分に大きい照度の領域において、平坦な、飽和を示
す部分２９が接続する。特性曲線の傾斜が異なることに
よって、中央寄りの小さい照度の領域にある光学的入力
信号３１は比較的強度の電気的出力信号３２を発生し、
一方高照度領域にある光学的入力信号３３は比較的弱い
出方信号３４しか発生しない。

この現象は本発明装置に詔いて、測定面の氷結と塵芥の
堆積による汚れとを明確に区別するのに利用される。こ
のため番こ測定ヘッドの使用の際ホトダイオード１９は
、第一のＬＨＤＩＢｋよって脈動する光を、また第二の
ＬＢＤ２１によって連続する光を照射される。第一のＬ
ＥＤとホトダイオードは同じ内部空間１３内に包含され
ているので、脈動光によって生起されるホトダイオード
の照度は外部条件の影響を実質的に受けない。これに対
して第二のＬＥＤの光は窓１４を透過してホトダイオー
ドに至り、その際第二のＬＢＤによって生起される照度
は、窓の透明度乃至窓の外表面１５の氷層または塵芥層
による被覆に従属する。

上記測定ヘッドの使用時、第二のＬＥＤ２１の輝度は、
窓１４の最良の透明度に右いてホトダイオードの作動点
３７を特性曲線の平坦部分２９へと変移させる値４６＃
ｃ設定される。そこで第一のＩＦｔＤｌＢからの脈動光
は比較的弱い脈動出力信号３４を生起し、この信号は比
較的強い連続的な出力信号３Ｂに重畳されている。

窓１４の透明度が下がり、それによって第二のＬＥＩＤ
により生じる照度成分４１も減少すると、特性曲線上の
作動点は変移されて例えば直線状部分２８下端の点３９
に達する。そうするとホトダイオードの出力信号は、非
常に小さい連続成分４２しか含まなくなる一方で強化さ
れた脈動成分３２を含むようになる。ホトダイオードの
出力信号の連続部分が抑制され脈動部分のみが評価され
ると、この脈動部分は総体的な照度に非直線的に従属す
るので出力信号に変化が生じ、この変化は高照度領域に
おける方が低黒度領域におけるよりも大きく、このこと
は感度が、窓への堆積が僅かな場合により高く、該堆積
が強度である場合により低いということ番と相当する。

第３ａ図及び第３ｂ図は、本発明による測定ヘッドの実
際に有効な具体例を９０°　回転された二つの縦断面図
によって示す。この測定ヘッドは外筒４５を含み、その
一方の端部には第１図に対応するヘッド部分４７が、ま
た他方の端部には台座４８が固定されている。ヘッド部
分は館−及び第二のＬＥＤ１８，２１．並びにホトダイ
オード１９を保持し、かつ第二のＬＥＤとホトダイオー
ドとの間の光路内に透明な窓１４を具備している。

この具体例には更に１窓用の清掃デバイスが具備されて
いる。このデバイスは、窓の横に配置された複数個の噴
霧ノズル４９と回動可能なワイパ５１とから成る。ワイ
パはその一方の端部においてヘッド部分に回動可能に取
付けらね。

またその自由端部においてピストンロッド５２と連結さ
れ、このロッドは環形の横断面を有するピストン５３に
固定されている。ピストンは、同じく環形の横断面を有
する作動シリンダ内で変位し得る。作動シリンダは、外
筒４５の内壁と、外筒内に同心状に配置された内筒５６
の外壁と、更にヘッド部分並びに両筒間に嵌込まれたス
リーブ５７とによって限定される。スリーブは軸線に平
行な穿孔部５８を有し、この穿孔部は作動シリンダと予
備室５９との間の連絡ダクトを構成する。予備室に導管
６１が接続されており、この導管は図示されないバルブ
及び圧縮空気タンクに続いている。ピストンは凹部６２
を有し、この凹部内へ渦巻ばね６３が収納されており、
このばねの自由端部はヘッド部分に接触し、該渦巻ばね
は静止状態において、第３ａ図に示すようにピストンを
スリーブに対して付勢する。

噴霧ノズル４９は穿孔部６４を介して、内筒５６の中に
配置された導管６６と連結されており、この導管は台座
に固定されたホース６７と接続され、このホースは、図
示されない清掃用液体の容器に続いている。

ヘッド部分内に配置されたＬＥＤ及びホトダイオードの
ための電気的接続線も同様に内筒を通って、台座に固定
されたケーブル継手６８にまで達しており、この継手は
図示されない接続ケーブルによって、電気的な評価回路
に接続され得る。

ここに説明された測定ヘッドの使用に適合する評価回路
を第４図に示す。この回路は電圧供給源７０と接続され
得るネットワーク７１を含み、このネットワークに分岐
した導線７２を介して、両ＬＦｉＤ２１．１８のための
電圧供給回路７３．７４と、ホトダイオード１９の出力
信号用の入力増幅器７６と、入力増幅器の次に接続され
るアナログ増幅器１７と、限界値増幅器７８並びに切替
論理回路７９とが接続されている。入力増幅器７６の信
号出力はやはり分岐した信号導線８１を介して、アナロ
グ増幅器の入力及び限界値増幅器の入力と接続されてい
る。

限界値増幅器は実質的に同等の２個の増幅管を含み、こ
れらの増幅管は２側の継電器を励磁するために異なる指
示感度を具備している。

アナログ増幅器の出力に可動コイル計器８２が、また限
界値増幅器の真出力に２個の切替継電器８３．８４の界
磁巻線が接続されて怠り、該継電器の切替接触は次に位
置する制御回路７９の入力と接続されている。制御回路
は２個の出力を有し、その一方は洗浄デバイス４９゜５
１を制御するソレノイド弁８６の励磁に、他方は警報デ
バイス８７の励磁に用いられる。

ネットワーク、第二のＬＥＤ用の電圧供給回路、入力増
幅器及びアナログ増幅器は、本発明装置の後述される作
動方法に関するものとしては、当轟者なら誰しも発明性
を有するものの援用を伴わずに構成し得るので、これら
についてへし の詳細な説明は省略する。第一のＬＥＤのための電圧供
給回路７４は発振器として形成され、この発振器は第一
のＬＥＤを例えば１ｋＨｚの周波数を有する脈動直流で
励磁する。このような発振器及び限界値増幅器の構成も
同様に当業者にとって可能な範囲内にあるので、これら
につい薔 でも説明は騨略する。

制御回路の構成を第５１図に示す。制御回路は２個の入
力を有し、その一つは一方の切替継電１１８３の接触回
路と接続され、また非励磁状態においてその接触が閉じ
ている第一の継電器９０を介して第一のパルス発生器９
１と接続されている。この第一のパルス発生器の出力か
ら導線９２が第二のパルス発生器９３へと達し、後者の
パルス発生器の出力はソレノイド弁８６と接続されてい
る。制御回路は更に第二の継電器９４を含み、この継電
器の接触は非励磁状態において、もう一方の切替継電器
８４と接続されている別の入力を警報デバイス８７と接
続する。第一の継電器９０の界１＆巻線は他方の継電器
８４と接続された制御回路入力と、また第二の継電器の
界磁巻線は両パルス発生器間の結線９２と接続されてい
る。２個のパルス発生器は、２．３秒の持続時間と数分
までの間隔を有するパルスの発生に用いられるので、こ
の目的のために、変更可能な切替時間を有するいわゆる
点滅継電器がｌｌ／＃ｌ／用される。

第３１図及び第３ｂ図に示された測定ヘッド及び第４図
に示された評価回路の作動方法を、第５ｂ図の線図を用
いて以下に説明する。この線図では明瞭化のために、個
々のパルスの幅及びパルス同士の間隔をパルス列間の休
止に対して非常に拡大して示す。説明上、２個のＬＥＤ
。

ホトダイオード及び増幅６の動作条件は、測定ヘッドの
窓の透明度が最良の時アナログ増＠器及び限界値増幅器
の出力信号が、窓が光を透過させない場合に対応する最
大出力信号の約１５優となるように設定されるものとす
る。更に、一方の及び他方の切替継電器８３．８４はこ
れら継電器シこ接続されている増幅管において信号電流
が、窓の光透過度が１５嗟乃至４５チ低下したことに対
応する値に到達した場合に励磁されるものとし、このよ
うな低下の際可動コイル計器の指示は最大値の３０チ乃
至６０９ｇとなるものとする。最後に、第一のパルス発
生器９１の作動の際にはパルスシーケンスはます休て開
始されるものとする。

使用開始時に測定ヘッドの窓が最も良好に透る 明である、即ち該窓の外表面が氷層によつぞｉ芥によっ
ても被覆されていない場合、可動コイル計器は上述の条
件に対応してその最大値の約１５−を指し、２個の切替
継電器８３．８４は励磁されず、従ってソレノイド弁８
６も警報デバイス８７も作動しない。

測定ヘッドの窓に塵芥が堆積して窓の光透過度が緩やか
に低下すると上記の仮定に従い、可動コイル計器の指示
がその最大値の３０％に達したら切替継電器８３が励磁
される。時点１１正こ詔いて励磁された切替継電器の出
力信号１００（第５ｂ図参照）が、静止状態に詔いて閉
じている第一の継電器９０を介して第一のパルス発生ｇ
！９１を作動させ、このパルス発生器のパルスシーケン
スは休止１０１によって始まる。この休止の継続時間τ
１の間他方の切替継電器８４と、従って第一の継電器９
０とが励磁されないと、第一のパルス発生器の最初のパ
ルスはその持続時間τ２の間第二のパルス発生器９３を
作動させる。同時にこのパルスは第二の継電器９４を励
磁し、それによって他方の切替継電ｌｌ８４から警報デ
バイス８７へと続く接続を遮断する。そこで第二のパル
ス発生器は、持続時間τ３と継続時間τ４の間隔とを有
するパルスのシーケンスを発生する。これらのべ火スは
ソレノイド弁８６へ送られ、弁は個々のパルスの持続時
間の間励磁され、それによって圧縮空気は作動シリンダ
５４内へ導入され、また洗浄液がノズル４９へと送り出
される。次にピストン５３が圧縮空気によって、第３ｂ
図に示された位置へと変形され、この変位はピストンロ
ッドｓ２によってワイパＳ１へ伝達され、その結果ワイ
パは窓上で回動運動を行なう。同時に洗浄液がノズルか
ら窓へ噴霧される。励磁パルス間の休止においてソレノ
イド弁は励磁されず、その際作動シリンダまでの圧縮空
気導管は脱気されてピストンはばね６３によって第３ａ
図の位置へ押し戻され、これに対応してワイパは窓上を
わたって回動する。同時に洗浄液の噴霧は中断される。

ワイパが窓上をわたって回動するたびにＬＥＤ２１から
ホトダイオード１９への光は遮断さね。

窓の透明度が０に低下したかのようになる。そこで可動
コイル計器は僅かの関その最大値を指示し、他方の切替
継電器８４が励磁される。しかし、第一のパルス発生器
９１からの各／ｌｌスス持続時間の間第二の継電＠９４
が励磁され、それによって切替継電１６８４から警報デ
バイス８７への接続が遮断されているので、他方の切替
継電器を励磁しても警報デバイスは何ら影響されない。

窓が清掃され、光透過度が、光が透過されない場合の値
の３０％と仮定された限界値より小さい値に再び達する
や否や、切替継電器８３は再び非励磁状態にされ、洗浄
過程は終了されも窓の外表面に氷層が生じると、窓の光
透過度は比較的急激に低下する。透明度が、可動コイル
計器がその最大値の３０％の値を指すのに対応した値と
なった時、前述と同様に時点ｔ１（第５ｂ図の右側部分
）において一方の切替継電器８３が励磁される。既に述
べたように氷結の際窓の光透過度は急激に低下するので
、可動コイル計器は既に時点ｔ２において最大値の６０
−の値を指し、この時、差ｔ２−ｔ１−τ５はτ１、即
ちパルス発生器９１からの最初のパルスに先立つ休止の
長さよりも短い。時点ｔ２において励磁される他方の切
替継電器８４自体番瓜次いでその接触が閉じられている
第二の継電器９４を介して警報デバイス８７を励磁する
。同時にこの他方の切替継電器は第一の継電器９０も励
磁し、この継電器の接触は開かれて第一のパルス発生器
の作動を中断する。これによって、第二の継電器９４が
励磁されず、従って警報デバイスへの接続も遮断されな
いことが保証される。

入力増幅器７６の第一の構成要素群はＲＣユニットであ
ることが有利であるのは自明であり、該ユニットはホト
ダイオード１９の出力信号の直流成分を抑制し、その結
果後続する構成要素群では脈動する直流のみが処理され
る。また、ワイパは必ずしも圧縮空気によって駆動され
る必要は無く、負圧でもあるいは電動機または電で 磁石でもよいがこれらを用いての本発明装置及び有効エ
ネルギの利用に応じて駆動され得ることも自明である。

更に、警報デバイスが光学デバイスまたは音響デバイス
であり得ること、及び警報デバイスはまた、氷結警報に
際して監視されている機械を停止する安全装置やあるい
は氷結警報によって導通されるヒータとの連動も可能で
あることがやはり自明である。本発明装置の第３ａ図及
び第３ｂ図に示された具体例は、軸流圧縮機の流路への
装着用に提供された。洗浄液としては、イソプロピルア
ルコール１５−と水８５嘔の混合物を使用した。第一の
パルス発生器は、持続時間３０秒及び間隔約５分のパル
スを発生した。第二のパルス発生器は持続時間、間隔共
に約５秒のパルスを発生した。最後に、切替継電器８３
．８４に関して例示した限界値は、本発明装置の最喪の
効果に関しパルス及びパルス間の休止の持続時間につい
て前に挙げた時間同様任意に設定され得ることもまた、
自明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の測定ヘッドの概略的説明図
、第２図はホトダイオードの標準的な特性曲線を示すグ
ラフ、第３ａ図及び第３ｂ図は本発明装置の測定ヘッド
の実際に有効な具体例の、９０°変位された二つの縦断
面図、第４図は第３ａ図及び＠３ｂ図による測定ヘッド
の操作に適した電子回路の原理図、第５ａ図及び第５ｂ
図は第４図による回路内に使用される切替論理回路のブ
ロック線図及びこれに属する論理図である。 １０・・・ケーシング、１４・・・窓、１５・・・窓の
外表面、１７・・・光吸収性フィルム、１８．２１・・
・放射源、１９・・・感光デバイス、７６・・・入力増
幅器、Ｔ＆・・・限界値増＠＠、８２・・・可動コイル
計器、８３．８４・・・切替継電器、８７・・・警報デ
バイス、９０．９４・・・継電器、９１．９３・・・パ
ルス発生器。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射線を連続的に射出する放射源と、入射する放
   射線に応答して電気的な出力信号を発生する放射感知デ
   バイスと、放射源と放射感知デバイスとの間に配置され
   た、それ自体の表面の状態に従ってその放射線透過率が
   変化する透明エレメントとを含む氷結監視用の装置であ
   って、放射線を間歇的に射出する別の放射源を更に含み
   、その際放射感知デバイスは一方の放射源の放射線にも
   他方の放射源の放射線にも応答して、透明エレメントの
   放射線透過率に従い優れて連続的または強度に間歇的な
   出力信号を発生することを特徴とする監視装置。
2. （２）ケーシングを具備し、このケーシングの外部には
   一方の放射源が、内部には他方の放射源及び放射感知デ
   バイスが配置されており、また蚊ケーシングの１個の囲
   壁内に透明エレメントが配置され、このエレメントの外
   表面は、その時々の表面状態に応じて測定面として使用
   されかつケーシング外部の放射源によって射出された放
   射の放射感知デバイスへ向かう通過に影響を及ぼすこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
3. （３）放射感知デバイスが出力信号に関する特性曲線を
   入射する放射に従って提示し、該曲線は、入射する放射
   が比較的少量である領域において傾斜の急な実質的に直
   線状の部分と、入射する放射が比較的多量である領域に
   おいて平坦になり飽和曲線へと移行する部分とを有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
4. （４）入力増幅器を含む電子的な回路を具備し、該増幅
   器は、放射感知デバイスによって発せられた出力信号の
   連続的な成分を抑制し、間歇的な成分を指示計器へ送る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
5. （５）２個の増幅管を有する限界値増幅器を含む電子的
   な回路を具備し、該増幅器は２個の切替継電器と共働し
   、その際これらの切替継電器は各々一方の増幅管と接続
   され、かつその継電器を作動させる励磁電流の限界値は
   他方と異なって設定されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の装置。
6. （６）各々前記切替継電器の一方と接続されている２個
   の入力を有する制御回路を具備し、一方の切替継電器は
   励磁された状態において第一のパルス発生器を作動させ
   、このパルス発生器は各パルスによって第二のパルス発
   生器を作動させ、第二のパルス発生器自体はその各パル
   スによって、透明エレメント用の洗浄デバイスを励磁す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置
   。
7. （７）制御回路が一方の切替継電器と接続された入力と
   第一のパルス発生器との間の接続内に第一の継電器を有
   し、この継電器の接触は非励磁状態において閉じてセリ
   、またその界磁巻線は他方の切替継電器と接続された入
   力と接続され、更にこの後者の入力と警報デバイスに接
   続される出力との間に第二の継電器が具備され、この継
   電器の接触もやはり非励磁状態において閉じテオリ、ま
   たその界磁巻線は第一のパルス発生器の出力と接続され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
   装置。
8. （８）第一のパルス発生器が、その作動から最初のパル
   ス発生までの時間が透明エレメントの氷結の際の一方の
   切替継電器の励磁から他方の切替継電器の励磁までの時
   間よりも長いように設定されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第７項に記載の装置。