RU2332724C1

RU2332724C1 - Optoelectronic icing indicator

Info

Publication number: RU2332724C1
Application number: RU2007104321/09A
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Коннов (RU); Владимир Петрович Коннов; Аркадий Сергеевич Фомкин (RU); Аркадий Сергеевич Фомкин
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Предприятие "Мифотекс"
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2008-08-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention concerns devices of anti-icing systems intended for aircraft protection from icing and prevention of its catastrophic consequences. Icing indicator includes modulator driving optical emitter which, through transfer light guide, polariser, optically transparent heated blister of emitter, optically transparent blister of photodetector with regulated heating, analyser and a receiving light guide is optically coupled with photodetector. Polarisation plane of the analyser is turned 90° relative to polarisation plane of the polariser. Input of signal processing block is connected to output of the photodetector, its output being connected to control unit input. The control unit input is connected at the same time to input of icing indicator, regulated heater input of the photodetector and to input of icing intensity measuring device.

EFFECT: indicator provides highly accurate registration of moments of icing start and termination points and evaluation of icing intensity.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам противообледенительных систем, предназначенных для защиты летательных аппаратов от обледенения и предотвращения его катастрофических последствий.The invention relates to devices of anti-icing systems designed to protect aircraft from icing and prevent its catastrophic consequences.

Известные сигнализаторы (датчики) обледенения, которые применяются в противообледенительных системах, можно разделить на две группы - сигнализаторы косвенного и прямого действия.Known icing indicators (sensors), which are used in anti-icing systems, can be divided into two groups - indicators of indirect and direct action.

Принципы работы сигнализаторов обледенения косвенного действия основаны на регистрации изменений электрофизических характеристик чувствительных элементов, входящих в их состав, которые возникают при наличии в окружающей атмосфере переохлажденных капель воды. К представителям таких устройств относятся, например, датчики, выпускаемые Казанским заводом «Электроприбор» ДО - 38, датчик, описанный в патенте US №7014357 В2 (2006 г.) и ряд других. Наряду с простотой реализации всем этим устройствам присущи общие недостатки - низкая достоверность точного определения факта начала и конца процесса обледенения, большое число ложных срабатываний.The principles of operation of indirect icing signaling devices are based on recording changes in the electrophysical characteristics of the sensitive elements included in their composition that occur when supercooled water drops are present in the surrounding atmosphere. Representatives of such devices include, for example, sensors manufactured by the Kazan plant "Elektropribor" DO - 38, the sensor described in US patent No. 7014357 B2 (2006) and several others. Along with the simplicity of implementation, all these devices have common drawbacks - low reliability of accurate determination of the beginning and end of the icing process, a large number of false positives.

Сигнализаторы прямого действия реагируют непосредственно на слой льда, образовавшийся на чувствительном элементе датчика, либо контрольной поверхности, которые находятся непосредственно в потоке охлажденного воздуха.Direct-acting alarms respond directly to an ice layer formed on the sensor element of the sensor, or the control surface, which are located directly in the stream of chilled air.

К известным устройствам этой группы относятся радиоизотопные сигнализаторы, которые регистрируют уменьшение β-излучения за счет экранирования источника излучения слоем льда. Ранее широко распространенные сигнализаторы этого типа сегодня, практически везде, сняты с эксплуатации вследствие очевидного недостатка - радиационного загрязнения окружающей среды.Known devices of this group include radioisotope detectors, which detect a decrease in β-radiation due to the screening of the radiation source by an ice layer. Previously widespread signaling devices of this type today, almost everywhere, are decommissioned due to an obvious drawback - radiation pollution.

Другими представителями сигнализаторов прямого действия являются вибрационные сигнализаторы, регистрирующие изменение частоты колебаний чувствительного элемента при увеличении его массы за счет нарастания на нем слоя льда. Устройства этого типа достаточно широко применяются в настоящее время (СО-121М, СО-121ВМ производства Арзамасского приборостроительного завода, СО-1М, DTL-2, DTL-4M производства АОКБ «Импульс» и др.). Недостатками этих сигнализаторов являются недостаточно высокая чувствительность, значительная масса и размеры, низкая помехозащищенность, большая инерционность.Other representatives of direct-acting annunciators are vibration annunciators, which record the change in the oscillation frequency of the sensitive element with an increase in its mass due to an increase in the ice layer on it. Devices of this type are widely used at present (СО-121М, СО-121ВМ produced by the Arzamas Instrument-Making Plant, СО-1М, DTL-2, DTL-4M manufactured by AOKB Impuls, etc.). The disadvantages of these signaling devices are insufficient sensitivity, considerable weight and size, low noise immunity, and high inertia.

Наиболее близким к задаче, решаемой настоящим изобретением, является сигнализатор обледенения, приведенный в патенте SU №743303 А1, кл. G08B 19/02. В этом устройстве для обнаружения и измерения толщины льда использованы источник излучения и фотоприемник, которые «... оптически сопряжены посредством расположенных под углом друг к другу передающего и приемного световодов, так что входной торец передающего световода лежит в плоскости излучения, выходной торец приемного световода лежит в плоскости приемника, а вторые торцы световодов скошены, расположены в плоскости обледенения и разделены диафрагмой». Это устройство выбрано нами в качестве прототипа.Closest to the problem solved by the present invention is the icing warning device described in patent SU No. 743303 A1, class. G08B 19/02. In this device, for detecting and measuring the ice thickness, a radiation source and a photodetector are used, which are ... optically coupled by means of transmitting and receiving fibers located at an angle to each other, so that the input end of the transmitting fiber lies in the plane of radiation, the output end of the receiving fiber lies in the plane of the receiver, and the second ends of the optical fibers are beveled, located in the icing plane and separated by a diaphragm. " This device is selected by us as a prototype.

К недостаткам прототипа, препятствующим его эффективному применению в качестве сигнализатора обледенения для летательных аппаратов, следует отнести большие потери полезного сигнала в оптической системе, недостаточную чувствительность устройства, его низкую помехоустойчивость, отсутствие защиты от воздействия внешних факторов.The disadvantages of the prototype that impede its effective use as an icing signaling device for aircraft include large losses of the useful signal in the optical system, insufficient sensitivity of the device, its low noise immunity, and lack of protection from external factors.

Целью изобретения является повышение чувствительности сигнализатора обледенения, достижение высокого быстродействия, помехоустойчивости и защищенности от воздействия внешних факторов, достоверности определения фактов начала и окончания обледенения, возможность оценки интенсивности процесса обледенения.The aim of the invention is to increase the sensitivity of the icing warning device, achieving high performance, noise immunity and protection from external factors, the reliability of determining the facts of the beginning and end of icing, the ability to assess the intensity of the icing process.

Цель изобретения достигается тем, что предлагаемое устройство включает в себя модулятор, управляющий оптическим излучателем, который, в свою очередь, через передающий световод, поляризатор, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя, оптически прозрачный обтекатель фотоприемника с управляемым обогревом, анализатор и приемный световод оптически сопряжен с фотоприемником. Плоскость поляризации анализатора повернута на 90° относительно плоскости поляризации поляризатора. К выходу фотоприемника подключен вход блока обработки сигналов, а его выход соединен с входом устройства управления. Выход устройства управления подключен одновременно к входу индикатора наличия обледенения, управляющему входу обогреваемого обтекателя фотоприемника и входу устройства измерения интенсивности обледенения.The aim of the invention is achieved by the fact that the proposed device includes a modulator that controls an optical emitter, which, in turn, through a transmitting optical fiber, a polarizer, an optically transparent heated fairing of the emitter, an optically transparent fairing of a photodetector with controlled heating, an analyzer and a receiving optical fiber are optically coupled to photodetector. The plane of polarization of the analyzer is rotated 90 ° relative to the plane of polarization of the polarizer. The input of the signal processing unit is connected to the output of the photodetector, and its output is connected to the input of the control device. The output of the control device is connected simultaneously to the input of the indicator of the presence of icing, the control input of the heated fairing of the photodetector and the input of the device for measuring the intensity of icing.

Изобретение поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

На чертеже изображены модулятор 1, оптический излучатель 2, передающий световод 3, поляризатор 4, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя 5, оптически прозрачный обтекатель фотоприемника с управляемым обогревом 6, анализатор 7, приемный световод 8, фотоприемник 9, блок обработки сигналов 10, устройство управления 11, индикатор наличия обледенения 12, устройство измерения интенсивности обледенения 13.The drawing shows a modulator 1, an optical emitter 2, a transmitting fiber 3, a polarizer 4, an optically transparent heated fairing of the emitter 5, an optically transparent fairing of a photodetector with controlled heating 6, an analyzer 7, a receiving fiber 8, a photodetector 9, a signal processing unit 10, a control device 11, an indicator of the presence of icing 12, a device for measuring the intensity of icing 13.

Оптоэлектронный сигнализатор обледенения работает следующим образом.Optoelectronic icing alarm operates as follows.

Оптический излучатель 2 излучает световые импульсы с частотой модулятора 1. Оптический сигнал проходит через передающий световод 3, поляризатор 4, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя 5, оптически прозрачный обтекатель фотоприемника с управляемым обогревом 6, одновременно играющий роль контрольной поверхности для осаждения льда, и попадает на анализатор 7, плоскость поляризации которого повернута на 90° относительно плоскости поляризации поляризатора 4. Оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя 5 постоянно обогревается с помощью собственного обогревателя.The optical emitter 2 emits light pulses with a frequency of modulator 1. The optical signal passes through the transmitting optical fiber 3, polarizer 4, an optically transparent heated fairing of the emitter 5, an optically transparent fairing of the photodetector with controlled heating 6, simultaneously playing the role of a control surface for ice deposition, and gets on analyzer 7, the plane of polarization of which is rotated 90 ° relative to the plane of polarization of the polarizer 4. An optically transparent heated fairing of the emitter 5 standing It is heated using its own heater.

В случае отсутствия льда на поверхности оптически прозрачного обтекателя фотоприемника 6 излучение на выход анализатора 7 не проходит и оптический сигнал через приемный световод 8 на вход фотоприемника 9 не поступает. Соответственно, не формируется сигнал с блока обработки сигналов 10 в устройство управления 11, которое, в свою очередь, не выдает сигналов на индикатор наличия обледенения 12.In the absence of ice on the surface of the optically transparent fairing of the photodetector 6, the radiation does not pass to the output of the analyzer 7 and the optical signal does not arrive at the input of the photodetector 9 through the receiving optical fiber 8. Accordingly, a signal is not generated from the signal processing unit 10 to the control device 11, which, in turn, does not provide signals to the icing indicator 12.

Если вследствие соответствующих условий окружающей среды на поверхности оптически прозрачного обтекателя фотоприемника 6 начнет формироваться пленка льда, то она вызовет изменение степени поляризации проходящего через нее излучения. В результате на выходе анализатора 7 появится излучение, которое через приемный световод 8 попадет на фотоприемник 9. С выхода фотоприемника 9 сигнал с излучателя, преобразованный в электрический сигнал, через блок обработки сигналов 10 поступит на устройство управления 11, которое сформирует сигнал управления на индикатор наличия обледенения 12, и одновременно на обогреватель оптически прозрачного обтекателя фотоприемника 6, включая его обогрев с целью сброса образовавшегося льда. После сброса льда деполяризующее воздействие последнего на излучение прекращается и сигнал на выходе анализатора 7 и соответственно устройства управления 11 пропадает, что приводит к выключению обогрева оптически прозрачного обтекателя фотоприемника 6.If, due to appropriate environmental conditions, an ice film begins to form on the surface of the optically transparent fairing of the photodetector 6, then it will cause a change in the degree of polarization of the radiation passing through it. As a result, radiation will appear at the output of the analyzer 7, which through the receiving optical fiber 8 will reach the photodetector 9. From the output of the photodetector 9, the signal from the emitter converted into an electrical signal, through the signal processing unit 10, will be transmitted to the control device 11, which will generate a control signal for the presence indicator icing 12, and at the same time to the heater of the optically transparent fairing of the photodetector 6, including its heating in order to discharge the formed ice. After the discharge of ice, the depolarizing effect of the latter on the radiation ceases and the signal at the output of the analyzer 7 and, accordingly, the control device 11 disappears, which leads to the switching off of the heating of the optically transparent fairing of the photodetector 6.

Если условия окружающей среды не изменились и на контрольной поверхности оптически прозрачного обтекателя фотоприемника 6 вновь начнет формироваться лед, то вышеописанный процесс будет повторяться до тех пор, пока обледенение не прекратится.If the environmental conditions have not changed and ice begins to form again on the control surface of the optically transparent fairing of the photodetector 6, then the above process will be repeated until the icing stops.

Как показано на чертеже, сигнал о наличии обледенения с устройства управления 11 подается еще и на устройство измерения интенсивности обледенения 13, которая является важной информацией для пилотов летательных аппаратов при принятии решений.As shown in the drawing, the signal about the presence of icing from the control device 11 is also supplied to the device for measuring the intensity of icing 13, which is important information for pilots of aircraft when making decisions.

Claims

Optoelectronic icing detector, consisting of an optical emitter, transmitting and receiving optical fibers, a photodetector, a signal processing unit and an indicator of icing, characterized in that it includes: a modulator that is connected to an optical emitter optically coupled through a transmitting optical fiber, additionally introduced polarizer, optically transparent heated fairing of the radiator, optically transparent fairing of the photodetector with controlled heating, analyzer and receiving optical fiber with photo riemnikom, which is connected to the output of the signal processing unit; a control device, the input of which is connected to the output of the signal processing unit, and the output simultaneously with the input of the icing indicator, controlling the input of the optically transparent fairing of the photodetector with controlled heating and the input of the icing intensity measuring device.