RU2758565C9 - Оптоэлектронный сигнализатор обледенения планера беспилотного воздушного судна - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к средствам сигнализации, реагирующим на образование или ожидаемое образование льда, и может быть использовано для своевременного обнаружения обледенения аэродинамических поверхностей планеров беспилотных воздушных судов самолетного типа малого класса. Оптоэлектронный сигнализатор обледенения планера беспилотного воздушного судна содержит оптический излучатель 3, фотоприемник 5, генератор пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1, контроллер питания оптического излучателя 2, оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности планера, подверженный обледенению 4, пиковый детектор с закрытым входом 6, формирователь прямоугольного импульса 7, логический элемент «И» 8, счетчик импульсов 9, счетчик импульсов 10, компаратор кодов 11, устройство формирования сигнала об обледенении 12, при этом к первому выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 одновременно подключены управляющий вход контроллера питания оптического излучателя 2, первым вход логического элемента «И» 8, вход счетчика импульсов 9, ко второму выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 подключен управляющий вход компаратора кодов 11, к третьему выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 одновременно подключены входы сброса в начальное состояние счетчика 9 и счетчика 10, выход контроллера питания оптического излучателя 2 соединен с входом оптического излучателя 3, оптический излучатель 3 последовательно через оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности, подверженный обледенению 4 (в прямом направлении), за счет отражения и рассеяния слоем льда 13, через оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности, подверженный обледенению 4 (в обратном направлении), оптически сопряжен с входом фотоприемника 5, выход фотоприемника 5 соединен с входом пикового детектора с закрытым входом 6, выход пикового детектора с закрытым входом 6 соединен со вторым входом логического элемента «И» 8, выход логического элемента «И» 8 соединен с входом счетчика импульсов 10, входы компаратора кодов 11 соединены с выходами счетчика 9 и счетчика 10, а выход - с входом устройства формирования сигнала об обледенении 12. Технический результат заключается в минимизации массогабаритных характеристик устройства и снижении его энергопотребления. 4 ил.

Description

Изобретение относится к средствам сигнализации, реагирующим на образование или ожидаемое образование льда, и может быть использовано для своевременного обнаружения обледенения аэродинамических поверхностей планеров беспилотных воздушных судов самолетного типа малого класса.

Известен сигнализатор обледенения (патент РФ на изобретение №2530293, МПК G08B 19/02, опубл. 10.10.2014, Бюл. №28), содержащий узел индикации превышения допустимой степени обледенения, узел индикации степени обледенения, первый вход которого соединен с входом первого порогового устройства, второе пороговое устройство, первый выход которого подключен ко второму входу первого логического устройства, соединенного выходом с первым входом устройства аварийной сигнализации, генератор импульсов, соединенный выходом с входом усилителя мощности, выход которого подключен к входу оптического излучателя, сопряженного оптически через передающий объектив, поляризатор, контрольную поверхность для отложения льда, анализатор, повернутый относительно поляризатора на угол, обеспечивающий неортогональность их плоскостей поляризации, и приемный объектив с фотоприемником, к выходу которого подключен вход усилителя, соединенного выходом через последовательно включенные амплитудный детектор и интегратор с входом второго порогового устройства, предусмотрены следующие отличия: введено устройство преобразования усилия в напряжение, вход которого кинематически сопряжен с контрольной поверхностью для отложения льда, преобразователь частоты в напряжение, узел индикации наличия обледенения и второе логическое устройство, при этом выход устройства преобразования усилия в напряжение подключен к управляющему входу генератора импульсов, вход преобразователя частоты в напряжение соединен с выходом амплитудного детектора, выход преобразователя частоты в напряжение соединен с входом первого порогового устройства, первый выход первого порогового устройства соединен с первым входом первого логического устройства и с первым входом второго логического устройства, подключенного выходом к входу узла индикации превышения допустимой степени обледенения, первый выход второго порогового устройства соединен с входом узла индикации наличия обледенения, со вторым входом узла индикации степени обледенения и со вторым входом второго логического устройства, второй выход первого и второй выход второго пороговых устройств соединены соответственно со вторым и с третьим входами устройства аварийной сигнализации.

Недостатками данного устройства являются:

- излишняя функциональность и сложность его реализации, неприемлемая для использования на объектах с ограничениями по массогабаритным показателям, каковыми являются беспилотные воздушные суда самолетного типа малого класса;

- необходимость осуществления поляризации излучения оптического излучателя, что является нежелательным на объектах с ограниченным энергетическим потенциалом, каковыми являются беспилотные воздушные суда самолетного типа малого класса, так как большая часть электрической энергии, подведенной к оптическому излучателю, используется нерационально;

- необходимость пространственного разнесения его элементов в пределах планера беспилотного воздушного судна самолетного типа малого класса, ведущего к существенному ухудшению аэродинамических характеристик.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является оптоэлектронный сигнализатор обледенения (патент РФ на изобретение №2332724, МПК G08B 19/02, опубл. 27.08.2008, Бюл. №24), состоящий из: оптического излучателя; передающего и приемного световодов; фотоприемника; блока обработки сигналов; индикатора наличия обледенения; модулятора, который подключен к оптическому излучателю, оптически сопряженному через передающий световод, поляризатор, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя, оптически прозрачный обтекатель фотоприемника с управляемым обогревом, анализатор и приемный световод с фотоприемником, к выходу которого подключен блок обработки сигналов; устройства управления, вход которого соединен с выходом блока обработки сигналов, а выход одновременно с входом индикатора наличия обледенения, управляющим входом оптически прозрачного обтекателя с управляемым подогревом и входом устройства измерения интенсивности обледенения. Плоскость поляризации анализатора повернута на 90° относительно плоскости поляризации поляризатора, поэтому при отсутствии льда на поверхности обтекателя фотоприемника излучение на выход анализатора не проходит и оптический сигнал на вход фотоприемника не поступает. При появлении льда на обтекателе фотоприемника происходит деполяризация проходящего через лед оптического излучения, в результате чего возрастает амплитуда сигнала на выходе фотоприемника, что является основанием для формирования сигнала о наличии обледенения.

Недостатками данного устройства являются:

- сложность его реализации, неприемлемая для использования на объектах с ограничениями по массогабаритным показателям, каковыми являются беспилотные воздушные суда самолетного типа малого класса;

- необходимость осуществления поляризации излучения оптического излучателя, что является нежелательным на объектах с ограниченным энергетическим потенциалом, каковыми являются беспилотные воздушные суда самолетного типа малого класса, так как большая часть электрической энергии, подведенной к оптическому излучателю, используется нерационально.

Технической задачей изобретения является обеспечение возможности сигнализации об обледенении аэродинамических поверхностей беспилотных воздушных судов самолетного типа малого класса.

Технический результат заключается в минимизации массогабаритных характеристик устройства и снижении его энергопотребления.

Это достигается тем, что в известном оптоэлектронном сигнализаторе обледенения, содержащем оптический излучатель и фотоприемник, имеются следующие отличия в составе: введены генератор пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов; контроллер питания оптического излучателя; оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности, подверженного обледенению; пиковый детектор с закрытым входом; формирователь прямоугольного импульса; логический элемент «И»; два счетчика импульсов; компаратор кодов; устройство формирования сигнала об обледенении.

Сущность изобретения поясняется чертежом (Фиг. 1), на котором показаны: генератор пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1; контроллер питания оптического излучателя 2; оптический излучатель 3; оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности планера, подверженный обледенению 4; фотоприемник 5; пиковый детектор с закрытым входом 6; формирователь прямоугольного импульса 7; логический элемент «И» 8; счетчик импульсов 9; счетчик импульсов 10; компаратор кодов 11; устройство формирования сигнала об обледенении 12; слой льда 13, образующийся на оптически прозрачном элементе участка аэродинамической поверхности планера подверженного обледенению 4.

К первому выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 одновременно подключены: управляющий вход контроллера питания оптического излучателя 2, первым вход логического элемента «И» 8, вход счетчика импульсов 9. Ко второму выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 подключен управляющий вход компаратора кодов 11. К третьему выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 одновременно подключены входы сброса в начальное состояние счетчика 9 и счетчика 10. Выход контроллера питания оптического излучателя 2 соединен с входом оптического излучателя 3. Оптический излучатель 3 последовательно: через оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности, подверженный обледенению 4 (в прямом направлении), за счет отражения и рассеяния слоем льда 13, через оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности, подверженный обледенению 4 (в обратном направлении) оптически сопряжен с входом фотоприемника 5. Оптический излучатель 3 и фотоприемник 5 размещаются в непосредственной близости друг от друга так, чтобы диаграмма направленности оптического излучателя 3 и поле зрения фотоприемника 5 не пересекались в пространстве. Выход фотоприемника 5 соединен с входом пикового детектора с закрытым входом 6. Выход пикового детектора с закрытым входом 6 соединен со вторым входом логического элемента «И» 8. Выход логического элемента «И» 8 соединен с входом счетчика импульсов 10. Входы компаратора кодов 11 соединены с выходами счетчика 9 и счетчика 10, а выход - с входом устройства формирования сигнала об обледенении 12.

Оптоэлектронный сигнализатор обледенения планера беспилотного воздушного судна работает следующим образом.

Генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 вырабатывает последовательность пачек прямоугольных импульсов (с первого выхода, Фиг. 2), поступающих одновременно на: управляющий вход контроллера питания оптического излучателя 2, первый вход логического элемента «И» 8, вход счетчика импульсов 9, в соответствии с которыми контроллер питания оптического излучателя 2 осуществляет подачу питания на оптический излучатель 3.

При отсутствии слоя льда 13 на оптически прозрачном элементе участка аэродинамической поверхности планера, подверженного обледенению 4, оптическое сопряжение оптического излучателя 3 и фотоприемника 5 отсутствует, так как излученные оптическим излучателем 3 оптические сигналы уходят в пространство: на вход фотоприемника 5 поступает только излучение, характеризующееся относительно стабильными во времени энергетическими параметрами, зависящими от времени суток и погодных условий, поэтому на выходе пикового детектора с закрытым входом 6 сигнал будет отсутствовать, следовательно, в цепи, образованной формирователем прямоугольного импульса 7, вторым входом и выходом логического элемента «И» 8, входом счетчика импульсов 10 всегда будет логический «0», вследствие чего, после прихода на управляющий вход компаратора кодов 11 импульса со второго выхода генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 (Фиг. 3), компаратор кодов 11 выдаст на устройство формирования сигнала об обледенении 12 сигнал, соответствующий несовпадению состояний счетчиков 9 и 10, т.е. отсутствию обледенения, затем счетчики 9 и 10 будут сброшены в начальное состояние импульсом с третьего выхода генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 (Фиг. 4).

При наличии слоя льда 13 на оптически прозрачном элементе участка аэродинамической поверхности планера, подверженного обледенению 4, оптический излучатель 3 и фотоприемник 5 оказываются оптически сопряжены, так как между ними возникает оптический канал через оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности, подверженный обледенению 4 (в прямом направлении), за счет отражения и рассеяния слоем льда 13, через оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности, подверженный обледенению 4 (в обратном направлении) вследствие чего на вход фотоприемника 5 поступает часть излученных оптическим излучателем 3 оптических сигналов и излучение, характеризующееся относительно стабильными во времени энергетическими параметрами, зависящими от времени суток и погодных условий, поэтому на выходе пикового детектора с закрытым входом 6 будет формироваться импульсная последовательность с временными параметрами пачки прямоугольных импульсов, из которой формирователем прямоугольного импульса 7, будет формироваться пачка прямоугольных импульсов, и подаваться на второй вход логического элемента «И» 8, вследствие чего с его выхода на вход счетчика импульсов 10 поступит количество импульсов, равное количеству импульсов поступивших на вход счетчика импульсов 9, вследствие чего, после прихода на управляющий вход компаратора кодов 11 импульса со второго выхода генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 (Фиг. 3), компаратор кодов 11 выдаст на устройство формирования сигнала об обледенении 12 сигнал, соответствующий совпадению состояний счетчиков 9 и 10, т.е. наличию обледенения, затем счетчики 9 и 10 будут сброшены в начальное состояние импульсом с третьего выхода генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 (Фиг. 4). Устройство формирования сигнала об обледенении 12, путем накопления за заданный временной интервал непрерывающейся последовательности состояний компаратора кодов 11, соответствующей наличию обледенения формирует управляющий сигнал, обеспечивающий реализацию алгоритма функционирования исполнительного устройства, предусмотренного конструкцией произвольного беспилотного воздушного судна.

Таким образом, предложенный оптоэлектронный сигнализатор обледенения планера беспилотного воздушного судна позволяет обеспечить возможности сигнализации об обледенении аэродинамических поверхностей беспилотных воздушных судов самолетного типа малого класса при минимизации его массогабаритных характеристик за счет возможности использования в его конструкции преимущественно электронных компонентов в интегральном исполнении, характеризующихся умеренном потреблением электроэнергии.

Claims (1)

1. Оптоэлектронный сигнализатор обледенения планера беспилотного воздушного судна, содержащий оптический излучатель (3), фотоприемник (5), отличающийся тем, что в его состав входят: генератор пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов (1), контроллер питания оптического излучателя (2), оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности планера, подверженный обледенению (4), пиковый детектор с закрытым входом (6), формирователь прямоугольного импульса (7), логический элемент «И» (8), счетчик импульсов (9), счетчик импульсов (10), компаратор кодов (11), устройство формирования сигнала об обледенении (12), при этом к первому выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов (1) одновременно подключены управляющий вход контроллера питания оптического излучателя (2), первый вход логического элемента «И» (8), вход счетчика импульсов (9), ко второму выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов (1) подключен управляющий вход компаратора кодов (11), к третьему выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов (1) одновременно подключены входы сброса в начальное состояние счетчика (9) и счетчика (10), выход контроллера питания оптического излучателя (2) соединен с входом оптического излучателя (3), оптический излучатель (3) последовательно через оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности, подверженный обледенению (4) (в прямом направлении), за счет отражения и рассеяния слоем льда (13), через оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности, подверженный обледенению (4) (в обратном направлении) оптически сопряжен с входом фотоприемника (5), выход фотоприемника (5) соединен с входом пикового детектора с закрытым входом (6), выход пикового детектора с закрытым входом (6) соединен со вторым входом логического элемента «И» (8), выход логического элемента «И» (8) соединен с входом счетчика импульсов (10), входы компаратора кодов (11) соединены с выходами счетчика (9) и счетчика (10), а выход - с входом устройства формирования сигнала об обледенении (12).

Images