WO2021096138A1 - 결빙감지장치 - Google Patents

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WO2021096138A1
WO2021096138A1 PCT/KR2020/015189 KR2020015189W WO2021096138A1 WO 2021096138 A1 WO2021096138 A1 WO 2021096138A1 KR 2020015189 W KR2020015189 W KR 2020015189W WO 2021096138 A1 WO2021096138 A1 WO 2021096138A1
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WO
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probe
freezing
vibration frequency
control unit
transistor
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/015189
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English (en)
French (fr)
Inventor
김영범
Original Assignee
주식회사 에그 (Egg)
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Publication date
Application filed by 주식회사 에그 (Egg) filed Critical 주식회사 에그 (Egg)
Priority to US17/771,579 priority Critical patent/US20220381627A1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
    • B64D15/20—Means for detecting icing or initiating de-icing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • G01K13/028—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow for use in total air temperature [TAT] probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • G01K13/024—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow of moving gases

Definitions

  • the present invention relates to a freezing detection device, and more particularly, to a freezing detection device with improved detection accuracy.
  • the freezing detection device is a device that is installed at an expected freezing point of an aircraft or ship operated in a low temperature extreme environment to prevent performance degradation or failure of an aircraft due to freezing.
  • the freezing phenomenon of the aircraft occurs on the surface of the aircraft such as engine entrances, wing edges, and propellers when flying in an atmospheric environment containing moisture such as sub-zero temperatures and clouds.
  • moisture such as sub-zero temperatures and clouds.
  • freezing occurs at the leading edge of the wing, it adversely affects flight performance and safety due to a decrease in lift and an increase in drag.
  • it is essential to install an ice detection device having high reliability and durability.
  • Such an ice detection device is installed on the surface of an aircraft wing, engine nacelle, etc., and functions to detect whether ice has occurred before ice formation on the surface of the wing, nacelle, etc., and notify the pilot of the aircraft or ship.
  • the freezing detection device is a method of directly detecting the temperature of the surface of an aircraft wing, engine nacelle, etc. with a temperature sensor, a thermal imaging camera, etc., and an indirect method of measuring the vibration displacement that changes when freezing occurs. Freezing can be detected.
  • the vibration-type freezing detection device may be provided with a probe for detecting freezing.
  • the probe is provided in a cylindrical shape with a hemispherical end, and the end may be disposed in a state protruding from the surface of the aircraft wing, engine nacelle, etc., and the frequency due to oscillation can be measured when the probe vibrates by an elastic means have.
  • the freezing detection device applying the magnetostrictive oscillation (MSO) principle generates a constant resonance frequency by winding coils at both ends of a probe of a ferromagnetic material such as a nickel alloy and applying a current.
  • MSO magnetostrictive oscillation
  • the moving rated resonance frequency refers to a natural frequency generated by the probe when freezing does not occur in the magnetostrictive vibration probe of the freezing detection device.
  • the conventional freezing detection device has a serious problem that the accuracy of freezing detection is deteriorated because the rated resonance frequency is not kept constant due to changes in the amount and spacing of the coils wound on both ends of the probe, changes in magnetic force, etc. there was.
  • the rated resonance frequency of the freezing detection device is not kept constant, the workability of the freezing detection device or the internal component circuit is required to be replaced, so workability is remarkably deteriorated.
  • the present invention makes it a problem to provide a freezing detection device with improved detection accuracy.
  • the present invention is installed in the freezing measurement area in which the freezing detection target unit is disposed, the strut having a mounting space therein; It is provided with a magnetostrictive material and disposed through the strut, the lower end is inserted into the mounting space, the upper end is exposed to the freezing measurement region, and a drive coil forming a driving magnetic field for magnetostrictive vibration surrounds one outer periphery of the inside of the mounting space
  • a probe disposed so that a feedback coil spaced apart from the drive coil at a predetermined distance from the drive coil surrounds the outer circumference of the other side inside the mounting space;
  • a variable adjusting unit circuitly connected to the drive coil and the feedback coil to adjust an error of the vibration frequency generated by the probe;
  • a magnet portion disposed along an outer periphery of the drive coil and the feedback coil to increase the vibration displacement of the probe to form a bias magnetic field;
  • An elastic member disposed in the mounting space and provided to have a predetermined elastic modulus such that a vibration frequency is generated in the probe
  • the present invention provides the following effects.
  • the freezing state of the ice detection target part is indirectly detected through a change in the vibration frequency of the probe disposed in the ice measurement area adjacent to the target area. Therefore, it is possible to stably monitor the freezing state while preventing the deterioration of the driving performance of the freezing detection target unit.
  • a variable control unit is provided as a transistor to variably adjust the voltage applied to the feedback coil, and the voltage applied to the base of the transistor is remotely controlled through a PC unit installed in a cockpit or the like. Therefore, since the moving rated resonance frequency initially set in the probe is quickly and accurately adjusted, operational safety can be remarkably improved.
  • the operation control unit communicatively connected to the PC unit with the voltage applied to the variable control unit connected to the feedback coil.
  • the moving rated resonance frequency is automatically adjusted to be constant within a preset vibration frequency range. Accordingly, the reliability of the sensitivity calculated as a ratio of the reduction amount of the response frequency to the thickness of the freezing generated on the probe surface can be remarkably improved.
  • FIG. 1 is an exemplary view showing an arrangement state of a freezing detection device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing a freezing detection device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is an exemplary view showing a control state of the freezing detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a freezing detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flow chart showing a control method of the freezing detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exemplary view showing an arrangement state of a freezing detection device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing a freezing detection device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a block diagram showing the freezing detection device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a view showing the freezing detection device according to an embodiment of the present invention. It is a flow chart showing the control method.
  • the freezing detection device 100 includes a strut 20, a probe 10, a variable adjustment unit 41, a magnet unit 50, and an elastic member. (70) And it includes an operation control unit (32).
  • the freezing detection device 100 detects the occurrence of freezing and the growth state of the freezing detection target unit 1, and transmits a monitoring signal corresponding to the detected freezing occurrence and the growth state to a management server (not shown), etc. It refers to the device that transmits.
  • the management server (not shown) generates a notification message for the occurrence of icing and the growth status of the ice detection target unit 1 according to the received monitoring signal and displays it on the manager's display device (not shown). I can.
  • the notification message may be provided as a voice, image, text, or the like indicating whether or not freezing of the freezing detection target unit 1 has occurred and a growth state.
  • a series of maintenance operations for removing ice generated in the ice detection target unit 1 may be performed according to the notification message.
  • the aircraft Aircraft
  • the ice detection target unit (1) is not limited thereto, It is desirable to understand it as a concept encompassing various predicted points of freezing such as decks, offshore structures, blades or nacelles of wind turbines.
  • the freezing detection device 100 including the strut 20 is installed in the freezing measurement area (a) adjacent to the target area (k) in which the freezing detection target portion (1) is disposed. do.
  • the freezing measurement area (a) refers to an environment having weather conditions such as temperature, humidity, and wind speed similar to the target area (k), and the freezing detection device 100 is installed while being adjacent to the target area (k). It can be set as an easy area.
  • the ice measurement area (a) may be set to the outer side spaced from the aircraft body.
  • the outer side of the aircraft body is disposed adjacent to the target area (k) where the aircraft body is disposed and has a weather condition similar to that of the target area (k), but the freezing is detected as a part where movement such as engine rotation does not occur directly. Installation of the device 100 and wiring is easy.
  • the freezing detection device 100 is not directly installed in the target area (k), but the freezing of the aircraft surface according to the weather conditions of the target area (k) in the freezing measurement area (a) adjacent to the target area (k).
  • the effect on the rotational motion of the aircraft engine can be minimized because it indirectly detects whether or not it has occurred. That is, since the occurrence of icing and the growth state can be stably monitored without deteriorating the performance of the icing detection target unit 1, the efficiency of the product can be improved.
  • the strut 20 is installed in the freezing measurement area (a) in which the freezing detection target portion (1) is disposed, it is preferable that the mounting space (s) is formed therein.
  • the strut 20 may be provided as an asymmetrical elliptical cross-sectional shape of an elliptical column in which the length of the rear portion is longer in the front and rear direction than the front portion so that the airflow flowing along the side of the strut 20 is accelerated. .
  • the airflow flowing from the front to the rear of the strut 20 moves along the side of the strut 20 provided as an asymmetrical elliptical column, it can be accelerated and moved quickly. Accordingly, as the airflow moving along the side of the strut 20 is accelerated, the relative air pressure in the freezing measurement region (a) may decrease, and thus the temperature may decrease.
  • the strut 20 may be provided as an elliptical column with an open lower portion so that the mounting space s is formed therein, and a probe through hole 21 for installing the probe 10 is formed on the upper surface thereof. This is desirable.
  • an expansion fastening portion extending radially outwardly along the circumferential direction of the strut 20 may be formed on the lower outer circumference of the strut 20.
  • the expansion fastening part may be seated on the surface of the freezing detection target part 1, and a plurality of fastening holes may be formed in the vertical direction along the outer periphery of the expansion fastening part. Accordingly, the freezing detection device 100 may be installed on the freezing detection target portion 1 as the fastening hole and the freezing detection target portion 1 are fastened and fixed to each other by screwing or the like.
  • the freezing detection device 100 may further include a housing (not shown) extending downward from the inner end of the lower portion of the strut 20, and in which various electrical components including the power supply unit 33 are installed.
  • the housing (not shown) may be separately provided and coupled to the strut 20, and may be formed integrally with each other.
  • the strut 20 may be installed to be exposed to the outer side of the aircraft body, and the housing (not shown) may be inserted and disposed in a depression formed in the freezing detection target portion 1.
  • the mounting space (s) and the inner space of the housing (not shown) may communicate with each other.
  • the strut 20 and the housing are preferably made of a metal material or engineering plastic material having excellent water resistance and pressure resistance so as to minimize corrosion or damage due to weather conditions in the freezing measurement area (a). .
  • the probe 10 is provided with a magnetostrictive material and is disposed vertically through the strut 20, and the lower end is inserted into the mounting space (s) and the upper end is exposed to the freezing measurement area (a). It is preferable to protrude from the space (s).
  • the magnetostrictive material is preferably understood to mean a material having a property of extending or contracting by moving an internal magnetic domain in the magnetic field's magnetic pole direction when exposed to an external magnetic field.
  • the magnetostrictive material may be provided with ferrite made of a material such as iron, nickel, cobalt, stainless steel, and alloys thereof as a ferromagnetic material, and among them, 40 ⁇ It is more preferable to contain 42% by weight of nickel, 4 to 6% by weight of chromium, and 2 to 3% by weight of titanium, but the remaining% by weight is a nickel-iron alloy composed of iron.
  • the vibration means is disposed so as to surround the lower outer circumference of the probe 10 to form a driving magnetic field for magnetostrictive vibration, and the coil unit 40 so that the vibration displacement of the probe 10 is increased.
  • the coil unit 40 is disposed in the mounting space s and provided to surround the lower outer circumference of the probe 10 to form a driving magnetic field for magnetostrictive vibration.
  • the coil unit 40 is formed by winding a wire insulated by a sheath or the like in a spiral form a plurality of times along the axial direction of the probe 10, and may form a spiral current flow when current is applied.
  • a driving magnetic field in which magnetic poles are arranged in the axial direction of the probe 10 along the internal hollow of the coil unit 40 may be formed by the spiral current flow.
  • the coil unit 40 is applied with an alternating current in which the negative electrode and the positive electrode change at a predetermined period, and the magnetic pole direction of the driving magnetic field may be periodically inverted according to the change of the current flow direction.
  • the driving magnetic field has an N-pole and an S-pole arranged in the axial direction of the probe 10, and the probe 10 may be stretched or contracted along the magnetic pole direction of the driving magnetic field.
  • the probe 10 may be subjected to magnetostrictive vibration while repeatedly extending and contracting.
  • the crystal grains of the magnetostrictive material have a multi-magnetic structure composed of a plurality of magnetic domains, and when exposed to an external magnetic field, each magnetic domain is aligned in the magnetic pole direction of the external magnetic field.
  • the dimensions increase.
  • each magnetic domain parallel to a single magnetic sphere is separated, and after the dimension of the magnetic pole direction is reduced, each magnetic domain is rearranged and re-paralled in the direction of the changed external magnetic field. The dimensions can be increased again.
  • the coil unit 40 includes a drive coil 40a and a feedback coil 40b which are divided up and down along the vibration direction of the probe 10 and are wound in a helical direction opposite to each other.
  • the coil unit 40 is preferably provided to surround the lower outer circumference of the probe 10 disposed in the mounting space (s).
  • the drive coil 40a forming a driving magnetic field for magnetostrictive vibration is disposed on the probe 10 so as to surround one outer circumference of the inside of the mounting space s.
  • the probe 10 has a feedback coil 40b spaced apart from the drive coil 40a at a predetermined distance to surround the outer periphery of the other side inside the mounting space s.
  • the drive coil 40a may be disposed to surround a lower side of the lower outer circumference of the probe 10
  • the feedback coil 40b may be disposed to surround an upper side of the lower outer circumference of the probe 10. have.
  • the drive coil 40a may be wound in a circumferential direction along the axial direction of the probe 10 and may be provided in a downward spiral shape
  • the feedback coil 40b may extend the axial direction of the probe 10. Accordingly, it is wound in the circumferential direction and may be provided in an upward spiral shape.
  • variable control unit 41 is preferably a circuit connected to the drive coil (40a) and the feedback coil (40b) so that a preset vibration frequency initially set in the probe 10, that is, a moving rated resonance frequency is adjusted.
  • the preset vibration frequency is preferably understood as the same concept as the moving rated resonance frequency (NRF), and the natural frequency generated by the probe when icing does not occur in the magnetostrictive vibration probe of the freezing detection device it means.
  • the preset vibration frequency may be set to 35 ⁇ 45kHz, most preferably set to 40kHz.
  • variable adjustment unit 41 is provided to variably adjust the voltage applied to the drive coil 40a and the feedback coil 40b to adjust a preset vibration frequency initially set in the probe 10 This is desirable.
  • the variable control unit 41 is preferably provided as a transistor including a base (B), a collector (C) and an emitter (E).
  • the transistor may be provided as a device.
  • the operation control unit 32 controls a voltage applied to the base B of the transistor.
  • the drive coil 40a is circuit-connected in parallel with the variable capacitor 42, and one end is connected to the collector C of the transistor, and the other end is a power supply unit ( It is preferable to connect the circuit to the positive end of 33).
  • the variable capacitor 42 it is preferable that one end of the variable capacitor 42 is connected to the collector C of the transistor and the other end is connected to the positive end of the power supply unit 33.
  • the power supply unit 33 is provided to supply DC power.
  • one end of the feedback coil 40b is connected to the base B of the transistor and the other end is connected to the negative end of the power supply unit 33.
  • the operation control unit 32 is circuit-connected to the base (B) of the transistor, and the emitter (E) of the transistor is circuit-connected to the first ground unit g1 to be grounded. At this time, it is preferable that one end of the operation control unit 32 and the feedback coil 40b are respectively connected to a common connection node formed in the base B of the transistor.
  • the freezing detection device 100 includes a common emitter amplification circuit in which the emitter E of the transistor is grounded, and the feedback coil 40b is disposed on the base B side of the transistor. It is preferable that the circuit is connected and the drive coil 40a is connected to the collector (C) side of the transistor. Through this, the voltage input to the base (B) side of the transistor may be amplified to the collector (C) side of the transistor and output. At this time, it is preferable that the circuit including the variable control unit 41 and the variable capacitor 42 is disposed in the mounting space (s). In addition, the drive coil 40a and the feedback coil 40b may be connected to the power supply unit 33 through an independent lead line and a lead line, and one of the lead line and the lead line is provided by the operation control unit 32. Controlled switching means may be provided.
  • the current flow generated in the transistor is that a current flows from the collector (C) and the base (B) and the current flows out to the emitter (E) side, and is represented by Equation 1 below. I can.
  • i E is the emitter (E) side current (A)
  • i B is the base (B) side current (A)
  • i C is the collector (C) side current (A).
  • vibration frequency generated by the drive coil 40a is calculated as Equation 2 below.
  • f 1 is the vibration frequency (Hz) generated by the drive coil 40a
  • L 2 is the induction coefficient (H) of the drive coil 40a
  • C is the capacitance (F) of the variable capacitor 42 Means. That is, the vibration frequency generated by the drive coil 40a has a relationship that is substantially inversely proportional to the induction coefficient of the drive coil 40a and the square root of the capacitance of the variable capacitor 42.
  • the vibration frequency generated by the feedback coil 40b is calculated as Equation 3 below.
  • f 2 is the vibration frequency (Hz) generated by the feedback coil 40b
  • L 1 is the induction coefficient (H) of the feedback coil 40b
  • E bb is the Young's modulus, which is the probe 10 Is a preset constant
  • ⁇ means the density of the probe 10. That is, the vibration frequency generated by the feedback coil 40b is substantially inversely proportional to the induction coefficient of the feedback coil 40b and has a relationship proportional to the square root of the reciprocal of the density of the probe 10.
  • the vibration frequency generated by the probe 10 may be set through a difference between the vibration frequency generated by the drive coil 40a and the vibration frequency generated by the feedback coil 40b.
  • a spiral in a direction opposite to each other along the lower outer circumference of the probe 10 through the drive coil 40a and the feedback coil 40b Current flows e1 and e2 may be formed.
  • the N pole and S pole are arranged along the axial direction of the probe 10 along the center of each spiral current flow (e1, e2), but a pair of driving magnetic fields (m1, m2) having opposite magnetic pole directions Can be formed.
  • the lower side of the lower outer circumference of the probe 10 is stretched and contracted by the driving magnetic field m1 of the drive coil 40a, and the upper side of the lower outer circumference of the probe 10 is the driving magnetic field of the feedback coil 40b.
  • the upper and lower sides of the lower outer periphery of the probe 10 can be simultaneously stretched and contracted by a pair of driving magnetic fields m1 and m2 having opposite magnetic pole directions, so that the overall expansion and contraction displacement of the probe 10 can be increased. have.
  • the power supply unit 33 applies an AC voltage and current of a predetermined period to the drive coil 40a and the feedback coil 40b, and the feedback coil 40b forms a part of the circuit of the oscillator 31 can do. That is, the lead or lead wire of the feedback coil 40b may be connected to the power supply unit 33 via the oscillator 31, and the oscillator 31 may be controlled through the voltage of the feedback coil 40b. Therefore, more efficient circuit configuration is possible.
  • a delay circuit for delaying the cycle of the alternating current to half the wavelength may be connected to the lead wire of the feedback coil 40b, and the magnetic field formed by the coil units 40a and 40b may have the same magnetic pole direction. As they are arranged and amplified to each other, the expansion/contraction displacement of the probe 10 may be increased.
  • the magnet part 50 is preferably disposed along the outer peripheries of the drive coil 40a and the feedback coil 40b to increase the vibration displacement of the probe 10 to form a bias magnetic field.
  • the magnet part 50 is provided as a'C'-shaped tube whose outer circumference is opened so as to partially surround the outer circumference of the coil part 40 and the probe 10, and NS on the inner and outer circumferential sides, respectively.
  • the pole may be provided as a magnetized permanent magnet or an electromagnet. That is, the magnet part 50 may form a bias magnetic field having a magnetic pole direction orthogonal to the driving magnetic field outside the coil part 40.
  • the driving magnetic field is pressurized radially inward by the magnetic field of the bias magnetic field, and may have a magnetic force line linearized in the axial direction of the probe 10.
  • the magnetic pole direction of the driving magnetic field and the axial direction of the probe 10 are aligned, so that the amount of expansion and contraction of the probe 10 and the amount of amplitude during magnetostrictive vibration can be increased, and the vibration frequency can be accurately detected through the increased amplitude. have.
  • the elastic member 70 is disposed in the mounting space s and has a predetermined elastic modulus so that a vibration frequency is generated in the probe 10 to generate magnetostrictive vibration.
  • the elastic member 70 elastically supports the lower end of the probe 10 and is preferably provided with a coil spring or the like that elastically deforms in the axial direction of the probe 10.
  • the elastic member 70 is preferably provided to have a predetermined elastic modulus for controlling the vibration frequency of the probe 10. That is, the vibration frequency of the probe 10 may be adjusted through the elastic modulus of the elastic member 70.
  • the vibration of the probe 10 is transmitted to the elastic member 70.
  • the elastic member 70 is vibrated at a natural vibration frequency according to the elastic modulus, and the vibration frequency of the probe 10 may be increased or decreased through cancellation or amplification.
  • the vibration frequency according to the magnetostrictive vibration can be easily adjusted. That is, even when the size or period of the driving magnetic field and the specifications of the probe 10 are the same, the magnetostrictive vibration frequency can be adjusted in a wide range, such as 40 kHz to 40 Hz, and suitable for various weather conditions in the freezing measurement area (a). Since the initial vibration frequency can be easily set, product compatibility can be increased.
  • the operation control unit 32 is connected to the variable control unit 41 to apply a voltage and a current corresponding to the vibration frequency.
  • the operation control unit 32 is preferably provided to indirectly determine the freezing state of the freezing detection target unit 1 through a change in the vibration frequency of the probe 10 due to the freezing load.
  • the operation control unit 32 may determine the freezing state of the probe 10 by comparing the vibration frequency of the probe 10 in the initial state (non-icing) and the vibration frequency of the probe 10 in the freezing state. have.
  • the probe 10 exposed to the freezing measurement area a having a weather condition similar to that of the target area k Even freezing occurs. Accordingly, the freezing state of the freezing detection target unit 1 may be indirectly detected through the freezing state of the probe 10.
  • the effect on the rotational motion of the aircraft engine is minimized to prevent deterioration in the performance of the ice detection target unit 1, and whether or not freezing of the ice detection target unit 1 occurs in the ice measurement area where there is no direct motion such as rotation, etc. Since the growth state can be stably monitored, the installation convenience and durability of the product can be improved.
  • the operation control unit 32 further includes an oscillator 31 that senses the vibration frequency of the probe 10 in real time.
  • the operation control unit 32 transmits a monitoring signal corresponding to the freezing state when the vibration frequency sensed by the oscillator 31 is reduced below a preset freezing reference frequency.
  • the operation control unit 32 may be provided with a microcontroller or the like, and may perform a series of processing processes for comparing the vibration frequency sensed through the oscillator 31 with a preset freezing reference frequency.
  • the correlation between the amount of vibration frequency change of the probe 10 and the amount of freezing (freezing growth state) of the probe 10 can be derived experimentally, and a database of the derived correlation is tabulated and stored in a storage unit ( 34).
  • the freezing reference frequency may be preset based on the correlation.
  • the freezing reference frequency may be set as the vibration frequency at the time when freezing of the probe 10 occurs from the database for the derived correlation, and the generated freezing decreases the performance of the freezing detection target unit 1 It is also possible to set the vibration frequency at the time of growth to the extent that can induce.
  • the operation control unit 32 may transmit a monitoring signal corresponding to the occurrence of freezing to the management server (not shown).
  • the icing reference frequency may be set in multiple stages according to the icing growth rate, and the operation control unit 32 generates a monitoring signal indicating the icing growth rate at each stage when the detected vibration frequency is reduced to the icing reference frequency corresponding to each stage. Can be sent to the management server.
  • the management server (not shown) generates a notification message for the occurrence of icing and the growth status of the ice detection target unit 1 according to the received monitoring signal, and displays it on the manager's display device (not shown). .
  • a series of maintenance operations for removing the generated freezing of the freezing detection target unit 1 may be performed. Accordingly, a decrease in durability and performance of the freezing detection target portion 1 due to freezing may be minimized.
  • a digital-to-analog converter 81 and an analog-to-digital converter 82 are circuit-connected in parallel so that signals transmitted and received with each other are converted. desirable.
  • an operational amplifier 83 is circuit-connected between the operation control unit 32 and the base B of the transistor to amplify the transmitted/received signal.
  • an input terminal of the digital-to-analog converter 81 and an output terminal of the analog-to-digital converter 82 may be circuit-connected to the operation control unit 32 in parallel.
  • an output terminal of the digital-to-analog converter 81 and an input terminal of the analog-to-digital converter 82 may be circuitly connected to a plus input terminal of the operational amplifier 83.
  • the negative input terminal of the operational amplifier 83 is circuit-connected to the output terminal of the operational amplifier 83, and the output terminal of the operational amplifier 83 is circuit-connected to a common connection node formed on the base B of the transistor. have.
  • an AC power supply unit VCC and a second ground unit g2 are parallel to each other between the output terminal of the operational amplifier 83 and the common connection node circuit connected to the base B of the transistor. Circuit connected is preferred.
  • a first resistance element R1 is connected in a circuit between the AC power supply unit VCC and the common connection node, and a second resistance element R2 is connected between the common connection node and the second ground part g2. It is preferable that a circuit is connected.
  • signals transmitted/received between the operation control unit 32, the variable control unit 41, and the coil unit 40 can be converted and amplified as digital and analog signals, and communicated.
  • the freezing detection device 100 further includes a PC unit 80 that is communicatively connected to the operation control unit 32 so that a preset vibration frequency initially set in the probe 10 is remotely adjusted.
  • the PC unit 80 and the operation control unit 32 communicate with each other through a method such as RS-485 serial communication.
  • the PC unit 80 may be separately provided in a cockpit of an aircraft, unlike the probe 10 and the strut 20 installed in the freezing measurement area (a).
  • the PC unit 80 increases and controls the voltage applied to the base B of the transistor by a preset value when the vibration frequency measured through the oscillator 31 is equal to or higher than a preset vibration frequency. In addition, it is preferable that the PC unit 80 decreases and controls the voltage applied to the base B of the transistor by a preset value when the vibration frequency measured through the oscillator 31 is less than a preset vibration frequency.
  • a vibration frequency generated in the probe 10 through the oscillator 31 is measured in real time (s10).
  • the operation control unit 32 and the PC unit 80 are communicated with each other through RS-485 serial communication (s11, s12).
  • the PC unit 80 compares the vibration frequency measured through the oscillator 31 and a preset vibration frequency to each other and determines (s13).
  • the preset vibration frequency is preferably understood as the same concept as the moving rated resonance frequency, and refers to a natural frequency generated by the probe when no icing occurs in the magnetostrictive vibration probe of the freezing detection device.
  • the preset vibration frequency may be set to 35 ⁇ 45kHz, most preferably set to 40kHz.
  • the PC unit 80 increases and controls the voltage applied to the base B of the transistor by a preset value (s14).
  • the operation control unit 32 may increase and control a voltage applied to the base B of the transistor.
  • the PC unit 80 adjusts the voltage applied to the base B of the transistor. Is omitted.
  • the PC unit 80 reduces and controls the voltage applied to the base B of the transistor by a preset value (s15). .
  • the operation control unit 32 may reduce and control a voltage applied to the base B of the transistor.
  • the operation control unit 32 compares and determines whether the vibration frequency measured through the oscillator 31 is within a preset vibration frequency range (s16).
  • the operation control unit 32 applies a voltage value applied to the base B of the transistor to the storage unit 34. The data is saved and the algorithm ends (s17).
  • the operation control unit 32 resets the voltage value applied to the base B of the transistor (s18). Then, the above-described algorithm may be repeatedly performed.
  • the vibration frequency generated by the probe 10 decreases, and the voltage applied to the base B of the transistor decreases.
  • the vibration frequency generated in the probe 10 increases.
  • the vibration frequency may be set to 39.5 to 39.9 kHz, and when the voltage is 2.6 V, the vibration frequency may be set to 40.1 to 40.5 kHz.
  • the numerical value of the vibration frequency described above is described as an example, and the numerical value is not limited thereto.
  • the operation control unit 32 sets a sensitivity to a vibration frequency generated in the probe 10.
  • the sensitivity is calculated as a ratio of the reduction amount of the response frequency to the thickness of the freezing generated on the surface of the probe 10.
  • the sensitivity may be set to 250 ⁇ 270Hz / mm, most preferably set to 260Hz / mm.
  • the response frequency reduction amount of the probe is 130 Hz when the thickness of the freezing generated in the probe 10 is 0.5 mm
  • variable control part 41 provided as a transistor is connected to the drive coil 40a and the feedback coil 40b, and the voltage applied to the base B of the transistor through the operation control part 32 To increase/decrease control.
  • the variable control unit 41 connected to the drive coil 40a and the feedback coil 40b circuit )
  • the moving rated resonance frequency can be easily adjusted.
  • the moving rated resonance frequency generated in the probe 10 is different from the preset value, unlike the prior art, which required physical work such as changing the coil winding amount and spacing, and replacing the magnet part, the moving rated resonance frequency was adjusted. Since this is easily performed, work convenience can be remarkably improved.
  • a preset vibration frequency initially set in the probe 10 is controlled by increasing/decreasing the voltage applied to the base B of the transistor through the PC unit 80 communicatively connected to the operation control unit 32. That is, the moving rated resonance frequency is quickly and accurately adjusted remotely. Therefore, emergency measures can be taken when an abnormality occurs in the freezing detection device 100 even during operation.
  • variable control unit 41 is provided as a transistor to variably adjust the voltage applied to the feedback coil 40b, and the transistor through the PC unit 80 and the operation control unit 32 installed in the cockpit of an aircraft, etc. Remotely control the voltage applied to the base (B). Accordingly, since the moving rated resonance frequency initially set in the probe 10 is quickly and accurately adjusted, operational safety can be remarkably improved.
  • the moving rated resonance frequency is automatically adjusted to be constant within a preset vibration frequency range. Accordingly, the reliability of the sensitivity calculated as a ratio of the reduction amount of the response frequency to the thickness of the freezing generated on the surface of the probe 10 can be remarkably improved.
  • the freezing detection device 100 can be precisely set by simply adjusting the voltage applied to the base B of the transistor without detailed knowledge of the freezing detection principle, the convenience of use can be remarkably improved. That is, when the moving rated resonance frequency generated in the probe 10 is different from the preset value, the voltage applied to the base B of the transistor is simply adjusted without physical work such as changing the coil winding amount and spacing, or replacing the magnet part. Just by doing this, the moving rated resonance frequency can be precisely adjusted.
  • the mounting space (s) is provided with a heating unit (60a) for heating the probe 10 according to the transmitted monitoring signal so that the vibration frequency of the probe 10 is initialized through the removal of pre-formed icing. I can.
  • the heating unit (60a) may be provided with a heating element such as a nickel alloy, the lower end is connected to the power supply unit (33), the power supply unit (33) according to the monitoring signal of the operation control unit (32). It is possible to control the power supply of the heating unit (60a).
  • a heating tube part 61 disposed to surround the outer periphery of the probe 10 may be provided at an upper end of the heating part 60a.
  • the heating tube portion 61 is provided in a ring shape or arc shape having an inner diameter exceeding the outer diameter of the probe 10, and is disposed between the lower edge of the probe through hole 21 and the upper edge of the coil portion 40. I can.
  • the inner circumference of the heating tube part 61 may be disposed to surround the entire or most of the outer circumference of the probe 10 in a state spaced apart from the outer circumference of the probe 10 at a predetermined interval.
  • the heat of the heating tube part 61 is transferred to the probe 10 through radiation, and the probe 10 is heated without direct contact with the heating part 60a to remove freezing formed on the surface. . Accordingly, distortion with respect to the vibration frequency of the probe 10 can be prevented, so that the detection accuracy of the freezing state can be improved.
  • the heating unit 60a may be controlled to be stopped after being driven according to a preset heating waiting time, and when a temperature sensor (not shown) for sensing the temperature of the probe 10 is provided, the probe ( It is also possible to control to stop when 10) rises to a preset temperature. In this embodiment, it will be described as an example that the heating unit 60a is controlled to stop by the vibration frequency of the probe 10.
  • the heating unit 60a may be controlled to stop driving when the vibration frequency of the probe 10 rises above a preset steady state frequency.
  • the steady state frequency means the initial vibration frequency of the probe 10, and a value reduced by a predetermined deviation from the initial vibration frequency in consideration of the amount of vibration frequency reduction due to moisture generated when freezing is removed. More preferably, it is set to.
  • the operation control unit 32 compares the vibration frequency sensed through the oscillator 31 with the steady state frequency, and transmits a monitoring signal corresponding to the normal state when the vibration frequency increases above the steady state frequency. can do.
  • the power supply unit 33 may cut off the power supply of the heating unit 60a according to a monitoring signal corresponding to a normal state.
  • the heating unit 60a can be accurately controlled so that the freezing of the probe 10 can be completely removed without a separate control means such as a temperature sensor or a timer, and the product productivity is improved with a simplified structure. Stable initialization of (10) is possible, so the detection accuracy of the freezing state can be improved.
  • an auxiliary heating part 60b may be provided on the inner wall surface of the strut 20.
  • the auxiliary heating unit 60b may be provided with a heating wire such as a nickel alloy in the same manner as the heating unit 60a, and is preferably embedded in the inner wall surface of the strut 20.
  • the auxiliary heating unit (60b) is arranged to form a ring-shaped or arc-shaped wall corresponding to the inner wall surface of the strut (20), the lower end is connected to the power supply unit (33) and at the same time as the heating unit (60a). Can be controlled.
  • a monitoring signal corresponding to the freezing state is transmitted through the operation control unit 32, and the power supply unit 33 transmits the auxiliary heating unit 60b through the transmitted monitoring signal.
  • the power supply unit 33 transmits the auxiliary heating unit 60b through the transmitted monitoring signal.
  • the heating unit 60a At this time, when the auxiliary heating unit 60b is heated, the heat of the auxiliary heating unit 60b may be transferred to the strut 20 through conduction.
  • the strut 20 As the strut 20 is heated, freezing generated on the surface of the strut 20 may be removed. In addition, the heat of the strut 20 increases the temperature of the ice measurement region a on the upper surface of the strut 20, so that the freezing of the probe 10 can be removed more quickly.
  • the freezing detection device 100 is used to rapidly pass the airflow flowing along the outer periphery of the probe 10 so that the response speed of the probe 10 is increased. It may further include an airflow acceleration frame (not shown) protruding upwardly from the strut 20.
  • the air flow acceleration frame (not shown) is provided so as to promote a decrease in temperature of the freezing measurement region (a) due to the air flow flowing from the outer side of the probe 10.
  • the airflow acceleration frame (not shown) according to an embodiment of the present invention may be provided with a plate having a square or rectangular cross section.
  • the airflow acceleration frame (not shown) is preferably disposed perpendicular to the upper surface of the strut 20 and disposed at the center of the strut 20 in the width direction.
  • the airflow acceleration frame (not shown) may be disposed parallel to the main traveling direction of the airflow, and most preferably, may be disposed along the front-rear direction of the strut 20.
  • the width of the airflow acceleration frame (not shown) is preferably formed to be less than the diameter of the probe 10, the end of the airflow acceleration frame (not shown) adjacent to the probe 10 of the lengthwise both ends of the It is preferable to be spaced apart from the outer surface of the probe 10 at a predetermined interval.
  • the airflow acceleration frame (not shown) according to an embodiment of the present invention is preferably disposed at the rear end of the outer periphery of the probe 10 so as to prevent the formation of eddy currents and turbulence on the rear side of the probe 10.
  • the front end of the airflow acceleration frame (not shown) according to an embodiment of the present invention is spaced apart from the outer surface of the probe 10 at a predetermined interval.
  • a spacing between the end of the airflow acceleration frame (not shown) and the outer surface of the probe 10 may be 0.6 to 1.0 mm. At this time, when the distance between the end of the airflow acceleration frame (not shown) and the outer surface of the probe 10 is less than 0.6mm, between the end of the airflow acceleration frame (not shown) and the outer surface of the probe 10 There is a concern that freezing occurs in the probe 10 to stop the vertical vibration of the probe 10 to detect freezing, and thus it may not be possible to determine whether or not freezing.
  • the operation control unit 32 determines that freezing has occurred through the operation control unit 32 when the freezing thickness is 0.5mm or more as freezing occurs on the outer surface of the probe 10 and the freezing grows radially outward. That is, when the distance between the end of the airflow acceleration frame (not shown) and the outer surface of the probe 10 is formed to be less than 0.6mm, there is a concern that the operation control unit 32 may not be able to determine freezing.
  • the distance between the end of the airflow acceleration frame (not shown) and the outer surface of the probe 10 is formed to be 0.6 to 1.0 mm, turbulence of the airflow is prevented, thereby preventing an increase in the temperature of the freezing measurement region.
  • the airflow acceleration frame (not shown) is disposed at the optimum interval at which freezing can be formed on the surface of the probe 10 to detect freezing, the detection accuracy will be remarkably improved when the probe 10 detects freezing. I can.
  • an end adjacent to the probe 10 among both ends in the longitudinal direction of the airflow acceleration frame may be formed in a concave curved shape corresponding to the outer circumferential shape of the probe 10.
  • the height of the airflow acceleration frame (not shown) is formed to be less than the height of the upper end of the probe 10
  • the maximum height of the front end side of the airflow acceleration frame is 80 to 100% of the height of the upper end of the probe. It is most preferred to be formed in height.
  • the detection accuracy of the probe 10 is It can be improved.
  • the airflow acceleration frame (not shown) is preferably provided with a metal material or engineering plastic material having excellent water resistance and pressure resistance so as to minimize corrosion or damage due to weather conditions in the freezing measurement area (a).
  • the airflow acceleration frame (not shown) is not provided as in the prior art, as the airflow moving from the front to the rear of the strut 20 flows along the outer periphery of the probe 10, the probe 10 Eddy flow and turbulent flow are formed on the rear side of.
  • the airflow flowing to the outer side of the probe 10 is decelerated, the air pressure in the freezing measurement region a increases, collisions between air molecules are increased, and the temperature of the freezing measurement region a increases.
  • the correlation between air pressure and temperature due to turbulence and deceleration of airflow can be derived experimentally, and it is known that in general, the velocity and pressure of the airflow have an inverse relationship, and the pressure and temperature have a proportional relationship.
  • the actual temperature of the freezing measurement area (a) by the turbulized gas generated by the probe 10 in the actual temperature range of -0.6 to -0.8°C is the target area (k).
  • the airflow acceleration frame (not shown) protrudes upwardly from the strut 20, the airflow flowing to the outer periphery of the probe 10 is substantially laminar flow. ) Can be formed.
  • the airflow in the freezing measurement area (a) is converted into a form substantially similar to the laminar flow in the target area (k) in which the freezing detection target portion (1) is disposed by the airflow acceleration frame (not shown). do. Accordingly, since the probe 10, which indirectly detects the occurrence of icing and the growth state, is exposed to a weather condition similar to that of the icing detection target unit 1, the detection accuracy of the occurrence of icing and the growth state can be remarkably improved. have.
  • the freezing detection target unit (1) Since freezing may occur in the probe 10 before this occurs, whether or not freezing has occurred may be determined in advance through the freezing detection device 100.
  • the airflow acceleration frame protruding upwardly from the strut 20 installed in the freezing measurement region (a) and disposed parallel to the main traveling direction of the airflow at the central portion in the width direction of the strut 20
  • the present invention can be applied to an industry for the manufacture and use of mechanical devices used outdoors by providing an ice detection device that improves the accuracy of detecting ice generated on the outer surface of mechanical devices such as aircraft or wind turbines.

Landscapes

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Abstract

감지 정확성이 개선되도록, 본 발명은 결빙감지대상부가 배치된 결빙측정영역에 설치되되, 내부에 장착공간이 형성된 스트러트; 자왜소재로 구비되어 상기 스트러트에 관통 배치되되 하단부가 상기 장착공간에 삽입되며 상단부가 상기 결빙측정영역으로 노출되고, 자왜 진동을 위한 구동자계를 형성하는 드라이브코일이 상기 장착공간 내부의 일측 외주를 감싸도록 배치되며, 상기 드라이브코일과 기설정된 간격을 두고 이격 배치되는 피드백코일이 상기 장착공간 내부의 타측 외주를 감싸도록 배치되는 프로브; 상기 프로브에 발생되는 진동 주파수의 오차가 조절되도록 상기 드라이브코일 및 상기 피드백코일에 회로 연결되는 가변조절부; 상기 프로브의 진동 변위가 증가되도록 상기 드라이브코일 및 상기 피드백코일의 외주를 따라 배치되어 바이어스자계를 형성하는 마그넷부; 상기 장착공간에 배치되되 상기 프로브에 진동 주파수가 발생되도록 기설정된 탄성계수를 갖도록 구비되어 자왜 진동을 발생시키며 상기 프로브를 탄발 지지하는 탄성부재; 및 상기 가변조절부에 회로 연결되어 진동 주파수에 대응되는 전압을 인가하며, 결빙 하중으로 인한 상기 프로브의 진동 주파수 변화를 통해 상기 결빙감지대상부의 결빙상태를 간접 판별하는 연산제어부를 포함하는 결빙감지장치를 제공한다.

Description

결빙감지장치
본 발명은 결빙감지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 감지 정확성이 개선되는 결빙감지장치에 관한 것이다.
일반적으로 결빙감지장치는 저온 극한 환경에서 운항되는 항공기 또는 선박 등의 결빙 예상지점에 설치되어 결빙으로 인한 항공기 등의 성능저하 또는 고장을 방지하기 위해 구비되는 장치이다.
여기서, 항공기의 결빙 현상은 영하의 온도와 구름 등의 수분을 포함하는 대기환경에서 비행시 엔진 출입구, 날개 전연부, 프로펠러 등 기체 표면에서 발생한다. 특히 날개 전연부에 결빙이 발생할 경우 양력 감소, 항력 증가로 인하여 비행 성능과 안전에 악영향이 발생한다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 높은 신뢰성과 내구성을 가지는 결빙감지장치 장착은 필수적이다.
이러한 결빙감지장치는 항공기의 날개, 엔진 나셀 등의 표면에 적어도 하나 이상 설치되어 날개, 나셀 등의 표면에 결빙이 형성되기 전에 결빙 발생여부를 감지하여 항공기 또는 선박의 조종자에게 알려주는 기능을 한다.
그리고, 결빙감지장치는 항공기의 날개, 엔진 나셀 등의 표면의 온도를 온도센서, 열화상카메라 등으로 직접적으로 검출하는 방식과, 결빙발생시 변화되는 진동 변위를 측정하는 간접적인 방식 등의 다양한 방식으로 결빙을 감지할 수 있다.
여기서, 진동형 결빙감지장치에는 결빙을 감지하기 위한 프로브가 구비될 수 있다. 이때, 프로브는 반구형 단부를 갖는 원통형으로 구비되어 단부가 항공기의 날개, 엔진 나셀 등의 표면으로부터 돌출된 상태로 배치될 수 있으며, 프로브가 탄성수단에 의해 진동시 오실레이션에 의한 주파수가 측정될 수 있다.
또한, 결빙미발생시 프로브의 진동 주파수 및 결빙발생시의 프로브의 진동 주파수 간의 차이 변화를 통해 간접적으로 항공기의 날개, 엔진 나셀 등의 표면에 결빙 감지 여부를 판단할 수 있다.
상세히, 자왜진동(Magnetostrictive Oscillation, MSO) 원리를 적용한 결빙감지장치는 니켈 합금과 같은 강자성체의 프로브 양단에 각각 코일을 감고 전류를 인가하여 일정한 공진주파수를 발생시킨다. 이러한 원리를 사용하여, 자왜진동 결빙감지장치 프로브에 얼음이 쌓이면 프로브의 응답주파수가 고유의 무빙 정격공진주파수(NRF)보다 감소하게 되며 이를 검출하여 결빙의 유무를 감지할 수 있다.
이때, 무빙 정격공진주파수(Nominal Resonance Frequency, NRF)는 결빙감지장치의 자왜진동 프로브에 결빙이 발생하지 않을 시에 프로브에서 발생하는 고유주파수를 의미한다.
그러나, 종래의 결빙감지장치는 프로프 양단에 각각 권선된 코일의 권선량 및 간격변화, 자력변화 등의 원인에 의해 정격공진주파수가 일정하게 유지되지 않아 결빙감지에 대한 정밀도가 저하되는 심각한 문제점이 있었다.
이에 따라, 결빙을 미리 감지하기 위한 목적으로 구비되는 결빙감지장치를 통해 결빙감지가 정확하게 이루어지지 못하는 심각한 문제점으로 인해 항공기의 운항 안전성이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 결빙감지장치의 정격공진주파수가 일정하게 유지되지 않으면 결빙감지장치 또는 내부 구성회로를 교체하는 작업이 요구되므로 작업성이 현저히 저하되며, 특히 운항중에는 교체 작업이 곧바로 수행되기 어려운 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 감지 정확성이 개선되는 결빙감지장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 결빙감지대상부가 배치된 결빙측정영역에 설치되되, 내부에 장착공간이 형성된 스트러트; 자왜소재로 구비되어 상기 스트러트에 관통 배치되되 하단부가 상기 장착공간에 삽입되며 상단부가 상기 결빙측정영역으로 노출되고, 자왜 진동을 위한 구동자계를 형성하는 드라이브코일이 상기 장착공간 내부의 일측 외주를 감싸도록 배치되며, 상기 드라이브코일과 기설정된 간격을 두고 이격 배치되는 피드백코일이 상기 장착공간 내부의 타측 외주를 감싸도록 배치되는 프로브; 상기 프로브에 발생되는 진동 주파수의 오차가 조절되도록 상기 드라이브코일 및 상기 피드백코일에 회로 연결되는 가변조절부; 상기 프로브의 진동 변위가 증가되도록 상기 드라이브코일 및 상기 피드백코일의 외주를 따라 배치되어 바이어스자계를 형성하는 마그넷부; 상기 장착공간에 배치되되 상기 프로브에 진동 주파수가 발생되도록 기설정된 탄성계수를 갖도록 구비되어 자왜 진동을 발생시키며 상기 프로브를 탄발 지지하는 탄성부재; 및 상기 가변조절부에 회로 연결되어 진동 주파수에 대응되는 전압을 인가하며, 결빙 하중으로 인한 상기 프로브의 진동 주파수 변화를 통해 상기 결빙감지대상부의 결빙상태를 간접 판별하는 연산제어부를 포함하는 결빙감지장치를 제공한다.
상기의 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 센서장치가 결빙감지대상부에 직접 설치되던 종래와 달리, 대상영역과 유사 인접한 결빙측정영역에 배치된 프로브의 진동 주파수 변화를 통해 결빙감지대상부의 결빙상태가 간접적으로 감지된다. 따라서, 결빙감지대상부의 구동 성능 저하가 예방되면서도 결빙 상태에 대한 안정적인 모니터링이 가능하다.
둘째, 피드백코일에 인가되는 전압을 가변 조절하도록 가변조절부가 트랜지스터로서 구비되어 조종실 등에 설치된 피씨부를 통해 트랜지스터의 베이스에 인가되는 전압이 원격 제어된다. 따라서, 프로브에 초기 설정되는 무빙 정격공진주파수가 신속 정확하게 조절되므로 운항안전성이 현저히 개선될 수 있다.
셋째, 코일 권선량 및 간격 변경, 마그넷부의 교체 등의 물리적인 작업을 통해 무빙 정격공진주파수가 조절되던 종래와 달리, 피드백코일에 회로 연결된 가변조절부에 인가되는 전압을 피씨부에 통신 연결된 연산제어부를 통해 제어함으로써 무빙 정격공진주파수의 조절이 용이하게 수행될 수 있다.
넷째, 피씨부가 트랜지스터의 베이스에 인가되는 전압을 자동으로 제어함에 따라 무빙 정격공진주파수가 기설정된 진동 주파수 범위내로 일정하게 자동 조정된다. 따라서, 프로브 표면에 발생되는 결빙의 두께 대비 응답주파수의 감소량의 비율로서 산출된 민감도에 대한 신뢰성이 현저히 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 결빙감지장치의 배치상태를 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 결빙감지장치를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 결빙감지장치의 제어상태를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 결빙감지장치를 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 결빙감지장치의 제어방법을 나타낸 흐름도.
본 발명의 최선의 실시 형태는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결빙감지장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 결빙감지장치의 배치상태를 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 결빙감지장치를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 결빙감지장치의 제어상태를 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 결빙감지장치를 나타낸 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 결빙감지장치의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 1 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 결빙감지장치(100)는 스트러트(20), 프로브(10), 가변조절부(41), 마그넷부(50), 탄성부재(70) 그리고 연산제어부(32)를 포함한다.
여기서, 상기 결빙감지장치(100)는 결빙감지대상부(1)의 결빙 발생여부 및 성장상태를 감지하되, 감지된 결빙 발생여부 및 성장상태에 대응되는 모니터링신호를 관리서버(미도시) 등으로 전송하는 장치를 의미한다.
이때, 상기 관리서버(미도시)는 수신된 상기 모니터링신호에 따라 상기 결빙감지대상부(1)의 결빙 발생여부 및 성장상태에 대한 알림메시지를 생성하여 관리자측 표시장치(미도시)로 표시할 수 있다.
여기서, 상기 알림메시지는 상기 결빙감지대상부(1)의 결빙 발생여부 및 성장상태를 나타내는 음성, 이미지, 텍스트 등으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 알림메시지에 따라 결빙감지대상부(1)에 발생된 결빙을 제거하는 일련의 유지보수작업이 수행될 수 있다.
본 실시예에서는 항공기(Aircraft) 기체를 결빙감지대상부(1)의 예로써 설명 및 도시하나, 상기 결빙감지대상부(1)는 이에 한정되지 않고 고층건물의 외벽이나 창문, 빙해운항용 선박의 갑판, 해상구조물, 풍력발전기의 블레이드 또는 나셀 등 다양한 결빙 예상 지점을 포괄하는 개념으로 이해함이 바람직하다.
한편, 도 1을 참조하면, 상기 스트러트(20)를 포함하는 상기 결빙감지장치(100)는 상기 결빙감지대상부(1)가 배치된 대상영역(k)과 인접한 결빙측정영역(a)에 설치된다. 여기서, 상기 결빙측정영역(a)은 상기 대상영역(k)과 유사한 온도, 습도, 풍속 등의 기상조건을 갖는 환경을 의미하며, 대상영역(k)과 인접하면서도 결빙감지장치(100)의 설치가 용이한 영역으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 항공기 기체가 결빙감지대상부(1)인 경우, 상기 결빙측정영역(a)은 상기 항공기 기체로부터 이격된 외곽측으로 설정될 수 있다. 이때, 상기 항공기 기체의 외곽측은 상기 항공기 기체가 배치된 대상영역(k)으로부터 인접 배치되어 대상영역(k)과 유사한 기상조건을 갖되, 엔진 회전 등의 운동이 직접 발생되지 않는 부분으로 상기 결빙감지장치(100) 및 배선의 설치가 용이하다.
또한, 상기 결빙감지장치(100)가 대상영역(k)에 직접 설치되는 것이 아니라, 대상영역(k)과 인접한 결빙측정영역(a)에서 대상영역(k)의 기상조건에 따른 항공기 표면의 결빙 발생여부 및 성장상태를 간접적으로 감지하므로 항공기 엔진의 회전 운동에 대한 영향이 최소화될 수 있다. 즉, 상기 결빙감지대상부(1)의 성능 저하 없이 결빙 발생여부 및 성장상태가 안정적으로 모니터링될 수 있으므로 제품의 효율성이 개선될 수 있다.
한편, 상기 스트러트(20)는 상기 결빙감지대상부(1)가 배치된 결빙측정영역(a)에 설치되되, 내부에 장착공간(s)이 형성됨이 바람직하다. 여기서, 상기 스트러트(20)는 상기 스트러트(20)의 측면을 따라 유동되는 기류가 가속되도록 전측부보다 후측부의 전후방향 길이가 더 길게 형성된 비대칭형의 타원 단면 형상의 타원기둥으로 구비될 수 있다.
이를 통해, 상기 스트러트(20)의 전방으로부터 후방으로 유동되는 기류가 비대칭형의 타원기둥으로 구비된 상기 스트러트(20)의 측면을 따라 이동시 가속되어 신속히 이동될 수 있다. 이에 따라, 상기 스트러트(20) 측면을 따라 이동되는 기류가 가속됨에 따라 상기 결빙측정영역(a)의 상대적인 기압이 감소되어 온도가 하강될 수 있다.
그리고, 상기 스트러트(20)는 내부에 상기 장착공간(s)이 형성되도록 하부가 개구된 타원기둥으로 구비될 수 있으며, 상면부에 프로브(10)의 설치를 위한 프로브관통홀(21)이 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 스트러트(20)의 하부 외주에는 상기 스트러트(20)의 원주방향을 따라 반경방향 외측으로 확장되는 확장체결부가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 확장체결부는 상기 결빙감지대상부(1)의 표면에 안착될 수 있으며, 상기 확장체결부의 외곽을 따라 상하방향으로 복수개의 체결홀이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 체결홀 및 상기 결빙감지대상부(1)가 나사 체결 등의 방식으로 상호간 체결 및 고정됨에 따라 상기 결빙감지장치(100)가 상기 결빙감지대상부(1)에 설치될 수 있다.
더욱이, 상기 결빙감지장치(100)는 상기 스트러트(20)의 하부의 내측단으로부터 하향 연장되되, 내부에 전원부(33)를 비롯한 각종 전장부품이 설치되는 하우징(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 하우징(미도시)은 상기 스트러트(20)와 개별 구비되어 결합될 수 있으며, 상호간 일체로 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 스트러트(20)는 상기 항공기 기체의 외곽측에 노출되도록 설치될 수 있으며, 상기 하우징(미도시)은 상기 결빙감지대상부(1)에 형성된 함몰부에 삽입 배치될 수 있다. 이때, 상기 장착공간(s)과 상기 하우징(미도시)의 내부 공간이 상호 연통될 수 있다.
그리고, 상기 스트러트(20) 및 상기 하우징(미도시)은 상기 결빙측정영역(a)의 기상 조건으로 인한 부식이나 파손이 최소화되도록 내수성 및 내압성이 뛰어난 금속 재질 또는 엔지니어링 플라스틱 소재로 구비됨이 바람직하다.
한편, 상기 프로브(10)는 자왜소재로 구비되어 상기 스트러트(20)에 상하방향으로 관통 배치되되 하단부가 상기 장착공간(s)에 삽입되며 상단부가 상기 결빙측정영역(a)으로 노출되도록 상기 장착공간(s)으로부터 돌출됨이 바람직하다. 여기서, 상기 자왜소재라 함은 외부자계에 노출시 자계의 자극방향으로 내부 자구가 이동되어 신장 또는 축소되는 성질을 갖는 물질을 포괄하는 의미로 이해함이 바람직하다.
예를 들어, 상기 자왜소재는 강자성 물질로 철, 니켈, 코발트, 스테인레스 스틸 및 그 합금 등의 물질로 구성된 페라이트(Ferrite)로 구비될 수 있으며, 그 중에서도 상기 자왜소재의 전체 중량%에 대하여 40~42 중량%의 니켈, 4~6 중량%의 크롬, 2~3 중량%의 티타늄을 함유하되 나머지 중량%가 철로 구성된 니켈-철 합금으로 구비됨이 더욱 바람직하다.
그리고, 진동수단은 상기 프로브(10)의 하부 외주를 감싸도록 배치되어 자왜 진동을 위한 구동자계를 형성하는 코일부(40)와, 상기 프로브(10)의 진동 변위가 증가되도록 상기 코일부(40)의 외주를 따라 배치되어 바이어스자계를 형성하는 마그넷부(50)와, 상기 프로브(10)의 진동 주파수 조절을 위해 기설정된 탄성계수를 갖도록 구비되어 상기 프로브(10)의 하단부를 탄발 지지하는 탄성부재(70)를 포함함이 바람직하다.
상세히, 상기 코일부(40)는 상기 장착공간(s)에 배치되되 상기 프로브(10)의 하부 외주를 감싸도록 구비되어 자왜 진동을 위한 구동자계를 형성한다. 상세히, 상기 코일부(40)는 피복 등에 의해 절연된 전선이 프로브(10)의 축방향을 따라 나선형으로 복수회 권취되어 형성되며, 전류 인가시 나선형의 전류 흐름을 형성할 수 있다. 그리고, 나선형 전류 흐름에 의해 상기 코일부(40)의 내부 중공을 따라 프로브(10)의 축방향으로 자극이 배열된 구동자계가 형성될 수 있다.
또한, 상기 코일부(40)에는 기설정된 주기로 음극과 양극이 변화하는 교류 전류가 인가되며, 전류의 흐름 방향 전환에 따라 구동자계의 자극 방향이 주기적으로 반전될 수 있다. 이때, 상기 구동자계는 상기 프로브(10)의 축방향으로 N극 및 S극이 배열되며, 상기 프로브(10)는 상기 구동자계의 자극 방향을 따라 신장 또는 수축 변형될 수 있다.
그리고, 상기 구동자계의 자극 방향이 주기적으로 반전됨에 따라 상기 프로브(10)가 신장 및 수축을 반복하며 자왜 진동될 수 있다. 상세히, 상기 자왜소재의 결정입자는 다수의 자구(Magnetic Domain)로 구성된 다자구 구조로, 외부자계에 노출시 각 자구가 외부자계의 자극방향으로 정렬되며 단일 자구로 병탄됨에 따라 결정입자의 자극방향 치수가 증가하게 된다. 이때, 외부자계의 자극방향이 반전되면, 단일자구로 병탄된 각각의 자구가 분리되며 자극방향의 치수가 감소된 후 각 자구가 변화된 외부자계의 방향으로 재정렬 및 재병탄되어 결정입자의 자극방향의 치수가 다시 증가될 수 있다.
한편, 상기 코일부(40)는 상기 프로브(10)의 진동방향을 따라 상하로 구획되어 배치되되 상호 반대되는 나선방향으로 권취된 드라이브코일(40a) 및 피드백코일(40b)를 포함함이 바람직하다. 이때, 상기 코일부(40)는 상기 장착공간(s)에 배치된 프로브(10)의 하부 외주를 감싸도록 구비됨이 바람직하다.
상세히, 상기 프로브(10)에는 자왜 진동을 위한 구동자계를 형성하는 상기 드라이브코일(40a)이 상기 장착공간(s) 내부의 일측 외주를 감싸도록 배치됨이 바람직하다. 더불어, 상기 프로브(10)에는 상기 드라이브코일(40a)과 기설정된 간격을 두고 이격 배치되는 피드백코일(40b)이 상기 장착공간(s) 내부의 타측 외주를 감싸도록 배치됨이 바람직하다. 예컨대, 상기 드라이브코일(40a)은 상기 프로브(10)의 하부 외주 중 하부측을 감싸도록 배치되며, 상기 피드백코일(40b)은 상기 프로브(10)의 하부 외주 중 상부측을 감싸도록 배치될 수 있다.
그리고, 상기 드라이브코일(40a)은 상기 프로브(10)의 축방향을 따라 원주방향으로 권취되며 하향하는 나선형태로 구비될 수 있으며, 상기 피드백코일(40b)은 상기 프로브(10)의 축방향을 따라 원주방향으로 권취되며 상향하는 나선형태로 구비될 수 있다.
한편, 상기 가변조절부(41)는 상기 프로브(10)에 초기 설정되는 기설정된 진동 주파수, 즉 무빙 정격공진주파수가 조절되도록 상기 드라이브코일(40a) 및 상기 피드백코일(40b)에 회로 연결됨이 바람직하다. 이때, 상기 기설정된 진동 주파수는 무빙 정격공진주파수(Nominal Resonance Frequency, NRF)와 동일한 개념으로 이해함이 바람직하며, 결빙감지장치의 자왜진동 프로브에 결빙이 발생하지 않을 시에 프로브에서 발생하는 고유주파수를 의미한다. 또한, 상기 기설정된 진동 주파수는 35~45kHz로 설정될 수 있으며, 40kHz로 설정됨이 가장 바람직하다.
상세히, 상기 가변조절부(41)는 상기 프로브(10)에 초기 설정되는 기설정된 진동 주파수의 조절을 위해 상기 드라이브코일(40a) 및 상기 피드백코일(40b)에 인가되는 전압을 가변 조절하도록 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 가변조절부(41)는 베이스(B), 콜렉터(C) 및 에미터(E)를 포함하는 트랜지스터로서 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 트랜지스터는 소자로서 구비될 수도 있다. 또한, 상기 연산제어부(32)는 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 제어함이 바람직하다.
여기서, 도 3을 참조하면, 상기 드라이브코일(40a)은 가변커패시터(42)와 병렬로 회로 연결되되, 일단이 상기 트랜지스터의 콜렉터(C)에 회로 연결되고, 타단이 공급전원이 구비된 전원부(33)의 플러스단에 회로 연결됨이 바람직하다. 이때, 상기 가변커패시터(42)는 일단이 상기 트랜지스터의 콜렉터(C)에 회로 연결되고, 타단이 상기 전원부(33)의 플러스단에 회로 연결됨이 바람직하다. 이때, 상기 전원부(33)는 직류전원을 공급하도록 구비됨이 바람직하다.
그리고, 상기 피드백코일(40b)은 일단이 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 회로 연결되되, 타단이 상기 전원부(33)의 마이너스단에 회로 연결됨이 바람직하다. 더불어, 상기 연산제어부(32)는 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 회로 연결되며, 상기 트랜지스터의 에미터(E)는 제1접지부(g1)에 회로 연결되어 접지됨이 바람직하다. 이때, 상기 연산제어부(32) 및 상기 피드백코일(40b)의 일단은 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 형성된 공통 접속 노드에 각각 회로 연결됨이 바람직하다.
즉, 상기 결빙감지장치(100)는 상기 트랜지스터의 에미터(E)가 접지된 공통 에미터 증폭회로를 포함함으로 이해함이 바람직하며, 상기 트랜지스터의 베이스(B)측에 상기 피드백코일(40b)이 회로 연결되며 상기 트랜지스터의 콜렉터(C)측에 상기 드라이브코일(40a)이 회로 연결됨이 바람직하다. 이를 통해, 상기 트랜지스터의 베이스(B)측으로 입력되는 전압이 상기 트랜지스터의 콜렉터(C)측으로 증폭되며 출력될 수 있다. 이때, 상기 가변조절부(41) 및 상기 가변커패시터(42)를 포함하는 회로가 상기 장착공간(s)에 배치됨이 바람직하다. 더불어, 상기 드라이브코일(40a) 및 상기 피드백코일(40b)은 상호 독립된 인입선과 인출선을 통해 상기 전원부(33)와 연결될 수 있으며, 상기 인입선 및 인출선 중 하나에는 상기 연산제어부(32)에 의해 제어되는 스위칭수단이 구비될 수 있다.
또한, 상기 트랜지스터에 발생하는 전류 흐름은 상기 콜렉터(C) 및 상기 베이스(B)로부터 전류가 유입되어 상기 에미터(E)측으로 전류가 유출되는 것으로 이해함이 바람직하며, 아래의 수학식 1로서 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2020015189-appb-M000001
이때, iE는 에미터(E)측 전류(A)이며, iB는 베이스(B)측 전류(A)이고, iC는 콜렉터(C)측 전류(A)를 의미한다.
그리고, 상기 드라이브코일(40a)에 의해 발생하는 진동 주파수는 아래의 수학식 2로서 산출된다.
Figure PCTKR2020015189-appb-M000002
여기서, f1은 드라이브코일(40a)에 의해 발생하는 진동 주파수(Hz)이며, L2는 드라이브코일(40a)의 유도계수(H)이며, C는 가변커패시터(42)의 정전용량(F)을 의미한다. 즉, 상기 드라이브코일(40a)에 의해 발생하는 진동 주파수는 실질적으로 상기 드라이브코일(40a)의 유도계수 및 상기 가변커패시터(42)의 정전용량의 제곱근에 반비례하는 관계성을 갖는다.
그리고, 상기 피드백코일(40b)에 의해 발생하는 진동 주파수는 아래의 수학식 3으로서 산출된다.
Figure PCTKR2020015189-appb-M000003
여기서, f2은 피드백코일(40b)에 의해 발생하는 진동 주파수(Hz)이며, L1은 피드백코일(40b)의 유도계수(H)이고, Ebb는 영률(young's modulus)로서 프로브(10)에 기설정된 상수이며, ρ는 프로브(10)의 밀도를 의미한다. 즉, 상기 피드백코일(40b)에 의해 발생하는 진동 주파수는 실질적으로 상기 피드백코일(40b)의 유도계수에 반비례하며, 상기 프로브(10)의 밀도의 역수의 제곱근에 비례하는 관계성을 갖는다.
그리고, 상기 프로브(10)에 발생되는 진동 주파수는 상기 드라이브코일(40a)에 의해 발생하는 진동 주파수와 상기 피드백코일(40b)에 의해 발생하는 진동 주파수 간의 차를 통해 설정될 수 있다. 여기서, 상기 각 코일부(40a,40b)에 전압 및 전류가 인가되면, 상기 드라이브코일(40a) 및 상기 피드백코일(40b)를 통해 상기 프로브(10)의 하부 외주를 따라 상호 반대되는 방향의 나선형 전류 흐름(e1,e2)이 형성될 수 있다.
그리고, 각 나선형 전류 흐름(e1,e2)의 중앙부를 따라 상기 프로브(10)의 축방향을 따라 N극 및 S극이 배열되되 상호 반대되는 자극 방향을 갖는 한쌍의 구동자계(m1,m2)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 프로브(10)의 하부 외주 중 하부측은 상기 드라이브코일(40a)의 구동자계(m1)에 의해 신축되고, 상기 프로브(10)의 하부 외주 중 상부측은 상기 피드백코일(40b)의 구동자계(m2)에 의해 신축될 수 있다.
이에 따라, 반대되는 자극방향을 갖는 한쌍의 구동자계(m1,m2)에 의해 프로브(10) 하부 외주의 상부측 및 하부측이 동시에 신축될 수 있으므로 프로브(10)의 전체적인 신축 변위가 증가될 수 있다.
그리고, 상기 전원부(33)는 상기 드라이브코일(40a) 및 상기 피드백코일(40b)에 기설정된 주기의 교류 전압 및 전류를 인가하되, 상기 피드백코일(40b)는 오실레이터(31)의 회로 일부를 형성할 수 있다. 즉, 상기 피드백코일(40b)의 인입선 또는 인출선은 상기 오실레이터(31)를 경유하여 상기 전원부(33)와 연결될 수 있으며, 피드백코일(40b)의 전압을 통해 상기 오실레이터(31)가 제어될 수 있으므로 보다 효율적인 회로 구성이 가능하다.
물론, 경우에 따라 상기 피드백코일(40b)의 인입선에는 상기 교류 전류의 주기를 파장의 절반값으로 지연시키는 지연회로가 연결될 수도 있으며, 각 코일부(40a,40b)에 의해 형성된 자계가 동일한 자극 방향으로 배열되어 상호 증폭됨에 따라 프로브(10)의 신축 변위를 증가시킬 수 있다.
한편, 상기 마그넷부(50)는 상기 프로브(10)의 진동 변위가 증가되도록 상기 드라이브코일(40a) 및 상기 피드백코일(40b)의 외주를 따라 배치되어 바이어스자계를 형성함이 바람직하다. 상세히, 상기 마그넷부(50)는 상기 코일부(40) 및 상기 프로브(10)의 외주를 부분적으로 감싸도록 외주 일측이 개방된 'C'자형 튜브로 구비되며, 내주측과 외주측에 각각 N-S극이 착자된 영구자석 또는 전자석으로 구비될 수 있다. 즉, 상기 마그넷부(50)는 상기 코일부(40)의 외부에서 상기 구동자계와 직교하는 자극 방향을 갖는 바이어스자계를 형성할 수 있다. 이때, 상기 구동자계는 바이어스자계의 자기장에 의해 반경방향 내측으로 가압되며, 상기 프로브(10)의 축방향으로 직선화된 자기력선을 가질 수 있다.
이에 따라, 상기 구동자계의 자극 방향과 프로브(10)의 축방향이 정렬되어 프로브(10)의 신축 변위량 및 자왜 진동시 진폭량이 증가될 수 있으며, 증가된 진폭을 통해 진동 주파수가 정확하게 검출될 수 있다.
한편, 상기 탄성부재(70)는 상기 장착공간(s)에 배치되되 상기 프로브(10)에 진동 주파수가 발생되도록 기설정된 탄성계수를 갖도록 구비되어 자왜 진동을 발생시키도록 구비됨이 바람직하다. 여기서, 상기 탄성부재(70)는 상기 프로브(10)의 하단부를 탄발 지지하며, 상기 프로브(10)의 축방향으로 탄성 변형되는 코일 스프링 등으로 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 탄성부재(70)는 상기 프로브(10)의 진동 주파수 조절을 위해 기설정된 탄성계수를 갖도록 구비됨이 바람직하다. 즉, 탄성부재(70)의 탄성계수를 통해 상기 프로브(10)의 진동 주파수가 조절될 수 있다.
상세히, 상기 프로브(10)가 구동자계에 의해 축방향으로 신축되어 자왜 진동되면, 상기 프로브(10)의 진동이 상기 탄성부재(70)에 전달된다. 이때, 상기 탄성부재(70)는 탄성계수에 따른 고유의 진동 주파수로 진동되며, 상쇄 또는 증폭을 통해 상기 프로브(10)의 진동 주파수를 증감시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 코일부(40)의 권선횟수, 길이, 두께 또는 교류 전류의 주파수, 크기 등을 통한 구동자계의 크기나 주기 조절, 프로브(10)의 단면적과 길이, 중량 등을 교체하는 복잡한 설계변경 없이, 탄성부재(70)의 탄성계수를 선택하여 프로브(10)의 하단부를 탄발 지지하도록 배치하는 것만으로 자왜 진동에 따른 진동 주파수가 용이하게 조절될 수 있다. 즉, 상기 구동자계의 크기나 주기, 프로브(10)의 규격이 동일한 상태에서도 자왜 진동 주파수가 40kHz ~ 40Hz와 같이 넓은 범위로 조절될 수 있으며, 상기 결빙측정영역(a)의 다양한 기상조건에 적합한 초기 진동 주파수가 용이하게 설정 가능하므로 제품의 호환성이 증가될 수 있다.
한편, 상기 연산제어부(32)는 상기 가변조절부(41)에 회로 연결되어 진동 주파수에 대응되는 전압 및 전류를 인가하도록 구비됨이 바람직하다. 또한, 상기 연산제어부(32)는 결빙 하중으로 인한 상기 프로브(10)의 진동 주파수 변화를 통해 상기 결빙감지대상부(1)의 결빙상태를 간접 판별하도록 구비됨이 바람직하다.
여기서, 상기 프로브(10)가 일정한 초기 진동 주파수로 자왜 진동되는 상태에서, 상기 프로브(10)의 상부 외주에 결빙이 발생되면, 결빙의 중량으로 인해 프로브(10)의 진동 주파수가 감소되며, 결빙이 성장할수록 프로브(10)의 진동 주파수 감소폭도 증가하게 된다. 이때, 상기 연산제어부(32)는 초기 상태(미결빙)에서 프로브(10)의 진동 주파수와 결빙상태에서 프로브(10)의 진동 주파수를 상호 비교하여 상기 프로브(10)의 결빙상태를 판별할 수 있다.
즉, 상기 대상영역(k)의 기상조건으로 인해 결빙감지대상부(1)에 결빙이 발생된 경우, 대상영역(k)과 유사한 기상조건의 결빙측정영역(a)에 노출된 프로브(10)에도 결빙이 발생된다. 이에 따라, 상기 프로브(10)의 결빙상태를 통해 결빙감지대상부(1)의 결빙상태가 간접적으로 감지될 수 있다.
이처럼, 결빙감지를 위한 센서장치가 결빙감지대상부(1)에 직접 설치되던 종래와 달리, 대상영역(k)과 인접한 결빙측정영역(a)에 배치된 프로브(10)의 진동 주파수 변화를 통해 대상영역(k)의 기상조건에 따른 결빙 발생여부 및 성장상태를 간접적으로 감지할 수 있다.
이에 따라, 항공기 엔진의 회전 운동 등에 대한 영향이 최소화되어 결빙감지대상부(1)의 성능 저하가 예방되며, 회전 등 직접적인 운동이 없는 결빙측정영역에서 결빙감지대상부(1)의 결빙 발생여부 및 성장상태가 안정적으로 모니터링될 수 있으므로 제품의 설치편의성 및 내구성이 개선될 수 있다.
한편, 상기 연산제어부(32)는 상기 프로브(10)의 진동 주파수를 실시간 감지하는 오실레이터(31)를 더 포함함이 바람직하다. 그리고, 상기 연산제어부(32)는 상기 오실레이터(31)에 의해 감지된 진동 주파수가 기설정된 결빙기준 주파수 이하로 감소되면 결빙상태에 대응되는 모니터링신호를 송출함이 바람직하다. 이때, 상기 연산제어부(32)는 마이크로 컨트롤러 등으로 구비되며, 상기 오실레이터(31)를 통해 감지된 진동 주파수를 기설정된 결빙기준 주파수와 비교하는 일련의 처리 과정을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 프로브(10)의 진동 주파수 변화량 및 상기 프로브(10)의 결빙량(결빙 성장상태) 간의 상관관계는 실험적으로 도출될 수 있으며, 도출된 상관관계에 대한 데이터베이스가 테이블화되어 저장부(34)에 저장될 수 있다.
이때, 상기 결빙기준 주파수는 상기 상관관계를 기반으로 기설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 결빙기준 주파수는 도출된 상관관계에 대한 데이터베이스로부터 프로브(10)의 결빙이 발생된 시점의 진동 주파수로 설정될 수 있으며, 발생된 결빙이 결빙감지대상부(1)의 성능 저하를 유발할 수 있는 정도로 성장된 시점의 진동 주파수로 설정되는 것도 가능하다.
그리고, 상기 연산제어부(32)는 오실레이터(31)를 통해 감지된 진동 주파수가 상기 결빙기준 주파수 이하로 감소되면, 결빙발생에 대응되는 모니터링신호를 상기 관리서버(미도시)로 송출할 수 있다.
물론, 상기 결빙기준 주파수는 결빙성장률에 따라 다단계로 설정되는 것도 가능하며, 상기 연산제어부(32)는 감지된 진동 주파수가 각 단계에 대응되는 결빙기준 주파수로 감소되면 단계별 결빙성장률을 나타내는 모니터링신호를 관리서버로 송출할 수 있다.
이때, 상기 관리서버(미도시)는 상기 수신된 모니터링신호에 따라 상기 결빙감지대상부(1)의 결빙 발생여부 및 성장상태에 대한 알림메시지를 생성하여 관리자측 표시장치(미도시)로 표시한다. 이를 통해, 결빙감지대상부(1)의 발생된 결빙을 제거하는 일련의 유지보수작업이 수행될 수 있다. 이에 따라, 결빙으로 인한 결빙감지대상부(1)의 내구성 및 성능 저하 등이 최소화될 수 있다.
한편, 상기 연산제어부(32) 및 상기 트랜지스터의 베이스(B)의 사이에는 상호간 송수신되는 신호가 변환되도록 디지털-아날로그 변환기(81) 및 아날로그-디지털 변환기(82)가 병렬로 회로 연결되어 구비됨이 바람직하다. 더불어, 상기 연산제어부(32) 및 상기 트랜지스터의 베이스(B)의 사이에는 송수신되는 신호가 증폭되도록 연산증폭기(83,Operational Amplifier)가 회로 연결되어 구비됨이 바람직하다.
상세히, 상기 연산제어부(32)에 상기 디지털-아날로그 변환기(81)의 입력단 및 상기 아날로그-디지털 변환기(82)의 출력단이 병렬로 회로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 디지털-아날로그 변환기(81)의 출력단 및 상기 아날로그-디지털 변환기(82)의 입력단이 상기 연산증폭기(83)의 플러스입력단에 회로 연결될 수 있다. 또한, 상기 연산증폭기(83)의 마이너스입력단은 상기 연산증폭기(83)의 출력단에 회로 연결되되, 상기 연산증폭기(83)의 출력단이 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 형성된 공통 접속 노드에 회로 연결될 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 상기 연산증폭기(83)의 출력단 및 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 회로 연결된 공통 접속 노드 사이에는 교류전원공급부(VCC)와 제2접지부(g2)가 병렬로 각각 회로 연결됨이 바람직하다.
그리고, 상기 교류전원공급부(VCC) 및 상기 공통 접속 노드 사이에는 제1저항소자(R1)가 회로 연결되며, 상기 공통 접속 노드 및 상기 제2접지부(g2) 사이에는 제2저항소자(R2)가 회로 연결됨이 바람직하다.
이를 통해, 상기 연산제어부(32)와 상기 가변조절부(41) 및 상기 코일부(40) 사이에서 송수신되는 신호가 디지털 및 아날로그 신호로서 변환 및 증폭되며 통신될 수 있다.
한편, 상기 결빙감지장치(100)는 상기 프로브(10)에 초기 설정되는 기설정된 진동 주파수가 원격으로 조절되도록 상기 연산제어부(32)에 통신 연결되는 피씨부(80)를 더 포함함이 바람직하다. 이때, 상기 피씨부(80)와 상기 연산제어부(32)는 RS-485 직렬 통신 등의 방식을 통해 상호간 통신 연결됨이 바람직하다. 또한, 상기 피씨부(80)는 결빙측정영역(a)에 설치되는 상기 프로브(10) 및 상기 스트러트(20)와는 다르게 항공기의 조종실 등에 별도로 구비될 수 있다.
여기서, 상기 피씨부(80)는 상기 오실레이터(31)를 통해 측정된 진동 주파수가 기설정된 진동 주파수 이상인 경우 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 기설정값만큼 증가 제어함이 바람직하다. 더불어, 상기 피씨부(80)는 상기 오실레이터(31)를 통해 측정된 진동 주파수가 기설정된 진동 주파수 미만인 경우 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 기설정값만큼 감소 제어함이 바람직하다.
상세히, 도 5를 참조하면, 먼저 상기 오실레이터(31)를 통해 상기 프로브(10)에 발생하는 진동 주파수가 실시간으로 측정된다(s10). 또한, 상기 연산제어부(32)와 상기 피씨부(80)가 상호간 RS-485 직렬 통신을 통해 통신 연결된다(s11,s12).
그리고, 상기 피씨부(80)는 상기 오실레이터(31)를 통해 측정된 진동 주파수와 기설정된 진동 주파수를 상호간 비교 판단한다(s13). 이때, 상기 기설정된 진동 주파수는 무빙 정격공진주파수와 동일한 개념으로 이해함이 바람직하며, 결빙감지장치의 자왜진동 프로브에 결빙이 발생하지 않을 시에 프로브에서 발생하는 고유주파수를 의미한다. 또한, 상기 기설정된 진동 주파수는 35~45kHz로 설정될 수 있으며, 40kHz로 설정됨이 가장 바람직하다.
여기서, 상기 피씨부(80)는 상기 오실레이터(31)를 통해 측정된 진동 주파수가 기설정된 진동 주파수 이상인 경우 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 기설정값만큼 증가 제어한다(s14). 이때, 상기 피씨부(80)에서 발생된 신호가 상기 연산제어부(32)로 전달되면 상기 연산제어부(32)가 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 증가 제어할 수 있다.
그리고, 상기 피씨부(80)는 상기 오실레이터(31)를 통해 측정된 진동 주파수가 기설정된 진동 주파수와 동일한 경우 상기 연산제어부(32)가 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 조정하는 과정이 생략된다.
반면에, 상기 피씨부(80)는 상기 오실레이터(31)를 통해 측정된 진동 주파수가 기설정된 진동 주파수 미만인 경우 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 기설정값만큼 감소 제어한다(s15). 이때, 상기 피씨부(80)에서 발생된 신호가 상기 연산제어부(32)로 전달되면 상기 연산제어부(32)가 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 감소 제어할 수 있다.
그리고, 상기 연산제어부(32)가 상기 오실레이터(31)를 통해 측정된 진동 주파수가 기설정된 진동 주파수 범위내인지 비교 판단한다(s16). 여기서, 상기 연산제어부(32)는 상기 오실레이터(31)를 통해 측정된 진동 주파수가 기설정된 진동 주파수 범위내인 경우 상기 저장부(34)에 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압값에 대한 데이터를 저장하고 알고리즘이 종료된다(s17).
반면에, 상기 연산제어부(32)는 오실레이터(31)를 통해 측정된 진동 주파수가 기설정된 진동 주파수 범위를 이탈한 경우 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압값을 재설정한다(s18). 이어서, 상술된 알고리즘이 반복 수행될 수 있다.
이때, 상기 연산제어부(32)에 의해 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압이 커질수록 상기 프로브(10)에 발생하는 진동 주파수가 감소되며, 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압이 작아질수록 상기 프로브(10)에 발생하는 진동 주파수가 증가된다. 예컨대, 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압이 2.8V인 경우 진동 주파수가 39.5~39.9kHz로 설정될 수 있으며, 전압이 2.6V인 경우 진동 주파수가 40.1~40.5kHz로 설정될 수 있다. 이때, 상술된 진동 주파수의 수치값은 예로써 설명됨으로 이해함이 바람직하며 수치값이 이에 한정되지 않는다.
더불어, 상기 연산제어부(32)는 상기 프로브(10)에 발생하는 진동 주파수에 대한 민감도(Sensitivity)를 설정함이 바람직하다. 이때, 상기 민감도는 상기 프로브(10) 표면에 발생되는 결빙의 두께 대비 응답주파수의 감소량의 비율로서 산출된다. 그리고, 상기 민감도는 250~270Hz/mm로 설정될 수 있으며, 260Hz/mm로 설정됨이 가장 바람직하다. 예컨대, 상기 프로브(10)에 발생되는 결빙의 두께가 0.5mm인 시점에 프로브의 응답주파수 감소량이 130Hz가 발생하는 경우 상기 민감도는 130Hz/0.5mm=260Hz/mm로 설정될 수 있다.
이처럼, 트랜지스터로서 구비된 상기 가변조절부(41)가 상기 드라이브코일(40a) 및 상기 피드백코일(40b)에 회로 연결되어 상기 연산제어부(32)를 통해 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 증가/감소 제어한다.
이에 따라, 코일 권선량 및 간격 변경, 마그넷부의 교체 등의 물리적인 작업을 통해 무빙 정격공진주파수가 조절되던 종래와 달리, 드라이브코일(40a) 및 피드백코일(40b)에 회로 연결된 가변조절부(41)에 인가되는 전압을 피씨부(80)에 통신 연결된 연산제어부(32)를 통해 제어함으로써 무빙 정격공진주파수의 조절이 용이하게 수행될 수 있다.
이를 통해, 상기 프로브(10)에 발생하는 무빙 정격공진주파수가 기설정값과 다른 경우 코일 권선량 및 간격 변경, 마그넷부의 교체 등의 물리적인 작업이 요구되던 종래와 달리, 무빙 정격공진주파수의 조절이 용이하게 수행되므로 작업편의성이 현저히 개선될 수 있다.
더불어, 상기 연산제어부(32)에 통신 연결되는 피씨부(80)를 통해 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 증가/감소 제어함에 따라 상기 프로브(10)에 초기 설정되는 기설정된 진동 주파수, 즉 무빙 정격공진주파수가 원격으로 신속 정확하게 조절된다. 따라서, 운항중에도 상기 결빙감지장치(100)에 이상이 발생시 긴급 조치가 가능하다.
따라서, 상기 피드백코일(40b)에 인가되는 전압을 가변 조절하도록 상기 가변조절부(41)가 트랜지스터로서 구비되며 항공기의 조종실 등에 설치되는 상기 피씨부(80) 및 상기 연산제어부(32)를 통해 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 원격 제어한다. 이에 따라 상기 프로브(10)에 초기 설정되는 무빙 정격공진주파수가 신속 정확하게 조절되므로 운항안전성이 현저히 개선될 수 있다.
또한, 상기 피씨부(80)가 상기 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 자동으로 제어함에 따라 무빙 정격공진주파수가 기설정된 진동 주파수 범위내로 일정하게 자동 조정된다. 따라서, 상기 프로브(10) 표면에 발생되는 결빙의 두께 대비 응답주파수의 감소량의 비율로서 산출된 민감도에 대한 신뢰성이 현저히 개선될 수 있다.
더욱이, 결빙감지 원리에 대한 자세한 지식 없이도 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 단순히 조정하는 것만으로 상기 결빙감지장치(100)가 정밀하게 설정될 수 있으므로 사용편의성이 현저히 개선될 수 있다. 즉, 상기 프로브(10)에 발생하는 무빙 정격공진주파수가 기설정값과 다른 경우 코일 권선량 및 간격 변경, 마그넷부의 교체 등의 물리적인 작업 없이도 트랜지스터의 베이스(B)에 인가되는 전압을 단순히 조정하는 것만으로 무빙 정격공진주파수가 정밀하게 조정될 수 있다.
한편, 상기 장착공간(s)에는 기형성된 결빙의 제거를 통해 상기 프로브(10)의 진동 주파수가 초기화되도록 상기 송출된 모니터링신호에 따라 상기 프로브(10)를 가열하는 가열부(60a)가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 가열부(60a)는 니켈 합금 등의 열선부재로 구비될 수 있으며, 하단부가 상기 전원부(33)에 연결되고, 상기 전원부(33)는 상기 연산제어부(32)의 모니터링신호에 따라 상기 가열부(60a)의 전원 공급을 제어할 수 있다.
이때, 상기 가열부(60a)의 상단부에는 상기 프로브(10)의 외주를 감싸도록 배치되는 발열관부(61)가 구비될 수 있다. 상세히, 상기 발열관부(61)는 상기 프로브(10)의 외경을 초과하는 내경을 갖는 링형 또는 원호형으로 구비되어, 프로브관통홀(21) 하단 테두리 및 코일부(40) 상단 테두리 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 발열관부(61)의 내주부는 상기 프로브(10)의 외주로부터 기설정된 간격으로 이격된 상태에서 상기 프로브(10)의 외주 전체 또는 대부분을 감싸도록 배치될 수 있다.
그리고, 상기 발열관부(61)의 열은 복사를 통해 상기 프로브(10)로 전달되며, 상기 프로브(10)는 상기 가열부(60a)와 직접적인 접촉 없이 가열되어 표면에 형성된 결빙이 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 프로브(10)의 진동 주파수에 대한 왜곡이 방지될 수 있어 결빙상태에 대한 감지 정확성이 개선될 수 있다.
여기서, 상기 가열부(60a)는 기설정된 가열대기시간에 따라 구동된 후 정지되도록 제어될 수 있으며, 상기 프로브(10)의 온도를 감지하는 온도센서(미도시)가 구비된 경우에는 상기 프로브(10)가 기설정된 온도로 상승되면 정지되도록 제어되는 것도 가능하며, 본 실시예에서는 프로브(10)의 진동 주파수에 의해 가열부(60a)가 정지되도록 제어되는 것을 예로써 설명한다.
이때, 상기 가열부(60a)는 상기 프로브(10)의 진동 주파수가 기설정된 정상상태 주파수 이상으로 상승되면 구동이 정지되도록 제어될 수 있다. 여기서, 상기 정상상태 주파수는 상기 프로브(10)의 초기 진동 주파수를 의미하는 것으로 이해함이 바람직하며, 결빙 제거시 발생된 수분으로 인한 진동 주파수 감소량을 고려하여 초기 진동 주파수로부터 소정의 편차로 감소된 값으로 설정됨이 더욱 바람직하다.
여기서, 상기 연산제어부(32)는 상기 오실레이터(31)를 통해 감지된 진동 주파수를 상기 정상상태 주파수와 비교하되, 상기 진동 주파수가 상기 정상상태 주파수 이상으로 증가되면 정상상태에 대응되는 모니터링신호를 송출할 수 있다. 이때, 상기 전원부(33)는 정상상태에 대응되는 모니터링신호에 따라 상기 가열부(60a)의 전원 공급을 차단할 수 있다.
이에 따라, 온도센서, 타이머 등의 별도의 제어수단 없이도 프로브(10)의 결빙이 완전하게 제거될 수 있도록 가열부(60a)가 정확하게 제어될 수 있으며, 간소화된 구조로 제품의 생산성이 향상되면서도 프로브(10)의 안정적인 초기화가 가능하여 결빙상태에 대한 감지 정확성이 개선될 수 있다.
한편, 상기 스트러트(20)의 내벽면에는 보조가열부(60b)가 구비될 수 있다. 이때, 상기 보조가열부(60b)는 상기 가열부(60a)와 동일하게 니켈 합금 등의 열선으로 구비될 수 있으며, 상기 스트러트(20)의 내벽면에 매립됨이 바람직하다.
이때, 상기 보조가열부(60b)는 상기 스트러트(20)의 내벽면에 대응되는 링형 또는 원호형 벽체를 형성하도록 배열되되, 하단부가 상기 전원부(33)에 연결되어 상기 가열부(60a)와 동시에 제어될 수 있다.
즉, 상기 프로브(10)에 결빙이 발생되면 상기 연산제어부(32)를 통해 결빙상태에 대응되는 모니터링신호가 송출되고, 상기 전원부(33)는 상기 송출된 모니터링신호를 통해 상기 보조가열부(60b) 및 상기 가열부(60a)의 전원을 공급할 수 있다. 이때, 상기 보조가열부(60b)가 가열되면, 상기 보조가열부(60b)의 열은 전도를 통해 상기 스트러트(20)에 전달될 수 있다.
그리고, 상기 스트러트(20)가 가열됨에 따라 상기 스트러트(20)의 표면에 발생된 결빙이 제거될 수 있다. 이와 함께, 상기 스트러트(20)의 열이 상기 스트러트(20)의 상면부측 결빙측정영역(a)의 온도를 증가시켜 프로브(10)의 결빙이 보다 신속하게 제거될 수 있다.
한편, 도면에 도시되지 않았으나, 본 발명의 일실시예에 따른 결빙감지장치(100)는 상기 프로브(10) 외곽을 따라 유동되는 기류를 신속히 통과시켜 상기 프로브(10)의 응답속도가 증가되도록 상기 스트러트(20)로부터 상향 연장 돌설되는 기류가속프레임(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 기류가속프레임(미도시)은 상기 프로브(10)의 외곽에서 유동되는 기류에 의한 상기 결빙측정영역(a)의 온도 감소가 촉진되도록 구비됨이 바람직하다.
상세히, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 기류가속프레임(미도시)은 정방형 또는 장방형 단면의 판재로 구비될 수 있다. 또한, 상기 기류가속프레임(미도시)은 상기 스트러트(20)의 상면부와 수직으로 배치되되 상기 스트러트(20)의 폭방향 중앙부에 배치됨이 바람직하다.
그리고, 상기 기류가속프레임(미도시)은 기류의 주 진행방향에 대하여 평행하게 배치될 수 있으며, 가장 바람직하게는 상기 스트러트(20)의 전후방향을 따라 배치될 수 있다.
또한, 상기 기류가속프레임(미도시)의 폭은 상기 프로브(10)의 직경 이하로 형성됨이 바람직하며, 상기 기류가속프레임(미도시)의 길이방향 양단부 중 상기 프로브(10)에 인접한 단부는 상기 프로브(10)의 외면과 기설정된 간격으로 이격 배치됨이 바람직하다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 기류가속프레임(미도시)은 상기 프로브(10)의 후측부에 와류 및 난류 형성이 방지되도록 상기 프로브(10)의 외주 후단부에 배치됨이 바람직하다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 기류가속프레임(미도시)의 전단부가 상기 프로브(10)의 외면과 기설정된 간격으로 이격 배치됨으로 이해함이 바람직하다.
상세히, 상기 기류가속프레임(미도시)의 단부 및 상기 프로브(10)의 외면 사이 이격 간격은 0.6~1.0mm로 형성될 수 있다. 이때, 상기 기류가속프레임(미도시)의 단부 및 상기 프로브(10)의 외면 사이 이격 간격이 0.6mm 미만으로 형성되는 경우 상기 기류가속프레임(미도시)의 단부 및 상기 프로브(10)의 외면 사이에 결빙이 발생되어 결빙감지를 위한 상기 프로브(10)의 상하방향 진동이 정지되어 결빙 여부를 판별하지 못할 우려가 있다.
여기서, 상기 프로브(10)의 외면에 결빙이 발생되어 결빙이 반경방향 외측으로 성장됨에 따라 결빙 두께가 0.5mm 이상인 경우 상기 연산제어부(32)를 통해 결빙이 발생하였다고 판별됨이 바람직하다. 즉, 상기 기류가속프레임(미도시)의 단부 및 상기 프로브(10)의 외면 사이 이격 간격이 0.6mm 미만으로 형성되는 경우 상기 연산제어부(32)가 결빙을 판별하지 못할 우려가 있다.
반면, 상기 기류가속프레임(미도시)의 단부 및 상기 프로브(10)의 외면 사이 이격 간격이 1.0mm을 초과하는 경우 기류가 난류화되어 공기 분자 충돌에 의한 온도 증가로 인해 결빙 감지시 감지정밀성이 저하될 우려가 있다. 즉, 상기 대상영역(k)의 실제 온도와 상기 결빙측정영역(a)의 실제 온도 간의 미세한 차이가 발생되어 감지정밀성이 저하될 우려가 있다.
따라서, 상기 기류가속프레임(미도시)의 단부 및 상기 프로브(10)의 외면 사이 이격 간격이 0.6~1.0mm로 형성됨에 따라 기류의 난류화가 방지되어 결빙측정영역의 온도 증가가 방지된다. 아울러, 결빙감지를 위해 상기 프로브(10) 표면에 결빙이 형성될 수 있는 최적의 간격으로 상기 기류가속프레임(미도시)이 배치되므로 상기 프로브(10)에 의한 결빙 감지시 감지정밀성이 현저히 개선될 수 있다.
더욱이, 상기 기류가속프레임(미도시)의 길이방향 양단부 중 상기 프로브(10)에 인접한 단부는 상기 프로브(10)의 외주 형상에 대응되는 오목한 곡면 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 기류가속프레임(미도시)의 높이는 상기 프로브(10)의 상단부 높이 이하로 형성되되, 상기 기류가속프레임(미도시)의 전단부측 최대 높이는 상기 프로브의 상단부 높이에 대하여 80~100%의 높이로 형성됨이 가장 바람직하다.
이때, 상기 기류가속프레임(미도시)의 전단부측 최대 높이가 상기 프로브의 상단부 높이에 대하여 80% 미만이거나 100%를 초과하여 형성되는 경우 난류화된 기류에 의한 온도 상승에 따라 감지정밀성이 저하되거나 공기저항이 급격하게 증가될 우려가 있다. 따라서, 상기 기류가속프레임(미도시)의 전단부측 최대 높이가 상기 프로브의 상단부 높이에 대하여 실험적으로 도출될 수 있는 최적화된 80~100%의 높이로 형성됨에 따라 상기 프로브(10)의 감지정밀성이 개선될 수 있다.
또한, 상기 기류가속프레임(미도시)은 상기 결빙측정영역(a)의 기상 조건으로 인한 부식이나 파손이 최소화되도록 내수성 및 내압성이 뛰어난 금속 재질 또는 엔지니어링 플라스틱 소재로 구비됨이 바람직하다.
여기서, 종래와 같이 상기 기류가속프레임(미도시)이 구비되지 않는 경우, 상기 스트러트(20)의 전방으로부터 후방으로 이동되는 기류가 상기 프로브(10)의 외곽을 따라 유동됨에 따라 상기 프로브(10)의 후측으로 와류(Eddy Flow) 및 난류(Turbulent Flow)를 형성하게 된다.
이에 따라, 상기 프로브(10)의 외곽에 유동되는 기류가 감속되어 상기 결빙측정영역(a)의 기압이 증가되며 공기 분자간 충돌이 증가되어 상기 결빙측정영역(a)의 온도가 증가하게 된다. 이때, 기류의 난류화 및 감속에 따른 기압-온도 간의 상관관계는 실험적으로 도출될 수 있으며, 일반적으로 기류의 속도와 압력은 반비례 관계를 가지며 압력과 온도는 비례 관계를 가지는 것으로 알려져있다.
더욱이, 종래의 결빙감지장치는 -0.6~-0.8℃의 실제 온도영역에서 상기 프로브(10)에 의해 발생된 난류화된 기체에 의해 상기 결빙측정영역(a)의 실제 온도가 상기 대상영역(k)의 실제 온도보다 상대적으로 증가되는 경우가 있었다. 여기서, 본 발명에 따른 결빙감지장치(100)는 상기 기류가속프레임(미도시)이 상기 스트러트(20)로부터 상향 연장 돌설됨에 따라 상기 프로브(10)의 외곽에 유동되는 기류가 실질적인 층류(Laminar Flow)로 형성될 수 있다.
이를 통해, 상기 결빙측정영역(a)의 기류가 상기 기류가속프레임(미도시)에 의해 상기 결빙감지대상부(1)가 배치된 상기 대상영역(k)의 층류 흐름과 실질적으로 유사한 형태로 전환된다. 이에 따라, 결빙 발생여부 및 성장상태를 간접적으로 감지하는 상기 프로브(10)가 상기 결빙감지대상부(1)와 유사한 기상조건에 노출되므로 결빙 발생여부 및 성장상태에 대한 감지 정확성이 현저히 개선될 수 있다.
심지어, 경우에 따라 상기 결빙측정영역(a)의 실제 온도가 상기 기류가속프레임(미도시)에 의해 상기 대상영역(k)의 실제 온도보다 감소되는 경우, 상기 결빙감지대상부(1)에 결빙이 발생되기 이전에 상기 프로브(10)에 결빙이 발생될 수 있어 상기 결빙감지장치(100)를 통해 결빙 발생여부가 사전에 파악될 수도 있다.
따라서, 상기 결빙측정영역(a)에 설치된 상기 스트러트(20)로부터 상향 연장 돌설되되 상기 스트러트(20)의 폭방향 중앙부에 기류의 주 진행방향에 대하여 평행하게 배치된 상기 기류가속프레임(미도시)에 의해 항공기 등의 상기 결빙감지대상부(1)에 결빙이 발생되기 전에 결빙 발생여부가 신속히 판별되므로 운항시 안전성이 현저히 개선될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명은 항공기 내지 풍력발전기 등의 기계장치의 외면에 발생되는 결빙의 감지 정확성이 개선되는 결빙감지장치를 제공함으로써 실외에서 사용되는 기계장치의 제조 및 사용을 위한 산업에 적용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 결빙감지대상부가 배치된 결빙측정영역에 설치되되, 내부에 장착공간이 형성된 스트러트;
    자왜소재로 구비되어 상기 스트러트에 관통 배치되되 하단부가 상기 장착공간에 삽입되며 상단부가 상기 결빙측정영역으로 노출되고, 자왜 진동을 위한 구동자계를 형성하는 드라이브코일이 상기 장착공간 내부의 일측 외주를 감싸도록 배치되며, 상기 드라이브코일과 기설정된 간격을 두고 이격 배치되는 피드백코일이 상기 장착공간 내부의 타측 외주를 감싸도록 배치되는 프로브;
    상기 프로브에 초기 설정되는 기설정된 진동 주파수가 조절되도록 상기 드라이브코일 및 상기 피드백코일에 회로 연결되는 가변조절부;
    상기 프로브의 진동 변위가 증가되도록 상기 드라이브코일 및 상기 피드백코일의 외주를 따라 배치되어 바이어스자계를 형성하는 마그넷부;
    상기 장착공간에 배치되되 상기 프로브에 진동 주파수가 발생되도록 기설정된 탄성계수를 갖도록 구비되어 자왜 진동을 발생시키며 상기 프로브를 탄발 지지하는 탄성부재; 및
    상기 가변조절부에 회로 연결되어 진동 주파수에 대응되는 전압을 인가하며, 결빙 하중으로 인한 상기 프로브의 진동 주파수 변화를 통해 상기 결빙감지대상부의 결빙상태를 간접 판별하는 연산제어부를 포함하는 결빙감지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변조절부는 트랜지스터로서 구비되되, 상기 연산제어부는 상기 트랜지스터의 베이스에 인가되는 전압을 제어하며,
    상기 드라이브코일은 일단이 상기 트랜지스터의 콜렉터에 회로 연결되고, 타단이 공급전원이 가변되도록 구비된 전원부의 플러스단에 회로 연결되며, 가변커패시터와 병렬로 회로 연결되고,
    상기 피드백코일은 일단이 상기 트랜지스터의 베이스에 회로 연결되되, 타단이 상기 전원부의 마이너스단에 회로 연결되며, 상기 연산제어부는 상기 트랜지스터의 베이스에 회로 연결되고, 상기 트랜지스터의 에미터는 접지됨을 특징으로 하는 결빙감지장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프로브에 초기 설정되는 기설정된 진동 주파수가 원격으로 조절되도록 상기 연산제어부에 통신 연결되는 피씨부와, 상기 진동 주파수를 실시간 감지하도록 구비되어 상기 연산제어부에 회로 연결되는 오실레이터를 더 포함하되,
    상기 피씨부는
    상기 오실레이터를 통해 측정된 진동 주파수가 기설정된 진동 주파수 이상인 경우 상기 트랜지스터의 베이스에 인가되는 전압을 기설정값만큼 증가 제어하며,
    상기 오실레이터를 통해 측정된 진동 주파수가 기설정된 진동 주파수 미만인 경우 상기 트랜지스터의 베이스에 인가되는 전압을 기설정값만큼 감소 제어함을 특징으로 하는 결빙감지장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 연산제어부는 상기 프로브에 발생하는 진동 주파수에 대한 민감도를 설정하되, 상기 민감도는 상기 프로브 표면에 발생되는 결빙의 두께 대비 응답주파수의 감소량의 비율로서 산출되고,
    상기 연산제어부 및 상기 트랜지스터의 베이스의 사이에는 상호간 송수신되는 신호가 변환되도록 디지털-아날로그 변환기 및 아날로그-디지털 변환기가 병렬로 회로 연결되어 구비됨을 특징으로 하는 결빙감지장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산제어부는 상기 프로브의 진동 주파수를 실시간 감지하는 오실레이터에 의해 감지된 진동 주파수가 기설정된 결빙기준 주파수 이하로 감소되면 결빙 상태에 대응되는 모니터링신호를 송출하며,
    상기 프로브의 진동 주파수가 초기화되도록 송출된 상기 모니터링신호에 따라 상기 프로브를 가열하는 가열부를 더 포함함을 특징으로 하는 결빙감지장치.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115420354B (zh) * 2022-05-19 2024-07-05 重庆大学 一种输电线路覆冰实时测量方法及测量装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR880008337U (ko) * 1986-10-11 1988-06-29 삼성전자 주식회사 제빙상태에 따른 자동 얼음 취출장치
US20120134804A1 (en) * 2011-11-03 2012-05-31 General Electric Company Method and system for deicing wind turbine rotor blades with induced torque
KR20130061834A (ko) * 2011-12-02 2013-06-12 주식회사 우진 풍력발전기 로터블레이드의 얼음 감시 방법
US20130299638A1 (en) * 2007-08-08 2013-11-14 Amihay Gornik Mechanical vibration deicing system
KR101964981B1 (ko) * 2019-01-24 2019-08-13 주식회사 에그 (Egg) 결빙감지장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2414756A (en) * 1943-05-07 1947-01-21 Honeywell Regulator Co Condition responsive device
US3341835A (en) * 1964-11-05 1967-09-12 Rosemount Eng Co Ltd Ice detector
US4611492A (en) * 1984-05-03 1986-09-16 Rosemount Inc. Membrane type non-intrusive ice detector
US6076963A (en) 1998-10-20 2000-06-20 Avionics Specialties, Inc. Aircraft probe with integral air temperature sensor
KR101738661B1 (ko) * 2017-02-13 2017-05-22 주식회사 에그 결빙감지장치의 제어방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR880008337U (ko) * 1986-10-11 1988-06-29 삼성전자 주식회사 제빙상태에 따른 자동 얼음 취출장치
US20130299638A1 (en) * 2007-08-08 2013-11-14 Amihay Gornik Mechanical vibration deicing system
US20120134804A1 (en) * 2011-11-03 2012-05-31 General Electric Company Method and system for deicing wind turbine rotor blades with induced torque
KR20130061834A (ko) * 2011-12-02 2013-06-12 주식회사 우진 풍력발전기 로터블레이드의 얼음 감시 방법
KR101964981B1 (ko) * 2019-01-24 2019-08-13 주식회사 에그 (Egg) 결빙감지장치

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