一种分布式结冰信号器及结冰探测方法与流程

1.本发明属于飞机结冰探测领域，具体涉及一种分布式结冰信号器及结冰探测方法。


背景技术：

2.为预防结冰给飞机带来的危害，通常会在飞机机头、机翼和进气道中需要安装结冰探测器。考虑到飞机重量、经济性等问题，通常仅会在机头、机翼和进气道中选择一个位置安装结冰探测器，该探测器的探测结果即代表飞机整体结冰情况。但自然环境中结冰条件复杂，难免出现安装结冰探测器的部位未结冰，而飞机其它部位已经严重结冰的情况。该情况下，结冰探测器一直未输出结冰告警，导致飞机在结冰区中持续航行，会对飞机造成更严重的危害。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种分布式结冰信号器及结冰探测方法解决了现有方法在机上安装多个结冰探测器成本高且重量大的问题。
4.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种分布式结冰信号器，包括敏感探头、线缆束和结冰解算单元，所述敏感探头通过线缆束与所述结冰解算单元通信连接；
5.所述敏感探头包括结冰探测窗口、发射光光纤、接收光光纤、测温电阻、两根导线和连接器；
6.其中，所述结冰探测窗口通过发射光光纤和接收光光纤与所述连接器相互通信连接，所述连接器还通过两根导线与所述测温电阻通信连接，所述连接器还通过线缆束与所述结冰解算单元通信连接；
7.所述敏感探头安装于飞机机翼、进气道和机头的结冰敏感区域表面，并与所述结冰敏感区域表面共形；
8.所述发射光光纤用于将来自连接器的光源发射到结冰探测窗口，所述接收光光纤用于接收来自结冰探测窗口的反射光，并将其传输到连接器。
9.进一步地：所述发射光光纤与结冰探测窗口连接的一端垂直于第一探测窗口端面，所述接收光光纤与结冰探测窗口连接的一端垂直于第二探测窗口端面。
10.进一步地：所述发射光光纤和接收光光纤与结冰探测窗口连接的发射光光纤接触点和接收光光纤接触点关于探测窗口中线镜像对称。
11.进一步地：所述发射光光纤接触点和接收光光纤接触点分别位于第一探测窗口端面和第二探测窗口端面上，且位于端点相对第一探测窗口端面和第二探测窗口端面的垂足处；
12.其中，所述端点具体为第三探测窗口端面与探测窗口中线的交点。
13.进一步地：所述结冰探测窗口的材料为透明材料。
14.进一步地：所述结冰探测窗口的形状为等腰三角形，所述结冰探测窗口的底边与敏感探头外侧齐平，结冰探测窗口的底边夹角θ满足下式：
[0015][0016]
式中，n1为冰对光源的折射率，n2为结冰探测窗口对光源的折射率，n3为空气对光源的折射率。
[0017]
进一步地：所述线缆束包括两根光纤和两根线缆。
[0018]
一种分布式结冰信号器的结冰探测方法，包括以下步骤：
[0019]
s1、通过敏感探头将结冰探测窗口的反射光和测温电阻的电阻值发送至结冰解算单元；
[0020]
s2、通过结冰解算单元对测温电阻的电阻值进行补偿解算，得到测量电阻值；
[0021]
s3、通过结冰解算单元根据电阻分度表将测量电阻值转换为敏感探头的温度；
[0022]
s4、通过结冰解算单元根据敏感探头的温度和结冰探测窗口的反射光进行结冰解算，得到敏感探头的结冰状态。
[0023]
进一步地：所述s2中，得到测量电阻值r的表达式具体为：
[0024]
r＝r
0-2l
×rt
[0025]
式中，r0为结冰解算单元补偿解算得到的电阻阻值，l为线缆束长度，r
t
为单位长度所用线缆的阻值。
[0026]
进一步地：所述s4中，结冰解算的方法具体为：
[0027]
判断结冰探测窗口的反射光的强度是否不小于设定阈值，若是，则敏感探头的结冰状态为无结冰；
[0028]
若否，则判断敏感探头的温度是否不大于0℃；若是，则敏感探头的结冰状态为结冰，若否，则敏感探头的结冰状态为遮挡；
[0029]
所述设定阈值tc的表达式具体为：
[0030]
tc＝90％
×
(t
0-t
1-t2)
[0031]
式中，t0为发射光强度，t1为探测窗口介质损耗，t2为线缆传输损耗。
[0032]
本发明的有益效果为：
[0033]
(1)本发明通过简化敏感探头的设计，提出一种分布式结冰信号器，降低了结冰探测器的成本与重量。
[0034]
(2)本发明提供的分布式结冰信号器的结冰探测方法利用线缆束收集分布于飞机各处敏感探头的温度和反射光，并将其传输到结冰解算单元中统一处理，降低了结冰探测器的成本与重量。
附图说明
[0035]
图1为本发明一种分布式结冰信号器的结构示意图。
[0036]
图2为本发明的敏感探头结构示意图。
[0037]
图3为本发明的一种分布式结冰信号器的结冰探测方法流程图。
[0038]
其中：1、敏感探头；2、线缆束；3、结冰解算单元；4、飞机机翼；5、机头；1-1、结冰探测窗口；1-2、发射光光纤；1-3、接收光光纤；1-4、测温电阻；1-5、导线；1-6、连接器；a、第一
探测窗口端面；b、第二探测窗口端面；n、端点；d1、发射光光纤接触点；d2、接收光光纤接触点；cc'、探测窗口中线。
具体实施方式
[0039]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0040]
如图1所示，在本发明的一个实施例中，一种分布式结冰信号器，包括敏感探头1、线缆束2和结冰解算单元3，所述敏感探头1通过线缆束2与所述结冰解算单元3通信连接；
[0041]
所述敏感探头1安装于飞机机翼4、进气道和机头5的结冰敏感区域表面，并与所述结冰敏感区域表面共形。
[0042]
如图2所示，所述敏感探头1包括结冰探测窗口1-1、发射光光纤1-2、接收光光纤1-3、测温电阻1-4、两根导线1-5和连接器1-6；
[0043]
其中，所述结冰探测窗口1-1通过发射光光纤1-2和接收光光纤1-3与所述连接器1-6相互通信连接，所述连接器1-6还通过两根导线1-5与所述测温电阻1-4通信连接，所述连接器1-6还通过线缆束2与所述结冰解算单元3通信连接；
[0044]
所述发射光光纤1-2用于将来自连接器1-6的光源发射到结冰探测窗口1-1，所述接收光光纤1-3用于接收来自结冰探测窗口1-1的反射光，并将其传输到连接器1-6。
[0045]
所述发射光光纤1-2与结冰探测窗口1-1连接的一端垂直于第一探测窗口端面a，所述接收光光纤1-3与结冰探测窗口1-1连接的一端垂直于第二探测窗口端面b。
[0046]
所述发射光光纤1-2和接收光光纤1-3与结冰探测窗口1-1连接的发射光光纤接触点d1和接收光光纤接触点d2关于探测窗口中线cc’镜像对称。
[0047]
所述发射光光纤接触点d1和接收光光纤接触点d2分别位于第一探测窗口端面a和第二探测窗口端面b上，且位于端点n相对第一探测窗口端面a和第二探测窗口端面b的垂足处；
[0048]
其中，所述端点n具体为第三探测窗口端面与探测窗口中线cc’的交点。
[0049]
所述结冰探测窗口1-1的材料为透明材料，包括但不限于玻璃、塑料、水晶和钻石。
[0050]
所述结冰探测窗口1-1的形状为等腰三角形，所述结冰探测窗口1-1的底边与敏感探头1外侧齐平，结冰探测窗口1-1的底边夹角θ满足下式：
[0051][0052]
式中，n1为冰对光源的折射率，n2为结冰探测窗口1-1对光源的折射率，n3为空气对光源的折射率。
[0053]
所述线缆束2包括两根光纤和两根线缆，用于完成敏感探头1和结冰解算单元3的光信号和电信号连接，线缆束2在飞机内部走线时其弯曲半径应不小于光纤最小弯曲半径。
[0054]
本发明系统的工作过程具体为：将敏感探头1安装于飞机各结冰敏感区域表面，线缆束2将所有的敏感探头1与结冰解算单元3通信连接，结冰解算单元3根据各个敏感探头1的温度和结冰探测窗口1-1的反射光进行结冰探测，获得各个敏感探头1的结冰状态。
[0055]
如图3所示，一种分布式结冰信号器的结冰探测方法，包括以下步骤：
[0056]
s1、通过敏感探头1将结冰探测窗口1-1的反射光和测温电阻1-4的电阻值发送至结冰解算单元3；
[0057]
s2、通过结冰解算单元3对测温电阻1-4的电阻值进行补偿解算，得到测量电阻值；
[0058]
s3、通过结冰解算单元3根据电阻分度表将测量电阻值转换为敏感探头1的温度；
[0059]
s4、通过结冰解算单元3根据敏感探头1的温度和结冰探测窗口1-1的反射光进行结冰解算，得到敏感探头1的结冰状态。
[0060]
所述s2中，得到测量电阻值r的表达式具体为：
[0061]
r＝r
0-2l
×rt
[0062]
式中，r0为结冰解算单元3补偿解算得到的电阻阻值，l为线缆束2长度，r
t
为单位长度所用线缆的阻值；
[0063]
在本实施例中，电阻分度表具体为温度-电阻特性表，其具体如表1所示。
[0064]
表1温度-电阻特性表
[0065]
[0066][0067]
所述s4中，结冰解算的方法具体为：
[0068]
判断结冰探测窗口1-1的反射光的强度是否不小于设定阈值，若是，则敏感探头1的结冰状态为无结冰；
[0069]
若否，则判断敏感探头1的温度是否不大于0℃；若是，则敏感探头1的结冰状态为结冰，若否，则敏感探头1的结冰状态为遮挡；
[0070]
所述设定阈值tc的表达式具体为：
[0071]
tc＝90％
×
(t
0-t
1-t2)
[0072]
式中，t0为发射光强度，t1为探测窗口介质损耗，t2为线缆传输损耗。
[0073]
在本实施例中结冰解算单元3通过rs422、rs429或以太网等总线将全机敏感探头1的结冰状态情况上报到飞机系统。
[0074]
本发明的有益效果为：本发明通过简化敏感探头1的设计，提出一种分布式结冰信号器，降低了结冰探测器的成本与重量。
[0075]
本发明提供的分布式结冰信号器的结冰探测方法利用线缆束2收集分布于飞机各处敏感探头1的温度和反射光，并将其传输到结冰解算单元3中统一处理，降低了结冰探测器的成本与重量。
[0076]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有
特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。

技术特征：
1.一种分布式结冰信号器，其特征在于，包括敏感探头(1)、线缆束(2)和结冰解算单元(3)，所述敏感探头(1)通过线缆束(2)与所述结冰解算单元(3)通信连接；所述敏感探头(1)包括结冰探测窗口(1-1)、发射光光纤(1-2)、接收光光纤(1-3)、测温电阻(1-4)、两根导线(1-5)和连接器(1-6)；其中，所述结冰探测窗口(1-1)通过发射光光纤(1-2)和接收光光纤(1-3)与所述连接器(1-6)相互通信连接，所述连接器(1-6)还通过两根导线(1-5)与所述测温电阻(1-4)通信连接，所述连接器(1-6)还通过线缆束(2)与所述结冰解算单元(3)通信连接；所述敏感探头(1)安装于飞机机翼(4)、进气道和机头(5)的结冰敏感区域表面，并与所述结冰敏感区域表面共形；所述发射光光纤(1-2)用于将来自连接器(1-6)的光源发射到结冰探测窗口(1-1)，所述接收光光纤(1-3)用于接收来自结冰探测窗口(1-1)的反射光，并将其传输到连接器(1-6)。2.根据权利要求1所述的分布式结冰信号器，其特征在于，所述发射光光纤(1-2)与结冰探测窗口(1-1)连接的一端垂直于第一探测窗口端面(a)，所述接收光光纤(1-3)与结冰探测窗口(1-1)连接的一端垂直于第二探测窗口端面(b)。3.根据权利要求2所述的分布式结冰信号器，其特征在于，所述发射光光纤(1-2)和接收光光纤(1-3)与结冰探测窗口(1-1)连接的发射光光纤接触点(d1)和接收光光纤接触点(d2)关于探测窗口中线(cc')镜像对称。4.根据权利要求3所述的分布式结冰信号器，其特征在于，所述发射光光纤接触点(d1)和接收光光纤接触点(d2)分别位于第一探测窗口端面(a)和第二探测窗口端面(b)上，且位于端点(n)相对第一探测窗口端面(a)和第二探测窗口端面(b)的垂足处；其中，所述端点(n)具体为第三探测窗口端面与探测窗口中线(cc')的交点。5.根据权利要求1所述的分布式结冰信号器，其特征在于，所述结冰探测窗口(1-1)的材料为透明材料。6.根据权利要求1所述的分布式结冰信号器，其特征在于，所述结冰探测窗口(1-1)的形状为等腰三角形，所述结冰探测窗口(1-1)的底边与敏感探头(1)外侧齐平，结冰探测窗口(1-1)的底边夹角θ满足下式：式中，n1为冰对光源的折射率，n2为结冰探测窗口(1-1)对光源的折射率，n3为空气对光源的折射率。7.根据权利要求1所述的分布式结冰信号器，其特征在于，所述线缆束(2)包括两根光纤和两根线缆。8.一种基于权利要求1～7任一权利要求所述的分布式结冰信号器的结冰探测方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、通过敏感探头(1)将结冰探测窗口(1-1)的反射光和测温电阻(1-4)的电阻值发送至结冰解算单元(3)；s2、通过结冰解算单元(3)对测温电阻(1-4)的电阻值进行补偿解算，得到测量电阻值；
s3、通过结冰解算单元(3)根据电阻分度表将测量电阻值转换为敏感探头(1)的温度；s4、通过结冰解算单元(3)根据敏感探头(1)的温度和结冰探测窗口(1-1)的反射光进行结冰解算，得到敏感探头(1)的结冰状态。9.根据权利要求8所述的结冰探测方法，其特征在于，所述s2中，得到测量电阻值r的表达式具体为：r＝r
0-2l
×
r
t
式中，r0为结冰解算单元(3)补偿解算得到的电阻阻值，l为线缆束(2)长度，r
t
为单位长度所用线缆的阻值。10.根据权利要求8所述的结冰探测方法，其特征在于，所述s4中，结冰解算的方法具体为：判断结冰探测窗口(1-1)的反射光的强度是否不小于设定阈值，若是，则敏感探头(1)的结冰状态为无结冰；若否，则判断敏感探头(1)的温度是否不大于0℃；若是，则敏感探头(1)的结冰状态为结冰，若否，则敏感探头(1)的结冰状态为遮挡；所述设定阈值tc的表达式具体为：tc＝90％
×
(t
0-t
1-t2)式中，t0为发射光强度，t1为探测窗口介质损耗，t2为线缆传输损耗。

技术总结
本发明公开了一种分布式结冰信号器及结冰探测方法，分布式结冰信号器，包括敏感探头、线缆束和结冰解算单元，敏感探头通过线缆束与结冰解算单元通信连接；敏感探头包括结冰探测窗口、发射光光纤、接收光光纤、测温电阻、两根导线和连接器；其中，结冰探测窗口通过发射光光纤和接收光光纤与连接器相互通信连接，连接器还通过两根导线与测温电阻通信连接；本发明通过简化敏感探头的设计，提出一种分布式结冰信号器，降低了结冰探测器的成本与重量。本发明利用线缆束收集分布于飞机各处敏感探头的温度和反射光，并将其传输到结冰解算单元中统一处理，降低了结冰探测器的成本与重量。降低了结冰探测器的成本与重量。降低了结冰探测器的成本与重量。


技术研发人员：刘玉祥 苑丹丹 鹿海坤 冯惊鸿 魏乾成 陈华胄
受保护的技术使用者：成都凯天电子股份有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/10/15