【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及防除冰，具体涉及一种脉冲热流式结冰探测方法及装置。
技术介绍
1、随着寒冷气候地区的冬季温度往往能够达到-10℃以下，极易导致电力通讯、道路交通、航空运输等领域出现严重的霜冰问题。在电力通讯领域，冬季线路结冰导致的电力供应中断会导致生活不便，同时影响生产的正常进行；在道路交通领域，冬季道路结冰积雪无法避免，导致交通事故频发，对人民的生命和财产安全造成危害；在航空运输方面，冬季飞机起飞、降落过程中存在的霜冰均会对飞行安全造成隐患，影响经济的发展以及危害人身安全。因此，精准快速的结冰探测及结冰厚度测量技术能够指导霜冰的预防及消除，进而保障输电线路、船舶、飞机、道路、风机叶片等易结冰设备的运行安全，避免霜冰带来的各种不利影响。
2、现有结冰探测技术主要通过测量冰的光学、电磁学、力学、热学等特性来判断是否结冰以及结冰的厚度信息，尤其是已有热学法结冰探测技术的本质是对冰的导热系数、对流换热系数等热学物理参数进行探测，还具有以下问题：
3、(1)采用恒定壁温或恒定热流条件，在实际应用中通过加热装置的实现较为复杂，导致传感器温度或热流的控制无法准确实现，导致结冰厚度探测结果失真；
4、(2)通过高温或大热流条件来测量温升速率，进而获取结冰情况及厚度信息，而大热流输入会导致冰层融化。
5、(3)过于复杂冰厚探测模型，会导致结冰探测过程的响应时间增加，无法及时获取结冰信息。
6、上述问题都会导致探测器的测试精度大幅下降。
技术实现思路p>
1、为解决现有结冰探测技术的各种缺陷，本专利技术提出了一种脉冲热流式结冰探测方法及装置，该探测装置利用脉冲热流进行结冰探测，仅需要通过加热单元提供一定的脉冲热流，同时测量探测表面的温度上升幅度与时间即可实现结冰探测，无需过多的附加装置，具有测量简便、成本低廉的特点，不仅避免了恒定壁温条件难以实现的问题，还缩短了热流供应时间，消除了冰层融化对测量精度的影响，从而实现了简单、快速的结冰探测以及冰厚测量。
2、本专利技术采用以下具体技术方案：
3、本专利技术提供了一种脉冲热流式结冰探测装置，该结冰探测装置包括保护壳、保温材料、加热单元、导热介质、表面温度传感器、温度信号线、环境温度传感器以及控制器；
4、所述导热介质、所述加热单元以及所述保温材料从上到下依次层叠设置于所述保护壳内；
5、所述保护壳的外侧顶面为光滑表面，并形成结冰探测表面；
6、所述导热介质顶面与所述保护壳的内顶面接触；
7、所述表面温度传感器设置于所述导热介质的顶部与所述保护壳之间，用于测量所述结冰探测表面的中心温度；
8、所述环境温度传感器用于测量环境空气温度；
9、所述控制器与所述加热单元、所述表面温度传感器以及所述环境温度传感器连接，用于控制所述加热单元产生脉冲热流，并采集所述表面温度传感器和所述环境温度传感器的温度信号。
10、更进一步地，所述保护壳采用金属材料或非金属材料制成。
11、更进一步地，所述保护壳采用铝合金、不锈钢、陶瓷或者塑料材料制成。
12、更进一步地，所述保温材料为低导热系数材料。
13、更进一步地，所述保温材料为保温棉或者珍珠棉。
14、更进一步地，所述加热单元为电加热片或者电加热柱，并通过电阻或者电磁产生热流；
15、所述导热介质为金属材料或者非金属材料。
16、更进一步地，所述导热介质为铝合金、不锈钢、陶瓷或者塑料。
17、更进一步地，所述表面温度传感器采用电阻温度计或者热电偶温度传感器；
18、所述环境温度传感器采用热电偶温度传感器。
19、更进一步地，所述加热单元与所述导热介质之间通过导热硅脂进行粘结连接。
20、另外，本专利技术还提供了一种采用上述脉冲热流式结冰探测装置的结冰探测方法，该结冰探测方法包括以下步骤：
21、第一步骤，将结冰探测装置置于冷环境中；
22、第二步骤，通过控制器控制加热单元提供间断脉冲热流；
23、第三步骤，利用表面温度传感器实时测量结冰探测表面的中心温度t3，并利用环境温度传感器实时测量环境空气温度t0，记录一个间断脉冲热流的加热周期内结冰探测表面的中心温度变化以及环境空气温度变化；
24、第四步骤，获取探测表面中心温度的峰值温升或峰值时间，根据峰值温升与结冰厚度和峰值时间的对应关系，确定结冰厚度。
25、有益效果：
26、1、本专利技术的脉冲热流式结冰探测方法及装置基于热学法，利用脉冲热流进行结冰探测，仅需要通过加热单元提供一定的脉冲热流，同时测量探测表面的温度上升幅度与时间即可实现结冰探测，无需过多的附加装置，具有测量简便、成本低廉的特点，不仅避免了恒定壁温条件难以实现的问题，缩短了热流供应时间，还避免了高温或大热流条件热学结冰探测方法导致冰层融化的问题，消除了冰层融化对测量精度的影响，从而实现了简单、快速的结冰探测以及冰厚测量。相较于光学法、力学法等结冰探测方法，具有原理及操作简单、成本低廉等优势，应用潜力巨大，还具有绿色、环保、体积小、便携等优势。
27、2、本专利技术的结冰探测装置通过控制器控制加热单元，热流形式多样化，且可通过加热单元的通断简单、精确地调节热流，提高了结冰探测精度，避免了恒定壁温条件热学结冰探测方法温度控制不稳定的问题。
28、3、本专利技术的结冰探测装置通过构建冰厚探测模型，简单、快速地获取结冰信息，避免复杂冰厚探测模型导致的结冰探测时间增加。此外，用于结冰探测的温度信号可供提取峰值时间、持续时间等丰富特征，有利于快速、准确的获取结冰信息，提高探测精准度。
29、4、本专利技术的结冰探测装置中的导热介质层，在混凝土道路、金属表面等不同的实际应用场景可以选择对应材料，使温度传感器探测表面与探测目标表面一致，大幅提高结冰探测精准度。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种脉冲热流式结冰探测装置，其特征在于，该结冰探测装置包括保护壳、保温材料、加热单元、导热介质、表面温度传感器、温度信号线、环境温度传感器以及控制器；
2.如权利要求1所述的脉冲热流式结冰探测装置，其特征在于，所述保护壳采用金属材料或非金属材料制成。
3.如权利要求2所述的脉冲热流式结冰探测装置，其特征在于，所述保护壳采用铝合金、不锈钢、陶瓷或者塑料材料制成。
4.如权利要求1所述的脉冲热流式结冰探测装置，其特征在于，所述保温材料为低导热系数材料。
5.如权利要求4所述的脉冲热流式结冰探测装置，其特征在于，所述保温材料为保温棉或者珍珠棉。
6.如权利要求1所述的脉冲热流式结冰探测装置，其特征在于，所述加热单元为电加热片或者电加热柱，并通过电阻或者电磁产生热流；
7.如权利要求1所述的脉冲热流式结冰探测装置，其特征在于，所述导热介质为铝合金、不锈钢、陶瓷或者塑料。
8.如权利要求1所述的脉冲热流式结冰探测装置，其特征在于，所述表面温度传感器采用电阻温度计或者热电偶温度传感器；
9.如
10.一种采用如权利要求1-9中任意一项所述脉冲热流式结冰探测装置的结冰探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种脉冲热流式结冰探测装置，其特征在于，该结冰探测装置包括保护壳、保温材料、加热单元、导热介质、表面温度传感器、温度信号线、环境温度传感器以及控制器；
2.如权利要求1所述的脉冲热流式结冰探测装置，其特征在于，所述保护壳采用金属材料或非金属材料制成。
3.如权利要求2所述的脉冲热流式结冰探测装置，其特征在于，所述保护壳采用铝合金、不锈钢、陶瓷或者塑料材料制成。
4.如权利要求1所述的脉冲热流式结冰探测装置，其特征在于，所述保温材料为低导热系数材料。
5.如权利要求4所述的脉冲热流式结冰探测装置，其特征在于，所述保温材料为保温棉或者珍珠棉。
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋孟杰，石含，张旋，张龙，邵苛苛，余思锐，周世强，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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