结冰探测器制造技术

本发明专利技术涉及结冰探测技术领域，提供一种结冰探测器，其包括：结冰组件，其包括具有积冰表面的结冰杆和支撑结构；至少一个视觉传感器，其布置成能够获取积冰表面的图像；控制器，其与视觉传感器电连接，包括图像对比模块用于将所获得图像与初始图像进行对比，从而判断结冰杆的积冰表面是否结冰；其中，结冰组件还包括分别与结冰杆和支撑结构连接的制冷元件。制冷元件可对结冰杆进行主动制冷，进一步降低结冰杆的表面温度，有利于使结冰探测器在机翼/短舱发生结冰之前探测到结冰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及结冰探测领域，尤其涉及用于探测结冰条件的结冰探测装置。
技术介绍
当飞机在结冰条件下飞行时，在飞机机翼前缘、短舱前缘等部位极易产生结冰。飞机表面结冰将导致飞机操稳品质降级、飞行性能损失和飞行安全裕度下降。当前大部分民机和运输机都配备了飞行结冰探测系统。结冰探测系统可以在早期探测到飞机进入结冰气象条件或飞机表面结冰，以发出结冰告警信息，提示飞行员手动启动防冰系统，或者由结冰探测系统直接启动防冰系统。因而，结冰探测是保障飞行安全的一项重要措施。美国专利US 4，553，137公开了一种基于磁致伸缩材料的振动原理的结冰探测器。该结冰探测器的探头由磁致伸缩材料制成，当飞机进入结冰条件，因结冰质量增加导致探头振动频率下降，降低到阀值后发出结冰信号。此类型的结冰探测器在B737、A340、A380、B747、B777、ERJ、CRJ、ARJ等型号的飞机上得到广泛使用。这种结冰探测器安装在飞机机头部位，通过气动分析和水滴遮蔽高度分析确定安装位置，为飞机提供结冰告警。然而，这种磁致伸缩材料的探头需要布置在支撑结构的磁场中，支撑结构较复杂，体积较大，而必需的电除冰又会导致其用电量较大；同时，这种探头形状为圆柱形，其因临界温度较低，而不易满足近年来适航当局对主导式飞行结冰探测系统和过冷大水滴结冰条件的适航要求。美国专利US 7，370，525公开了一种光电结冰探测器，美国专利US 4，461，178公开了一种超声波结冰探测器。然而，这两项专利技术都需要包括发射装置和接收装置，信号的处理由于结冰类型多样而较为复杂，致使整个探测器结构复杂，可靠性较低。在Chun sheng Yu 和 Qing jin Peng 发表的论文《Icing DetectionUsingImage-based 3D Shape Recovery))(见 Computer-Aided Design&Applications, 7 (3),2010，335-347)中，采用两组摄像机获得输电线的结冰照片，通过图像三维重构和对比获得结冰形状，以判断输电线是否结冰；美国C0MBITECH公司在《Ice detection usingimageanalysis》(见 http: //winterwind.se/2012/down load/16Combi tech.pdf)中描述了采用照相机获得叶片结冰照片，基于图像分析监控风力发电机叶片结冰的技术。继而，图像处理技术被引入到结冰探测领域。然而，上述装置采用现有摄像机或照相机获得图片，通过远程信息传将图片信息传递到后方，由计算机进行图像分析，判断是否结冰。此种装置体积大、重量重，无法在飞机上安装布置，不能适用于飞机结冰探测系统。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种结构简单、体积小、重量轻、可靠性高且易于在飞机上安装布置的结冰探测器。为此，根据本专利技术的一个方面，提供一种结冰探测器，包括:结冰组件，其包括具有积冰表面的结冰杆和支撑结构；至少一个视觉传感器，其布置成能够获取所述积冰表面的图像；控制器，其与所述视觉传感器电连接，所述控制器包括图像对比模块用于将来自所述视觉传感器的所述图像与所述积冰表面的初始图像进行对t匕，从而判断所述结冰杆的积冰表面是否结冰；其中，所述结冰组件还包括分别与所述结冰杆和所述支撑结构相连接的制冷元件。在本专利技术的该方面，由于本专利技术基于图像处理技术，具有无运动部件(结冰杆相对静止而非振动)，技术成熟，可靠性更高；在结冰杆组件上布置制冷元件，对结冰杆进行主动制冷，可进一步降低结冰杆的表面温度，有利于结冰杆在机翼/短舱发生结冰前结冰，使结冰探测器在机翼/短舱发生结冰之前探测到结冰。优选地，所述制冷元件为半导体制冷元件，其冷端与所述结冰杆相接从而对其主动制冷，其热端与所述支撑结构相接以通过其散热。优选地，所述半导体制冷元件布置于所述结冰杆下端，所述冷端在上而所述热端在下。作为替换，结冰组件还可以如此设置:所述结冰杆具有第一内腔，所述半导体制冷元件布置于所述结冰杆所述第一内腔中；所述半导体制冷元件具有第二内腔，所述支撑结构的上端延伸进入所述第二内腔；所述半导体制冷元件的所述冷端在外而所述热端在内。优选地，所述结冰杆构造成流线型的翼型结构。这可以使积冰表面具有较小的压力系数和较大的水收集系数，使结冰杆具有较低的局部静温和表面温度，以及较高的临界温度，更容易结冰，并且单位时间结冰量较大；通过优化外形能够使结冰杆更早更快的结冰，发出结冰告警的时间能够提前，更容易满足主导式结冰探测系统的要求。进一步优选地，所述结冰杆的所述侧面设置成沿弦向呈起伏波浪形，有助于水收集。又进一步优选地，所述结冰杆在弦向具有足够的长度以使过冷大水滴在飞溅或破碎时能够冻结在所述结冰杆的侧面上。这将使本专利技术结冰探测器具有探测过冷大水滴的能力，进一步扩大了本专利技术结冰探测器的使用范围。再进一步优选地，所述结冰杆的前缘设置成圆柱形或翼型。又再进一步优选地，所述结冰杆的前缘曲率小得足以使所述结冰杆的水收集系数达到0.9以上。优选地，所述至少一个视觉传感器中的一个正对所述积冰表面布置，所述至少一个视觉传感器中的另一个侧对所述积冰表面布置。结冰杆与视觉传感器位置协调布置，能够更好地得到结冰杆的结冰图像优选地，所述视觉传感器为微型照相装置。优选地，所述至少一个视觉传感器中的每一个至少包括镜头和图像传感器，所述镜头用于获取所述积冰表面的图像，所述图像传感器电连接至并将图像传送至所述控制单元的所述图像对比模块。进一步优选地，所述结冰探测器还包括连接于所述结冰组件和所述控制器之间的法兰盘，通过所述法兰盘将结冰探测器安装在飞机上。所述法兰盘上设置有带透明窗的凹室，所述视觉传感器的所述镜头暴露在所述凹室中。通过法兰盘上凹室的设置，可以使视觉传感器的镜头正对和/或侧对所述结冰杆的积冰表面，并通过透明窗为镜头提供了保护，防止镜头起雾。再进一步优选地，所述凹室内具有面向所述结冰组件的斜面，所述镜头从所述斜面上暴露。斜面的设置为视觉传感器相对结冰杆的布置提供了方便和更大的布置灵活性。又进一步优选地，在所述凹室的斜面上设置有自动调节式照明元件。和/或视觉传感器本身带有照明元件如自动调节式闪光灯。照明元件的设置可有助于视觉传感器更好地获得不同光强条件下的积冰表面图像。优选地，所述结冰杆设置有用于除冰的电加热器，电加热器的设置是用于探测到结冰后，将结冰杆上的积冰除去，开始下一个结冰-探测冰-加热除冰-冷却循环。所述透明窗上设置有用于防冰的电加热器。电加热器的设置有助于透明窗内表面不结雾外表面不结冰，一方面保证透明窗通透，使视觉传感器有效获得积冰表面的真实结冰状况，另一方面保证凹室中的空气高于露点温度，从而有效防止镜头表面起雾。进一步优选地，所述控制器还包括加热控制模块，其与所述图像对比模块电连接用于控制所述加热器进行电加热。优选地，所述结冰杆是透明的并在其内布置有照明元件。在结冰杆内部设置照明元件能够更好地勾勒出冰的形状，配合视觉传感器获得不同光强下结冰杆的图像，提高结冰探测的可靠性。进一步优选地，所述照明元件为两组，分别布置在所述透明的结冰杆内前缘处和中后部。优选地，所述结冰杆的所述积冰表面上具有方便图像辨识的颜色标记。这有助于更好本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结冰探测器，其特征在于，包括：结冰组件，其包括具有积冰表面的结冰杆和支撑结构；至少一个视觉传感器，其布置成能够获取所述积冰表面的图像；控制器，其与所述视觉传感器电连接，所述控制器包括图像对比模块用于将来自所述视觉传感器的所述图像与所述积冰表面的初始图像进行对比，从而判断所述结冰杆的积冰表面是否结冰；其中，所述结冰组件还包括分别与所述结冰杆和所述支撑结构相连接的制冷元件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史献林，南国鹏，李革萍，辛旭东，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司， 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31