本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種結(jié)冰探測(cè)器，屬于結(jié)冰探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。該結(jié)冰探測(cè)器包括：結(jié)冰組件，其包括具有積冰表面的結(jié)冰桿和支撐結(jié)構(gòu)，結(jié)冰桿構(gòu)造成流線型的翼型結(jié)構(gòu)并從支撐結(jié)構(gòu)伸入氣流中；至少一個(gè)視覺傳感器，其布置成能夠獲取積冰表面的圖像；控制器，其與視覺傳感器電連接，包括圖像對(duì)比模塊用于將所獲得圖像與初始圖像進(jìn)行對(duì)比，從而判斷結(jié)冰桿的積冰表面是否結(jié)冰。本發(fā)明專利技術(shù)無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，基于圖像的判斷可靠性更高；同時(shí)由于結(jié)冰桿的流線型翼型結(jié)構(gòu)，可以使積冰表面具有較小的壓力系數(shù)和較大的水收集系數(shù)，使結(jié)冰桿更早更快的結(jié)冰，發(fā)出結(jié)冰告警的時(shí)間能夠提前。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及結(jié)冰探測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及用于探測(cè)結(jié)冰條件的結(jié)冰探測(cè)裝置。
技術(shù)介紹
當(dāng)飛機(jī)在結(jié)冰條件下飛行時(shí)，在飛機(jī)機(jī)翼前緣、短艙前緣等部位極易產(chǎn)生結(jié)冰。飛機(jī)表面結(jié)冰將導(dǎo)致飛機(jī)操穩(wěn)品質(zhì)降級(jí)、飛行性能損失和飛行安全裕度下降。當(dāng)前大部分民機(jī)和運(yùn)輸機(jī)都配備了飛行結(jié)冰探測(cè)系統(tǒng)。結(jié)冰探測(cè)系統(tǒng)可以在早期探測(cè)到飛機(jī)進(jìn)入結(jié)冰氣象條件或飛機(jī)表面結(jié)冰，以發(fā)出結(jié)冰告警信息，提示飛行員手動(dòng)啟動(dòng)防冰系統(tǒng)，或者由結(jié)冰探測(cè)系統(tǒng)直接啟動(dòng)防冰系統(tǒng)。因而，結(jié)冰探測(cè)是保障飛行安全的一項(xiàng)重要措施。美國(guó)專利US 4，553，137公開了一種基于磁致伸縮材料的振動(dòng)原理的結(jié)冰探測(cè)器。該結(jié)冰探測(cè)器的探頭由磁致伸縮材料制成，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入結(jié)冰條件，因結(jié)冰質(zhì)量增加導(dǎo)致探頭振動(dòng)頻率下降，降低到閥值后發(fā)出結(jié)冰信號(hào)。此類型的結(jié)冰探測(cè)器在B737、A340、A380、B747、B777、ERJ、CRJ、ARJ等型號(hào)的飛機(jī)上得到廣泛使用。這種結(jié)冰探測(cè)器安裝在飛機(jī)機(jī)頭部位，通過(guò)氣動(dòng)分析和水滴遮蔽高度分析確定安裝位置，為飛機(jī)提供結(jié)冰告警。然而，這種磁致伸縮材料的探頭需要布置在支撐結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)中，支撐結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積較大，而必需的電除冰又會(huì)導(dǎo)致其用電量較大；同時(shí)，這種探頭形狀為圓柱形，其因臨界溫度較低，而不易滿足近年來(lái)適航當(dāng)局對(duì)主導(dǎo)式飛行結(jié)冰探測(cè)系統(tǒng)和過(guò)冷大水滴結(jié)冰條件的適航要求。美國(guó)專利US 7，370，525公開了一種光電結(jié)冰探測(cè)器，美國(guó)專利US 4，461，178公開了一種超聲波結(jié)冰探測(cè)器。然而，這兩項(xiàng)專利技術(shù)都需要包括發(fā)射裝置和接收裝置，信號(hào)的處理由于結(jié)冰類型多樣而較為復(fù)雜，致使整個(gè)探測(cè)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性較低。在Chun sheng Yu 和 Qing jin Peng 發(fā)表的論文《Icing DetectionUsingImage-based 3D Shape Recovery))(見 Computer-Aided Design&Applications, 7 (3),2010，335-347)中，采用兩組攝像機(jī)獲得輸電線的結(jié)冰照片，通過(guò)圖像三維重構(gòu)和對(duì)比獲得結(jié)冰形狀，以判斷輸電線是否結(jié)冰；美國(guó)C0MBITECH公司在《Ice detection usingimageanalysis》(見 http://winterwind. se/2012/download/16 Combitech.pdf)中描述了采用照相機(jī)獲得葉片結(jié)冰照片，基于圖像分析監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)冰的技術(shù)。繼而，圖像處理技術(shù)被引入到結(jié)冰探測(cè)領(lǐng)域。然而，上述裝置采用現(xiàn)有攝像機(jī)或照相機(jī)獲得圖片，通過(guò)遠(yuǎn)程信息傳將圖片信息傳遞到后方，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像分析，判斷是否結(jié)冰。此種裝置體積大、重量重，無(wú)法在飛機(jī)上安裝布置，不能適用于飛機(jī)結(jié)冰探測(cè)系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
因此，本專利技術(shù)的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、可靠性高且易于在飛機(jī)上安裝布置的結(jié)冰探測(cè)器。為此，根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方面，提供一種結(jié)冰探測(cè)器，包括結(jié)冰組件，其包括具有積冰表面的結(jié)冰桿和支撐結(jié)構(gòu)，所述結(jié)冰桿構(gòu)造成流線型的翼型結(jié)構(gòu)并從所述支撐結(jié)構(gòu)伸入氣流中；至少一個(gè)視覺傳感器，其布置成能夠獲取所述積冰表面的圖像；控制器，其與所述視覺傳感器電連接，所述控制器包括圖像對(duì)比模塊用于將來(lái)自 所述視覺傳感器的所述圖像與所述積冰表面的初始圖像進(jìn)行對(duì)比，從而判斷所述結(jié)冰桿表 面是否結(jié)冰。在本專利技術(shù)的該方面，由于基于圖像處理技術(shù)，具有無(wú)運(yùn)動(dòng)部件(結(jié)冰桿相對(duì)靜止 而非振動(dòng))，技術(shù)成熟，可靠性更高；同時(shí)由于結(jié)冰桿的流線型翼型結(jié)構(gòu)，可以使積冰表面 具有較小的壓力系數(shù)和較大的水收集系數(shù)，使結(jié)冰桿具有較低的局部靜溫和表面溫度，且 具有較高的臨界溫度，更容易結(jié)冰，并且單位時(shí)間結(jié)冰量較大；通過(guò)優(yōu)化外形能夠使結(jié)冰桿 更早更快的結(jié)冰，發(fā)出結(jié)冰告警的時(shí)間能夠提前，更容易滿足主導(dǎo)式結(jié)冰探測(cè)系統(tǒng)的要求。優(yōu)選地，所述結(jié)冰桿的側(cè)面設(shè)置成沿弦向呈起伏波浪形，有助于水收集。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述結(jié)冰桿在弦向具有足夠的長(zhǎng)度以使過(guò)冷大水滴在飛濺或破碎 時(shí)能夠凍結(jié)在所述結(jié)冰桿的側(cè)面上，這將使本專利技術(shù)結(jié)冰探測(cè)器具有探測(cè)過(guò)冷大水滴的能 力，進(jìn)一步擴(kuò)大了本專利技術(shù)結(jié)冰探測(cè)器的使用范圍。再進(jìn)一步優(yōu)選地，所述結(jié)冰桿的前緣設(shè)置成圓柱形或翼型。又再進(jìn)一步優(yōu)選地，所述結(jié)冰桿的前緣曲率小得足以使所述結(jié)冰桿的水收集系數(shù) 達(dá)到O. 9以上。優(yōu)選地，所述結(jié)冰組件還包括半導(dǎo)體制冷元件和所述結(jié)冰桿連接于其上的支撐結(jié) 構(gòu)，所述半導(dǎo)體制冷元件的冷端與所述結(jié)冰桿相連從而對(duì)其主動(dòng)制冷，熱端與所述支撐結(jié) 構(gòu)相連以通過(guò)其散熱。在結(jié)冰桿組件上布置半導(dǎo)體制冷元件，對(duì)結(jié)冰桿進(jìn)行主動(dòng)制冷，可進(jìn) 一步降低結(jié)冰桿的表面溫度，有利于結(jié)冰桿在機(jī)翼/短艙發(fā)生結(jié)冰前結(jié)冰，從而使結(jié)冰探 測(cè)器在機(jī)翼/短艙發(fā)生結(jié)冰之前探測(cè)到結(jié)冰。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體制冷元件布置于所述結(jié)冰桿下端，所述冷端在上而所 述熱端在下。作為替換，所述結(jié)冰桿具有第一內(nèi)腔，所述半導(dǎo)體制冷元件布置于所述結(jié)冰桿所 述第一內(nèi)腔中；所述半導(dǎo)體制冷元件具有第二內(nèi)腔，所述支撐結(jié)構(gòu)的上端延伸進(jìn)入所述第 二內(nèi)腔；所述半導(dǎo)體制冷元件的所述冷端在外而所述熱端在內(nèi)。優(yōu)選地，所述結(jié)冰桿是透明的并在其內(nèi)布置有照明元件。在結(jié)冰桿內(nèi)部設(shè)置照明 元件能夠更好地勾勒出冰的形狀，配合視覺傳感器獲得不同光強(qiáng)下結(jié)冰桿的圖像，提高結(jié) 冰探測(cè)的可靠性。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述照明元件為兩組，分別布置在所述透明的結(jié)冰桿內(nèi)前緣處和 中后部。優(yōu)選地，所述至少一個(gè)視覺傳感器中的一個(gè)正對(duì)所述積冰表面布置。通過(guò)結(jié)冰桿 與視覺傳感器位置的協(xié)調(diào)布置，能夠更好地得到結(jié)冰桿的結(jié)冰圖像。優(yōu)選地，所述至少一個(gè)視覺傳感器中的另一個(gè)側(cè)對(duì)所述積冰表面布置。這進(jìn)一步 提高所獲得圖像的可靠性。優(yōu)選地，所述視覺傳感器為微型照相裝置。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述至少一個(gè)視覺傳感器中的每一個(gè)至少包括鏡頭和圖像傳感 器，所述鏡頭用于獲取所述積冰表面的圖像，所述圖像傳感器電連接至并將圖像傳送至所述控制單元的所述圖像對(duì)比模塊。又進(jìn)一步優(yōu)選地，所述結(jié)冰探測(cè)器還包括連接于所述結(jié)冰組件和所述控制器之間的法蘭盤，通過(guò)所述法蘭盤將結(jié)冰探測(cè)器安裝在飛機(jī)上。所述法蘭盤上設(shè)置有帶透明窗的凹室，所述視覺傳感器的所述鏡頭暴露在所述凹室中。通過(guò)法蘭盤上凹室的設(shè)置，可以使視覺傳感器的鏡頭正對(duì)和/或側(cè)對(duì)所述結(jié)冰桿的積冰表面，并通過(guò)透明窗為鏡頭提供了保護(hù)，防止鏡頭起霧。再進(jìn)一步優(yōu)選地，所述凹室內(nèi)具有面向所述結(jié)冰組件的斜面，所述鏡頭從所述斜面上暴露。斜面的設(shè)置為視覺傳感器相對(duì)結(jié)冰桿的布置提供了方便。又再進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述凹室的斜面上設(shè)置有自動(dòng)調(diào)節(jié)式照明元件。和/或視覺傳感器本身帶有照明元件如自動(dòng)調(diào)節(jié)式閃光燈。照明元件的設(shè)置可有助于視覺傳感器更好地獲得不同光強(qiáng)條件下的積冰表面圖像。優(yōu)選地，所述結(jié)冰桿設(shè)置有用于除冰的電加熱器，電加熱器的設(shè)置是用于探測(cè)到結(jié)冰后，將結(jié)冰桿上的積冰除去，開始下一個(gè)結(jié)冰-探測(cè)冰-加熱除冰-冷卻循環(huán)。所述透明窗上設(shè)置有用于防冰的電加熱器。電加熱器的設(shè)置有助于透明窗內(nèi)表面不結(jié)霧外表面不結(jié)冰，一方面保證透明窗通透，使視覺傳感器有效獲得積冰表面的真實(shí)結(jié)冰狀況，另一方面保證凹室中的空氣高于露點(diǎn)溫度，從而有效防止鏡頭表面起霧。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述控制器還包括加熱控制模塊，其與所述圖像對(duì)比模塊電連接用于控制所述電加熱器進(jìn)行電本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種結(jié)冰探測(cè)器，其特征在于，包括：結(jié)冰組件，其包括具有積冰表面的結(jié)冰桿和支撐結(jié)構(gòu)，所述結(jié)冰桿構(gòu)造成流線型的翼型結(jié)構(gòu)并從所述支撐結(jié)構(gòu)伸入氣流中；至少一個(gè)視覺傳感器，其布置成能夠獲取所述積冰表面的圖像；控制器，其與所述視覺傳感器電連接，所述控制器包括圖像對(duì)比模塊用于將來(lái)自所述視覺傳感器的所述圖像與所述積冰表面的初始圖像進(jìn)行對(duì)比，從而判斷所述結(jié)冰桿的積冰表面是否結(jié)冰。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種結(jié)冰探測(cè)器，其特征在于，包括 結(jié)冰組件，其包括具有積冰表面的結(jié)冰桿和支撐結(jié)構(gòu)，所述結(jié)冰桿構(gòu)造成流線型的翼型結(jié)構(gòu)并從所述支撐結(jié)構(gòu)伸入氣流中； 至少ー個(gè)視覺傳感器，其布置成能夠獲取所述積冰表面的圖像； 控制器，其與所述視覺傳感器電連接，所述控制器包括圖像對(duì)比模塊用于將來(lái)自所述視覺傳感器的所述圖像與所述積冰表面的初始圖像進(jìn)行對(duì)比，從而判斷所述結(jié)冰桿的積冰表面是否結(jié)冰。2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)冰探測(cè)器，其特征在于，所述結(jié)冰桿的側(cè)面設(shè)置成沿弦向呈起伏波浪形。3.如權(quán)利要求2所述的結(jié)冰探測(cè)器，其特征在于，所述結(jié)冰桿在弦向具有足夠的長(zhǎng)度以使過(guò)冷大水滴在飛濺或破碎時(shí)能夠凍結(jié)在所述結(jié)冰桿的所述側(cè)面上。4.如權(quán)利要求3所述的結(jié)冰探測(cè)器，其特征在于，所述結(jié)冰桿的前緣設(shè)置成圓柱形或翼型。5.如權(quán)利要求4所述的結(jié)冰探測(cè)器，其特征在于，所述結(jié)冰桿的前緣設(shè)置成其曲率小得足以使所述結(jié)冰桿的水收集系數(shù)達(dá)到0. 9以上。6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的結(jié)冰探測(cè)器，其特征在于，所述結(jié)冰組件還包括半導(dǎo)體制冷元件和所述結(jié)冰桿連接于其上的支撐結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體制冷元件的冷端與所述結(jié)冰桿相連從而對(duì)其主動(dòng)制冷，熱端與所述支撐結(jié)構(gòu)相連以通過(guò)其散熱。7.如權(quán)利要求6所述的結(jié)冰探測(cè)器，其特征在于，所述半導(dǎo)體制冷元件布置于所述結(jié)冰桿下端，所述冷端在上而所述熱端在下。8.如權(quán)利要求9所述的結(jié)冰探測(cè)器，其特征在于，所述結(jié)冰桿具有第一內(nèi)腔，所述半導(dǎo)體制冷元件布置于所述結(jié)冰桿所述第一內(nèi)腔中；所述半導(dǎo)體制冷元件具有第二內(nèi)腔，所述支撐結(jié)構(gòu)的上端延伸進(jìn)入所述第二內(nèi)腔；所述半導(dǎo)體制冷元件的所述冷端在外而所述熱端在內(nèi)。9.如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的結(jié)冰探測(cè)器，其特征在于，所述結(jié)冰...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：史獻(xiàn)林，南國(guó)鵬，李革萍，辛旭東，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司，中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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