[發明專利]結冰傳感器系統及方法

無效

• 申請號: 200980156989.2
• 申請日: 2009-12-16
• 公開（公告）號: CN102438903A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 威廉姆·佩尼;尼古拉斯·基德
• 申請（專利權）人: 佩尼賈爾斯航空航天有限公司
• 主分類號: B64D15/20
• 分類號: B64D15/20;G01N25/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫紀泉

技術領域

本發明涉及用于檢測冰形成的傳感器系統和方法，以及更具體地涉及用于確定目前狀態與在表面上將形成冰的狀態有多接近的傳感器系統和方法。

背景技術

在飛機上，在機翼、螺旋槳、發動機葉片、控制表面等上堆積的冰，由于不利地影響飛機控制，而會給飛行員增加難度。是否將會形成冰取決于局部的環境狀態，諸如大氣溫度、壓力和含水量、以及飛機的速度。在傳統上，使用結冰檢測器，其通常監測在飛機外表面上冰的存在，以便產生結冰狀態存在的指示或警告。缺點是這些裝置只能在一旦冰開始形成時才可檢測到結冰狀態。它們不能確定目前狀態與結冰狀態有多接近，或者狀態變化有多快。為了確保飛機保持可控和安全，對于飛行員而言重要的是要獲知目前的空氣狀態如何，目前的空氣狀態與結冰狀態有多接近，以及要知道如果不采取防止措施的話，冰是否會形成在飛機表面上或冰會形成在飛機表面上的可能性。當空氣溫度接近或剛好低于凝固點時，傳統的結冰檢測器變得特別無效。

US6,456,200公開了一種用于指示冰形成的裝置，其將帕爾特(Peltier)元件用作測量溫度差異的裝置。通過測量由于冰形成過程中潛熱的釋放而導致的熱流變化來檢測冰形成，其導致在帕爾特元件兩端之間形成電壓。

發明內容

本發明的目標是提供克服上述限制和缺陷的方法和系統以及適用于這種系統中的傳感器裝置。

本發明的另一目的是提供一種傳感器裝置，其將允許系統確定與結冰狀態有多接近。也就是說，該系統可提供局部環境狀態與將形成冰的狀態多接近或冰是否形成的指示。

根據本發明的第一方面，提供用于確定環境與結冰狀態接近程度的傳感器系統。該系統包括：

傳感器，其具有暴露于環境的傳感器表面；用于冷卻和/或加熱該表面的電力熱泵裝置；以及用于提供代表該表面溫度的信號的一個或多個溫度檢測器；

用于確定環境溫度的裝置；以及

處理器，用于從由溫度檢測器所檢測到的溫度和環境溫度，來確定該表面所暴露在的環境至結冰狀態的接近程度。

根據本發明的第二方面，提供用于確定環境至結冰狀態接近程度的傳感器系統。該系統包括：

傳感器，具有暴露于環境的傳感器表面、用于冷卻和/或加熱該表面的電力熱泵裝置、以及用于提供表示該表面溫度的信號的溫度檢測器；

用于確定將該表面加熱或冷卻到指示冰形成溫度所需的功率量的功率監測器；以及

處理器，用于從所檢測到的溫度以及冷卻或加熱功率量來確定該表面所暴露的環境至結冰狀態的接近程度。

在第一和第二方面的實施例中，用于冷卻和/或加熱的裝置包括熱泵。優選的，熱泵是雙向熱泵，例如，帕爾特熱泵或其它基于流體的加熱和冷卻裝置。有利的，用于冷卻的裝置還包括散熱器。

優選的，溫度監測器包括一個或多個溫度計或熱電偶。更優選的，溫度計包括鉑或鎳電阻溫度計。

在本發明的一個實施例中，傳感器配置成適于用在飛機上，這樣傳感器表面與飛機的一個表面(諸如飛機蒙皮或機翼)平齊定位。在一個可選實施例中，傳感器表面形成安裝于飛機上的結構(諸如壓桿或機翼)的一部分。

傳感器表面可大體垂直于飛機上方的氣流方向。可選的，傳感器表面可與飛機上方的氣流方向大體平行。有利的，可采用該裝置來確定結冰狀態是在氣流停滯區域還是在層流邊界層區域。可選的，傳感器表面可朝向與飛機上方的氣流方向成角度的方向，以便有助于捕獲濕氣以及有助于從傳感器表面除冰或除濕。

在本發明的實施例中，傳感器系統可包括若干傳感器，每一個傳感器具有用于暴露于環境的表面，其中處理裝置從所檢測到的溫度和供給到若干傳感器的每一個傳感器上的冷卻或加熱功率量，來確定與結冰狀態的接近程度。

在本發明的實施例中，處理器可被配置成確定結冰的嚴重程度。

根據本發明的第三方面，提供用于確定環境至結冰狀態接近程度的方法，包括下述步驟：

提供暴露于環境的表面；

冷卻或加熱該表面；

監測該表面的溫度；

確定指示冰形成的溫度；

確定環境溫度；以及

從環境溫度和所監測到的溫度來確定該表面所暴露的環境與結冰狀態的接近程度。

至結冰狀態的接近程度可具有被定義為環境溫度與指示冰形成溫度之間差異的值。環境溫度是主要的空氣溫度。環境溫度可由未被冷卻或加熱時的傳感器溫度來確定、可由獨立的溫度傳感器來確定或可由其它飛機系統來提供。