[發明專利]結冰檢測的裝置和方法

有效

• 申請號: 201280042518.0
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN103782156B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 彼得里·安蒂凱寧;安德烈亞·維尼亞羅利;埃薩·皮爾托拉
• 申請（專利權）人: VTT技術研究中心
• 主分類號: G01N21/53
• 分類號: G01N21/53;G01S17/88;G01W1/04
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術領域

通常，本發明涉及測量和光學器件。特別是，本發明涉及基于光學遙感的結冰檢測。

背景技術

評估各種表面和相關元件的結冰條件的現代解決方案有很大不同，這取決于實施和相關使用場景。

當大氣中的水滴在接觸的物體上凍結時，大氣結冰發生。例如，與飛機結合，冰會增加翼面失速的危險。因此，應該盡早且可靠地檢測冰形成。例如，具有振蕩（振動）感測元件的機電探針可設置在飛機的機頭上，由此其上產生的冰導致取決于冰層厚度的振蕩頻率的變化。振蕩頻率被監視用于估計冰的量。

作為另一使用場景，風力場的風力渦輪機可被轉子葉片上的冰嚴重影響。葉片會破裂，且生產效率會大大減小。渦輪機的整體磨損也可由于冰所造成的質量和空氣動力不平衡和額外摩擦而增加。已經建議將上述振蕩探針引入到風力渦輪機的吊艙（nacelle）內，所以已經使用要求添加特定傳感器在轉子葉片上的各種基于電容、阻抗和電感的探測器。此外，已經闡述了不同光學傳感器根據例如關于來自表面的光反射的變化，監視傳感器表面上積聚的冰。

然而，例如，振蕩探針不可以適合所有使用場景，且至于所取得的檢測響應，可變得太慢。本質上比較復雜，且要求與渦輪機吊艙集成。另一方面，基于電容/阻抗/電感的傳感器可在第一次檢測之后不可靠地運轉，因為通過加熱從傳感器移除的冰例如可容易至少局部故障，由此隨后的檢測不準確。許多光學感測解決方案已經確認了類似缺陷。

總之，許多檢測結冰的已知裝置仍然遭受至少在某類型的操作條件下的可靠性問題。然而，這些裝置的檢測區域被限制，因為檢測區域僅表示空間中的單個點或幾個點，即傳感器表面位置。在任何情況下，該裝置僅能夠檢測已經形成的冰，這根據應用太晚了。

為了大體僅估計在大氣中結冰潛在性，已經公開了一些解決方案，其中大部分解決方案利用多個或多或少直接可測量預后天氣參數，如經由演繹邏輯組合的溫度和濕度來預測結冰。甚至這些解決方案通常承擔可與已經考慮的解決方案比較的許多弱點。

發明內容

目的是減輕一直結冰檢測裝置尚未解決的上文所述一個或多個問題，且提供用于檢測大氣結冰，如在云中結冰的可行解決方案。

該目的是通過根據本發明的裝置和方法的實施方式實現。

因此，在本發明的一個方面，用于大氣結冰條件檢測的裝置，如一個或多個器件包括

-激光雷達（光探測和測距）實體，如多普勒激光雷達實體，其經配置任選地在一些方向發射電磁輻射到大氣且接收從大氣中存在的浮質，如云后向散射的輻射，和

-數據處理實體，其經配置根據相對于一些距離，如來自諸如激光雷達位置的預定基本水平的高度的所接收后向散射信號，獲取至少一個信號強度指示，如（CNR（載波噪聲比）或其他指示參數，

其經進一步配置比較至少一個信號強度指示與至少一個預定參考，以便獲取在所述一些距離處存在云的可能性的指示，和

其經配置確定基于所述比較在所述一些距離處的結冰潛在性指示和在所述一些距離處的溫度指示。

在一個實施方式中，激光雷達包括多普勒外差（相干）激光雷達。激光雷達可為脈沖激光雷達或連續波激光雷達。激光雷達可利用在紫外、可見或近紅外范圍內的波長。可替換地，可利用非相干激光雷達。激光雷達可被另外配置測量風速。

在另一實施方式中，數據處理實體被配置當信號強度指示，如數值基本對應參考時獲取一定距離云潛在存在的指示。可替換地，當信號強度的指示基本不同于參考時，可獲取肯定指示。在數值表示的情況下，基本較大或較小值、或在多個指示或多值指示情況下的多個值可暗示此類實質差異映射到云存在的可能性的肯定指示。云存在的可能性的指示可為下文進一步詳細考慮的布爾（0/1）類型或更復雜指示（例如，概率）。

在進一步實施方式中，該裝置被配置特征化在一些距離處的結冰潛在性。例如，該特征化可包括參數的指示，如平均液滴尺寸和/或液態水含量。

仍然在進一步實施方式中，該裝置被配置確定在一些距離處的降水（precipitation）條件指示。該指示可被應用于確定結冰潛在性和/或結冰特征。