[發(fā)明專(zhuān)利]感測(cè)系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280048010.1
• 申請(qǐng)日: 2012-08-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103842798A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬克·愛(ài)德華·韋蘭;阿迪夫·阿齊茲;伊恩·詹姆士·格尼
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 劍橋企業(yè)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N15/06
• 分類(lèi)號(hào): G01N15/06
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 李江暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于飛機(jī)的火山灰感測(cè)技術(shù)，并且涉及感測(cè)設(shè)備和方法。

背景技術(shù)

2010年4月發(fā)生的Eyjafjallaj6kull火山噴發(fā)事件導(dǎo)致嚴(yán)重的歐洲經(jīng)濟(jì)損失、商業(yè)中斷和加劇的全球經(jīng)濟(jì)不確定性。顯然可以確定的是，在該事件過(guò)程中，我們沒(méi)有準(zhǔn)備，并且引人關(guān)注的是，我們沒(méi)有辦法可靠地評(píng)估在火山活動(dòng)期間飛行的風(fēng)險(xiǎn)。

由各種氣象和空氣安全機(jī)構(gòu)提出的當(dāng)前的火山灰觀察方法和數(shù)據(jù)不能提供空氣中的火山灰的質(zhì)量濃度的可靠的測(cè)量，這些信息對(duì)于航線、飛機(jī)制造商和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商而言是不可或缺的，因?yàn)榛陲w行觀察，該濃度值是預(yù)測(cè)是否能夠安全飛行的當(dāng)前僅有的備有證明文件的預(yù)測(cè)因素。

遠(yuǎn)程感測(cè)技術(shù)，諸如激光雷達(dá)(LIDAR)、紅外線照相機(jī)和衛(wèi)星觀測(cè)，是主要地表面感測(cè)技術(shù)并且估算火山灰云的單位面積的質(zhì)量。遠(yuǎn)程感測(cè)不允許單獨(dú)的飛機(jī)監(jiān)控，也不能實(shí)現(xiàn)累積的發(fā)動(dòng)機(jī)暴露于吸入顆粒的測(cè)量，而這是對(duì)于做出發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)決定而言重要的考慮因素。

激光顆粒計(jì)數(shù)器是對(duì)于我們下文中提出的傳感器的一種替換，然而，它們的檢測(cè)方法是基于光學(xué)的，因此暴露于塵或灰漿導(dǎo)致傳感器性能隨時(shí)間流逝而退化。此外，基于光學(xué)的系統(tǒng)通常非常脆弱，對(duì)于振動(dòng)和溫度波動(dòng)敏感，并且它們的耐久性和可靠性在暴露于升高的溫度時(shí)(例如暴露于排氣管的情況下)會(huì)大打折扣。

感測(cè)火山灰提出了特別的問(wèn)題，因?yàn)轭w粒尺寸通常較小，例如小于3μm。火山灰還具有尖利的邊緣，這在電荷獲取方面具有更大的機(jī)會(huì)。

通常的背景現(xiàn)有技術(shù)可以在US2006/0150754；US5621208；GB1105604A；US2003/0006778；和JP59202055A中找到。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供了一種用于飛機(jī)的火山灰傳感器，該傳感器包括：導(dǎo)電的火山灰電荷收集裝置；用于在空氣通道中安裝所述收集裝置的絕緣的支撐件；和電荷測(cè)量系統(tǒng)，該電荷測(cè)量系統(tǒng)具有電耦合到所述火山灰收集裝置的輸入端；其中優(yōu)選地，所述導(dǎo)電的顆粒電荷收集裝置被配置成使得經(jīng)過(guò)所述火山灰電荷收集裝置的氣流為湍流；并且其中所述電荷測(cè)量系統(tǒng)被配置成用于確定所述火山灰電荷收集裝置上的電荷的水平，以確定所述氣流中的火山灰的存在。

在實(shí)施例中，提供經(jīng)過(guò)火山灰電荷收集裝置的湍流可增加火山灰顆粒附著到傳感器上的機(jī)會(huì)，并且還增強(qiáng)了顆粒的摩擦生電。此外，火山灰看起來(lái)特別能夠獲得和保持固有電荷。

在某些優(yōu)選實(shí)施例中，火山灰電荷收集裝置為大致橢圓形(其在這里包括向外展開(kāi)的形狀，例如喇叭狀)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，裝置的表面設(shè)有或包括多個(gè)肋、臺(tái)階和/或開(kāi)口(和/或金屬絲和/或其他構(gòu)型)，例如布置成大致沿圓周的形式沿裝置的縱向長(zhǎng)度具有間隔，以產(chǎn)生所述湍流。因此，裝置的所述表面可例如由尺寸(直徑)不斷增大的一組線圈提供，該線圈沿裝置的縱向長(zhǎng)度具有間隔，以接近大致圓錐形的表面；或類(lèi)似地布置的螺旋形金屬絲。金屬絲結(jié)構(gòu)可被(金屬)支撐件的翼片從內(nèi)部支撐。可替換地，該裝置可具有與圣誕樹(shù)的輪廓類(lèi)似的臺(tái)階狀外觀。在實(shí)施例中，該裝置被安裝成使圓錐的縱軸沿著氣流。該裝置可被例如安裝在皮托管中，由電絕緣的蜘蛛狀支撐件支撐。

火山灰顆粒的摩擦生電提供了自然的或固有水平的背景電荷。令人驚奇的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這或者是正電的或者是負(fù)電的，但盡管如此，火山灰在收集裝置上的聚積傾向于在裝置上產(chǎn)生整體上正的或負(fù)的凈電荷。然而，它在實(shí)施例中可用于向固有或自然電荷施加額外的電荷，并且耦合到電源的電極可用于向顆粒提供已知電荷。

因此，在實(shí)施例中，傳感器還包括火山灰充電電極，例如環(huán)或圈，用于在氣流中安裝到火山灰電荷收集裝置的上游，還包括電源，以向該電極施加電壓。給予火山灰的電荷的程度可通過(guò)控制施加到該電極的高電壓脈沖的持續(xù)時(shí)間和/或幅度來(lái)控制(對(duì)于具有小于5cm的橫向尺寸的傳感器系統(tǒng)而言通常大于100伏特)。

電荷測(cè)量系統(tǒng)可隨后將存在電壓時(shí)的火山灰電荷收集裝置上的電荷與不存在電壓時(shí)的電荷作比較。在實(shí)施例中，正和負(fù)電壓(和/或零電壓)的波形可施加到充電電極，以改進(jìn)火山灰檢測(cè)/辨別。脈沖的持續(xù)時(shí)間可以相對(duì)長(zhǎng)，例如一秒鐘，這取決于火山灰電荷收集裝置的“張弛時(shí)間”(這里使用的該術(shù)語(yǔ)意味著通過(guò)氣流從裝置上移除火山灰的時(shí)間)。