[發(fā)明專利]一種過(guò)冷大水滴結(jié)冰探頭及探測(cè)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011562289.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112550723B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 桂康;葛俊鋒;葉林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B64D15/20
• 分類號(hào): B64D15/20
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種過(guò)冷大水滴結(jié)冰探頭，其特征在于，包括：探頭本體和過(guò)冷水相態(tài)感知膜；

所述探頭本體為回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，并沿來(lái)流方向依次設(shè)有前端迎風(fēng)錐面（101）、中段錐面（102）、后端迎風(fēng)錐面（103）和尾端錐面（104）；前端迎風(fēng)錐面（101）與中段錐面（102）底面相接，中段錐面（102）與后端迎風(fēng)錐面（103）頂端相接，后端迎風(fēng)錐面（103）與尾端錐面（104）底面相接；所述前端迎風(fēng)錐面（101）與中段錐面（102）的底面直徑小于后端迎風(fēng)錐面（103）與尾端錐面（104）的底面直徑；所述過(guò)冷水相態(tài)感知膜分別安裝于所述前端迎風(fēng)錐面（101）、中段錐面（102）和后端迎風(fēng)錐面（103）的外表面；

當(dāng)過(guò)冷大水滴撞擊所述前端迎風(fēng)錐面（101）后產(chǎn)生破碎、溢流現(xiàn)象，一部分過(guò)冷大水滴從所述前端迎風(fēng)錐面（101）溢流并受氣流影響在所述中段錐面（102）區(qū)域停駐、結(jié)冰，另一部分過(guò)冷大水滴直接撞擊到所述后端迎風(fēng)錐面（103）并結(jié)冰；依據(jù)德拜弛豫理論并基于冰與水的弛豫極化現(xiàn)象差異性；所述過(guò)冷水相態(tài)感知膜的電極以正交網(wǎng)格形式排布，每?jī)筛矫驺~箔電極為一組，通過(guò)頻率掃描及電極遍歷的模式采集探頭表面所有電極組的阻抗特性，通過(guò)計(jì)算不同頻率處等效電容及等效電導(dǎo)、復(fù)阻抗方差、復(fù)阻抗均值、等效電容的相對(duì)離散指標(biāo)，進(jìn)而獲取結(jié)冰速率、結(jié)冰面積及水滴溢流距離的動(dòng)態(tài)特征，通過(guò)水滴類型映射模型進(jìn)行水滴類型識(shí)別，通過(guò)獲取所述過(guò)冷水相態(tài)感知膜探測(cè)得到的過(guò)冷水和冰層的瞬態(tài)分布信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)冷水大水滴結(jié)冰探測(cè)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種過(guò)冷大水滴結(jié)冰探頭，其特征在于，所述前端迎風(fēng)錐面（101）、中段錐面（102）、后端迎風(fēng)錐面（103）和尾端錐面（104）均設(shè)有用于安裝所述過(guò)冷水相態(tài)感知膜的凹槽，且所述凹槽的深度保證所述過(guò)冷水相態(tài)感知膜在所述凹槽內(nèi)并與所述探頭本體外表面平齊。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種過(guò)冷大水滴結(jié)冰探頭，其特征在于，所述過(guò)冷水相態(tài)感知膜為平面扇環(huán)形狀，用于完整貼合所述探頭本體的凹槽位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種過(guò)冷大水滴結(jié)冰探頭，其特征在于，所述過(guò)冷水相態(tài)感知膜包括前端感知膜（201）、中段感知膜（202）和后端感知膜（203），所述前端感知膜（201）設(shè)置于所述前端迎風(fēng)錐面（101），所述中段感知膜（202）設(shè)置于所述中段錐面（102），所述后端感知膜（203）設(shè)置于所述后端迎風(fēng)錐面（103）；

所述前端感知膜（201）、中段感知膜（202）和后端感知膜（203）的線纜由預(yù)留于所述探頭本體的線孔引至探頭本體內(nèi)部并匯集，再通過(guò)出線孔引至所述探頭本體外部。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種過(guò)冷大水滴結(jié)冰探頭，其特征在于，所述過(guò)冷水相態(tài)感知膜的電極排布方式包括正交網(wǎng)格形式或雙電極測(cè)點(diǎn)陣列形式。

6.一種過(guò)冷大水滴結(jié)冰探測(cè)器，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的過(guò)冷大水滴結(jié)冰探頭，還包括：

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于獲取過(guò)冷水相態(tài)感知膜探測(cè)得到的過(guò)冷水和冰層的瞬態(tài)分布信息，并在時(shí)域中將瞬態(tài)分布信息數(shù)據(jù)串聯(lián)，推算出描述溢流及凍結(jié)現(xiàn)象的過(guò)程信息；并根據(jù)所述過(guò)程信息提取動(dòng)態(tài)過(guò)程數(shù)據(jù)中的核心特征量，依據(jù)所述核心特征量訓(xùn)練水滴類型映射模型，最終實(shí)現(xiàn)過(guò)冷大水滴的結(jié)冰探測(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種過(guò)冷大水滴結(jié)冰探測(cè)器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)所述過(guò)程信息提取動(dòng)態(tài)過(guò)程數(shù)據(jù)中的核心特征量具體包括：在所提取的相變時(shí)間、結(jié)冰速率、結(jié)冰面積、水滴溢流距離參數(shù)中，依據(jù)皮爾森相關(guān)性分析方法判斷各個(gè)參數(shù)與水滴中位體積直徑的關(guān)聯(lián)程度，篩選并構(gòu)建核心特征量。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種過(guò)冷大水滴結(jié)冰探測(cè)器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)依據(jù)所述核心特征量訓(xùn)練水滴類型映射模型具體包括：使用所述核心特征量結(jié)合過(guò)冷水滴類型標(biāo)簽，對(duì)水滴類型映射模型進(jìn)行訓(xùn)練，直至水滴類型映射模型對(duì)水滴類型的識(shí)別正確率高于99%。