一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法与流程

1.本发明属于防除冰技术领域，涉及一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法。


背景技术：

2.飞机防除冰技术对于飞行安全至关重要，在飞机防除冰技术领域，结冰传感器用于探测飞机结冰，当飞机进入结冰气象条件，或者飞机关键部位结冰厚度达到一定程度时，发出报警信号，机组人员据此开启飞机防除冰系统，降低飞机在结冰条件下失事的可能性，保障飞行安全。新的适航规范中要求能够提供更加准确、有效的有关结冰环境条件的探测，要求需要检测的是结冰条件，而不是实际的结冰状态，因此结冰条件探测技术诞生。
3.国内目前关于结冰探测主要为咨询型结冰探测系统，通过向机组人员提供出现了积冰的咨询告警，但这种系统判断可靠性不足，飞机大多数不会将这种系统作为冰的尾翼探测方式。基于探测环境液态水含量的结冰条件属于基本型结冰探测系统，采用自动操作，当系统探测到结冰条件时，自动启动结冰防护系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的：提出一种基于探测飞机周围环境液态水含量的结冰条件探测方法，根据该方法可以研制出一种结冰条件状态检测的装置，实时探测飞机周围的环境状态，用于判断飞机是否处于结冰环境中，预测飞机结冰状态。
5.技术方案
6.一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法，基于结冰条件探测器而实现，所述结冰条件探测器包括探头组件和电子装置组件，其中探头组件包括两个铂电阻探头和外壳加热器，电子装置组件包括三块电路板。铂电阻温度计安装在探测器两个气流通道中，外壳加热器布局整个探测器表面。
7.包括如下步骤：
8.1)所述探头组件包括电阻探头、外壳加热器及壳体，用于探测环境液态水含量及装置表面加热除冰。
9.2)所述电阻探头为两种不同的电阻构成，分别为干铂电阻及湿铂电阻，作为敏感测量元件，测量不同环境状态下的加热损失的热量差。
10.3)所述外壳加热器为一种金属加热器，需要满足在115vac加热电压下可以除去传感器表面的积冰的功能，作为除冰元件除去传感器上的积冰。
11.4)所述壳体为金属壳体，用于安装电阻探头、外壳加热器，
12.进一步的，所述探测器安装于飞机前检修门两侧的位置，与飞机z轴轴线方向保持一致,传感器迎风面与气流方向相反。
13.进一步的，所述探测器采用飞机配电系统供给交流电，交流电需能满足探测器正常工作电压及探测器加热电压。传感器正常工作时，飞机航电系统供电115vac。
14.进一步的，所述探测器在飞机测量的环境温度反映环境温度低于7℃时开始工作,环境温度高于7℃时停止工作。
15.进一步的，所述探测器通过采集飞机飞行速度、攻角、大气总温、大气总压等多个数据，进行综合处理，结合自身测得的液态水含量判断是否发出结冰告警信号。
16.进一步的，所述探测器液态水含量的方法是通过在探测器内部放置两个铂电阻，两个铂电阻分别置于潮湿气流和干燥气流中，通过给予两个相同铂电阻同样的激励电压，使其发热至50-100℃，潮湿气流中含有液态水，液态水撞击到湿铂电阻上，使得温度下降，阻值下降，通过采样比较湿铂电阻与干铂电阻的阻值差得到的电压信号，通过解算，得出空气中液态水的含量。
17.进一步的，所述探测器通过将附录c整个大气数据模型内置，通过判断测量数据是否在结冰曲线范围内，判断空气中是否存在潜在的结冰条件。
18.进一步的，所述探测器判断飞机处于潜在的结冰条件环境中时，自动开启机翼防冰系统、发动机进气道防冰系统和座舱压气机进气口防冰系统。
19.进一步的，所述探测器判断飞机不处于潜在的结冰条件环境中时，探测器持续工作。
20.进一步的，所述探测器沿飞机z轴对称的位置安装有一个同型号的备用探测器，备用探测器主要是防止主探测器失效时，备用探测器持续工作，保障飞机飞行安全。
21.进一步的，改变所述探测器的结构，使得更改结构后的探测器可以同时探测到空气中液态水的粒径大小和水含量大小，结合飞机飞行速度、攻角、大气总温、大气总压等多个数据，测量将更为准确。
22.技术效果
23.通过对气象条件的探测来间接判断潜在的积冰区，相比于传统的冻结型结冰探测技术具有一定的可预见性，可以有效避免飞机在结冰气象环境下飞行，对于航空飞行安全技术的完善具有一定意义，同时为实现结冰信息探测技术取代常规的冻结型结冰探测技术提供依据。
附图说明
24.图1是装置原理框图；
25.图2是本探测方法的流程图。
具体实施方式
26.下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下所述仅为本发明一部分实施例，非全部实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.本发明提出一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法，主要包括涉及一种结冰条件传感器，包括一个位于气流中的探头组件和电子装置组件。探头组件包括两个铂电阻探头和外壳加热器，电子装置组件包括三块电路板。
28.所述探头组件包括电阻探头、外壳加热器及壳体，用于探测环境液态水含量及装置表面加热除冰。
29.所述电阻探头分别置于潮湿气流和干燥气流中，通过给予两个相同铂电阻同样的激励电压，使其发热至50-100℃，潮湿气流中含有液态水，液态水撞击到湿铂电阻上，使得温度下降，阻值下降，通过采样比较湿铂电阻与干铂电阻的阻值差得到的电压信号，通过解算，得出空气中液态水的含量。
30.所述外壳加热器焊接于壳体上，用于装置表面加热，除去装置表面积冰，加热器采用加热电压115vac。
31.所述电子装置内设置有激励电压控制电路，电压控制电路是微控制器通过数模转换器和宽范围同步降压控制器控制铂电阻的加热电压，调节此电压来使铂电阻保持恒定温度。
32.所述电子装置内设置有加热控制电路，加热控制电路是微控制器通过两路光耦控制加热丝加热，加热丝嵌入探测器表面，防止探测器表面在结冰环境结冰。
33.所述电子装置内设置有信号采集电路，信号采集电路接收测量的电压值解算lwc，并根据从can总线中接收到的其他飞行数据，综合解算结冰状况，根据实际情况输出加热指令，故障告警指令和结冰告警指令，以及处理飞机控制面板传来的测试信号；主控芯片的选择：在电路的设计上主要选择以单片机为核心的控制器件，外围电路主要由晶振、锁相环、存储器和看门狗组成。所述电子装置内设置有加热电流检测电路，用于向微控制器反馈加热丝工作情况及监测加热丝寿命。
34.所述电子装置内设置有总线电路，总线电路为双通道can总线电路。can总线电路实现与飞机之间的数据交换，数据通过芯片收发，并使用芯片进行隔离处理。所述电子装置内设置有信号处理电路，用于接收测量的电压值解算lwc，并根据从can总线中接收到的其他飞行数据，综合解算结冰状况，根据实际情况输出加热指令，故障告警指令和结冰告警指令，以及处理飞机控制面板传来的测试信号。
35.所述电子装置内设置有电源模块，电源电路将宽范围直流电压转换为电路正常工作所需的+15v直流电压与+5v直流电压，同时提供一路+5v隔离电源。所述电子装置内设置有交流电检测电路，用于向信号处理电路反馈加热丝工作情况及监测加热丝寿命。
36.所述电子装置内设置有离散信号和配置开关电路，离散信号电路包括结冰条件探测器在飞机上的位置信息，在飞机上安装2个结冰条件探测器，在探测器上电自检时会对传感器位置进行检测，同时这部分电路保留了维修所用接口。所述结冰条件传感器安装于飞机机头起落架侧边。飞机在天空中飞行时，从飞机的航电系统获取大气温度、飞行速度和飞行高度，通过自身解算液态水含量，通过对测量参数的综合分析，完成结冰条件探测。
37.两个铂电阻分别置于潮湿气流和干燥气流中，通过给予两个相同铂电阻同样的激励电压，使其发热至50-100℃，潮湿气流中含有液态水，液态水撞击到湿铂电阻上，使得温度下降，阻值下降，通过采样比较湿铂电阻与干铂电阻的阻值差得到的电压信号，通过解算，得出空气中液态水的含量。
38.所述探头组件包括电阻探头、外壳加热器及壳体，用于探测环境液态水含量及装置表面加热除冰。
39.所述电阻探头用于接收液态水的撞击，根据两根探头用于加热探头上液态水的功率差，解算得到环境液态水含量。
40.所述外壳加热器焊接于壳体上，用于装置表面加热，除去装置表面积冰。
41.所述电子装置内设置有激励电压控制电路，用于调节电压使铂电阻保持恒定温度。
42.所述电子装置内设置有加热控制电路，用于控制探头加热电压，防止探测器表面在结冰环境结冰。
43.所述电子装置内设置有信号采集电路，为了实时测量铂电阻的电阻值，用于计算铂电阻工作功率并解算液态水含量，同时对两个铂电阻的电阻差值进行监测，为确定铂电阻的恒温温度值和解算液态水含量提供帮助。
44.所述电子装置内设置有加热电流检测电路，用于向微控制器反馈加热丝工作情况及监测加热丝寿命。
45.所述电子装置内设置有总线电路，用于实现与飞机之间的数据交换。
46.所述电子装置内设置有信号处理电路，用于接收测量的电压值解算液态水含量，并根据从can总线中接收到的其他飞行数据，综合解算结冰状况，根据实际情况输出加热指令，故障告警指令和结冰告警指令，以及处理飞机控制面板传来的测试信号。
47.所述电子装置内设置有电源模块，用于给外壳加热器及各电路的供电。
48.所述电子装置内设置有交流电检测电路，用于向信号处理电路反馈加热丝工作情况及监测加热丝寿命。
49.所述电子装置内设置有离散信号和配置开关电路，离散信号电路包括结冰条件探测器在飞机上的位置信息，在飞机上安装2个结冰条件探测器，在探测器上电自检时会对传感器位置进行检测，同时这部分电路保留了维修所用接口。
50.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法，其特征在于，基于结冰条件探测器而实现，所述结冰条件探测器包括探头组件和电子装置组件，其中探头组件包括两个铂电阻探头和外壳加热器，电子装置组件包括三块电路板；铂电阻温度计安装在探测器两个气流通道中，外壳加热器布局整个探测器表面；包括如下步骤：1)所述探头组件包括电阻探头、外壳加热器及壳体，用于探测环境液态水含量及装置表面加热除冰；2)所述电阻探头为两种不同的电阻构成，分别为干铂电阻及湿铂电阻，作为敏感测量元件，测量不同环境状态下的加热损失的热量差；3)所述外壳加热器为一种金属加热器，需要满足在115vac加热电压下可以除去传感器表面的积冰的功能，作为除冰元件除去传感器上的积冰；4)所述壳体为金属壳体，用于安装电阻探头、外壳加热器。2.根据权利要求1所述的一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法，其特征在于，所述探测器安装于飞机前检修门两侧的位置，与飞机z轴轴线方向保持一致,传感器迎风面与气流方向相反。3.根据权利要求1所述的一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法，其特征在于，所述探测器采用飞机配电系统供给交流电，交流电需能满足探测器正常工作电压及探测器加热电压。4.根据权利要求1所述的一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法，其特征在于，所述探测器在飞机测量的环境温度反映环境温度低于7℃时开始工作,环境温度高于7℃时停止工作。5.根据权利要求1所述的一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法，其特征在于，所述探测器液态水含量的方法是通过在探测器内部放置两个铂电阻，两个铂电阻分别置于潮湿气流和干燥气流中，通过给予两个相同铂电阻同样的激励电压，使其发热至50-100℃，潮湿气流中含有液态水，液态水撞击到湿铂电阻上，使得温度下降，阻值下降，通过采样比较湿铂电阻与干铂电阻的阻值差得到的电压信号，通过解算，得出空气中液态水的含量。6.根据权利要求1所述的一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法，其特征在于，所述探测器通过将附录c整个大气数据模型内置，通过判断测量数据是否在结冰曲线范围内，判断空气中是否存在潜在的结冰条件。7.根据权利要求1所述的一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法，其特征在于，所述探测器判断飞机处于潜在的结冰条件环境中时，自动开启机翼防冰系统、发动机进气道防冰系统和座舱压气机进气口防冰系统。8.根据权利要求1所述的一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法，其特征在于，所述探测器判断飞机不处于潜在的结冰条件环境中时，探测器持续工作。9.根据权利要求1所述的一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法，其特征在于，所述探测器沿飞机z轴对称的位置安装有一个同型号的备用探测器，备用探测器主要是防止主探测器失效时，备用探测器持续工作，保障飞机飞行安全。10.根据权利要求1所述的一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法，其特征在于，改变所述探测器的结构，使得更改结构后的探测器可以同时探测到空气中液态水的
粒径大小和水含量大小，结合飞机飞行速度、攻角、大气总温、大气总压数据，测量将更为准确。

技术总结
本发明属于防除冰技术领域，涉及一种基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法。所述基于探测环境液态水含量的结冰条件探测方法，涉及一种结冰条件传感器，包括一个位于气流中的探头组件和电子装置组件，其中探头组件包括两个铂电阻探头和外壳加热器，电子装置组件包括三块电路板。铂电阻温度计安装在探测器两个气流通道中，外壳加热器布局整个探测器表面。两个铂电阻分别置于潮湿气流和干燥气流中，通过给予两个相同铂电阻同样的激励电压，使其发热至50-100℃，潮湿气流中含有液态水，液态水撞击到湿铂电阻上，使得温度下降，阻值下降，通过采样比较湿铂电阻与干铂电阻的阻值差得到的电压信号，通过解算，得出空气中液态水的含量。量。量。


技术研发人员：杨奇可 李沛林 刘畅 杨阳
受保护的技术使用者：武汉航空仪表有限责任公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/6/27