[实用新型]一种光纤式结冰传感器

说明书

所属技术领域

本实用新型属于光电传感器，尤其涉及一种能识别物体表面的结冰类型和结冰厚度的光纤式结冰传感器。

背景技术

飞行器结冰类型的识别不仅在飞行器安全防护的科学研究上，而且在飞行器结冰安全防护的工程设计和相关应用上，都具有较重大的意义，因此，在飞行器结冰探测器上实现结冰类型识别功能，是飞行器结冰安全防护领域技术进步追求的重要目标之一。

目前，用于飞行器结冰探测的结冰传感器存在的不足之处在于：没有识别结冰类型的能力或识别结冰类型的可靠性不高。

以近年来国内外研究开发的两种光纤式结冰传感器来对比：如专利申请号为200710051934的中国实用新型专利“光纤式结冰传感器”，由光纤式结冰传感器和信号检测装置构成了光纤式结冰探测器，它没有识别飞行器结冰的三种典型类型(明冰、淞冰以及这二种冰型的混合冰)的能力，原因在于探测器的最前端为平面，且光纤束之间进行了光隔离，导致绝大部分的光都射出光纤，光纤之间的耦合很弱，进而在不同冰型下探测到的电压-冰厚曲线呈相似的上升趋势，从而导致冰型探测能力差，且信号检测装置也没有对结冰类型信号进行处理；专利公开号为WO 2004/110865A1的国际专利“ICEDETECTIONAPPARATUS AND METHOD”，光纤式结冰探测器的最前端也为平面，虽然具有对飞行器结冰的三种典型结冰类型的识别能力，但其识别的可靠性不高，原因在于它只是通过信号检测装置较为简单的信号处理而实现的，而没有从根本上解决前端为平面的探测器冰型识别能力差的问题。

发明内容

本实用新型提供一种光纤式结冰传感器，解决现有结冰传感器没有识别结冰类型的能力或识别结冰类型的可靠性不高的问题。

本实用新型的一种光纤式结冰传感器，包括发射光纤束和接收光纤束，所述发射光纤束和接收光纤束的一端集束排列在一起形成探测端，发射光纤束的另一端装有发光器件，接收光纤束的另一端装有光电接收器件，其特征在于：

构成所述探测端的发射光纤束为一束，接收光纤束为两束，发射光纤束和第一、第二接收光纤束之间采用能够透光的粘接胶粘合；

所述探测端端面形状为二次曲面或者与光纤束光轴方向夹角α＝15°～85°的斜面；

所述探测端横截面形状为圆形或矩形。

所述的光纤式结冰传感器，其特征在于：

所述探测端端面形状的二次曲面为椭球面、直圆柱面、直圆锥面、单叶双曲面或者椭圆抛物面。

所述的光纤式结冰传感器，其特征在于：

构成所述探测端的发射光纤束和接收光纤束的排列方式依序为：发射光纤束、第一接收光纤束、第二接收光纤束，发射光纤束和第一、第二接收光纤束在探测端中所占用的面积各为1/3。

同传统平端面光纤一样，光线在本实用新型的光纤传感器中依据全反射原理进行传播，但由于发射光纤束出射端面不再与光纤的光轴垂直，出射光线的角度将不同于平端面光纤，光线传播路径也会相应发生改变。在本实用新型探测端的独特结构中，接收光纤束不仅接收到经过冰层调制后返回的光信息，还能接收到部分发射光纤束中的耦合光，正是由于这些不同于平端面光纤探测端的特性，使得本实用新型的光纤传感器对冰型的敏感程度大大增强。

本实用新型微型化、重量轻、灵敏度高、最小检出下限低，同时不需要敏感材料，生产成本低。用于对物体表面结冰的质地类型(淞冰、明冰以及这两种结冰的混合型结冰)进行较高可靠性的识别，并对一定结冰厚度范围内的结冰进行结冰厚度的定量探测，特别适用于飞行器结冰安全防护的结冰探测，也可以应用于其它结冰探测或监测领域，如风力发电机叶片结冰监测、高压输电线路结冰监测以及道路路面结冰的监测等。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1示意图；

图2为实施例1探测端横截面示意图；

图3为实施例1在无冰存在时的原理图；

图4为本实用新型电路部分的原理图；

图5为实施例1在淞冰存在时的原理图；

图6为实施例1在明冰存在时的原理图；

图7为本实用新型实现结冰类型识别和结冰厚度定量探测的曲线图；

图8为本实用新型探测端端面为三种不同角度斜面时的举例；

图9为本实用新型的实施例2示意图；

图10为为实施例2探测端横截面示意图。

图11为本实用新型探测端端面为三种不同二次曲面时的举例。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进一步说明。