[发明专利]一种测量凝冰率的方法与装置

说明书

本发明公开了一种测量凝冰率的方法与装置，该方法包括：通过传感器获取目标表面水膜的厚度信息；通过传感器检测目标表面温度；根据温度与水膜信息判断目标表面是否开始结冰；通过水膜厚度信息预测水膜完全结冰时冰层厚度，并反演出传感器输出的对应物理量U_I；通过结冰过程中传感器输出的物理量U_O及之前获取的信息依据特定公式可以计算出凝冰率。本发明公开了一种测量凝冰率的方法与装置，该装置由平膜膜片(1)、温度传感器(2)、防水硅胶环(3)、传感器底座(4)、电源及通讯线缆(5)、传感器外壳(6)、信号处理电路(7)、信号线(8)及上位机软件组成。本装置结构小巧，易于安装和维护，对水膜和冰层厚度的测量精度高。

【技术领域】

本发明属于结冰探测领域，具体涉及一种测量凝冰率的方法与装置，应用于道路结冰预警、风力机结冰预警、飞行器结冰预警、动车组结冰预警等领域。

【背景技术】

随着智能化概念的推广及传感器技术的发展，结冰传感器得到了越来越多的关注。高铁、飞机、道路、风力机等领域均有较为突出的结冰安全隐患，因此结冰传感器也得到了越来越多的应用。

目前用于结冰探测的技术包括光纤结冰探测技术、图像结冰探测技术、声表面波结冰探测技术、电容式结冰探测技术、谐振式结冰探测技术等，但现有技术均不能测量凝冰率，不能够准确了解结冰的状态，为防冰除冰工作的开展带来了一定的影响。另一方面，现有传感器在实用性方面各有所短，光纤式结冰探测技术具有能够区分冰型的优势，但测量误差较大，难以区分冰和水；图像结冰探测技术实现简单，但容易受霜雾等天气情况影响，测量可靠性不高；声表面波结冰探测技术能够定位结冰位置，但不能准确测量结冰厚度；电容式结冰探测技术能够区分冰与水，但无法测量病后；谐振式结冰探测技术即为本发明所采用的探测技术，方便安装，简单可靠，能够区分冰与水，并且测量准确度高。然而，现有的基于谐振式结冰探测技术的结冰传感器多为谐振筒式传感器，该传感器不能齐平保型安装，应用领域受到限制。

【发明内容】

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种测量凝冰率的方法与装置，目的在于实现在各种特殊的应用场合(如飞机、风力机、道路、动车组等)高效、可靠地进行结冰预警及探测。装置对冰与水的量程均达到5mm，精度达到0.1mm，独有的凝冰率测量技术进一步强化了结冰预警功能，使结冰预警定量化，具有一定的创新性。另一方面，传感器的工作温度范围涵盖-40℃至+60℃，温度稳定性良好，防护等级高，体积小巧，成产成本较低。

本发明提供了一种测量凝冰率的方法，其特征在于，包括：通过传感器获取目标表面水膜的厚度信息；通过传感器检测目标表面温度；根据温度与水膜信息判断目标表面是否开始结冰；通过水膜厚度信息预测目标表面水膜完全结冰时冰层厚度，并依据传感器的测量原理反演出完全结冰时传感器输出的对应物理量U_I，如频率或电压值等；通过结冰过程中传感器输出的物理量U_O及之前获取的信息依据特定公式可以计算出凝冰率。

所述通过传感器获取目标表面水膜的厚度信息，具体包括：传感器具有以同一原理测量水膜厚度以及冰层厚度的能力，且均以同一种物理量U表征，如电流、电压或频率等。

所述根据温度与水膜信息判断目标表面是否开始结冰，具体包括：若传感器监测出目标表面存在水膜，且温度高于冰点，则认为不具备结冰条件；若传感器监测出目标表面存在水膜，且温度低于冰点，则认为具备结冰条件，装置开始计算凝冰率。

所述通过水膜厚度信息预测目标表面水膜完全结冰时冰层厚度，并依据传感器的测量原理反演出完全结冰时传感器输出的对应物理量U_I，如频率或电压值，具体包括：传感器探测到水膜后可得出水膜厚度，一般情况下水膜结冰后体积会膨胀，因此当水膜完全结冰厚度大约会增加至原来的1.1倍；依据传感器的测量原理，可以反演出水膜完全结冰时对应的物理量U_I，如频率或电压等，与水膜状态时的物理量U_W共同组成了计算凝冰率的必要条件。