[发明专利]一种检测结冰厚度的方法及装置

说明书

本发明公开一种检测结冰厚度的方法及装置，包括：将传感器等效为欠阻尼的二阶系统；当需要检测结冰厚度大小状态信息时，才对传感器输入一个脉冲激励信号，检测和分析传感器系统对脉冲输入激励信号的输出响应信号。由于传感器表面结冰厚度的大小会不同程度地改变此二阶系统的基本参数，传感器系统的输出响应信号之多个特征会发生相应的改变，检测和分析出这些特征的变化，可获得结冰厚度大小信息。对传感器系统施加输入脉冲激励信号，还可有若干不同工作模式可供选择。本发明可大大延长传感器工作寿命，通过检测传感器输出响应信号的多种特征，实现对结冰厚度检测，检测准确、可靠，有若干不同工作模式可供选择，传感器的应用更为灵活和方便。

技术领域

本发明涉及传感器和信号检测及分析技术领域，更具体地，涉及一种检测结冰厚度的方法及装置。

背景技术

结冰是广泛存在的现象，且有些结冰现象是危害于人类生产和生活的，例如各种道路路面上的结冰，特别是数个毫米以下的薄冰，在交通行业称之为“黑冰”，司乘人员很难肉眼察觉，车辆高速驶入结冰路面，就会造成车辆打滑跑飞而引起恶性交通事故。这种交通安全事故不仅在我国北部寒冷地区发生，在我国长江中下游广大地区也会发生。各种飞行器飞行时若遭遇结冰云雾环境条件，会在机翼或旋翼、发动机进口部位等发生结冰，并会导致严重的飞行安全事故。中外航空史上，就发生过多次因结冰引起的恶性空难事故。各种冷冻设备，当蒸发器上发生结冰时，由于冰是不良传热体，因此，结冰会严重降低制冷效果，造成能源消耗的增加。风力机叶片结冰后，会造成风力机发电效率降低，结冰严重时，还会造成叶片不对称振动进而导致风力机垮塌。

在上述领域，应用结冰传感器技术及产品，可以在结冰初始发生时刻，就提前发出结冰告警信号，为防冰系统、除冰系统的启动工作提供关键的输入信号，此告警信号也可提示相关人员立即采取相应的防护措施，以大大减少发生严重结冰事故的风险。然而，仔细分析现有的结冰传感器技术，会发现这些技术各有不同的不足之处，以下重点对若干技术说明如下。

专利号为ZL 201120145252.5的专利，提出了一种光纤式结冰传感器技术，其有着灵敏度高、敏感元体积小、信号传输电磁兼容性良好等重要优势，但也存在着敏感元耐受脏污性能低的问题，仅适合于应用于飞行器、风力机等环境相对干净、结冰相对单纯的领域。

申请号为CN200610125132.2的发明专利，提出了一种压电谐振膜片式结冰传感器技术，但其不足之处主要为：传感器的激励输入是与传感器的振动信号输出相连接而构成自激震荡的正反馈系统工作模式，则当传感器激励和检测电路电源供电开启，传感器就会一直处于工作状态，这显然耗电较大，且传感器一直处于工作状态，不利于其延长寿命。而实际应用中，大量存在着这样的需求情形：需要检测结冰信号时，才使传感器工作，而其余时间可让传感器处于休眠状态，这样，可提高传感器寿命。

申请号为CN201410140524.0的发明专利，其虽然提出了不同于谐振工作模式的扫频工作方法，但扫频方法需要对传感器工作频率波段内的多个频率进行扫描检测，从信号分析的专业角度来说，这种方法是属于频率域的频率响应峰值的求解方法，其存在着方法原理性的不足：需要的信号分析处理时间较长，导致传感器的实时检测性能下降；扫描及信号检测的硬件电路也较为复杂，软件编程工作量也较大。另外，此专利中也没有提出间断扫描的技术方法，其专利中所述传感器处于一直工作的状态。

申请号为CN201420249254.2的发明专利，仅仅只在申请号为CN201410140524.0的发明专利中，提出了在传感器中增加了加热机制，其它技术方面亦并无重大创新和改变。

分析上述发明专利中的不足和缺陷，并考虑结冰传感器在某些实际应用领域中，如公路冰雪监测、飞行器结冰探测、风力机结冰监测等，事关人员生命安全和财产巨大损失，有必要对上述存在的不足和缺陷进行改进，特别是在延长传感器寿命方面，提出原始创新技术方法。

发明内容