結冰探測器的制作方法

專利名稱：結冰探測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及結冰探測領域，尤其涉及用于探測結冰條件的結冰探測裝置。
背景技術：
當飛機在結冰條件下飛行時，在飛機機翼前緣、短艙前緣等部位極易產生結冰。飛機表面結冰將導致飛機操穩品質降級、飛行性能損失和飛行安全裕度下降。當前大部分民機和運輸機都配備了飛行結冰探測系統。結冰探測系統可以在早期探測到飛機進入結冰氣象條件或飛機表面結冰，以發出結冰告警信息，提示飛行員手動啟動防冰系統，或者由結冰探測系統直接啟動防冰系統。因而，結冰探測是保障飛行安全的一項重要措施。美國專利US 4，553，137公開了一種基于磁致伸縮材料的振動原理的結冰探測器。該結冰探測器的探頭由磁致伸縮材料制成，當飛機進入結冰條件，因結冰質量增加導致探頭振動頻率下降，降低到閥值后發出結冰信號。此類型的結冰探測器在B737、A340、A380、B747、B777、ERJ、CRJ、ARJ等型號的飛機上得到廣泛使用。這種結冰探測器安裝在飛機機頭部位，通過氣動分析和水滴遮蔽高度分析確定安裝位置，為飛機提供結冰告警。然而，這種磁致伸縮材料的探頭需要布置在支撐結構的磁場中，支撐結構較復雜，體積較大，而必需的電除冰又會導致其用電量較大；同時，這種探頭形狀為圓柱形，其因臨界溫度較低，而不易滿足近年來適航當局對主導式飛行結冰探測系統和過冷大水滴結冰條件的適航要求。美國專利US 7，370，525公開了一種光電結冰探測器，美國專利US 4，461，178公開了一種超聲波結冰探測器。然而，這兩項專利技術都需要包括發射裝置和接收裝置，信號的處理由于結冰類型多樣而較為復雜，致使整個探測器結構復雜，可靠性較低。在Chun sheng Yu 和 Qing jin Peng 發表的論文《Icing DetectionUsingImage-based 3D Shape Recovery))(見 Computer-Aided Design&Applications, 7 (3),2010，335-347)中，采用兩組攝像機獲得輸電線的結冰照片，通過圖像三維重構和對比獲得結冰形狀，以判斷輸電線是否結冰；美國C0MBITECH公司在《Ice detection usingimageanalysis》(見 http: //winterwind.se/2012/down load/16Combi tech.pdf)中描述了采用照相機獲得葉片結冰照片，基于圖像分析監控風力發電機葉片結冰的技術。繼而，圖像處理技術被引入到結冰探測領域。然而，上述裝置采用現有攝像機或照相機獲得圖片，通過遠程信息傳將圖片信息傳遞到后方，由計算機進行圖像分析，判斷是否結冰。此種裝置體積大、重量重，無法在飛機上安裝布置，不能適用于飛機結冰探測系統。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種結構簡單、體積小、重量輕、可靠性高且易于在飛機上安裝布置的結冰探測器。為此，根據本發明的一個方面，提供一種結冰探測器，包括:結冰組件，其包括具有積冰表面的結冰桿；
至少一個視覺傳感器，其布置成能夠獲取所述積冰表面的圖像；控制器，其與所述視覺傳感器電連接，所述控制器包括圖像對比模塊用于將來自所述視覺傳感器的所述圖像與所述積冰表面的初始圖像進行對比，從而判斷所述結冰桿表面是否結冰；其中，所述至少一個視覺傳感器中的一個正對所述積冰表面布置。在本發明的該方面，由于本發明基于圖像處理技術，具有無運動部件(結冰桿相對靜止而非振動)，技術成熟，可靠性更高；結冰桿與視覺傳感器位置協調布置，能夠更好地得到結冰桿的結冰圖像；另外，本發明的結構對于結冰桿的外形和布置形式等方面，可以具有較大的靈活性。優選地，所述至少一個視覺傳感器中的另一個側對所述積冰表面布置。這進一步提高所獲得圖像的可靠性。優選地，所述視覺傳感器為微型照相裝置。進一步優選地，所述至少一個視覺傳感器中的每一個至少包括鏡頭和圖像傳感器，所述鏡頭用于獲取所述積冰表面的圖像，所述圖像傳感器電連接至并將圖像傳送至所述控制單元的所述圖像對比模塊。又進一步優選地，所述結冰探測器還包括連接于所述結冰組件和所述控制器之間的法蘭盤，通過所述法蘭盤將結冰探測器安裝在飛機上。所述法蘭盤上設置有帶透明窗的凹室，所述視覺傳感器的所述鏡頭暴露在所述凹室中。通過法蘭盤上凹室的設置，可以使視覺傳感器的鏡頭正對和/或側對所述結冰桿的積冰表面，并通過透明窗為鏡頭提供了保護，防止鏡頭起霧。再進一步優選地，所述凹室內具有面向所述結冰組件的斜面，所述鏡頭從所述斜面上暴露。斜面的設置為視覺傳感器相對結冰桿的布置提供了方便。又再進一步優選地，在所述凹室的斜面上設置有自動調節式照明元件，和/或視覺傳感器本身帶有照明元件如自動調節式閃光燈。照明元件的設置可有助于視覺傳感器更好地獲得不同光強條件下的積冰表面圖像。優選地，所述結冰桿設置有用于除冰的電加熱器，電加熱器的設置是用于探測到結冰后，將結冰桿上的積冰除去，開始下一個結冰-探測冰-加熱除冰-冷卻循環。所述透明窗上設置有用于防冰的電加熱器。電加熱器的設置有助于透明窗內表面不結霧外表面不結冰，一方面保證透明窗通透，使視覺傳感器有效獲得積冰表面的真實結冰狀況，另一方面保證凹室中的空氣高于露點溫度，從而有效防止鏡頭表面起霧。進一步優選地，所述控制器還包括加熱控制模塊，其與所述圖像對比模塊電連接用于控制所述電加熱器進行電加熱。優選地，所述結冰桿是透明的并在其內布置有照明元件。在結冰桿內部設置照明元件能夠更好地勾勒出冰的形狀，配合視覺傳感器更好地獲得不同光強下結冰桿的圖像，提高結冰探測的可靠性。進一步優選地，所述照明元件為兩組，分別布置在所述透明的結冰桿內前緣處和中后部。優選地，所述結冰桿的所述積冰表面上具有方便圖像辨識的顏色標記，這有助于更好地勾勒出冰的形狀。
優選地，所述結冰桿構造成流線型的翼型結構。這可以使積冰表面具有較小的壓力系數和較大的水收集系數，使結冰桿具有較低的局部靜溫和表面溫度，以及較高的臨界溫度，更容易結冰，并且單位時間結冰量較大；通過優化外形能夠使結冰桿更早更快的結冰，發出結冰告警的時間能夠提前，更容易滿足主導式結冰探測系統的要求。優選地，所述結冰桿的所述側面設置成沿弦向呈起伏波浪形，有助于水收集。進一步優選地，所述結冰桿在弦向具有足夠的長度以使過冷大水滴在飛濺或破碎時能夠凍結在所述結冰桿的側面上。這將使本發明結冰探測器具有探測過冷大水滴的能力，進一步擴大了本發明結冰探測器的使用范圍。又進一步優選地，所述結冰桿的前緣設置成圓柱形或翼型。又再進一步優選地，所述結冰桿的前緣曲率小得足以使所述結冰桿的水收集系數達到0.9以上。優選地，所述結冰組件還包括半導體制冷元件和所述結冰桿連接于其上的支撐結構，所述半導體制冷元件的冷端與所述結冰桿相連從而對其主動制冷，熱端與所述支撐結構相連以通過其散熱。在結冰桿組件上布置半導體制冷元件，對結冰桿進行主動制冷，可進一步降低結冰桿的表面溫度，有利于結冰桿在機翼/短艙發生結冰前結冰，從而使結冰探測器在機翼/短艙發生結冰之前探測到結冰。進一步優選地，所述半導體制冷元件布置于所述結冰桿下端，所述冷端在上而所述熱端在下。作為替換，所述結冰桿具有第一內腔，所述半導體制冷元件布置于所述結冰桿所述第一內腔中；所述半導體制冷元件具有第二內腔，所述支撐結構的上端延伸進入所述第二內腔；所述半導體制冷元件的所述冷端在外而所述熱端在內。總之，本發明提供的結冰探測器將結冰組件、視覺傳感器和控制器集成在一個裝置中，具有體積小、重量輕、技術成熟和可靠性高等優點，易于在飛機上安裝布置。通過參考下面所描述的實施方式，本發明的這些方面和其他方面將會得到清晰地闡述。


本發明的結構和操作方式以及進一步的目的和優點將通過下面結合附圖的描述得到更好地理解，其中，相同的參考標記標識相同的元件:圖1是根據本發明優選實施方式的結冰探測器的示意性等軸測圖；圖2是圖1中結冰探測器的頂部平面視圖，圖中箭頭方向為氣流方向；圖3是圖2中結冰探測器的A-A的剖視圖，圖中箭頭方向為氣流方向；圖4是圖2中結冰探測器B部分的局部放大視圖；圖5A是圖1中結冰探測器的結冰桿第一實施例的示意性橫截面圖，圖中箭頭方向為氣流方向；圖5B是圖1中結冰探測器的結冰桿第二實施例的示意性橫截面圖，圖中箭頭方向為氣流方向；圖6是根據本發明優選實施方式的結冰探測器的示意性功能模塊圖；圖7是根據本發明優選實施方式的結冰探測器的結冰探測工作原理示意圖，其中，結冰-探測冰-加熱除冰-冷卻循環進行；圖8A是圖1中結冰探測器的結冰組件一個優選實施方式的示意性等軸測圖，其中半導體制冷元件在上下方向布置在結冰桿和支撐結構之間；圖8B是圖8A中結冰組件的頂部平面視圖；圖8C是圖8B中結冰組件的A-A剖視圖；圖8D是圖8C中結冰組件B部分的局部放大視圖；圖9A是圖1中結冰探測器的結冰組件 的另一優選實施方式的示意性等軸測圖，其中半導體制冷元件在沿圓周的內外方向上布置在結冰桿和支撐結構之間；圖9B是是圖9A中結冰組件的頂部平面視圖；圖9C是圖9B中結冰組件的A-A剖視圖；圖1OA是圖1中結冰探測器的結冰組件的第三實施方式的示意性縱向剖視圖，圖中箭頭方向為氣流方向；圖1OB是圖1OA中結冰組件的D-D剖視圖。附圖標記說明100結冰探測器I 結冰組件11結冰桿12 支撐桿110積冰表面112結冰桿前緣114結冰桿側面31視覺傳感器32 第二視覺傳感器310鏡頭3加第二鏡頭311圖像傳感器321第二圖像傳感器5 控制器510圖像對比模塊7 法蘭盤71 凹室72 第二凹室710 透明窗720 第二透明窗711 斜面721 第二斜面712 照明元件 722 第二照明元件713 測光元件 723 第二測光元件8電連接器9飛機相關系統I ’ 結冰組件11’ 結冰桿12’ 支撐桿13’ 半導體制冷元件131’ 冷端133’ 熱端I ” 結冰組件11” 結冰桿12” 支撐桿112” 第一內腔
13” 半導體制冷元件131” 冷端133” 熱端132” 第二內腔I”’結冰組件11”’結冰桿12”’支撐桿112”，第一內腔141”’第三照明元件141”’第四照明元件
具體實施例方式根據要求，這里將披露本 發明的具體實施方式
。然而，應當理解的是，這里所披露的實施方式僅僅是本發明的典型例子而已，其可體現為各種形式。因此，這里披露的具體細節不被認為是限制性的，而僅僅是作為權利要求的基礎以及作為用于教導本領域技術人員以實際中任何恰當的方式不同地應用本發明的代表性的基礎，包括采用這里所披露的各種特征并結合這里可能沒有明確披露的特征。本文中的詞語“冰”應理解為包括各種冰、霜及其混合物，本文中的詞語“結冰條件”應理解為適航規章附錄C定義的結冰條件，以及過冷大水滴結冰條件。根據本發明優選實施方式的結冰探測器如圖1至4所示。如圖1至4所示，并結合圖5A、5B以及圖6，該結冰探測器100包括:結冰組件1、視覺傳感器31、控制器5。結冰組件I包括結冰桿11和用于支撐結冰桿11并使其伸入氣流中的作為支撐結構的支撐桿12。結冰桿11在其外側壁上具有積冰表面110。視覺傳感器31正對結冰桿11的前緣111布置使其能夠獲取積冰表面110的圖像。該視覺傳感器31包括鏡頭310和圖像傳感器((XD或CMOS) 311 (圖6)。控制器5設置成與視覺傳感器31電連接，并包括圖像對比模塊510 (圖6)，用于將來自視覺傳感器31的圖像與積冰表面110的初始圖像進行對比，從而判斷結冰桿的積冰表面是否結冰。在圖1所示的優選實施方式中，結冰探測器100優選具有通過它將該結冰探測器安裝到飛機上的法蘭盤7。該法蘭盤7裝設于結冰組件I和控制器5之間，一方面可用于支撐結冰組件1，另一方面可用來裝設視覺傳感器31。具體地，如圖1所示，并結合圖2-4，在法蘭盤7上設置有帶透明窗710的凹室71，視覺傳感器31的鏡頭310暴露在凹室71中。通過法蘭盤上凹室的設置，可以使視覺傳感器31的鏡頭310正對結冰桿前緣112的積冰表面，并通過透明窗710為鏡頭提供了保護。優選地，凹室71內具有面向結冰組件I的斜面711，鏡頭310從該斜面上暴露。斜面的設置為視覺傳感器相對結冰桿的布置提供了方便。進一步優選地，在凹室71的斜面711上設置有自動調節式照明元件712。當然，視覺傳感器31本身也可帶有照明元件如自動調節式閃光燈。照明元件的設置可有助于視覺傳感器31更好地從積冰表面110獲取圖像。又進一步優選地，在凹室71的斜面711上還設置有與照明元件712電連接的測光元件713，其可以感測周圍環境的光亮程度并在需要時觸發照明元件712工作。再次參見圖1至4并結合圖6，在本優選實施方式中，還具有第二視覺傳感器32，其側對結冰桿11的積冰表面110設置，即正對結冰桿側面114的積冰表面。像視覺傳感器32那樣，該第二視覺傳感器32也包括第二鏡頭320和第二圖像傳感器321 (圖6)。第二鏡頭320位于法蘭盤7的第二凹室72中并暴露以獲取積冰表面110的圖像，其中具有第二透明窗720的第二凹室72與第一凹室72大致呈90°夾角，即第二凹室72位于結冰桿11的側面，從而第二鏡頭320側對積冰表面110。如第一凹室71那樣，第二凹室72也具有第二斜面721，在第二斜面721上布置有第二自動調節式照明元件722和與第二照明元件722電連接的第二測光元件723。需要說明的是，結冰桿11優選設置有用于除冰的電加熱器(圖未示)，同時透明窗710,720優選設置有用于防冰的電加熱器(圖未示)。為此，控制器5優選還包括加熱控制模塊520，其與圖像對比模塊510電連接，用于控制結冰桿和透明窗上的電加熱器進行電加熱。另外，應當理解的是，視覺傳感器31和第二視覺傳感器32的圖像傳感器310、320可優選位于控制器5的殼體內。下面結合圖1-4和圖6就本優選實施方式中各個組成部分及其作用分別作出介紹。視覺傳感器31、32:可為微型照相裝置，按一定頻率拍攝不同光強下結冰桿11的積冰表面110的圖像。測光元件713、723:測量外界(即周圍環境)不同的光強；可為光敏電阻等。照明元件712、722:為結冰桿11提供照明；可為自動調節式閃光燈或自動調節式照明元件。在圖像傳感器311、321的控制下，根據外界不同光強提供不同的照明強度。圖像傳感器(C⑶或CM0S)311、321:根據測光元件713、723測得的光強，調節照明強度和鏡頭快門，獲得結冰桿圖像。鏡頭310、320:使用定焦鏡頭，景深應能夠涵蓋整個結冰桿11。帶電加熱的透明窗710、720:在加熱控制模塊520的控制下電加熱，保證透明窗表面不會結冰或起霧，確保測光元件713和723、鏡頭310、320和照明元件712、722有一個清晰的視界。應當理解的是，在實際使用中，測光元件713和723可以布置在鏡頭中，也可布置在照明元件712、722中。結冰組件1:帶電加熱的結冰桿11:流線型的翼型結構，具有較小的的壓力系數(較高的臨界溫度)和較大的水收集系數。帶電加熱的支撐結構12:其長度保證結冰桿11水滴屏蔽區。結冰桿11的積冰表面可設有刻畫標記作為圖像對比的特征點；結冰桿積冰表面110顏色、標記顏色和照明光的顏色應反差強烈，如積冰表面顏色使用綠色，標記顏色使用紅色，照明燈用藍色，更好地勾勒出冰的形狀等。對于結冰組件I的材料無特別限制。結冰桿11被設計成流線型，結冰桿前緣112的曲率設計得較小以足夠保證結冰桿獲得的水收集系數達到0.9以上，而流線型可以保證結冰桿11獲得較小的壓力系數(較高的臨界溫度)；另外，結冰桿11被設計成在弦向具有足夠的長度以保證過冷大水滴在破碎、飛濺等情況下，逐漸釋放潛熱后凍結在積冰表面110上。所述結冰桿前緣112設計成圓柱形，如圖5A、5B所示。優選地，結冰桿側面114設置成弦向呈起伏波浪形，見圖5B，以利于水收集。圖像對比模塊510:圖像對比模塊510將從圖像傳感器311、321得到的結冰桿圖像，與存儲在內存中的未結冰時結冰桿圖像，使用區域特征方法(形狀)進行對比，若兩個圖像的相似度低于閾值，判斷出結冰，協調電接口(即電連接器)8發出結冰信號，傳給飛機相關系統9。圖像對比程序為成熟技術，在人像識別、門禁系統等方面應用，因而在此不再展開說明。另外，需要說明的是，上述控制器5中還可包括自檢模塊(圖未示)。該自檢模塊負責對結冰探測器進行BIT(自檢)，若有組件失效，協同電連接器8發出故障信號，傳給飛機相關系統9。自檢功能為成熟技術，在此不作展開說明。電連接器8:該電連接器8連接飛機電源、輸出視覺傳感器31、32產生的結冰和故障信號；控制器5內部通過總線接口與圖像傳感器311、321相連接，當試飛需要獲得實時相似度數值和結冰桿圖片時，通過此總線接口與數據采集設備相連接。電連接器為成熟技術，在此不作展開說明。如圖6、7所示，視覺傳感器31、32的鏡頭310、320以一定頻率拍攝結冰桿11正面和側面積冰表面的圖像；圖像對比模塊510將從圖像傳感器311、321得到結冰后的結冰桿圖像和存儲在內存中未結冰時的結冰桿圖像，基于區域特征算法確定圖像相似性，當正面和/或側面圖像相似度小于設定的閾值，協同電接頭8發出結冰信號，供飛機用戶系統9使用，同時加熱控制模塊520對結冰桿11和支撐桿12進行電加熱，除冰冷卻后，進入下一輪結冰桿結冰-結冰探測-加熱除冰-結冰桿冷卻的循環；加熱控制模塊520以一定的功率加熱透明窗710、720以防止透明窗結冰和/或起霧；自檢模塊對各部件和控制器5、電接頭8進行BIT，若有故障，發出故障信號，供飛機用戶系統9記錄和處理。本實施方式的優點在于:a.可通過氣動分析和水滴撞擊分析，對外形進行優化，使其具有較小的壓力系數和較大的水收集系數；較小的壓力系數，意味著結冰桿具有較低的局部靜溫和表面溫度，并具有較高的臨界溫度，更容易結冰；較大的水收集系數，意味單位時間結冰量較大；通過優化外形能夠使結冰桿更早更快的結冰，發出結冰告警的時間能夠提前，更容易滿足主導式結冰探測系統的要求。b.結冰桿的弦向具有足夠的長度能夠確保過冷大水滴在發生飛濺、破碎等情況下，還能夠凍結在結冰桿側面，也就是說，本發明結冰探測器具有探測過冷大水滴的能力，進一步擴大了本發明結冰探測器的使用范圍。c.結冰桿相比磁致伸縮探頭，為固定件不是振動部件，提高可靠性；材料可以為金屬或者其他材料；結冰桿與視覺傳感器位置協調布置，更好地得到結冰桿的結冰圖像；另外，發明對探頭的材料、外形和布置形式，具有較大的靈活性。d.相比其他傳感器，本結冰探測器基于圖像分析，技術比較成熟，且可靠性高；另夕卜，可以在接口設計方面保持與現有磁致伸縮式一致，互換性好。下面參見圖7并結合圖6介紹一下上述實施方式的結冰探測器的工作過程:步驟S1:圖像傳感器311和圖像傳感器321按一定頻率，如Is —次，通過測光元件713、723測量光強，控制照明元件712、722和鏡頭310、320，同時拍攝結冰桿11的正面和側面的積冰表面110的圖像；步驟S2:圖像對比程序，將拍攝的正面和側面結冰桿圖像，分別與存儲在內存中未結冰時結冰桿的正面和側面圖像，使用區域特征算法進行對比，當正面圖像和/或側面圖像其相似度小于閾值，如20%，判斷結冰發出一個持續一定時間，如60s的結冰信號；步驟S3:加熱控制模塊520得到結冰信號后，開始對結冰桿11和支撐桿12進行電加熱除冰；結冰桿冷卻后，開始再次結冰，若60s內再次探測到結冰，結冰信號順延60s。重復步驟S1、S2。步驟S4:加熱控制模塊520持續對透明窗710、720電加熱防冰，使透明窗保持通透。另外，在本發明上述實施方式中，結冰組件還優選包括半導體制冷元件。如圖8A至8D所示，在一個優選實施方式的結冰組件I’中，其包括結冰桿11’、支撐桿12’和半導體制冷元件13’，其中，半導體制冷元件13’在上下方向布置在結冰桿和支撐桿之間，冷端131’與結冰桿11’相連對結冰桿進行主動制冷，熱端133’與支撐桿12’相連通過支撐桿散熱。工作時，半導體制冷元件13’將結冰桿11’冷卻AT°C溫度(一般1_2°C)，即相比環境溫度降低AT°C。這樣，在本發明上述優選實施方式采用優化結冰桿外形的基礎上，在結冰桿組件上布置了半導體制冷元件，對結冰桿進行主動制冷，可進一步降低結冰桿的表面溫度，有利于結冰桿在機翼/短艙發生結冰前結冰，使結冰探測器在機翼/短艙發生結冰之前探測到結冰，以便進行后續應對措施的進行。圖9A至9C示出了結冰組件的另一優選實施方式，其中半導體制冷元件在沿圓周的內外方向上布置在結冰桿和支撐桿之間。半導體制冷元件13”可以制成同心橢圓環形狀，其外部為冷端131”與結冰桿11”相連，其內部為熱端133”與支撐桿12”相連。熱量由支撐桿12”的上半部傳遞到其下半部，再進行散熱。具體地，在結冰組件的該另一優選實施方式中，結冰桿11”具有第一內腔112”，半導體制冷元件13”布置于結冰桿所述第一內腔112”中；半導體制冷元件13”具有第二內腔132”，支撐桿12”的上端延伸進入第二內腔132”;半導體制冷元件的冷端131”在外而熱端133”在內。應當理解的是，半導體制冷元件本身是基于帕爾帖原理，為成熟應用，在此不必展開說明。還有，盡管在本發明結冰探測器的上述優選實施方式中，照明元件同鏡頭一起設置在凹室中，但應當理解，結冰桿內部也可以布置照明元件。圖1OA和圖1OB示出了結冰組件的又一優選實施方式，在該實施方式中，結冰桿11”’帶電加熱且是透明的，比如帶電加熱的透明結冰桿使用帶電加熱的透明玻璃(或其他透明材料)制成，內部優選布置兩組照明元件，分別是第三照明元件141”’、第四照明元件143”’，其中，第三照明元件141”’主要為結冰桿前緣提供照明，第四照明元件143”’為結冰桿中部和后部提供照明。在結冰桿內部設置照明元件，能夠更好地勾勒出冰的形狀，配合視覺傳感器獲得不同光強下結冰桿圖像。另，應當理解的是，本發明上述優選實施方式中的測光元件713、723在測量光強后，也會控制結冰桿內部的該兩組照明元件，以更好地獲得結冰桿正面和側面積冰表面的圖像。應當理解的是，圖8A至圖8D所示的結冰組件中完全可以采用圖1OA至圖1OB所示的結冰桿結構，即圖8A至圖8D所示的結冰組件的結冰桿也采用透明材料制成，并且內部布置有照明元件。當然，如果需要，在圖9A至9C所示的結冰桿中也可以布置照明元件。另夕卜，關于結冰桿的流線型翼型結構，即圖5A和圖5B顯示的結冰桿造型，其在上述任何一個優選實施方式的結冰組件中都是適用的。本發明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而可以理解，在本發明的創作思想下，本領域的技術人員可以對上述結構和材料作各種變化和改進，包括這里單獨披露或要求保護的技術特征的組合，明顯地包括這些特征的其它組合。這些變形和/或組合均落入本發明所涉及的技術領域內，并落入本發明權利要求的保護范圍。需要注意的是，按照慣例，權利要求中使用單個元件意在包括一個或多個這樣的元件。此外，不應該將權利要求書中的任何參考標記構造為限制本發明的范圍。
權利要求
1.一種結冰探測器，其特征在于，包括: 結冰組件，其包括具有積冰表面的結冰桿； 至少一個視覺傳感器，其布置成能夠獲取所述積冰表面的圖像； 控制器，其與所 述視覺傳感器電連接，所述控制器包括圖像對比模塊用于將來自所述視覺傳感器的所述圖像與所述積冰表面的初始圖像進行對比，從而判斷所述結冰桿的積冰表面是否結冰； 其中，所述至少一個視覺傳感器中的一個正對所述積冰表面布置。
2.如權利要求1所述的結冰探測器，其特征在于，所述至少一個視覺傳感器中的另一個側對所述積冰表面布置。
3.如權利要求1所述的結冰探測器，其特征在于，所述視覺傳感器為微型照相裝置。
4.如權利要求3所述的結冰探測器，其特征在于，所述至少一個視覺傳感器中的每一個至少包括鏡頭和圖像傳感器，所述鏡頭用于獲取所述積冰表面的圖像，所述圖像傳感器電連接至并將圖像傳送至所述控制單元的所述圖像對比模塊。
5.如權利要求4所述的結冰探測器，其特征在于，所述結冰探測器還包括連接于所述結冰組件和所述控制器之間的法蘭盤，所述法蘭盤上設置有帶透明窗的凹室，所述視覺傳感器的所述鏡頭暴露在所述凹室中。
6.如權利要求5所述的結冰探測器，其特征在于，所述凹室內具有面向所述結冰組件的斜面，所述鏡頭從所述斜面上暴露。
7.如權利要求6所述的結冰探測器，其特征在于，在所述凹室的斜面上設置有自動調節式照明元件。
8.如權利要求5至7任一項所述的結冰探測器，其特征在于，所述結冰桿上設置有用于除冰的電加熱器，和/或所述透明窗上設置有用于防冰的電加熱器。
9.如權利要求8所述的結冰探測器，其特征在于，所述控制器還包括加熱控制模塊，其與所述圖像對比模塊電連接用于控制所述加熱器進行電加熱。
10.如權利要求1所述的結冰探測器，其特征在于，所述結冰桿是透明的并在其內布置有照明元件。
11.如權利要求8所述的結冰探測器，其特征在于，所述照明元件為兩組，分別布置在所述透明的結冰桿內前緣處和中后部。
12.如權利要求1至12任一項所述的結冰探測器，其特征在于，所述結冰桿的所述積冰表面上具有方便圖像辨識的顏色標記。
13.如權利要求1至12任一項所述的結冰探測器，其特征在于，所述結冰桿構造成流線型的翼型結構。
14.如權利要求13所述的結冰探測器，其特征在于，所述結冰桿的側面設置成沿弦向呈起伏波浪形。
15.如權利要求14所述的結冰探測器，其特征在于，所述結冰桿在弦向具有足夠的長度以使過冷大水滴在飛濺或破碎時能夠凍結在所述結冰桿的所述側面上。
16.如權利要求15所述的結冰探測器，其特征在于，所述結冰桿的前緣設置成圓柱形或翼形。
17.如權利要求16所述的結冰探測器，其特征在于，所述結冰桿的前緣曲率小得足以使所述結冰桿的水收集系數達到0.9以上。
18.如權利要求1至17任一項所述的結冰探測器，其特征在于，所述結冰組件還包括半導體制冷元件和所述結冰桿連接于其上的支撐結構，所述半導體制冷元件的冷端與所述結冰桿相連從而對其主動制冷，熱端與所述支撐結構相連以通過其散熱。
19.如權利要求18所述的結冰探測器，其特征在于，所述半導體制冷元件布置于所述結冰桿下端，所述冷端在上而所述熱端在下。
20.如權利要求19所述的結冰探測器，其特征在于，所述結冰桿具有第一內腔，所述半導體制冷元件布置于所述結冰桿所述第一內腔中；所述半導體制冷元件具有第二內腔，所述支撐結構的上端延伸進入所述第二內腔；所述半導體制冷元件的所述冷端在外而所述熱端在內 。
全文摘要
本發明涉及一種結冰探測器，屬于結冰探測技術領域。該結冰探測器包括結冰組件，其包括具有積冰表面的結冰桿；至少一個視覺傳感器，其布置成能夠獲取積冰表面的圖像；控制器，其與視覺傳感器電連接，包括圖像對比模塊用于將所獲得圖像與初始圖像進行對比，從而判斷結冰桿的積冰表面是否結冰；其中，至少一個視覺傳感器中的一個正對所述積冰表面布置。本發明無運動部件，基于圖像的判斷可靠性更高；結冰桿與視覺傳感器位置協調布置，能夠更好地得到結冰桿的結冰圖像。
文檔編號B64D15/20GK103101627SQ20121051381
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者史獻林, 南國鵬, 李革萍, 辛旭東 申請人:中國商用飛機有限責任公司, 中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院