可识别冰型的光纤结冰传感器

现有结冰传感器没有识别冰型的能力或识别冰型的可靠性偏低。针对这个问题,提出了一种能以较高可靠性识别冰型的光纤结冰传感器。在介绍传感器光学结冰探测原理和分析光路的基础上,设计出了此传感器,并在实验室环境下模拟传感器结冰,通过大量的试验,验证了其结果的有效可靠。最后得出结论:该传感器可用于对物体表面冰型(明冰和霜冰)及结冰厚度进行较高可靠性的识别和定量探测,具有广阔的应用前景。

基于磁致伸缩原理的结冰传感器设计理论

为了实现复杂环境中结冰的自动探测 ,本文对一种基于磁致伸缩原理的结冰探测方法进行了研究。文中首先依据磁致伸缩材料的特性分析了该方法的工作原理 ,然后对振管式结冰传感器进行了系统设计和建模 ,并推导出了其理论计算公式 ,最后对传感器样品进行了性能试验 。

声表面波飞机结冰传感器灵敏度及实验研究

声表面波飞机结冰传感器有望用于飞机结冰预测,其通过Love波的激发和在导波层中的传播变化,来敏感导波层表面冰的厚度及状态变化,而导波层的厚度对声表面波结冰传感器灵敏度具有重要影响。在学者Zimmermann的理论基础上,根据声表面波结冰传感器实际结构,计算得到导波层厚度对灵敏度影响的特性。通过对SiO2导波层及ST90°石英晶体压电材料进行实例计算,得其厚度在9.6μm处灵敏度最高,并通过实验对0.0042 m厚的冰层进行实验,得到冰层中Love波的传播速度,与理论计算吻合。

平膜压电谐振式结冰传感器信号检测方法

通过对平膜压电谐振式结冰传感器的几种测量方案的分析,提出一种开环扫频的信号检测方法。采用C8051F系列单片机作为传感器的激励和测量的主要控制单元,能以较快的速度和较高的精度测得传感器谐振频率,从而得到冰层厚度的检测信息。实验表明该方法可取得良好的效果。

飞机结冰传感器安装位置确定方法

结冰传感器的安装直接决定了冰的探测效果,在飞机设计阶段往往要耗费巨大的工作量来确定合适结冰传感器安装的位置。本文提出了一种高效确定结冰传感器安装位置的方法,其基本思路是采用数值计算的手段,获得不安装结冰传感器飞机流场的水滴容积分数分布;再根据水滴收集率的定义,得到传感器拟安装区域不同位置的水滴收集率,并与机翼表面的水滴收集率对比;从保证传感器可以起到预警作用的角度出发,进而给出传感器的安装位置。采用该方法对某型民航客机进行了分析,给出了该型飞机适合安装传感器的区域。在此基础上,将传感器加载到对应位置进行数值仿真验证。仿真结果显示:传感器探头处的水滴收集率与不加载传感器时该位置的水滴收集率基本一致,均大于同等条件机翼上的最大水滴收集率,符合飞机的结冰防护需求。本文方法可普遍应用于运输类飞机设计,有效提高结冰防护系统设计的效率。

振动式结冰传感器的设计理论

为了实现复杂环境中结冰的自动探测,根据材料的磁致伸缩特性及其逆效应,设计了振动式结冰传感器。建立振管式冰传感器的物理模型,并分析振管探头的振动原理。设计传感器的谐振电路并分析其工作原理。电路采用单一线圈实现驱动和信号拾取;利用锁相环技术实现信号的相位转移,提高了测量精度和信号的稳定性。对样品进行了性能测试,结果显示该传感器分辨率高、线性度好,证实了设计理论的正确性。

结冰传感器的温度补偿

根据结冰传感器的实现原理 ,分析了其振动频率的温度漂移特性 ,介绍了软件和硬件相结合的温度补偿方法。该方法已成功应用于结冰传感器的信号处理系统中 ,提高了结冰检测的准确度。

结冰传感器数学模型的建立和验证

为了实现复杂环境中结冰的自动探测,研制了一种振管式结冰传感器。基于振动理论建立了振管的波动方程,采用变量分离法求得波动方程的通解,再结合传感器探头实际结构的简化模型和具体的定解条件求得波动方程的定解,采用量级计算法对定解进行简化,最终建立振管式结冰传感器的数学模型,并获得前三阶轴向振型。对传感器样品进行了性能测试,计算结果与实验结果比较表明:数学模型有效,可用于振管式结冰传感器的结构设计。

结冰传感器探头的动态特性分析

振管模态参数的测试是结冰传感器调试的前提,利用有限元法对结冰传感器探头简化模型进行了模态分析,预估其模态参数.介绍了试验模态分析方法的原理和测试系统,通过该方法对传感器实际结构进行了精确测试,对测试结果进行了分析,验证了有限元法的分析结果和探头结构理论设计的合理性,为传感器谐振电路的调试奠定了基础,提高了传感器的调试效率;并对振管轴向振动固有频率的温度特性进行了分析,为传感器的温度补偿提供了依据.

谐振平膜型结冰传感器的智能温度补偿

平膜压电式结冰传感器,是一种可安装在飞机机翼前缘等曲面部位的结冰探测装置。本文在分析其温度—谐振频率特性、冰厚—谐振频率特性基础上,讨论了采用微型化测温元件进行智能温补偿的方法。该方法的实现保证了结冰传感器系统实际应用的性能。

基于BP网络的结冰传感器非线性校正方法

根据当前结冰传感器非线性校正存在的问题,提出了利用BP网络建立传感器逆模型的校正方法。文中采用功能强大的MATLAB工具软件,对神经网络进行训练,获得权值、阈值。实际应用结果表明,该方法简单、实用,大大方便了产品性能一致性不高的结冰传感器在测控系统中的应用。

MEMS应变式结冰传感器设计与制作

提出了一种MEMS应变式结冰传感器。传感器基于结冰造成薄膜刚度改变的原理,采用惠斯通电桥结构检测结冰薄膜上应变电阻的变化,感知结冰信号。传感器利用惠斯通电桥自身结构及外加温度补偿电路,可有效地抑制输出信号的温漂。通过理论分析和有限元仿真,分析了器件的敏感机理,并对结构参数进行计算。采用与IC工艺兼容的体硅MEMS工艺完成传感器的加工。实验结果表明,传感器检测结冰厚度的灵敏度优于0.1 mm。

光纤式结冰传感器微弱信号检测电路的实现

光纤式结冰传感器(FIS)中冰层对光强的调制作用微弱,且干扰源较多。通过比较常用的微弱信号检测方法(WSD),设计了由同步积分和相关检测相结合进行带宽压缩的高性能锁定放大器(LIA),并对该LIA抗干扰原理建立了数学模型。基于该LIA构建了高可靠性结冰探测系统(IDS)。结果表明锁定检测电路对FIS微弱信号能有效提取。

用于道路安全预警的结冰传感器的应用研究

为了监测道路表面的结冰状况并开发有效的道路结冰预警系统,结冰传感器起着至关重要的作用,而且它必须对结冰厚度以及结冰速率非常敏感.然而,目前国内外已有的结冰传感器还无法达到这种要求.研发了用于道路安全预警的结冰传感器,使得道路结冰安全预警成为可能.通过室内实验先对该道路结冰传感器进行了标定,得出了结冰厚度与结冰频率的对应关系,使其能准确的测定路面结冰厚度的具体数值;然后通过室内实验模拟路面结冰的过程,分别在不同环境温度条件下监测结冰厚度和结冰速率,得出了结冰厚度与时间的对应关系曲线,验证了其可靠性.实验结果表明:该结冰传感器灵敏度较高,其测量精度达到0.1 mm;能探测到结冰厚度的具体数值以及结冰速率的变化趋势,而且实验结果能够在上位机上直观地显示出来.因此,研发的结冰传感器可以应用于道路并监测结冰厚度和结冰速率,从而为道路结冰安全预警系统的建立打下基础.

压电谐振式结冰传感器的结冰试验和数据处理

本文介绍了压电谐振式结冰传感器的实验平台和结冰试验过程,并利用支持向量机非线性回归模型对有限的实验数据进行处理。结果表明,该方法能有效地依据少量的试验数据较精确地预测其他冰厚对应的谐振频率,实现冰厚测量的标定。

光纤结冰传感器摄像法标定研究

介绍国内外的结冰传感器标定方法,包括卡尺法、超声波法和摄像法等,列出并比较了各种方法的优缺点和应用范围。介绍新兴摄像标定的方法,并对具体实现和结构和数据的处理分析进行了介绍。

基于多传感器的路面结冰检测系统

路面结冰不均匀且厚度较大，由单一传感器实现结冰检测较困难。选用对薄冰敏感的压电平膜结冰传感器、可测量厚冰的光纤结冰传感器、温度传感器以及图像传感器组成一种路面结冰检测系统。系统能测量10mm以内的路面结冰，对0-5mm范围内结冰测量精度可达0．2mm，对5-10mm范围内结冰测量精度可达0．5mm。

动车组列车结冰状态传感器原理及试验研究

动车组在寒冷地区雪中运行时,底部喷洒防冰液后仍可能出现防冰液表面结冰的现象,使结冰情况分析变得十分复杂。提出一种动车组列车结冰状态传感器进行动车组结冰监测的方法,介绍传感器的测量原理,依据有限元仿真及传感器基本特性试验的结果,总结谐振频率和反馈电压的变化规律,建立存在防冰液条件下的结冰状态判别准则,在此基础上设计并进行防冰液测量试验、防冰液表面结冰原理试验、不同环境下结冰试验。试验结果表明传感器对冰层和积水厚度的监测,其分辨率优于0.1 mm;防冰液厚度最小检出限为0.25 mm;能判断出干燥、液体、结冰、防冰液表面结冰四种基本状态,满足动车组结冰状态实时监测的要求。

基于红外光谱吸收的结冰速率传感器设计

结冰速率传感器是保证飞机在结冰气象条件下安全飞行的重要部件。基于红外光谱吸收的结冰速率传感器较其他型式的精度更高。对红外结冰速率传感器进行研究,推导了双波长对比吸收测量冰厚的理论模型。设计了一种采用对光源驱动电路进行脉冲调制驱动双光源的红外结冰速率传感器。提出了其关键技术并给出了解决方案。研究内容为红外结冰速率传感器的实际应用提供了参考依据。

飞机翼面结冰试验积冰厚度探测技术研究进展

结冰导致的飞机翼面升阻特性恶化直接威胁飞行安全,一直以来都是航空领域关注的热点问题,为了复现翼面结冰过程和剖析翼面结冰、防除冰机理,开展翼面结冰试验十分必要。为了定量刻画飞机结冰试验中的翼面积冰厚度和形态,国内外研究人员开展了大量卓有成效的测试方法研究。本研究通过系统梳理近年来提出的翼面积冰厚度和冰形测量方法以及结冰传感装置,按照物理原理将其划分为直观法、谐振法、光学法、电学法、热学法、波导法、混合法等测量方法,简要介绍了各方法的设计原理、优缺点和适用范围,期望能够为飞机翼面结冰试验、防除冰系统设计等技术发展提供有益参考。