專利名稱：表面結霜厚度測量探頭的制作方法
表面結霜厚度測量探頭本發(fā)明涉及一種用于測量一表面、特別是飛機空氣動力表面(機 翼、尾翼等)上結霜厚度的光學探頭和一種包括多個這類光學探頭的裝 置。大家知道，在特殊氣象條件下，飛行中的飛機的空氣動力表面上會 結霜，從而一方面改變所述表面的空氣動力外形從而改變空氣動力特 性，另一方面使得所述飛機重量增加而破壞其氣動中心。從而這樣的結 霜造成飛機失控而下降。為研究結霜的氣象條件、從而預測飛機空氣動力表面上的結霜而防 止其后果，進行了一些專門的飛行試驗。這些試驗的目的是使我們更了 解易于沉積的霜的自然聚集的形狀，以便在飛機鑒定方法的范圍內使已 有模型有效。因此可用這些試驗確定結霜的形狀，測量結霜特別在空氣 動力表面外形上的厚度和分布以及確定所述外形的狀態(tài)。只就結霜厚度測量而言，公知使用許多探頭，其工作原理為物理原 理如電感和超聲波、微波和光線在結霜中的傳播。例如，專利US-6425286公開了一種檢測結霜的光電探頭。該探頭 包括一把該探頭固定在飛機與空氣動力氣流接觸的表面上的底座以及 與所述底座垂直的細長殼體，殼體有一空腔，霜可積累在該空腔中。一 光線穿過該空腔，用一傳感器檢測所述光線的存在與否?？涨恢杏兴e 累時，結霜堵塞空腔，從而傳感器檢測不到光線。該探頭還包括一融化 積累在空腔中的霜的加熱裝置。通過對加熱周期數(shù)進行計數(shù)，該探頭能 估算結霜的總量。盡管這些公知探頭基于物理原理工作，但經(jīng)驗表明它們只能測量有 限厚度的霜，有時測量精度還很低。本發(fā)明的目的之一是彌補這些缺點，涉及一種能精確測量大厚度結 霜(例如數(shù)十厘米)的光學探頭。為此，本發(fā)明提供一種用于測量一表面、特別是飛機空氣動力表面 上結霜厚度的探頭，所述探頭有一能裝在所迷表面上的底座，其特別之 處在于-該探頭包括至少大致垂直在所述底座的疊置的多個測量級；以
及—每一測量級包括-至少一個能發(fā)射一至少大致與所述底座平行的光束的發(fā)射器，以及 -至少一個能接收在所述結霜上反射后的所述光束的接收器。 因此，覆蓋所述表面的結霜的厚度等于所述底座與其接收器收到對 應發(fā)射器發(fā)射的光束的最后一級測量級之間的距離，測量的分辨率等于 該最后一級測量級與其接收器收不到對應發(fā)射器發(fā)射的光束的第一級 測量級之間的距離。如此得出結霜厚度測量比例。最好是，每個發(fā)射器為發(fā)光二極管，而每個接收器為光電二極管。 最好是，本發(fā)明探頭包括一連接在所述底座上的殼體，其內部裝有 所述多個疊置測量級；在所述測量級中的每一個處，所述殼體設有用于 所述光束的一透明窗。這多個透明窗可由被所有測量級共用的一觀察孔 構成。在一優(yōu)選實施例中，本發(fā)明探頭包括能使至少所述窗周圍，最好是 所述探頭周圍的結霜表面融化的加熱裝置。因此所述探頭與結霜分離， 從而防止探頭上受到結霜的機械應力的作用，避免探頭改變結霜的沉積 和每一級發(fā)射器-接收器的匯聚點發(fā)生變動。為盡可能減小飛機飛行中對探頭周圍的氣流的干擾，所述殼體最好 呈細長形。因此，不干擾結霜的形成，從而測量可靠。應該指出，加熱 裝置可防止整個探頭上積滿霜時會發(fā)生的探頭的迎面阻力增加。此外，還應指出，上述公知探頭和本發(fā)明探頭只給出厚度的點測 量，這在研究所述表面上結霜的整個外形時是不夠的。為解決這一問題，現(xiàn)有技術一般使用一垂直固定在所述表面上的 板，其帶有長度測量比例。飛行中用飛機上的一攝相機觀察被固定在前 緣上時呈環(huán)狀物的一部分形式的板，該攝相機因此指示積累在所述板上 的霜的厚度。但是，由于攝相機的遠離板且通過飛機的一觀察孔由相機 觀察該板，因此該測量不佳。此外，這一測量裝置容易受振動的影響， 從而圖像質量很差-其分辨率很低-從而破壞了測量。因此本發(fā)明的另一個目的是彌補這一不足。為此，本發(fā)明涉及一種可確定一表面上結霜厚度的裝置，該裝置的 特別之處在于包括多個分布在所述表面上的本發(fā)明探頭。在所述表面為 一受到空氣動力氣流作用的空氣動力表面時，所述探頭的各窗的方向最 好在所述空氣動力氣流的橫向上。從而避免因探頭前方的結霜高而后方 的結霜低的現(xiàn)象造成的測量錯誤。最好是，所述裝置包括空氣動力氣流中的至少一組探頭(對齊或偏 置以防止一探頭被另一探頭遮蔽)，該組探頭圍繞該空氣動力表面的前, 當然，探頭可直接固定在要測量結霜厚度的表面上。但是，特別在 不希望損壞所述表面的情況下，所述探頭最好固定在一臨時粘貼在所述 表面上的支撐物上，與所述表面平行，并與所述表面一起設置一中間空間。這樣一種支撐物例如參見專利US-A-5 874 671 。下面用附圖iJt明本發(fā)明實施方式.在這些附圖中，相同部件用相同 標號表示。圖l為從其觀察孔一邊看去的本發(fā)明光李探頭的立體圖；圖2為圖l探頭的沿圖3中II-n線剖取、位于通過所述觀察孔的平面上的局部放大縱向剖面圖；圖3為圖l探頭的沿圖2中m-m線剖取的放大橫向剖面圖；圖4示出本發(fā)明光學探頭的測量原理；圖5為包括多個探頭的例示性裝置的俯視圖；圖6為圖5裝置的側視圖；圖7示出一圍繞一空氣動力表面的前緣的本發(fā)明裝置； 圖8為圖7的俯視圖；以及圖9示出一固定本發(fā)明裝置各探頭的臨時支撐物。

圖1中由本發(fā)明例示性實施例示出的探頭I,包括一沿軸線L-L伸 展的比方說圓柱形細長殼體1。探頭I的一端上有一與軸線L-L垂直的 底座2。至少一根穿過底座2的電纜3電連接探頭I與外部。殼體1側壁的一部分上有一縱向開口 4,該開口被一對于紅外或近 紅外輻射而言是透明的縱向觀察孔5蓋住。細長殼體1內在縱向上設有一與電纜3電連4矣并以任何合適方式與 所述觀察孔5相對地固定在所述殼體上的印刷電路板6。印刷電路板6上有多對沿軸線L-L分布的光學發(fā)射器7和光學接收 器8。發(fā)射器7和接收器8分別由其焊片9或10固定在印刷電路板6上。 在每對發(fā)射器7-接收器8中，發(fā)射器7的光軸11穿過觀察孔5并在位 于所述觀察孔5外部側面的一交點13上與對應接收器8的也穿過觀察
孔5的光軸12相交。光學發(fā)射器7為發(fā)射紅外或近紅外線的發(fā)光二極管。光學接收器8 為對紅外或近紅外線敏感的光電二極管。各軸線11和各對應軸線12界定的平面P互相平行且最好等距。因 此每對發(fā)射器7-接收器8構成一測量級，所述測量級E1-En(n為至少等 于2的正整數(shù))交錯排列在軸線L-L上，即它們與底座2垂直地疊置(見 圖4)。此外，探頭I包括可用電纜3供電的加熱電阻14和15。如圖4所示，探頭I固定其上或經(jīng)其底座2連接其上的表面S上結 霜G時位于結霜底下的各接收器8 (在所示例子中為級E1-Ei, i為最多 等于n的正整數(shù))收到由對應發(fā)射器7發(fā)射、經(jīng)所述結霜反射的光束后 發(fā)出一對應信號，而位于結霜上方的各接收器8 (在所示例子中為級 Ei+l-n)收不到由對應發(fā)射器7發(fā)射的光束而不發(fā)出信號。因此很容易確定結霜G的厚度e，該厚度大于其接收器8收到對應 發(fā)射器7的光束的最后一級Ei的高度hi而小于其接收器8收不到對應 發(fā)射器7發(fā)射的光束的第一級Ei + 1的高度hi + 1 。測量中，可用加熱電阻14, 15融化探頭I表面周圍的結霜。如圖5和6所示，可使用分布在表面S上的多個探頭測量所迷表面 S多個部位上的結霜G。從而可確定該表面S上結霜的精確形狀。在圖7和8裝置中，該表面S為一包括一連接頂面17與底面18的 前緣16的空氣動力表面的一部分。各探頭I從頂面17到底面18圍繞前 緣16。空氣動力表面S受到箭頭F所示一空氣動力氣流的作用，所述各 探頭I位于該空氣動力氣流中。最好如上所述，所述探頭I的觀察孔5 的方向如圖8中箭頭f所示在所述空氣動力氣流的橫向上。在圖4-8例子中，探頭I直接固定在表面S上。在圖9中，探頭I 固定在一臨時支撐物19上，支撐物本身用粘墊20粘在表面S上，支撐 物19與表面S之間有可供電纜3穿過的空間21。支撐物19周邊上在支 撐物與表面S之間可有逐步過渡物22。
權利要求
1、一種用于測量一表面(S)上特別是飛機空氣動力表面上結霜(G)厚度的探頭，所述探頭裝有一能裝在所述表面(S)上的底座(2)，其特征在于-該探頭包括垂直所述底座(2)疊置的多個測量級(E1-En)；以及-每一測量級包括·至少一個能發(fā)射一至少與所述底座大致平行的光束的發(fā)射器(7)，以及·至少一個能接收在所述結霜上反射后的所述光束的接收器(8)。
2、 按權利要求l所述的探頭，其特征在于，所述發(fā)射器(7)為發(fā) 光二極管。
3、 按權利要求1或2之一所述的探頭，其特征在于，所述接收器 (8)為光電二極管。
4、 按權利要求l-3之一所述的探頭，其特征在于，探頭包括一連 接在所迷底座(2)上的殼體(1)，其內部裝有所述多個疊置測量級； 在每一所述測量級處所述殼體設有對于所述光束而言是透明的窗(5)。
5、 按權利要求4所述的探頭，其特征在于，這多個透明窗由被所 有測量級共用的一觀察孔(5)構成。
6、 按權利要求4或5所述的探頭，其特征在于，所述殼體(1)呈 細長形。
7、 按權利要求4-6之一所述的探頭，其特征在于，探頭包括能融 化所述探頭周圍的結霜的加熱裝置(14， 15)。
8、 一種可確定在一表面上結霜厚度的裝置，其特征在于，它包括 多個分布在所述表面上的按權利要求1-7中任一權利要求所述的探頭。
9、 按權利要求8所述的裝置，用來確定一受空氣動力氣流作用的 空氣動力表面上結霜厚度，所述裝置設有比方說按權利要求4所述的探 頭，其特征在于，探頭的所述窗(5)的方向為橫向于所述空氣動力氣 流。
10、 按權利要求9所述的裝置，其特征在于，該裝置包括設置在空 氣動力氣流中的至少 一組探頭。
11、 按權利要求10所述的裝置，其特征在于，該組探頭圍繞所述 空氣動力表面的前緣(16)。
12、 按權利要求8-ll之一所述的裝置，其特征在于，所述探頭的 底座直接固定在所述表面(S)上。
13、 按權利要求8-ll之一所述的裝置，其特征在于，所述探頭固 定在一臨時粘貼在所述表面(S)上的支撐物上，該支撐物與所述表面 平行，與所述表面(S) —起設有一中間空間(")。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量一表面上結霜厚度的探頭，該探頭包括垂直疊置在探頭底座(2)上的多個測量級(E1-En)，每一測量級包括至少一個能發(fā)射一與所述底座平行的光束的發(fā)射器和至少一個能接收經(jīng)所述結霜反射的所述光束的接收器。
文檔編號B64D15/00GK101128719SQ200680006219
公開日2008年2月20日 申請日期2006年2月21日 優(yōu)先權日2005年2月28日
發(fā)明者S·羅奎斯 申請人:法國空中巴士公司