专利名称：表面结霜厚度测量探头的制作方法
表面结霜厚度测量探头本发明涉及一种用于测量一表面、特别是飞机空气动力表面(机 翼、尾翼等)上结霜厚度的光学探头和一种包括多个这类光学探头的装 置。大家知道，在特殊气象条件下，飞行中的飞机的空气动力表面上会 结霜，从而一方面改变所述表面的空气动力外形从而改变空气动力特 性，另一方面使得所述飞机重量增加而破坏其气动中心。从而这样的结 霜造成飞机失控而下降。为研究结霜的气象条件、从而预测飞机空气动力表面上的结霜而防 止其后果，进行了一些专门的飞行试验。这些试验的目的是使我们更了 解易于沉积的霜的自然聚集的形状，以便在飞机鉴定方法的范围内使已 有模型有效。因此可用这些试验确定结霜的形状，测量结霜特别在空气 动力表面外形上的厚度和分布以及确定所述外形的状态。只就结霜厚度测量而言，公知使用许多探头，其工作原理为物理原 理如电感和超声波、微波和光线在结霜中的传播。例如，专利US-6425286公开了一种检测结霜的光电探头。该探头 包括一把该探头固定在飞机与空气动力气流接触的表面上的底座以及 与所述底座垂直的细长壳体，壳体有一空腔，霜可积累在该空腔中。一 光线穿过该空腔，用一传感器检测所述光线的存在与否。空腔中有霜积 累时，结霜堵塞空腔，从而传感器检测不到光线。该探头还包括一融化 积累在空腔中的霜的加热装置。通过对加热周期数进行计数，该探头能 估算结霜的总量。尽管这些公知探头基于物理原理工作，但经验表明它们只能测量有 限厚度的霜，有时测量精度还很低。本发明的目的之一是弥补这些缺点，涉及一种能精确测量大厚度结 霜(例如数十厘米)的光学探头。为此，本发明提供一种用于测量一表面、特别是飞机空气动力表面 上结霜厚度的探头，所述探头有一能装在所迷表面上的底座，其特別之 处在于-该探头包括至少大致垂直在所述底座的叠置的多个测量级；以
及—每一测量级包括-至少一个能发射一至少大致与所述底座平行的光束的发射器，以及 -至少一个能接收在所述结霜上反射后的所述光束的接收器。 因此，覆盖所述表面的结霜的厚度等于所述底座与其接收器收到对 应发射器发射的光束的最后一级测量级之间的距离，测量的分辨率等于 该最后一级测量级与其接收器收不到对应发射器发射的光束的第一级 测量级之间的距离。如此得出结霜厚度测量比例。最好是，每个发射器为发光二极管，而每个接收器为光电二极管。 最好是，本发明探头包括一连接在所述底座上的壳体，其内部装有 所述多个叠置测量级；在所述测量级中的每一个处，所述壳体设有用于 所述光束的一透明窗。这多个透明窗可由被所有测量级共用的一观察孔 构成。在一优选实施例中，本发明探头包括能使至少所述窗周围，最好是 所述探头周围的结霜表面融化的加热装置。因此所述探头与结霜分离， 从而防止探头上受到结霜的机械应力的作用，避免探头改变结霜的沉积 和每一级发射器-接收器的汇聚点发生变动。为尽可能减小飞机飞行中对探头周围的气流的干扰，所述壳体最好 呈细长形。因此，不干扰结霜的形成，从而测量可靠。应该指出，加热 装置可防止整个探头上积满霜时会发生的探头的迎面阻力增加。此外，还应指出，上述公知探头和本发明探头只给出厚度的点测 量，这在研究所述表面上结霜的整个外形时是不够的。为解决这一问题，现有技术一般使用一垂直固定在所述表面上的 板，其带有长度测量比例。飞行中用飞机上的一摄相机观察被固定在前 缘上时呈环状物的一部分形式的板，该摄相机因此指示积累在所述板上 的霜的厚度。但是，由于摄相机的远离板且通过飞机的一观察孔由相机 观察该板，因此该测量不佳。此外，这一测量装置容易受振动的影响， 从而图像质量很差-其分辨率很低-从而破坏了测量。因此本发明的另一个目的是弥补这一不足。为此，本发明涉及一种可确定一表面上结霜厚度的装置，该装置的 特别之处在于包括多个分布在所述表面上的本发明探头。在所述表面为 一受到空气动力气流作用的空气动力表面时，所述探头的各窗的方向最 好在所述空气动力气流的横向上。从而避免因探头前方的结霜高而后方 的结霜低的现象造成的测量错误。最好是，所述装置包括空气动力气流中的至少一组探头(对齐或偏 置以防止一探头被另一探头遮蔽)，该组探头围绕该空气动力表面的前, 当然，探头可直接固定在要测量结霜厚度的表面上。但是，特别在 不希望损坏所述表面的情况下，所述探头最好固定在一临时粘贴在所述 表面上的支撑物上，与所述表面平行，并与所述表面一起设置一中间空间。这样一种支撑物例如参见专利US-A-5 874 671 。下面用附图iJt明本发明实施方式.在这些附图中，相同部件用相同 标号表示。图l为从其观察孔一边看去的本发明光李探头的立体图；图2为图l探头的沿图3中II-n线剖取、位于通过所述观察孔的平面上的局部放大纵向剖面图；图3为图l探头的沿图2中m-m线剖取的放大横向剖面图；图4示出本发明光学探头的测量原理；图5为包括多个探头的例示性装置的俯视图；图6为图5装置的侧视图；图7示出一围绕一空气动力表面的前缘的本发明装置； 图8为图7的俯视图；以及图9示出一固定本发明装置各探头的临时支撑物。
图1中由本发明例示性实施例示出的探头I,包括一沿轴线L-L伸 展的比方说圆柱形细长壳体1。探头I的一端上有一与轴线L-L垂直的 底座2。至少一根穿过底座2的电缆3电连接探头I与外部。壳体1侧壁的一部分上有一纵向开口 4,该开口被一对于红外或近 红外辐射而言是透明的纵向观察孔5盖住。细长壳体1内在纵向上设有一与电缆3电连4矣并以任何合适方式与 所述观察孔5相对地固定在所述壳体上的印刷电路板6。印刷电路板6上有多对沿轴线L-L分布的光学发射器7和光学接收 器8。发射器7和接收器8分别由其焊片9或10固定在印刷电路板6上。 在每对发射器7-接收器8中，发射器7的光轴11穿过观察孔5并在位 于所述观察孔5外部侧面的一交点13上与对应接收器8的也穿过观察
孔5的光轴12相交。光学发射器7为发射红外或近红外线的发光二极管。光学接收器8 为对红外或近红外线敏感的光电二极管。各轴线11和各对应轴线12界定的平面P互相平行且最好等距。因 此每对发射器7-接收器8构成一测量级，所述测量级E1-En(n为至少等 于2的正整数)交错排列在轴线L-L上，即它们与底座2垂直地叠置(见 图4)。此外，探头I包括可用电缆3供电的加热电阻14和15。如图4所示，探头I固定其上或经其底座2连接其上的表面S上结 霜G时位于结霜底下的各接收器8 (在所示例子中为级E1-Ei, i为最多 等于n的正整数)收到由对应发射器7发射、经所述结霜反射的光束后 发出一对应信号，而位于结霜上方的各接收器8 (在所示例子中为级 Ei+l-n)收不到由对应发射器7发射的光束而不发出信号。因此很容易确定结霜G的厚度e，该厚度大于其接收器8收到对应 发射器7的光束的最后一级Ei的高度hi而小于其接收器8收不到对应 发射器7发射的光束的第一级Ei + 1的高度hi + 1 。测量中，可用加热电阻14, 15融化探头I表面周围的结霜。如图5和6所示，可使用分布在表面S上的多个探头测量所迷表面 S多个部位上的结霜G。从而可确定该表面S上结霜的精确形状。在图7和8装置中，该表面S为一包括一连接顶面17与底面18的 前缘16的空气动力表面的一部分。各探头I从顶面17到底面18围绕前 缘16。空气动力表面S受到箭头F所示一空气动力气流的作用，所述各 探头I位于该空气动力气流中。最好如上所述，所述探头I的观察孔5 的方向如图8中箭头f所示在所述空气动力气流的横向上。在图4-8例子中，探头I直接固定在表面S上。在图9中，探头I 固定在一临时支撑物19上，支撑物本身用粘垫20粘在表面S上，支撑 物19与表面S之间有可供电缆3穿过的空间21。支撑物19周边上在支 撑物与表面S之间可有逐步过渡物22。
权利要求
1、一种用于测量一表面(S)上特别是飞机空气动力表面上结霜(G)厚度的探头，所述探头装有一能装在所述表面(S)上的底座(2)，其特征在于-该探头包括垂直所述底座(2)叠置的多个测量级(E1-En)；以及-每一测量级包括·至少一个能发射一至少与所述底座大致平行的光束的发射器(7)，以及·至少一个能接收在所述结霜上反射后的所述光束的接收器(8)。
2、 按权利要求l所述的探头，其特征在于，所述发射器(7)为发 光二极管。
3、 按权利要求1或2之一所述的探头，其特征在于，所述接收器 (8)为光电二极管。
4、 按权利要求l-3之一所述的探头，其特征在于，探头包括一连 接在所迷底座(2)上的壳体(1)，其内部装有所述多个叠置测量级； 在每一所述测量级处所述壳体设有对于所述光束而言是透明的窗(5)。
5、 按权利要求4所述的探头，其特征在于，这多个透明窗由被所 有测量级共用的一观察孔(5)构成。
6、 按权利要求4或5所述的探头，其特征在于，所述壳体(1)呈 细长形。
7、 按权利要求4-6之一所述的探头，其特征在于，探头包括能融 化所述探头周围的结霜的加热装置(14， 15)。
8、 一种可确定在一表面上结霜厚度的装置，其特征在于，它包括 多个分布在所述表面上的按权利要求1-7中任一权利要求所述的探头。
9、 按权利要求8所述的装置，用来确定一受空气动力气流作用的 空气动力表面上结霜厚度，所述装置设有比方说按权利要求4所述的探 头，其特征在于，探头的所述窗(5)的方向为横向于所述空气动力气 流。
10、 按权利要求9所述的装置，其特征在于，该装置包括设置在空 气动力气流中的至少 一组探头。
11、 按权利要求10所述的装置，其特征在于，该组探头围绕所述 空气动力表面的前缘(16)。
12、 按权利要求8-ll之一所述的装置，其特征在于，所述探头的 底座直接固定在所述表面(S)上。
13、 按权利要求8-ll之一所述的装置，其特征在于，所述探头固 定在一临时粘贴在所述表面(S)上的支撑物上，该支撑物与所述表面 平行，与所述表面(S) —起设有一中间空间(")。
全文摘要
本发明涉及一种测量一表面上结霜厚度的探头，该探头包括垂直叠置在探头底座(2)上的多个测量级(E1-En)，每一测量级包括至少一个能发射一与所述底座平行的光束的发射器和至少一个能接收经所述结霜反射的所述光束的接收器。
文档编号B64D15/00GK101128719SQ200680006219
公开日2008年2月20日 申请日期2006年2月21日 优先权日2005年2月28日
发明者S·罗奎斯 申请人:法国空中巴士公司