一种用于除冰实验的冰厚实时测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及结冰测定领域，尤其是一种用于防冰、除冰实验的装置，具体为一种用于除冰实验的冰厚实时测量装置。
【背景技术】
[0002]在飞行器的飞行过程中，当大气条件导致在飞行器的表面结冰，将会改变飞行器的气动特性，以飞机为例，其会使飞机的升力下降，阻力增加，操纵性、稳定性降低并恶化，极易造成飞机失事，严重威胁飞行安全。
[0003]针对飞行器的防除冰问题，人们已经研究了大量的防、除冰方法及装置。这些方法主要包括:化学法、加热法、热气法、机械除冰、微波除冰；其中，化学法是依靠在飞行器表面喷洒涂防冰化学试剂，实现防除冰目的；而加热法则是将防除冰区域表面温度提高到冻结温度之上，实现防除冰目的；热气法通过发动机压气机引出的热气，实现除冰；机械除冰则是采用机械方法使蒙皮产生挠曲，进而将冰破碎并除去，微波除冰是利用微波能对表面冰加热，使冰层温度升高，在气动力或惯性力帮助下达到除冰目的。
[0004]针对现有的各种除防冰方法及装置，如何对其除、防冰能力进行验证，成为迫切需要解决的问题。目前常规的方法是将除防冰装置置于过冷环境中，经喷淋结冰后，直接测量相应除防冰装置开启前后冰层厚度的变化，通常采用量尺测量冰厚变化。然而，该方法的测量误差大，且结冰过程中冰层的微小变化无法实时捕捉。
[0005]因此，迫切需要一种新的装置，以解决上述问题。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的在于:针对现有方法在进行除、防冰效果验证过程中，通过量尺测量防冰装置开启前后冰层厚度的变化，存在测量误差大、结冰过程中冰层的微小变化无法实时捕捉的问题，提供一种用于除冰实验的冰厚实时测量装置。本发明采用自身制冷，通过水雾喷头喷出的喷雾冻结成冰，同时通过支撑板的设置为除防冰装置的设置留有空间，并通过光纤传感器沿竖直方向的错层布置，进而实时测量实验材板上冰厚的变化情况，且有效增大了结冰厚度的测量范围。本发明设计合理，构思巧妙，使用方便，能够实时测量除防冰装置开启前、后实验板上冰的厚度变化数据，为除防冰装置的研发及工作效果评估提供有利的技术支持，具有较好的应用前景。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种用于除冰实验的冰厚实时测量装置，包括支撑架、设置在支撑架上的支撑板、设置在支撑架上的滑轨、滑动连接件、采用待测材料制成的实验板、与实验板相配合的保温箱、制冷装置、能对制冷装置进行散热的散热装置、设置在支撑板上的光纤传感器、水雾喷头、控制系统，所述制冷装置、散热装置、光纤传感器分别与控制系统相连；
所述滑轨为两个且平行设置在支撑板上方，所述滑动连接件两端分别与滑轨相连，所述滑动连接件穿过保温箱且滑动连接件能相对滑轨移动； 所述制冷装置设置在支撑板上且制冷装置能对实验板制冷，所述实验板位于制冷装置上方，所述散热装置位于制冷装置下方，所述水雾喷头设置在滑动连接件上且水雾喷头能向实验板喷射水雾；
所述光纤传感器为至少两个且分别穿过实验板，至少一个光纤传感器的顶端位于实验板所在平面上，至少一个光纤传感器的顶端所在水平面位于实验板所在水平面上方。
[0008]所述制冷装置为半导体制冷片。
[0009]所述散热装置包括与制冷装置发热面相连的散热片、设置在散热片上的散热风扇。
[0010]所述散热片采用鳍形散热片。
[0011]所述保温箱包括与实验板相配合的箱体、与箱体相配合的箱盖，所述滑动连接件能穿过箱体且相对箱体移动。
[0012]所述滑动连接件包括滑块、喷头支架，所述滑块设置在滑轨上，所述喷头支架与滑块相连且滑块能带动喷头支架相对滑轨移动。
[0013]所述支撑板上设置分别有凸起、凹槽，所述制冷装置设置在支撑板的凸起上，所述光纤传感器设置在支撑板的凹槽上。
[0014]所述支撑板由凸起、凹槽交错连接而成。
[0015]所述光纤传感器沿竖直方向错层布置。
[0016]所述光纤传感器为四个。
[0017]所述光纤传感器为四个，分别记为第一传感器、第二传感器、第三传感器、第四传感器，所述第一传感器顶端位于实验板所在平面上，所述第二传感器的顶端所在水平面位于第一传感器所在水平面上方，所述第三传感器的顶端所在水平面位于第二传感器所在水平面上方，所述第四传感器的顶端所在水平面位于第三传感器所在水平面上方。
[0018]所述第二传感器的顶端所在水平面与第一传感器所在水平面的高度差、第三传感器的顶端所在水平面与第二传感器所在水平面的高度差、第四传感器的顶端所在水平面与第三传感器所在水平面的高度差分别为h，所述h为光纤传感器测量冰厚的上限值。
[0019]所述h>0。
[0020]所述光纤传感器均布于支撑板上。
[0021]针对前述问题，本发明提供一种用于除冰实验的冰厚实时测量装置，为防除冰设备研发提供技术支持。该装置包括支撑架、设置在支撑架上的支撑板、设置在支撑架上的滑轨、滑动连接件、采用待测材料制成的实验板、与实验板相配合的保温箱、制冷装置、能对制冷装置进行散热的散热装置、设置在支撑板上的光纤传感器、水雾喷头、控制系统，制冷装置、散热装置、光纤传感器分别与控制系统相连。
[0022]本发明包括移动机构、制冷机构、测量机构。其中，移动机构如下:滑轨为两个且平行设置在支撑板上方，滑动连接件两端分别与滑轨相连，滑动连接件穿过保温箱且滑动连接件能相对滑轨移动。制冷机构如下:制冷装置设置在支撑板上且制冷装置能对实验板制冷，实验板位于制冷装置上方，散热装置位于制冷装置下方，水雾喷头设置在滑动连接件上且水雾喷头能向实验板喷射水雾。测量机构如下:光纤传感器为至少两个且分别穿过实验板，至少一个光纤传感器的顶端位于实验板所在平面上，至少一个光纤传感器的顶端所在水平面位于实验板所在水平面上方。
[0023]本发明工作时，控制系统首先启动制冷装置、散热装置，通过制冷装置为实验板提供冷量并使其降温，散热装置将制冷装置产生的热量散走。当实验板降至设定温度后，开启水雾喷头，水雾喷头连接供水系统并产生水雾，同时使滑动连接件相对滑轨进行往复匀速运动，水雾喷头产生的水雾撞击在实验板上，并在实验板上形成均匀的冰层。在冰层初步形成时，控制系统启动光纤传感器，测定冰厚。当采用两个光纤传感器时，两个光纤传感器顶端的高度差为Η ;开始时，顶端位于实验板所在平面上的光纤传感器首先进行测量，冰厚为匕，当冰厚为Η时，关闭顶端位于实验板所在平面上的光纤传感器，开启位于实验板上方的Η处的光纤传感器，该传感器测定的测量值为h2，则冰厚的高度为Η+ h20当采用四个传感器时，当冰厚为2H时，开启位于实验板上方的2H处的光纤传感器，关闭其他光纤传感器，该传感器测定的测量值为h3，则冰厚的高度为2H+ h3;当冰厚为3H时，开启位于实验板上方的3H处的光纤传感器，关闭其他光纤传感器，该传感器测定的测量值为h4，则冰厚的高度为3H+h4o现有的光纤传感器仅能测定某一特定范围内的冰厚，本发明通过对光纤传感器位置的设计，将多个光纤传感器沿竖直方向的交错布置，使得多个相同的传感器组合，能够极大拓展传感器的测量范围。
[0024]制冷装置采用半导体制冷片；散热装置包括与制冷装置发热面相连的散热片、设置在散热片上的散热风扇，进一步，散热片采用鳍形散热片；滑动连接件包括滑块、喷头支架，滑块设置在滑轨上，喷头支架与滑块相连且滑块能带动喷头支架相对滑轨移动。采用前述结构，有利于设备的维护，降低维护成本。
[0025]支撑板上设置分别有凸起、凹槽，制冷装置设置在支撑板的凸起上，光纤传感器设置在支撑板的凹槽上，进一步，支撑板由凸起、凹槽交错连接而成。其中，制冷装置的制冷面与实验板紧密贴合，制冷装置的发热面与支撑板贴合；支撑板的凸起上方设置制冷装置，下方形成放置散热装置的空间，散热片通过支撑板与制冷装置的发热面相连，散热风扇固装在散热片上。同时，采用前述结构，在支撑板与实验板之间能够形成中间空隙，进而有利于防、除冰装置的设置。
[0026]光纤传感器为四个，分别记为第一传感器、第二传感器、第三传感器、第四传感器，第一传感器顶端所在水平面位于实验板所在平面上，第二传感器与第一传感器所在水平面的高度差、第三传感器所在水平面与第二传感器所在水平面的高度差、第四传感器所在水平面与第三传感器所在水平面的高度差均为h，h为光纤传感器测量冰厚的上限值，即h为光纤传感器测量冰厚的最大值。采用该结构，能够测量0~3h范围内的冰厚。同时，本发明采用多个传感器分段测试，有利于提高测量精度。若采用单个传感器测量0~3h后的冰厚，当测量厚度较大时，现有传感器能以满足需要，且存在误差范围较大的问题，能以满足实时、准确测量冰厚的目的。
[0027]综上所述，本发明采用自身制冷，通过水雾喷头喷出的喷雾冻结成冰，同时通过支撑板的设置为除防冰装置的设置留有空间，并通过光纤传