一种基于光栅光纤形变的结冰探测器的制作方法

本发明属于飞机探测设备技术领域，具体涉及一种基于光栅光纤形变的结冰探测器。

背景技术：

飞行在空中遭遇到的结冰条件包括了适航条款14cfr25部附录c常规过冷水滴结冰条件(水滴直径≤50um)，14cfr25部附录o过冷大水滴结冰条件(50μm＜水滴直径＜500μm，称为冻毛毛雨；水滴直径≥500μm，称为冻雨)，和14cfr33部附录d冰晶结冰条件。

冰晶结冰条件存在于高空对流风暴的外围区域，且不能被飞机的气象雷达探测到。当飞机进入冰晶结冰条件，冰晶在低温的飞机机体和发动机表面被反弹不会造成机体结冰，但是冰晶能够进入发动机内部，随着温度的上升，在压缩机叶片上融化产生结冰，导致叶片的叶尖翘曲和撕裂，进而导致发动机推力损失，发生喘振、失速、熄火等事故；并且冰晶可能堵塞皮托管和总温传感器探头，造成高度和温度数据异常，危及飞行安全。

飞行遭遇的结冰条件，约99％为常规过冷水滴结冰条件，飞机通常安装有结冰探测器。过冷大水滴、冰晶及混合态结冰条件约1％，但过冷水大水滴和冰晶结冰条件近年来导致了数起坠机事故，逐渐引起适航当局关注，陆续发布了14cfr25部附录o过冷大水滴和14cfr33部附录d冰晶结冰条件法律规章，用于提高飞行安全措施。但目前，还未有过冷水滴、冰晶结冰条件或混合态结冰条件探测装置实际应用在飞机的案例。

专利号为201910740817.5的专利申请，公开了一种结冰探测器，其主要包括结冰杆和第一光电传感器。结冰杆沿其延伸方向设有多个从迎风面贯通至背风面的冰晶收集孔。第一光电传感器设置在结冰杆的两个相对端部，并在结冰杆的迎风侧形成第一光路。当过冷水滴撞击到结冰杆结冰后，第一光路被部分或全部遮挡，第一光电传感器由此被激发并发出过冷水滴结冰信号。

然而，在实际应用中，该结冰探测器，依然存在缺陷，不能很好的检测飞机的结冰情况，特别容易受到干扰，从而造成检测信号的误差，存在很多的误报结冰的情况。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于光栅光纤形变的结冰探测器，包括结冰杆，所述结冰杆沿其轴向设置有多个周期排列的冰晶收集孔，所述冰晶收集孔由结冰杆的迎风面贯穿至背风面，所述冰晶收集孔位于迎风面的一端设置有迎风网，所述冰晶收集孔位于背风面的另一端设置有背风网，迎风网与背风网之间还设置有弹性支柱，所述弹性支柱沿其轴向设置有光栅光纤。

所述弹性支柱为弹性套管，所述光栅光纤设置于弹性支柱内部。

所述冰晶收集孔的侧壁设置有滑槽，所述迎风网设置有支架，所述支架与滑槽吻合，使得迎风网能够在冰晶收集孔内滑动。

所述滑槽至少设置有3个，所述迎风网上设置的支架与滑槽的数量相同。

所述迎风网上设置有多个凸起。

所述迎风网为凹形。

所述冰晶收集孔的侧壁设置有加热元件。

所述弹性支柱的外围还设置有保护管，所述保护管的一端与背风网连接，保护管的另一端为自由端。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供了的这种基于光栅光纤形变的结冰探测器，通过在冰晶收集孔内设置迎风网和背风网，在迎风网和背风网之间设置光栅光纤，当冰晶收集孔收集到冰晶的时候，冰晶会挤压迎风网，迎风网发生位移，挤压光栅光纤，从而导致光栅光纤的谐振波长发生改变，通过检测光栅光纤的谐振波长的变化，就可以检测到结冰的状态，由于检测的光路设定在光栅光纤中，该光栅光纤结冰探测器具有更高的灵敏度、准确度，而且可以准确定位结冰的位置。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是光栅光纤结冰探测器的结构示意图。

图2是冰晶收集孔的结构示意图一。

图3是冰晶收集孔的卡槽结构示意图。

图4是弹性支柱的结构示意图。

图5是光迎风网的结构示意图。

图6是冰晶收集孔的结构示意图二。

图7是冰晶收集孔的结构示意图三。

图8是冰晶收集孔的结构示意图四。

图中：1、结冰杆；2、冰晶收集孔；3、迎风网；4、背风网；5、弹性支柱；6、光栅光纤；7、支撑座；8、加热元件；9、滑槽；10、支架；11、凸起；12、保护管。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种如图1、图2所示的基于光栅光纤形变的结冰探测器，包括结冰杆1，所述结冰杆1设置于支撑杆7的上方，支撑杆7的下方会设置控制装置，该控制装置一般设置在飞机内部，结冰杆1部分置于飞机外部，进行冰晶的收集；所述结冰杆1沿其轴向设置有多个周期排列的冰晶收集孔2，所述冰晶收集孔2由结冰杆1的迎风面贯穿至背风面，所述冰晶收集孔2位于迎风面的一端设置有迎风网3，所述冰晶收集孔2位于背风面的另一端设置有背风网4，迎风网3与背风网4之间还设置有弹性支柱5，所述弹性支柱5沿其轴向设置有光栅光纤6，弹性支柱5对光栅光纤6有保护作用，可以缓解过激烈的挤压力；迎风网3可以阻挡进入冰晶收集孔2内的冰晶，冰晶会对迎风网3形成挤压力，迎风网3在冰晶的挤压之下会对光栅光纤6产生压力，光栅光纤6受到挤压其共振波长就会发生改变，通过检测光栅光纤6中传播的光波的发生谐振的波长，就可以实现冰晶的检测，光栅光纤6的谐振波长改变非常敏感，因此，该基于谐振腔的结冰探测器具有更高的灵敏度、准确度。

进一步的，所示背风网4的网孔尺寸小于迎风网3的网孔尺寸，这样使得背风网4相比于迎风网3，更为结实，从而减小背风网4的形变，甚至于不形变，也就是说，在测量时，只有迎风网3的位置移动，该移动对应于冰晶尺寸，有利于提高测量的准确性。

进一步的，如图4所示，所述弹性支柱5为弹性套管，所述光栅光纤6设置于弹性支柱5内部，这样，可以防止穿过迎风网的冰晶对光栅光纤6的磨损，同时，也可以使得光栅光纤6与外界更好的隔离，以免受到外界其他因素的影响。

进一步的，如图3、图5所示，所述冰晶收集孔2的侧壁设置有滑槽9，所述迎风网3设置有支架10，所述支架10与滑槽9吻合，使得迎风网3能够在冰晶收集孔2内滑动。

所述滑槽9至少设置有3个，所述迎风网3上设置的支架10与滑槽9的数量相同。当然，所述滑槽9可以设置有4个，所述迎风网3上设置的支架10同样设置4个，并且各个支架10能够与滑槽9吻合。

进一步的，如图6所示，所述迎风网3上设置有多个凸起11，凸起1可以为锥形或者圆球形，一方面具有弹性，可以防止激烈的撞击损坏迎风网3，另一方面可以使得冰晶向着迎风网3的孔洞滚动，有利于小尺寸的冰晶通过迎风网3。

进一步的，如图7所示，所述迎风网3为凹形，并且曲率中心在左侧，这样迎风网3受力点集中在中部，能够陈胜更大的挤压力挤压光栅光纤6，使得光栅光纤6的谐振波长改变更加明显，同时，在下述的加热元件8作用下，有利于冰晶从迎风网3脱落，使得结冰探测器能够更快的恢复冰晶检测状态。

所述冰晶收集孔2的侧壁设置有加热元件8，在需要的时候，可以通过加热元件8对迎风网3上或者冰晶收集孔2内的冰晶进行融化，从而使得结冰探测器能够更快的恢复冰晶检测状态。

进一步的，如图8所示，所述弹性支柱5的外围还设置有保护管12，所述保护管12的一端与背风网4连接，保护管12的另一端为自由端，这样保护管12可以保护弹性支柱5，保护管13与背风网4连接，但是不与迎风网3连接，使得弹性支柱有一段自由移动的空间，避免迎风网3过度的挤压光栅光纤6，从而损坏光栅光纤6；迎风网3的中部不具有孔，防止冰晶进入保护管12与弹性支柱5的间隙，对于性支柱5也有保护作用。

所述迎风网3、背风网4、凸起11均可以由金属制成，例如不锈钢或者铜制成。

综上所述，该基于光栅光纤形变的结冰探测器，通过在冰晶收集孔2内设置迎风网3和背风网4，在迎风网3和背风网4之间设置光栅光纤6，当冰晶收集孔2收集到冰晶的时候，冰晶会挤压迎风网3，迎风网3发生位移，挤压光栅光纤6，从而导致光栅光纤6的谐振波长发生改变，通过检测光栅光纤6的谐振波长的变化，就可以检测到结冰的状态，由于检测的光路设定在光栅光纤6中，该光栅光纤结冰探测器具有更高的灵敏度、准确度，而且可以准确定位结冰的位置。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。