一种半导体压阻结冰探测器及工作方法与流程

本发明涉及航空技术领域，具体涉及一种半导体压阻结冰探测器及工作方法。

背景技术：

飞机等航空器在高寒带或湿度大的高纬度地区会发生表面结冰现象。飞机表面结冰会严重影响飞行性能，甚至造成飞机失控等后果，因此需要对结冰探测系统进行设计并提高结冰探测器的精度。

现有的飞机结冰传感器主要采用光纤及气动原理进行结冰探测，在结构设计上存在一定的缺陷和问题，例如传统的气动式结冰信号传感器无法将结冰堵塞和灰尘等异物进行分辨，导致当灰尘堵塞进气孔发生气孔堵塞现象，结冰探测信号报警，造成传统的结冰信号传感器虚警率高。因此，迫切需要对其进行适应性改进，并提高结冰探测精度，需要设计发明一种可以在线监测飞机表面结冰情况及结冰厚度的装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种半导体压阻结冰探测器，结构简单、精度高，可靠性强，可用于飞机机翼结冰表面的结冰监测和预警，并通过标定计算得到结冰厚度，能够满足飞机飞行安全保障及飞行参考等工作的需要。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种半导体压阻结冰探测器，包括半导体固定架，所述半导体固定架用于与待测机翼的蒙皮固定连接，所述半导体固定架内部设有可沿其轴向上下滑动的半导体，所述半导体底端与位于蒙皮内部的绝缘球一端接触，绝缘球的另一端与压力传感器接触，压力传感器固定于位于蒙皮内部的顶针的尖端，所述顶针另一端通过弹簧与待测机翼连接。

进一步的，所述半导体形状为圆柱形，其侧圆周表面设有多个滑块，半导体的底部连接有半导体导线，所述半导体导线用于与外部系统形成闭合回路。

进一步的，所述半导体固定架为与半导体形状相匹配的圆柱型筒体结构，所述半导体固定接的内圆周表面上设有多个与所述滑块相匹配的滑槽，所述滑槽长度大于滑块长度，所述半导体固定架底端面设有开口，所述开口用于半导体底端与绝缘球接触。

进一步的，所述弹簧采用轻质弹簧。

进一步的，所述顶针包括圆柱段及圆锥段，所述压力传感器固定于圆锥段的尖端部位，所述圆柱段一端与圆锥段固定连接，另一端设有套轴段，所述套轴段的直径小于圆柱段直径，所述轻质弹簧套于套轴段上，轻质弹簧一端与圆柱段的端面连接，另一端与待测机翼的内部结构连接。

进一步的，所述圆柱段、圆锥段及套轴段内贯穿有通孔，所述通孔内设有与压力传感器连接的传感器导线。

本发明还公开了一种半导体压阻结冰探测器的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：飞机飞行前，对半导体压阻结冰探测器进行标定，设定半导体的回路中进行报警的电信号阙值。

步骤2：将多个半导体压阻结冰探测器安装在待测机翼上，飞机飞行时，对半导体连接回路中电流变化值及结冰厚度实时进行检测。

进一步的，所述步骤1中，对半导体压阻结冰探测器在冰风洞环境中进行标定。

进一步的，所述步骤2的具体工作方法为：飞机机翼表面结冰时，半导体在压力作用下发生阻值的变化，与半导体连接的回路中电流产生变化，根据采集的电流信号变化值实时计算结冰厚度，当电流变化值超过阙值时，进行报警。

进一步的，结冰厚度计算时，利用压力传感器检测得到的压力值来补偿外界因素导致的半导体阻值的变化。

本发明的有益效果：

1.本发明的半导体压阻结冰探测器，结构简单，利用半导体的压阻特性来测算飞机机翼表面的结冰厚度，克服了传统的飞机结冰传感器所存在的虚报率高的问题，可靠性高。

2.本发明的半导体压阻结冰探测器，利用压力传感器补偿外界因素导致的半导体阻值的变化，检测结果准确，精度高，满足了飞机飞行安全保障及飞行参考等工作的需要。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明结冰探测器与蒙皮装配示意图；

图2为本发明半导体结构示意图；

图3为本发明半导体固定架结构示意图；

图4为本发明顶针结构示意图；

图5为本发明使用状态示意图；

其中，1.半导体固定架，1-1.滑槽，1-2.开口，2.蒙皮，3.半导体，3-1.滑块，3-2.半导体导线，4.绝缘球，5.压力传感器，5-1.传感器导线，6.顶针，6-1.圆柱段，6-2.圆锥段，6-3.套轴段，6-4.通孔，7.弹簧。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有的飞机结冰传感器采用光纤及气动原理进行结冰探测，设计上存在一定的缺陷和问题，针对上述问题，本申请提出了一种半导体压阻结冰探测器。

本申请的一种典型实施方式中，如图1-5所示，一种半导体压阻结冰探测器，包括半导体固定架1，使用时，半导体固定架与待测机翼的蒙皮2通过铆钉固定连接，所述蒙皮上设有用于安装半导体压阻结冰探测器的安装孔，所述半导体固定架内部设有可沿其轴向上下滑动的半导体3，所述半导体底端与位于蒙皮安装孔内部的绝缘球4一端接触，绝缘球的另一端与压力传感器5接触，压力传感器固定于位于蒙皮安装孔内部的顶针6的尖端，所述顶针另一端通过弹簧7与待测机翼连接。

所述半导体3为圆柱型结构，所述半导体的外圆周表面上均匀的分布有多个滑块3-1，所述半导体的底部设有半导体导线3-2，所述半导体导线穿过蒙皮用于与外部系统的控制装置连接，形成闭合回路，半导体受压力时，沿滑槽运动，产生阻值变化，相应的闭合回路中电流信号变化传输给外部系统的控制装置。

所述半导体固定架1为与半导体形状相匹配的圆柱型筒体结构，其上端不密封，其内侧圆柱表面上设有多个与滑块相匹配的滑槽1-1，且滑槽的长度大于滑块的长度，安装时，半导体放置于半导体固定架内部，滑块嵌入安装入相应的滑槽中，半导体可沿半导体固定架的轴向方向上下滑动，所述半导体固定架的底端面设有圆形的开口1-2，所述圆形开口用于半导体底端面与绝缘球的接触。

所述绝缘球采用绝缘材质，可以防止半导体和压力传感器短路造成的测量误差。

所述顶针6包括一体式连接的圆柱段6-1及圆锥段6-2，所述圆锥段的尖端固定有压力传感器，所述压力传感器与绝缘球接触，绝缘球与顶针为近似的点接触，绝缘球与半导体底面为点接触，通过点接触，提高了半导体阻值的变化精度，所述圆柱段一端与圆锥段一体式连接，另一端一体式连接有套轴段6-3，所述套轴段的直径小于圆柱段的直径。所述套轴段上套有弹簧7，所述弹簧的一端与圆柱段的端面连接，另一端与机翼蒙皮内部的机翼内部结构连接，所述弹簧可以保证压力传感器与绝缘球接触，绝缘球与半导体底端面接触，所述圆柱段、圆锥段及套轴段设有贯穿整个顶针的通孔6-4，所述通孔内设有与压力传感器连接的传感器导线5-1，用于将压力传感器检测的压力信号传输给外部系统的控制装置。

所述的弹簧采用轻质弹簧，可以忽略轻质弹簧由于飞行加速度引起的压力传感器的变化，防止由于弹簧引入的测量误差。

本发明还公开了一种半导体压阻结冰探测器的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：飞行前将探测器在冰风洞环境下进行标定，设定报警时与半导体连接回路中电流变化信号的阙值。

步骤2：在飞机机翼上根据需要布置多个结冰探测器，飞机飞行时，即可对结冰情况进行实时监测。

所述步骤2中，结冰探测器的工作方法具体为：当机翼表面结冰时，机翼表面的冰层会对半导体产生竖向压力，半导体沿滑槽在半导体固定架内运动，半导体电阻会发生变化，与半导体连接的回路中的电流数据会产生变化，根据监测闭合回路中电流变化判断是否结冰，并计算结冰厚度，当电流变化值超过阙值时，发出报警信号，结冰厚度进行计算时，压力传感器还可以测量由于飞行加速度、飞机机体振动、风阻等外界因素导致的半导体所受压力的变化，对外界因素导致的半导体阻值变化进行补偿，提高了结冰厚度的计算精度。

本发明的结冰探测器结构简单，监测精度高，可靠性高，可用于飞机机翼表面的结冰监测和预警，并可以得到结冰厚度，能够满足飞机飞行安全保障及飞行参考等工作的需要。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。