ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СИГНАЛИЗАТОР ОБЛЕДЕНЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК G08B19/02 

Изобретение относится к устройствам противообледенительных систем, предназначенных для защиты летательных аппаратов от обледенения и предотвращения его катастрофических последствий.

Известные сигнализаторы (датчики) обледенения, которые применяются в противообледенительных системах, можно разделить на две группы - сигнализаторы косвенного и прямого действия.

Принципы работы сигнализаторов обледенения косвенного действия основаны на регистрации изменений электрофизических характеристик чувствительных элементов, входящих в их состав, которые возникают при наличии в окружающей атмосфере переохлажденных капель воды. К представителям таких устройств относятся, например, датчики, выпускаемые Казанским заводом «Электроприбор» ДО - 38, датчик, описанный в патенте US №7014357 В2 (2006 г.) и ряд других. Наряду с простотой реализации всем этим устройствам присущи общие недостатки - низкая достоверность точного определения факта начала и конца процесса обледенения, большое число ложных срабатываний.

Сигнализаторы прямого действия реагируют непосредственно на слой льда, образовавшийся на чувствительном элементе датчика, либо контрольной поверхности, которые находятся непосредственно в потоке охлажденного воздуха.

К известным устройствам этой группы относятся радиоизотопные сигнализаторы, которые регистрируют уменьшение β-излучения за счет экранирования источника излучения слоем льда. Ранее широко распространенные сигнализаторы этого типа сегодня, практически везде, сняты с эксплуатации вследствие очевидного недостатка - радиационного загрязнения окружающей среды.

Другими представителями сигнализаторов прямого действия являются вибрационные сигнализаторы, регистрирующие изменение частоты колебаний чувствительного элемента при увеличении его массы за счет нарастания на нем слоя льда. Устройства этого типа достаточно широко применяются в настоящее время (СО-121М, СО-121ВМ производства Арзамасского приборостроительного завода, СО-1М, DTL-2, DTL-4M производства АОКБ «Импульс» и др.). Недостатками этих сигнализаторов являются недостаточно высокая чувствительность, значительная масса и размеры, низкая помехозащищенность, большая инерционность.

Наиболее близким к задаче, решаемой настоящим изобретением, является сигнализатор обледенения, приведенный в патенте SU №743303 А1, кл. G08B 19/02. В этом устройстве для обнаружения и измерения толщины льда использованы источник излучения и фотоприемник, которые «... оптически сопряжены посредством расположенных под углом друг к другу передающего и приемного световодов, так что входной торец передающего световода лежит в плоскости излучения, выходной торец приемного световода лежит в плоскости приемника, а вторые торцы световодов скошены, расположены в плоскости обледенения и разделены диафрагмой». Это устройство выбрано нами в качестве прототипа.

К недостаткам прототипа, препятствующим его эффективному применению в качестве сигнализатора обледенения для летательных аппаратов, следует отнести большие потери полезного сигнала в оптической системе, недостаточную чувствительность устройства, его низкую помехоустойчивость, отсутствие защиты от воздействия внешних факторов.

Целью изобретения является повышение чувствительности сигнализатора обледенения, достижение высокого быстродействия, помехоустойчивости и защищенности от воздействия внешних факторов, достоверности определения фактов начала и окончания обледенения, возможность оценки интенсивности процесса обледенения.

Цель изобретения достигается тем, что предлагаемое устройство включает в себя модулятор, управляющий оптическим излучателем, который, в свою очередь, через передающий световод, поляризатор, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя, оптически прозрачный обтекатель фотоприемника с управляемым обогревом, анализатор и приемный световод оптически сопряжен с фотоприемником. Плоскость поляризации анализатора повернута на 90° относительно плоскости поляризации поляризатора. К выходу фотоприемника подключен вход блока обработки сигналов, а его выход соединен с входом устройства управления. Выход устройства управления подключен одновременно к входу индикатора наличия обледенения, управляющему входу обогреваемого обтекателя фотоприемника и входу устройства измерения интенсивности обледенения.

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже изображены модулятор 1, оптический излучатель 2, передающий световод 3, поляризатор 4, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя 5, оптически прозрачный обтекатель фотоприемника с управляемым обогревом 6, анализатор 7, приемный световод 8, фотоприемник 9, блок обработки сигналов 10, устройство управления 11, индикатор наличия обледенения 12, устройство измерения интенсивности обледенения 13.

Оптоэлектронный сигнализатор обледенения работает следующим образом.

Оптический излучатель 2 излучает световые импульсы с частотой модулятора 1. Оптический сигнал проходит через передающий световод 3, поляризатор 4, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя 5, оптически прозрачный обтекатель фотоприемника с управляемым обогревом 6, одновременно играющий роль контрольной поверхности для осаждения льда, и попадает на анализатор 7, плоскость поляризации которого повернута на 90° относительно плоскости поляризации поляризатора 4. Оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя 5 постоянно обогревается с помощью собственного обогревателя.

В случае отсутствия льда на поверхности оптически прозрачного обтекателя фотоприемника 6 излучение на выход анализатора 7 не проходит и оптический сигнал через приемный световод 8 на вход фотоприемника 9 не поступает. Соответственно, не формируется сигнал с блока обработки сигналов 10 в устройство управления 11, которое, в свою очередь, не выдает сигналов на индикатор наличия обледенения 12.

Если вследствие соответствующих условий окружающей среды на поверхности оптически прозрачного обтекателя фотоприемника 6 начнет формироваться пленка льда, то она вызовет изменение степени поляризации проходящего через нее излучения. В результате на выходе анализатора 7 появится излучение, которое через приемный световод 8 попадет на фотоприемник 9. С выхода фотоприемника 9 сигнал с излучателя, преобразованный в электрический сигнал, через блок обработки сигналов 10 поступит на устройство управления 11, которое сформирует сигнал управления на индикатор наличия обледенения 12, и одновременно на обогреватель оптически прозрачного обтекателя фотоприемника 6, включая его обогрев с целью сброса образовавшегося льда. После сброса льда деполяризующее воздействие последнего на излучение прекращается и сигнал на выходе анализатора 7 и соответственно устройства управления 11 пропадает, что приводит к выключению обогрева оптически прозрачного обтекателя фотоприемника 6.

Если условия окружающей среды не изменились и на контрольной поверхности оптически прозрачного обтекателя фотоприемника 6 вновь начнет формироваться лед, то вышеописанный процесс будет повторяться до тех пор, пока обледенение не прекратится.

Как показано на чертеже, сигнал о наличии обледенения с устройства управления 11 подается еще и на устройство измерения интенсивности обледенения 13, которая является важной информацией для пилотов летательных аппаратов при принятии решений.

Изобретение относится к устройствам противообледенительных систем, предназначенных для защиты летательных аппаратов от обледенения и предотвращения его катастрофических последствий. Технический результат - устройство позволяет с высокой точностью фиксировать моменты начала и окончания процесса обледенения и оценивать интенсивность этого процесса. Сигнализатор обледенения включает в себя модулятор, управляющий оптическим излучателем, который через передающий световод, поляризатор, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя, оптически прозрачный обтекатель фотоприемника с управляемым обогревом, анализатор и приемный световод оптически сопряжен с фотоприемником. Плоскость поляризации анализатора повернута на 90° относительно плоскости поляризации поляризатора. К выходу фотоприемника подключен вход блока обработки сигналов, а его выход соединен с входом устройства управления. Выход устройства управления подключен одновременно к входу индикатора наличия обледенения, входу управляемого обогревателя обтекателя фотоприемника и входу устройства измерения интенсивности обледенения. 1 ил.

Оптоэлектронный сигнализатор обледенения, состоящий из оптического излучателя, передающего и приемного световодов, фотоприемника, блока обработки сигналов и индикатора наличия обледенения, отличающийся тем, что в него введены: модулятор, который подключен к оптическому излучателю, оптически сопряженному через передающий световод, дополнительно введенные поляризатор, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя, оптически прозрачный обтекатель фотоприемника с управляемым обогревом, анализатор и приемный световод с фотоприемником, к выходу которого подключен блок обработки сигналов; устройство управления, вход которого соединен с выходом блока обработки сигналов, а выход одновременно с входом индикатора наличия обледенения, управляющим входом оптически прозрачного обтекателя фотоприемника с управляемым подогревом и входом устройства измерения интенсивности обледенения.