[发明专利]结冰检测的装置和方法

说明书

技术领域

通常，本发明涉及测量和光学器件。特别是，本发明涉及基于光学遥感的结冰检测。

背景技术

评估各种表面和相关元件的结冰条件的现代解决方案有很大不同，这取决于实施和相关使用场景。

当大气中的水滴在接触的物体上冻结时，大气结冰发生。例如，与飞机结合，冰会增加翼面失速的危险。因此，应该尽早且可靠地检测冰形成。例如，具有振荡（振动）感测元件的机电探针可设置在飞机的机头上，由此其上产生的冰导致取决于冰层厚度的振荡频率的变化。振荡频率被监视用于估计冰的量。

作为另一使用场景，风力场的风力涡轮机可被转子叶片上的冰严重影响。叶片会破裂，且生产效率会大大减小。涡轮机的整体磨损也可由于冰所造成的质量和空气动力不平衡和额外摩擦而增加。已经建议将上述振荡探针引入到风力涡轮机的吊舱（nacelle）内，所以已经使用要求添加特定传感器在转子叶片上的各种基于电容、阻抗和电感的探测器。此外，已经阐述了不同光学传感器根据例如关于来自表面的光反射的变化，监视传感器表面上积聚的冰。

然而，例如，振荡探针不可以适合所有使用场景，且至于所取得的检测响应，可变得太慢。本质上比较复杂，且要求与涡轮机吊舱集成。另一方面，基于电容/阻抗/电感的传感器可在第一次检测之后不可靠地运转，因为通过加热从传感器移除的冰例如可容易至少局部故障，由此随后的检测不准确。许多光学感测解决方案已经确认了类似缺陷。

总之，许多检测结冰的已知装置仍然遭受至少在某类型的操作条件下的可靠性问题。然而，这些装置的检测区域被限制，因为检测区域仅表示空间中的单个点或几个点，即传感器表面位置。在任何情况下，该装置仅能够检测已经形成的冰，这根据应用太晚了。

为了大体仅估计在大气中结冰潜在性，已经公开了一些解决方案，其中大部分解决方案利用多个或多或少直接可测量预后天气参数，如经由演绎逻辑组合的温度和湿度来预测结冰。甚至这些解决方案通常承担可与已经考虑的解决方案比较的许多弱点。

发明内容

目的是减轻一直结冰检测装置尚未解决的上文所述一个或多个问题，且提供用于检测大气结冰，如在云中结冰的可行解决方案。

该目的是通过根据本发明的装置和方法的实施方式实现。

因此，在本发明的一个方面，用于大气结冰条件检测的装置，如一个或多个器件包括

-激光雷达（光探测和测距）实体，如多普勒激光雷达实体，其经配置任选地在一些方向发射电磁辐射到大气且接收从大气中存在的浮质，如云后向散射的辐射，和

-数据处理实体，其经配置根据相对于一些距离，如来自诸如激光雷达位置的预定基本水平的高度的所接收后向散射信号，获取至少一个信号强度指示，如（CNR（载波噪声比）或其他指示参数，

其经进一步配置比较至少一个信号强度指示与至少一个预定参考，以便获取在所述一些距离处存在云的可能性的指示，和

其经配置确定基于所述比较在所述一些距离处的结冰潜在性指示和在所述一些距离处的温度指示。

在一个实施方式中，激光雷达包括多普勒外差（相干）激光雷达。激光雷达可为脉冲激光雷达或连续波激光雷达。激光雷达可利用在紫外、可见或近红外范围内的波长。可替换地，可利用非相干激光雷达。激光雷达可被另外配置测量风速。

在另一实施方式中，数据处理实体被配置当信号强度指示，如数值基本对应参考时获取一定距离云潜在存在的指示。可替换地，当信号强度的指示基本不同于参考时，可获取肯定指示。在数值表示的情况下，基本较大或较小值、或在多个指示或多值指示情况下的多个值可暗示此类实质差异映射到云存在的可能性的肯定指示。云存在的可能性的指示可为下文进一步详细考虑的布尔（0/1）类型或更复杂指示（例如，概率）。

在进一步实施方式中，该装置被配置特征化在一些距离处的结冰潜在性。例如，该特征化可包括参数的指示，如平均液滴尺寸和/或液态水含量。

仍然在进一步实施方式中，该装置被配置确定在一些距离处的降水（precipitation）条件指示。该指示可被应用于确定结冰潜在性和/或结冰特征。