[发明专利]一种过冷大水滴结冰探头及探测器

权利要求书

1.一种过冷大水滴结冰探头，其特征在于，包括：探头本体和过冷水相态感知膜；

所述探头本体为回转体结构，并沿来流方向依次设有前端迎风锥面（101）、中段锥面（102）、后端迎风锥面（103）和尾端锥面（104）；前端迎风锥面（101）与中段锥面（102）底面相接，中段锥面（102）与后端迎风锥面（103）顶端相接，后端迎风锥面（103）与尾端锥面（104）底面相接；所述前端迎风锥面（101）与中段锥面（102）的底面直径小于后端迎风锥面（103）与尾端锥面（104）的底面直径；所述过冷水相态感知膜分别安装于所述前端迎风锥面（101）、中段锥面（102）和后端迎风锥面（103）的外表面；

当过冷大水滴撞击所述前端迎风锥面（101）后产生破碎、溢流现象，一部分过冷大水滴从所述前端迎风锥面（101）溢流并受气流影响在所述中段锥面（102）区域停驻、结冰，另一部分过冷大水滴直接撞击到所述后端迎风锥面（103）并结冰；依据德拜弛豫理论并基于冰与水的弛豫极化现象差异性；所述过冷水相态感知膜的电极以正交网格形式排布，每两根平面铜箔电极为一组，通过频率扫描及电极遍历的模式采集探头表面所有电极组的阻抗特性，通过计算不同频率处等效电容及等效电导、复阻抗方差、复阻抗均值、等效电容的相对离散指标，进而获取结冰速率、结冰面积及水滴溢流距离的动态特征，通过水滴类型映射模型进行水滴类型识别，通过获取所述过冷水相态感知膜探测得到的过冷水和冰层的瞬态分布信息，实现对过冷水大水滴结冰探测。

2.根据权利要求1所述的一种过冷大水滴结冰探头，其特征在于，所述前端迎风锥面（101）、中段锥面（102）、后端迎风锥面（103）和尾端锥面（104）均设有用于安装所述过冷水相态感知膜的凹槽，且所述凹槽的深度保证所述过冷水相态感知膜在所述凹槽内并与所述探头本体外表面平齐。

3.根据权利要求2所述的一种过冷大水滴结冰探头，其特征在于，所述过冷水相态感知膜为平面扇环形状，用于完整贴合所述探头本体的凹槽位置。

4.根据权利要求3所述的一种过冷大水滴结冰探头，其特征在于，所述过冷水相态感知膜包括前端感知膜（201）、中段感知膜（202）和后端感知膜（203），所述前端感知膜（201）设置于所述前端迎风锥面（101），所述中段感知膜（202）设置于所述中段锥面（102），所述后端感知膜（203）设置于所述后端迎风锥面（103）；

所述前端感知膜（201）、中段感知膜（202）和后端感知膜（203）的线缆由预留于所述探头本体的线孔引至探头本体内部并汇集，再通过出线孔引至所述探头本体外部。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种过冷大水滴结冰探头，其特征在于，所述过冷水相态感知膜的电极排布方式包括正交网格形式或双电极测点阵列形式。

6.一种过冷大水滴结冰探测器，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的过冷大水滴结冰探头，还包括：

数据处理系统，用于获取过冷水相态感知膜探测得到的过冷水和冰层的瞬态分布信息，并在时域中将瞬态分布信息数据串联，推算出描述溢流及冻结现象的过程信息；并根据所述过程信息提取动态过程数据中的核心特征量，依据所述核心特征量训练水滴类型映射模型，最终实现过冷大水滴的结冰探测。

7.根据权利要求6所述的一种过冷大水滴结冰探测器，其特征在于，所述数据处理系统根据所述过程信息提取动态过程数据中的核心特征量具体包括：在所提取的相变时间、结冰速率、结冰面积、水滴溢流距离参数中，依据皮尔森相关性分析方法判断各个参数与水滴中位体积直径的关联程度，筛选并构建核心特征量。

8.根据权利要求7所述的一种过冷大水滴结冰探测器，其特征在于，所述数据处理系统依据所述核心特征量训练水滴类型映射模型具体包括：使用所述核心特征量结合过冷水滴类型标签，对水滴类型映射模型进行训练，直至水滴类型映射模型对水滴类型的识别正确率高于99%。