[发明专利]一种探除冰装置及方法

说明书

本发明公开了一种探除冰装置及方法，属于防除冰领域，装置包括：探除冰薄膜，粘附在目标结构体表面，包括复阻抗传感器和除冰单元，复阻抗传感器与探除冰薄膜表面的冰层或水膜组成待测区域；复阻抗测量模块，连接复阻抗传感器，用于采样并测量待测区域在预设测量频段内的复阻抗数据；控制模块，连接复阻抗测量模块，用于根据复阻抗数据计算低频段内的阻抗模、以及预设测量频段内待测区域等效电容的相对离散指标；依据阻抗模、相对离散指标与相应的阈值之间的大小关系判断目标结构体表面的状态，并在状态为结冰状态时控制除冰单元除冰。基于复阻抗探测结构体表面的结冰情况，适用于各种尤其是气流速度较高场合的防除冰。

技术领域

本发明属于防除冰领域，更具体地，涉及一种探除冰装置及方法。

背景技术

结构体结冰在自然条件下几乎不可避免，尤其对于风力机、飞机、动车组、户外通讯设备等装备、设施而言。表面结冰将导致性能衰减、经济效益下降、甚至安全隐患等问题。因此，为提高相关设备及设施的运营效率以及安全性，防除冰系统的重要性逐渐凸显。

现有防除冰系统形式多样，通常采用压电测冰法探测防除冰区域的结冰情况。压电测冰法即通过检测防除冰薄膜的振动频率来判断结构体表面是否结冰。然而，对于飞机、风力机等气流速度较高的场合，无法准确测量防除冰薄膜的振动频率，限制了防除冰薄膜的压电测冰法在气流速度较高场合中的应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种探除冰装置及方法，其目的在于基于复阻抗探测结构体表面的结冰情况，使其可用于气流速度较高场合的防除冰。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种探除冰装置，包括：探除冰薄膜，粘附在目标结构体表面，包括复阻抗传感器和除冰单元，所述复阻抗传感器与所述探除冰薄膜表面的冰层或水膜组成待测区域；复阻抗测量模块，连接所述复阻抗传感器，用于采样并测量所述待测区域在预设测量频段内的复阻抗数据；控制模块，连接所述复阻抗测量模块，用于根据所述复阻抗数据计算低频段内的阻抗模、以及所述预设测量频段内所述待测区域等效电容的相对离散指标；依据所述阻抗模、相对离散指标与相应的阈值之间的大小关系判断所述目标结构体表面的状态，并在所述状态为结冰状态时控制所述除冰单元除冰。

更进一步地，所述除冰单元为电加热除冰单元；所述探除冰薄膜还包括感温单元，用于测量所述探除冰薄膜的温度；所述控制模块用于根据所述温度与温度阈值之间的大小关系以及所述状态控制所述电加热除冰单元。

更进一步地，所述感温单元包括多个感温电阻片，当所述多个感温电阻片测得温度的均值小于温度均值阈值、每一感温电阻片测得温度小于所述温度阈值且所述状态为结冰状态时，所述控制模块用于控制所述除冰单元除冰。

更进一步地，所述控制模块还用于根据所述感温单元在当前多个测温周期内测得的温度，预测所述探除冰薄膜在未来多个测温周期内的温度，并在预测得到的温度与冰点之间的差值小于差值阈值且所述状态为湿润状态时控制所述除冰单元除冰。

更进一步地，所述探除冰薄膜包括依次设置的柔性粘接覆膜层、探除冰功能层和柔性疏水覆膜层；所述柔性粘接覆膜层用于将所述探除冰薄膜粘附在所述目标结构体表面；所述探除冰功能层包括所述复阻抗传感器和除冰单元；所述柔性疏水覆膜层表面形成有仿生乳突结构，用于延缓所述目标结构体表面结冰。

更进一步地，所述探除冰薄膜还包括电加热电极和多个分布在所述电加热电极周围的复阻抗测量电极；所述复阻抗测量模块还包括多路选择器，用于依次接通所述复阻抗测量电极中的一个；所述控制模块还包括电控开关，用于将所述电加热电极连接至所述复阻抗测量模块，使得所述电加热电极与接通的复阻抗测量电极形成为所述复阻抗传感器；所述电控开关还用于断开所述电加热电极与复阻抗测量模块之间的连接，使得所述电加热电极作为所述除冰单元用于除冰。

更进一步地，所述相对离散指标为：