專(zhuān)利名稱(chēng)：光纖式結(jié)冰傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電傳感器，具體涉及一種光纖式結(jié)冰傳感器，用于對(duì)物體表面結(jié)冰狀況進(jìn)行檢測(cè)。
背景技術(shù)：
目前用于飛機(jī)結(jié)冰探測(cè)的結(jié)冰傳感器有許多不足放射線式對(duì)人體身體健康有害；電導(dǎo)率式可靠性較差；差壓式體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而且這幾種結(jié)冰傳感器均不能給出關(guān)于結(jié)冰嚴(yán)重程度的定量信息。最近出現(xiàn)的磁致伸縮振動(dòng)筒式和壓電諧振膜片式結(jié)冰傳感器，能夠給出一定冰厚范圍內(nèi)結(jié)冰嚴(yán)重程度的定量信息，但磁致伸縮振動(dòng)筒式結(jié)冰傳感器體積和重量較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，只能安裝于機(jī)身部分，不能齊平保形安裝于飛機(jī)的某些部位，如機(jī)翼前緣，且最小檢出限還不盡人意(國(guó)外0.254mm，國(guó)內(nèi)約為0.300mm)。壓電諧振膜片式結(jié)冰傳感器雖然體積、重量較小，能齊平保形安裝于機(jī)上曲面部位，最小檢出限性能達(dá)0.10mm左右，比磁致伸縮振動(dòng)筒式良好，但對(duì)敏感材料要求較嚴(yán)，生產(chǎn)成本較高，信號(hào)處理比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光纖式結(jié)冰傳感器，目的在于能更微型化，重量更輕，靈敏度和最小檢出下限性能更好，同時(shí)不需敏感材料，生產(chǎn)成本較低，信號(hào)處理比較簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的一種光纖式結(jié)冰傳感器，包括發(fā)射光纖束和接收光纖束，其特征在于所述發(fā)射光纖束和接收光纖束端部并成集中光纖束，集中光纖束的端面構(gòu)成探測(cè)頭端面；發(fā)射光纖束另一端裝有發(fā)射電路，接收光纖束另一端裝有信號(hào)檢測(cè)電路，信號(hào)檢測(cè)電路由光電二極管和前置放大電路串聯(lián)組成。
所述的光纖式結(jié)冰傳感器，其特征在于發(fā)射光纖束和接收光纖束在集中光纖束的端面分布形式為隨機(jī)均勻分布、同心圓分布或者半圓分布。
所述的光纖式結(jié)冰傳感器，其特征在于所述探測(cè)頭端面的外形為螺紋結(jié)構(gòu)；所述發(fā)射光纖束和接收光纖束端部裝有帶螺紋結(jié)構(gòu)的連接頭，用于分別連接發(fā)射電路及信號(hào)檢測(cè)電路。
發(fā)射光纖束和接收光纖束端部合并形成Y型傳導(dǎo)光纖束，構(gòu)成本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，集中光纖束的端面構(gòu)成探測(cè)頭端面，旋入被測(cè)物體表面。當(dāng)被測(cè)物體表面無(wú)結(jié)冰發(fā)生時(shí)，發(fā)光器件的發(fā)射光沿發(fā)射光纖束、集中光纖束傳輸并通過(guò)探測(cè)頭端面射入空氣，光電二極管探測(cè)不到任何發(fā)射光。當(dāng)被測(cè)物體表面有冰結(jié)成時(shí)，發(fā)射光在冰層內(nèi)產(chǎn)生反射光、散射光以及發(fā)射光的透射、吸收等現(xiàn)象，其中的冰層—空氣界面的反射光以及在冰層內(nèi)的部分散射光經(jīng)過(guò)探測(cè)頭端面進(jìn)入接收光纖束，信號(hào)檢測(cè)電路中光電二極管將接收光纖束所獲得的光能量轉(zhuǎn)換成電流，并經(jīng)前置放大電路轉(zhuǎn)換放大為電壓信號(hào)。在一定冰厚范圍內(nèi)，此電壓信號(hào)的大小為與冰厚呈良好的單值函數(shù)關(guān)系，故獲取了電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)對(duì)冰層厚度的檢測(cè)。
本發(fā)明尺寸小，重量輕，可多點(diǎn)分布，電磁兼容性較好，無(wú)可動(dòng)附件，可靠性高，信號(hào)處理簡(jiǎn)單；適用于對(duì)物體表面結(jié)冰狀況進(jìn)行檢測(cè)。


圖1為本發(fā)明的原理圖；
圖2為本發(fā)明的電路部分原理圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的構(gòu)造圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的端面結(jié)構(gòu)俯視圖，發(fā)射光纖束和接收光纖束在集中光纖束的端面同心圓分布；圖5為發(fā)射光纖束和接收光纖束在集中光纖束的端面隨機(jī)均勻分布的實(shí)施狀態(tài)；圖6為發(fā)射光纖束和接收光纖束在集中光纖束的端面半圓分布的實(shí)施狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合圖1至圖4對(duì)本發(fā)明具體說(shuō)明。
在圖1中，發(fā)射光纖束7和接收光纖束4端部并成集中光纖束8，其端面構(gòu)成探測(cè)頭端面3，其外形結(jié)構(gòu)為一金屬螺紋，便于旋入被測(cè)物體表面2達(dá)到齊平安裝目的。發(fā)射電路中發(fā)光器件6工作波長(zhǎng)為近紅外，以消除背景光中的可見(jiàn)光對(duì)檢測(cè)電路的干擾。當(dāng)被測(cè)物體表面2無(wú)結(jié)冰發(fā)生時(shí)，發(fā)光器件6的發(fā)射光沿發(fā)射光纖束7、集中光纖束8傳輸并通過(guò)探測(cè)頭端面3射入空氣，光電二極管5探測(cè)不到任何發(fā)射光。當(dāng)被測(cè)物體表面2有冰結(jié)成時(shí)，發(fā)射光在冰層1內(nèi)產(chǎn)生如圖中RL所示的反射光，和如圖中SL所示的散射光，以及發(fā)射光的透射、吸收等現(xiàn)象，其中的冰層—空氣界面的反射光以及在冰層內(nèi)的部分散射光經(jīng)過(guò)探測(cè)頭端面3進(jìn)入接收光纖束4，信號(hào)檢測(cè)電路中光電二極管5將接收光纖束4所獲得的光能量轉(zhuǎn)換成電流，并經(jīng)前置放大電路轉(zhuǎn)換放大為電壓信號(hào)。
在圖2中，包括光電二極管5的光電檢測(cè)電路，實(shí)際上是一個(gè)將光轉(zhuǎn)換成電流再轉(zhuǎn)換成電壓的變換器。光電二極管5將接收光纖束4所獲得的光能量轉(zhuǎn)換成電流，并經(jīng)前置放大電路轉(zhuǎn)換放大為電壓信號(hào)Vo。
圖3和圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖3中，發(fā)射光纖束護(hù)套9，連接頭10的螺紋公稱(chēng)直徑為4mm；該實(shí)施例探測(cè)頭端面3光纖束分布采用在端面護(hù)套11內(nèi)發(fā)射光纖束7位于軸心、接收光纖束4與其成同軸同心圓排列，端面護(hù)套11的螺紋公稱(chēng)直徑為10mm。利用其調(diào)制特性曲線的前坡進(jìn)行測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)較高的靈敏度并且便于信號(hào)處理，此外，同軸排列制作方便，且結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，紋理方向和被測(cè)面傾斜對(duì)其影響較小。
發(fā)射光纖束7和接收光纖束4在探頭端面3的分布形式還可以為如圖5所示的隨機(jī)均勻分布或者如圖6所示的半圓分布。具體的分布形式要綜合考慮冰厚測(cè)量量程、傳感器靈敏度以及組合光纖束的尺寸限制等因素來(lái)確定。圖4、5、6中，截面上斜線向左傾斜的表示發(fā)射光纖束7；截面上斜線向右傾斜的表示接收光纖束4。
權(quán)利要求
1.一種光纖式結(jié)冰傳感器，包括發(fā)射光纖束和接收光纖束，其特征在于所述發(fā)射光纖束和接收光纖束端部并成集中光纖束，集中光纖束的端面構(gòu)成探測(cè)頭端面；發(fā)射光纖束另一端裝有發(fā)射電路，接收光纖束另一端裝有信號(hào)檢測(cè)電路，信號(hào)檢測(cè)電路由光電二極管和前置放大電路串聯(lián)組成。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖式結(jié)冰傳感器，其特征在于發(fā)射光纖束和接收光纖束在集中光纖束的端面分布形式為隨機(jī)均勻分布、同心圓分布或者半圓分布。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光纖式結(jié)冰傳感器，其特征在于所述探測(cè)頭端面的外形為螺紋結(jié)構(gòu)；所述發(fā)射光纖束和接收光纖束端部裝有帶螺紋結(jié)構(gòu)的連接頭，用于分別連接發(fā)射電路及信號(hào)檢測(cè)電路。
全文摘要
光纖式結(jié)冰傳感器，屬于光電傳感器，用于對(duì)物體表面結(jié)冰狀況進(jìn)行檢測(cè)，目的在于能更微型化，重量更輕，靈敏度和最小檢出下限性能更好，同時(shí)不需敏感材料，生產(chǎn)成本較低，信號(hào)處理比較簡(jiǎn)單。本發(fā)明發(fā)射光纖束和接收光纖束端部并成集中光纖束，集中光纖束的端面構(gòu)成探測(cè)頭端面；發(fā)射光纖束另一端裝有發(fā)射電路，接收光纖束另一端裝有信號(hào)檢測(cè)電路，信號(hào)檢測(cè)電路由光電二極管和前置放大電路串聯(lián)組成。本發(fā)明尺寸小，重量輕，可多點(diǎn)分布，電磁兼容性較好，無(wú)可動(dòng)附件，可靠性高，信號(hào)處理簡(jiǎn)單；適用于對(duì)物體表面結(jié)冰狀況進(jìn)行檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01D5/353GK101038183SQ20071005193
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
發(fā)明者葉林, 張 杰, 張洪, 李薇 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)