一种基于光纤的结冰传感器的制作方法

1.本发明属于飞机防除冰技术领域，涉及一种基于光纤的结冰传感器。


背景技术：

2.结冰传感器作为飞机在结冰气象条件下飞行时，用于检测飞机表面是否存在结冰的专用检测设备。结冰传感技术已在许多领域成功应用，目前结冰探测技术大多数是基于平膜式和谐振式的原理设计而成，平膜式和谐振式结冰传感器为保证探测结冰的准确性，探头大多都是凸出机体蒙皮表面60mm以上。上述传感器的使用存在下述缺点：上述探头容易因温度变化而影响测量精度，而为了消除温度对测量精度影响，需要进行较为复杂的运算以进行精度补偿，运算复杂度高；此外，由于探头过于凸出机体蒙皮表面，破坏了飞机的隐身性能和气动性能，上述传感器已经逐渐不能适应新一代飞机设计的要求。


技术实现要素：

3.本发明的目的是：提供了一种基于光纤的结冰传感器。本发明能够有效简化数据处理复杂度，提高测量精度，确保飞机的隐身、气动性能，具有制作简单和可靠性强的特点。
4.本发明的技术方案是：一种基于光纤的结冰传感器，包括光源，光源前方叠放有传感光纤和参考光纤，参考光纤前方设有遮光板；所述的传感光纤和参考光纤后端分别连接有传感光纤光电转换器和参考光纤光电转换器，传感光纤光电转换器和参考光纤光电转换器均与信号处理模块连接。
5.前述的基于光纤的结冰传感器中，所述的参考光纤叠放于传感光纤下方。
6.前述的基于光纤的结冰传感器中，所述的信号处理模块与电源模块连接。
7.前述的基于光纤的结冰传感器中，所述的传感光纤和参考光纤均为聚合物光纤。
8.前述的基于光纤的结冰传感器中，所述的传感光纤和参考光纤相互平行。
9.前述的基于光纤的结冰传感器中，所述的结冰传感器通过透明材料封装。
10.前述的基于光纤的结冰传感器中，所述的透明材料为聚合物材料。
11.前述的基于光纤的结冰传感器中，所述的信号处理模块的型号为7f2227a，传感光纤光电转换器的型号为ma50，参考光纤光电转换器型号为ma50。
12.前述的基于光纤的结冰传感器中，所述的电源模块型号为zhdc5d05/2w。
13.本发明的优点是：本发明在光源前方叠放传感光纤和参考光纤，并在参考光纤前方设置遮光板；未结冰时，光源发射到传感光纤的光直接被传输到外界，发射到参考光纤的光被遮光板吸收，传感光纤光电转换器和参考光纤光电转换器均仅接收到环境光的光信号，光信号经光电转换后被传输到信号处理模块中进行差值运算，运算结果为0；结冰时，光源发射到传感光纤的光被冰层反射，发射到参考光纤的光依旧被遮光板吸收；此时二者的光信号光电转换后的差值运算的运算结果与预先标定的差值—冰厚关系信息比对，即能测得冰层厚度；通过设置参考光纤，能够消除环境中的光强变化影响，再通过传感光纤上光强变化，测得冰层厚度变化；由于参考和传感光纤在温度变化时，伸缩量相同，因此通过差值
运算，能够有效消除温度变化带来的精度影响，极大简化了数据处理的复杂度。由上述可知，本发明能够降低结冰传感器数据运算的复杂度，提高测量精度。
14.本发明的传感光纤和参考光纤均使用了聚合物光纤。相对于传统的石英光纤而言，聚合物光纤优异的延展性能，极大提高了结冰传感器的可塑性，使得结冰传感器能够紧密贴合在飞机蒙皮上，有效避免了因传感器过于凸出飞机表面而造成的飞机隐身性能和气动性能的破坏。
15.本发明为了优化结冰传感器结构设计，使用了透明的聚合物材料作为传感器的封装材料；该结构，能够确保传感和参考光纤所处环境光一致，避免环境光偏差带来的测量误差。该封装材料与光纤同为聚合物材料，使得光纤与封装材料的相容性好，避免封装时产生空隙及应力集中等缺陷，封装工艺简单，可靠性强。此外，使用该封装材料能够进一步提升结冰传感器的延展性能。通过上述对结冰传感器的结构优化设计，使得本发明的结冰传感器装于飞机上后，其仅凸出飞机蒙皮约10mm；有效满足了飞机的隐身性能和气动性能的设计要求。
16.综上所述，本发明能够有效简化数据处理复杂度，提高测量精度，确保飞机的隐身、气动性能，具有制作简单和可靠性强的特点。
附图说明
17.图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
19.实施例1。一种基于光纤的结冰传感器，构成如图1所示，包括光源，光源前方叠放有传感光纤和参考光纤，参考光纤前方设有遮光板；所述的传感光纤和参考光纤后端分别连接有传感光纤光电转换器和参考光纤光电转换器，传感光纤光电转换器和参考光纤光电转换器均与信号处理模块连接。
20.所述的基于光纤的结冰传感器的检测方法如下：
21.未结冰时，光源发射到传感光纤的光直接被传输到外界，发射到参考光纤的光被遮光板吸收，传感光纤和参考光纤仅接收环境光，接收到的环境光分别经传感光纤光电转换器和参考光纤光电转换器转换为传感电信号和参考电信号，传感电信号和参考电信号被输入到信号处理模块中进行差值运算，运算结果为0；
22.结冰时，光源发射的光部分被冰层反射回传感光纤，传感光纤接收到反射光和环境光，参考光纤因遮光板遮挡仅接收到环境光，传感光纤和参考光纤接收的光在相应光电转换器转换为电信号后，进入信号处理模块进行差值运算，信号处理模块再将运算结果与预先标定的差值—冰厚关系信息比对，测得冰层厚度。
23.前述的参考光纤叠放于传感光纤下方。发明人研究发现：飞机迎风飞时，水汽上扬，更容易在蒙皮表面偏上的部位结冰；根据该研究，将传感光纤置于上方更容易接收冰层的反射光，提升测量精度及灵敏度。
24.前述的信号处理模块与电源模块连接。
25.前述的传感光纤和参考光纤均为聚合物光纤。基于聚合物光优异的纤延展性能，使得制作的传感器更容易贴合于蒙皮表面，更易满足气动、隐身性能。
26.前述的传感光纤和参考光纤相互平行。由于传感光纤和参考光纤中的差值运算，其根本属于单因素比对；因此设计中尽可能避免引入其他影响因素；传感光纤和参考光纤相互平行的设置，能够避免引入诸如二者角度变化之类的其他影响因素，提高检测精度。
27.前述的结冰传感器通过透明材料封装。该封装工艺简单，且传感和参考光纤所处环境光一致，避免环境光偏差带来的测量误差。
28.前述的透明材料为聚合物材料。该结构延展性好，且与聚合物光纤同为聚合物相容性较好，避免生产时产生空隙及应力集中等缺陷，提升使用中的可靠性，降低生产难度。
29.前述的信号处理模块的型号为7f2227a，传感光纤光电转换器的型号为ma50，参考光纤光电转换器型号为ma50。
30.前述的电源模块型号为zhdc5d05/2w。