結(jié)冰傳感器原理

日期：2025-05-01 21:45

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摘要：結(jié)冰傳感器原理結(jié)冰傳感器的分類方法很多。根據(jù)檢測(cè)機(jī)理可將結(jié)冰傳感器分為：光學(xué)式、電學(xué)式、機(jī)械式等。光學(xué)式根據(jù)冰、水與空氣的光學(xué)性質(zhì)的不同檢測(cè)結(jié)冰。例如：一種典型的光學(xué)式結(jié)冰傳感器為光纖式結(jié)冰傳感器，是用兩根同心結(jié)構(gòu)的光纖，中心圓形為發(fā)射光纖，可以發(fā)出紅外光；外圍圓環(huán)形為接收光纖，可以接受和檢測(cè)散射和反射回來(lái)的紅外光。光纖探頭端面是一個(gè)平面玻璃，玻璃上沒(méi)有結(jié)冰時(shí)，發(fā)射光纖發(fā)射的紅外光全部透光玻璃端面進(jìn)入空氣，接收光纖接收不到任何紅外光；當(dāng)玻璃端面上有結(jié)冰時(shí)，發(fā)射光纖發(fā)出的部...

結(jié)冰傳感器原理

結(jié)冰傳感器原理的分類方法很多。根據(jù)檢測(cè)機(jī)理可將結(jié)冰傳感器分為：光學(xué)式、電學(xué)式、機(jī)械式等。光學(xué)式根據(jù)冰、水與空氣的光學(xué)性質(zhì)的不同檢測(cè)結(jié)冰。

例如：一種典型的光學(xué)式結(jié)冰傳感器為光纖式結(jié)冰傳感器原理，是用兩根同心結(jié)構(gòu)的光纖，中心圓形為發(fā)射光纖，可以發(fā)出紅外光；外圍圓環(huán)形為接收光纖，可以接受和檢測(cè)散射和反射回來(lái)的紅外光。光纖探頭端面是一個(gè)平面玻璃，玻璃上沒(méi)有結(jié)冰時(shí)，發(fā)射光纖發(fā)射的紅外光全部透光玻璃端面進(jìn)入空氣，接收光纖接收不到任何紅外光；當(dāng)玻璃端面上有結(jié)冰時(shí)，發(fā)射光纖發(fā)出的部分紅外光由于被冰層散射和反射而被接收光纖接受。通過(guò)檢測(cè)接收光纖接收到的紅外光的強(qiáng)弱，達(dá)到檢測(cè)結(jié)冰的目的，如左圖所示。

電學(xué)式結(jié)冰傳感器原理是根據(jù)冰、空氣和水電學(xué)性質(zhì)的不同來(lái)檢測(cè)結(jié)冰。

例如：一種典型的電學(xué)式結(jié)冰傳感器為電容式結(jié)冰傳感器。電容式結(jié)冰傳感器原理基于冰、空氣和水介電常數(shù)的不同來(lái)判斷電極之間的介質(zhì)是冰、空氣還是水。將多組電極對(duì)等距排列，每個(gè)電極對(duì)*為一個(gè)結(jié)冰檢測(cè)刻度，總的結(jié)冰厚度就等于相鄰電極對(duì)的距離和介質(zhì)是冰的電極對(duì)的個(gè)數(shù)的乘積。左圖中是公開(kāi)號(hào)為101285673A的中國(guó)**公布的一種電容比值式結(jié)冰傳感器。圖中：1-矩形金屬屏蔽保護(hù)外殼；2-單片機(jī)；3-雙路電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器；4-基準(zhǔn)平行板電容器；5-檢測(cè)平行板電容器組；6-雙路可編程控制的刻度選通電路；絕緣保溫密封填充材料，8-接線插座。其中基準(zhǔn)平行板電容器電極之間沒(méi)有結(jié)冰。檢測(cè)平行板電容器的電極極板之間的介質(zhì)可能是冰，可能是空氣。當(dāng)檢測(cè)電容極板間是空氣時(shí)，檢測(cè)電容和基準(zhǔn)電容的電容值之比為1；當(dāng)檢測(cè)電容極板間介質(zhì)是冰時(shí)，檢測(cè)電容和基準(zhǔn)電容的電容值之比大于等于2。這樣就可以判斷任意一個(gè)檢測(cè)電容極板之間的介質(zhì)是冰還是空氣。檢測(cè)電容組豎直等距排列，檢測(cè)結(jié)冰的厚度就等于相鄰檢測(cè)電容的豎直間距與介質(zhì)是冰的檢測(cè)電容的個(gè)數(shù)的乘積。

機(jī)械式結(jié)冰傳感器是根據(jù)冰的機(jī)械特性檢測(cè)結(jié)冰。

一種比較典型的機(jī)械式結(jié)冰傳感器是基于壓電效應(yīng)的平膜式結(jié)冰傳感器。檢測(cè)原理是：平膜上有結(jié)冰時(shí)，結(jié)冰增大了平膜的剛度，使平膜的諧振頻率增大。通過(guò)壓電陶瓷的壓電效應(yīng)驅(qū)動(dòng)平膜振動(dòng)在其諧振頻率上，通過(guò)壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其諧振頻率。

需要注意的是，并非所有的電容式結(jié)冰傳感器都是屬于電學(xué)式的，有的是屬于機(jī)械式的。

例如：美國(guó)NASA曾提出過(guò)一種微加工工藝制作的電容式結(jié)冰傳感器，敏感結(jié)構(gòu)是一個(gè)7微米厚度薄膜，整個(gè)薄膜為擴(kuò)散硅層，作為電容的公共電極。用靜電鍵合工藝將薄膜和一個(gè)有HF腐蝕的凹槽的pyrex玻璃鍵合到一起，將凹槽封閉為電容間隙。凹槽里有兩個(gè)同心的方形電極，中心正方形的為驅(qū)動(dòng)電極，外圍回字形的為檢測(cè)電極。驅(qū)動(dòng)電極和公共電極之間加靜電，平膜變形。檢測(cè)電極和公共電極之間的電容稱為檢測(cè)電容。平膜上有結(jié)冰時(shí)，結(jié)冰增大了平膜剛度，使平膜變形量減小，檢測(cè)電容兩電極之間的距離增大，檢測(cè)電容減小。通過(guò)檢測(cè)電容的減小量來(lái)確定結(jié)冰厚度。

根據(jù)結(jié)冰傳感器的安裝方式，可將結(jié)冰傳感器分為扁平安裝結(jié)冰傳感器和非扁平安裝結(jié)冰傳感器。扁平安裝就是結(jié)冰傳感器安裝到被測(cè)物表面后，結(jié)冰檢測(cè)面和物體表面平齊，這樣傳感器表面和物體表面的環(huán)境因素相同，可以更準(zhǔn)確地感知物體表面結(jié)冰情況。非扁平安裝結(jié)冰傳感器安裝后檢測(cè)面和物體表面不平齊，表現(xiàn)為一個(gè)突出物。顯然突出物表面與物體表面會(huì)有很大差異，如物體表面的層流流體到突出物處就有可能形成局部湍流。結(jié)冰傳感器和被測(cè)物體表面環(huán)境因素不同，會(huì)造成結(jié)冰情況的不同，結(jié)冰傳感器檢測(cè)到的結(jié)冰就有可能不由物體表面一致。

結(jié)冰傳感器的分類方法還有很多，這里就不再一一列舉。