[go: up one dir, main page]

RU2323131C1 - Method and device for detection of icing - Google Patents

Method and device for detection of icing Download PDF

Info

Publication number
RU2323131C1
RU2323131C1 RU2006124145/11A RU2006124145A RU2323131C1 RU 2323131 C1 RU2323131 C1 RU 2323131C1 RU 2006124145/11 A RU2006124145/11 A RU 2006124145/11A RU 2006124145 A RU2006124145 A RU 2006124145A RU 2323131 C1 RU2323131 C1 RU 2323131C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
icing
output
frequency
signal
sensor
Prior art date
Application number
RU2006124145/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Михайлович Павельев (RU)
Александр Михайлович Павельев
Юрий Константинович Исаев (RU)
Юрий Константинович Исаев
Иван Владимирович Хавронин (RU)
Иван Владимирович Хавронин
Андрей Юрьевич Мишин (RU)
Андрей Юрьевич Мишин
Валерий Алексеевич Смирнов (RU)
Валерий Алексеевич Смирнов
Original Assignee
Александр Михайлович Павельев
Юрий Константинович Исаев
Иван Владимирович Хавронин
Андрей Юрьевич Мишин
Валерий Алексеевич Смирнов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Михайлович Павельев, Юрий Константинович Исаев, Иван Владимирович Хавронин, Андрей Юрьевич Мишин, Валерий Алексеевич Смирнов filed Critical Александр Михайлович Павельев
Priority to RU2006124145/11A priority Critical patent/RU2323131C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2323131C1 publication Critical patent/RU2323131C1/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Abstract

FIELD: aeronautical engineering; detection of icing and measuring of ice thickness on flying vehicle surface.
SUBSTANCE: proposed method includes calculation of period of digitization frequency and delay time for compensation of initial phase shift, harmonic analysis of Fourier transformation, calculation of frequency and resonance Q-factor, detection of icing on basis of these data, calculation of ice thickness and rate of icing. Device proposed for realization of this method includes icing sensor with temperature sensor, transmitting converter, resonator, receiving converter and heating element, as well as processing unit with transceiver, signal processor, power amplifier, frequency synthesizer, amplifier with programmed gain factor and switch.
EFFECT: enhanced accuracy, sensitivity and noise immunity at detection of icing and measurement of ice thickness and rate of icing.
5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к технике обнаружения обледенения и измерения толщины льда на поверхности летательного аппарата.The invention relates to aircraft, in particular to a technique for detecting icing and measuring the thickness of ice on the surface of an aircraft.

Известны способ обнаружения обледенения и измерения толщины льда на поверхности самолета [1], включающий возбуждение заданными частотами и напряжениями ультразвуковых преобразователей, измерение в каждом преобразователе тока и угла фазового сдвига относительно напряжения возбуждения, вычисление импеданса передачи преобразователя на данной частоте, определение частоты, при которой импеданс имеет максимальное значение, сравнение с эталонной частотой чистой поверхности, вычисление приращения частоты, определение по этому приращению толщины накопленного льда, выдачу результатов на устройство индикации и выдачу сигнала тревоги, если толщина льда превышает заданный предел, и устройство для его осуществления, содержащее преобразователи, мультиплексор, датчик тока с АЦП, генератор ступенчатой частоты, управляемый напряжением, процессор и устройство индикации с сигнализацией.A known method of detecting icing and measuring the thickness of ice on the surface of an airplane [1], including the excitation of the given frequencies and voltages of ultrasonic transducers, the measurement in each transducer of the current and the angle of the phase shift relative to the excitation voltage, calculating the transmission impedance of the transducer at a given frequency, determining the frequency at which impedance has a maximum value, comparison with the reference frequency of a clean surface, calculation of the frequency increment, determination by this increment accumulated ice thicknesses, outputting the results to an indicating device and issuing an alarm if the ice thickness exceeds a predetermined limit, and a device for its implementation, comprising converters, a multiplexer, a current sensor with ADC, a voltage-controlled step-frequency generator, a processor and an indication device with an alarm .

Недостатками данного способа и устройства являются недостаточно высокая точность измерения, поскольку не учитываются температурные погрешности преобразователей, недостаточно высокая помехоустойчивость, поскольку не учитываются вибрационные погрешности, низкая достоверность информации, поскольку не учитываются естественные загрязнения поверхности, например вода, кроме того, ограниченная область применения, поскольку отсутствует система сброса льда с преобразователей.The disadvantages of this method and device are the insufficiently high measurement accuracy, since the temperature errors of the transducers are not taken into account, the noise immunity is not high enough, since vibration errors are not taken into account, the reliability of the information is not taken into account, since natural surface contaminants, such as water, are not taken into account, in addition, their limited scope, since there is no system for dumping ice from the transducers.

Наиболее близкими являются способ обнаружения и определения типа осаждения на внешней поверхности конструкции [2], включающий формирование и передачу ультразвукового импульса на контактную поверхность блока линии задержки, автоподстройку коэффициента усиления при приеме эхосигнала, образованного на контактной поверхности, измерение амплитуды и фазы эхосигнала, измерение временного интервала между первым пиком эхосигнала, полученного от контактной поверхности и первым пиком любого дополнительного эхосигнала, измерение температуры для компенсации температурных погрешностей, сравнение амплитуды и фазы этого эхосигнала с амплитудой и фазой импульса возбуждения или с амплитудой и фазой опорного эхосигнала, полученного от чистой контактной поверхности, определение по этим данным типа осаждения и вычисление его толщины, и устройство для его реализации, включающее датчик, содержащий блок линии задержки, в котором установлены датчик температуры, передающий и приемный преобразователи и блок обработки, содержащий усилитель с программируемым коэффициентом усиления, два усилителя с фиксированными коэффициентами усиления, два ключа, АЦП, ОЗУ типа ФИФО, микропроцессор и задающий генератор.The closest are the method of detecting and determining the type of deposition on the external surface of the structure [2], including the formation and transmission of an ultrasonic pulse to the contact surface of the delay line unit, automatic tuning of the gain when receiving an echo signal formed on the contact surface, measuring the amplitude and phase of the echo signal, measuring the time interval between the first peak of the echo received from the contact surface and the first peak of any additional echo, temperature measurement to compensate for temperature errors, comparing the amplitude and phase of this echo signal with the amplitude and phase of the excitation pulse or with the amplitude and phase of the reference echo signal received from a clean contact surface, determine the type of deposition from this data and calculate its thickness, and a device for its implementation, including a sensor comprising a delay line unit in which a temperature sensor, transmitting and receiving converters, and a processing unit comprising a programmable gain amplifier are installed, two amplifier with fixed gain, two keys, ADC, RAM type FIFO, microprocessor and master oscillator.

Недостатками данного способа и устройства являются низкие точность, чувствительность и помехоустойчивость, так как временной интервал, по которому определяется толщина льда, достаточно мал, а точность его измерения определяется быстродействием АЦП и длительностью передаваемого импульса, поскольку при определенной толщине льда эхосигналы от контактной поверхности и кромки льда складываются, поэтому выделить первый пик эхосигнала, отраженного от кромки льда, невозможно, кроме того, ограниченная область применения, поскольку отсутствует система сброса льда с датчика, ограниченные функциональные возможности, поскольку не определяется интенсивность обледенения.The disadvantages of this method and device are low accuracy, sensitivity and noise immunity, since the time interval by which the thickness of the ice is determined is small enough, and the accuracy of its measurement is determined by the speed of the ADC and the duration of the transmitted pulse, since at a certain thickness of ice the echo signals from the contact surface and the edge ice are formed, therefore, it is impossible to distinguish the first peak of the echo signal reflected from the edge of the ice, in addition, a limited scope, since there is no There is a system for dumping ice from the sensor, limited functionality, since the icing intensity is not determined.

Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости, а также расширение области применения и функциональных возможностей.The purpose of the invention is improving accuracy and noise immunity, as well as expanding the scope and functionality.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обнаружения обледенения и измерения толщины льда, включающем возбуждение передающего преобразователя, измерение амплитуды выходного сигнала приемного преобразователя с автоподстройкой коэффициента усиления при его приеме, измерение температуры для компенсации температурных погрешностей, согласно изобретению осуществляют непрерывное возбуждение гармонических колебаний передающего преобразователя, кроме того, дополнительно формируют выборку измеренных на периоде частоты возбуждения значений выходного сигнала приемного преобразователя, нормируют данные в выборке, производят по ним контроль уровня помех и вычисляют коэффициенты преобразования Фурье для первой гармоники сигнала, по которым вычисляют значения тангенса угла фазового сдвига выходного сигнала приемного преобразователя относительно сигнала возбуждения, по тангенсу угла фазового сдвига осуществляют поиск зоны резонанса путем сканирования частоты возбуждения, а в зоне резонанса по тангенсу угла фазового сдвига осуществляют захват и удержание частоты резонанса путем фазовой автоподстройки частоты возбуждения, производят сравнение частоты резонанса с эталонной частотой, определяя приращение частоты резонанса, осуществляют допусковый контроль этого приращения, при отрицательном результате контроля приращения производят поиск частот резонансов с заданными фазовыми сдвигами путем фазовой автоподстройки частоты возбуждения, по частотам резонансов с заданными фазовыми сдвигами вычисляют добротность резонанса, осуществляя допусковый контроль добротности резонанса определяют тип осаждения, в случае льда по приращению частоты резонанса вычисляют толщину осажденного льда, а по толщине льда вычисляют интенсивность обледенения за такт работы, выдавая при этом соответствующую информацию, при критической толщине льда включают обогрев датчика для сброса льда, который контролируют по приращению частоты резонанса, ограничивая при этом температуру и время обогрева.This goal is achieved by the fact that in the method of detecting icing and measuring the thickness of the ice, including the excitation of the transmitting transducer, measuring the amplitude of the output signal of the receiving transducer with automatic gain adjustment when it is received, measuring the temperature to compensate for temperature errors, according to the invention, the harmonic oscillations of the transmitting transducer are continuously excited , in addition, additionally form a sample of excitation frequencies measured over a period of the values of the output signal of the receiving transducer, the data in the sample are normalized, the noise level is controlled by them, and the Fourier transform coefficients for the first harmonic of the signal are calculated, from which the tangent of the phase shift angle of the output signal of the receiving transducer relative to the excitation signal is calculated, the tangent of the phase shift angle is search for the resonance zone by scanning the excitation frequency, and in the resonance zone by the tangent of the phase shift angle, they often capture and hold you resonance by phase-locked loop of the excitation frequency, compare the resonance frequency with the reference frequency, determine the increment of the resonance frequency, carry out tolerance control of this increment, if the increment control is negative, search for resonance frequencies with specified phase shifts by phase-locked loop of the excitation frequency, by resonance frequencies with the specified phase shifts calculate the quality factor of the resonance, by admitting control of the quality factor of the resonance determine t n deposition, in the case of ice, the thickness of the precipitated ice is calculated by incrementing the resonance frequency, and the icing intensity is calculated by the thickness of ice, giving the corresponding information, at a critical ice thickness, the heating of the sensor to reset the ice, which is controlled by the increment of the resonance frequency, is turned on, while limiting the temperature and heating time.

Кроме того, при измерении амплитуды выходного сигнала дополнительно осуществляют вычисление времени задержки и времени дискретизации, по которым компенсируют начальный фазовый сдвиг выходного сигнала приемного преобразователя относительно сигнала возбуждения и синхронизируют измерения в выборке, а при автоподстройке коэффициента усиления дополнительно осуществляют допусковый контроль измеренного сигнала для всех замеров в выборке на данном периоде сигнала возбуждения, при отрицательном результате контроля любого замера уменьшают коэффициент усиления в следующих замерах на заданный шаг до положительного результата для всех замеров в выборке, а если это не выполняется при минимальном коэффициенте усиления, фиксируют неисправность, выдавая ее соответствующим кодом.In addition, when measuring the amplitude of the output signal, they additionally calculate the delay time and sampling time, which compensate for the initial phase shift of the output signal of the receiving transducer relative to the excitation signal and synchronize the measurements in the sample, while automatically adjusting the gain, they additionally carry out tolerance control of the measured signal for all measurements in the sample for a given period of the excitation signal, with a negative result of the control of any measurement, decrease gain in the following measurements for a given step to a positive result for all measurements in the sample, and if this is not performed with a minimum gain, the malfunction is recorded by issuing it with the corresponding code.

А в устройстве для обнаружения обледенения и измерения толщины льда, состоящем из датчика обледенения и блока обработки, содержащего сигнальный процессор, соединенный соответствующей шиной интерфейса с усилителем с программируемым коэффициентом усиления, к входу которого подключен выход датчика обледенения, усилитель мощности и ключ, согласно изобретению дополнительно введены приемопередатчик и синтезатор частоты, причем синтезатор частоты шиной интерфейса соединен с сигнальным процессором, первый выход синтезатора частоты соединен с соответствующим входом сигнального процессора, а его второй выход через усилитель мощности подключен к входу датчика обледенения, кроме того, вход нагревательного элемента датчика обледенения подключен через ключ к соответствующему выходу сигнального процессора, а выход контроля температуры датчика обледенения соединен соответствующей шиной интерфейса с сигнальным процессором, к входу АЦП которого подключен выход усилителя с программируемым коэффициентом усиления, при этом сигнальный процессор соединен соответствующим интерфейсом с приемопередатчиком, вход/выход которого является входом/выходом устройства.And in the device for detecting icing and measuring the thickness of the ice, consisting of an icing sensor and a processing unit containing a signal processor connected to the corresponding interface bus with an amplifier with a programmable gain, to the input of which is connected the output of the icing sensor, a power amplifier and a key, according to the invention additionally a transceiver and a frequency synthesizer are introduced, the frequency synthesizer being connected to the signal processor by the interface bus, the first output of the frequency synthesizer being connected is connected with the corresponding input of the signal processor, and its second output through the power amplifier is connected to the input of the icing sensor, in addition, the input of the heating element of the icing sensor is connected via a key to the corresponding output of the signal processor, and the temperature control output of the icing sensor is connected to the signal processor by the corresponding interface bus , to the input of the ADC which is connected the output of the amplifier with a programmable gain, while the signal processor is connected to the corresponding inter eysom to the transceiver, the input / output of which is input / output device.

Кроме того, в датчик обледенения, содержащий приемный преобразователь, выход которого является выходом датчика обледенения, передающий преобразователь, вход которого является входом датчика обледенения, и датчик температуры, выход которого является выходом контроля температуры датчика обледенения, дополнительно введены резонатор в виде ультразвукового концентратора и нагревательный элемент, причем приемный и передающий преобразователи, а также датчик температуры механически присоединены к основанию резонатора, а нагревательный элемент встроен в корпус резонатора, причем вход нагревательного элемента является соответствующим входом датчика обледенения.In addition, an icing sensor containing a receiving transducer, the output of which is the output of the icing sensor, a transmitting transducer, the input of which is the input of the icing sensor, and a temperature sensor, the output of which is the output of the temperature control of the icing sensor, additionally include a resonator in the form of an ultrasonic concentrator and a heating element, the receiving and transmitting converters, as well as the temperature sensor, are mechanically connected to the base of the resonator, and the heating elec The element is built into the resonator housing, the input of the heating element being the corresponding input of the icing sensor.

Таким образом, введение новых действий и операций, а также новых связей и элементов позволило существенно повысить точность, чувствительность и помехоустойчивость за счет гармонического анализа на основе преобразования Фурье, определение интенсивности обледенения - расширить функциональные возможности, а введение обогрева для сброса накопленного льда - область применения.Thus, the introduction of new actions and operations, as well as new connections and elements, allowed to significantly increase accuracy, sensitivity and noise immunity due to harmonic analysis based on the Fourier transform, determining the icing intensity - to expand the functionality, and the introduction of heating to discharge the accumulated ice - the scope .

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема устройства.The invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of a device.

Устройство для реализации предложенного способа содержит блок 1 обработки и датчик 2 обледенения, при этом блок 1 обработки содержит приемопередатчик 1.1, сигнальный процессор 1.2, усилитель 1.3 мощности, программируемый синтезатор 1.4 частоты, усилитель 1.5 с программируемым коэффициентом усиления, ключ 1.6, а датчик 2 обледенения содержит датчик 2.1 температуры, передающий преобразователь 2.2, резонатор 2.3, приемный преобразователь 2.4 и нагревательный элемент 2.5.A device for implementing the proposed method comprises a processing unit 1 and an icing sensor 2, while the processing unit 1 comprises a transceiver 1.1, a signal processor 1.2, a power amplifier 1.3, a programmable frequency synthesizer 1.4, a programmable gain amplifier 1.5, a key 1.6, and an icing sensor 2 contains a temperature sensor 2.1, a transmitting converter 2.2, a resonator 2.3, a receiving transducer 2.4 and a heating element 2.5.

Сигнальный процессор 1.2 соединен соответствующими шинами интерфейса с усилителем 1.5 с программируемым коэффициентом усиления, к входу которого подключен выход приемного преобразователя 2.4, и синтезатором 1.4 частоты, первый выход которого соединен с соответствующим входом сигнального процессора 1.2, а его второй выход через усилитель 1.3 мощности подключен к входу передающего преобразователя 2.2, механически прикрепленного к основанию резонатора 2.3, к которому также механически прикреплен приемный преобразователь 2.4, причем в резонатор 2.3 встроен нагреватель 2.5, подключенный через ключ 1.6 к соответствующему выходу сигнального процессора 1.2. Кроме того, датчик 2.1 температуры встроен в основание резонатора 2.3 и соединен соответствующей шиной интерфейса с сигнальным процессором 1.2, к входу АЦП которого подключен выход усилителя 1.5 с программируемым коэффициентом усиления, при этом сигнальный процессор 1.2 соединен соответствующим интерфейсом с приемопередатчиком 1.1, вход/выход которого является входом/выходом устройства.The signal processor 1.2 is connected by the corresponding interface buses with an amplifier 1.5 with a programmable gain, to the input of which the output of the receiving converter 2.4 is connected, and a frequency synthesizer 1.4, the first output of which is connected to the corresponding input of the signal processor 1.2, and its second output through the power amplifier 1.3 is connected to the input of the transmitting converter 2.2, mechanically attached to the base of the resonator 2.3, to which the receiving converter 2.4 is also mechanically attached, and in the resonator 2.3 in triplets heater 2.5 is connected through the switch 1.6 to the output signal processor 1.2. In addition, a temperature sensor 2.1 is built into the base of the resonator 2.3 and is connected to the signal processor 1.2 by the corresponding interface bus, to the ADC input of which an amplifier output 1.5 with a programmable gain is connected, while the signal processor 1.2 is connected by the corresponding interface to the transceiver 1.1, the input / output of which is the input / output of the device.

Приемопередатчик 1.1 может быть типа МАХ233, сигнальный процессор 1.2 может быть типа DSP56F801, усилитель 1.3 мощности можно выполнить на операционном усилителе общего применения, программируемый синтезатор 1.4 частоты может быть типа AD9834, усилитель 1.5 с программируемым коэффициентом усиления может быть типа MCP6S21, ключ 1.6 может быть выполнен на твердотельном реле типа ASO241, датчик 2.1 температуры может быть типа DS18B20, передающий 2.2 и приемный 2.4 преобразователи могут быть выполнены на пьезокерамических кольцах типа ЦТС - 19, резонатор 2.3 может быть выполнен в виде ультразвукового концентратора из элинварного сплава, к основанию которого механически прикреплены передающий 2.2 и приемный 2.4 преобразователи, а также датчик 2.1 температуры, в резонатор 2.3 встроен нагреватель 2.5, который может быть выполнен из нихромовой ленты с печатной обмоткой.Transceiver 1.1 may be of type MAX233, signal processor 1.2 may be of type DSP56F801, power amplifier 1.3 may be performed on a general-purpose operational amplifier, programmable frequency synthesizer 1.4 may be of type AD9834, amplifier 1.5 with programmable gain may be of type MCP6S21, key 1.6 may be made on a solid-state relay of the ASO241 type, the temperature sensor 2.1 can be of the DS18B20 type, transmitting 2.2 and receiving 2.4 transducers can be made on piezoceramic rings of the TsTS-19 type, the resonator 2.3 can be made n in the form of ultrasonic concentrator elinvarnogo alloy to the substrate which is mechanically fastened a transmitting and a receiving 2.2 2.4 converters, and temperature sensor 2.1, a resonator 2.3 2.5 embedded heater, which may be formed of a nichrome ribbon winding circuit.

Данный способ основан на изменении резонансной частоты резонатора 2.3 в зависимости от присоединенной массы и на изменении добротности резонанса в зависимости от вязкости присоединенной массы за счет изменения демпфирования и базируется на преобразовании Фурье с применением цифрового вычислителя, работающего в реальном масштабе времени.This method is based on a change in the resonant frequency of the resonator 2.3 depending on the attached mass and on a change in the quality factor of the resonance depending on the viscosity of the attached mass due to damping changes and is based on the Fourier transform using a real-time digital computer.

Предлагаемый способ имеет два режима работы, а именно режим поиска зоны резонанса и режим захвата и удержания частоты резонанса, которые включают следующую последовательность действий и операций:The proposed method has two modes of operation, namely, the resonance zone search mode and the resonance frequency capture and hold mode, which include the following sequence of actions and operations:

- В режиме поиска зоны резонанса производят инициализацию синтезатора 1.4 частоты, обеспечивая формирование на его втором выходе синусоидального сигнала возбуждения с частотой fi=fmin[c-1] и фазой ψi=0[рад], где fmin - минимальное значение частоты определяется максимально допустимой измеряемой толщиной льда, а на его первом выходе - меандра для синхронизации с фронтами, совпадающими с нулевыми значениями кода ЦАП синтезатора 1.4 частоты, формирующего этот синусоидальный сигнал.- In the search of the resonance zone, the frequency synthesizer 1.4 is initialized, providing a sinusoidal excitation signal with a frequency f i = f min [c -1 ] and a phase ψ i = 0 [rad], where f min is the minimum frequency value, is generated at its second output is determined by the maximum permissible measured ice thickness, and at its first output - a meander for synchronization with fronts coinciding with zero values of the DAC code of the frequency synthesizer 1.4 that generates this sinusoidal signal.

- Производят инициализацию усилителя 1.5, обеспечивая коэффициент усиления ki=kmax, где kmax - максимальный коэффициент усиления, который определяется из условия, что при максимально допустимом слое льда, то есть при минимальном уровне входного сигнала на резонансе и с помехой максимально допустимого уровня, обеспечивается заданная точность измерения.- The amplifier 1.5 is initialized, providing a gain of k i = k max , where k max is the maximum gain, which is determined from the condition that with the maximum allowable layer of ice, that is, with a minimum level of the input signal at resonance and with interference of the maximum allowable level , provides the specified measurement accuracy.

- Вычисляют период Tdi дискретизации для синхронизации в выборке замеров выходного сигнала с приемного преобразователя 2.4 на периоде частоты возбуждения, как Тdi=1/4fi[c], и записывают его код в первый таймер сигнального процессора 1.2, далее запускают сторожевой таймер сигнального процессора 1.2 на время t=2/fmin[с].- Calculate the sampling period T d i for synchronization in the sample of measurements of the output signal from the receiving transducer 2.4 over the period of the excitation frequency, as T d i = 1 / 4f i [c], and write its code in the first timer of the signal processor 1.2, then start the watchdog the timer of the signal processor 1.2 for the time t = 2 / f min [s].

- Вычисляют время задержки τi в выборке для компенсации угла начального фазового сдвига φ0 выходного сигнала с приемного преобразователя 2.4 относительно сигнала возбуждения по формуле τi=(2π-φ0)/2πfi [с] и производят запись его кода во второй таймер сигнального процессора 1.2.- Calculate the delay time τ i in the sample to compensate for the angle of the initial phase shift φ 0 of the output signal from the receiving transducer 2.4 relative to the excitation signal according to the formula τ i = (2π-φ 0 ) / 2πf i [s] and record its code in the second timer signal processor 1.2.

- Формируют выборку выходного сигнала с приемного преобразователя 2.4 на периоде частоты возбуждения, для этого по фронту 0/1 каждого сигнала с первого выхода синтезатора 1.4 частоты запускают второй таймер сигнального процессора 1.2, по прерыванию которого осуществляют первый запуск АЦП и запуск первого таймера сигнального процессора 1.2, далее запуск АЦП и перезапуск первого таймера производят по прерыванию первого таймера три раза, осуществляя тем самым задержку и синхронизацию четырех замеров выборки на периоде сигнала возбуждения, кроме того, по этому фронту перезапускают сторожевой таймер сигнального процессора 1.2, а если этого фронта не будет за время t, то по прерыванию сторожевого таймера фиксируют неисправность, выдавая ее соответствующим кодом.- Form a sample of the output signal from the receiving transducer 2.4 over the period of the excitation frequency, for this, on the edge 0/1 of each signal from the first output of the frequency synthesizer 1.4, a second timer of the signal processor 1.2 is started, after which the ADC is first started and the first timer of the signal processor 1.2 is started , then the ADC is started and the first timer is restarted by interrupting the first timer three times, thereby delaying and synchronizing four sampling samples on the excitation signal period, except Moreover, the watchdog timer of the signal processor 1.2 is restarted on this front, and if this front is not present at time t, then a malfunction is detected by interrupting the watchdog timer by issuing it with the corresponding code.

- По прерыванию АЦП сигнального процессора 1.2 производят чтение его кода Uji, где j=0, 1, 2, 3 - номер замера в выборке.- To interrupt the ADC of the signal processor 1.2, read its code U j i , where j = 0, 1, 2, 3 is the measurement number in the sample.

- Регулировку коэффициента усиления производят по выполнению условия

Figure 00000002
для всех замеров в выборке, где nmax - максимальное значение кода АЦП сигнального процессора 1.2. При отрицательном результате контроля любого замера в выборке определяют коэффициент усиления в следующем замере выборки по формуле ki+1=ki0, где δ0 - заданный шаг. Производят вышеперечисленные действия до тех пор, пока не будет выполняться это условие для всех четырех замеров выборки. Если это условие не выполняется при ki+1=kmin, фиксируют неисправность, выдавая ее соответствующим кодом, где kmin - минимальный коэффициент усиления, который определяется из условия, что при отсутствии обледенения, то есть при максимальной амплитуде выходного сигнала на резонансе и с помехой максимально допустимого уровня, обеспечивается заданная точность измерения.- Adjustment of the gain is carried out to fulfill the conditions
Figure 00000002
for all measurements in the sample, where n max is the maximum value of the ADC code of the signal processor 1.2. With a negative result of the control of any measurement in the sample, the gain in the next measurement of the sample is determined by the formula k i + 1 = k i0 , where δ 0 is the given step. The above actions are performed until this condition is satisfied for all four measurements of the sample. If this condition is not satisfied when k i + 1 = k min , the malfunction is fixed by issuing it with the corresponding code, where k min is the minimum gain, which is determined from the condition that in the absence of icing, that is, at the maximum amplitude of the output signal at the resonance and with interference of the maximum permissible level, the specified measurement accuracy is ensured.

- Осуществляют нормирование, вычисляя коэффициент нормирования kni по формуле kni=kmin/ki и формируя нормированные данные Nji=kniUji.- Carry out the normalization, calculating the coefficient of normalization k n i according to the formula k n i = k min / k i and forming the normalized data N j i = k n i U j i .

- Производят численным методом преобразование Фурье, вычисляя из этих данных коэффициенты постоянной составляющей - а0i и амплитуды - а1i, в1i первой гармоники входного сигнала по формулам- A Fourier transform is performed by a numerical method, calculating from this data the coefficients of the constant component - а 0 i and the amplitudes - а 1 i , in 1 i of the first harmonic of the input signal according to the formulas

а0i=(N0i+N1i+N2i+N3i)/4,and 0 i = (N 0 i + N 1 i + N 2 i + N 3 i ) / 4,

a1i=(N0i-N2i)/2,a 1 i = (N 0 i -N 2 i ) / 2,

в1i=(N1i-N3i)/2.in 1 i = (N 1 i -N 3 i ) / 2.

- Осуществляют контроль уровня помех. По условиям

Figure 00000003
и
Figure 00000004
, где δ1 - заданный допуск определяется необходимой точностью измерения, производят контроль уровня высокочастотной или импульсной помехи, при отрицательном результате контроля любого условия запускают сторожевой таймер на время tв, где tв определяется максимально допустимым временем действия высокочастотной помехи, и повторяют цикл измерения на данной частоте возбуждения, начиная с ki=kmax, до выполнения данного условия, после чего сбрасывают сторожевой таймер, а если это условие не выполняется за это время tв, то по прерыванию сторожевого таймера фиксируют отказ, выдавая его соответствующим кодом.- They monitor the level of interference. According to the conditions
Figure 00000003
and
Figure 00000004
, where δ 1 - the specified tolerance is determined by the necessary measurement accuracy, the level of high-frequency or impulse noise is monitored, if the condition is negative, a watchdog timer is started for a time t in , where t in is determined by the maximum permissible time of high-frequency interference, and the measurement cycle is repeated given excitation frequency, starting with k i = k max, to fulfill this requirement, then reset the watchdog timer, and if this condition is not satisfied for the time t in, the interrupt watchman Vågå timer record failure, giving it the appropriate code.

В противном случае, по условию

Figure 00000005
, где δ2 - заданный допуск определяется необходимой точностью измерения, производят контроль уровня низкочастотной помехи, при отрицательном результате контроля запускают сторожевой таймер на время tn, где tn определяется максимальным периодом допустимой низкочастотной помехи, и повторяют цикл измерения на данной частоте возбуждения, начиная с ki=kmax до выполнения данного условия, после чего сбрасывают сторожевой таймер, а если это условие не выполняется за это время tn, то по прерыванию сторожевого таймера фиксируют отказ, выдавая его соответствующим кодом.Otherwise, by condition
Figure 00000005
, where δ 2 - the specified tolerance is determined by the necessary measurement accuracy, the low-frequency noise level is monitored, with a negative control result, a watchdog timer is started for a time t n , where t n is determined by the maximum period of the permissible low-frequency noise, and the measurement cycle is repeated at a given excitation frequency, starting with k i = k max until this condition is met, after which the watchdog timer is reset, and if this condition is not met during this time t n , then a failure is detected by interrupting the watchdog timer, issuing it with appropriate code.

В противном случае, по условиям

Figure 00000006
и
Figure 00000007
, где δ3 - заданный допуск определяется уровнем случайной составляющей входного сигнала, производят контроль наличия синхронной помехи, при положительном результате контроля обоих условий производят перепрограммирование синтезатора 1.4 частоты, обеспечивая формирование на данной частоте сигнала возбуждения с фазой ψi+1=π [рад], и повторяют цикл измерения, начиная с ki=kmax, при повторном аналогичном результате фиксируют неисправность, выдавая ее соответствующим кодом, отрицательный результат контроля любого условия говорит об отсутствии помехи данного вида.Otherwise, under the conditions
Figure 00000006
and
Figure 00000007
, where δ 3 - the specified tolerance is determined by the level of the random component of the input signal, the presence of synchronous interference is checked, if both conditions are positive, the frequency synthesizer 1.4 is reprogrammed, providing an excitation signal with phase ψ i + 1 = π at this frequency [rad] and repeat the measurement cycle, starting with k i = k max, with repeated similar results fix the problem, giving it the appropriate code, negative control of any conditions indicates the absence of this type of interference.

- Повторяют цикл измерения, на данной частоте возбуждения заданное количество тактов, которое определяется постоянными времени резонатора 2.3, фиксируют значения fi, ψi и вычисляют среднее значение A1i и B1i коэффициентов a1i и в1i, формируя соответствующие элементы массивов МАi, МВi, Mfi и Мψi.- Repeat the measurement cycle, at a given excitation frequency, the specified number of clock cycles, which is determined by the cavity time constants 2.3, fix the values f i , ψ i and calculate the average value A 1 i and B 1 i of the coefficients a 1 i and 1 i , forming the corresponding elements M arrays A i, B M i, M f i and M ψ i.

- Осуществляют сканирование частоты возбуждения, производя перепрограммирование синтезатора 1.4 частоты и обеспечивая выдачу следующей частоты возбуждения fi+1=fi4-1] и фазой ψi+1=0 [рад], где δ4 - заданная величина приращения определяется постоянными времени резонатора 2.4, и повторяют цикл измерения на данной частоте возбуждения, начиная с ki+1=kmax, формируя следующие элементы массивов и так далее до fi+1=fmax.- performs scanning drive frequency, producing 1.4 reprogramming the synthesizer frequency and providing issuing the next excitation frequency f i + 1 = f i + δ 4 [s -1] and phase ψ i + 1 = 0 [rad], where δ 4 - Setpoint the increments are determined by the cavity time constants 2.4, and the measurement cycle is repeated at a given excitation frequency, starting from k i + 1 = k max , forming the following array elements and so on up to f i + 1 = f max .

- Производят поиск зоны резонанса, осуществляя обработку полученных массивов, определяя fi и ψi, при которых коэффициент B1i имеет максимальное значение, при этом осуществляют проверку угла фазового сдвига выходного сигнала приемного преобразователя 2.4 относительно сигнала возбуждения, вычисляя значение тангенса угла фазового сдвига по формуле tgφi=A1i/B1i и контролируя его на попадание в зону резонанса по выполнению условия

Figure 00000008
, где δ5 - заданный допуск определяется постоянными времени резонатора 2.3, при отрицательном результате контроля исключаются элементы массива, соответствующие зафиксированной частоте возбуждения fi, и определяется следующее значение частоты возбуждения fi+1, при которой коэффициент B1i+1 имеет максимальное значение и так далее до получения положительного результата, после чего переходят в следующий режим работы.- Search for the resonance zone by processing the obtained arrays, determining f i and ψ i at which the coefficient B 1 i has the maximum value, while checking the phase angle of the output signal of the receiving transducer 2.4 relative to the excitation signal, calculating the value of the tangent of the phase shift angle formula tgφ i = a 1 i / B i 1 and controlling it to get into resonance zone to fulfill the conditions
Figure 00000008
, where δ 5 - the specified tolerance is determined by the time constants of the resonator 2.3, with a negative control result, array elements corresponding to the fixed excitation frequency f i are excluded, and the following value of the excitation frequency f i + 1 is determined, at which the coefficient B 1 i + 1 has the maximum value and so on until a positive result is obtained, after which they switch to the next mode of operation.

В режиме захвата и удержания частоты резонанса осуществляют перепрограммирование синтезатора 1.4 частоты, обеспечивая выдачу им сигнала возбуждения с определенной в предыдущем пункте частотой fi и фазовым сдвигом ψi, аналогичным образом осуществляя выше перечисленные операции, получают соответствующие коэффициенты A1i и B1i и вычисляют текущее значение фазового сдвига tgφi, по которому осуществляют фазовую автоподстройку частоты возбуждения, по знаку фазового сдвига tgφi определяя направление и формируя следующее значение частоты возбуждения fi+1 по пропорциональному закону управления до выполнения условия

Figure 00000009
, где δ6 - заданный допуск определяется необходимой точностью измерения, при этом на такте τi работы дополнительно производят следующее:In the mode of capturing and holding the resonance frequency, the frequency synthesizer 1.4 is reprogrammed, providing them with an excitation signal with the frequency f i defined in the previous paragraph and a phase shift ψ i , similarly performing the above operations, they obtain the corresponding coefficients A 1 i and B 1 i and calculating a current value of the phase shift tgφ i, which is performed by phase lock the excitation frequency, the sign of the phase shift tgφ i determining the direction and forming the following meanings wHO frequency uzhdeniya f i + 1, the proportional control law to the condition
Figure 00000009
Where δ 6 - predetermined tolerance determined by the required accuracy of measurement, the clock cycle τ i for further work produced as follows:

- Осуществляют заданное количество измерений частоты резонанса, которое определяется необходимой точностью измерения.- Carry out a given number of measurements of the resonance frequency, which is determined by the required measurement accuracy.

- Вычисляют среднее значение Fi частоты резонанса, а по температуре ti° [°C] датчика 2.1 вычисляют температурную поправку и производят компенсацию температурной погрешности среднего Fi значения частоты резонанса.- Calculate the average value F i of the resonance frequency, and the temperature correction t i ° [° C] of the sensor 2.1 calculates the temperature correction and compensates the temperature error of the average F i value of the resonance frequency.

- Производят сравнение частоты резонанса с эталонной частотой, вычисляют приращение ΔiF частоты резонанса по формуле ΔiF=F0i-Fi[c-1], где F0i - эталонная частота резонанса чистого датчика.- Compare the resonance frequency with the reference frequency, calculate the increment Δ i F of the resonance frequency according to the formula Δ i F = F 0 i -F i [c -1 ], where F 0 i is the reference resonance frequency of the clean sensor.

- Контролируют знак ΔiF, при отрицательной величине эталонной частоте резонанса присваивают значение F0i+1=Fi, поскольку присоединенная к резонатору 2.3 масса может только уменьшить частоту резонанса.- Control the sign of Δ i F , with a negative value of the reference resonance frequency, assign the value F 0 i + 1 = F i , since the mass attached to the resonator 2.3 can only reduce the resonance frequency.

- При положительном знаке контролируют величину ΔiF по условию ΔiF≤δ7, где δ7 - заданный допуск определяется необходимой точностью измерения, положительный результат говорит об отсутствии загрязнения.- If the sign is positive, Δ i F is controlled according to the condition Δ i F ≤ δ 7 , where δ 7 is the specified tolerance determined by the required measurement accuracy, a positive result indicates the absence of contamination.

- При отрицательном результате контроля вышеуказанного условия контролируют температуру t1°≤ti°≤t2°, где t1°, t2° - температуры зоны возможного обледенения, при отрицательном результате контроля фиксируется загрязнение и эталонной частоте резонанса присваивают значение F0i+1=Fi.- If the control result of the above conditions is negative, the temperature t 1 ° ≤t i ° ≤t 2 ° is controlled, where t 1 °, t 2 ° are the temperatures of the possible icing zone, if the control is negative, the pollution is fixed and the reference resonance frequency is assigned the value F 0 i +1 = F i .

- При положительном результате контроля вышеуказанного условия осуществляют поиск резонансных частот с фазовыми сдвигами - 45° и 45°, формируя для этого следующие значение частоты возбуждения fi+1 по пропорциональному закону управления до выполнения условий обеспечения данных фазовых сдвигов -1-δ6≤tgφi≤-1+δ6 и соответственно 1-δ6≤tgφi≤1+δ6, присваивая резонансной частоте с фазовым сдвигом - 45° значение f1, а резонансной частоте с фазовым сдвигом 45° значение f2.- If the control result of the above condition is positive, they search for resonance frequencies with phase shifts of 45 ° and 45 °, forming the following value of the excitation frequency f i + 1 according to the proportional control law until the conditions for ensuring these phase shifts -1-δ 6 ≤tgφ i ≤-1 + δ 6 and, accordingly, 1-δ 6 ≤tgφ i ≤1 + δ 6 , assigning the resonant frequency with a phase shift of 45 ° to f 1 , and the resonant frequency with a phase shift of 45 ° to f 2 .

- Поочередно программируют синтезатор 1.2 частоты для генерирования частот возбуждения с частотами fi=f1 или fi=f2 и, производя на каждой частоте заданное количество измерений, которое определяется необходимой точностью измерения, вычисляют их средние значения F1i и F2i соответственно.- Alternately program a frequency synthesizer 1.2 to generate excitation frequencies with frequencies f i = f 1 or f i = f 2 and, making at each frequency a given number of measurements, which is determined by the required measurement accuracy, calculate their average values F 1 i and F 2 i respectively.

- По температуре датчика 2.1 производят компенсацию температурных погрешностей средних значений F1i и F2i.- The temperature of the sensor 2.1 compensates for temperature errors of the average values of F 1 i and F 2 i .

- Вычисляют частоту Fi резонанса по формуле Fi=(F1i+F2i)/2 [с-1].- Calculate the frequency F i resonance according to the formula F i = (F 1 i + F 2 i ) / 2 [s -1 ].

- Вычисляют добротность qi резонанса по формуле qi=Fi/(F1i-F2i).- Calculate the quality factor q i of the resonance according to the formula q i = F i / (F 1 i -F 2 i ).

- Контролируя выполнение условия q1<qi<q2, где q1 и q2 - добротности резонансов резонатора 2.3 при осаждении на нем заданного количества воды и льда соответственно определяются заданной чувствительностью к присоединенной массе, положительный результат говорит о том, что на резонаторе 2.3 смесь воды и льда и эталонной частоте резонанса присваивают значение F0i+1=F0i.- Controlling the fulfillment of the condition q 1 <q i <q 2 , where q 1 and q 2 are the resonance Q factors of the resonator 2.3 when a specified amount of water and ice are deposited on it, respectively, are determined by a given sensitivity to the attached mass, a positive result indicates that the resonator 2.3 the mixture of water and ice and the reference resonance frequency is assigned the value F 0 i + 1 = F 0 i .

- При отрицательном результате контроля вышеуказанного условия контролируют выполнения условия qi>q2, отрицательный результат говорит об осаждении на резонаторе 2.3 воды.- If the control result of the above condition is negative, the fulfillment of the condition q i > q 2 is controlled, a negative result indicates the deposition of water on the resonator 2.3.

- Положительный результат контроля вышеуказанного условия говорит об осаждении на резонаторе 2.3 льда, при этом вычисляют толщину льда по формуле hi=khΔiF+h0 [m], где kh, h0 - константы преобразования.- A positive result of the control of the above condition indicates the deposition of ice on the resonator 2.3, while the thickness of the ice is calculated by the formula h i = k h Δ i F + h 0 [m], where k h , h 0 are the conversion constants.

- Вычисляют интенсивность обледенения по формуле Ii=(hi-hi-1)/τ [m/с], где τ - заданный такт работы, и выдают сигнал о наличие обледенения, информацию о толщине льда и интенсивности обледенения.- Calculate the icing intensity according to the formula I i = (h i -h i-1 ) / τ [m / s], where τ is the specified clock cycle, and give a signal about the presence of icing, information about the ice thickness and icing intensity.

- Контролируют толщину льда, проверяя выполнения условия hi≥hk, где hk - максимально допустимый слой льда, при положительном результате включая обогрев датчика для сброса льда, который контролируют по приращению частоты резонанса, ограничивая при этом температуру и время обогрева.- The thickness of the ice is controlled by checking that the conditions h i ≥h k are satisfied, where h k is the maximum permissible layer of ice, with a positive result, including heating the sensor to discharge ice, which is controlled by the increment of the resonance frequency, while limiting the temperature and heating time.

Устройство, реализующее данный способ, работает следующим образом. При включении питания происходит инициализация сигнального процессора 1.2, то есть начинает выполняться соответствующая программа, которая производит сброс соответствующих регистров, сброс ячеек памяти ОЗУ в ноль, маскирование соответствующих прерываний, программирование портов ввода/вывода и регистров управления и тому подобное.A device that implements this method works as follows. When the power is turned on, the signal processor 1.2 is initialized, that is, the corresponding program starts, which resets the corresponding registers, resets the RAM memory cells to zero, maskes the corresponding interrupts, programs the I / O ports and control registers, and the like.

Далее сигнальный процессор 1.2 инициализирует синтезатор 1.4 частоты, записывая в его регистры управления и регистры частоты и фазы соответствующие коды по соответствующим линиям связи шины интерфейса, при этом на втором выходе синтезатора 1.2 частоты формируется синусоидальный сигнал частоты возбуждения, который через усилитель 1.3 мощности подается на вход передающего преобразователя 2.2, а на его первом выходе формируется меандр с фронтами, соответствующими переходам через ноль синусоидального сигнала, и этот меандр по соответствующей линии связи подается на соответствующий вход сигнального процессора 1.2, осуществляющего синхронизацию процесса измерения по фронту 0/1 этого меандра путем запуска встроенного АЦП в определенные моменты времени. Кроме того, сигнальный процессор 1.2 контролирует с помощью сторожевого таймера период этого меандра, выдавая соответствующий код неисправности при его отсутствии, затем сигнальный процессор 1.2 инициализирует усилитель 1.5 с программируемым коэффициентом усиления, вход которого соединен с выходом приемного преобразователя 2.4, а выход через соответствующую линию связи подключен к входу АЦП сигнального процессора 1.2, записывая в него по линиям связи шины интерфейса соответствующие коды и устанавливая максимальный коэффициент усиления, после чего сигнальный процессор 1.2 приступает к инициализации датчика 2.3 температуры, аналогично записывая в него по шине интерфейса соответствующие коды, завершая тем самым инициализацию всего устройства. После чего сигнальный процессор 1.2 приступает к выполнению программы реализующей вышеизложенный способ, выдавая результаты по интерфейсу RS - 232 через приемопередатчик 1.1 на выход устройства.Next, the signal processor 1.2 initializes the frequency synthesizer 1.4, writing into its control registers and frequency and phase registers the corresponding codes on the corresponding communication lines of the interface bus, and a sinusoidal excitation frequency signal is generated at the second output of the frequency synthesizer 1.2, which is fed to the input through the power amplifier 1.3 transmitter 2.2, and at its first output a meander is formed with fronts corresponding to transitions through a zero sinusoidal signal, and this meander according to the corresponding Communications Research Institute supplied to the corresponding input signal processor 1.2, synchronize the measurement process to the front 0/1 of the meander by running embedded ADC at certain times. In addition, the signal processor 1.2 monitors the period of this meander using a watchdog timer, issuing a corresponding malfunction code if it is absent, then the signal processor 1.2 initializes the amplifier 1.5 with a programmable gain, the input of which is connected to the output of the receiving transducer 2.4, and the output through the corresponding communication line connected to the input of the ADC of the signal processor 1.2, writing into it the corresponding codes through the communication lines of the interface bus and setting the maximum gain, according to le signal processor 1.2 which proceeds to initialize the temperature sensor 2.3, similar to writing it over the bus interface corresponding codes, thereby completing the initialization of the whole device. After that, the signal processor 1.2 starts to execute the program that implements the above method, outputting the results via the RS-232 interface through the transceiver 1.1 to the output of the device.

Формат сообщения по интерфейсу RS - 232 следующий:The message format on the RS-232 interface is as follows:

- первый байт - байт контроля, где в соответствующих битах указаны признаки обледенения, загрязнения, осаждения воды, кроме того, коды выявленных неисправностей;- the first byte is the control byte, where the corresponding bits indicate signs of icing, pollution, deposition of water, in addition, the codes of the detected malfunctions;

- второй байт - байт толщины льда;- second byte - byte of ice thickness;

- третий байт - байт интенсивности обледенения;- third byte - icing intensity byte;

- четвертый байт - младший байт значения температуры;- the fourth byte is the low byte of the temperature value;

- пятый байт - старший байт значения температуры;- fifth byte - high byte of the temperature value;

- шестой байт - байт контрольной суммы.- sixth byte - checksum byte.

Таким образом, введение новых действий и операций, а также новых связей и элементов позволило существенно повысить точность, чувствительность и помехоустойчивость как за счет измерения при максимально возможном входном сигнале, так и за счет гармонического анализа на основе преобразования Фурье, определение интенсивности обледенения - расширить функциональные возможности, а введение обогрева для сброса накопленного льда - область применения.Thus, the introduction of new actions and operations, as well as new connections and elements, allowed us to significantly increase the accuracy, sensitivity and noise immunity both by measuring at the maximum possible input signal and by harmonic analysis based on the Fourier transform, determining the icing intensity - expand the functional opportunities, and the introduction of heating to dump the accumulated ice is a field of application.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США на изобретение №6731225 B2, МПК G08B 21/00, 04.05.2004.1. US patent for the invention No. 6731225 B2, IPC G08B 21/00, 04/04/2004.

2. Патент США на изобретение №5507183, МПК G01N 29/20, 16.04.1996 (прототип).2. US patent for the invention No. 5507183, IPC G01N 29/20, 04.16.1996 (prototype).

Claims (5)

1. Способ контроля обледенения, включающий возбуждение передающего преобразователя, измерение амплитуды выходного сигнала приемного преобразователя с автоподстройкой коэффициента усиления при его приеме, измерение температуры для компенсации температурных погрешностей, отличающийся тем, что осуществляют непрерывное возбуждение гармонических колебаний передающего преобразователя, формируют выборку измеренных на периоде частоты возбуждения значений выходного сигнала приемного преобразователя, нормируют данные в выборке, производят по ним контроль уровня помех и вычисляют коэффициенты преобразования Фурье для первой гармоники сигнала, по которым вычисляют значения тангенса угла фазового сдвига выходного сигнала приемного преобразователя относительно сигнала возбуждения, по тангенсу угла фазового сдвига осуществляют поиск зоны резонанса путем сканирования частоты возбуждения, а в зоне резонанса по тангенсу угла фазового сдвига осуществляют захват и удержание частоты резонанса путем фазовой автоподстройки частоты возбуждения, производят сравнение частоты резонанса с эталонной частотой, определяют приращение частоты резонанса, осуществляют допусковый контроль этого приращения, при отрицательном результате контроля приращения производят поиск частот резонансов с заданными фазовыми сдвигами путем фазовой автоподстройки частоты возбуждения, по частотам резонансов с заданными фазовыми сдвигами вычисляют добротность резонанса, осуществляют допусковый контроль добротности резонанса и определяют тип осаждения, в случае льда по приращению частоты резонанса вычисляют толщину осажденного льда, а по толщине льда вычисляют интенсивность обледенения за такт работы и выдают соответствующую информацию, при критической толщине льда включают обогрев датчика для сброса льда, который контролируют по приращению частоты резонанса, при этом ограничивают температуру и время обогрева.1. A method of controlling icing, including excitation of the transmitting transducer, measuring the amplitude of the output signal of the receiving transducer with automatic gain adjustment when it is received, measuring temperature to compensate for temperature errors, characterized in that the harmonic oscillations of the transmitting transducer are continuously excited, and a sample of frequencies measured over a period is generated excitation values of the output signal of the receiving transducer, normalize the data in the sample, They control the level of interference and calculate the Fourier transform coefficients for the first harmonic of the signal, which calculate the values of the tangent of the phase shift of the output signal of the receiving transducer relative to the excitation signal, by the tangent of the angle of the phase shift, search for the resonance zone by scanning the excitation frequency, and in the resonance zone the tangent of the phase shift angle capture and hold the resonance frequency by phase-locked loop excitation frequency, compare the frequency resonance with the reference frequency, determine the increment of the resonance frequency, carry out tolerance control of this increment, if the increment control is negative, search for resonance frequencies with predetermined phase shifts by phase-locked loop excitation frequencies, calculate the resonance quality factor from resonance frequencies with predetermined phase shifts, and allow quality control resonance and determine the type of deposition, in the case of ice, the thickness of the deposited is calculated by incrementing the resonance frequency da, and the thickness of the ice on the calculated intensity icing work per cycle and output the appropriate information, a critical ice thickness sensor includes heating to reset the ice, which is controlled by the increment resonance frequency, wherein the limiting temperature and the heating time. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при измерении амплитуды выходного сигнала приемного преобразователя дополнительно осуществляют вычисление времени задержки и времени дискретизации, по которым компенсируют начальный фазовый сдвиг выходного сигнала приемного преобразователя относительно сигнала возбуждения и синхронизируют измерения в выборке.2. The method according to claim 1, characterized in that when measuring the amplitude of the output signal of the receiving transducer, they additionally calculate the delay time and sampling time, which compensate for the initial phase shift of the output signal of the receiving transducer relative to the excitation signal and synchronize the measurements in the sample. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при автоподстройке коэффициента усиления дополнительно осуществляют допусковый контроль измеренного сигнала для всех замеров в выборке на данном периоде сигнала возбуждения, при отрицательном результате контроля любого замера уменьшают коэффициент усиления в следующих замерах на заданный шаг до положительного результата для всех замеров в выборке, если это не выполняется при минимальном коэффициенте усиления, фиксируют неисправность соответствующим кодом.3. The method according to claim 1, characterized in that when the gain is automatically adjusted, tolerance control of the measured signal is additionally carried out for all measurements in the sample at a given period of the excitation signal, if the result of any measurement is negative, the gain in the following measurements is reduced by a given step to a positive result for all measurements in the sample, if this is not performed with a minimum gain, fix the fault with the appropriate code. 4. Устройство для контроля обледенения, состоящее из датчика обледенения и блока обработки, содержащего сигнальный процессор, соединенный соответствующей шиной интерфейса с усилителем с программируемым коэффициентом усиления, к входу которого подключен выход датчика обледенения, усилитель мощности и ключ, отличающееся тем, что в блок обработки дополнительно введены приемопередатчик и синтезатор частоты, причем синтезатор частоты шиной интерфейса соединен с сигнальным процессором, первый выход синтезатора частоты соединен с соответствующим входом сигнального процессора, а его второй выход через усилитель мощности подключен к входу для возбуждения датчика обледенения, вход для нагревания датчика обледенения подключен через ключ к соответствующему выходу сигнального процессора, а выход контроля температуры датчика обледенения соединен соответствующей шиной интерфейса с сигнальным процессором, к входу АЦП которого подключен выход усилителя с программируемым коэффициентом усиления, при этом сигнальный процессор соединен соответствующим интерфейсом с приемопередатчиком, вход/выход которого является входом/выходом устройства.4. A device for controlling icing, consisting of an icing sensor and a processing unit containing a signal processor connected to an amplifier with a programmable gain by a corresponding interface bus, to the input of which an icing sensor output is connected, a power amplifier and a key, characterized in that in the processing unit additionally, a transceiver and a frequency synthesizer are introduced, moreover, the frequency synthesizer is connected to the signal processor by the interface bus, the first output of the frequency synthesizer is connected to the input signal of the signal processor, and its second output through the power amplifier is connected to the input for exciting the icing sensor, the input for heating the icing sensor is connected through a key to the corresponding output of the signal processor, and the temperature control output of the icing sensor is connected to the input processor by the corresponding interface bus The ADC of which is connected to the output of the amplifier with a programmable gain, while the signal processor is connected by a corresponding interface to the receiver a sensor whose input / output is the input / output of the device. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в датчик обледенения, содержащий приемный преобразователь, выход которого является выходом датчика обледенения, передающий преобразователь, вход которого является входом для возбуждения датчика обледенения, и датчик температуры, выход которого является выходом контроля температуры датчика обледенения, дополнительно введены резонатор в виде ультразвукового концентратора и нагревательный элемент, причем приемный и передающий преобразователи, а также датчик температуры механически присоединены к основанию резонатора, а нагревательный элемент встроен в корпус резонатора, причем вход нагревательного элемента является входом для нагревания датчика обледенения.5. The device according to claim 4, characterized in that in the icing sensor containing a receiving transducer, the output of which is the output of the icing sensor, a transmitting transducer, the input of which is an input for exciting the icing sensor, and a temperature sensor, the output of which is an output of the sensor temperature control icing, additionally introduced a resonator in the form of an ultrasonic concentrator and a heating element, the receiving and transmitting transducers, as well as a temperature sensor mechanically connected s to the base of the cavity, and a heating element is built into the resonator body, wherein the heating element input is the input for heating icing sensor.
RU2006124145/11A 2006-07-05 2006-07-05 Method and device for detection of icing RU2323131C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006124145/11A RU2323131C1 (en) 2006-07-05 2006-07-05 Method and device for detection of icing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006124145/11A RU2323131C1 (en) 2006-07-05 2006-07-05 Method and device for detection of icing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2323131C1 true RU2323131C1 (en) 2008-04-27

Family

ID=39453071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006124145/11A RU2323131C1 (en) 2006-07-05 2006-07-05 Method and device for detection of icing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2323131C1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2392195C2 (en) * 2008-08-27 2010-06-20 Открытое акционерное общество "Арзамасское опытно-конструкторское бюро "Импульс" (ОАО "АОКБ "Импульс") Method to control icing and device to this end
RU2495369C1 (en) * 2012-04-26 2013-10-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Ice thickness determining device
RU2534493C2 (en) * 2008-12-18 2014-11-27 Пенни Энд Джайлз Эроспейс Лимитед System and method for icing sensor application
RU2543447C2 (en) * 2012-04-18 2015-02-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли (Минпромторг России) Method of icing control and device for its realisation
RU2567449C1 (en) * 2014-08-11 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Device for measurement of ice depth minor magnitudes
RU2666886C1 (en) * 2017-11-14 2018-09-12 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Method of management of the anti-icing system of the air intake of the gas turbine engine of the aircraft
CN110672665A (en) * 2019-09-20 2020-01-10 江西省交通科学研究院 Design method of icing sensing system applied to road safety early warning
CN112572809A (en) * 2020-12-17 2021-03-30 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所 Hybrid icing detection method suitable for unmanned aerial vehicle platform
CN115535256A (en) * 2022-10-27 2022-12-30 南京航空航天大学 Detection apparatus for icing condition on surface of airplane

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5507183A (en) * 1993-04-07 1996-04-16 Intertechnique Ultrasonic method and apparatus for detecting and identifying contamination such as ice on the surface of a structure
RU2095290C1 (en) * 1993-06-08 1997-11-10 Арзамасское опытно-конструкторское бюро "Импульс" Vibratory ice detector
RU2169105C1 (en) * 2000-06-06 2001-06-20 Пикман Яков Маркович Device for estimation of intensity of icing
US20030169186A1 (en) * 2002-02-14 2003-09-11 Lockheed Martin Corporation Method and apparatus for detecting and measuring thickness of ice on aircraft

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5507183A (en) * 1993-04-07 1996-04-16 Intertechnique Ultrasonic method and apparatus for detecting and identifying contamination such as ice on the surface of a structure
RU2095290C1 (en) * 1993-06-08 1997-11-10 Арзамасское опытно-конструкторское бюро "Импульс" Vibratory ice detector
RU2169105C1 (en) * 2000-06-06 2001-06-20 Пикман Яков Маркович Device for estimation of intensity of icing
US20030169186A1 (en) * 2002-02-14 2003-09-11 Lockheed Martin Corporation Method and apparatus for detecting and measuring thickness of ice on aircraft

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2392195C2 (en) * 2008-08-27 2010-06-20 Открытое акционерное общество "Арзамасское опытно-конструкторское бюро "Импульс" (ОАО "АОКБ "Импульс") Method to control icing and device to this end
RU2534493C2 (en) * 2008-12-18 2014-11-27 Пенни Энд Джайлз Эроспейс Лимитед System and method for icing sensor application
RU2543447C2 (en) * 2012-04-18 2015-02-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли (Минпромторг России) Method of icing control and device for its realisation
RU2495369C1 (en) * 2012-04-26 2013-10-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Ice thickness determining device
RU2567449C1 (en) * 2014-08-11 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Device for measurement of ice depth minor magnitudes
RU2666886C1 (en) * 2017-11-14 2018-09-12 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Method of management of the anti-icing system of the air intake of the gas turbine engine of the aircraft
WO2019098881A1 (en) * 2017-11-14 2019-05-23 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Method of controlling a deicing system on the air intake of an aircraft gas turbine engine
CN110672665A (en) * 2019-09-20 2020-01-10 江西省交通科学研究院 Design method of icing sensing system applied to road safety early warning
CN112572809A (en) * 2020-12-17 2021-03-30 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所 Hybrid icing detection method suitable for unmanned aerial vehicle platform
CN115535256A (en) * 2022-10-27 2022-12-30 南京航空航天大学 Detection apparatus for icing condition on surface of airplane

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2323131C1 (en) Method and device for detection of icing
KR101269284B1 (en) Ultrasonic Flow Measurement Method and Ultrasonic Flow Meter
US6112595A (en) Apparatus and method for characterizing semiconductor wafers during processing
JP3129563B2 (en) Ultrasonic measurement method and device
US6161420A (en) High frequency measuring circuit
CA2233974A1 (en) Digital speed determination in ultrasonic flow measurements
JP3745535B2 (en) Ultrasonic measurement method and apparatus
US20220390265A1 (en) Fill level radar with variable quantization accuracy
US4624142A (en) Double reference pulsed phase locked loop
US6222366B1 (en) High frequency measuring circuit with inherent noise reduction for resonating chemical sensors
US20030021186A1 (en) Power saving technique for pulse-echo acoustic ranging systems
RU2543447C2 (en) Method of icing control and device for its realisation
EP2769237B1 (en) Method for the rapid interrogation of a passive sensor, in particular of the surface acoustic waves type, and system for measuring the unique frequency of such a sensor
EP2026065A1 (en) Method for detecting substance in liquid and sensor for detecting substance in liquid
RU2392195C2 (en) Method to control icing and device to this end
JPH022927A (en) Method and apparatus for detecting acoustic reflection
JP2000088959A (en) Ultrasonic wave distance measurement device and method in transmission/reception separation type reflection system
KR100876158B1 (en) Biological material detection device and detection method using piezoelectric sensor
EP1913342B1 (en) Low power ultrasonic flow measurement
JP7205949B2 (en) Sonic sensor question
JP4253713B2 (en) High sensitivity quartz crystal sensor
RU2006122188A (en) METHOD FOR DENSITY AND VISCOSITY MEASUREMENT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
Papageorgiou et al. A method for remote measurements of velocity for vibration analysis
Pal et al. CW and pulse response of a mechanical resonator: numerical evaluation and experimental observations
SU769364A1 (en) Temperature measuring device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090706