JPS5963558A

JPS5963558A - 結氷検出器

Info

Publication number: JPS5963558A
Application number: JP58142375A
Authority: JP
Inventors: ロジヤ−・デイヴイツド・ワトキンス; ア−サ−・ブラツクリ−・ギレスピ−; マイケル・オリバ−・ダイトン; ロジヤ−・バリ−・パイク; コリン・バジル・スコツト・ケスチン
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1982-12-16
Filing date: 1983-08-03
Publication date: 1984-04-11
Also published as: JPH0339589B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ａ：発すｌ（け、ある表面、特定的には航空機の舅上の
氷の存在を検出するための装置？！ｉに係るものである
。

冬期には、航空機Ｉ′ｉ川及び雪に遭遇しやすく、氷の
層が航？機の翼に形成さｉｔやすい。これらの氷層Ｆｉ
航を機の安全運航に危険であり、例えばｍｌ陵の際に航
空機を墜落させかねない。

本発明により、ば薄い固体シートの表面の結氷を検出す
る方法が提供され１本方法は、トランスジューサを付勢
し−Ｃシートの表面に平行庁グレドミナント成分を有す
る超音波をシートの一部を通して伝播せしめ、第２のト
ランスゾューサによってこれらの波を検出し、第２のト
ランス・シュー°デによって受信された波の振巾を測定
し、そして第２のトランスゾューサによって受イ言され
た波の振巾によってシートの該部分の表面上の氷層の存
在を検出することからなっている。

もし氷層が該表面に形成されていれば、該表面に平行な
プレドミナント成分を有している波は氷層内にエネルギ
を消敢啓せるが、大気或は液体層内へはエネルギを消散
させないので、填２のトランスジューサによって検出さ
）する波の振巾及び強度は低下するようになる。

本発明によれば薄い固体シートの表面上の結氷を検出す
る結氷検出器も提供され、氷結氷検出器は、シートの着
面に平行なプレドミナント成分を有する一カ音波をシー
トの一部をコ０）シて伝播ぜしめる超音波トランスジュ
ーサ、これらの波を受信してそれらの振巾を表わす信号
を発生する別の超音波トランスジューサ、及びこの信号
に応答してシートの該部分の表面上の氷層の存在を検出
する手段をＯＲえている。

前記の波は案内さｉｚた水平偏波シェア（ｓｈｅａｒ）
波であっても、或はプント９ミナント成分が水平方ラム
（Ｌａｍｂ　）　　波のモードであってもよい。因みに
、「水平」とは表面に対して平行であることを意味し、
捷た「＠直」とは表面に対して鉛直であることを意味し
ている。

これらのトランスジューサは、氷層が発生するかも知れ
ないシートの一部の表面とは反対（裏）■（（１の表面
に取付けることができ、また圧電型或は電磁型手段によ
って超音波の発生及び受信することができる。

以下に添附図面を参押して本発明による結氷検出器の実
柿ｆ１１を説明する。

、！ｆ又１図に示すように、本氷結検出器は結氷が予想
される金用シート１４の表面１６とは反対（興）ｉｌｌ
の表面１２に取付けられている・Ａ１のトランスジュー
サ１０を含んでいる。トランスジューサｌＯは同軸ケー
ブル２０によって信号発生器２２に接続されており、信
号発生器２２が付勢されるとトランスジューサ１０はあ
る周波数で撮動してシート１４を通して水平偏波された
シェア波のパルスを伝播させる。波の波長はシート１４
の厚みと比肩でたるものであるので、シェア波は表面１
２・及び１６によって案内されるように々る。第１のト
ランスジューサｌＯと同じ型の第２のトランスジューサ
３０がトランスジューサ１０からある距離をおいてシー
ト１４の表面１２に取付けらｉ］、ている。・＝、（ｆ
　７のトランスシューブサ３０は同軸ケーブル３２に」
：って信号受信兼弁別器３４に接続さノシている。イ菖
号受信兼弁別器３４は第２１１７）トランスシューブ゛
３０からの信号の据［１〕の測定から、表面１６に氷層
が存在しているか否かを決定する。

第２図に示−ｔように、トランスジューサ１０は。

瓦に平行で紙面に対して垂直に伸びそしてシート１４内
の超音波シェア波の波長に等しい距＾ゆだけ（１１箇を
おいた６個のトランスジューサ時ストリップ４０ｚ；備
え、これらのストリツｆは固体の母材４２の中に保持さ
れている。各ストリップの長さは３０　＋Ｌ７ｊであり
、導電４・（トの層４４によって表面１２に結合されて
いる。各ストリップ４０は圧型。

材料で作られていて上下両面に接点を有しており（図示
せず）、これらの接点によってその長さに平行に振動す
るように励損できる。こｆＬらの県別１は他のストリッ
プ４０と同相であり、水平偏波されたシェア波をシート
１４内に伝播させるようになる。

トランスジューサ３０の惜造はトランスジューサ１０と
同一である。シート１４を伝播する剪断波はトランスジ
ューサ３０の各ストリップ４０を、駆動してそれらを長
さに平行に撮動せしめ、トランスジューサ３０のストリ
ップ４０の上下両面の接点間に電圧を誘起させる。

本結氷検出器の動作は以下の通りである。信号発生器２
２は付瞥されると細断された連続波を発生するが、各バ
ースト内のサイクル数はトランスジューサ１０及び３０
内のトランスジューサ・ストリップ４０の数にほぼ等し
いので％第１のトランスジューサ１０は水平偏波された
超音波シェア波のパルスをシー）１４を通して伝播させ
るようになる。これらのノ９ルスは第２のトランスジュ
ーサ３０によって受信され、第２のトランスジューサ３
０はｉ４ルスの振巾を表わす信号を信号受信兼弁別器３
４に供給する。第１のトランスジューサ１０から第２の
トランスジューサ３０寸で直接走行したパルスに対する
信号だけに信号受信兼弁別器３４を応答させるようにす
るために、信号受信１１（弁別器３４はｉｅルスの予想
到達時間の＾１１後の約５勇の時間間隔だけ作動するよ
うにゲートされている。もし表面１６が乾燥しているか
、或は水に（Ｑわれていり、ｌ’（水平１（１ｈ凋シエ
ア波は水中を伝播できないから）、・ぐルスの振＋ｊ＋
は表面１６が氷層で１＋１われている場合（シェア波が
伝播できる）よりも犬きくで・る。これは、シート１４
内のシェア波のエネルギの中の若干が氷の中へ消散し、
氷を通して伝１′ｉｊｉするからである。、１ン上のよ
うに、本結氷検出器は表面１６にイス１着した氷を検出
でき、水の存在には不感となるのである。

信号イを生際２２によって発生させる連続波の周波数幻
、シート１４を１１ｈシて伝播させることを望む波のモ
ードに依存する。例えば、０次対称水平偏波シェア波で
は、２５０ＫＨ２乃至Ｉ　ＭＨｚの範囲の周波数が用い
られる。パルス繰返し周波数はパルスの残響によって制
限されるが、便宜的に５０Ｈ２でよい。舘１のトランス
シューブ１０と第２のトランスジユーサ３０との間のシ
ート１４に沿う距離はシートＪ４が作られている材料及
び信号受信兼弁別器３４の感度に依存するが、５乃至１
０ｍ稈！斥”であろう。

結氷検出器の異なる厚みの氷に対する感度は超音波の周
波数（従って波長）に依存する。０次対称水平偏波シェ
ア波ｆ：発生し、ｉＭＨｌで作動している結氷検出器は
、５００にＨｚで作動する類似の配４氷検出藩が感応す
る厚みの約半分の厚みの氷層に感応することが解った。

従って結氷検出器の動作周波数は、必−要な感度が得ら
れるように選択すればよい。

水平偏波シェア波を発生するのに別の型のトランスゾュ
ーサを用いてもよく、：ｉＸ３図に示す電磁型トランス
ジューサ５０は金１．シート１４上のトランスジューサ
１０及び３０の代りに使用することができるものである
。電磁型トランスジューサ５（ｌｊ、６個の互に平行に
且つ紙面に垂直に６０ｔＪの長さに伸びる軟い強磁性材
料のストリップ５２を含み、これらはシート１４内の超
音波剪断波の波長に等しい距離に非磁性材料のスＲ−サ
５６によって離されている。シート１４０両ｆ１１に１
イ固ずつ肖１２飼のセラミックも゛ｎ石５８がシート１
４の表面に＠泊な磁場を４６生じ、磁場は強磁性ス）　
ＩＪッグ５２附近で借強に斤る。１０巻回のコイル６０
がｒｌｍ　（＋３４４・圭ストリツフ’５２及びスペー
サ５６の周囲に巻いてあり、各巻回の一部がシート１４
の一方のｎ　ｒｆｉ！　１２附近に、且つ紙面に平行に
位ＩＶ４シている。強磁ト′トストリップ５２及びコイ
ル６０１ｄシート１４の表面１２附近に位＋６シている
が、核表面に接着されてはいない。

コイル６０に交流を流すと（その源は図示してない）、
シートＪ４の表面１２に紙面に平行にうず電流を誘起す
るので、強ｍ件ストリップ５２附近の表面１２０部分は
屈面に垂１ｆ１な力を受け、シェア波がシート１４内を
伝播させられるように、なる。同様に、引ｉ　！ｃ＋、
’＋　４’ｌ′ストリツプ５２附近のシート１４内を（
Ｋ　ｌ’Ｎ；するシェア波はコイル６０内に交流起電力
を発生する。

トランスジューサ１０及び３０の代りに２個のトランス
ツユ−Ｉ７′５０を用いた結氷検出器は、第１図及び填
２図の結氷検出器に間して説明したのと１ｉｉＴじよう
に作＋＋１１する。

トランスジューサ１０．３０及び５０が６個のストリッ
プ４０或は５２を備えているものとして説明したが、異
なる数のス）　ＩＪツブを用いても差支えないことを理
解されたい。各トランスジューサに１個のストクツｆｆ
：用いてもよいが、超音波モードに光分な選択性を与え
るためにＦｉ５個以上のストリツｆを角いることが好オ
しい。

寸た、各ストリップ４０或け５２の長さはトランスジュ
ーサ１０．３０或は５０の指向性を決定するが、この長
さも実装上の拘束によって定めても差支えない。トラン
スジューサ１０．３０及び５０ではストリップの長さは
６０朋であるが、例えＩｄ：　１　ｏ　ａｙｎ乃至５０
ｍ、ｒｎの長さが好都合であるかも知れない。ストリッ
プの巾は発生する超音波の波長の約１１５に船・シくす
ることが好オしいが、約半波長以下のどのよう々巾にし
ても差支えない。

他のモードの波をシート１４内に伝播させてもよいこと
を理解されたい。例えば、表面に平行なプレドミナント
ｌｊν分を有するラム波のモードを用いることができる
。

寸だ、Ｂ（音波の波長がシートの厚みにＩＪＳ屑し得る
限り超音波Ｖよシートの表面によって案内されること、
及びトランスジューサ１０，３０或ｔま５゜をシートの
何りの（［ＩＪに配涌゛シてもよいことも理解されたい
。

更に、氷層がシート１４の表面１６上において検出され
たならば、必要ならば、々１１のトランスジューサと第
２のトランスジューサとの間のある位置に取付けたあり
ふれた厚みゲージモニタ（図示せず）Ｋよって氷層の厚
みを測定できることも理解されブこい。

【図面の簡単な説明】

第１図は金仙シートに取付けた結氷検出器の概要１ノ′
１であり、第２図は結氷検出器のトランスジューサの１つを示す断
面図であり、そして第６図は埴２図のトランスジューサとは顆々る別のトラ
ンスジューサの断面図である。ｌＯ・・・植１のトランスジューサ、１２・・・シート
の表面、１４・・・シート、１６山結氷が予想される表
面、２０．３２・・・同軸ケーブル％　２２・・・信号
発生器、３０・・ホ２のトランスノユーサ、３４由信号
受信兼弁別器、４０・・・圧宿ストリップ、４２・・・
母相、４４・・・導電性層、５ｏ・・・電磁型トランス
ジューサ、５２・・・強磁性ストリッ７６．５６・・・
非磁性スヘーサ、５８・・・セラミック磁石、６０・・
・コイル。第１頁の続き優先権主張　＠１９８２年１２月１６日■イギリス（Ｇ
Ｂ）■３５６６８０発　明　者　マイケル・オリバー・ダイトン英国ロン
ドン・ニスタフリュー１ワイ４キユーピー・チャールス・ゼ・セカンド・ストリート１１番０発　明　者　ロジャー・バリー・バイク英国ロンドン
・ニスタフリュー１ワイ４キユーピー・チャールス・ゼ・セカンド・ストリート１１番０発　明　者　コリン・バジル・スコツト・ケスチン英国ロンドン・ニスダブリュー１ワイ４キユーピー・チャールス・ゼ・セカンド・ストリート１１番

Claims

【特許請求の範囲】１　薄い固体シー１−　（１４）の表面上の結氷を検出
する方法であって、トランスジューサ（１０）を付勢し
てシート（１４）の表面（１６）に平行なブレドミナン
ト成分を有する超音波をシー）（’１４）の一部を通し
て伝播せしめ、第２のトランスジューサ（３０）によっ
てこれらの波を検出し、第２のトランスジューサ（３０
）によって受信された波の振ｌｊを測定し、そして熾２
のトランスジューサ（３０）によって受信源ノ１．た波
の振巾によってシート（１４）の該部分の表面（１６）
上の氷層の存在を検出することを特徴とする方法。２　前記の岐が、案内された水平偏波シェア波であるこ
とをＩ［〒徴とする！特許請求の範囲１に記載の方法。６、＠記の波が、）０レドミナント成分を水平にしたラ
ム波のモードであることをＩｌ’＋ｊ徴とする特許請求
の範囲１に記載の方法。４、　薄い固体シート（１４）の表面（１６）上の結氷
を検出する検出器であって、シート（１４）の表面に平
行なブレドミナント成分を有する超音波をシート（１４
）の一部を通して伝播せしめる超音波トランスジューサ
（１０）、　　これらの波を受信してそれらの振巾を表
わす信号を発生する別の超音波トランスジューサ（３０
）、及びこの信号に応答してシート（１４）の該部分の
表面（１６）上の氷層の存在を検出する手段（３４）を
具備する結氷検出器。５　前記の波が、案内された水平偏波シェア波であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲４に記載の結氷検出器。６　前記の波が、プレト９ミナント成分を水平にしたラ
ム波のモードであることを特徴とする特許請求の範囲４
に記載の結氷検出器。７、　　前記の超音波トランスジューサ（１０，ｊＯ）
が、氷層が形成されるかも知れないシート（１４）の一
部の表面（１６）とは反対側の表面（１２）に音響的に
結合されていることを特徴とする％　ＭＴ請求の範囲４
乃至乙の何れかに記載；の結氷検出器。８　前記の超音波トランス７ューサ（１０，３０）が、
圧電ムリトランスジューザであることを特徴とするｌ侍
Ｎ’ｆ　ＷＹｌ求の範囲４乃至７の何れかに記載の結氷
イδ出器。９　前記の各トランスジューサ（１０，３０）が、５個
以上の圧′電型ストリップ（４０）を含んでいることを
特徴とする特ｉｆＦ　Ｕ末の範囲８にｈ己載の結氷検出
器。１０　　前記の超音波トランス７ューサ（５０）が、Ｎ
１磁型トランスジユーサであることを特徴とする特許請
求の範囲４乃至７の何れかに記載の結氷検出器。１１前記の各トランスジューサ（５０）が、５個以上の
強Ｓ性ストリップ（５２）と１つの励磁コイル（６０）
とを備えていることを特徴とする特許請求の範囲１０に
記載の結氷検出器。