(57)【要約】  本発明は、表面上の着霜の厚さを測定するプローブに関するものである。本発明によると、本プローブは、複数の測定段（Ｅ１からＥｎ）から成り、それらはプローブの基台(２)に少なくとも実質的に直交して積み重ねられている。各測定段は、少なくとも一つのエミッターであって、そのエミッターは前記基台に対して少なくとも実質的に平行な光線を発するものと、少なくとも一つのレシーバーであって、霜に反射した後前記光線を受けるものとからなる。  【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面(Ｓ)、特に航空機の空気力学的表面上の着霜(Ｇ)の厚さを測定するプローブであって、前記表面(Ｓ)に当てがわれる基台(２)を備えていて、
前記基台(２)に対して、少なくとも実質的に直交して積み重ねられている複数の測定段(Ｅ１〜Ｅｎ)から成り、各測定段が、
・  少なくとも一つのエミッター(７)であって、前記基台に対して少なくとも実質的に平行である光線を放出することができるものと、
・  少なくとも一つのレシーバー(８)であって、前記霜に反射した後で上記光線を受け取ることができるものから成ることを特徴とするもの。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブであって、前記エミッター(７)が発光ダイオード型であることを特徴とするもの。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプローブであって、前記レシーバー(８)がフォトダイオード型であることを特徴とするもの。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの１項に記載のプローブであって、ケージング(１)から成り、そのケージングは前記基台(２)に固定され、前記複数の積み重ねられた測定段を囲み、そして、各測定段で、前記ケージングに、前記光線用の透明の窓体(５)が設けられていることを特徴とするもの。
【請求項５】
請求項４に記載のプローブであって、すべての測定段に共通な一つの窓体(５)によって上記複数の窓が形成されていることを特徴とするもの。
【請求項６】
請求項４または５のいずれかに記載のプローブであって、上記ケージング(１)が長円形の形をしていることを特徴とするもの。
【請求項７】
請求項４〜６のうちの１項に記載のプローブであって、加熱手段(１４、１５)を備え、これが前記プローブの近辺の着霜の表面を融かすことができることを特徴とするもの。
【請求項８】
表面の着霜の厚さを決定できる装置であって、請求項１〜７のいずれか１項に記載の記載されている複数のプローブを備え、これらのプローブは前記表面全体に分布せられていることを特徴とするもの。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、空気力学的流れにさらされる空気力学的表面で形成している着霜の厚さを決定するように意図されていて、請求項４で記載されているプローブを備えており、プローブの前記窓体(５)は前記空気力学的流れに対し横断するように向けられていることを特徴とするもの。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、空気力学的流れに配置された少なくとも一組のプローブを備えていることを特徴とするもの。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、前記一組のプローブが空気力学的表面(Ｓ)の尖縁(１６)を囲んでいることを特徴とするもの。
【請求項１２】
請求項８〜１１のうちの１項に記載の装置であって、前記プローブの基台(２)が前記表面(Ｓ)に直接固定されていることを特徴とするもの。
【請求項１３】
請求項８〜１１のうちの１項に記載の装置であって、前記プローブの基台(２)が支持台に固定されていて、その支持台は一時的に前記表面(Ｓ)に接着され、これと平行で、前記表面(Ｓ)とで中間スペース(２１)を形成することを特徴とするもの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面、特に、航空機の空気力学的表面(翼、尾翼など)に付着した霜の厚さを測定するための光学プローブおよび複数のこのプローブから成る装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
よく知られていることとして、特定の気象条件のもとでは、飛行中に航空機の空気力学的表面に霜の付着が形成されることがあり、それによって、一方では空気力学的プロフィール(輪郭)、よって前記表面の空気力学的特徴を変形し、他方では前記航空機の重量を増加してその均衡状態を変える。したがってそのような霜の付着によって航空機が制御不能になったり、墜落の原因となったりすることもある。
【０００３】
着霜する際の気象条件を研究し、航空機の空気力学的表面への霜の付着を予想し、それらの影響を避けるために、特殊な飛行試験の活動が行われている。このような試験の目的は、起こりがちな自然着霜の形態についての知識を改良し、航空機の安全性保証の手順の枠組内で既存モデルを有効にすることである。このように、そのような試験によって、着霜の形態を定義し、特に空気力学的表面のプロフィールの周囲の霜の厚さや拡がりを測定し、前記プロフィールの状態を決定できる。
【０００４】
着霜の厚さの測定のみに関しては数多くのプローブがすでに知られており、それらは電気誘導や、霜中の超音波・マイクロ波・光線の伝播のような物理的原則を実施することによって作動する。
【０００５】
例えば、米国特許第６,４２５,２８６号には、霜を検出するための電気光学プローブについての記述がある。このプローブは、空気の流れに接触している航空機の表面にそれを固定するための基台と、その基台に直交し、霜が蓄積する空洞を設けた長円形ケージングから成る。光線がその空洞を通り、センサーによってその光線が存在するか否かを検知することが可能となる。霜が付着していた場合、霜は空洞をふさぎ、その結果、光線はセンサーによって検知されない。このプローブはさらに、空洞に蓄積した霜を融かすための加熱装置も備えている。加熱周期の回数を数えることによって、このプローブは、蓄積した霜の全量の値を出すことができる。
【特許文献１】米国特許第６,４２５,２８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これら既知のプローブの操作が基づく物理的原則にも関わらず、経験によれば、それらのプローブはわずかな厚さの着霜しか測定することができず、時には精度も低いということがわかっている。
【０００７】
本発明の目的のひとつはこの欠点を解消することであり、本発明は、かなりの厚さ(例えば、数１０センチメートル)の霜を精密に測定することのできる光学プローブに関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的のために、本発明によると、表面、特に航空機の空気力学的表面の着霜の厚さを測定するプローブは、前記表面に当てがわれることのできる基台を備えていて、
前記基台に対して、少なくとも実質的に直交して積み重ねられた複数の測定段を備え、
各測定段が、
・  少なくとも一つのエミッターであって、それが前記基台に対して少なくとも実質的に平行な光線を放出できるものと、
・  少なくとも一つのレシーバーであって、前記光線が霜に反射した後その光線を受けることができるものであることを特徴とする。
【０００９】
よって、前記表面を覆っている霜の厚さは、前記基台と一番最後の測定段との間の距離に対応し、その最後の段のレシーバーは、連携するエミッターによって放出される光線を受ける。測定の結果は、この最後の段と最初の段の間の距離に対応し、最初の段のレシーバーは、連携するエミッターによって放出された光線を受けない。着霜の測定尺度はこのようにして得られる。
【００１０】
各エミッターは発光ダイオード型で、各レシーバーはフォトダイオード型であるのが好ましい。
【００１１】
本発明のプローブはケージングを備えるのが望ましく、そのケージングは前記基台に固定され、積み重なった複数の測定段を囲む。前記測定段の各段で、前記ケージングには前記光線のための透明な窓体が設けられている。複数の窓体は、すべての測定段に共通な１つの窓体によって形成されてもよい。
【００１２】
望ましい実施例では、本発明のプローブは加熱手段を備え、この加熱手段は少なくとも前記窓体の近辺、望ましくは前記プローブの直ぐ周囲で、表面上の着霜を融かすことができる。このように、前記プローブは着霜から分離しており、したがって、プローブへの着霜によってもたらされる機械的ストレスと、プローブによる霜の堆積の変形のリスクと、各段階でのエミッター／レシーバー集合点の変化のリスクを回避することができる。
【００１３】
飛行中、プローブの近辺での空気の流れの妨げをできるだけ小さくするために、前記ケージングが長円形であることが望ましい。よって、着霜の形成は妨害されず測定も確実である。プローブ全体が霜で覆われている場合、プローブの障害物の増加を加熱装置によって防ぐことが可能となる。
【００１４】
加えて、以上で言及した既知のプローブと本発明のプローブは霜の厚さの先端測定(ポイント測定)のみを述べており、これでは前記表面の着霜の全プロフィールを研究するには不十分である。
【００１５】
この問題を解決するために、先行技術は一般的に、前記表面に直交して固定され、長さを測定する目盛をもった板を付与している。各板は、尖縁に固定されるときにはリングの一部の形をしており、飛行中は航空機に搭載されるカメラによって観測され、そのカメラは前記板に堆積した霜の厚さを表示する。しかしながら、カメラは遠く離れており、窓体を通してそのカメラによって板が観測されるので、測定はうまく行われない。さらに、そのような測定装置は振動に敏感であり、画像の質を悪くしてしまう。その解像度は悪く、よって測定もよくない。
【００１６】
したがって、本発明のもう一つの目的は、この最後の問題を解消することである。
【発明の効果】
【００１７】
前記表面が空気力学的流れにさらされる空気力学的表面である場合、前記プローブの窓を空気力学的流れに対して横断するように向けるのが望ましい。こうして、プローブの前および後ろにそれぞれ形成する霜の波や谷の現象により測定を誤ることが避けられる。
【００１８】
前記装置は、空気力学的流れの中に配置された少なくとも１組のプローブを備えていることが望ましい。(別のプローブが１つのプローブを邪魔することを避けるために、一直線上または偏位されている)そして、前記１組のプローブは空気力学的表面の尖縁を囲む。
【００１９】
もちろん、プローブは、その厚さを測定する霜が付着する場所の表面に直接固定することもできる。しかし、特にその表面を傷つけたくないときには、前記プローブを、一時的に前記表面に接着されている支持台に固定するのが望ましい。その支持台はその表面に平行で、前記表面と中間空間をつくる。そのような支持台は例えば米国特許第ＵＳ−Ａ−５,８７４,６７１号に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
添付の図は、本発明が実施される方法を明らかにするだろう。これらの図においては、同一符号は同一要素を示す。
【００２１】
本発明の実施例の例として図１に示されているプローブＩは、例えば、軸Ｌ−Ｌに沿う円柱である長円形ケージングから成る。その端の一方では、プローブ１は、軸Ｌ−Ｌに直交する基台２を備えている。少なくとも１本の電気ケーブル３が、基台２を貫通し、プローブＩと外部とを電気連結させている
【００２２】
ケージング１の側壁の一部には、長手方向の開口部４が設けられており、赤または近赤外放射線を透過する長手方向の窓体５によって閉じられている。
【００２３】
長円形ケージング１の内側には、プリント基板６が長手方向に配置されており、このプリント基板６はケーブル３と電気連結し、適切な方法で窓体５の反対側の、ケージングの内側に固定されている。
【００２４】
プリント基板６は、複数組の対になった光学エミッター７及び光学レシーバー８を有し、これらは軸Ｌ−Ｌに沿って基板に分布している。エミッター７とレシーバー８は突出片９あるいは１０によってそれぞれプリント基板６に固定されている。各対のエミッター７とレシーバー８では、エミッター７の光学軸１１は窓体５を通り、前記材５の外側にある集中点１３で、また前記窓体５を通っている対応するレシーバー８の光学軸１２を切断する。
【００２５】
光学エミッター７は赤または近赤外放射線を放出する発光ダイオードである。光学レシーバー８は上記放射線に敏感に反応する光ダイオードである。
【００２６】
各軸１１とそれに対応するそれぞれの軸１２によって形成される面Ｐはお互いに平行で、お互いから等距離であるのが望ましい。こうして、各対のエミッター７とレシーバー８は測定段を形成し、Ｅ１からＥｎ(ｎは２以上の整数)の測定段は軸Ｌ−Ｌに沿って互い違いに配置されている。つまり、それらは基台２に対して少なくとも直交して積み重ねられている(図４参照)。
【００２７】
さらに、プローブＩは電熱抵抗器１４及び１５を有し、それらはケーブル３を通って電流を供給される。
【００２８】
図４で示される通り、着霜Ｇが、基台２によってプローブＩが固定または当てがわれている表面Ｓに形成すると、霜の下方にある(この例では、Ｅ１〜Ｅｉの段であり、ｉはｎ以下の整数である)測定段のレシーバー８は、前記霜への反射によって各エミッター７から放出される光線を受け、対応する信号を出す。一方で霜の上方の(この例では、Ｅｉ＋１〜Ｅｎの段である)測定段にあるレシーバー８は、それと連携するエミッター７から放出される光線を受けず、したがって不動態のままである。
【００２９】
したがって、着霜Ｇの厚さｅを決定することは容易である。この厚さは、レシーバー８がこれと連携するエミッター７の光線を受ける最終段Ｅｉの高さｈｉよりも大きく、そのレシーバー８がこれと連携するエミッター７の光線を受けない最初の段Ｅｉ＋１の高さｈｉ＋１未満である。
【００３０】
測定中、加熱抵抗器１４、１５は、プローブＩの周囲の霜の表面を融かすことができる。
【００３１】
図５及び６で示されるように、着霜Ｇの厚さを測定するために、表面Ｓに分布せられた複数のプローブＩを、この表面Ｓの複数の場所で使用することが可能である。このように、表面Ｓ上の着霜の正確な形を決定することが可能である。
【００３２】
図７及び８の装置では、表面Ｓは上側１７と下側１８を連結する尖縁１６を有する空気力学的表面の一部である。プローブＩは、上側１７から下側１８まで、尖縁１６の周囲に配置される。空気力学的表面Ｓは矢印Ｆで示される空気力学的流れにさらされる。そして前記プローブＩは、この空気力学的流れの中に置かれる。以上のように、プローブＩの窓体５は、図８の矢印ｆで示されるように空気力学的流れを横断するように向けられているのが望ましい。
【００３３】
図４〜８の実施例では、プローブＩは表面Ｓに直接固定されるものと仮定している。図９では、プローブＩは仮の支持台１９に固定され、この支持台１９は接着性パッド２０によって表面Ｓに接着されて、支持台１９と表面Ｓの間に中間空間２１を形成し、この空間は、電気ケーブル３を通すのに有用である。徐々に形が変わる変形部２２が、支持台１９の周囲で、支持台１９と表面Ｓとの間に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る光学プローブをその窓体の側から見た斜視図である。
【図２】図１に示すプローブの拡大部分軸方向断面図であって、その断面は前記窓体を通過しており、図３の線II−IIに対応する。
【図３】図１に示すプローブの拡大横断面図であり、図２の線III−IIIに対応している。
【図４】本発明に係る光学プローブの測定原理を示す図である。
【図５】複数のプローブからなる実施例の装置の平面図である。
【図６】図５に示す装置の側面図である。
【図７】空気力学的表面の尖縁を囲む、本発明の装置を示している。
【図８】図７に示す装置の平面図である。
【図９】本発明の装置のプローブを固定するための仮基台を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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