Помехоустойчивый оптоэлектронный сигнализатор обледенения планера беспилотного воздушного судна
NOISE-RESISTANT OPTOELECTRONIC ICING DETECTOR OF AN UNMANNED AIRCRAFT AIRFRAME

Изобретение относится к средствам сигнализации, реагирующим на образование или ожидаемое образование льда, и может быть использовано для своевременного обнаружения обледенения аэродинамических поверхностей планеров беспилотных воздушных судов самолетного типа малого класса.
Известен оптоэлектронный сигнализатор обледенения (патент РФ на изобретение №2332724, МПК G08B 19/02, опубл. 27.08.2008, Бюл. №24), состоящий из: оптического излучателя; передающего и приемного световодов; фотоприемника; блока обработки сигналов; индикатора наличия обледенения; модулятора, который подключен к оптическому излучателю, оптически сопряженному через передающий световод, поляризатор, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя, оптически прозрачный обтекатель фотоприемника с управляемым обогревом, анализатор и приемный световод с фотоприемником, к выходу которого подключен блок обработки сигналов; устройства управления, вход которого соединен с выходом блока обработки сигналов, а выход одновременно с входом индикатора наличия обледенения, управляющим входом оптически прозрачного обтекателя с управляемым подогревом и входом устройства измерения интенсивности обледенения. Плоскость поляризации анализатора повернута на 90° относительно плоскости поляризации поляризатора, поэтому при отсутствии льда на поверхности обтекателя фотоприемника излучение на выход анализатора не проходит и оптический сигнал на вход фотоприемника не поступает. При появлении льда на обтекателе фотоприемника происходит деполяризация проходящего через лед оптического излучения, в результате чего возрастает амплитуда сигнала на выходе фотоприемника, что является основанием для формирования сигнала о наличии обледенения.
Недостатками данного устройства являются:
- сложность его реализации, неприемлемая для использования на объектах с ограничениями по массогабаритным показателям, каковыми являются беспилотные воздушные суда самолетного типа малого класса;
- необходимость осуществления поляризации излучения оптического излучателя, что является нежелательным на объектах с ограниченным энергетическим потенциалом, каковыми являются беспилотные воздушные суда самолетного типа малого класса, так как большая часть электрической энергии, подведенной к оптическому излучателю используется нерационально.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является оптоэлектронный сигнализатор обледенения планера беспилотного воздушного судна (патент РФ на изобретение №2758565, МПК G08B 19/02, В64С 99/00, опубл. 29.10.2021, Бюл. №31), состоящий из: генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1, контроллера питания оптического излучателя 2, оптического излучателя 3, оптически прозрачного элемента участка аэродинамической поверхности планера, подверженного обледенению 4, фотоприемника 5, пикового детектора с закрытым входом 6, формирователя прямоугольного импульса 7, логического элемента «И» 8, счетчика импульсов 9, счетчика импульсов 10, компаратора кодов 11, устройства формирования сигнала об обледенении 12, при этом к первому выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 одновременно подключены управляющий вход контроллера питания оптического излучателя 2, первым вход логического элемента «И» 8, вход счетчика импульсов 9, ко второму выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 подключен управляющий вход компаратора кодов 11, к третьему выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 одновременно подключены входы сброса в начальное состояние счетчика 9 и счетчика 10, выход контроллера питания оптического излучателя 2 соединен с входом оптического излучателя 3, оптический излучатель 3 последовательно через оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности, подверженный обледенению 4 (в прямом направлении), за счет отражения и рассеяния слоем льда 13, через оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности, подверженный обледенению 4 (в обратном направлении) оптически сопряжен с входом фотоприемника 5, выход фотоприемника 5 соединен с входом пикового детектора с закрытым входом 6, выход пикового детектора с закрытым входом 6 соединен со вторым входом логического элемента «И» 8, выход логического элемента «И» 8 соединен с входом счетчика импульсов 10, входы компаратора кодов 11 соединены с выходами счетчика 9 и счетчика 10, а выход - с входом устройства формирования сигнала об обледенении 12.
Недостатком данного устройства является возможное влияние на корректность его функционирования внешних импульсных оптических излучений естественного и искусственного происхождения.
Технической задачей изобретения является обеспечение возможности функционирования оптоэлектронного сигнализатора обледенения планера беспилотного воздушного судна в условиях возможного воздействия внешних импульсных оптических излучений естественного и искусственного происхождения.
Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости оптоэлектронного сигнализатора обледенения планера беспилотного воздушного судна.
Это достигается тем, что в известном оптоэлектронном сигнализаторе обледенения планера беспилотного воздушного судна, содержащем генератор пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов, контроллер питания оптического излучателя, оптический излучатель, оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности планера, подверженный обледенению, фотоприемник, пиковый детектор с закрытым входом, формирователь прямоугольного импульса, логический элемент «И», счетчик импульсов, счетчик импульсов, компаратор кодов, устройство формирования сигнала об обледенении имеются следующие отличия в составе: введены компаратор, второй оптический излучатель и второй оптически прозрачный элемент участка аэродинамической поверхности.
Сущность изобретения поясняется чертежом (Фиг. 1), на котором показаны: генератор пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1; контроллер питания оптического излучателя 2; оптический излучатель 3; оптически прозрачный элемент подверженного обледенению участка аэродинамической поверхности планера 4; оптически прозрачный элемент подверженного обледенению участка аэродинамической поверхности планера 5; фотоприемник 6; фотоприемник 7; компаратор 8; пиковый детектор с закрытым входом 9; формирователь прямоугольного импульса 10; логический элемент «И» 11; счетчик импульсов 12; счетчик импульсов 13; компаратор кодов 14; устройство формирования сигнала об обледенении 15; слой льда 16, образующийся на оптически прозрачных элементах подверженных обледенению участков аэродинамической поверхности планера 4 и 5.
К первому выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 одновременно подключены: управляющий вход контроллера питания оптического излучателя 2, первым вход логического элемента «И» 11, вход счетчика импульсов 12. Ко второму выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 подключен управляющий вход компаратора кодов 14. К третьему выходу генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 одновременно подключены входы сброса в начальное состояние счетчика 12 и счетчика 13. Выход контроллера питания оптического излучателя 2 соединен с входом оптического излучателя 3. Оптический излучатель 3 последовательно: через оптически прозрачный элемент подверженного обледенению участка аэродинамической поверхности 4 (в прямом направлении), за счет отражения и рассеяния слоем льда 16, через оптически прозрачный элемент подверженного обледенению участка аэродинамической поверхности 4 (в обратном направлении) оптически сопряжен с входом фотоприемника 6. Оптический излучатель 3 и фотоприемник 6 размещаются в непосредственной близости друг от друга так, чтобы диаграмма направленности оптического излучателя 3 и поле зрения фотоприемника 6 не пересекались в пространстве, фотоприемник 7 и оптически прозрачный элемент подверженного обледенению участка аэродинамической поверхности 5 размещаются так, чтобы исключить возможность попадания на них излучения оптического излучателя 3. Выход фотоприемника 6 соединен с первым входом компаратора 8, выход фотоприемника 7 соединен со вторым входом компаратора 8. Выход компаратора 8 соединен с входом пикового детектора с закрытым входом 9. Выход пикового детектора с закрытым входом 9 соединен с входом формирователя прямоугольного импульса 10. Выход формирователя прямоугольного импульса 10 соединен со вторым входом логического элемента «И» 11. Выход логического элемента «И» 11 соединен с входом счетчика импульсов 13. Входы компаратора кодов 14 соединены с выходами счетчика 12 и счетчика 13, а выход - с входом устройства формирования сигнала об обледенении 15.
Помехоустойчивый оптоэлектронный сигнализатор обледенения планера беспилотного воздушного судна работает следующим образом.
Генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 вырабатывает последовательность пачек прямоугольных импульсов (с первого выхода, Фиг. 2), поступающих одновременно на: управляющий вход контроллера питания оптического излучателя 2, первый вход логического элемента «И 1, вход счетчика импульсов 12, в соответствии с которыми контроллер питания оптического излучателя 2 осуществляет подачу питания на оптический излучатель 3.
При отсутствии слоя льда 16 на оптически прозрачных элементах подверженных обледенению участков аэродинамической поверхности планера, 4 и 5, оптическое сопряжение оптического излучателя 3 и фотоприемника 6 отсутствует, так как излученные оптическим излучателем 3 оптические сигналы уходят в пространство: на входы фотоприемников 6 и 7 воздействует только внешнее излучение (излучение, исходящее от естественных и искусственных источников), поэтому электрические сигналы на выходах фотоприемников 6 и 7, вследствие тождества их характеристик будут изменяться синфазно, и иметь равные (или практически равные) значения в каждый момент времени, вследствие чего на выходе компаратора 8 сигнал будет отсутствовать (или присутствовать постоянная составляющая), поэтому на выходе пикового детектора с закрытым входом 9 сигнал будет отсутствовать, следовательно, в цепи, образованной формирователем прямоугольного импульса 10, вторым входом и выходом логического элемента «И» И, входом счетчика импульсов 13 всегда будет логический «0», вследствие чего, после прихода на управляющий вход компаратора кодов 14 импульса со второго выхода генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 (Фиг. 3), компаратор кодов 14 выдаст на устройство формирования сигнала об обледенении 15 сигнал, соответствующий несовпадению состояний счетчиков 12 и 13, т.е. отсутствию обледенения, затем счетчики 12 и 13 будут сброшены в начальное состояние импульсом с третьего выхода генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 (Фиг. 4).
При наличии слоя льда 16 на оптически прозрачных элементах подверженных обледенению участков аэродинамической поверхности планера 4 и 5, оптический излучатель 3 и фотоприемник 6 оказываются оптически сопряжены, так как между ними возникает оптический канал через оптически прозрачный элемент подверженного обледенению участка аэродинамической поверхности планера 4 (в прямом направлении), за счет отражения и рассеяния слоем льда 16, через оптически прозрачный элемент подверженного обледенению участка аэродинамической поверхности планера 4 (в обратном направлении) вследствие чего на вход фотоприемника 6 поступает часть излученных оптическим излучателем 3 оптических сигналов и внешнее излучение (излучение, исходящее от естественных и искусственных источников), тогда как на вход фотоприемник 7 воздействует только внешнее излучение (излучение, исходящее от естественных и искусственных источников), поэтому электрические сигналы на выходах фотоприемников 6 и 7, будут изменяться неодинаково, вследствие чего на выходе компаратора 8 будет присутствовать сигнал, меняющийся во времени пропорционально излученным оптическим излучателем 3 оптических сигналов, поэтому на выходе пикового детектора с закрытым входом 9 будет формироваться импульсная последовательность с временными параметрами пачки прямоугольных импульсов, из которой формирователем прямоугольного импульса 10, будет формироваться пачка прямоугольных импульсов, и подаваться на второй вход логического элемента «И» 11, вследствие чего с его выхода на вход счетчика импульсов 13 поступит количество импульсов, равное количеству импульсов поступивших на вход счетчика импульсов 12, вследствие чего, после прихода на управляющий вход компаратора кодов 14 импульса со второго выхода генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 (Фиг. 3), компаратор кодов 14 выдаст на устройство формирования сигнала об обледенении 15 сигнал, соответствующий совпадению состояний счетчиков 12 и 13, т.е. наличию обледенения, затем счетчики 12 и 13 будут сброшены в начальное состояние импульсом с третьего выхода генератора пачек прямоугольных импульсов и управляющих сигналов 1 (Фиг. 4). Устройство формирования сигнала об обледенении 15, путем накопления за заданный временной интервал непрерывающейся последовательности состояний компаратора кодов 14, соответствующей наличию обледенения формирует управляющий сигнал, обеспечивающий реализацию алгоритма функционирования исполнительного устройства, предусмотренного конструкцией произвольного беспилотного воздушного судна.
Таким образом, предложенный помехоустойчивый оптоэлектронный сигнализатор обледенения планера беспилотного воздушного судна позволяет обеспечить возможности сигнализации об обледенении аэродинамических поверхностей беспилотных воздушных судов самолетного типа малого класса в условиях возможного воздействия внешних импульсных оптических излучений естественного и искусственного происхождения.