更好的传感器实时检测结冰

来自奥肯那根的不列颠哥伦比亚大学 (UBC) 的研究人员改进了飞机冰传感器的实时响应。借助嵌入式天线，增强型传感器现在可以立即识别两种关键的航空数据：冰的堆积和融化速度。

目前，飞机上的结冰检测通过以下两种方式之一进行：使用老式的眼睛检查或阻抗感应。阻抗传感需要积聚并融化沉积的冰才能被检测到。

根据首席研究员兼 UBC 助理教授 Mohammad Zarifi 的说法，UBC 系统消除了对视觉确认的依赖，也不再需要液态水来感知结冰。

Zarifi 告诉 Tech Briefs：“这可以在飞行员肉眼确定是否存在冰之前进行检测。” .

（在下面的视频中，了解格伦研究中心如何使用摄像头检查积冰如何影响飞机发动机。）

通过将天线集成到传感器中，UBC 开发的设备的结果可以与操作员实时共享，以解决任何积聚问题。

事实上，微波传感器是一种光学纳米结构，称为裂环谐振器 (SRR)，工作频率为 5.82 GHz。该传感器内置加热功能，通过检测其表面或周围介电特性的变化，有效区分水和冰。

水比冰储存更多的电能，并且特别配备了 SRR 来测量两个比介电常数水平。

与该技术相关的研究发表在Applied Materials and Interfaces杂志上 。 这项由 Zarifi 教授领导的研究证明了 SRR 作为冰检测传感器的有效性，适用于对冰和霜非常感兴趣的应用，例如在飞机、道路或人行道上。

该专利传感器包括一个保护层，目前正在测试中以获得航空业的批准。 UBC 团队最近还宣布获得加拿大国防部的资助，这将使研究人员能够继续开发

Zarifi 还与多家风力涡轮机公司合作，将传感器应用于风电场。

由于该技术可以感知在较低温度下结冰的咸冰，该设备还可以帮助检测石油钻井平台和海洋基础设施上的积聚情况。

在接受技术简介的简短采访中 下面，Zarifi 教授解释了为什么该设备会引起航空和可再生能源行业的关注。

技术简介 :UBC 的早期新闻稿 说根据您的初步调查结果，您收到了航空和可再生能源行业的极大兴趣。你能说更多吗？航空和可再生能源行业对什么感兴趣？他们的反应如何影响您下一步的研究？

教授。穆罕默德·侯赛因·扎里菲 ：对我们的冰传感装置的最初兴趣来自于结构的空气动力学特性极其重要的应用。由于结冰而对飞机机翼或风力涡轮机叶片形状的微小变化可能会对这些结构产生的升力或动力产生巨大影响。

航空航天工业未来在这种冰传感器上的工作将是提高设备在存在防冰液的情况下对结冰的敏感性，防冰液通常会喷洒以减少结冰事件的可能性。

技术简介 ： 风力涡轮机怎么样？

教授。穆罕默德·侯赛因·扎里菲 ：风力涡轮机上的冰检测以不同的方式执行。与相同风速下的预期产量相比，监控涡轮机的工程师可以预测由于发电量下降而导致的结冰。这些传感器将能够在发电受到影响之前检测到冰，并为工程师提供充足的时间来打开除冰系统。根据我们从风能行业工程师那里获得的信息，我们认为下一步是封装设备并在现场实施，以进行进一步的表征并为工业应用做好准备。

技术简介 ：您的传感器能​​够检测到什么？与当今飞机上的当前检测选项相比，传感器的信息如何更有价值？

教授。穆罕默德·侯赛因·扎里菲 ：我们的传感器能​​够在您看到冰形成在表面之前很久就检测到它。我们还能够提取冰厚度和沉积速率等信息。这很有价值，因为它可以为遇到飞行中结冰事件的飞行员提供早期预警，使他们能够启动防结冰系统或简单地改变高度来避开这种情况。

出于多种原因，冰层厚度的指示对于从事风力涡轮机工作的人来说很重要。首先，如果您在涡轮机下方工作，您要确定厚厚的冰层不会脱落并可能伤害到人。准确检测冰厚的另一个原因是，它可以告知工程师在结冰事件期间如何调整涡轮叶片以最大限度地提高功率输出。

技术简介 ：一旦您能够将天线集成到传感器中，哪些应用是可能的？

教授。穆罕默德·侯赛因·扎里菲 :最近，我们一直在研究使用天线作为传感器。我们对使用天线进行冰检测很感兴趣，因为它们可以显着降低传感器阵列的复杂性。如果我们可以实现一个发射天线阵列，以不同的频率工作，并将数据传输到单个接收天线，那么数据的集中和处理将大大简化。这适用于需要在大表面上执行冰感测的情况。

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技术简介 ： 下一步是什么？你现在在做什么？

教授。穆罕默德·侯赛因·扎里菲 ：该项目的下一步是封装传感器并在现场实施。我们还需要进一步研究使我们能够在存在用于航空航天应用的防冰材料的情况下进行检测的方法。

这一切都非常令人兴奋，因为我们收到了来自各行各业的大量兴趣，因此我们期待着迎接每个应用程序带来的独特挑战。无论挑战是什么，极端环境条件、海浪、防冰材料或简单的复杂空气动力学结构，我们相信我们有能力成功实施冰传感器。

这项研究得到了加拿大国家科学和工程研究委员会发现资助、Mitacs 加速资助以及加拿大创新基金会和加拿大国防部的资助。

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