一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器

摘要

本发明公开了一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器，包括上盖、护筒和功能组件，连接环设于盖板的下表面，连接环的外表面设有第一螺纹，护筒的上端内壁上设有第二螺纹，第一螺纹与第二螺纹相互配合，功能组件设于护筒中，还包括加热组件，加热组件包括多个加热单元，加热单元包括转动功能件、连接杆、转动盘和加热环，加热环包括外壳和第一电热丝，外壳的底部设有排气口，第一电热丝设于外壳内部，外壳固定于转动盘的下表面，连接杆的下端连接转动盘的上表面，上端连接转动功能件，盖板内部设有容腔，多个加热单元圆周圆周分布于容腔中，外壳的下表面贴靠在容腔的下表面上，容腔的下表面设有供热口。与现有技术相比，本发明能够实现快速除冰。

说明书

技术领域

本发明涉及积冰检测传感器，特别涉及一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器。

背景技术

积冰传感器具有广泛的应用领域。例如，在北方冬季，需要对公路路面、风力发电机的叶片等部位、输电线路等需要进行积冰探测，以避免积冰对这些设施产生不利影响。

目前：主要的结冰检测技术有1、电磁波谐振检测结冰：缺点在于响应速度慢，精度不高，当结冰厚度超过2.5mm后传感器才有响应，分辨率也只有2.5mm。除此之外，电磁波谐振检测方法受到的影响因素太多，介质电导率等很多因素都会严重影响结冰检测效果。2、利用电磁波TDR时域反射特性的结冰检测方法，该方法采用的是脉冲式激励信号，遇到断点或者阻抗变化点后出现反射。反射信号会与发射信号叠加，如果反射信号弱，就很难检测出来。线路断路是一种极端阻抗变化的情况，脉冲信号遇到断点后会全部反射，所以TDR技术在检测线路断点位置方面效果比较好。传感器上出现结冰后会造成阻抗不匹配，冰越多阻抗变化会越大。但是由于冰的介电常数与空气接近，造成阻抗的变化很小，由此产生的反射信号也很微弱，也就使得结冰检测的范围和分辨率会很低。该方法的实际结冰厚度检测范围小于3mm。这些检测方法还存在很多缺陷：[1]检测分辨率和精度还很低，不能满足预警等实际需求；[2]相关标准较少，标定的方法不统一，合理性也有欠缺；[3]如何解决污泥、盐分等杂质等各种环境干扰缺乏相应解决办法。

本申请的发明人研发了一种超声波积冰传感器，其具有良好的探测效果，但是其仍然具有不足，例如其除冰较慢，不能很快地投入到下一次的使用，影响了工作效率。有鉴于此，本申请的发明人经过深入研究，得到了一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器。

发明内容

本发明的目的是提供检测结冰状态和结冰厚度的传感器，其能够实现快速除冰。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器，包括上盖、护筒和功能组件，所述上盖包括盖板和连接环，所述连接环设于所述盖板的下表面，所述连接环的外表面设有第一螺纹，所述护筒的上端内壁上设有第二螺纹，所述第一螺纹与所述第二螺纹相互配合，所述功能组件设于所述护筒中，还包括加热组件，所述加热组件包括多个加热单元，所述加热单元包括转动功能件、连接杆、转动盘和加热环，所述加热环包括外壳和第一电热丝，所述外壳的底部设有排气口，所述第一电热丝设于所述外壳内部，所述外壳固定于所述转动盘的下表面，所述连接杆的下端连接所述转动盘的上表面，上端连接所述转动功能件，所述盖板内部设有容腔，所述多个加热单元圆周圆周分布于所述容腔中，所述外壳的下表面贴靠在所述容腔的下表面上，所述容腔的下表面设有对应所述排气口位置设置的供热口。

在一个优选实施例中，所述加热单元还包括支撑管、连接导线、电刷和导电环，所述支撑管竖直设置，其下端连接所述外壳，上端连接所述电刷，所述连接导线穿过所述支撑管且连接所述第一电热丝和所述电刷，所述电刷接触所述导电环，所述导电环设于所述容腔的上表面。

在一个优选实施例中，所述转动功能件包括支撑圆柱、支座、销轴、第一连接板、第二连接板、敲击板、第一电磁铁和第二电磁铁，所述支撑圆柱由上至下插入所述支座中，所述第一连接板和所述第二连接板竖直平行固定于所述敲击板的上表面，所述销轴水平依次穿过所述第一连接板、支座和第二连接板，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁均设置为半圆形，且共同形成一个完整的圆，所述敲击板的两端的位置对应所述第一电磁铁和所述第二电磁铁所形成的圆的位置，所述敲击板采用磁性材料制成，所述支撑圆柱的上端连接所述容腔的上表面，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁固定于所述容腔的下表面。

在一个优选实施例中，所述转动功能件还包括轴承，所述轴承设于所述支座中，所述支撑圆柱连接所述轴承。

在一个优选实施例中，所述盖板包括连接螺栓、连接螺母、上板面、中环和下板面，所述上板面和所述下板面分别盖设于所述中环的上下表面，所述盖板上设有由上至下穿过所述上板面、中环和下板面的连接通孔，所述连接螺栓穿过所述连接通孔，所述连接螺母与所述连接螺栓相配合。

在一个优选实施例中，所述转动功能件还包括第一弹片和第二弹片，所述第一弹片和所述第二弹片设置为弧形，所述第一弹片设置于所述敲击板的一端的一侧，所述第二弹片设置于所述敲击板的另一端的另一侧。

在一个优选实施例中，所述功能组件包括中心支撑杆、边缘支撑杆、电磁波发射天线、第一电路板和第二电路板，所述护筒的侧壁上设有开孔，所述第一电路板和所述第二电路板水平安装于所述护筒中，所述中心支撑杆、边缘支撑杆和电磁波发射天线竖直设置，所述中心支撑杆的上下两端分别连接所述第一电路板和所述第二电路板的中部，所述边缘支撑杆的上下两端分别连接所述第一电路板和所述第二电路板的边缘，所述电磁波发射天线连接所述所述第一电路板和所述第二电路板。

在一个优选实施例中，所述中心支撑杆的内部设有第二电热丝。

在一个优选实施例中，所述边缘支撑杆和所述电磁波发射天线均设置有多个，多个所述边缘支撑杆以所述中心支撑杆为中心圆周均匀分布，所述多个电磁波发射天线以所述中心支撑杆为中心圆周均匀分布。

与现有技术相比，本发明提供一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器，在其结构设置下，加热单元产生热量，对传感器进行加热，使得传感器上的积冰被快速地去除，具体来说：在进行除冰工作时，转动功能件产生转动，继而带动连接杆、转动盘和加热环转动，加热环中的第一电热丝发热，对外壳内部的空间进行加热，当排气口经过供热口时，外壳内部膨胀的热空气进入护筒中，使得护筒的温度升高，从而使得积冰被快速融化。

附图说明

图1是本发明涉及一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器的结构示意图。

图2是本发明涉及一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器的去除了护筒后的结构示意图。

图3是本发明涉及一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器的去除了上板面后的结构示意图。

图4是本发明涉及一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器的加热单元的结构示意图。

图5是本发明涉及一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器的加热单元去除了转动功能件后的结构示意图。

图6是本发明涉及一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器加热单元的去除了转动功能件后与下板面的配合结构示意图。

图中

护筒0；开孔1；盖板2；容腔3；供热口4；上板面5；中环6；下板面7；连接环8；第一螺纹9；连接杆10；转动盘11；加热环12；外壳13；排气口14；支撑管15；电刷16；导电环17；支撑圆柱18；支座19；销轴20；第一连接板21；第二连接板22；敲击板23；第一电磁铁24；第二电磁铁25；第一弹片26；第二弹片27；中心支撑杆28；边缘支撑杆29；电磁波发射天线30；第一电路板31；第二电路板32。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

如图1至图6所示，一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器，包括上盖、护筒0和功能组件，所述上盖包括盖板2和连接环8，所述连接环8设于所述盖板2的下表面，所述连接环8的外表面设有第一螺纹9，所述护筒0的上端内壁上设有第二螺纹，所述第一螺纹9与所述第二螺纹相互配合，所述功能组件设于所述护筒0中，还包括加热组件，所述加热组件包括多个加热单元，所述加热单元包括转动功能件、连接杆10、转动盘11和加热环12，所述加热环12包括外壳13和第一电热丝，所述外壳13的底部设有排气口14，所述第一电热丝设于所述外壳13内部，所述外壳13固定于所述转动盘11的下表面，所述连接杆10的下端连接所述转动盘11的上表面，上端连接所述转动功能件，所述盖板2内部设有容腔3，所述多个加热单元圆周圆周分布于所述容腔3中，所述外壳13的下表面贴靠在所述容腔3的下表面上，所述容腔3的下表面设有对应所述排气口14位置设置的供热口4。

本实施例的一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器，在其结构设置下，加热单元产生热量，对传感器进行加热，使得传感器上的积冰被快速地去除，具体来说：在进行除冰工作时，转动功能件产生转动，继而带动连接杆10、转动盘11和加热环12转动，加热环12中的第一电热丝发热，对外壳13内部的空间进行加热，当排气口14经过供热口4时，外壳13内部膨胀的热空气喷入护筒0中，使得护筒0的温度升高，从而使得积冰被快速融化。

为了实现对加热环12的供电，所述加热单元还包括支撑管15、连接导线、电刷16和导电环17，所述支撑管15竖直设置，其下端连接所述外壳13，上端连接所述电刷16，所述连接导线穿过所述支撑管15且连接所述第一电热丝和所述电刷16，所述电刷16接触所述导电环17，所述导电环17设于所述容腔3的上表面。支撑管15用于实现对电刷16的支撑，导电环17通电，电刷16从导电环17上取电，从而实现对加热环12的供电。

进一步，所述转动功能件包括支撑圆柱18、支座19、销轴20、第一连接板21、第二连接板22、敲击板23、第一电磁铁24和第二电磁铁25，所述支撑圆柱18由上至下插入所述支座19中，所述第一连接板21和所述第二连接板22竖直平行固定于所述敲击板23的上表面，所述销轴20水平依次穿过所述第一连接板21、支座19和第二连接板22，所述第一电磁铁24和所述第二电磁铁25均设置为半圆形，且共同形成一个完整的圆，所述敲击板23的两端的位置对应所述第一电磁铁24和所述第二电磁铁25所形成的圆的位置，所述敲击板23采用磁性材料制成，所述支撑圆柱18的上端连接所述容腔3的上表面，所述第一电磁铁24和所述第二电磁铁25固定于所述容腔3的下表面，所述连接杆10具体穿过敲击板23后连接支座敲击板23上应当设置供连接杆10穿过的通道，该通道的尺寸设置应当使得敲击板23的运动时不与连接杆10产生接触。在上述结构设置下，当需要进行除冰时，利用多个转动功能件产生震动，在震动的过程中，凝结在传感器上的积冰被不断地抖落，从而实现快速除冰；具体来说，转动功能件的工作原理如下：第一电磁铁24和第二电磁铁25交替通电，从而能够交替产生磁性，对敲击板23的两端形成吸引，从而使得敲击板23不断地绕销轴20发生转动，其两端对第一电磁铁24和第二电磁铁25形成敲击，产生持续的震动效果，同时，敲击板23在敲击的过程中，由于其转动安装在支撑圆柱18上，所以会产生绕支撑圆柱18的转动，从而能够在较大范围内实现敲击，实现优异的除冰效果。

为了实现支座19和支撑圆柱18的转动连接，所述转动功能件还包括轴承，所述轴承设于所述支座19中，所述支撑圆柱18连接所述轴承，支座19中应当设置用于安装所述轴承的轴承孔，利用轴承实现支座19与支撑圆柱18之间的转动连接。

为了实现转动功能件的安装，所述盖板2包括连接螺栓、连接螺母、上板面5、中环6和下板面7，所述上板面5和所述下板面7分别盖设于所述中环6的上下表面，所述盖板2上设有由上至下穿过所述上板面5、中环6和下板面7的连接通孔，所述连接螺栓穿过所述连接通孔，所述连接螺母与所述连接螺栓相配合。在上述结构设置下，利用连接螺栓和连接螺母实现上板面5、中环6和下板面7的组合，从而实现盖板2的可拆卸式设置，便于在盖板2中布置加热单元。

为了实现转动功能件的定向转动，所述转动功能件还包括第一弹片26和第二弹片27，所述第一弹片26和所述第二弹片27设置为弧形，所述第一弹片26设置于所述敲击板23的一端的一侧，所述第二弹片27设置于所述敲击板23的另一端的另一侧。在这样的结构设置下，当敲击板23的端部进行敲击时，第一弹片26或第二弹片27接触敲击面，产生反作用力，由于第一弹片26和第二弹片27都是设置在敲击板23一侧的，所以在不断敲击的过程中，能够给敲击板23提供持续的侧向推力，从而使得敲击板23不断地绕支撑圆柱18发生转动，实现较大范围内的敲击。

具体的，所述功能组件包括中心支撑杆28、边缘支撑杆29、电磁波发射天线30、第一电路板31和第二电路板32，所述护筒0的侧壁上设有开孔1，所述第一电路板31和所述第二电路板32水平安装于所述护筒0中，所述中心支撑杆28、边缘支撑杆29和电磁波发射天线30竖直设置，所述中心支撑杆28的上下两端分别连接所述第一电路板31和所述第二电路板32的中部，所述边缘支撑杆29的上下两端分别连接所述第一电路板31和所述第二电路板32的边缘，所述电磁波发射天线30连接所述所述第一电路板31和所述第二电路板32。在上述结构设置中，中心支撑杆28和边缘支撑杆29主要起到支撑作用，电磁波发射天线30用于发射和接收电磁波，从而实现对积冰的探测，第一电路板31和第二电路板32主要用于实现数据的处理和信息的传送。

为了更快速地实现除冰，所述中心支撑杆28的内部设有第二电热丝，第二电热丝在工作时产生热量，使得积冰能够快速融化，与转动功能件配合实现快速除冰。

具体的，所述边缘支撑杆29和所述电磁波发射天线30均设置有多个，多个所述边缘支撑杆29以所述中心支撑杆28为中心圆周均匀分布，所述多个电磁波发射天线30以所述中心支撑杆28为中心圆周均匀分布。

本实施例的一种检测结冰状态和结冰厚度的传感器利用了气、冰和水的相对介电常数不同，通过对介质介电常数的检测来得到结冰的状态和厚度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员理解和使用本发明，熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。