Улучшенный датчик обнаруживает нарастание льда в режиме реального времени

Исследователи из Университета Британской Колумбии (UBC) в Оканагане улучшили реакцию бортовых датчиков обледенения в режиме реального времени. Благодаря встроенной антенне усовершенствованные датчики теперь могут сразу определять два типа важных авиационных данных:накопление льда и скорость таяния.

В настоящее время обнаружение льда на самолетах осуществляется одним из двух способов:старомодной проверкой зрения или измерением импеданса. Для определения импеданса необходимо сначала нарастить, а затем растопить отложенный лед, прежде чем его можно будет обнаружить.

По словам ведущего исследователя и доцента UBC Мохаммада Зарифи, система UBC устраняет зависимость от визуального подтверждения и необходимости в жидкой воде для обнаружения нарастания льда.

«Это позволяет обнаруживать задолго до того, как пилот сможет визуально определить наличие льда», — сказал Зарифи Tech Briefs. .

(В приведенном ниже видеоролике показано, как Исследовательский центр Гленна использовал камеры для изучения влияния обледенения на двигатель самолета.)

Встраивая антенну в датчик, результаты работы устройства, разработанного UBC, могут передаваться оператору в режиме реального времени для устранения любых наростов.

Микроволновый датчик на самом деле представляет собой оптическую наноструктуру, известную как резонатор с разрезным кольцом (SRR), работающую на частоте 5,82 ГГц. Датчик со встроенными функциями нагрева эффективно различает воду и лед, обнаруживая изменения диэлектрических свойств на поверхности или вокруг нее.

Вода хранит больше электроэнергии, чем лед, и SRR специально оборудован для измерения двух конкретных уровней диэлектрической проницаемости.

Исследование, связанное с этой технологией, было опубликовано в журнале Applied Materials and Interfaces. <эм>. Исследование, проведенное под руководством профессора Зарифи, продемонстрировало эффективность SRR в качестве датчиков обнаружения льда в приложениях, где лед и иней представляют большой интерес, например, на самолетах, дорогах или пешеходных дорожках.

Запатентованный датчик с защитным слоем в настоящее время проходит испытания для одобрения авиационной промышленностью. Команда UBC также недавно объявила о финансировании со стороны Министерства национальной обороны Канады, что позволит исследователям продолжить разработку.

Zarifi также сотрудничает с рядом компаний, производящих ветряные турбины, для адаптации датчиков к ветряным электростанциям.

Поскольку технология может обнаруживать соленый лед, который замерзает при более низких температурах, устройство также может помочь обнаружить скопления на нефтяных платформах и морской инфраструктуре.

В коротком интервью Tech Briefs ниже профессор Зарифи объясняет, почему это устройство привлекло внимание как авиационной отрасли, так и отрасли возобновляемых источников энергии.

Технические обзоры :ранний пресс-релиз UBC сказал, что вы вызвали большой интерес со стороны авиации и возобновляемых источников энергии, основываясь на ваших первоначальных выводах. Можете ли вы рассказать об этом больше? Что представляло интерес для авиации и возобновляемой энергетики? И как их реакция повлияла на следующий шаг вашего исследования?

Проф. Мохаммад Хоссейн Зарифи :Первоначальный интерес, проявленный к нашему датчику льда, связан с приложениями, в которых аэродинамические свойства конструкции имеют чрезвычайно важное значение. Небольшие изменения формы крыла самолета или лопасти ветряной турбины из-за обледенения могут привести к резкому снижению подъемной силы или мощности, генерируемой этими конструкциями.

Дальнейшая работа над этим датчиком обледенения в аэрокосмической отрасли будет заключаться в повышении чувствительности устройства к образованию льда в присутствии противообледенительных жидкостей, которые обычно распыляются для снижения вероятности обледенения.

Технические обзоры : А как насчет ветряных турбин?

Проф. Мохаммад Хоссейн Зарифи :Обнаружение льда на ветряных турбинах выполняется по-другому. Инженер, следящий за турбиной, может предсказать образование льда из-за падения выработки электроэнергии по сравнению с ожидаемой выработкой при той же скорости ветра. Эти датчики будут иметь возможность обнаруживать лед задолго до того, как будет затронута выработка электроэнергии, и дадут инженеру достаточно времени для включения систем защиты от обледенения. Основываясь на информации, которую мы получили от инженеров ветроэнергетики, мы считаем, что следующим шагом будет упаковка устройства и внедрение его в полевых условиях, чтобы выполнить дальнейшие характеристики и подготовить его к промышленному применению.

Технические обзоры :что может обнаруживать ваш сенсор и чем информация с сенсора более ценна, чем текущие варианты обнаружения, доступные на современных самолетах?

Проф. Мохаммад Хоссейн Зарифи :наш датчик способен обнаруживать образование льда задолго до того, как вы заметите его появление на поверхности. Мы также можем извлекать такую ​​информацию, как толщина льда и скорость его осаждения. Это ценно, потому что позволяет заблаговременно предупредить пилотов об обледенении в полете, позволяя им активировать противообледенительные системы или просто изменить высоту, чтобы избежать таких условий.

Указание толщины льда важно для людей, работающих с ветряными турбинами, по нескольким причинам. Прежде всего, если вы работаете под турбиной, вы должны быть уверены, что толстый слой льда не упадет и, возможно, не поранит кого-нибудь. Еще одна причина для точного определения толщины льда заключается в том, что он может сообщить инженеру, как наклонить лопасти турбины, чтобы максимизировать выходную мощность во время обледенения.

Технические обзоры :Какие приложения возможны после того, как вы сможете встроить антенну в датчик?

Проф. Мохаммад Хоссейн Зарифи :Недавно мы исследовали использование антенн в качестве датчиков. Мы заинтересованы в использовании антенн для обнаружения льда, потому что они могут значительно упростить размещение датчиков. Если мы сможем реализовать массив передающих антенн, работающих на разных частотах, и передавать данные на одну приемную антенну, централизация и обработка данных значительно упростятся. Это применимо в случае необходимости обнаружения льда на большой поверхности.

Подробнее об инновациях в области сенсоров в технических бюллетенях

Узнайте о колесных датчиках NASA для транспортных средств.

Датчики Исследовательского центра Льюиса могут обнаруживать наличие льда.

Перейдите в наш центр знаний о датчиках и тестировании.

Технические обзоры :Что дальше? Над чем вы сейчас работаете?

Проф. Мохаммад Хоссейн Зарифи :Следующим шагом в этом проекте является упаковка датчика и внедрение его в полевых условиях. Нам также необходимо дополнительно изучить методы, которые позволят нам выполнять обнаружение в присутствии противообледенительных материалов для аэрокосмических приложений.

Все это очень интересно, потому что у нас был такой приток интереса из самых разных отраслей, и поэтому мы с нетерпением ждем решения уникальных задач, связанных с каждым приложением. Какими бы ни были проблемы, экстремальные условия окружающей среды, морские брызги, противообледенительные материалы или просто сложные аэродинамические конструкции, мы уверены, что способны внедрить успешные датчики льда.

Исследование финансировалось грантом Национального совета по научным и инженерным исследованиям Канады Discovery Grant, грантом Mitacs Accelerate Grant, а также грантами Канадского фонда инноваций и Министерства национальной обороны Канады.

Что вы думаете? Поделитесь своими вопросами и комментариями ниже.