光纤式结冰传感器气象结冰探测应用研究

论文摘要

气象结冰条件是指决定飞机结冰严重程度的气候条件。随着结冰探测技术的发展与成熟,利用结冰信息反演气象结冰条件的强度,为积冰区的预测提供了新途径。无线电探空仪作为目前主要的高空观测手段之一,仅测量了影响结冰强度的温湿度等常规气象条件。而各种类型结冰传感器中以抗电磁干扰能力强、灵敏度高、重量低,尺寸小等优点而著称的光纤传感器无疑是结冰探测未来发展方向。将光纤式结冰传感器与无线电探空仪平台相结合用于气象结冰探测具有现实意义。本文首先介绍了气象结冰条件的探测方法,阐释了反射式光强调制型和透射式光强调制型光纤式结冰传感器的基本原理。通过比较多种不同弱信号检测方法,并在采用锁定放大器（同步积分器+相关器）实验比对后,选取了数字式取样积分作为本系统信号检测部分的关键技术。结合气象结冰探测实际（由GTS1附带升空）需求,设计了高水滴捕获率的反射式探头和高冰厚量程的透射式探头,同时配套设计了包括反射式单发射双接收的小圆头与楔形光纤探头和透射式单发射单接收的矩形光纤探头。系统中信号检测与处理部分研究内容包括:三极管开关驱动电路、光电接收电路、前置差分放大电路,数字式取样积分器的软件实现和PWM信号低通滤波处理。为探索光纤传感器在气象结冰探测方面（低速气流）可行性,进行了模拟气象结冰环境（冷库）实验;同时该系统在实验室进行了大量的基本结冰实验,完成了光纤式结冰传感器的输出特性分析。试验结果表明:光纤式结冰传感器,用于气象结冰探测是可行的,同时三种光纤传感器分别侧重高灵敏度、区分冰型和高量程,为进一步结冰信息融合奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 本论文的研究内容
• 2 光纤式气象结冰条件探测方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 气象结冰条件探测方案
• 2.3 光强调制型光纤结冰传感器的工作原理
• 2.4 弱光信号的检测方法
• 2.5 本章小结
• 3 结冰探测系统的设计
• 3.1 引言
• 3.2 光纤传感器的设计
• 3.3 系统的电路方案
• 3.4 系统的电路设计
• 3.5 系统的软件设计
• 3.6 系统调试
• 3.7 本章小结
• 4 结冰探测系统的试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验室基本实验
• 4.3 冷库实验
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献