结冰探测装置及探测方法

本申请涉及超声探测，特别是涉及一种结冰探测装置及探测方法。

背景技术：

1、在结冰气象条件下，飞机和船舶等运输工具、输电线路和杆塔等电力设备及暴露在室外的管道等容易产生积冰，飞机和船舶等关键部位结冰可能导致工作系统失效，增加运输危险，输电线路和杆塔结冰可能导致线路故障、断裂，甚至造成触电事故。因此，为及时评估风险、预防事故发生有必要对积冰的厚度进行探测。

2、随着超声探测技术的发展，超声波传感器逐渐运用于结冰探测领域，通过发射超声波和接收回波来对积冰的厚度进行探测。然而，当前结冰探测装置多采用单一中心频率的超声波传感器，很难同时满足积冰中薄冰层和厚冰层的探测精度需求，对于较大的结冰厚度探测范围适应性较差。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够扩展结冰厚度探测范围的结冰探测装置及探测方法。

2、第一方面，本申请提供了一种结冰探测装置。该装置包括：

3、至少两个超声换能件，用于向目标对象发射超声信号，并接收所述超声信号的回波信号；各所述超声换能件发射的超声信号的中心频率不同；

4、延迟件，设置在所述超声换能件靠近所述目标对象的一侧并与所述超声换能件连接，用于延缓所述超声信号到达所述目标对象的时间。

5、在其中一个实施例中，所述装置还包括：信号处理件，与各所述超声换能件均分别连接，用于获取各所述超声换能件分别对应的回波信号，并根据各所述超声换能件分别对应的回波信号，确定所述目标对象的厚度。

6、在其中一个实施例中，所述超声换能件对应的回波信号包括第一回波信号和第二回波信号，所述第一回波信号用于表征所述延迟件与所述目标对象之间的第一界面产生的回波信号，所述第二回波信号用于表征所述目标对象与其他介质之间的第二界面产生的回波信号；所述信号处理件还用于：

7、比较各所述超声换能件分别对应的第二回波信号，得到比较结果；

8、根据所述比较结果确定各所述超声换能件中的目标超声换能件；

9、结合所述目标超声换能件对应的第一回波信号和第二回波信号，确定所述目标对象的厚度。

10、在其中一个实施例中，所述装置还包括：

11、温度采集件，一端与所述延迟件远离所述超声换能件一端的端面平齐，用于采集所述目标对象的温度，所述目标对象的温度用于修正所述目标对象对应声波传递速度。

12、在其中一个实施例中，所述装置还包括壳体，所述超声换能件和所述延迟件均设置于壳体内，且所述壳体靠近所述延迟件的一端设置有第一敞口，所述延迟件从所述第一敞口中伸出。

13、在其中一个实施例中，所述延迟件包括与所述超声换能件连接的顶部端面、远离所述超声换能件的底部端面以及连接所述顶部端面和所述底部端面的外周壁，所述外周壁包括与所述顶部端面连接的第一外周壁和与所述底部端面连接的第二外周壁，所述第一外周壁与所述壳体的内侧壁连接，所述第二外周壁与结冰主体外表面连接以使所述底部端面与所述结冰主体外表面平齐。

14、在其中一个实施例中，所述延迟件的材料与结冰主体外表面的材料相同。

15、在其中一个实施例中，所述超声换能件包括背衬层、压电层和电极层，所述背衬层、所述压电层和所述电极层在所述超声换能件到所述延迟件方向上依次层叠设置；超声换能件还包括匹配层，所述匹配层与所述电极层上贯穿的安装缺口相适配。

16、在其中一个实施例中，所述超声换能件还包括耐低温保护套，所述压电层和所述背衬层设置在所述耐低温保护套内，所述耐低温保护套靠近所述延迟件的一侧设有开口，所述开口与所述匹配层相对。

17、第二方面，本申请还提供了一种结冰探测方法。该方法包括：

18、获取各超声换能件分别对应的回波信号；各所述超声换能件发射的超声信号的中心频率不同；

19、根据各所述超声换能件分别对应的回波信号，确定所述目标对象的厚度。

20、上述结冰探测装置及探测方法，包括至少两个超声换能件和延迟件，各超声换能件发射的超声信号的中心频率不同，延迟件设置在超声换能件靠近目标对象的一侧并与超声换能件连接，用于延缓超声信号到达目标对象的时间。本申请在结冰探测装置内置至少两个不同中心频率的超声换能件，较高频率的超声换能件用于测量薄冰层，较低频率的超声换能件用于探测厚冰层，避免同一个位置需要布置不同频率超声传感器的需求，节省空间的同时还实现了宽尺度测量。在该结冰探测装置进行积冰厚度探测时，对于较薄的冰层可以选择较高频率的超声换能件对应的回波信号数据进行厚度计算，对于较厚的冰层可以选择较低频率的超声换能件对应的回波信号数据进行厚度计算，能够同时满足测量薄冰层和厚冰层的探测精度需求，扩展结冰厚度探测范围。

技术特征：

1.一种结冰探测装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述超声换能件对应的回波信号包括第一回波信号和第二回波信号，所述第一回波信号用于表征所述延迟件与所述目标对象之间的第一界面产生的回波信号，所述第二回波信号用于表征所述目标对象与其他介质之间的第二界面产生的回波信号；所述信号处理件还用于：

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括壳体，所述超声换能件和所述延迟件均设置于壳体内，且所述壳体靠近所述延迟件的一端设置有第一敞口，所述延迟件从所述第一敞口中伸出。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述延迟件包括与所述超声换能件连接的顶部端面、远离所述超声换能件的底部端面以及连接所述顶部端面和所述底部端面的外周壁，所述外周壁包括与所述顶部端面连接的第一外周壁和与所述底部端面连接的第二外周壁，所述第一外周壁与所述壳体的内侧壁连接，所述第二外周壁与结冰主体外表面连接以使所述底部端面与所述结冰主体外表面平齐。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述延迟件的材料与结冰主体外表面的材料相同。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超声换能件包括背衬层、压电层和电极层，所述背衬层、所述压电层和所述电极层在所述超声换能件到所述延迟件方向上依次层叠设置；超声换能件还包括匹配层，所述匹配层与所述电极层上贯穿的安装缺口相适配。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述超声换能件还包括耐低温保护套，所述压电层和所述背衬层设置在所述耐低温保护套内，所述耐低温保护套靠近所述延迟件的一侧设有开口，所述开口与所述匹配层相对。

10.一种结冰探测方法，其特征在于，应用于权利要求1至9任一项所述的结冰探测装置，所述方法包括：

技术总结本申请涉及一种结冰探测装置及探测方法。该装置包括至少两个超声换能件，用于向目标对象发射超声信号，并接收所述超声信号的回波信号；各所述超声换能件发射的超声信号的中心频率不同；延迟件，设置在所述超声换能件靠近所述目标对象的一侧并与所述超声换能件连接，用于延缓所述超声信号到达所述目标对象的时间。对于较薄的冰层可以选择较高频率的超声换能件对应的回波信号数据进行厚度计算，对于较厚的冰层可以选择较低频率的超声换能件对应的回波信号数据进行厚度计算，采用本装置能够同时满足测量薄冰层和厚冰层的探测精度需求，扩展结冰厚度探测范围。技术研发人员：朱春玲,王渊,朱程香,赵宁,张杨,陆庆文受保护的技术使用者：南京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/5/12