より優れたセンサーが氷の堆積をリアルタイムで検出

オカナガンにあるブリティッシュコロンビア大学（UBC）の研究者は、航空機の氷センサーのリアルタイム応答を改善しました。アンテナが組み込まれているため、強化されたセンサーは、氷の蓄積と融解速度という2種類の重要な航空データを即座に識別できるようになりました。

現在、航空機の氷の検出は、昔ながらのアイチェックまたはインピーダンス検知の2つの方法のいずれかで実行されています。インピーダンス検出では、堆積した氷を検出する前に、氷を蓄積してから溶かす必要があります。

主任研究員でUBCの助教授であるモハマドザリフィ氏によると、UBCシステムは、視覚的な確認への依存と、氷の蓄積を感知するための液体の水の必要性を排除します。

「これにより、パイロットが氷が存在するかどうかを視覚的に判断する前に、検出が可能になります」とZarifiは Tech Briefsに語りました。 。

（以下の動画で、グレン研究センターがカメラを使用して、氷の堆積が航空機のエンジンにどのように影響するかを調べました。）

センサーにアンテナを組み込むことにより、UBCが開発したデバイスの結果をオペレーターとリアルタイムで共有して、蓄積に対処することができます。

マイクロ波センサーは、実際には、5.82 GHzで動作するスプリットリング共振器（SRR）として知られる光学ナノ構造です。センサーには加熱機能が組み込まれており、表面またはその周辺の誘電特性の変化を検出することで、水と氷を効果的に区別します。

水は氷よりも大量の電気エネルギーを蓄え、SRRは2つの特定の誘電率レベルを測定するために特別に装備されています。

このテクノロジーに関連する研究は、ジャーナル Applied Materials and Interfacesに掲載されました。 。 Zarifi教授が主導したこの研究は、航空機、道路、歩道など、氷と霜が非常に重要なアプリケーションの氷検出センサーとしてのSRRの有効性を実証しました。

保護層を含む特許取得済みのセンサーは、現在、航空業界による承認のためにテストされています。 UBCチームは最近、カナダの国防省からの資金提供も発表しました。これにより、研究者は開発を継続できるようになります

Zarifiはまた、多くの風力タービン会社と協力して、センサーを風力発電所に適合させています。

この技術は、低温で凍結する塩辛い氷を感知できるため、このデバイスはさらに、石油掘削装置や海洋インフラストラクチャへの蓄積を検出するのに役立つ可能性があります。

Tech Briefsとの短いインタビュー 以下では、Zarifi教授が、このデバイスが航空業界と再生可能エネルギー業界の両方の注目を集めている理由を説明しています。

技術概要 ：UBCからの初期のプレスリリース 最初の調査結果に基づいて、航空業界や再生可能エネルギー業界から大きな関心を集めたとのことです。これについてもっと言えますか？航空および再生可能エネルギー業界にとって何に関心がありましたか？そして、彼らの反応はどのようにあなたの研究の次のステップに影響を与えましたか？

教授モハマドホセインザリフィ ：私たちの氷感知装置で最初に関心を集めたのは、構造物の空力特性が非常に重要なアプリケーションから来ました。氷の形成による航空機の翼または風力タービンのブレードの形状の小さな変化は、これらの構造によって生成される揚力または電力に劇的な影響を与える可能性があります。

この氷センサーに関する航空宇宙産業での今後の作業は、氷結イベントの可能性を減らすために一般的に噴霧される氷結防止液の存在下での氷の形成に対するデバイスの感度を高めることです。

技術概要 ： 風力タービンはどうですか？

教授モハマドホセインザリフィ ：風力タービンの氷の検出は異なる方法で実行されます。タービンを監視しているエンジニアは、同じ風速で予想される生産量と比較して、発電量の低下による氷の形成を予測できます。これらのセンサーには、発電に影響が出るずっと前に氷を検出する機能があり、エンジニアが除氷システムをオンにするための十分な時間を確保できます。風力業界のエンジニアから受け取った情報に基づいて、次のステップは、デバイスをパッケージ化して現場に実装し、さらなる特性評価を実行して、産業用アプリケーションに備えることだと考えています。

技術概要 ：センサーは何を検出できますか？また、センサーの情報は、現在の航空機で利用可能な現在の検出オプションよりもどのように価値がありますか？

教授モハマドホセインザリフィ ：私たちのセンサーは、氷が表面で発生しているのを見る前に、氷の形成を検出することができます。また、氷の厚さや堆積速度などの情報を抽出することもできます。これは、飛行中の着氷イベントを経験しているパイロットに早期警告を提供し、着氷防止システムをアクティブにしたり、状態を回避するために高度を変更したりできるため、価値があります。

氷の厚さの表示は、さまざまな理由から風力タービンで作業する人々にとって重要です。まず第一に、タービンの下で作業している場合は、厚い氷床が落ちて誰かを傷つけないようにする必要があります。正確な氷の厚さを検出するもう1つの理由は、着氷イベント中に出力を最大化するためにタービンブレードをピッチングする方法をエンジニアに通知できるためです。

技術概要 ：アンテナをセンサーに組み込むことができれば、どのようなアプリケーションが可能になりますか？

教授モハマドホセインザリフィ ：最近、センサーとしてのアンテナの使用を調査しています。アンテナはセンサーの配列の複雑さを大幅に軽減できるため、氷の検出にアンテナを使用することに関心があります。さまざまな周波数で動作する送信アンテナのアレイを実装し、データを単一の受信アンテナに送信できる場合、データの集中化と処理が大幅に簡素化されます。これは、広い表面で氷の検知を実行する必要がある場合に適用されます。

技術概要に関するセンサーの革新

NASAの車両用ホイールベースの氷センサーについて学びます。

ルイス研究センターのトランスデューサーは氷の存在を検出できます。

Sensors＆TestKnowledgeHubにアクセスしてください。

技術概要 ： 次は何ですか？今何に取り組んでいますか？

教授モハマドホセインザリフィ ：このプロジェクトの次のステップは、センサーをパッケージ化して現場に実装することです。また、航空宇宙用途向けの防氷材料の存在下で検出を実行できるようにする方法をさらに調査する必要があります。

さまざまな業界からこのような関心が寄せられているため、すべてが非常にエキサイティングです。そのため、各アプリケーションによって課せられる固有の課題に対応できることを楽しみにしています。課題が何であれ、極端な環境条件、波飛沫、防氷材料、または単に複雑な空力構造であっても、私たちは成功する氷センサーを実装できると信じています。

この研究は、カナダディスカバリー助成金の国立科学工学研究評議会、Mitacs Accelerate Grant、およびカナダイノベーション財団とカナダ国防省からの助成金によって資金提供されました。

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