얼음 축적을 실시간으로 감지하는 더 나은 센서

Okanagan에 있는 브리티시 컬럼비아 대학(UBC)의 연구원들은 항공기 얼음 센서의 실시간 응답을 개선했습니다. 내장형 안테나를 통해 향상된 센서는 이제 얼음 축적과 녹는 속도라는 두 가지 유형의 중요한 항공 데이터를 즉시 식별할 수 있습니다.

현재 항공기의 얼음 감지는 구식 눈 검사 또는 임피던스 감지의 두 가지 방법 중 하나로 수행됩니다. 임피던스 감지는 축적된 얼음을 감지하기 전에 축적된 얼음을 녹여야 합니다.

수석 연구원이자 UBC 조교수인 Mohammad Zarifi에 따르면 UBC 시스템은 시각적 확인에 대한 의존도와 얼음 축적을 감지하기 위해 액체 상태의 물이 필요하지 않다고 합니다.

Zarifi는 Tech Briefs에 "이를 통해 조종사가 얼음이 있는지 육안으로 확인하기 훨씬 전에 감지할 수 있습니다."라고 말했습니다. .

(아래 동영상에서 Glenn Research Center가 카메라를 사용하여 결빙이 항공기 엔진에 미치는 영향을 조사한 방법을 확인하세요.)

안테나를 센서에 통합함으로써 UBC에서 개발한 장치의 결과를 운영자와 실시간으로 공유하여 축적을 해결할 수 있습니다.

마이크로파 센서는 실제로 5.82GHz에서 작동하는 분할 링 공진기(SRR)로 알려진 광학 나노 구조입니다. 가열 기능이 내장된 센서는 표면 또는 주변의 유전 특성 변화를 감지하여 물과 얼음을 효과적으로 구분합니다.

물은 얼음보다 더 많은 양의 전기 에너지를 저장하며 SRR은 특히 두 가지 특정 유전율 수준을 측정할 수 있는 장비를 갖추고 있습니다.

이 기술과 관련된 연구는 Applied Materials and Interfaces 저널에 게재되었습니다. <엠>. Zarifi 교수가 주도한 이 연구는 항공기, 도로 또는 산책로와 같이 얼음과 서리가 큰 관심을 받는 애플리케이션을 위한 얼음 감지 센서로서의 SRR의 효율성을 보여주었습니다.

보호 층이 포함된 특허 받은 센서는 현재 항공 산업의 승인을 위해 테스트 중입니다. UBC 팀은 최근 캐나다 국방부의 자금 지원을 발표했는데, 이를 통해 연구원들이 계속 개발할 수 있습니다.

Zarifi는 또한 풍력 발전 단지에 센서를 적용하기 위해 여러 풍력 터빈 회사와 협력하고 있습니다.

이 기술은 더 낮은 온도에서 얼어붙는 짠 얼음을 감지할 수 있기 때문에 이 장치는 석유 굴착 장치 및 해양 기반 시설에 축적된 것을 감지하는 데 도움이 될 수 있습니다.

기술 요약 과의 짧은 인터뷰 아래에서 Zarifi 교수가 이 장치가 항공 및 재생 에너지 산업 모두의 관심을 끈 이유를 설명합니다.

기술 개요 :UBC의 초기 보도 자료 초기 조사 결과에 따르면 항공 및 재생 에너지 산업에서 많은 관심을 받았다고 합니다. 이것에 대해 더 말할 수 있습니까? 항공 및 재생 에너지 산업에 관심이 있었던 것은 무엇입니까? 그리고 그들의 반응은 연구의 다음 단계에 어떤 영향을 미쳤습니까?

교수. 모하마드 호세인 자리피 :우리의 얼음 감지 장치에 대한 초기 관심은 구조물의 공기역학적 특성이 매우 중요한 응용 분야에서 왔습니다. 얼음 형성으로 인해 항공기 날개 또는 풍력 터빈 블레이드의 모양이 약간 변경되면 이러한 구조에서 생성되는 양력 또는 동력에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.

이 얼음 센서에 대한 항공 우주 산업의 향후 작업은 결빙 이벤트의 가능성을 줄이기 위해 일반적으로 스프레이되는 결빙 방지 유체가 있는 상태에서 결빙 형성에 대한 장치의 감도를 향상시키는 것입니다.

기술 요약 : 풍력 터빈은 어떻습니까?

교수. 모하마드 호세인 자리피 :풍력 터빈의 얼음 감지는 다르게 수행됩니다. 터빈을 모니터링하는 엔지니어는 동일한 풍속에서 예상 생산량과 비교하여 전력 생산량 감소로 인한 얼음 형성을 예측할 수 있습니다. 이 센서는 발전에 영향을 미치기 훨씬 전에 얼음을 감지할 수 있는 기능을 가지고 있으며 엔지니어가 제빙 시스템을 켤 수 있는 충분한 시간을 허용합니다. 풍력 산업의 엔지니어들로부터 받은 정보를 바탕으로 다음 단계는 장치를 패키징하고 현장에서 구현하여 추가 특성화를 수행하고 산업 적용을 위해 준비하는 것이라고 생각합니다.

기술 개요 :귀하의 센서가 감지할 수 있는 것은 무엇이며, 오늘날 항공기에서 사용할 수 있는 현재 감지 옵션보다 센서의 정보가 어떻게 더 가치가 있습니까?

교수. 모하마드 호세인 자리피 :우리의 센서는 표면에서 발생하는 얼음 형성을 보기 훨씬 전에 감지할 수 있습니다. 우리는 또한 얼음 두께와 퇴적 속도와 같은 정보를 추출할 수 있습니다. 이는 비행 중 결빙 현상을 겪고 있는 조종사에게 조기 경고를 제공하여 결빙 방지 시스템을 활성화하거나 단순히 고도를 변경하여 상황을 피할 수 있기 때문에 유용합니다.

얼음 두께의 표시는 여러 가지 이유로 풍력 터빈에서 작업하는 사람들에게 중요합니다. 우선 터빈 아래에서 작업하는 경우 두꺼운 얼음 판이 떨어져서 누군가를 다치게 하지 않도록 해야 합니다. 정확한 얼음 두께 감지가 필요한 또 다른 이유는 결빙 이벤트 중에 전력 출력을 최대화하기 위해 터빈 블레이드를 피치하는 방법을 엔지니어에게 알려줄 수 있기 때문입니다.

기술 개요 :안테나를 센서에 통합할 수 있게 된다면 어떤 애플리케이션이 가능할까요?

교수. 모하마드 호세인 자리피 :최근에는 안테나를 센서로 활용하는 방안을 연구하고 있습니다. 우리는 얼음 감지에 안테나를 사용하는 데 관심이 있습니다. 안테나가 센서 배열의 복잡성을 크게 줄일 수 있기 때문입니다. 서로 다른 주파수에서 작동하는 송신 안테나 어레이를 구현하고 데이터를 단일 수신 안테나로 전송할 수 있다면 데이터의 중앙 집중화 및 처리가 상당히 단순화됩니다. 이것은 넓은 표면에서 얼음 감지를 수행해야 하는 경우에 적용됩니다.

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NASA의 차량용 바퀴 기반 얼음 센서에 대해 알아보세요.

Lewis Research Center의 변환기는 얼음의 존재를 감지할 수 있습니다.

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기술 개요 :무엇 향후 계획? 지금 어떤 작업을 하고 있나요?

교수. 모하마드 호세인 자리피 :이 프로젝트의 다음 단계는 센서를 패키징하여 현장에서 구현하는 것입니다. 우리는 또한 항공 우주 응용 분야에서 방빙 재료가 있는 상태에서 탐지를 수행할 수 있는 방법을 추가로 조사해야 합니다.

우리는 다양한 산업 분야에서 많은 관심을 받았고 각 응용 프로그램이 부과하는 고유한 과제를 해결하기를 고대하고 있기 때문에 모두 매우 흥미진진합니다. 극한의 환경 조건, 바다 스프레이, 결빙 방지 재료 또는 단순히 복잡한 공기 역학적 구조와 같은 도전 과제가 무엇이든 우리는 성공적인 얼음 센서를 구현할 수 있다고 믿습니다.

이 연구는 캐나다 디스커버리 보조금, Mitacs Accelerate 보조금, 캐나다 혁신 재단 및 캐나다 국방부의 보조금으로 이루어진 국립 과학 공학 연구 위원회의 자금 지원을 받았습니다.

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