10.14489/td.2023.05.pp.050-055

2023, 05 май (May)

DOI: 10.14489/td.2023.05.pp.050-055

Ухов А. А., Кострин Д. К., Герасимов В. А., Селиванов Л. М., Симон В. А.
ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК КОНТРОЛЯ ОБЛЕДЕНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ
(с. 50-55)

Аннотация. Для эффективного управления антиобледенительными системами требуется контролировать состояние поверхности с помощью специализированных датчиков. Одним из наиболее перспективных способов обнаружения обледенения является емкостной метод, основанный на существенной разнице в диэлектрической проницаемости воды в жидком и твердом агрегатных состояниях. Учитывая, что емкость датчика зависит как от частоты измерения, так и от конфигурации и размеров электродов, представлен анализ характеристик конденсаторов различной геометрии при разных условиях и определена оптимальная форма датчика и частота проведения измерений. Работа электронной схемы разработанного датчика контроля обледенения основана на сравнении опорного напряжения с напряжением, зависящим от значения емкости измерительного конденсатора. Преобразователь емкость–напряжение построен на базе фильтра верхних частот и однополупериодного выпрямителя. Для повышения точности определения наличия льда на поверхности предложена схема, в которой осуществляется контроль емкости измерительного конденсатора на двух частотах. Рассмотренные емкостные датчики контроля обледенения поверхности обладают достаточно простой конструкцией, но при этом эффективно выполняют свою задачу.

Ключевые слова: обледенение, емкостной датчик, диэлектрическая проницаемость, компаратор, частота измерения.

Uhov A. A., Kostrin D. K., Gerasimov V. A., Selivanov L. M., Simon V. A.
CAPACITIVE SENSOR FOR SURFACE ICING CONTROL
(pp. 50-55)

Abstract. Icing of the surfaces of objects leads to a decrease in their technical characteristics and can lead to emergency situations and equipment failure. For effective control of deicing systems, it is required to monitor the condition of the surface with the help of specialized sensors. One of the most promising ways to detect icing is the capacitive method based on a significant difference in the dielectric permittivity of water in liquid and solid aggregate states. Considering that the capacitance of the sensor depends on both the measurement frequency and the configuration and size of the electrodes, the analysis of the characteristics of capacitors of different geometries under different conditions was carried out and the optimal shape of the sensor and the frequency of measurements were determined. The operation of the electronic circuit of the developed icing control sensor is based on comparing the reference voltage with the voltage depending on the capacitance value of the measuring capacitor. The capacitace–voltage converter is built on the basis of a high-pass filter and a single-half-period rectifier. To improve the accuracy of determining the presence of ice on the surface, a scheme is proposed in which the capacitance of the measuring capacitor is monitored at two frequencies. The considered capacitive sensors for monitoring surface icing have a fairly simple design, but at the same time effectively fulfill their task.

Keywords: icing, capacitive sensor, dielectric constant, comparator, measurement frequency.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

А. А. Ухов, Д. К. Кострин, В. А. Герасимов, Л. М. Селиванов, В. А. Симон (ФГАОУ ВО Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

A. A. Uhov, D. K. Kostrin, V. A. Gerasimov, L. M. Selivanov, V. A. Simon (Saint-Petersburg State Electrotechnical University “LETI”, Saint-Petersburg, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Вавилов В. Д., Суконкин А. Н. Обзор отечественных и зарубежных сигнализаторов обледенения // Тр. НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2013. № 4. С. 297 – 310.
2. Mughal U. N., Virk M. S., Mustafa M. Y. Dielectric Based Sensing of Atmospheric ice // AIP Conference Proceedings. 2013. V. 1570. P. 212 – 220.
3. Leitzke J. P., Mitterer T., Zangl H. Capacitive Sensing of Icing under Vacuum and Cryogenic Temperatures // Sensors. 2019. V. 19, No. 16. P. 3574.
4. Aragones J. L., MacDowell L. G., Vega C. Dielectric Constant of Ices and Water: A Lesson about Water Interactions // The Journal of Physical Chemistry. A. 2011. V. 115, No. 23. P. 5745 – 5758.
5. Zhu Y., Huang X., Tian Y., et al. Experimental Study on the Icing Dielectric Constant for the Capacitive Icing Sensor // Sensors. 2018. V. 18, No. 10. P. 3325.
6. Neumayer M., Bretterklieber T., Flatscher M. Signal Processing for Capacitive Ice Sensing: Electrode Topology and Algorithm Design // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2018. P. 1 – 9.
7. Володин В. Я. LTspice: компьютерное моделирование электронных схем. СПб.: БХВ-Петербург, 2010. 400 с.
8. Кострин Д. К., Лисенков А. А., Ухов А. А. Электронные средства контроля технологических процессов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2016. 228 с.

Eng

1. Vavilov V. D., Sukonkin A. N. (2013). Overview of domestic and foreign icing alarms. Trudy NGTU im. R. E. Alekseeva, (4), pp. 297 – 310. [in Russian language]
2. Mughal U. N., Virk M. S., Mustafa M. Y. (2013). Dielectric Based Sensing of Atmospheric ice. AIP Conference Proceedings, Vol. 1570, pp. 212 – 220.
3. Leitzke J. P., Mitterer T., Zangl H. (2019). Capacitive Sensing of Icing under Vacuum and Cryogenic Temperatures. Sensors, Vol. 19 16.
4. Aragones J. L., MacDowell L. G., Vega C. (2011). Dielectric Constant of Ices and Water: A Lesson about Water Interactions. The Journal of Physical Chemistry A, Vol. 115 23, pp. 5745 – 5758.
5. Zhu Y., Huang X., Tian Y., et al. (2018). Experimental Study on the Icing Dielectric Constant for the Capacitive Icing Sensor. Sensors, Vol. 18 (10).
6. Neumayer M., Bretterklieber T., Flatscher M. (2018). Signal Processing for Capacitive Ice Sensing: Electrode Topology and Algorithm Design. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, pp. 1 – 9.
7. Volodin V. Ya. (2010). LTspice: computer modeling of electronic circuits. Saint Petersburg: BHV-Peterburg. [in Russian language]
8. Kostrin D. K., Lisenkov A. A., Uhov A. A. (2016). Electronic means of controlling technological processes. Saint Petersburg: Izdatel'stvo SPbGETU «LETI». [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/td.2023.05.pp.050-055

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/td.2023.05.pp.050-055

and fill out the form