[发明专利]气溶胶检测

说明书

技术领域

本发明涉及用于气溶胶检测的设备和方法，更具体地，涉及大气中的固体颗粒（诸如粉尘、灰尘、冰、雪、雨或污染物的颗粒）的检测。

背景技术

典型地，利用安装在飞行器上的复杂的颗粒感应仪器在大气的大范围区域中检测和分析空气颗粒物。例如，可将气溶胶光谱仪安装在飞行器上，且随后可让飞行器飞过大气层，并用真空泵抽气使之通过光谱仪。某些市场上可以买到的气溶胶光谱仪，诸如由Grimm Aerosol Technik GmbH & Co KG生产的Model1.129Sky-OPC，专门为大气研究而设计，且允许将关于颗粒尺寸和颗粒密度的数据记录在集成数据存储卡上以作为时间和/或安装该光谱仪的飞行器的位置的函数。然而，这类仪器较复杂和昂贵。它们需要大量时间和努力才能安装到飞行器上。典型地，这类装置中的颗粒分析利用由颗粒散射来自激光器或LED的光的光学散射测量来进行，并从散射光的测量来推测颗粒的存在、尺寸和密度。这包括复杂的检测器的布置和复杂的计算机处理资源。此外，由于飞行器安全认证法规，一般需要专门研究的飞行器。这意味着飞过大气的给定区域的以及能够潜在收集关于空气颗粒物的数据作为该区域中的位置的函数的商用飞行器不能被用于收集这类数据。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种气溶胶检测设备，包括：飞行器，具有包括在其主体内的电介质部件，使得所述电介质部件的表面形成所述飞行器的外表面的一部分；以及检测装置，被置于所述飞行器的内部且被设置为检测由所述电介质部件的极化产生的电场。

例如，当该飞行器飞过包含诸如灰尘或粉尘的空气颗粒物的空中时，该电介质部件发生极化，使得在电介质部件的与形成该飞行器的部分外表面相反的表面上出现感应电荷。通过检测由该感应电荷在飞行器内部产生的电场，可推测出大气中颗粒物的存在。由于飞行器的主体通常是金属，所以之前已假设若飞行器由于任何原因而带电，则由于飞行器将表现为法拉第笼，所以飞行器内部将不存在电场。例如，之前已提及了飞行器带电，但通过在飞行器外部放置仪器来检测（R.C.Roberts & G.W.Brock,Journal of Meteorology,volume2(1945),pp205-213;R.C.Waddel,R.C.Drutowski & W.N.Blatt,Proceedings of the Institute of Radio Engineers,volume34(1946),pp161-166.）。电介质部件的极化可通过多种不同机制中的一种或多种来产生。当飞行器飞过气溶胶时，已带电的气溶胶颗粒能将它们的电荷转移到形成飞行器的部分外表面的电介质部件的表面。不带电的气溶胶颗粒也可通过摩擦机制而使电介质部件的该表面带电。此外，在飞行器飞过气溶胶期间，飞行器的外表面的其他部分可能带电，从而产生使电介质部件极化或辅助电介质部件极化的电场。

电介质部件可以是飞行器的窗户，在该情况下，可使用任何通用飞行器。换句话说，为实施本发明，不需要将特殊的电介质部件改装到飞行器上，或者使用特殊的电介质部件来建造新飞行器。例如，BAe‘146’飞行器的窗户包括也可用作电介质部件的丙烯酸的外层。

该检测装置可以是安装在飞行器内的静电监测器（static monitor，静态监测器）。可使用诸如机电场磨仪（electro-mechanical field mill instrument）的静电电压计。合适的机电场磨仪是由Chilworth Technology Ltd of Southampton,U.K.生产的JCI140静电监测器。

该设备还可包括被设置为监测静电监测器的输出并在所述输出超过预定阈值时产生警报的警报装置。该警报可以是用于引起一个或多个机组人员的注意的可视和/或声音信号。另外或可选地，它可以是发送到飞行器控制系统的使飞行器飞离特定空域的控制信号。

优选地，该装置还包括数据采集系统，被设置为记录作为所述飞行器的位置的函数的所述静电监测器的输出或所述静电监测器的输出的变化率。当飞行器飞过含有颗粒的空域时，由电介质部件的表面上聚集的电荷产生的电场指示气溶胶的存在。记录静电监测器的输出（或其变化率）作为位置的函数允许对气溶胶颗粒的存在进行映射。