光纤式结冰传感器原理
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结冰传感器是一种检测飞机、输电线、建筑等物体表面结冰厚度的传感器，通过结冰传感器可以将结冰信号转换为可以直接检测的电学信号。
结冰传感器的分类
结冰传感器的分类方法很多。根据检测机理可将结冰传感器分为：光学式、电学式、机械式等。光学式根据冰、水与空气的光学性质的不同检测结冰。
光纤式结冰传感器 例如：一种典型的光学式结冰传感器为光纤式结冰传感器，是用两根同心结构的光纤，中心圆形为发射光纤，可以发出红外光；外围圆环形为接收光纤，可以接受和检测散射和反射回来的红外光。光纤探头端面是一个平面玻璃，玻璃上没有结冰时，发射光纤发射的红外光全部透光玻璃端面进入空气，接收光纤接收不到任何红外光；当玻璃端面上有结冰时，发射光纤发出的部分红外光由于被冰层散射和反射而被接收光纤接受。通过检测接收光纤接收到的红外光的强弱，达到检测结冰的目的，如左图所示。
电学式结冰传感器是根据冰、空气和水电学性质的不同来检测结冰。
电容比值式结冰传感器 例如：一种典型的电学式结冰传感器为电容式结冰传感器。电容式结冰传感器基于冰、空气和水介电常数的不同来判断电极之间的介质是冰、空气还是水。将多组电极对等距排列，每个电极对最为一个结冰检测刻度，总的结冰厚度就等于相邻电极对的距离和介质是冰的电极对的个数的乘积。左图中是公开号为101285673A的中国专利公布的一种电容比值式结冰传感器。图中：1-矩形金属屏蔽保护外壳；2-单片机；3-双路电容数字转换器；4-基准平行板电容器；5-检测平行板电容器组；6-双路可编程控制的刻度选通电路；绝缘保温密封填充材料，8-接线插座。其中基准平行板电容器电极之间没有结冰。检测平行板电容器的电极极板之间的介质可能是冰，可能是空气。当检测电容极板间是空气时，检测电容和基准电容的电容值之比为1；当检测电容极板间介质是冰时，检测电容和基准电容的电容值之比大于等于2。这样就可以判断任意一个检测电容极板之间的介质是冰还是空气。检测电容组竖直等距排列，检测结冰的厚度就等于相邻检测电容的竖直间距与介质是冰的检测电容的个数的乘积。
机械式结冰传感器是根据冰的机械特性检测结冰。
压电平膜式结冰传感器 一种比较典型的机械式结冰传感器是基于压电效应的平膜式结冰传感器。检测原理是：平膜上有结冰时，结冰增大了平膜的刚度，使平膜的谐振频率增大。通过压电陶瓷的压电效应驱动平膜振动在其谐振频率上，通过压电陶瓷的逆压电效应实时监测其谐振频率。
需要注意的是，并非所有的电容式结冰传感器都是属于电学式的，有的是属于机械式的。
MEMS电容式结冰传感器 例如：美国NASA曾提出过一种微加工工艺制作的电容式结冰传感器，敏感结构是一个7微米厚度薄膜，整个薄膜为扩散硅层，作为电容的公共电极。用静电键合工艺将薄膜和一个有HF腐蚀的凹槽的pyrex玻璃键合到一起，将凹槽封闭为电容间隙。凹槽里有两个同心的方形电极，中心正方形的为驱动电极，外围回字形的为检测电极。驱动电极和公共电极之间加静电，平膜变形。检测电极和公共电极之间的电容称为检测电容。平膜上有结冰时，结冰增大了平膜刚度，使平膜变形量减小，检测电容两电极之间的距离增大，检测电容减小。通过检测电容的减小量来确定结冰厚度。
根据结冰传感器的安装方式，可将结冰传感器分为扁平安装结冰传感器和非扁平安装结冰传感器。扁平安装就是结冰传感器安装到被测物表面后，结冰检测面和物体表面平齐，这样传感器表面和物体表面的环境因素相同，可以更准确地感知物体表面结冰情况。非扁平安装结冰传感器安装后检测面和物体表面不平齐，表现为一个突出物。显然突出物表面与物体表面会有很大差异，如物体表面的层流流体到突出物处就有可能形成局部湍流。结冰传感器和被测物体表面环境因素不同，会造成结冰情况的不同，结冰传感器检测到的结冰就有可能不由物体表面一致。
结冰传感器的分类方法还有很多，这里就不再一一列举。
结冰传感器的检测性能
衡量结冰传感器检测性能的参数主要有：分辨率、灵敏度、温度系数、准确度、精确度等。
分辨率是指结冰传感器能够感知的最小结冰厚度。
灵敏度是指结冰厚度变化与结冰传感器输出变化的比值。
温度系数是指没有结冰信号时，结冰传感器的输出变化与温度变化的比值。
准确度是指用结冰传感器对同一结冰厚度进行检测，得到一系列数据，这一系列数据的中心点与实际结冰厚度的接近程度。
精确度是指上述一系列数据点相对于其中心点的分散程度。
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光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化，成为被调制的信号源，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。
传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如:具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，径细、质软、重量轻的机械性能;绝缘、无感应的电气性能;耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
与传统的传感器相比,光纤传感器具有独特的优点：
（1）灵敏度高
由于光是一种波长极短的电磁波,通过光的相位便得到其光学长度。以光纤干涉仪为例,由于所使用的光纤直径很小,受到微小的机械外力的作用或温度变化时其光学长度要发生变化,从而引起较大的相位变化
假设用10米的光纤,1℃的变化引起1000ard的相位变化,若能够检测出的最小相位变化为0.01ard,那么所能测出的最小温度变化为l0℃,可见其灵敏度之高.
(2)抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全
由于光纤传感器是利用光波传输信息,而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输媒质,并且安全可靠,这使它可以方便有效地用于各种大型机电、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。
（3）测量速度快
光的传播速度最快且能传送二维信息,因此可用于高速测量。对雷达等信号的分析要求具有极高的检测速率，应用电子学的方法难以实现，利用光的衍射现象的高速频谱分析便可解决。
（4）信息容量大
被测信号以光波为载体,而光的频率极高,所容纳的频带很宽,同一根光纤可以传翰多路信号。
（5）适用于恶劣环境
光纤是一种电介质,耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰,可用于其它传感器所不适应的恶劣环境中。此外,光纤传感嚣还具有质量轻、体积小、可绕曲、测量对象广泛、复用性好、成本低等特点。
