實驗名稱：基于壓電材料的飛機結冰探測

實驗原理：通過在鋁板模型表面的壓電發(fā)射傳感器激發(fā)超聲導波，超聲導波在鋁板上傳播遇到冰層時，會發(fā)生一系列的變化，然后通過在另一側的接收壓電片利用壓電效應接收到交變電壓信號,然后利用采集系統(tǒng)將接收到的信號采集到上位機中進行觀察處理。

圖a結冰探測系統(tǒng)設備工作流程圖

測試設備：信號發(fā)生器、ATA-8202射頻功率放大器、壓電陶瓷、信號采集卡、電腦軟件

實驗過程：本實驗利用NACA0012翼型為模型，如b所示，整個翼型夾持在支撐臺上。類似于平行布局，同樣在一側采用8個壓電激勵器另一側8個接收傳感器:在采集數(shù)據(jù)時，是一側8個傳感器依次發(fā)射信號，當某1個傳感器發(fā)射信號時，平行線另一側8個傳感器接收信號。這樣，當完成一個工作循環(huán)時，共采集8x8=64組數(shù)據(jù)，使用ATA-8202作為驅(qū)動源，使用泰克示波器提供信號，軟件部分集成了信號發(fā)生控制、采集卡控制、信號檢測、信號采集和結果分析功能五個模塊。

圖b機翼布局實物圖

雖然存在一定的曲率但此時激發(fā)的仍然是一種超聲導波，不過導波模態(tài)較為復雜，觀察一組信號，如c所示，可以看出，在此時翼型情況下導波模態(tài)出現(xiàn)了不同程度的模態(tài)轉換現(xiàn)象，如果單單分析一對傳感器是很難提取到有用的結冰信息，需要利用到概率重構算法和定位算法才能大致的給出結冰特征參數(shù)，這也證明了在復雜或者更為實際的情況下，超聲導波結冰探測技術是可以實現(xiàn)結冰探測的，但是同樣也存在著一些問題。

圖c翼型導波信號圖

圖d機翼布局結冰概率圖

由圖d直觀的看來，在翼型的結冰圖像上比平行布局的圖概率偏小，準確性稍弱，同時大概率范圍也較平行布局偏大。但仍能探測到冰的存在，能大致的反映監(jiān)控區(qū)域的結冰情況。

實驗結果：在機翼布局下，能檢測到結冰存在，并且能大致反映結冰程度最嚴重的區(qū)域，但在非結冰區(qū)域存在一定誤差，導致結冰重構圖像不理想。分析這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，由于在機翼布局下，由于是人工噴水結冰，結冰冰型不均勻，有致密的孔隙，而當導波通過結冰區(qū)域時，冰層的反射、散射現(xiàn)象非常復雜，這使得在接收傳感器端接收到的信號出現(xiàn)了許多波形的疊加，導致與理想結果出入較大。除此之外，薄的機翼結構加工困難，機翼結構在制作加工時可能存在誤差。除此之外，冰的厚度，冰的形態(tài)(霜冰、明冰和混合冰)都對結果有一定的影響。

ATA-8202款射頻功率放大器，P1dB輸出功率100W，飽和輸出功率200W。增益數(shù)控可調(diào)，一鍵保存設置，提供了方便簡潔的操作選擇，可與主流的信號發(fā)生器配套使用，實現(xiàn)射頻信號的完美放大。寬范圍供電電源，可兼容全球不同地區(qū)的電源標準。

本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布，如想了解更多實驗方案，請持續(xù)關注安泰官網(wǎng)www.aigtek.com。Aigtek是國內(nèi)專業(yè)從事測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)，一直專注于高壓放大器、電壓放大器、功率放大模塊、高精度電流源等測試儀器產(chǎn)品的研發(fā)與制造。