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射傳感器激發超聲導波，超聲導波在鋁板上傳播遇到冰層時，會發生一系列的變化，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結冰探測系統設備工作流程圖

　　測試設備：信號發生器、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:在采集數據時，是一側8個傳感器依次發射信號，當某1個傳感器發射信號時，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時，共采集8x8=64組數據，使用ATA-8202作為驅動源，使用泰克示波器提供信號，軟件部分集成了信號發生控制、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的仍然是一種超聲導波，不過導波模態較為復雜，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出現了不同程度的模態轉換現象，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，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，能大致的反映監控區域的結冰情況。

　　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域，但在非結冰區域存在一定誤差，導致結冰重構圖像不理想。分析這種現象產生的原因，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域時，冰層的反射、散射現象非常復雜，這使得在接收傳感器端接收到的信號出現了許多波形的疊加，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(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。增益數控可調，一鍵保存設置，提供了方便簡潔的操作選擇，可與主流的信號發生器配套使用，實現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的電源標準。

　　本文實驗素材由西安安泰電子整理發布，如想了解更多實驗方案，請持續關注安泰官網www.xiangmeiwang.com。Aigtek是國內專業從事測量儀器研發、生產和銷售的高科技企業，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品的研發與制造。

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