實(shí)驗(yàn)名稱：基于壓電材料的飛機(jī)結(jié)冰探測

實(shí)驗(yàn)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(dǎo)波，超聲導(dǎo)波在鋁板上傳播遇到冰層時(shí)，會(huì)發(fā)生一系列的變化，然后通過在另一側(cè)的接收壓電片利用壓電效應(yīng)接收到交變電壓信號(hào),然后利用采集系統(tǒng)將接收到的信號(hào)采集到上位機(jī)中進(jìn)行觀察處理。

圖a結(jié)冰探測系統(tǒng)設(shè)備工作流程圖

測試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器、ATA-8202射頻功率放大器、壓電陶瓷、信號(hào)采集卡、電腦軟件

實(shí)驗(yàn)過程：本實(shí)驗(yàn)利用NACA0012翼型為模型，如b所示，整個(gè)翼型夾持在支撐臺(tái)上。類似于平行布局，同樣在一側(cè)采用8個(gè)壓電激勵(lì)器另一側(cè)8個(gè)接收傳感器:在采集數(shù)據(jù)時(shí)，是一側(cè)8個(gè)傳感器依次發(fā)射信號(hào)，當(dāng)某1個(gè)傳感器發(fā)射信號(hào)時(shí)，平行線另一側(cè)8個(gè)傳感器接收信號(hào)。這樣，當(dāng)完成一個(gè)工作循環(huán)時(shí)，共采集8x8=64組數(shù)據(jù)，使用ATA-8202作為驅(qū)動(dòng)源，使用泰克示波器提供信號(hào)，軟件部分集成了信號(hào)發(fā)生控制、采集卡控制、信號(hào)檢測、信號(hào)采集和結(jié)果分析功能五個(gè)模塊。

圖b機(jī)翼布局實(shí)物圖

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

圖c翼型導(dǎo)波信號(hào)圖

圖d機(jī)翼布局結(jié)冰概率圖

由圖d直觀的看來，在翼型的結(jié)冰圖像上比平行布局的圖概率偏小，準(zhǔn)確性稍弱，同時(shí)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(jié)冰情況。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在機(jī)翼布局下，能檢測到結(jié)冰存在，并且能大致反映結(jié)冰程度最嚴(yán)重的區(qū)域，但在非結(jié)冰區(qū)域存在一定誤差，導(dǎo)致結(jié)冰重構(gòu)圖像不理想。分析這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，由于在機(jī)翼布局下，由于是人工噴水結(jié)冰，結(jié)冰冰型不均勻，有致密的孔隙，而當(dāng)導(dǎo)波通過結(jié)冰區(qū)域時(shí)，冰層的反射、散射現(xiàn)象非常復(fù)雜，這使得在接收傳感器端接收到的信號(hào)出現(xiàn)了許多波形的疊加，導(dǎo)致與理想結(jié)果出入較大。除此之外，薄的機(jī)翼結(jié)構(gòu)加工困難，機(jī)翼結(jié)構(gòu)在制作加工時(shí)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(duì)結(jié)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(shè)置，提供了方便簡潔的操作選擇，可與主流的信號(hào)發(fā)生器配套使用，實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)。

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