射频功率放大器在基于压电材料的飞机结冰探测中的应用

实验名称：基于压电材料的飞机结冰探测

实验原理：通过在铝板模型表面的压电发射传感器激发超声导波，超声导波在铝板上传播遇到冰层时，会发生一系列的变化，然后通过在另一侧的接收压电片利用压电效应接收到交变电压信号,然后利用采集系统将接收到的信号采集到上位机中进行观察处理。

图a结冰探测系统设备工作流程图

测试设备：信号发生器、ATA-8202射频功率放大器、压电陶瓷、信号采集卡、电脑软件

实验过程：本实验利用NACA0012翼型为模型，如b所示，整个翼型夹持在支撑台上。类似于平行布局，同样在一侧采用8个压电激励器另一侧8个接收传感器:在采集数据时，是一侧8个传感器依次发射信号，当某1个传感器发射信号时，平行线另一侧8个传感器接收信号。这样，当完成一个工作循环时，共采集8x8=64组数据，使用ATA-8202作为驱动源，使用泰克示波器提供信号，软件部分集成了信号发生控制、采集卡控制、信号检测、信号采集和结果分析功能五个模块。

图b机翼布局实物图

虽然存在一定的曲率但此时激发的仍然是一种超声导波，不过导波模态较为复杂，观察一组信号，如c所示，可以看出，在此时翼型情况下导波模态出现了不同程度的模态转换现象，如果单单分析一对传感器是很难提取到有用的结冰信息，需要利用到概率重构算法和定位算法才能大致的给出结冰特征参数，这也证明了在复杂或者更为实际的情况下，超声导波结冰探测技术是可以实现结冰探测的，但是同样也存在着一些问题。

图c翼型导波信号图

图d机翼布局结冰概率图

由图d直观的看来，在翼型的结冰图像上比平行布局的图概率偏小，准确性稍弱，同时大概率范围也较平行布局偏大。但仍能探测到冰的存在，能大致的反映监控区域的结冰情况。

实验结果：在机翼布局下，能检测到结冰存在，并且能大致反映结冰程度最严重的区域，但在非结冰区域存在一定误差，导致结冰重构图像不理想。分析这种现象产生的原因，由于在机翼布局下，由于是人工喷水结冰，结冰冰型不均匀，有致密的孔隙，而当导波通过结冰区域时，冰层的反射、散射现象非常复杂，这使得在接收传感器端接收到的信号出现了许多波形的叠加，导致与理想结果出入较大。除此之外，薄的机翼结构加工困难，机翼结构在制作加工时可能存在误差。除此之外，冰的厚度，冰的形态(霜冰、明冰和混合冰)都对结果有一定的影响。

ATA-8202款射频功率放大器，P1dB输出功率100W，饱和输出功率200W。增益数控可调，一键保存设置，提供了方便简洁的操作选择，可与主流的信号发生器配套使用，实现射频信号的完美放大。宽范围供电电源，可兼容全球不同地区的电源标准。

本文实验素材由西安安泰电子整理发布，如想了解更多实验方案，请持续关注安泰官网www.aigtek.com。Aigtek是国内专业从事测量仪器研发、生产和销售的高科技企业，一直专注于高压放大器、电压放大器、功率放大模块、高精度电流源等测试仪器产品的研发与制造。