[发明专利]一种超声波探测结冰装置及探测方法

说明书

本发明属于结冰探测领域，具体为一种超声波探测结冰装置及探测方法。包括温度传感器、波导材料、匹配电路、网络分析仪、叉指换能器；温度传感器用于监测波导材料的温度，一对叉指换能器相互正对，并贴附在波导材料表面，1个叉指换能器接地，另一个叉指换能器接匹配电路；匹配电路包括具备产生激励信号，信号放大、滤波和信号采集功能，匹配电路最终输出匹配信号经过网络分析仪得出结冰探测信号。本发明提出的于Love超声波结冰传感器通过双延迟线的相对频率偏移和相对插入损耗变化来测量水量或者冰厚，灵敏度高，能够为防除冰系统提供可靠的工作依据；采用的是集成平面工艺，制作简单，体积很小，从而解决结冰传感器在飞机安装部位受限的问题。

技术领域

本发明属于结冰探测领域，一种超声波探测结冰装置及探测方法。

背景技术

现有飞机结冰传感器对结冰探测效果仍然不能全面满足飞机对结冰的检测要求。实用新型专利200620096802发明了一种谐振式结冰传感器装置，但其灵敏度较低，结构复杂。发明专利200710051934.8光纤式结冰传感器，对于较薄的光滑冰敏感效果也不好，而且这两种结冰传感器不能进行无线无源测量。

无线无源测量可以对这些部位的测量提供非常灵活的应用形式，由于Love超声波结冰传感器可以无线访问，体积小，可齐平安装，并且灵敏度高，在各种应用场合下，能发挥其特有的应用优势。尤其是目前结冰传感器有而对直升机旋翼的结冰监测更是棘手的问题，同时在尾翼和机翼的安装也受到飞机电气设备的限制。无线无源测量可以对这些部位的测量提供非常灵活的应用形式，在各种应用场景下，发挥其特有的优势。

发明内容

Love波传感器的基本结构是一种复合结构，即在基片上覆盖一层声波导层。声波导层的体切变波速比基片的体切变波速小是Love波存在的条件。器件的基片一般采用石英晶体，也常采用铌酸锂或钽酸锂等其他压电晶体，对于作为Love波声波导层的材料，除了希望有较小的体切变波速外，还希望有较小的密度和好的力学性能，即弱的声吸收。

因为Love波是纯SH型的振动波，和理想的液体是没有耦合的，而与固体则有能量上的耦合，Love波会传播到相应的固体层中，并且固体层的厚度也会对Love波产生较大的影响。因而Love传感器对冰层的测量具有非常好的原理机制，具有很好的冰测量的潜力，能最大程度的敏感冰层形成过程，并且能高灵敏度的敏感冰层的厚度。SH型波需要在压电基底表面沉积一层导波层，其中导波层中的剪切体波的相速度要比压电基底的剪切体波的相速度低，这样才能在导波层中形成Love波。

技术方案

一种超声波探测结冰装置，包括温度传感器、波导材料、匹配电路、网络分析仪、叉指换能器；温度传感器用于监测波导材料的温度，一对叉指换能器相互正对，并贴附在波导材料表面，1个叉指换能器接地，另一个叉指换能器接匹配电路；匹配电路包括具备产生激励信号，信号放大、滤波和信号采集功能，匹配电路最终输出匹配信号经过网络分析仪得出结冰探测信号。

进一步的，所述的叉指换能器根据需要结冰探测的范围及此叉指换能器尺寸可设置若干对。

进一步的，单对探测器的探测范围是有限的，需要根据探测的范围调整布置位置和数量。

进一步的，每一对叉指换能器应相互正对，

进一步的，每一对叉指换能器与波导材料紧密贴合。

进一步的，匹配电路产生的激励信号间隔需要大于10ms，

进一步的，信号上升沿需小于30ns。

一种超声波探测结冰装置的探测方法，包括以下步骤：

1)匹配电路中产生激励信号。

2)激励信号通过叉值换能器激发出SH型声表面波和SSBW，然后由于基底波导层的作用，将SH型声表面波和SSBW波吸附到导波层中，形成Love波。