[發(fā)明專利]一種超聲波探測(cè)結(jié)冰裝置及探測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211701502.8
• 申請(qǐng)日: 2022-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN115856897A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 饒博;劉暢;陳李勃
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢航空儀表有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G01S15/88
• 分類號(hào): G01S15/88;G01S7/521;G01S7/539
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 張毓靈

本發(fā)明屬于結(jié)冰探測(cè)領(lǐng)域，具體為一種超聲波探測(cè)結(jié)冰裝置及探測(cè)方法。包括溫度傳感器、波導(dǎo)材料、匹配電路、網(wǎng)絡(luò)分析儀、叉指換能器；溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)波導(dǎo)材料的溫度，一對(duì)叉指換能器相互正對(duì)，并貼附在波導(dǎo)材料表面，1個(gè)叉指換能器接地，另一個(gè)叉指換能器接匹配電路；匹配電路包括具備產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，信號(hào)放大、濾波和信號(hào)采集功能，匹配電路最終輸出匹配信號(hào)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)分析儀得出結(jié)冰探測(cè)信號(hào)。本發(fā)明提出的于Love超聲波結(jié)冰傳感器通過雙延遲線的相對(duì)頻率偏移和相對(duì)插入損耗變化來(lái)測(cè)量水量或者冰厚，靈敏度高，能夠?yàn)榉莱到y(tǒng)提供可靠的工作依據(jù)；采用的是集成平面工藝，制作簡(jiǎn)單，體積很小，從而解決結(jié)冰傳感器在飛機(jī)安裝部位受限的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于結(jié)冰探測(cè)領(lǐng)域，一種超聲波探測(cè)結(jié)冰裝置及探測(cè)方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有飛機(jī)結(jié)冰傳感器對(duì)結(jié)冰探測(cè)效果仍然不能全面滿足飛機(jī)對(duì)結(jié)冰的檢測(cè)要求。實(shí)用新型專利200620096802發(fā)明了一種諧振式結(jié)冰傳感器裝置，但其靈敏度較低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。發(fā)明專利200710051934.8光纖式結(jié)冰傳感器，對(duì)于較薄的光滑冰敏感效果也不好，而且這兩種結(jié)冰傳感器不能進(jìn)行無(wú)線無(wú)源測(cè)量。

無(wú)線無(wú)源測(cè)量可以對(duì)這些部位的測(cè)量提供非常靈活的應(yīng)用形式，由于Love超聲波結(jié)冰傳感器可以無(wú)線訪問，體積小，可齊平安裝，并且靈敏度高，在各種應(yīng)用場(chǎng)合下，能發(fā)揮其特有的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。尤其是目前結(jié)冰傳感器有而對(duì)直升機(jī)旋翼的結(jié)冰監(jiān)測(cè)更是棘手的問題，同時(shí)在尾翼和機(jī)翼的安裝也受到飛機(jī)電氣設(shè)備的限制。無(wú)線無(wú)源測(cè)量可以對(duì)這些部位的測(cè)量提供非常靈活的應(yīng)用形式，在各種應(yīng)用場(chǎng)景下，發(fā)揮其特有的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容

Love波傳感器的基本結(jié)構(gòu)是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，即在基片上覆蓋一層聲波導(dǎo)層。聲波導(dǎo)層的體切變波速比基片的體切變波速小是Love波存在的條件。器件的基片一般采用石英晶體，也常采用鈮酸鋰或鉭酸鋰等其他壓電晶體，對(duì)于作為L(zhǎng)ove波聲波導(dǎo)層的材料，除了希望有較小的體切變波速外，還希望有較小的密度和好的力學(xué)性能，即弱的聲吸收。

因?yàn)長(zhǎng)ove波是純SH型的振動(dòng)波，和理想的液體是沒有耦合的，而與固體則有能量上的耦合，Love波會(huì)傳播到相應(yīng)的固體層中，并且固體層的厚度也會(huì)對(duì)Love波產(chǎn)生較大的影響。因而Love傳感器對(duì)冰層的測(cè)量具有非常好的原理機(jī)制，具有很好的冰測(cè)量的潛力，能最大程度的敏感冰層形成過程，并且能高靈敏度的敏感冰層的厚度。SH型波需要在壓電基底表面沉積一層導(dǎo)波層，其中導(dǎo)波層中的剪切體波的相速度要比壓電基底的剪切體波的相速度低，這樣才能在導(dǎo)波層中形成Love波。

技術(shù)方案

一種超聲波探測(cè)結(jié)冰裝置，包括溫度傳感器、波導(dǎo)材料、匹配電路、網(wǎng)絡(luò)分析儀、叉指換能器；溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)波導(dǎo)材料的溫度，一對(duì)叉指換能器相互正對(duì)，并貼附在波導(dǎo)材料表面，1個(gè)叉指換能器接地，另一個(gè)叉指換能器接匹配電路；匹配電路包括具備產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，信號(hào)放大、濾波和信號(hào)采集功能，匹配電路最終輸出匹配信號(hào)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)分析儀得出結(jié)冰探測(cè)信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述的叉指換能器根據(jù)需要結(jié)冰探測(cè)的范圍及此叉指換能器尺寸可設(shè)置若干對(duì)。

進(jìn)一步的，單對(duì)探測(cè)器的探測(cè)范圍是有限的，需要根據(jù)探測(cè)的范圍調(diào)整布置位置和數(shù)量。

進(jìn)一步的，每一對(duì)叉指換能器應(yīng)相互正對(duì)，

進(jìn)一步的，每一對(duì)叉指換能器與波導(dǎo)材料緊密貼合。

進(jìn)一步的，匹配電路產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)間隔需要大于10ms，

進(jìn)一步的，信號(hào)上升沿需小于30ns。

一種超聲波探測(cè)結(jié)冰裝置的探測(cè)方法，包括以下步驟：

1)匹配電路中產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)。

2)激勵(lì)信號(hào)通過叉值換能器激發(fā)出SH型聲表面波和SSBW，然后由于基底波導(dǎo)層的作用，將SH型聲表面波和SSBW波吸附到導(dǎo)波層中，形成Love波。