ATA-1372A宽带功率放大器在压电驱动器机翼除冰中的应用

　　实验名称：基于压电驱动器的机翼除冰方法

　　实验原理：本试验的研究方法使用轻质的压电驱动器，利用压电晶体的逆压电效应，通过给压电晶体施加一定的电场来引起结构的振动，选择合适的频率和振型态，使之变形和产生的剪应力达到机翼与冰层的黏结力，从而达到除冰的目的。研究中选用铝板建模和分析，利用有限元模型来预测它的共振频率和剪切应力。在多普勒激光测振仪的帮助下可以观察到结构的多阶振动模态，选择合适的频率和模态在覆结了冰层的模型上进行实验。

　　测试设备：信号发生器、ATA-1372A功率放大器、多普勒激光测振仪及其控制系统、压电陶瓷、铝板

　　实验过程：首先对四边固支的矩形板进行测振实验，多普勒激光位移测振系统通过电脑控制，控制盒发出0-2KHz的扫频信号，通过ATA-1372A功率放大器，测振实验中电压不用很高，本试验放大为50V的峰峰值，信号驱动位于矩形板上的压电片，引起矩形板的振动，多普勒激光测振仪采集了振动模态、振动位移和振动速度等信息，并通过软件处理可以以图形的形式表示，再分析对除冰较为重要的面外振动，选取较大位移下的驱动频率作为压电片的工作频率，试验框图如图一所示。

　　图一实验框图

　　多普勒激光测振仪可以得到这些共振频率下相应的振型。由激光测振仪得到的模态图形和Ansys仿真得到的图形对比，因第二阶是振型反对称，在两个对称位置压电片激励下因为存在相位差，使得第二阶振型的幅值相消，无法将第二阶模态激励出来，将测振实验得到的前几阶振型和Ansvs仿真得到的振型比较，可以看到除了因为压电片相位差使第二阶振幅相消导致不能辨出第二阶模态外，实验得到的共振模态和仿真值吻合的很好。观察多普勒激光测振仪得到的各阶振型的最大位移，发现在83.4Hz，213.8Hz，233.4Hz时最大振幅比较大。在50V的峰峰值电压下由多勒激光测振仪测得的最大位移如图二所示。

　　实验找出多普勒激光测振仪得到的薄板在0-2KHZ扫频下振幅较大的频率点，由振型可以判断出这几个频率值是薄板的固有频率，与它们的振型相对应。这几个共振频率激励起的最大位移较大，使用该频率为压电片工作频率，进行接下来的除冰实验。

　　建造尺寸为0.40mX0.24mX0.001m的铝板,材料为硬铝12，四支固定,压电片尺寸为0.3mX0.3mX0.0002m，材料是PZT5，贴片方式如图三所示。将铝板放入低温冰箱中，冰箱温度控制范围为-35°C~20°C，控制的精度为0.1℃。

　　实验结果：让冰在-20°C的环境下结冰，放置1小时，将温度调至-15°C，在此温度下进行除冰实验激励源可为信号发生器，通过ATA-2031功率放大器，电压放大到峰峰值为300V来激励。使用测试出的不同频段，来激振不同的振动模态，可以观察到频率在233Hz的时候除冰效果显著，由之前的测振实验可以看到频率激发的主要是第三阶模态，在测振实验中虽然还有其他频率值显示振动位移较大但只有第三阶才能达到除冰效果，这是因为第三阶是谐振模态，这个结果与仿真得到的只有第三阶模态能够除冰的结论非常吻合。

　　图：ATA-1372宽带放大器指标参数

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