本發(fā)明涉及防除冰領域，尤其是防冰設備及方法領域，具體為一種超疏水材料和振動除冰相耦合的主被動防冰裝置及其方法。本發(fā)明提供一種用于結冰氣象條件下能對防除冰對象開展低能耗防除冰的裝置及方法，其能夠用于實驗模擬環(huán)境、真實大氣環(huán)境的結冰氣象條件下飛機（包括旋翼飛機、直升飛機、固定翼飛機的機翼和尾翼）機翼、尾翼、風力機葉片、輸電導線和高速列車等防冰部件的低能耗防除冰，具有較高的應用價值和較好的應用前景。

背景技術：

結冰是飛行實踐中廣泛存在的一種物理現(xiàn)象，其是造成飛行安全事故的主要隱患之一。當飛機在環(huán)境溫度低于冰點或在冰點附近的結冰氣象條件下飛行時，大氣中的過冷水滴撞擊到飛機部件表面，會在機翼、尾翼、旋翼、進氣道、風擋玻璃、天線罩、儀表傳感器等部件表面發(fā)生結冰現(xiàn)象。飛機結冰不僅增加了飛機的重量，而且破壞了飛機表面的氣動外形，改變了繞流流場，破壞了氣動性能，造成飛機最大升力下降、飛行阻力上升、操作性能下降、穩(wěn)定性能降低，對飛行安全造成了很大的威脅。因結冰而引發(fā)的飛行事故屢見不鮮，嚴重的結冰甚至可以導致機毀人亡。因此，對于飛行器的防冰、除冰研究，具有重要的現(xiàn)實意義。

機械除冰方法是采用機械的方法使蒙皮表面產生撓曲，通過形變將表面冰破碎并除去的方法。一般采用膨脹收縮或小幅振動的方法，以達到破碎冰的效果，該方法的優(yōu)點在于節(jié)省能量，缺點在于膨脹或振動幅度過大時，將破壞飛機的氣動外形，進而影響氣動特性和飛行安全。另外，前述機械除冰方法還存在除冰不徹底的缺陷。因此，現(xiàn)有機械除冰方法主要用于尾翼除冰，而較少用于機翼除冰。綜上，僅靠機械振動方式進行除冰，無法解決飛機的除冰問題。

針對機械振動除冰所存在的除冰不徹底缺陷，耦合超疏水表面的被動防冰是解決這一瓶頸的可能途徑，而納米科技的出現(xiàn)為這一方法的可行性帶來了曙光。納米涂層一般由納米材料和有機涂料復合而成的，經(jīng)過納米復合的涂層及其表面，具有比一般涂層和表面更優(yōu)越的物理化學特性（比如低表面能、強憎水性、高傳熱吸光性和良好的耐侵蝕性）。納米涂層良好的物理化學特性能大大降低表面的粘附力，增強表面的防冰能力，從而大幅度提高振動除冰的效率，節(jié)省除冰的能耗。

2008年，我國南方雪災造成多個省份經(jīng)濟和財產的嚴重損失，雪災導致高壓輸電線路結冰，造成很多導線的斷裂和塔架的倒塌，我國也因此開始重視輸電導線的防除冰問題?；诩{米涂層良好的物理化學特性，研究人員將超疏水涂層涂覆在導線表面，以用于解決高壓線路的防冰問題，并取得了較好的防冰效果。研究發(fā)現(xiàn)，超疏水涂層能改變覆冰的性質，降低冰層和基體的粘附力。

目前，各個國家都非常重視飛機除冰的低能耗問題，而超疏水涂層及其制備的表面涂層能降低結冰的產生，減少除冰所需的能耗。但單純依靠超疏水表面無法杜絕飛機部件表面的結冰現(xiàn)象，而傳統(tǒng)機械除冰方法又存在除冰不徹底的缺陷。

為此，迫切需要一種新的裝置或方法，以解決上述問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對單純依靠超疏水表面無法杜絕飛機部件表面的結冰現(xiàn)象，而傳統(tǒng)機械除冰方法又存在除冰不徹底的問題，提供一種超疏水材料和振動除冰相耦合的主被動防冰裝置及其方法。本發(fā)明針對實驗模擬環(huán)境、真實大氣環(huán)境下的結冰氣象條件，采用疏水材料薄膜、柔性壓電纖維薄膜相配合，并通過對柔性壓電纖維薄膜進行振動控制，以實現(xiàn)低能耗防除冰的目的。本發(fā)明能用于各類飛機、風力機、高速列車和輸電線路等容易結冰部位的表面除冰處理，具有較廣的應用范圍、較高的應用價值和較好的應用前景，值得大規(guī)模推廣和應用。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

超疏水材料和振動除冰相耦合的主被動防冰裝置，包括用于設置在防除冰對象表面上的疏水材料薄膜、柔性壓電纖維薄膜、用于測定柔性壓電纖維薄膜振動的加速度傳感器、動態(tài)分析模塊、函數(shù)發(fā)生器、功率放大器、電源，所述柔性壓電纖維薄膜與疏水材料薄膜無間隙連接，所述柔性壓電纖維薄膜位于防除冰對象與疏水材料薄膜之間；

所述加速度傳感器設置在柔性壓電纖維薄膜上朝向防除冰對象的一側，所述加速度傳感器與動態(tài)分析模塊相連且加速度傳感器能將采集的柔性壓電纖維薄膜的振動信號傳遞給動態(tài)分析模塊；

所述動態(tài)分析模塊與函數(shù)發(fā)生器相連，所述函數(shù)發(fā)生器與功率放大器相連，所述功率放大器與柔性壓電纖維薄膜相連；

所述電源分別與柔性壓電纖維薄膜、加速度傳感器、動態(tài)分析模塊、函數(shù)發(fā)生器、功率放大器電連接。

本發(fā)明的主被動防冰裝置既可間斷性振動探冰，又可間斷性振動除冰。

所述柔性壓電纖維薄膜在防除冰對象表面分區(qū)、分塊鋪設，其底層的各個柔性壓電纖維薄膜之間留有間隙，形成間斷性分區(qū)防冰區(qū)域，所述疏水材料薄膜在這些間隙位置表面與防除冰對象采用細長薄金屬壓條結合沉頭螺釘?shù)裙潭ㄟB接，或采用耐低溫的粘合劑進行固定粘結，連接部位不得高于薄膜表面，以防止對表面流動的影響。

還包括耐低溫的粘合層，所述柔性壓電纖維薄膜與疏水材料薄膜通過粘合層緊密相連。該粘合層可以采用耐低溫抗潮濕的膠制備而成。

所述柔性壓電纖維薄膜不與防除冰對象表面粘結在一起且柔性壓電纖維薄膜能相對防除冰對象表面振動。

所述防除冰對象為旋翼飛機、直升飛機、固定翼飛機機翼和/或尾翼，風力機葉片，輸電導線，高速列車，中的一種或多種。

所述疏水材料薄膜采用憎水高分子材料制備而成。

所述疏水材料薄膜采用聚乙烯、聚四氟乙烯、玻璃纖維、聚氯乙烯（pvc）、碳纖維、石墨烯、硅橡膠、硅橡膠復合材料中的一種或多種制備而成。

所述硅橡膠復合材料是指向硅橡膠中添加高分子材料納米級或微米級顆粒，比如16烷、17烷、18烷、甲基硅油、氟中一種或多種而形成的復合材料。

所述疏水材料薄膜通過細長薄金屬壓條結合沉頭螺釘與防除冰對象固定相連，或采用耐低溫的粘合劑與防除冰對象進行粘合。

還包括與防除冰對象相連的導線管，該導線管不能暴露于防除冰對象的外表面，防止其對周圍流場的干擾和影響。

前述超疏水材料和振動除冰相耦合的主被動防冰裝置的防除冰方法，包括如下步驟：

（1）振動測定

通過加速度傳感器測定柔性壓電纖維薄膜的振動信號，加速度傳感器將測定的振動信號傳遞給動態(tài)分析模塊；

（2）當動態(tài)分析模塊檢測到防除冰對象表面結冰時

動態(tài)分析模塊反饋振動信號至函數(shù)發(fā)生器，如果測量得到的振動頻率發(fā)生改變，則通過函數(shù)發(fā)生器產生新的振動波形（包括振動頻率、振動幅度和相位等參數(shù)），函數(shù)發(fā)生器所產生的振動波形經(jīng)功率放大器處理后傳輸給柔性壓電纖維薄膜，柔性壓電纖維薄膜根據(jù)調整后的振動參數(shù)發(fā)生相應彎曲應變和剪切應力，直到防除冰對象表面的冰被完全去除；

（3）當動態(tài)分析模塊檢測到防除冰對象表面未結冰時

動態(tài)分析模塊反饋振動信號至函數(shù)發(fā)生器，如果測量得到的振動頻率保持不變，動態(tài)分析模塊則發(fā)出信號給函數(shù)發(fā)生器，指示函數(shù)發(fā)生器保持原先的振動波形即可。

包括如下步驟：

（a）對主被動防冰裝置進行未結冰條件下、結冰氣象條件下疏水材料薄膜和柔性壓電纖維振動薄膜的振動頻率、結冰厚度、結冰重量進行標定實驗和計算，獲得不同區(qū)域疏水材料薄膜和柔性壓電纖維振動薄膜的固有振動頻率等參數(shù)，并建立不同結冰厚度和重量與疏水材料薄膜和柔性壓電纖維振動薄膜的固有振動頻率的標定關系曲線，為后續(xù)結冰探測、除冰作業(yè)提供數(shù)據(jù)參考；

（b）根據(jù)獲得的標定關系曲線，間隙性啟動主被動防冰裝置，使柔性壓電纖維薄膜產生振動；

（c）通過設置在柔性壓電纖維薄膜表面的加速度傳感器測定柔性壓電纖維薄膜的固有振動頻率，加速度傳感器將測定的振動信號傳遞給動態(tài)分析模塊進行分析計算，獲得其固有振動頻率；

（d）若步驟c測定的固有振動頻率與主被動防冰裝置未結冰條件下獲得的固有振動頻率相同，則保持步驟b的間隙性振動策略；

（e）若步驟c測定的固有振動頻率相對主被動防冰裝置未結冰條件下的固有振動頻率發(fā)生改變，說明防除冰對象發(fā)生結冰現(xiàn)象，則啟動新的振動除冰策略；

（f）結冰現(xiàn)象發(fā)生后，根據(jù)結冰后的防除冰對象的振動頻率與標定關系曲線中固有振動頻率之間的差異關系（即根據(jù)加速度傳感器測定的振動頻率與未結冰條件下固有振動頻率之間的差值，及標定關系曲線），采用最優(yōu)控制理論和策略，動態(tài)分析模塊依據(jù)結冰后的固有振動頻率控制函數(shù)發(fā)生器產生新的振動波形（包括不同的振動幅度、振動頻率、相位等參數(shù)），使柔性壓電纖維薄膜彎曲應變達到最佳的除冰效果；

（g）若防除冰對象表面的冰未完全去除，則重復步驟f，根據(jù)最優(yōu)控制理論和策略，改變振動波形及其參數(shù)，繼續(xù)除冰直到防除冰對象表面的冰被除去。

所述步驟g中，若除冰完成，則執(zhí)行步驟b，即可。

為了解決前述矛盾，較好地解決飛機部件表面的防除冰問題，本發(fā)明在超疏水表面制備的基礎上，以探索低能耗除冰方法為目的，在保證蒙皮正常性能的前提下，通過在防冰區(qū)表面鋪設超疏水材料薄膜，以此來改善蒙皮表面的結冰特性和振動除冰性能，同時結合機械振動除冰方法，研究小幅振動條件下超疏水表面對結冰和除冰的影響規(guī)律，并最終得到了本申請的技術方案。本發(fā)明提供一種超疏水材料和振動除冰相耦合的主被動防冰裝置及其方法，對于解決目前機械除冰的缺陷、發(fā)展新概念除冰方法、節(jié)約飛機燃油消耗和保障飛行安全，均有著現(xiàn)實的意義。

該裝置包括用于設置在防除冰對象表面上的疏水材料薄膜、柔性壓電纖維薄膜、用于測定柔性壓電纖維薄膜振動的加速度傳感器、動態(tài)分析模塊、函數(shù)發(fā)生器、功率放大器、電源，柔性壓電纖維薄膜與疏水材料薄膜粘結在一起，柔性壓電纖維薄膜位于防除冰對象與疏水材料薄膜之間。加速度傳感器設置在柔性壓電纖維薄膜上，加速度傳感器與動態(tài)分析模塊相連且加速度傳感器能將采集的柔性壓電纖維薄膜的振動信號傳遞給動態(tài)分析模塊。動態(tài)分析模塊與函數(shù)發(fā)生器相連，函數(shù)發(fā)生器與功率放大器相連，功率放大器與柔性壓電纖維薄膜相連。電源分別與柔性壓電纖維薄膜、加速度傳感器、動態(tài)分析模塊、函數(shù)發(fā)生器、功率放大器電連接。

本發(fā)明中，首先在防除冰對象的防冰區(qū)表面鋪設疏水材料層，其是具有疏水性能的高分子薄膜材料層，該層采用憎水功能的高分子材料制成，比如聚乙烯、聚四氟乙烯、玻璃纖維、聚氯乙烯（pvc）、碳纖維、石墨烯等薄膜材料，或者以硅橡膠為基底材料，在硅橡膠中添加不同類型和不同比例的高分子材料納米級或微米級顆粒（如16烷、17烷、18烷、甲基硅油、氟等）制備而成的薄膜材料或涂層。本發(fā)明中的疏水材料層的接觸角很大（140度左右），而滾動角很小（5度以內）。過冷水滴撞擊到本發(fā)明的疏水材料層表面后很難馬上凍結，在慣性力或氣動力的作用下往下游溢流，然后才能逐漸發(fā)生凍結，凍結速率比較緩慢，延緩了防冰部件表面的結冰。

同時，本發(fā)明在防除冰對象與疏水材料薄膜之間設置柔性壓電纖維薄膜。本發(fā)明所采用的柔性壓電纖維薄膜是一種柔性、薄膜狀的壓電陶瓷纖維片，由壓電材料構成，在高電壓的作用下有很強的柔性變形，該壓電纖維片在電信號驅動下可產生較大的彎曲應變，該彎曲變形可產生較大的剪切應力，傳遞到疏水材料薄膜表面的結冰，使其產生破壞或破碎，在氣動力或慣性力的幫助下達到除冰的目的。本發(fā)明中，將柔性壓電纖維薄膜粘結、鋪設或安裝于疏水材料薄膜的下一層，可以在振動的作用下產生較大的彎曲形變或撓曲，使粘附、固結在防冰部件表面的冰層發(fā)生破裂或剝離，從而在慣性力或氣動力作用下達到振動除冰目的。

本發(fā)明中，首先在防除冰對象的防冰表面鋪設疏水性能的高分子薄膜材料（即疏水材料薄膜），或噴涂疏水性能的高分子涂層（即形成疏水材料薄膜），將柔性壓電纖維薄膜鋪設、安裝于疏水材料薄膜下方，要求疏水材料薄膜與柔性壓電纖維薄膜兩者必須粘結牢固，不能留有縫隙，防止因存在間隙影響振動除冰的效果。然后，將加速度傳感器安裝于柔性壓電纖維薄膜表面，測量該柔性壓電纖維薄膜產生的振動信號，以判斷防除冰對象的防冰表面是否存在結冰現(xiàn)象，并且將經(jīng)過動態(tài)分析模塊計算分析的振動參數(shù)反饋到函數(shù)發(fā)生器和功率放大器中，使其調整更加合理的振動波形及其振動參數(shù)，并輸出至柔性壓電纖維薄膜，使柔性壓電纖維薄膜產生更加合理的彎曲應變，將剪切應力傳遞到防冰區(qū)表面的冰層。本發(fā)明中，將電源與各種儀器電連接，為儀器提供必要的穩(wěn)定電壓和電流。將加速度傳感器和動態(tài)分析模塊進行連接，使加速度傳感器測量的振動信號能輸入到動態(tài)分析模塊中進行參數(shù)分析和計算，重新獲得結冰后的固有振動頻率，為調整更好的除冰振動策略提供參考。通過對振動參數(shù)的合理調整，使柔性壓電纖維薄膜發(fā)生更為合理的彎曲應變，從而實現(xiàn)除冰的目的。

本發(fā)明中的防除冰對象可以是直升機旋翼葉片、旋翼飛機螺旋槳葉片、固定翼飛機的機翼和尾翼表面，可以是風力機的葉片表面、輸電導線表面，或者是高速列車等其它國民經(jīng)濟相關裝備需要防冰的部件表面，具有適應性好、應用范圍廣的優(yōu)點。

本發(fā)明是疏水材料的主動防冰和振動方式的被動除冰相結合的新概念防除冰方法，利用鋪設或粘結在防冰部件表面的疏水材料薄膜，以減少過冷水滴撞擊到防冰表面發(fā)生結冰現(xiàn)象，再利用電控方式的振動方法對防冰表面的結冰進行破壞或剝離，耦合這兩種方法進行防除冰，以達到低能耗除冰的目的。防除冰時，通電源啟動柔性壓電纖維薄膜，使其發(fā)生設定的振動，測量防冰部件表面的固有振動頻率，判斷防冰表面是否發(fā)生結冰。如果表面未結冰，則維持原先設定的振動策略。如果表面結冰，則將測量的壓電纖維薄膜固有振動頻率反饋到函數(shù)發(fā)生器和功率放大器，使函數(shù)發(fā)生器產生不同形狀的振動信號，并使功率放大器產生更合適的信號增益和偏置，使柔性壓電纖維薄膜發(fā)生更佳除冰效果的振動頻率。如果表面結冰去除，則關閉電源，結束除冰過程。如果表面結冰沒有去除，則改變函數(shù)發(fā)生器的振動信號和功率放大器的增益，直至表面結冰去除。

綜上所述，本發(fā)明通過在直升機旋翼、旋翼飛機螺旋、固定翼飛機翼表面（機翼和尾翼表面）、風力機葉片表面、高壓輸電導線表面和高速列車表面等防冰表面鋪設具有疏水性能的疏水材料薄膜，或噴涂具有疏水性能的高分子涂層（形成疏水材料薄膜），并在該疏水材料薄膜的下方設置柔性壓電纖維薄膜，利用疏水性能的疏水材料薄膜減少過冷水滴在防冰表面的附著，減少或緩解結冰現(xiàn)象的發(fā)生。同時，利用該柔性壓電纖維薄膜產生較大的彎曲應變，使得凍結在疏水材料薄膜表面的冰層也相應產生較大的彎曲應變，從而發(fā)生破裂或破碎，并在慣性力或氣動力的作用下發(fā)生剝離或脫落，以此達到防除冰的目的。本發(fā)明中，利用電源為柔性壓電纖維薄膜提供可產生彎曲應變的電能，采用函數(shù)發(fā)生器產生不同類型的振動波形，采用功率放大器對振動信號進行濾波、偏置和增益，以此來產生振動除冰所需要頻率、幅度和相位。同時，采用加速度傳感器對振動產生的加速度信號進行測量，采用動態(tài)分析模塊對加速度信號進行分析計算，獲得柔性壓電纖維薄膜振動的固有振動頻率等參數(shù)，將結冰后的固有振動頻率等振動參數(shù)反饋給函數(shù)發(fā)生器和功率放大器，并調整振動頻率、幅度和相位，使柔性壓電纖維薄膜產生更合適的彎曲應變，以達到更好的除冰效果，通過上述這些硬件及其相應功能，實現(xiàn)飛機翼表面（機翼和尾翼）、風力機葉片表面、輸電導線表面和高速列車等防冰表面的低能耗防除冰過程。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1為實施例1中裝置的結構示意圖。

圖2為實施例1中疏水材料薄膜、柔性壓電纖維薄膜的結合示意圖。

圖中標記：1、疏水材料薄膜，2、柔性壓電纖維薄膜，3、防除冰對象，4、導線管，6、功率放大器，7、函數(shù)發(fā)生器，9、電源，10、加速度傳感器，11、動態(tài)分析模塊，12、粘合層，13、沉頭螺釘。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。下面結合附圖和具體實施方式、操作流程對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

實施例1

如圖所示，本實施例的裝置包括用于設置在防除冰對象表面上的疏水材料薄膜、柔性壓電纖維薄膜、用于測定柔性壓電纖維薄膜振動的加速度傳感器、動態(tài)分析模塊、函數(shù)發(fā)生器、功率放大器、電源，柔性壓電纖維薄膜與疏水材料薄膜粘結在一起，柔性壓電纖維薄膜位于防除冰對象與疏水材料薄膜之間。本發(fā)明針對的防除冰對象可以為各類飛機（包括但不限于直升機、旋翼飛機、固定翼飛機）機翼、尾翼，也可以是風力機葉片、輸電導線和高速列車等防冰部件，本實施中以飛機機翼為例進行說明。

如圖2所示，疏水材料薄膜通過細長薄金屬壓條結合沉頭螺釘或耐低溫的粘合劑與飛機機翼（或飛機機翼模型）進行連接和固定，柔性壓電纖維薄膜位于疏水材料薄膜與防除冰對象之間，柔性壓電纖維薄膜粘結在疏水材料薄膜上，且柔性壓電纖維薄膜與疏水材料薄膜之間形成粘合層。粘合層可以為耐低溫的粘合劑，也可采用ab膠、502膠、硅膠等強力膠替代，且柔性壓電纖維薄膜不能與防除冰對象表面粘合，否則將無法產生振動。

本實施例中，疏水材料薄膜采用具有憎水功能的高分子材料制成，其具有接觸角很大（140度左右），而滾動角很小（5度以內）的特點。在實際應用時，過冷水滴撞擊到疏水材料薄膜表面后很難馬上凍結，在慣性力或氣動力的作用下往下游溢流，然后才能逐漸發(fā)生凍結，凍結速率比較緩慢，延緩了防冰部件表面的結冰，從而起到防冰的目的。柔性壓電纖維薄膜則是一種柔性、薄膜狀的壓電陶瓷纖維片，由壓電材料組成，具有很強的柔性變形，該壓電纖維片在電信號驅動下可產生較大的彎曲應變。

本發(fā)明中，將柔性壓電纖維薄膜設置在疏水材料薄膜下方，其能在振動的作用下產生較大的彎曲形變或撓曲，使粘附、固結在防除冰對象表面的冰層發(fā)生破裂或剝離，從而在慣性力或氣動力作用下，達到振動除冰目的。本實施例中，柔性壓電纖維薄膜與防除冰對象表面不進行粘合，保持柔性壓電纖維不被固定約束，使疏水材料薄膜能夠產生較大的彎曲應變，利用這種較大的彎曲應變破壞冰層與防除冰對象表面之間的粘附強度，以達到振動除冰的目的。

加速度傳感器設置在柔性壓電纖維薄膜上，加速度傳感器與動態(tài)分析模塊相連且加速度傳感器能將采集的柔性壓電纖維薄膜的振動信號傳遞給動態(tài)分析模塊。動態(tài)分析模塊與函數(shù)發(fā)生器相連，函數(shù)發(fā)生器與功率放大器相連，功率放大器與柔性壓電纖維薄膜相連。電源分別與柔性壓電纖維薄膜、加速度傳感器、動態(tài)分析模塊、函數(shù)發(fā)生器、功率放大器電連接。本實施例中，電源與各種儀器相連，用于為各部分提供電源，電源可以將常規(guī)的220v工業(yè)電壓進行整流、變壓等，從而為各部件提供電力。

本實施例中，加速度傳感器主要用于測量防冰部件表面產生振動所表現(xiàn)的加速度特性，以此來計算和分析振動頻率、幅度和相位等參數(shù)。

動態(tài)分析模塊主要用于采集、分析加速度傳感器所測量到的振動信號，可以獲得結冰前、后防冰部件表面振動所產生的固有振動頻率。同時，通過測量柔性壓電纖維薄膜的固有振動頻率，能判斷出防冰表面是否結冰。如果防冰表面發(fā)生結冰，則柔性壓電纖維薄膜的固有振動頻率將發(fā)生較大變化；如果表面沒有發(fā)生結冰，則柔性壓電纖維薄膜的固有振動頻率將保持不變。該固有振動頻率與振動表面結冰的厚度、結冰類型等均有關，可以通過大量的實驗進行標定，將振動表面的固有振動頻率與結冰厚度、結冰類型關聯(lián)起來，建立定量關系，為振動除冰過程調整振動頻率、幅度和相位等參數(shù)提供判別和參考。

函數(shù)發(fā)生器是能產生不同函數(shù)形狀振動型號的儀器，其能為柔性壓電纖維薄膜產生和提供不同類型振動信號，其產生的振動信號輸入到功率放大器進行放大和偏置等處理，并輸入到柔性壓電纖維薄膜中，為其提供除冰所需要的振動信號。

功率放大器與函數(shù)發(fā)生器相連，其能將函數(shù)發(fā)生器產生的不同類型信號進行偏置、濾波和增益，使振動的信號達到破壞或剝離冰層的要求（即使得柔性壓電纖維薄膜產生振動除冰所需要的相位、頻率和幅度）。

同時，本實施中還設置有導線管，導線管為空心管，其主要用于走線的目的，用于將該裝置中涉及到的所有測量信號線、輸電導線等線纜集中起來捆扎、傳輸，不能暴露于防除冰對象的外表面，防止其對周圍流場的影響。

該裝置的一種工作方式如下，包括如下步驟。

a.首先，必須對本實施例的振動除冰裝置進行沒有結冰條件和結冰條件下的振動參數(shù)標定和設定，獲得不同防冰區(qū)柔性壓電纖維薄膜的固有振動頻率，為后續(xù)間隙性結冰探測和振動除冰提供數(shù)據(jù)參考。

b.針對防冰部件表面沒有結冰的情況，間隙性啟動柔性壓電纖維薄膜及其供電電源，使其產生固定的振動波形，保持固定的振動頻率、振動幅度和相位。

c.利用柔性壓電纖維薄膜表面的加速度傳感器測量防冰區(qū)表面的固有振動頻率，并反饋至動態(tài)分析模塊。。

d.如果固有振動頻率沒有變化，則函數(shù)發(fā)生器和功率放大器保持原有的振動波形、振動參數(shù)及其增益、偏置等，繼續(xù)保持步驟b的間隙性振動策略，該振動策略主要是通過固有振動頻率的變化去探測防冰部件表面是否發(fā)生結冰現(xiàn)象。

e.如果固有振動頻率發(fā)生改變，則說明防冰部件表面發(fā)生了結冰現(xiàn)象，此時，則啟動新的振動除冰策略，包括改變振動頻率、振幅和相位等參數(shù)，執(zhí)行步驟f。

f.采用加速度傳感器測量結冰后的防冰區(qū)表面的振動信號，并將測定的振動信號輸入到動態(tài)分析模塊中進行分析計算，獲得結冰后的防冰區(qū)表面的固有振動頻率，并將結冰后的新固有振動頻率反饋至函數(shù)發(fā)生器和功率放大器，使函數(shù)發(fā)生器和功率放大器產生更加合理的振動波形以及振動幅度、頻率和相位等，使柔性壓電纖維薄膜的彎曲應變達到最佳的除冰效果，以達到最好的除冰目的。

g.如果沒有達到除冰目的，改變振動波形及其振動參數(shù)，利用振動除冰控制規(guī)律重復步驟f，直至達到除冰目標。

本實施例中，步驟a首先對沒有結冰條件和結冰條件下的振動參數(shù)標定和設定，從而找出未結冰條件下的振動參數(shù)，以及不同結冰條件下的振動參數(shù)，從而為步驟f提供參考；步驟f中依據(jù)測定的固有振動頻率，即可判定相應的結冰情況，并給出最佳的振動波形、振動幅度、頻率、相位，進而達到最佳的除冰效果。當除冰完成后，固有振動頻率發(fā)生改變，當固有振動頻率與未結冰頻率一致時，則自動執(zhí)行步驟d，繼續(xù)檢測是否發(fā)生結冰現(xiàn)象。

本實施例采用間隙性振動探冰策略、間隙性振動除冰策略相結合的方式，能夠有效檢測結冰現(xiàn)象的發(fā)生，并及時對防冰區(qū)表面的結冰進行去除，且耗能少，應用前景好，具有較高的應用價值，對于除防冰具有重要的意義。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。