[发明专利]基于多个声源布置方式的超声波工业炉测温系统及方法

权利要求书

1.一种基于多个声源布置方式的超声波工业炉测温系统，其特征在于：包括多个超声波发射器、多个超声波接收器、超声波发射/接收模块、吹灰冷却器、高温报警保护器、微处理器、LCD显示器和PC机；所述超声波发射器和超声波接收器分别与超声波发射模块和超声波接收模块相连接，所述超声波发射模块、超声波接收模块、吹灰冷却器、高温报警保护器、LCD显示器和PC机分别与微处理器相连接；

所述超声波发射器用于发出放大之后的超声波测温信号；

所述超声波接收器用于接收经过工业炉返回的超声波测温信号；

所述超声波发射/接收模块用于信号的放大、滤波处理；所述超声波发射/接收模块包括放大电路和滤波电路；所述吹灰冷却器用于清洁超声波发射器和超声波接收器中的声波导管；

所述高温报警保护器用于当超声波发射器和超声波接收器的温度达到设定的保护温度时，发出报警；

所述微处理器用于对超声波发射器、超声波接收器、吹灰冷却器和高温报警保护器的控制；

所述LCD显示器用于显示实时超声波信号波形和温度测量结果；

所述PC机用于使用相关分析的算法计算超声波飞行的时间，并按照一定的算法计算出超声波路径上平均温度值，同时完成对整个系统进行设定和校淮；

所述设定和校准包括对PC机内置的计算算法的设定以及微处理器和其他模块的电路连接的校准。

2.根据权利要求1所述的基于多个声源布置方式的超声波工业炉测温系统，其特征在于：所述多个超声波发射器和多个超声波接收器在炉墙的四周成对布置。

3.根据权利要求1所述的基于多个声源布置方式的超声波工业炉测温系统，其特征在于：在工业炉炉墙的一个断面上呈轴对称方式布置8对超声波发射器和超声波接收器，将断面上的温度场平均分为16个小区域，24条独立的声发射和接收路径。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于多个声源布置方式的超声波工业炉测温系统，其特征在于：在工业炉不同的平行断面上分别呈轴对称方式布置相同8对超声波发射器和超声波接收器，不同平行断面上的超声波发射器和超声波接收器能够向其他断面发射和接收来自其他断面的超声波信号，在不同的断面上的一个测温周期内顺序启闭各个声波发射器和超声波接收器，得到一组超声波传播时间值。

5.基于多个声源布置方式的超声波工业炉测温方法，基于权利要求4所述系统进行测温，其特征在于：一个周期内的测量包括以下步骤：

步骤1、微处理器对其内置的所有计数器进行清零，等待测温系统开始工作；

步骤2、工业炉燃烧开始瞬间，微处理器的P1.0端口产生一个频率为40KHz的脉冲信号，此信号经超声波发射模块的超声波发射驱动电路对脉冲信号进行放大后激发超声波发射器的超声波探头发射超声波脉冲信号，系统此时记录时间为t₁，与此同时，微处理器的脉冲信号通过触发器启动计数器，对超声波脉冲计数进行采样；

步骤3、当微处理器P1.1端口检测到高电平时，即接收到穿过固定气体媒介距离D的超声波返回信号，此时系统记录时间为t₂，微处理器通过触发器关闭计数器，然后P1.1端口发出两个连续脉冲，第一个脉冲将计数器内的计数值存入储存器，第二个脉冲是用来对计数器进行清零，准备进行下一次计数，同时，通过超声波接收器接收探头所接收到的脉冲信号去触发下一个超声波发射器的发射探头发射下一个超声波脉冲信号；

步骤4、超声波接收器接收到的脉冲信号，经过滤波、增益放大，送至微处理器，再通过微处理器传送至PC机，在PC机中根据系统记录的时间t₁和t₂计算出超声波发射器发出的超声波飞行时间为τ＝t₂-t₁，根据超声波的飞行时间τ和介质温度T之间的关系计算出介质温度，即在PC机中重建工业炉内温度场，其中，Z为声波传播介质常数，D为声波传播的距离，即超声波发射器到超声波接收器的距离；

步骤5、在工业炉不同的断面内重复步骤1-4，建立工业炉的三维温度场。