[发明专利]一种利用超声波技术精密测量温度的方法及测量仪

摘要

本发明涉及一种利用超声波技术精密测量温度的方法及测量仪，主要由超声波温度传感器、超声波换能器驱动电路、超声波回波信号处理电路和接口电路组成。超声波温度传感器包括超声波换能器和充满能传播超声波介质的密闭管体两部分。超声波换能器驱动电路主要包括数模转换器D/A和功率放大电路。超声波回波信号处理电路主要由滤波电路、放大电路和A/D、FPGA和CPU组成。超声波换能器驱动电路驱动换能器发出超声波，超声波回波信号处理电路精密测量超声波在管体中的传播时间。超声波在介质中的传播速度随温度的变化而变化，测出超声波在管体中不同温度下的传播时间就可以实现温度的测量。所述温度计可以实现高精度温度测量，温度测量的精度取决于超声波传播时间的测量精度，测量范围取决于管体的长度。

主权项

一种用超声波技术精密测量温度的方法，其特征在于：所述方法是将超声波换能器E1与超声波换能器E2相对安装在一个充满超声介质的密闭耐压管体的管内两端构成一个超声波温度传感器，用中央处理单元CPU控制现场可编程门阵列FPGA输出正弦波驱动信号，让信号依次通过D/A转换电路和功率放大电路输入至所述超声波换能器E1，由所述超声波换能器E1将所述输入信号转换成机械振动产生超声波信号；所述超声波换能器E2接收所述超声波换能器E1发出的超声波信号，并输出超声波回波信号，由滤波电路对超声波换能器E2发出的超声波回波信号进行滤波，再由放大电路进行放大后，由A/D转换电路对回波信号进行采样，采样数据先存储在构造于FPGA内的存储区内；采样完成后，中央处理单元CPU首先根据FPGA发射超声波的数据确定超声波传播时间起点所对应的时刻，然后从FPGA内读取超声波回波信号的A/D采样数据，通过细分插补算法精确计算出超声波传播时间终点所对应的时刻，进而精确确定超声波在两个换能器E1、E2之间的传输时间；然后CPU根据超声波在超声波温度传感器管体中两个超声波换能器E1和E2之间的不同传输时间，结合在不同温度下和不同介质中超声波的传输速度，精确计算得到温度传感器的温度。所述声波传播时间起点所对应的时刻取FPGA发射超声波信号最后那个波的过零点对应的时刻；所述计算传播时间的终点的细分插补算法是：根据FPGA中存储的超声波回波的A/D采样信号，首先确定回波信号中峰值幅值最大的那个周期内的波形；然后确定过零点前后两个采样点所对应的时刻；最后以过零点前后两个采样点为基准，用拟合的方法对采样点进行细分，确定回波信号过零点所对应的时刻，即超声波传播时间终点所对应的时刻。