專利名稱：反射式超聲波溫度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于精密傳感器和檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用超聲波技術(shù)精密測 量溫度的溫度計。
背景技術(shù)：
超聲波的顯著特征是頻率高，因而波長短，繞射現(xiàn)象小，方向性好，能夠定向傳播， 傳播時遇到雜質(zhì)或分界面就會有顯著的反射。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，超聲波技術(shù)越來越多 的應(yīng)用于溫度等的精密測量。超聲波在介質(zhì)中傳播時，傳播速度隨溫度、壓強(qiáng)等狀態(tài)參量的變化而變化。例如 超聲波在氣體中傳播時傳播速度每秒約數(shù)百米，隨溫度升高而增大，o°c時空氣中音速為 331. 4米/秒，15°C時為340米/秒，溫度每升高1°C，音速約增加0. 6米/秒。測得傳輸距 離不變時超聲波在不同溫度下的傳播時間，就可以測得溫度。例如，20°C時超聲波的速度是 344米/秒，21°C時超聲波的速度是344. 6米/秒，如果超聲波的傳輸距離是0. 3米，則在 20°C時超聲波的傳輸時間是8. 7209X 10—4秒，在21°C時超聲波的傳輸時間是8. 7057X IO"4 秒，在21°C時和20°C時超聲波的傳輸時間差為1. 52X10_6秒。要保證測量達(dá)到0. 001°C的 測量分辨率，要求超聲波傳輸時間測量的分辨率要達(dá)到1 2納秒才能實(shí)現(xiàn)。如果用常規(guī) 的定時計數(shù)電路測量超聲波的傳輸時間，則時鐘電路的頻率至少要達(dá)到1G，這對于儀器開 發(fā)來講顯然很難實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對上述問題，公開了一種測量分辨率可達(dá)O.OOrC的精密溫度測量 方法和儀器，設(shè)計了超聲波溫度傳感器、FPGA電路和軟件細(xì)分插補(bǔ)算法，可以在保證測量實(shí) 時性的前提下實(shí)現(xiàn)納秒級超聲波傳輸時間的測量，從而實(shí)現(xiàn)常溫下的高精度溫度測量。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種超聲波溫度計，用于實(shí)現(xiàn)測量分辨率優(yōu)于O.OOrC的精密溫度測量。所述溫度 計采用超聲波溫度傳感器、硬件電路及相關(guān)算法兩部分。超聲波溫度傳感器包括一個充滿 液體的密閉耐壓金屬管體和安裝在管體一端的一個超聲波換能器。硬件電路主要包括超聲 波換能器驅(qū)動電路、超聲波回波信號濾波電路、放大電路、通道切換電路和信號處理電路。 信號處理電路主要有模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)、現(xiàn)場可編程門列陣(FPGA)和中央處理單元(CPU) 組成。所述換能器是壓電式傳感器，可以把具有一定能量的電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動，當(dāng) 信號的頻率在超聲波的頻率范圍內(nèi)時，換能器El把電信號轉(zhuǎn)換為超聲波信號；換能器也可 以把機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為電信號，當(dāng)超聲波信號作用到超聲波換能器上時，它把超聲波信號轉(zhuǎn) 換為電信號，該信號可以稱之為超聲波回波信號。所述超聲波換能器驅(qū)動電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)和功率放大電路。D/A轉(zhuǎn)換器 用于把FPGA發(fā)出的數(shù)字正弦信號轉(zhuǎn)換為模擬正弦信號，功率放大電路用于放大該正弦信號的功率，使之有足夠的能量驅(qū)動超聲波換能器。所述A/D轉(zhuǎn)換器主要用于把超聲波回波 模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸入FPGA。所述FPGA電路主要功能有兩個第一個功能是在CPU的控制下產(chǎn)生數(shù)字正弦信 號，該信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，并經(jīng)功率放大電路放大后驅(qū)動換能器El。第二個 功能是完成超聲波回波信號的采樣，并把數(shù)據(jù)存在構(gòu)造于FPGA內(nèi)部的存儲區(qū)內(nèi)。所述通道切換電路在FPGA電路的控制下完成超聲波換能器發(fā)射和接受兩種工作 狀態(tài)的切換。所述超聲波換能器處于發(fā)射狀態(tài)時，在FPGA的控制下發(fā)射一定數(shù)量的周期性正 弦超聲波信號，該信號在管體中的液體中傳播到管體的另一端，在液體和管體的界面上發(fā) 生反射。FPGA在換能器完成超聲波發(fā)射后，控制通道切換電路將換能器的工作狀態(tài)從發(fā)射 狀態(tài)切換到接受狀態(tài)。反射后的超聲波作用到換能器上后，換能器將超聲波信號轉(zhuǎn)換成電 信號，產(chǎn)生超聲波回波信號，回波信號的幅值隨著換能器接收到的超聲波信號的連續(xù)激勵 而逐漸增大，當(dāng)激勵信號停止時，換能器的機(jī)械振動在慣性的作用下仍然會持續(xù)并逐漸衰 減，回波信號的幅值也逐漸減小，因此超聲波回波信號是一個變幅周期性信號，其周期對應(yīng) 于超聲波信號的周期?；夭ㄐ盘柗底畲蟮哪莻€周期對應(yīng)于換能器最后發(fā)出的那個超聲波 信號的周期。超聲波的傳播時間就是換能器發(fā)出的超聲波信號上的任意一點(diǎn)與換能器接收到 的回波信號上相對應(yīng)的那一點(diǎn)之間的時間間隔。超聲波傳輸時間測量的關(guān)鍵是確定傳播時 間的起點(diǎn)和終點(diǎn)。傳播時間的起點(diǎn)可以是換能器發(fā)出的超聲波信號上特定所對應(yīng)的時刻， 時間的終點(diǎn)是回波信號上與超聲波信號特征點(diǎn)相對應(yīng)的那一點(diǎn)所對應(yīng)的時刻?；夭ㄐ盘柺且粋€變幅值周期性信號，其波形中最有特征的波是幅值最大的那個 波，可以稱之為特征波，特征波對應(yīng)于超聲波信號的最后一個波。在特征波中，最有特征的 點(diǎn)是過零點(diǎn)和峰值點(diǎn)，可以選擇過零點(diǎn)作為回波信號的特征點(diǎn)。特征點(diǎn)對應(yīng)的時刻就是傳 播時間的終點(diǎn)，與之相對應(yīng)，超聲波信號波形中最后那個波的過零點(diǎn)所對應(yīng)的時刻可以確 定為傳播時間的起點(diǎn)。由于超聲波信號是FPGA在CPU的控制下產(chǎn)生的，傳播時間的起點(diǎn)，也就是超聲波 信號最后那個波的過零點(diǎn)對應(yīng)的時刻很容易由CPU精確確定，其精度取決于FPGA的運(yùn)行頻率。傳播時間的終點(diǎn)，也就是回波信號特征波中過零點(diǎn)所對應(yīng)的時刻通過細(xì)分插補(bǔ)算 法來確定。細(xì)分插補(bǔ)算法根據(jù)FPGA中存儲的超聲波回波的A/D采樣信號首先確定回波信號 中峰值幅值最大的那個周期內(nèi)的波形；然后確定過零點(diǎn)前后兩個采樣點(diǎn)(一個比零大，一 個比零小)所對應(yīng)的時刻；最后以過零點(diǎn)前后兩個采樣點(diǎn)為基準(zhǔn)，用擬合的方法對采樣點(diǎn) 進(jìn)行細(xì)分插補(bǔ)，確定回波信號過零點(diǎn)所對應(yīng)的時刻，即超聲波傳播時間終點(diǎn)所對應(yīng)的時刻， 其精度主要取決于A/D采樣的分辨率。本實(shí)用新型提出的高精度超聲波溫度計的工作原理如下超聲波換能器安裝在充 滿液體的耐壓密閉金屬的一端，中央處理單元CPU控制現(xiàn)場可編程門陣列FPGA輸出正弦波 驅(qū)動信號，讓信號依次通過D/A轉(zhuǎn)換電路和功率放大電路輸入至處于發(fā)射狀態(tài)的所述超聲 波換能器，該超聲波換能器將所述該輸入信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動產(chǎn)生超聲波信號。處于接受狀態(tài)的所述超聲波換能器接收經(jīng)管體另一端反射回來的超聲波信號，并輸出超聲波回波信號，由濾波電路對超聲波換能器E2發(fā)出的超聲波回波信號進(jìn)行濾波，再 由放大電路進(jìn)行放大后，由A/D轉(zhuǎn)換電路對回波信號進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)先存儲在構(gòu)造于 FPGA內(nèi)的存儲區(qū)內(nèi)。采樣完成后，中央處理單元CPU首先根據(jù)FPGA發(fā)射超聲波的數(shù)據(jù)確定超聲波傳播 時間起點(diǎn)所對應(yīng)的時刻，然后從FPGA內(nèi)讀取超聲波回波信號的A/D采樣數(shù)據(jù)，采用通過細(xì) 分插補(bǔ)算法精確計算出超聲波傳播時間終點(diǎn)所對應(yīng)的時刻，進(jìn)而精確確定超聲波在管體中 從換能器到管體的另一端，再反射回來到達(dá)換能器的傳輸時間。然后CPU根據(jù)超聲波在超 聲波溫度傳感器管體中的不同傳輸時間精確計算出其對應(yīng)的溫度。由此，本實(shí)用新型提出的高精度超聲波溫度計包括超聲波換能器、D/A轉(zhuǎn)換電路、 功率放大電路、信號放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、通道切換電路、現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA和中央處理單元CPU ；所述超聲波換能器安裝在密閉金屬管體的一端，管體中充滿液體。所述中央處理單元CPU連接現(xiàn)場可編程門陣列FPGA，控制現(xiàn)場可編程門陣列FPGA 輸出正弦波驅(qū)動信號，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA的一路輸出連接D/A轉(zhuǎn)換電路，由D/A轉(zhuǎn)換 電路對所述正弦波驅(qū)動信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換電路再連接功率放大電路，對信號進(jìn)行放 大，功率放大電路與超聲波換能器連接，將信號輸入至所述超聲波換能器，該超聲波換能器 將所述該輸入信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動產(chǎn)生超聲波信號；所述超聲波換能器處于接受狀態(tài)時接收從管體的另一端反射回來的超聲波信號， 把機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為電信號，輸出超聲波回波信號，并通過與其依次連接的放大電路、濾波電 路和A/D轉(zhuǎn)換電路，使所述超聲波回波信號依次經(jīng)放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換后輸入至現(xiàn)場可編 程門陣列FPGA ；所述現(xiàn)場可編程門陣列FPGA同時采樣輸出的正弦波驅(qū)動信號和輸入的超聲波回 波信號，并將采樣數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中；所述中央處理單元CPU從現(xiàn)場可編程門陣列FPGA內(nèi)存中讀取采樣數(shù)據(jù)，通過細(xì)分 插補(bǔ)算法精確計算出超聲波傳播時間終點(diǎn)所對應(yīng)的時刻；然后，根據(jù)輸出的正弦波驅(qū)動信 號確定超聲波傳播時間起點(diǎn)所對應(yīng)的時刻。從而精確確定超聲波在管體中的傳輸時間。最 后CPU根據(jù)超聲波在超聲波溫度傳感器管體中的不同傳輸時間精確計算出其對應(yīng)的溫度。本實(shí)用新型由于采用了基于FPGA的硬件電路和特殊的軟件細(xì)分算法，可以實(shí)現(xiàn) 納秒級精度的超聲波傳輸時間的測量，從而實(shí)現(xiàn)分辨率優(yōu)于0. oorc的高精度溫度測量，并 保證很好的實(shí)時性。本實(shí)用新型可廣泛的用于常溫下的精密溫度測量和控制等領(lǐng)域。

圖1是反射式超聲波溫度計結(jié)構(gòu)框圖；圖2是加在換能器上的驅(qū)動信號示意圖；圖3是換能器上接受到的超聲波回波信號示意圖；圖4是一種精密測量超聲波傳輸時間方法的硬件工作原理示意圖；圖5a_5b是確定超聲波傳播時間終點(diǎn)所對應(yīng) 刻的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說明書附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，本溫度計主要由密閉金屬管體11、超聲波換能器12、中央處理單元 CPU19，現(xiàn)場可編程門列陣FPGE118，A/D轉(zhuǎn)換電路17，濾波電路16，放大電路15，功率放大 電路14、D/A轉(zhuǎn)換電路13、顯示電路20、鍵盤電路21、D/A轉(zhuǎn)換電路22和通道切換電路23 構(gòu)成。管體11、超聲波換能器12構(gòu)成溫度傳感器，管體中充滿液體。顯示電路20用于顯示 CPU計算出的溫度值，鍵盤電路21用于向輸入溫度計的參數(shù)及操作人員的權(quán)限，D/A轉(zhuǎn)換電 路22將溫度值從數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電流信號，輸出工程控制中常用的4 20毫安標(biāo)準(zhǔn) 電流信號。超聲波換能器可采用壓電式傳感器。參見圖2，是超聲波換能器上的驅(qū)動信號，它是在FPGA中產(chǎn)生的數(shù)字正弦信號經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬正弦信號，然后再經(jīng)功率放大電路放大而成，圖中的V代表信號的 電壓，t代表時間。該信號的頻率為1MHz，電壓約10V，電流約1. 5A，具有約15瓦的電能，足 以驅(qū)動超聲波換能器將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，發(fā)出超聲波信號。參見圖3，是在換能器上輸出的超聲波回波信號，圖中的V代表信號的電壓，t代表 時間。換能器發(fā)出的超聲波信號經(jīng)管體的另一端反射傳播到換能器上時，換能器將超聲波 信號的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，輸出超聲波回波信號。換能器輸出的電信號在超聲波沒有傳播 到換能器上以前，幅值為零，換能器接收到超聲波信號后，輸出的電信號幅值逐漸增加，然 后逐漸減小衰減至零，是一個變幅周期信號，幅值最大的那個波對應(yīng)于超聲波信號的最后 一個波。超聲波回波信號的頻率取決于超聲波信號的頻率，也是1MHz。參見圖4，CPU 19向FPGA18中的同步電路432發(fā)出開始采樣命令后，F(xiàn)PGA18先通 過通道切換電路啟動對超聲波換能器的驅(qū)動，發(fā)射超聲波信號，然后通過通道切換電路切 換到接受狀態(tài)，對超聲波換能器的輸出信號進(jìn)行采樣。構(gòu)建于FPGA內(nèi)的數(shù)字正弦信號發(fā)生器431發(fā)送頻率為IMHz的8個周期的正弦信 號，該信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換電路13轉(zhuǎn)換為模擬信號，再經(jīng)功率放大電路14放大后，加載在換 能器Elll上，發(fā)出超聲波信號。換能器E212輸出的電信號經(jīng)過運(yùn)算放大電路15放大后，經(jīng) 過濾波電路16濾波后連接到A/D轉(zhuǎn)換電路17。FPGA內(nèi)部的采樣電路433控制A/D轉(zhuǎn)換電 路443將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并把采樣值逐一存入構(gòu)建于FPGA內(nèi)的RAM存儲區(qū)434 中。采樣完成后，F(xiàn)PGA430向CPU 19發(fā)送采樣結(jié)束狀態(tài)信息，CPU19接收到采樣結(jié)束狀態(tài)信 息后，結(jié)束一次采樣。采樣結(jié)束后，CPU19首先根據(jù)FPGA內(nèi)的數(shù)字正弦信號發(fā)生器431的數(shù)據(jù)精確確定 超聲波信號中起點(diǎn)所對應(yīng)的時刻TQD。然后CPU19發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令，讀取暫存于RAM存儲區(qū)434中的數(shù)據(jù)，精確計算超聲 波傳播時間終點(diǎn)所對應(yīng)的時刻。超聲波傳輸時間終點(diǎn)所對應(yīng)的時刻是通過對回波信號所有采樣數(shù)據(jù)用細(xì)分插補(bǔ) 算法進(jìn)行分析和計算而實(shí)現(xiàn)的。參見圖5a，分析超聲波換能器E2輸出的超聲波回波信號可 知，為保證測量的重復(fù)性，應(yīng)該在峰值幅值最大的波形中提取超聲波傳輸時間的終點(diǎn)。在這 個波形的整周期內(nèi)，最明顯的兩個特征點(diǎn)是峰值點(diǎn)和過零點(diǎn)，把過零點(diǎn)確定為回波信號的 時間參考點(diǎn)更容易獲得高精度。參見圖5a，本實(shí)用新型的超聲波傳輸時間終點(diǎn)所對應(yīng)的時刻的計算方法是[0041]首先逐點(diǎn)比較A/D采樣點(diǎn)，找出采樣點(diǎn)的最大值就可以很容易的確定幅值最大的 波形，可以把這一波形稱之為特征值波形；其次，參加圖5b，確定超聲波傳輸時間終點(diǎn)所對應(yīng)的過零點(diǎn)Ptl前面一個采樣點(diǎn)P 和后面一個采樣點(diǎn)P+1，顯然在特征波內(nèi)采樣點(diǎn)P的采樣值大于零，采樣點(diǎn)P+1的采樣值小
于零；最后，以采樣點(diǎn)P和P+1兩點(diǎn)對應(yīng)的時刻作為基準(zhǔn)，用細(xì)分插補(bǔ)算法可以準(zhǔn)確計算 出過零點(diǎn)Ptl所對應(yīng)的時刻，具體計算方法如下設(shè)A/D的采樣頻率為FA/D，相鄰兩個采樣點(diǎn)之間的時間即采樣周期為TA/D ；從第一 個采樣點(diǎn)到采樣點(diǎn)P之間的采樣數(shù)為N，采樣點(diǎn)P對應(yīng)的采樣值為VI，采樣點(diǎn)P所對應(yīng)的時 刻為Tl ；采樣點(diǎn)P+1對應(yīng)的采樣值為V2 ；采樣點(diǎn)P所對應(yīng)的時刻為Tl，采樣點(diǎn)P與過零點(diǎn) Ptl之間的時間為T2，過零點(diǎn)Ptl對應(yīng)的時刻為Tzd，超聲波的傳輸時間為T，則TAID = -J-
^ AIDJl = TVx- —
^AlD在過零點(diǎn)附近較小的區(qū)域內(nèi)，正弦波的波形接近于直線，可以根據(jù)直線插補(bǔ)的方 法確定Τ2 Tl = -~xVlxTAID
V2-V1A,D則過零點(diǎn)所對應(yīng)的時刻，即超聲波傳輸時間終點(diǎn)所對應(yīng)的時刻為Tzd = Tl + T2 = N X —+ ~-XTiad χ Fl從上式可知，超聲波傳輸時間
ZDFaid V2-V\ IAD
終點(diǎn)所對應(yīng)時刻的分辨率為R =——-——χΓΜη
V2-V\ IAD參加圖5b，假設(shè)超聲波回波信號的頻率為1M，則周期為Ius ；A/D的分辨率是12
位，那么可以將信號的幅值分為4096份，設(shè)A/D的采樣頻率為32MHz，則在正弦波正的最大
值到負(fù)的最大值的半個周期內(nèi)，可以最多采16個點(diǎn)，如果把正弦波正的最大值到負(fù)的最大
值的半個周期內(nèi)的波形看作是直線，則顯然可知 4096Vl-VX =-= 256
16觀察正弦波正的最大值到負(fù)的最大值的半個周期內(nèi)的波形可以看出，過零點(diǎn)附近 曲線的斜率遠(yuǎn)大于峰值附近曲線的斜率，則V2-V1 > 256R ----χΓ, <-^—xT,,n = χ —xlz/ = 0.122 s
V2-V1 /AD 256 'AD 256 32參見圖5，超聲波的傳輸時間為T = Tzd -Tqd = Nx-J- + 1 xTiad xVl-Tqd
tAio y^-vi由于超聲波傳輸時間起點(diǎn)所對應(yīng)的時刻可以精確確定，則超聲波傳輸時間測量的分辨率取決于超聲波傳輸時間終點(diǎn)所對應(yīng)時刻的分辨率，則超聲波傳輸時間測量的分辨率 小于0. 122納秒。安裝在管體的長度是固定的，測得超聲波在不同溫度下在換能器和管體 的另一端之間的傳播時間，就可以測得溫度。例如，20 V時超聲波的速度是344米/秒，21°C 時超聲波的速度是344. 6米/秒，如果換能器和管體另一端之間的距離是0. 15米，超聲波 的傳播距離是0. 30米，則在20°C時超聲波的傳輸時間是8. 7209 X 10_4秒，在21°C時超聲 波的傳輸時間是8. 7057父10-4秒，在211時和20°C時超聲波的傳輸時間差為1. 52X10_6 秒。如上所述，超聲波傳輸時間測量的分辨率優(yōu)于1.0X10—9秒，則可以實(shí)現(xiàn)分辨率優(yōu)于 0. 001°C的溫度測量。
權(quán)利要求一種反射式超聲波溫度計，其特征在于其包括超聲波溫度傳感器、D/A轉(zhuǎn)換電路、功率放大電路、信號放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、通道切換電路、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA和中央處理單元CPU；所述超聲波溫度傳感器是由一超聲波換能器安裝在一密閉金屬管體內(nèi)的一端而形成，管體中充滿液體；所述中央處理單元CPU連接現(xiàn)場可編程門陣列FPGA，控制現(xiàn)場可編程門陣列FPGA輸出正弦波驅(qū)動信號，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA的一路輸出連接D/A轉(zhuǎn)換電路，由D/A轉(zhuǎn)換電路對所述正弦波驅(qū)動信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換電路再連接功率放大電路，對信號進(jìn)行放大，功率放大電路與超聲波換能器連接，將信號輸入至所述超聲波換能器，該超聲波換能器將所述該輸入信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動產(chǎn)生超聲波信號；所述超聲波換能器處于接受狀態(tài)時接收從管體的另一端反射回來的超聲波信號，把機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為電信號，輸出超聲波回波信號，并通過與其依次連接的放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，使所述超聲波回波信號依次經(jīng)放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換后輸入至現(xiàn)場可編程門陣列FPGA；所述現(xiàn)場可編程門陣列FPGA同時采樣輸出的正弦波驅(qū)動信號和輸入的超聲波回波信號，并將采樣數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中；所述中央處理單元CPU從現(xiàn)場可編程門陣列FPGA內(nèi)存中讀取采樣數(shù)據(jù)，通過細(xì)分插補(bǔ)算法精確計算出超聲波傳播時間終點(diǎn)所對應(yīng)的時刻；然后，根據(jù)輸出的正弦波驅(qū)動信號確定超聲波傳播時間起點(diǎn)所對應(yīng)的時刻，從而精確確定超聲波在管體中的傳輸時間，最后CPU根據(jù)超聲波在超聲波溫度傳感器管體中的不同傳輸時間精確計算出其對應(yīng)的溫度。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種反射式超聲波溫度計，由超聲波溫度傳感器、超聲波換能器驅(qū)動電路、超聲波回波信號處理電路和接口電路組成。超聲波溫度傳感器包括一個充滿液體的密閉管體和裝在管體一端的一個超聲波換能器兩。超聲波換能器驅(qū)動電路主要包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A和功率放大電路。超聲波回波信號處理電路主要由濾波電路、放大電路和、A/D、通道切換電路、FPGA和CPU組成。超聲波換能器驅(qū)動電路驅(qū)動換能器發(fā)出超聲波，超聲波回波信號處理電路精密測量超聲波在管體中的傳播時間。超聲波在液體中的傳播速度隨溫度的變化而變化，測出超聲波在管體中不同溫度下的傳播時間就可以實(shí)現(xiàn)溫度的測量。所述溫度計用于常溫精密溫度測量，采用反射式結(jié)構(gòu)，可以減小傳感器尺寸。
文檔編號G01K11/24GK201637503SQ201020177800
公開日2010年11月17日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者萬文略, 馮濟(jì)琴, 劉小康, 張興紅, 楊繼森, 王先全, 陳錫侯, 高忠華 申請人:重慶理工大學(xué)