專利名稱：超聲測(cè)溫方法及超聲水溫儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于量測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
目前，江河、湖泊及水庫(kù)的水溫的測(cè)量主要是利用水銀溫度計(jì)測(cè)量，測(cè)量的方法是將水銀溫度計(jì)放在水體中的被測(cè)點(diǎn)，待溫度計(jì)穩(wěn)定一定時(shí)間后，將溫度計(jì)提出水面讀數(shù)，即得被測(cè)點(diǎn)的溫度。由于從測(cè)點(diǎn)提出水面有時(shí)間的延誤，故測(cè)量精度受到影響，對(duì)于大量的測(cè)點(diǎn)，這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力。另外，還有一種利用半導(dǎo)體熱敏元件測(cè)量水體溫度的方法，由于測(cè)量精度低，用得較少。
本發(fā)明根據(jù)水溫測(cè)量的需要，提供一種利用超聲脈沖測(cè)量水體溫度的方法及一種實(shí)現(xiàn)該方法的超聲水溫儀。采用本技術(shù)配合相應(yīng)的傳感器也可適用于其它液體溫度的測(cè)量。
本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵，是在于超聲波在淡水中傳播時(shí)，在壓力影響可以忽略的情況下，其傳播速度與水溫有確定的關(guān)系，我們利用這一規(guī)律，實(shí)現(xiàn)在定距離內(nèi)測(cè)量超聲波傳播速度，從而實(shí)時(shí)測(cè)得該點(diǎn)的水溫。
為實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明研制了超聲水溫儀，該儀器由超聲傳感器，二次儀表和數(shù)據(jù)處理部分組成。超聲傳感器有兩個(gè)極板，一塊極板上裝有發(fā)射和接收探頭，該探頭的發(fā)射和接收可以是兼用的，也可以是不兼用的，另一塊極板是反射極板，二極板之間的距離為定值，整個(gè)傳感器用屏蔽罩罩住，屏蔽罩上開有若干孔口，讓水進(jìn)入傳感器。二次儀表由發(fā)射電路、接收電路、放大電路、檢波電路、計(jì)數(shù)控制電路、晶體振蕩電路、同步電路組成，發(fā)射電路用于激發(fā)晶片發(fā)射超聲脈沖波，超聲波的頻率為一定范圍內(nèi)的定值。接收電路接收從接收探頭反饋的超聲脈沖波，放大電路和檢波電路對(duì)發(fā)射波和反射波進(jìn)行放大和檢波，晶體振蕩電路用于產(chǎn)生一定范圍的某一頻率穩(wěn)定的信號(hào)，用來作為計(jì)時(shí)之用。計(jì)數(shù)控制電路有兩個(gè)作用，一個(gè)作用是對(duì)回波的計(jì)數(shù)，另一個(gè)是控制計(jì)數(shù)電路開關(guān)門的時(shí)間，并將計(jì)下的波數(shù)輸入數(shù)據(jù)處理部分。同步電路產(chǎn)生同步信號(hào)，用于協(xié)調(diào)儀器各部分電路按予定的時(shí)序工作。數(shù)據(jù)處理部分包括數(shù)據(jù)處理電路和溫度顯示器。數(shù)據(jù)處理電路中有一個(gè)用于固化溫度與信號(hào)波數(shù)關(guān)系曲線的Eprom數(shù)據(jù)模塊，當(dāng)信號(hào)波數(shù)輸入數(shù)據(jù)處理電路時(shí)，自動(dòng)查對(duì)Eprom模塊中的溫度與信號(hào)波數(shù)的關(guān)系曲線，將溫度值送入溫度顯示器。溫度顯示器直觀顯示溫度值。
本發(fā)明是以下述方式完成發(fā)明任務(wù)的將超聲傳感器浸入被測(cè)水體里的被測(cè)點(diǎn)，同步電路輸出同步信號(hào)，發(fā)射電路激發(fā)超聲傳感器發(fā)射超聲脈沖，發(fā)射超聲脈沖的同時(shí)，啟動(dòng)控制電路，打開計(jì)數(shù)門，讓晶體振蕩電路產(chǎn)生的高頻計(jì)時(shí)信號(hào)波進(jìn)入計(jì)數(shù)控制電路，計(jì)數(shù)控制電路里有回波計(jì)數(shù)器和信號(hào)波計(jì)數(shù)器，分別對(duì)回波和信號(hào)波進(jìn)行計(jì)數(shù)。超聲傳感器發(fā)射的超聲脈沖波在傳感器的兩個(gè)極板間多次反射，以提高測(cè)量精度，反射回波通過接收電路進(jìn)入放大電路放大，放大電路采用按自動(dòng)時(shí)間增益的方式對(duì)回波放大，這樣可避免一、二次回波連成一片，產(chǎn)生誤操作和誤計(jì)數(shù)，又可以保證多次反射后的回波有足夠的幅度。經(jīng)放大后的回波進(jìn)入檢波電路檢波，去掉負(fù)向波，整成方波后進(jìn)入計(jì)數(shù)控制電路計(jì)數(shù)，當(dāng)回波達(dá)到設(shè)定的反射次數(shù)時(shí)，回波計(jì)數(shù)器和信號(hào)波計(jì)數(shù)器同時(shí)關(guān)閉，然后將信號(hào)波計(jì)數(shù)器記錄的信號(hào)波數(shù)傳入數(shù)據(jù)處理電路，數(shù)據(jù)處理電路里有一個(gè)Eprom模塊，固化了溫度與信號(hào)波數(shù)的關(guān)系曲線，通過查對(duì)溫度與信號(hào)波數(shù)的關(guān)系，即可得到被測(cè)點(diǎn)的溫度，將溫度值傳入溫度顯示器，即可直觀讀出溫度值。
從原理上可以分析，在淡水中，當(dāng)壓力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，超聲波的傳播速度僅與液體溫度有關(guān)，只要得到超聲波的傳播速度，即可得到溫度值。由于傳感器兩極板間的距離為一定值l，反射次數(shù)是一個(gè)設(shè)定值n，那么，回波反射n次所運(yùn)行的總距L-ln，晶體振蕩電路產(chǎn)生的信號(hào)波的頻率是一定值H，回波n次內(nèi)信號(hào)波數(shù)為N，那么時(shí)間為t-N/H，超聲波的傳播速度V＝L/t＝lnH/N，只要知道N，即可得到V，從這一原理出發(fā)，Eprom固化了溫度T與N的關(guān)系曲線。
本發(fā)明所述的超聲測(cè)溫方法及超聲測(cè)溫儀，具有實(shí)時(shí)顯示、精確度高、使用簡(jiǎn)便、應(yīng)用面廣等特點(diǎn)，并可作為無人值守的測(cè)溫儀器，是液體溫度測(cè)量特別是水溫測(cè)量的理想設(shè)備。
下面結(jié)合附圖
作進(jìn)一步說明。
附圖一是本發(fā)明所述方法的一個(gè)實(shí)施例，用于水溫測(cè)量的超聲水溫儀。
圖中1.發(fā)射電路2.接收電路3.放大電路4.檢波電路5.計(jì)數(shù)控制電路6.晶體振蕩電路7.數(shù)據(jù)處理電路8.數(shù)碼管溫度顯示器9.同步電路10.傳感器將傳感器放入水中被測(cè)點(diǎn)，啟動(dòng)電源，同步電路[9]即產(chǎn)生同步工作信號(hào)，儀器各部分按予定的時(shí)序工作，發(fā)射電路[1]采用可控硅發(fā)射，激發(fā)超聲傳感器[10]發(fā)射5MHz的超聲脈沖波，超聲傳感器[10]二極板間的距離為200mm，回波的反射次數(shù)設(shè)定為5次，晶體振蕩電路[6]產(chǎn)生的信號(hào)波頻率為10MHz。在同步信號(hào)的協(xié)調(diào)下，計(jì)數(shù)控制電路[5]啟動(dòng)，打開回波計(jì)數(shù)器和信號(hào)波計(jì)數(shù)器，分別對(duì)回波和信號(hào)波計(jì)數(shù)，接收電路[2]接收的回波信號(hào)經(jīng)放大、檢波進(jìn)入計(jì)數(shù)控制電路，當(dāng)?shù)谖宕位夭ǖ接?jì)數(shù)控制電路時(shí)，回波計(jì)數(shù)器和信號(hào)波計(jì)數(shù)器立即自動(dòng)關(guān)閉，并將信號(hào)波數(shù)傳給數(shù)據(jù)處理電路[7]，數(shù)據(jù)處理電路[7]自動(dòng)查對(duì)溫度與信號(hào)波數(shù)的關(guān)系，將溫度值傳入數(shù)碼管溫度顯示器，直觀讀得被測(cè)點(diǎn)的溫度。
由于水溫與信號(hào)波數(shù)的關(guān)系成拋物線狀，在73℃時(shí)曲線轉(zhuǎn)折，且在73℃附近曲線平緩，測(cè)量誤差較大，根據(jù)這一特點(diǎn)和水溫測(cè)量的需要，Eprom模塊中固化了0.1～55℃的水溫與信號(hào)波數(shù)的關(guān)系曲線，故該測(cè)溫的測(cè)溫范圍為0.1～55℃，在此范圍內(nèi)，誤差小于0.1℃。
本發(fā)明也可用來測(cè)量其它液體的溫度，對(duì)于其它液體，溫度與信號(hào)波數(shù)的關(guān)系具有單向性，故測(cè)量范圍較大，精度也較高。
權(quán)利要求
1.一種利用超聲脈沖波在淡水中傳播時(shí)，在壓力影響可以忽略不計(jì)的情況下，其傳播速度與水溫有確定關(guān)系這一基本規(guī)律測(cè)定水溫的新方法，其特征在于通過向被測(cè)水體發(fā)射一定頻率的超聲脈沖波，并使之在定距離內(nèi)多次反射，測(cè)出設(shè)定反射次數(shù)所經(jīng)歷的時(shí)間，求得超聲波的傳播速度，即可得到被測(cè)水體的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的方法是通過向被測(cè)水體發(fā)射高頻超聲脈沖波，并使之在定距內(nèi)多次反射，在設(shè)定的反射次數(shù)內(nèi)借助另一高頻計(jì)時(shí)信號(hào)波計(jì)數(shù)，查對(duì)事先標(biāo)定的溫度與信號(hào)波數(shù)的關(guān)系曲線頻，即可得到被測(cè)水體的溫度。
3.一種實(shí)現(xiàn)上述權(quán)利要求1、2所述方法測(cè)量水溫的超聲水溫儀，由超聲傳感器[10]，二次儀表和數(shù)據(jù)處理部分組成，其特征在于所述的超聲傳感器由兩個(gè)極板組成，在一塊極板上裝有一超聲探頭，發(fā)射超聲脈沖和接收反射脈沖，另一塊極板是反射極板，二極板之間的距離為定值，整個(gè)傳感器用屏蔽罩罩住;所述的二次儀表由發(fā)射電路[1]，接收電路[2]，放大電路[3]，檢波電路[4]，計(jì)數(shù)控制電路[5]，晶體振蕩電路[6]，同步電路[9]組成;所述的數(shù)據(jù)處理部分由數(shù)據(jù)處理電路[7]和溫度顯示[8]組成;
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲水溫儀，其特征在于所述的發(fā)射和接收探頭作為一個(gè)整體，發(fā)射和接收兼用。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的超聲水溫儀，其特征在于放大電路[3]對(duì)反射回波采用按自動(dòng)時(shí)間增益的方式放大。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的超聲水溫儀，其特征在于數(shù)據(jù)處理電路[7]內(nèi)，用一個(gè)Eprom數(shù)據(jù)模塊固化著溫度與信號(hào)波數(shù)的關(guān)系曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲水溫儀，其特征在于數(shù)據(jù)處理電路[7]里用一個(gè)Eprom數(shù)據(jù)模塊固化著溫度與信號(hào)波數(shù)的關(guān)系曲線。
全文摘要
本發(fā)明包括一種超聲測(cè)量水溫的方法和一種實(shí)現(xiàn)該方法的超聲水溫儀，其特征是根據(jù)超聲波在淡水中傳播時(shí)，在壓力影響可以忽略不計(jì)的情況下，其傳播速度與溫度有確定關(guān)系這一基本規(guī)律，通過向被測(cè)水體發(fā)射一定頻率的超聲脈沖波，并使之在定距離內(nèi)多次反射，測(cè)出設(shè)定反射次數(shù)所經(jīng)歷的時(shí)間，求得超聲波的傳播速度，即可得到被測(cè)水體的溫度。本發(fā)明具有實(shí)時(shí)顯示、精度高、使用簡(jiǎn)便、應(yīng)用面廣等特點(diǎn)，并可作為無人值守的測(cè)溫儀器，是液體溫度測(cè)量特別是水溫測(cè)量的理想設(shè)備。
文檔編號(hào)G01K13/02GK1055599SQ9010194
公開日1991年10月23日 申請(qǐng)日期1990年4月5日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月5日
發(fā)明者唐懋官, 馬志敏 申請(qǐng)人:武漢水利電力學(xué)院