一种高灵敏度超声波温度计

摘要

本实用新型涉及一种高灵敏度超声波温度计，包括超声波温度传感器、超声波换能器驱动电路、超声波回波信号处理电路。超声波温度传感器包括两个超声波换能器和充满气体的密闭金属管体两部分。超声波换能器驱动电路主要包括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。超声波在气体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。由于采用了高精度超声波传输时间测量电路和算法，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

一种高灵敏度超声波温度计，其特征在于：其包括超声波温度传感器、D/A转换电路、功率放大电路、信号放大电路、滤波电路、A/D转换电路、现场可编程门阵列FPGA和中央处理单元CPU；所述超声波温度传感器是由超声波换能器E1、超声波换能器E2和一管体构成，所述超声波换能器E1与超声波换能器E2相对安装在管体内的两端，管体密闭耐压，其中充满作为超声波介质的气体；所述中央处理单元CPU连接现场可编程门阵列FPGA，控制现场可编程门阵列FPGA输出正弦波驱动信号，现场可编程门阵列FPGA的一路输出连接D/A转换电路，由D/A转换电路对所述正弦波驱动信号进行转换，D/A转换电路再连接功率放大电路，对信号进行放大，功率放大电路与超声波换能器E1连接，将信号输入至所述超声波换能器E1，该超声波换能器E1将所述该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，把机械振动转换为电信号，输出超声波回波信号，并通过与其依次连接的放大电路、滤波电路和A/D转换电路，使所述超声波回波信号依次经放大、滤波和A/D转换后输入至现场可编程门阵列FPGA；所述现场可编程门阵列FPGA同时采样输出的正弦波驱动信号和输入的超声波回波信号，并将采样数据存放在内存中；所述中央处理单元CPU从现场可编程门阵列FPGA内存中读取采样数据，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；根据输出的正弦波驱动信号确定超声波传播时间起点所对应的时刻，从而精确确定超声波在两个换能器E1、E2之间的传输时间，CPU再根据超声波在超声波温度传感器管体中两个换能器E1、E2之间的不同传输时间精确计算出其对应的温度。