一种基于超声波二维测温装置的飞渡时间测量方法
专利类型：发明专利
语 言：中文
申 请 号：CN201510568034.5
申 请 日：20150908
申 请 人：重庆大学
申请人地址：400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
公 开 日：20180130
公 开 号：CN105300553B
代 理 人：王翔
代理机构：重庆大学专利中心 50201
摘 要：针对超声波飞渡时间精确测量的要求，本发明提出了一种基于超声波二维测温装置的飞渡时间测量方法。该方法采用4个超声波传感器构建了二维测温环境，基于Lab?VIEW软件平台设计了虚拟仪器温度测试系统，对采集的信号波形先求取包络，以提取其总体特征走势，采用互相关算法计算得到更为精确的飞渡时间，依据超声波测温原理计算飞渡路径温度平均值，并与温度仪实际测量值比较，将其温度误差值转换为飞渡时间误差。经过理论分析与实验验证，该方法测量的飞渡时间精度达到ns级。
主 权 项：一种基于超声波二维测温装置的飞渡时间测量方法，其特征在于：超声波二维测温装置包括：上位机、单片机、信号发生器、示波器和超声波传感器；所述上位机通过USB驱动与单片机连接通信，单片机数据控制端口与超声波传感器的控制端连接；超声波传感器与信号发生器、示波器之间通过探头连接线连接进行信号传递；信号发生器和示波器通过设置网络地址，与此同时在Lab?VIEW中选择增添相应的网络地址，实现信号发生器和示波器分别与上位机的通信；所述上位机控制三条不同通信通道，每条通信通道对应传送到单片机通信信号为不同的十进制数；单片机接收不同的数值，内部设定好的程序根据接收到数值来控制继电器，实现在传感器阵列中选择相应的通路；所述上位机在LabVIEW平台控制设置不同的波形信号，经过发生器生成相应的波形信号后，发送给超声波发射电路；经过超声传感器阵列的飞渡路径后，超声波接收电路将接收到的信号发生给示波器并显示，同时上位机存储接收到的信号；所述的超声波传感器包括I、II、III和IV超声波传感器，I、II、III和IV超声波传感器构成二维测温系统，其中I超声波传感器作为发射信号端，II、III和IV超声波传感器作为接收端，形成三条超声波飞渡路径；I、II、III和IV超声波传感器分别放置在正方形四条棱的中点位置；基于所述超声波二维测温装置的飞渡时间测量方法，包括以下步骤：1)上位机通过Lab?VIEW软件平台控制单片机选通超声波传感器发射/接收通路，单片机控制单元驱动相应的超声波发射电路；2)在Lab?VIEW软件平台设置波形，将波形信息传递给信号发生器，信号发生器产生波形信号x(t)传送给超声波传感器发射电路，由发射电路将电信号x(t)转换为超声波信号f(t)；其中f(t)＝x(t)，超声波由步骤1选通的超声波传感器接收端接收波形信号，并将机械波形信号转换为电信号作为接收信号y(t)传送至超声波接收电路；3)超声波接收电路将接收信号y(t)处理后传输至示波器，同时Lab?VIEW软件平台同步显示接收到的波形，同时将示波器采集到的波形数据存储在固定目录下；其中y(t)＝f(t?D)+n(t)，n(t)为接收过程中混入的噪声信号；其中n(t)与f(t)互不相关；4)利用包络函数对发射信号x(t)和接收信号f(t)分别求取对应的包络函数A[x(t)]和A[y(t)]；5)然后对包络函数A[x(t)]和A[y(t)]进行互相关运算，得到互相关函数为并利用该公式进行计算，将飞渡时间转化为飞渡路径上的平均温度值；其中L为实际测得的超声波发射与接收单元之间的距离，单位为m；t为测量路径上气体的平均温度，单位为℃；k为绝热指数且值为1.4；R为气体常数且值为287，单位为J/Kg·k；超声波飞渡时间D，单位为ms；8)在Lab?VIEW软件平台上显示温度值，并与温度仪测得的实际温度值进行比较，得到温度误差值，将其通过公式
转换为飞渡时间误差；通过飞渡时间的误差来确定飞渡时间的测量精度。
关 键 词：时间测量;超声波;飞渡时间;测温;计算;测量方法;验证;采集;测试;转换;软件;设计;分析;传感器;算法;VIEW;Lab;走势;虚拟;提取;
法律状态：授权
IPC专利分类号：G01K11/24(2006.01)I