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超聲波測溫開發板 >>返回

超聲測溫是一種新的測溫技術，在低溫測量方面，已把超聲測溫計作為2～20K溫度范圍內的基準計溫方法；在高溫或高壓氣體測溫方面，超聲溫度計具有反應迅速的特點，已經用來對汽輪機進氣、火箭排氣和氣缸中燃燒氣體等高達2000℃左右的溫度進行測量。

目前正在使用的客戶有：四川大學物理研究所、上海交通大學、上海復旦大學、成都電子科大、國防科大、北京理工大學、北京航空航天大學、東方鍋爐。

詳細說明

一、技術參數

功能	超聲波測溫驅動電路
型號	DY-KFB
量程	1～15米
工作電壓	24VDC
工作溫度	-20～+80℃
測量精度	1~2%
工作頻率	15KHz～100Khz
適用范圍	爐膛測溫,非接觸式測溫

二、產品概述

超聲測溫是一種新的測溫技術，日益受到重視和采用。例如：在低溫測量方面，已把超聲測溫計作為2～20K溫度范圍內的基準計溫方法；在高溫或高壓氣體測溫方面，超聲溫度計具有反應迅速的特點，已經用來對汽輪機進氣、火箭排氣和氣缸中燃燒氣體等高達2000℃左右的溫度進行測量，甚至對高達17000℃熱核等離子區的溫度進行測量；在氣壓低達0.0001 atm的高空，使用超聲測溫，便于遙測又不受輻射熱的影響；在熔融液（如鋼水）中可在幾百度到兩千度內進行不接觸的超聲測溫；此外，還可以在海水、快速反應堆中用超聲進行溫度精確的測量。
超聲測溫大多數是以氣、液、固三態介質中溫度和聲速的相關性為理論基礎的。理想氣體的聲速與絕對溫度的平方根成正比，許多固體和液體的聲速一般隨溫度增高而降低。氣體的聲速變化率在低溫時最大，大多數液體的聲速變化率基本上不隨溫度而變，固體則在高溫時聲速變化率最大。
在實際測試中，根據測試介質的不同、環境條件的不同以及測溫范圍的不同，發展了一些具體的超聲溫度計。比如超聲氣溫計、測量低溫的電聲氣體溫度計和干涉儀式超聲溫度計、石英溫度計、細線敏感元件的超聲溫度計等。

三、超聲波測溫開發板介紹

超聲波測溫開發板由一塊主板和兩個超聲波換能器組成，超聲波換能器是對射式的，一個發射一個接收，兩個換能器之間的距離可以在1米～15米之間。

超聲波測溫開發板上已經做好發射電路和接收電路，還有液晶屏，232接口等，軟件部分需要自己來寫。
超聲波測溫開發板供電電源是24VDC。工作環境溫度：-10～60℃；工作環境壓力：一個標準大氣壓

工作環境濕度：≤90%RH非凝結。工作環境中無腐蝕性液體、蒸汽或者氣體。

四、超聲波測溫原理

聲波在氣體中的傳播速度是介質溫度的單值函數，國外學者則稱這種方法為Acoustic travel time tomography。目前所見到的測量系統和裝置多應用于氣體介質中，即聲波直接在需測溫度的氣體中傳播。它是一種溫度場的直接測量方法。在理想氣體介質中，聲速與介質絕對溫度的平方根成正比。聲波直接在被測氣體介質中傳播，要將用以發射和接收聲波的傳感器置于未知溫度的區域中，在聲波發射和接收裝置之間形成一條聲學路徑。由于兩點之間的距離為已知的固定常數d，而聲波在該條路徑上的傳播時間（travel time）τ是可以測量的，這樣就可以得到聲波在該條聲學路徑上的平均速度：c =d/τ。

已知聲速與介質的絕對溫度之間的關系滿足關系式，因此在獲得一條聲波路徑上的平均速度c之后，

就可以求出該路徑上介質的平均溫度。在待測溫度區域的斷面四周安裝若干個聲波發射/接收傳感器，形成多條聲學路徑，同時將溫度場進行合理的劃分，測出每條路徑上的聲波平均傳播時間，經重建算法，便可以得到該斷面上溫度場的分布情況。
一種傳感器的典型布設及溫度場的劃分方式如下圖所示。在圖中，將該斷面上的溫度場平均分為16個小區域，在斷面的四周安裝了8個聲波發射/接收傳感器，這樣，共形成了24條獨立的聲發射-接收路徑（除去本身及同側的接收單元）。按照設定的程序，在一個檢測周期內順序啟閉各個聲波發射/接收傳感器，得到一組聲波傳播時間值，經一次重建算法，便可以重建出溫度場斷面上的溫度分布以及某一條聲波路徑上介質的平均溫度和某一區域介質中的平均溫度等。

五、開發板使用說明

一、換能器和開發板接線說明。

1.四芯的超聲波換能器跟開發板接線(兩芯的超聲波換能器參照這個接線)

只要超聲波換能器信號線中的紅色線接“發送”這里的中間端子，黃色線接“發送”這里的右邊端子。超聲波換能器溫度傳感器的兩根線不用接。因為開發板上已經帶了溫度傳感器。

2.三芯的超聲波換能器跟開發板接線

只要超聲波換能器信號線中的紅色線接“發送”這里的中間端子，黃色線接“發送”這里的右邊端子，白色線接“發送”這里的左邊端子。

3.三芯的超聲波換能器跟開發板接線

只要超聲波換能器信號線中的紅色線接“發送”這里的中間端子，黑色線接“發送”這里的右邊端子，白色線接“發送”這里的左邊端子。

二、開發板波形查看說明

測量開發板時，接入24V電源，可用示波器測量連接座J17中間腳處發射點電壓。發射點電壓為脈沖電壓，脈沖電壓峰峰值為800V（PCB板用16：270變壓器）與200V（PCB板用5：15變壓器）左右，200K以上的換能器PCB板上焊接的變壓器為匝比5：15。

1.開發板上示波器測量點

開發板連接上換能器后（水聲換能器需放在水中測量），調整好換能器發射面與被測量物體的距離，固定好換能器后，可用示波器在圖1所示測量點1（R43，對應原理圖中運放的第二級輸出）處測得經帶通濾波電路處理后的回波信號，在測量點2(R69)處測得單片機AD采樣信號。

2.以開發板連接35KHZ空氣中換能器為例，下圖是在測量點1測得的波形。示波器屏幕上中間為回波信號。

3.以開發板連接35KHZ空氣中換能器為例，是在測量點2測得的波形，示波器屏幕上是單片機AD采樣處波形。

三、使用前必讀

1、開發板探頭及液晶屏連接接圖片詳見配套的光盤。
2、本產品不帶燒寫器。燒寫仿真器是深圳微雪電子的AVR JTAGICE XPII，鏈接網址：
http://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.14.PZhhQJ&id=1218920499&_u=62du5ss69df

3、開發板的24V電源需充分接地，對于大量程探頭，用戶可以根據實際測量距離，調整帶通濾波電路的放大倍數（具體可參照光盤的文件：帶通濾波電路參數設計.docx）。
4、出廠時，開發板的帶通濾波電路參數只對應一種中心頻率，當使用別的頻率時，要通過軟硬件調整發射頻率和帶通濾波電路的中心頻率(具體可參照光盤內的文件：帶通濾波電路參數設計.docx）。
5、開發板出廠時，能確保光盤附帶各程序模塊在硬件電路上正常使用，軟件相關參數設置及客戶自行修改的程序不提供售后服務。

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