[发明专利]超声波煤壁温度测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度测量装置，尤其是涉及一种超声波煤壁温度测量方法及装置。

背景技术

现有的测温方法主要可分为两种，一种是接触式，一种是非接触式。接触式测量需要有足够长时间的接触达到热平衡，这种方法往往要破坏被测物体的热平衡状态，并受被测介质的腐蚀作用。因此，对感温元件的结构、性能要求苛刻，这种方法不利于煤壁温度的测量。非接触法测量温度的特点是：不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，这种方法测温比较优越，如目前用的较多的红外测温，但在矿井中由于煤尘浓度较高，使得红外接收测量存在较大误差，不能进行准确测量。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种操作过程简单、设备的制造成本低、抗干扰强且精度高的非接触式超声波煤壁温度测量方法及装置。

本发明的超声波煤壁温度测量方法：

a.在煤矿井下定点设置一个频率约为40KHZ的超声波传感器；

b.采用单片机电路控制超声波发射电路驱动超声波传感器发出约为40KHZ的超声波信号，利用超声波发射电路反相器的功能，超声波发射电路输出正负5伏的驱动电压，驱动超声波传感器工作，该超声波传感器同时接收反射回的超声波信号，通过超声波接收电路触发单片机电路的外部中断，得出信号间的时间延迟t；

c.测量定点超声波传感器与煤壁之间的距离l，通过公式v＝2l/t得到超声波信号在此路径上的信号传播速度v；

d.确定煤层周围的气体常数R和气体绝热指数K，通过单片机进行数字处理，经数字显示器显示出所测煤壁的温度。

本发明的超声波煤壁温度测量装置，由超声波传感器，单片机电路，超声波发射电路，超声波接收电路以及数字显示器构成，其中：超声波传感器同时与超声波发射电路和超声波接收电路相连接，单片机电路的外部中断口与超声波接收电路连接，单片机电路的输出接口与数字显示器相连接。

所述超声波传感器的型号为TCF40-25TR1，单片机电路的型号为AT89S52，数字显示器型号为SM410561K；所述的超声波发射电路采用74ls04芯片，芯片74ls04的反相器的三个输入口引脚1、引脚3、引脚5同时与单片机的P0.0口相连，其中反相器引脚1输入口的输出端引脚2同时与反相器输入口引脚11、引脚13相连，其中引脚11的输出口引脚10与超声波传感器的正极相连，引脚3的输出口引脚4与引脚5的输出口引脚6同时和超声波传感器的负极相连；所述的超声波接收电路，采用超声接收芯片CX20106A，芯片CX20106A的引脚1连接超声波传感器的正极，负极通过滤波电容C1接地，引脚2与地之间连接RC串联网络；引脚3与地之间连接检波电容C3，引脚4为接地端，引脚5与电源间接入一个电阻R2，引脚6与地之间接一个积分电容C4，引脚7为遥控命令输出端，该引脚接上一个上拉电阻R3到电源端，引脚8为电源正极，电压为4.5～5.5V。

本发明的有益效果：利用超声波的传播特性，超声波因波长短而具有束射性强和易于通过聚焦集中能量的特点，在传播过程中不容易被干扰，超声波测温采用的是非接触测量的方法，通过在一定距离的前提下，发出超声波信号经煤壁反射回信号并通过同一传感器接收，通过分析两信号之间的关系来确定信号的飞渡时间差，与现有技术的测温方法相比，具有测量精度高，只需一个超声波传感器进行在线测量，其制造成本较低。同时，由于超声波传感器对信号具有很好的选择性，超声波信号有较强的穿透性，在发射和接收反射信号时，受环境因素的干扰小，能保证测量的精度，适用于环境条件比较恶劣的矿井中进行温度测量。由于矿井中瓦斯的突出或者矿井突水前往往有煤壁温度变化的前兆，所以，煤壁温度的检测对有效预测煤矿灾害有着非常重要的作用。

附图说明

图1是本发明的超声波测温装置的原理框图；

图2是本发明的超声波测温装置的单片机显示电路图；

图3是本发明的超声波发射电路图；

图4是本发明的超声波接收电路图；

图5是本发明的单片机主程序流程图。

具体的实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步说明：