[发明专利]基于超声波检测的局部温度检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及温度检测技术领域，特别涉及一种基于超声波检测的局部温度检测装置及方法。

背景技术

目前，用于测量局部温度的装置有接触式测温仪表和非接触式测温仪表。常用的接触式测温仪表有膨胀式温度计、热电式高温计等。使用接触式测温仪表进行局部温度测量时，是将感温元件直接放置于温度场中测量温度。通过这种方式进行局部温度测量，只能实现温度场中一个点的温度测量，不能实现温度场的整个面温度测量，即不能完成获取温度场的温度分布信息。而且当温度场的温度瞬间过高或过低时，会使得置于温度场中的测量仪表的测量精度下降，寿命降低，甚至损伤测量仪表。常用的非接触式测温仪表有光学高温计、全辐射高温计、红外温度计、比色温度计等，非接触式测量仪表的工作原理是利用被测物体的某项性能与温度的关系进行温度测量，例如红外温度计就是利用被测物体自身辐射的红外能量与温度的关系进行被测物体表面温度测量。通过利用被测物体的某项性能与温度的关系的方式进行温度测量，容易受到被测介质中杂质和使用环境的干扰、限制，导致测量精度不高，也不能获取局部温度场的温度分布信息，且设备复杂，价格昂贵。

目前，也出现了基于超声波测温的测温仪。超声波测温仪是采用一个超声波探头，超声波向被测物体发射超声波，超声波穿过传输介质传输至被测物体后反射回来，超声波探头接收的是超声波反射信号，其测温原理是：超声波在近似理想的气体中的传播可认为是绝热过程，其传播速度，又由速度与传播时间的关系v=d/T，有，其中R为气体常数；，为定压比热和定容比热的比例系数；M为分子质量；d为超声波传播距离；T为超声波传播时间；ρ为气体分子密度；Q为绝对温度。目前的超声波测温仪使用一个超声波探头进行发射和接收超声波信号，接收的是反射信号，只能实现被测物体的某个点温度测量，无法实现被测局部温度场的整个面温度测量。此外，由于超声波探头接收的是反射信号，反射信号会带来不必要的误差，导致测量精度不高。

发明内容

本发明的目的在于克服目前现有的测温仪表易受被测环境影响而导致测量精度不高，且不能实现被测温度场的整个面温度测量、获取温度分布信息的不足，提供一种基于超声波检测的局部温度检测装置，同时提供一种基于超声波检测的局部温度检测方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于超声波检测的局部温度检测装置，包括脉冲发射电路，所述脉冲发射电路的一端连接微控制器，另一端连接功率放大器；所述功率放大器连接由多个超声波探头组成的超声波探头阵列；所述超声波探头阵列连接放大与滤波电路，超声波探头阵列还通过微控制器的一个控制端口与微控制器连接；所述放大与滤波电路连接相位检测电路；所述相位检测电路通过微控制器的输入端口与微控制器连接。

进一步的，所述组成超声波探头阵列的超声波探头为收发一体超声波探头，被测局部温度场置于超声波探头阵列内部。

优选的，所述超声波探头阵列由2^N个超声波探头组成，N为正整数。进一步优选的，所述2^N个超声波探头呈中心对称均匀分布于一个圆形边缘，组成圆形状的超声波探头阵列。

所述微控制器控制脉冲发射电路发射激发脉冲信号，功率放大器将脉冲发射电路发射的激发脉冲信号进行功率放大，然后输出至超声波探头阵列中的一个超声波探头，接收到激发脉冲信号的超声波探头发射超声波，超声波探头阵列中其余的超声波探头接收该超声波，并将该超声波发送至放大与滤波电路进行放大和滤波，然后输出至相位检测电路，相位检测电路进行相位检测后将超声波相位数据传输至微控制器，微控制器对接收的数据进行处理，得到被测局部温度场的连续温度数据。

进一步的，超声波探头阵列中的一个超声波探头向超声波探头阵列中其余的超声波探头发射超声波完成后，微控制器控制下一个超声波探头向超声波探头阵列中其余的超声波探头发射超声波，如此循环，直至组成超声波探头阵列的所有超声波探头均完成一次超声波发射，最后微控制器获取全面的空域扇束投影数据p(s,θ)，θ为发射超声波的超声波探头到接收超声波的超声波探头形成的线段与局部温度场坐标系中X轴正向所成的夹角；s为向量的一维坐标，该向量与超声发射探头到超声波接收探头形成的向量相垂直，p(s,θ)为不同方向不同距离上的时间值组合。