微型超声波导测温仪设计

• 作 者: 李帅
• 出 处: 中北大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 超声波 FPGA Nios Ⅱ处理器系统 Usart GPU串口触摸屏

在工业生产和日常生活的各个方面,温度的测量占据着重要的地位,而且在很多情况下,对温度测量的准确度都有着极高的要求。并且随着科学技术的不断发展,对测温装置的要求也越来越高,但传统的测温装置还存在许多的不足之处,比如检测精度不高,需要手动保持数据,无法满足工业及其他领域自动化、智能化的要求。针对这一问题,本课题提出超声波导测温的方法,并研制了高温环境下的微型超声波导测温仪,所研制的样机实现了0~1800℃实时温度的测量,且分辨率小于2%,并实现了测温样机小型化、便携化,人机交互便捷美观的要求。本文对超声测温原理进行理论研究,并结合项目所需功能、特点,确定微型超声波导测温仪的设计方案,包括测温硬件系统和SOPC系统。其中硬件系统包括FPGA模块、系统电源电路模块、数模转换电路、超声波发射模块和超声波接收模块,实现了对超声波的发射和接收、信号采集以及存储。SOPC系统包括Nios Ⅱ软核处理器算法和人机交互界面的开发,软核处理器算法包括去燥算法、节点波与端面波坐标提取算法、节点波与端面波时延差算法,实现超声回波信号处理与计算;选用Usart GPU串口触摸屏来开发人机交互界面,实现便捷、准确的设置测温仪的系统参数,并直观的显示当前所测温度值、时延差和声速值。通过实验验证,设计的微型超声波导测温仪能够实时响应传感器外界条件的变化,且对1800℃以下温度的分辨率小于2%。实现在已知温度-时延差关系的情况下对高达1800℃温度进行测量。