CN110146117A - 一种超声探头使用时的自动温控系统及方法、超声波探头 - Google Patents

一种超声探头使用时的自动温控系统及方法、超声波探头 Download PDF

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Abstract

本发明属于超声波检测温度控制技术领域，公开了一种超声探头使用时的自动温控系统及方法、超声波探头，所述超声探头使用时的自动温控系统包括：摄像模块、温度采集模块、主控模块、超声速度测量模块、降温模块、匹配模块、警报模块、显示模块。本发明通过超声速度测量模块将超声传播速度表示为随位置和时间变化的分段函数模型，可对任意随温度变化的超声波传播速度进行识别且不需要任何先验知识；具有测量速度快、成本低等优势；同时，通过匹配模块利用探头参数以获取探头驱动参数并根据探头驱动参数驱动超声探头，解决超声探头与超声设备主部件自适应匹配问题，提高超声设备应用的灵活性。

Description

一种超声探头使用时的自动温控系统及方法、超声波探头
技术领域
本发明属于超声波检测温度控制技术领域，尤其涉及一种超声探头使用时的自动温控系统及方法、超声波探头。
背景技术
超声波探头是在超声波检测过程中发射和接收超声波的装置。探头的性能直接影响超声波的特性，影响超声波的检测性能。在超声检测中使用的探头，是利用材料的压电效应实现电能、声能转换的换能器。探头中的关键部件是晶片，晶片是一个具有压电效应的单晶或者多晶体薄片，它的作用是将电能和声能互相转换。然而，现有超声探头超声波速度测量周期长、操作不便，并容易引入测量误差；同时，现有超声设备主部件是不同厂家生产的，一般只能配置本厂家生产或销售的超声探头，限制了超声设备生产组装的灵活性。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有超声探头超声波速度测量周期长、操作不便，并容易引入测量误差；同时，现有超声设备主部件是不同厂家生产的，一般只能配置本厂家生产或销售的超声探头，限制了超声设备生产组装的灵活性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种超声探头使用时的自动温控系统及方法、超声波探头。
本发明是这样实现的，一种超声探头使用时的自动温控方法，所述超声探头使用时的自动温控方法包括以下步骤：
步骤一，摄像模块利用摄像头采集超声探头工作场景图像数据；温度采集模块利用温度传感器实时采集超声探头温度数据；
步骤二，主控模块通过超声速度测量模块利用测量设备测量超声波传播速度数据；
步骤三，降温模块利用制冷器对超声探头制冷降温操作；
步骤四，匹配模块利用自动适配程序对超声探头与超声设备主部件进行自适应匹配操作；
步骤五，警报模块利用警报器根据异常温度数据及警报通知；
步骤六，显示模块利用显示器显示采集的超声探头工作场景图像、温度数据信息。
进一步，所述超声探头使用时的自动温控方法的超声速度测量方法包括：
(1)通过测量设备获取试件室温状态下的超声波传播速度V0；
(2)对试件进行加热，由超声波脉冲回波法，试件ti时刻的超声波传播时间ti,exp；
(3)建立超声波传播速度测量的优化模型。优化的目标函数为：
其中：V为待测量的超声传播速度；ti,cal为数值计算得到的ti时刻的超声波传播时间，下标i表示的测量时间序数，N表示总的测量时间点数；L为试件被测方向的长度；
约束条件为：
其中：k，C和ρ分别为被测材料的导热系数、比热容和密度；T0,t为加热面温度，由加热器进行控制；TL,t为超声探头放置端的温度，T0为试件的初始温度；j为将超声传播速度表示为随位置和时间变化的分段函数数目，f(Vj)为分段函数拟合而成的数学公式；
(4)求解热传导反问题，获得超声波传播速度V；
进一步，所述超声探头使用时的自动温控方法的超声探头与超声设备主部件进行自适应匹配的方法包括：
1)通过超声探头监测设备获取超声探头的探头参数；
2)根据探头参数获取超声探头的探头驱动参数；
3)根据探头驱动参数驱动超声探头，使超声探头与超声设备主件进行匹配。
进一步，所述探头参数为超声探头的识别信息；
根据所述识别信息与探头数据库中预存储的识别信息进行匹配以获取所述超声探头对应的探头驱动参数；
所述探头参数为超声探头的识别信息和探头属性参数；
根据所述识别信息与探头数据库中预存储的识别信息进行匹配以获取所述超声探头对应的探头属性参数，根据所述探头属性参数获取超声探头的探头驱动参数。
本发明的另一目的在于提供一种基于所述超声探头使用时的自动温控方法的超声探头使用时的自动温控系统，所述超声探头使用时的自动温控系统包括：
摄像模块，与主控模块连接，用于通过摄像头采集超声探头工作场景图像数据；
温度采集模块，与主控模块连接，用于通过温度传感器实时采集超声探头温度数据；
主控模块，与摄像模块、温度采集模块、超声速度测量模块、降温模块、匹配模块、警报模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；
超声速度测量模块，与主控模块连接，用于通过测量设备测量超声波传播速度数据；
降温模块，与主控模块连接，用于通过制冷器对超声探头制冷降温操作；
匹配模块，与主控模块连接，用于通过自动适配程序对超声探头与超声设备主部件进行自适应匹配操作；
警报模块，与主控模块连接，用于通过警报器根据异常温度数据及警报通知；
显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示采集的超声探头工作场景图像、温度数据信息。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述超声探头使用时的自动温控方法的超声波探头。
本发明的优点及积极效果为：本发明通过超声速度测量模块将超声传播速度表示为随位置和时间变化的分段函数模型，可对任意随温度变化的超声波传播速度进行识别且不需要任何先验知识；具有测量速度快、成本低等优势；同时，通过匹配模块利用探头参数以获取探头驱动参数并根据探头驱动参数驱动超声探头，解决超声探头与超声设备主部件自适应匹配问题，提高超声设备应用的灵活性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的超声探头使用时的自动温控方法流程图。
图2是本发明实施例提供的超声探头使用时的自动温控系统结构示意图；
图中：1、摄像模块；2、温度采集模块；3、主控模块；4、超声速度测量模块；5、降温模块；6、匹配模块；7、警报模块；8、显示模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，本发明提供的超声探头使用时的自动温控方法包括以下步骤：
S101：通过摄像模块利用摄像头采集超声探头工作场景图像数据；通过温度采集模块利用温度传感器实时采集超声探头温度数据；
S102：主控模块通过超声速度测量模块利用测量设备测量超声波传播速度数据；
S103：通过降温模块利用制冷器对超声探头制冷降温操作；
S104：通过匹配模块利用自动适配程序对超声探头与超声设备主部件进行自适应匹配操作；
S105：通过警报模块利用警报器根据异常温度数据及警报通知；
S106：通过显示模块利用显示器显示采集的超声探头工作场景图像、温度数据信息。
如图2所示，本发明实施例提供的超声探头使用时的自动温控系统包括：摄像模块1、温度采集模块2、主控模块3、超声速度测量模块4、降温模块5、匹配模块6、警报模块7、显示模块8。
摄像模块1，与主控模块3连接，用于通过摄像头采集超声探头工作场景图像数据；
温度采集模块2，与主控模块3连接，用于通过温度传感器实时采集超声探头温度数据；
主控模块3，与摄像模块1、温度采集模块2、超声速度测量模块4、降温模块5、匹配模块6、警报模块7、显示模块8连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；
超声速度测量模块4，与主控模块3连接，用于通过测量设备测量超声波传播速度数据；
降温模块5，与主控模块3连接，用于通过制冷器对超声探头制冷降温操作；
匹配模块6，与主控模块3连接，用于通过自动适配程序对超声探头与超声设备主部件进行自适应匹配操作；
警报模块7，与主控模块3连接，用于通过警报器根据异常温度数据及警报通知；
显示模块8，与主控模块3连接，用于通过显示器显示采集的超声探头工作场景图像、温度数据信息。
在本发明的优选实施例中，超声速度测量模块4测量方法如下：
(1)通过测量设备获取试件室温状态下的超声波传播速度V0；
(2)对试件进行加热，由超声波脉冲回波法，试件ti时刻的超声波传播时间ti,exp；
(3)建立超声波传播速度测量的优化模型。优化的目标函数为：
其中：V为待测量的超声传播速度；ti,cal为数值计算得到的ti时刻的超声波传播时间，下标i表示的测量时间序数，N表示总的测量时间点数；L为试件被测方向的长度；
约束条件为:
其中：k，C和ρ分别为被测材料的导热系数、比热容和密度；T0,t为加热面温度，由加热器进行控制；TL,t为超声探头放置端的温度，T0为试件的初始温度；j为将超声传播速度表示为随位置和时间变化的分段函数数目，f(Vj)为分段函数拟合而成的数学公式；
(4)求解热传导反问题，获得超声波传播速度V；
在本发明的优选实施例中，匹配模块6匹配方法如下：
1)通过超声探头监测设备获取超声探头的探头参数；
2)根据探头参数获取超声探头的探头驱动参数；
3)根据探头驱动参数驱动超声探头，使超声探头与超声设备主件进行匹配。
本发明提供的探头参数为超声探头的识别信息；
根据所述识别信息与探头数据库中预存储的识别信息进行匹配以获取所述超声探头对应的探头驱动参数。
本发明提供的探头参数为超声探头的识别信息和探头属性参数；
根据所述识别信息与探头数据库中预存储的识别信息进行匹配以获取所述超声探头对应的探头属性参数，根据所述探头属性参数获取超声探头的探头驱动参数。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种超声探头使用时的自动温控方法，其特征在于，所述超声探头使用时的自动温控方法包括以下步骤：
步骤一，摄像模块利用摄像头采集超声探头工作场景图像数据；温度采集模块利用温度传感器实时采集超声探头温度数据；
步骤二，主控模块通过超声速度测量模块利用测量设备测量超声波传播速度数据；
步骤三，降温模块利用制冷器对超声探头制冷降温操作；
步骤四，匹配模块利用自动适配程序对超声探头与超声设备主部件进行自适应匹配操作；
步骤五，警报模块利用警报器根据异常温度数据及警报通知；
步骤六，显示模块利用显示器显示采集的超声探头工作场景图像、温度数据信息。
2.如权利要求1所述的超声探头使用时的自动温控方法，其特征在于，所述超声探头使用时的自动温控方法的超声速度测量方法包括：
(1)通过测量设备获取试件室温状态下的超声波传播速度V0；
(2)对试件进行加热，由超声波脉冲回波法，试件ti时刻的超声波传播时间ti,exp；
(3)建立超声波传播速度测量的优化模型。优化的目标函数为：
其中：V为待测量的超声传播速度；ti,cal为数值计算得到的ti时刻的超声波传播时间，下标i表示的测量时间序数，N表示总的测量时间点数；L为试件被测方向的长度；
约束条件为：
f(Vj)＝V0
其中：k，C和ρ分别为被测材料的导热系数、比热容和密度；T0,t为加热面温度，由加热器进行控制；TL,t为超声探头放置端的温度，T0为试件的初始温度；j为将超声传播速度表示为随位置和时间变化的分段函数数目，f(Vj)为分段函数拟合而成的数学公式；
(4)求解热传导反问题，获得超声波传播速度V。
3.如权利要求1所述的超声探头使用时的自动温控方法，其特征在于，所述超声探头使用时的自动温控方法的超声探头与超声设备主部件进行自适应匹配的方法包括：
1)通过超声探头监测设备获取超声探头的探头参数；
2)根据探头参数获取超声探头的探头驱动参数；
3)根据探头驱动参数驱动超声探头，使超声探头与超声设备主件进行匹配。
4.如权利要求3所述的超声探头使用时的自动温控方法，其特征在于，所述探头参数为超声探头的识别信息；
根据所述识别信息与探头数据库中预存储的识别信息进行匹配以获取所述超声探头对应的探头驱动参数；
所述探头参数为超声探头的识别信息和探头属性参数；
根据所述识别信息与探头数据库中预存储的识别信息进行匹配以获取所述超声探头对应的探头属性参数，根据所述探头属性参数获取超声探头的探头驱动参数。
5.一种基于权利要求1所述超声探头使用时的自动温控方法的超声探头使用时的自动温控系统，其特征在于，所述超声探头使用时的自动温控系统包括：
摄像模块，与主控模块连接，用于通过摄像头采集超声探头工作场景图像数据；
温度采集模块，与主控模块连接，用于通过温度传感器实时采集超声探头温度数据；
主控模块，与摄像模块、温度采集模块、超声速度测量模块、降温模块、匹配模块、警报模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；
超声速度测量模块，与主控模块连接，用于通过测量设备测量超声波传播速度数据；
降温模块，与主控模块连接，用于通过制冷器对超声探头制冷降温操作；
匹配模块，与主控模块连接，用于通过自动适配程序对超声探头与超声设备主部件进行自适应匹配操作；
警报模块，与主控模块连接，用于通过警报器根据异常温度数据及警报通知；
显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示采集的超声探头工作场景图像、温度数据信息。
6.一种应用权利要求1～4任意一项所述超声探头使用时的自动温控方法的超声波探头。
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