CN205138671U - 一种基于音速的环境温度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于音速的环境温度测量装置，包括绝缘底板，绝缘底板上设置有支架立柱，支架立柱的上部设置有支架平板，支架平板通过定位立柱设置有驻极体话筒，绝缘底板上设置有喇叭，喇叭位于驻极体话筒的正下方。绝缘底板上还设置有两个接线柱，其中一个接线柱通过线缆与喇叭连接，另一个接线柱通过线缆与驻极体话筒连接。本实用新型结构简单，使用简便，实时检测效果准确，适用于一些较为恶劣环境下的温度测量。

Description

一种基于音速的环境温度测量装置

技术领域

本实用新型属于声波应用技术领域，具体涉及一种基于音速的环境温度测量装置，适用于对不同环境中温度的实时测量。

背景技术

目前，温度的测量和人类的日常生活息息相关，涉及到工农业生产的很多方面。在一些环境比较恶劣的场合，如高温燃煤炉、燃油火力发电厂、高温烟气、化学用品回收锅炉、核子辐射场等，及时地获取和反馈环境温度对生产作业是至关重要的。普通的接触式测温方法无法实时准确地探测到环境内部的温度，甚至会损害感测元件的使用寿命。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供一种基于音速的环境温度测量装置，该装置能方便地测量出环境介质的温度数值，以满足工业生产生活的需求。本装置结构精简，使用方便，测量效果灵敏稳定，适用于对一定空间范围内温度的测定。

为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术措施：

一种基于音速的环境温度测量装置，包括绝缘底板，绝缘底板上设置有支架立柱，支架立柱的上部设置有支架平板，支架平板通过定位立柱设置有驻极体话筒，绝缘底板上设置有喇叭，喇叭位于驻极体话筒的正下方。

如上所述的绝缘底板上还设置有两个接线柱，其中一个接线柱通过线缆与喇叭连接，另一个接线柱通过线缆与驻极体话筒连接。

一种基于音速的环境温度测量装置，还包括晶体振荡器，晶体振荡器通过振幅放大器与分频电路的输入端连接，分频电路一路输出依次通过滤波电路、功率放大电路与喇叭连接，分频电路另一路输出与数字逻辑电路连接，所述的驻极体话筒通过过零检电路与数字逻辑电路连接，数字逻辑电路与积分电路连接，积分电路与单片机连接。

如上所述的积分电路包括恒流源、1号模拟开关、与门电路、电容、2号模拟开关和放电电阻，恒流源通过1号模拟开关与电容连接，与门电路的输出端与1号模拟开关的控制端连接，与门电路的一路输入端与数字逻辑电路连接，与门电路的另一路输入端与单片机连接，电容与单片机内置的AD采样模块连接，电容还通过2号模拟开关与放电电阻连接，2号模拟开关的控制端与单片机连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、基于音速的环境温度实时监测装置是一种非接触式的测温技术，能够适应较为恶劣的环境下，能够实现实时性、动态性的测量，便于实现自动化监测效果。

2、基于音速的测温方式与其它非接触式测温方式相比，由于声波是机械波，只要有介质的地方，声波都能穿越，测量范围广(理论上没有限制)，因此声波能够测量物体内部的温度，这是其它非接触式测温如红外测温和辐射测温所不具备的特点。

3、基于音速的环境温度实时监测装置可广泛用于各种工业领域的气体温度测量，尤其适合高温气体介质温度的测量，如天然气、煤气、空气、气象、汽车工业、医疗卫生事业、能源工业(燃烧配风)、采暖通风、公共事业(测量氧气、臭氧等气体温度)等场合。

附图说明

图1为本实用新型机械部分结构示意图；

图2为本实用新型电路部分原理方框图；

图3为本实用新型积分电路的原理方框图；

图4为本实用新型的单片机输出的控制波形示意图。

其中：1－支架立柱，2－支架平板，3－定位立柱，4－驻极体话筒，5－喇叭，6－喇叭外壳，7－接线柱，8－绝缘底板，9－温度待测区域，10－晶体振荡器，11－振幅放大器，12－分频电路，13－滤波电路，14－功率放大电路，15－过零检测电路，16－数字逻辑电路，17－积分电路，18－单片机，19－温度显示器，20－恒流源，21－1号模拟开关，22－与门电路，23－电容，24－AD采样模块，25－2号模拟开关，26－放电电阻。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

一种基于音速的环境温度测量装置，包括绝缘底板8，绝缘底板8上设置有支架立柱1，支架立柱1的上部设置有支架平板2，支架平板2通过定位立柱3设置有驻极体话筒4，绝缘底板8上设置有喇叭5，喇叭5位于驻极体话筒4的正下方。

绝缘底板8上还设置有两个接线柱7，其中一个接线柱7通过线缆与喇叭5连接，另一个接线柱7通过线缆与驻极体话筒4连接。

一种基于音速的环境温度测量装置，还包括晶体振荡器10，晶体振荡器10通过振幅放大器11与分频电路12的输入端连接，分频电路12一路输出依次通过滤波电路13、功率放大电路14与喇叭5连接，分频电路12另一路输出与数字逻辑电路16连接，所述的驻极体话筒4通过过零检电路15与数字逻辑电路16连接，数字逻辑电路16与积分电路17连接，积分电路17与单片机18连接。

积分电路17包括恒流源20、1号模拟开关21、与门电路22、电容23、2号模拟开关25和放电电阻26，恒流源20通过1号模拟开关21与电容23连接，与门电路22的输出端与1号模拟开关21的控制端连接，与门电路22的一路输入端与数字逻辑电路16连接，与门电路22的另一路输入端与单片机18连接，电容23与单片机18内置的AD采样模块连接，电容23还通过2号模拟开关25与放电电阻26连接，2号模拟开关25的控制端与单片机18连接。

如图1～2所示，一种基于音速的环境温度测量装置，包括喇叭5，还包括驻极体话筒4，喇叭5固定于喇叭外壳6的中心位置。喇叭5的正上方是驻极体话筒4，驻极体话筒4由定位立柱3固定在支架平板2的中心线下方位置，支架立柱1包括两根完全相同的立柱，两个立柱左右对称共同支撑支架平板2。驻极体话筒5的中心线和喇叭5的中心线位于同一条垂直直线上，喇叭5与驻极体话筒4之间为待测区域9。驱动信号和接收信号分别与设置在绝缘底板8上面的两个接线柱7连接。

晶体振荡器10会产生频率为6M的高频信号，通过振幅放大器11将高频信号的幅值放大到设定的范围，以便于后续的处理工作。放大后的高频信号通过分频电路12进行分频，可以得到频率为15kHz的分频信号，该分频信号分为两路分别发送给滤波电路13和数字逻辑电路16，第一路经过滤波电路13将放大后的高频信号中的频率在20k以上高次谐波滤除，得到正弦波。正弦波经过功率放大14之后，得到驱动信号，驱动信号发射给喇叭5驱动其发出声波，声波穿越温度待测区域9之后会被驻极体话筒4接收，接收信号经过过零检测电路15之后得到整形信号，整形信号和分频电路12输出的分频信号的频率是相同的，由于声波穿过温度待测区域9会有时间的延迟，所以整形信号落后分频信号一个相位差。数字逻辑电路16接收到分频信号和整形信号后，生成方波，方波的频率与分频信号和整形信号相同，方波的正脉宽为分频信号和整形信号的错位的长度。方波接入积分电路17后会给积分元件充电，同时单片机18会控制充电时间，此时，方波的脉宽越大，积分电路充电后的电压值越高，单片机18再通过内置的AD转换模块对电压值进行采集，通过运算得出温度待测区域9的实际温度值，并由温度显示器19显示温度值。

积分电路的电路组成模块和工作原理如图3～4所示，充电允许信号的频率为5Hz，方波的频率为16kHz，充电允许信号的正脉宽长度为40ms。由于充电允许信号的周期是方波周期的3200倍，在充电允许信号在正脉宽期间，会有大量的方波依次到达与门电路22，每一个方波的正脉宽是当前温度待测区域9的温度对应的分频信号和整形信号的相位差，每一个方波的正脉宽到达时，与门电路22随即输出高电平，使1号模拟开关21开通，恒流源20给电容23充电，在充电允许信号正脉宽期间方波到达与门电路22的数量与方波信号正脉宽的长度的乘积视为电容充电的时间，由于恒流源20输出的电流是恒定的，因此电容23储存的电荷量和电容23正端电压值与充电时间成正比关系。当充电允许信号置低之后，1号模拟开关21随即关断，充电环节停止，电容电压此时是一个恒定值，通过单片机18的内置AD采样模块24采集电容电压值，在前期通过测量温度待测区域9不同温度对应的电容电压，可以制得温度-电压表格，或者温度-电压函数，然后通过采集到的电容电压值换算为对应的温度待测区域9的当前温度值。随后，放电允许信号置高，使2号模拟开关25开通，电容23内储存的电量通过放电电阻26迅速放出，经过大约10ms的时间即可将电荷全部放出，电容电压降为零值，至此，积分电路的一个完整工作周期正式结束，开始等待下一次的充电过程。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种基于音速的环境温度测量装置，包括绝缘底板（8），其特征在于，绝缘底板（8）上设置有支架立柱（1），支架立柱（1）的上部设置有支架平板（2），支架平板（2）通过定位立柱（3）设置有驻极体话筒（4），绝缘底板（8）上设置有喇叭（5），喇叭（5）位于驻极体话筒（4）的正下方。

2.根据权利要求1所述的一种基于音速的环境温度测量装置，其特征在于，在所述的绝缘底板（8）上还设置有两个接线柱（7），其中一个接线柱（7）通过线缆与喇叭（5）连接，另一个接线柱（7）通过线缆与驻极体话筒（4）连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于音速的环境温度测量装置，其特征在于，还包括晶体振荡器（10），晶体振荡器（10）通过振幅放大器（11）与分频电路（12）的输入端连接，分频电路（12）一路输出依次通过滤波电路（13）、功率放大电路（14）与喇叭（5）连接，分频电路（12）另一路输出与数字逻辑电路（16）连接，所述的驻极体话筒（4）通过过零检电路（15）与数字逻辑电路（16）连接，数字逻辑电路（16）与积分电路（17）连接，积分电路（17）与单片机（18）连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于音速的环境温度测量装置，其特征在于，所述的积分电路（17）包括恒流源（20）、1号模拟开关（21）、与门电路（22）、电容（23）、2号模拟开关（25）和放电电阻（26），恒流源（20）通过1号模拟开关（21）与电容（23）连接，与门电路（22）的输出端与1号模拟开关（21）的控制端连接，与门电路（22）的一路输入端与数字逻辑电路（16）连接，与门电路（22）的另一路输入端与单片机（18）连接，电容（23）与单片机（18）内置的AD采样模块连接，电容（23）还通过2号模拟开关（25）与放电电阻（26）连接，2号模拟开关（25）的控制端与单片机（18）连接。