1、超聲波溫度傳感器的物理基礎(chǔ)超聲波波速會(huì)隨著介質(zhì)溫度變化而變化的特性，實(shí)現(xiàn)超聲波波速與介質(zhì)溫度的數(shù)學(xué)建模是聲學(xué)溫度計(jì)的主要思路。時(shí)差法是超聲波波速測(cè)量的方法之一，如何精確計(jì)算超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)間，是超聲波溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。課題主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、本文針對(duì)溫度測(cè)量的高精度和快速響應(yīng)需求，采用FPGA作為主控芯片進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，搭建超聲波輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和高速信號(hào)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)2MHz超聲波信號(hào)發(fā)射和采集。

2、設(shè)計(jì)RS232串口通訊電路實(shí)時(shí)傳輸采樣數(shù)據(jù)，通過上位機(jī)編寫Lab VIEW程序，直觀的查看波形和溫度變化趨勢(shì)。
　　2、應(yīng)用Verilog HDL硬件描述語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，針對(duì)不同的外圍模塊和信號(hào)處理需求，采用自頂而下的設(shè)計(jì)方式將系統(tǒng)分割為八個(gè)行為級(jí)的功能模塊。主要包括：以DCM為基礎(chǔ)，搭建時(shí)鐘管理模塊；結(jié)合DDS和正弦波LUT，控制超聲波激勵(lì)信號(hào)的輸出；使用串口通訊實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的數(shù)據(jù)交互，設(shè)計(jì)了指令解析功能；使用大量的IP

3、核優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如FIR數(shù)字濾波器、雙口RAM存儲(chǔ)器等；高速信號(hào)采集控制，系統(tǒng)工作流程控制狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)。
　　3、在過零點(diǎn)時(shí)差法計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，使用精確延時(shí)采集信號(hào)的方式，優(yōu)化了信號(hào)存儲(chǔ)量和數(shù)據(jù)分析量，設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)特征波提取和過零點(diǎn)搜索算法，超聲波傳播時(shí)間的測(cè)量精確到納秒級(jí)。
　　4、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真、調(diào)試和驗(yàn)證，分別對(duì)特定流體進(jìn)行靜態(tài)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)超聲波傳播時(shí)間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，建立了超聲波波速和介質(zhì)溫度的數(shù)學(xué)模型