本文以实现超声气体温度的快速、准确测量为目的,在对国内外瞬态气体温度测量研究现状进行深入研究的基础上,提出了应用超声波进行燃烧气体温度测量的方案。 首先应用空气动力学知识,依据理想气体状态方程建立超声波测温数学模型。基于测温模型及设计思想和原则,进行系统总体设计。系统主要包括超声波发射接收部分、压力测量部分、数据采集部分、单片机及上位 PC 机控制部分。 超声波发射接收部分主要完成超声探头的设计与安装,并对所使用的压电式超声波传感器的工作原理、分类和组成作了较详细的介绍。压力测量部分主要是进行多晶硅高温压力传感器的设计,主要包括传感器灵敏度分析、芯片版图设计、制造工艺设计和性能测试几个步骤;同时,为了实现系统测量快速性的需要,选用流水线型模数转换器 ADS800 进行压力模拟信号的数字化转换。数据采集部分主要是应用数字移相技术,基于现场可编程门阵列设计高速计数系统,对超声信号的渡越时间进行测量;同时,为了解决高速数据存储的失误问题,提出了二次锁存方案。单片机及上位机,主要是完成系统的监控和数据处理,并能对测量结果进行显示、打印等。 系统设计的另一个主要工作是软件设计。为了便于程序的编写和调试,采用模块化进行设计,主要包括:显示模块、菜单模块、键值处理模块、参数处理模块、测量模块。 为了验证系统和方案的可行性,将所搭建起来的的超声温度测量系统在 Matlab 下进行仿真,结果表明,系统运行稳定,实现了燃烧气体温度的快速、准确测量的预期目的。