当时，许多温度传感器只能使用于传统的丈量场合，而不能使用于高科技范畴。因而，各国专家都在有针对性地竞赛开发各种新式温度传感器以及特别有用的温度丈量技能[1]。其间，超声波温度计作为当今新式温度传感器的一种，现已成为新的有远景的测温办法,并现已使用于发电厂、废物焚烧炉、水泥回转窑等工业进程的温度丈量和操控以及一些医疗范畴中[2-4]。
1 超声波温度计规划方案
超声波温度计是以介质自身作为灵敏元件，当进行温度丈量时，经过丈量超声波在被测介质中的传达速度，即可直接测得被测介质温度。如图1所示，其完结流程如下：
(1)FPGA经过操控信号发生器发生数字正弦波信号，经D/A转化及滤波、扩大之后，驱动超声波换能器E1宣布超声波信号。
(2)FPGA经过操控A/D转化器对换能器E2接收到的回波信号进行高速采样和存储。
(3)将收集数据送到FPGA片上的NIOS II处理器进行剖析处理，使用细分算法得到超声波信号的纳秒级传达时刻
(4)依据温度与波速的联系模型核算出当时温度值，并实时显现于LCD上。
2 FPGA数字逻辑规划
超声波温度计的规划中心首要体现在FPGA的规划上，依据规划需求，首要包含操控电路的数字逻辑规划和NIOS_II算法处理规划。如图2所示的是FPGA信号操控电路与被其操控的相关模块组合后归纳生成的RTL视图。其完结的功用有：在开端信号触发后，在每个周期中，首要操控信号发生器发生正弦波，并一起开端主动收集并存储回波数据；收集完毕后输出硬件测得的传达时刻，将收集数据交给NIOS_II处理器进一步细分处理；在一个周期完毕时，初始化各模块，然后再次发动各模块作业。为验证该部分程序的正确性，在ModleSim下进行了仿真，验证了规划的正确性，如图3所示。
3 NIOS_II算法处理
在FPGA完结数据收集后，软核NiosII处理器开端对收集到的数据进行有用的剖析并处理，其意图是经过收集数据对FPGA测得的传达时刻进行进一步的细分，完结纳秒级传达时刻的丈量，然后经过时刻与温度的联系得到对应的温度数值，并将成果显现到LCD上或经过RS232输出到PC机上。
如图4所示，超声波传达时刻由T1和T2两部分组成，其间，T1的丈量经过FPGA数字逻辑计时和回波信号的收集频率准确核算得到，关于时刻结尾T2的丈量规划采用了软件细分插补算法，从而使整个传达时刻丈量分辨率到达纳秒级。设A/D的采样频率为FA/D，采样周期为TA/D；从第一个采样点到采样点P之间的采样数为N，对应的采样值为V1，对应的时刻为T1；采样点P+1对应的采样值为V2，则超声波的传输时刻TZD为：
其传达时刻的分辨率首要取决与T2的细分插补算法，因而丈量传达时刻的分辨率R为：
4 完结成果剖析
规划丈量的精度取决于传达时刻的丈量，为此进行了传达时刻的实践丈量试验，如图5所示。从图5(a)可以看到，传达时刻丈量的平稳性，在接连丈量进程中，只要少量数据随机地发生了±1 ns的差错；如图5(b)所示，对测得的数据进行了10次均值滤波，去除了丈量进程中的部分差错，使传达时刻的丈量到达了0.2 ns ，进一步验证了规划的高精度丈量。由此，超声波传达时刻的高精度丈量便可完结。由于经剖析要到达0.001 ℃的温度分辨率丈量，需求超声波传输时刻丈量小于1.5 ns。而规划的超声波传达时刻的丈量重复性差错小于1 ns，因而,所规划的超声波温度计可以处理超声波测温技能在实践使用中的关键问题[5]，并可以完结分辨率小于0.001 ℃的精细温度丈量。
