本发明涉及无线温度非接触测量技术领域，具体涉及一种温度标签无线测温装置及方法。
背景技术：
无线测温在医药、食品冷链物流、仓储、智慧农业、智慧城市、工业自动化监控等行业应用日益广泛，准确快捷低成本获取测点温度对于保证生产工艺过程控制，保证产品质量，及时发现设备故障，提高人民生活质量等十分重要。
目前，常见无线测温方法有声表面波测温标签，rfid测温标签，光纤测温，红外测温，测温蜡片等，红外测温受物体表面辐射特性影响很大，声表面波和rfid射频标签通过高频脉冲激励标签，物体温度对标签的声表面波或者射频天线特性调制，检测返回的高频脉冲响应可以获知标签附着处的温度，传统的光纤测温受空气对流、表面灰尘等影响很大，测温蜡片主要靠目视估测，上述几种无线测温方式的测温精度、测量范围和稳定性远达不到铂电阻等有线测温的性能，有的无线测温探头需要自备电池或者电气耦合获得电能，这限制应用场合，提高维护难度。
因此，有必要引入新的测量方法，保持无线测温的简便性，测量范围宽和恶劣环境抵抗能力，方便维护。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种温度标签无线测温装置及方法。
本发明采用了如下的技术方案：
一种温度标签无线测温装置,
超声波温度标签和超声波温度测量仪器；
所述超声波温度测量仪器包括电路模块和壳体；
所述电路模块包括单片机、超声波驱动电路、超声波发射器、超声波接收器、超声波检测处理电路、存储模块和电源模块；
所述单片机通过pcb板分别与所述超声波驱动电路、所述超声波检测处理电路、所述存储模块和所述电源模块连接；所述超声波驱动电路与所述超声波发射器电连接；所述超声波接收器与所述超声波检测处理电路电连接；
所述电路模块安装在所述壳体内；
所述超声波温度标签安装在被测温度点的表面；
所述超声波温度测量仪器手持或安装在和所述超声波温度标签匹配的超声波发射、接受范围内。
进一步的，所述超声波温度标签包括：标签基体、标签反射涂层、导热填充物、标签粘贴层；所述标签基体为薄片状，采用多孔陶瓷制作，用于吸收和反射超声波；
所述导热填充物填充在所述多孔陶瓷内部间隙，用于测点和所述多孔陶瓷之间导热；所述标签反射涂层覆盖密封所述标签基体的一侧表面，用于反射超声波；所述标签粘贴层设置于所述标签基体的另一侧表面，用于将所述测温标签附着在测点上；所述标签基体周圈涂覆胶，所述测温标签整体形成密封结构。
进一步的，所述多孔陶瓷为网状多孔结构，所述网状多孔内部空隙互通，用于吸收超声波；所述导热填充物采用导热硅脂；所述标签反射涂层采用紫外固化胶。
进一步的，所述超声波温度标签和所述超声波温度测量仪器是非接触的。
进一步的，所述超声波温度测量仪器还包括输入模块和显示模块，所述输入模块和所述显示模块分别与所述单片机连接。
进一步的，所述电路模块还包括温度传感器，所述温度传感器与所述超声波检测处理电路连接，用于测量所述壳体内部环境温度。
进一步的，所述超声波温度测量仪器还包括有线通信模块和/或无线通信模块，用于将温度测量数据传输到计算机上。
一种温度标签无线测温方法,所述超声波发射器发射超声波脉冲串经所述超声波温度标签反射后，再经所述电路模块处理得到超声波脉冲串包络线的衰减时间常数，所述衰减时间常数与温度存在对应关系，通过测量出所述衰减时间常数获得被测点温度。
进一步的，一种温度标签无线测温方法包括以下步骤：
s1、所述单片机通过所述超声波驱动电路控制所述超声波发射器向所述超声波温度标签周期性发出超声波脉冲串信号，所述超声波脉冲串信号经所述超声波温度标签反射，反射的超声波信号经所述超声波接收器接收；
s2、所述超声波接收器接收的信号经所述超声波检测处理电路转化为电信号并放大滤波和数字化处理得到超声波脉冲串包络线；
s3、所述单片机计算出当前的超声波脉冲串包络线的衰减时间常数；
s4、在温度测量范围内标定温度和所述超声波脉冲串包络线的衰减时间常数的对应关系并固化在所述电路模块内部；
s5、所述单片机根据所述对应关系通过s3中所述当前的超声波脉冲串包络线的衰减时间常数计算出对应的被测温度。
进一步的，其特征在于，所述单片机根据所述超声波脉冲串包络线测量起点和结束点幅值的差，自动调节超声波脉冲串发射强度，使得脉冲串接收信号包络线测量起点和结束点幅值差基本恒定，提高包络线衰减时间长度一致性。
所述超声波温度标签采用超声波温敏材料多孔陶瓷制成，所述超声波温度标签感受被测点温度，所述超声波温度标签在超声波照射下反射的超声波脉冲串包络线的衰减时间常数和被测点温度存在对应关系。
相比现有技术,本发明具有如下有益效果：
1.长期稳定性，超声波脉冲串照射超声波温度标签产生反射，超声波脉冲串包络线的衰减时间常数与测点温度关系由超声波温敏材料多孔陶瓷物理特性决定，而超声波温敏材料多孔陶瓷的物理特性在相当长时间内是稳定的，这保证了测量数据的长期稳定性。
2.测温范围宽，不同的超声波温敏材料多孔陶瓷有各自的最佳温度敏感区间，以及相应的适应场合，覆盖铂电阻有线测温温度范围，超过传统的无线测温方法适用的温度范围。
3.安装维护方便，超声波温度标签和超声波温度测量仪器之间只有声学信号联系，使本发明的测温装置具有很好的电磁抗干扰能力和电气绝缘安全性；超声波温度标签作为测温头无需供电，安装方便，具有很好的维护性。
附图说明
图1为本发明温度标签无线测温装置结构示意图；
图2为本发明超声波温度标签结构示意图；
图3为本发明超声波测量原理图；
图4为本发明实施例提供的激发脉冲串、超声波脉冲串包络线波形示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
本发明提供一种温度标签无线测温装置，如图1，包括：超声波温度标签和超声波温度测量仪器；超声波温度测量仪器包括电路模块和壳体；
单片机通过pcb板分别与超声波驱动电路、超声波检测处理电路、存储模块和电源模块连接；超声波驱动电路与超声波发射器电连接；超声波接收器与超声波检测处理电路电连接。
采用铂电阻温度传感器测量外壳内部环境温度，用来补偿环境温度对超声波检测电路放大倍数的影响。
超声波接收器的回波信号经信号放大和带通滤波电路，产生0～5v的电压信号，经过12位高速a/d转换器数字化。
如图2，超声波温度标签包括：标签基体1、标签反射涂层2、导热填充物、标签粘贴层3。
如图3，超声波发射器发射超声波脉冲串经超声波温度标签反射后被超声波接收器接收。
如图4，单片机周期性驱动超声波发生器，每个测量周期发出8个超声波脉冲，经超声波温敏标签反射后，超声回波信号被接收器检测，单片机系统采集回波信号计算衰减时间常数。
超声回波信号受标签测温装置振动，标签积灰，环境温度，环境风速影响很难稳定，回波包络线的幅值波动很大，不能保证衰减时间常数测量一致性，通过调整超声波发生器脉冲串幅值，保持回波包络线幅值稳定，获得归一化的荧光衰减脉冲，有利于提高测温精度。
单片机根据所述超声波脉冲串包络线测量起点和结束点幅值的差，自动调节超声波脉冲串发射强度，使得脉冲串接收信号包络线测量起点和结束点幅值差基本恒定，提高包络线衰减时间长度一致性。
输入模块采用按键，显示模块采用显示屏，存储模块为sd卡模块。
单片机为stm32f405单片机及最小系统组成，完成标签测温装置的系统控制和信号处理。
stm32f405单片机通过sdio接口读写sd卡模块，单片机系统配置fatfs文件系统，有效组织大容量数据存储。
stm32f405单片机最多提供5个串行数字通信接口，其中一个连接rs485有线数字通信模块，另一个连接gprs协议dtu模块(或者433mhz无线远传模块)将荧光标签测温装置数据远程传输到服务器，供客户远程查询。
本发明实施例提供的超声波温度测量仪器采用12v直流电源供电，经7808线性稳压模块稳压到8v为超声波发射器和接收器供电，再经7805线性稳压模块产生5v电源为声电转换放大滤波等模拟信号电路供电，再经sp1117-3.3v稳压模块产生3.3v电源为stm32f405核心电路、外壳内部测温模块、sd卡存储模块、按键显示模块、rs485通信模块和433mhz无线远传模块等数字电路供电。
本发明实施例提供的标签测温装置采集与温度相关超声回波指数衰减信号，按照规范的指数衰减信号时间常数计算方法，很容易建立不同温度对应的时间常数关系，本发明采用超声回波包络线稳定电路和程序，可以大幅降低装置与标签开放空间带来的干扰，同时装置内部安放环境温度传感器以补偿声电采集、放大和数字化电路温漂，本发明测温精度高，超声回波包络线衰减时间常数一般在几百微秒到十几毫秒，目前电子器件时间精度在10ns以上，测量范围内温度分辨率可以达到0.01度，测量精度在0.1度以内，远远超过传统无线测温的精度，达到铂电阻的测温精度。
同时目前超声温敏材料有效温度敏感范围在-200到600度之间，基本与铂电阻测温范围重合，在精度和测量范围上远远超过传统的无线温度测量方法，具有很大的应用前景。
以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。