CN116829915A - 在分层环境中的声学温度测量 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在分层环境中测量温度的装置，包括垂直放置于第一层外表面的超声波换能器。所述超声波换能器可与计算机处理器、电源和计算机可读存储器相联。所述处理器配置为：测量所述第一层的厚度；测量所述第一层的外表面温度；根据所述厚度和所述外表面温度确定所述第一层的阻抗；并根据所述第一层的阻抗和所述外表面温度确定所述第一层的内表面温度。
Description
本发明总体上涉及测量温度的***和方法，更具体地是涉及在分层环境中测量温度的***和方法。
材料温度的测量是至关重要的，无论是对于确定该材料的物理性质或其他性质，还是在许多过程中都是如此。对于封闭在管道、导管、软管和其他容器内的材料，直接测量温度需要侵入性测量技术，如果没有位于容器内的传感器是无法进行侵入性测量的。在许多情况下，温度随整个外壳的体积而变化，创建精确的温度测量需要多个侵入性过程，这在连续处理中是不可能的，这种测量会干扰处理过程，往往使测量不可能实现。
许多研究人员已经研究了非侵入性测量温度的方法。可能的方法包括阻抗断层扫描法、微波辐射测量法和磁共振成像(MRI)。MRI温度成像具有许多热疗场景所需的准确性和空间分辨率，但它价格昂贵，MRI温度成像还需要一个固定装置，而且可能难以应用。尽管如此，MRI是目前最先进的非侵入性热学性能监测技术。然而，MRI不适用于许多工业过程，因为它们的配置包括含有该材料的金属外壳和管道。
因此，针对上述缺陷和不足，行业中存在一个仍未解决的需求。
本发明的实施例提供一种在分层环境中测量温度的装置。简而言之，本发明简要描述了该装置的一个实施例，可以如下实施。一种在分层环境中测量温度的装置，其包括垂直放置于第一层的外表面的超声波换能器。所述超声波换能器与计算机处理器、电源和计算机可读存储器相联。所述处理器配置为：测量所述第一层的厚度；测量所述第一层的外表面温度；根据所述厚度和所述外表面温度确定所述第一层的阻抗；并根据所述第一层的所述阻抗和所述外表面温度确定所述第一层的内表面温度。
本发明还可以提供一种用于在分层环境中测量温度的***。简而言之，本发明简要描述了该***的一个实施例，可以如下实施。本实施例具有第一超声波换能器和至少一个第二超声波换能器，其中所述第一超声波换能器垂直放置于所述第一层的所述外表面的第一位置，所述第二超声波换能器垂直放置于所述第一层的所述外表面的第二位置。所述第一超声波换能器和至少一个所述第二超声波换能器与计算机处理器、电源和计算机可读存储器相联。所述处理器配置为在所述第一位置和至少一个所述第二位置测量所述第一层的厚度，在所述第一位置和至少一个所述第二位置测量所述第一层的外表面温度，根据所述厚度和所述外表面温度，在所述第一位置和至少一个所述第二位置确定所述第一层的阻抗。所述处理器配置为在所述第一位置和至少一个所述第二位置之间确定所述第二层的温度梯度。所述温度梯度是通过所述第一超声波换能器和至少一个所述第二超声波换能器计算的。
本发明还可以提供一种在分层环境中测量温度的方法。在这方面，这种方法的实施例之一可以大致概括为以下步骤：测量第一层在至少一个位置的厚度；测量所述第一层在至少一个所述位置的外表面温度；根据所述第一层的至少一个所述位置的所述厚度和所述外表面温度，确定所述第一层在至少一个所述位置的阻抗；根据所述第一层的至少一个所述位置的所述阻抗和所述外表面温度，确定所述第一层在至少一个所述位置的内表面温度；并确定第二层的至少一个温度梯度，其中所述第二层与所述第一层相接触。
本发明的其他***、方法、特征和优点对于本领域技术人员来说，在检查以下附图和详细描述后将是显而易见的。所有这些额外的***、方法、特征和优点都旨在包括在本说明书中，在本发明的范围内，并受所附权利要求的保护。
通过参考下列附图，可以更好地理解本发明的许多方面。附图中的组成部件不一定是按比例的，而是强调清楚地说明本发明的原理。此外，在附图中，相同的附图标号在几个视图中对应相同的部分。
图1是本发明的用于在分层环境中测量温度的装置的第一实施例的横截面示意图。
图2是本发明的第一实施例的设备运行的示意图。
图3A-3B是本发明的第一实施例的用于在分层环境中测量温度的***的横截面示意图。
图4是本发明的第一实施例的在分层环境中测量温度的方法的流程图。
图1是本发明的用于在分层环境中测量温度的装置(“装置”)的第一实施例的横截面示意图。所述装置100包括一个超声波换能器110，所述超声波换能器垂直放置于第一层102的外表面122。所述超声波换能器110与计算机处理器、电源和计算机可读存储器(未示出)联接。所述处理器配置为：测量所述第一层102的厚度126；测量所述第一层102的外表面温度，根据所述厚度126和所述外表面温度确定所述第一层102的阻抗，并根据所述第一层102的所述阻抗和所述外表面温度确定所述第一层102的内表面温度。
所述超声波换能器110可以是在超声频率范围内的任何合适的换能器。在一实施例中，所述超声波换能器110可以发送和接收超声信号112、114、116。所述超声波换能器110可以与所述计算机处理器104、所述电源106和所述计算机可读存储器108相联。所述电源106可以向所述超声波换能器110和所述处理器104供电。所述计算机处理器104可以操作控制所述超声波换能器110，发送所述超声信号112、114或接收所述超声信号116。所述处理器104接收所述超声信号116，并存储在所述计算机可读存储器108中。
所述超声波换能器110可以基本上垂直放置于第一层102的外表面122。在一实施例中，例如，所述第一层102可以是由铸铁或其他合适的材料制成的管道或容器壁。所述容器壁可以环绕并盛装许多固体、半固体、液体或气体，如此可以形成第二层103。所述超声波换能器110可以穿过所述外表面122和所述内表面124将所述超声信号112、114发送到所述第一层102中。所述超声信号112、114可用于对所述第一层102和所述第二层103的若干测量。
任何状态下的物质(固体、液体和气体)加热时都会膨胀。原子本身并不膨胀，但它们占有的体积会扩大。当加热固体时，其原子围绕不动点振动得更快。与液体和气体相比，加热时固体体积的增加相对较小。然而，固定体积中的气体和液体不能膨胀，因此温度的升高会导致压力的增加。空气温度可以根据超声波的速度公式确定：
C＝331+0.6*T
其中，T(单位为kg/m3)是空气的温度，C(单位为m/s)是所述超声波的速度，331是在冰点温度时空气中的恒定声速。声速还受到湿度、气压等其他因素的影响。温度也是影响声速的一种因素。热和声音一样，也是动能的一种形式。分子在较高的温度下有更多的能量，因此它们可以振动得更快。由于分子振动得更快，声波可以传播得更快。在室温时空气中的声速为346m/s。这比331m/s还快。当液体冻结或融化时，即使热能仍然被释放到周围环境中，温度也会保持不变。因此，例如，石蜡的凝结或熔化过程并不影响管道中原油的温度。在固体中，大部分声能是由于热量而从超声波中耗散。
声波速度可由以下公式确定：
其中d(单位为kg/m3)为材料的密度，C(单位为m/s为)为超声波的速度，E(单位为Pa，N/m2)为体积弹性系数。
在一个分层环境中，可以结合每一层材料的性质，在每一层的开始处测量温度。在一实施例中，层数可用于确定每一层的温度。层数可以通过任何合适的方法来确定，包括声学检测、激光测量、了解之前材料组成以及其他方法。
在一实施例中，所述处理器可配置为控制所述换能器110以产生一个或多个所述超声信号112、114。第一超声信号112可用于确定所述层102、103的厚度。应该理解，附图中给出了所述层102、103的示意图；然而，本发明描述的***和方法可用于确定任意数量层的温度和其他特征，并且不受实施例的限制。所述第一超声信号112、114可以包括不同波长的超声波。在一实施例中，可以通过超声波光谱调谐波长，直至所述超声信号112的半波长对应于所述第一层的厚度126，或所述超声信号114的半波长的倍数对应于所述第一层的厚度126。这可能导致在所述第一层102内建立驻波，从而产生共振。所述超声信号112、114的半波长是所述厚度126的倍数时，可以频率共振。发送的所述超声信号112可以从所述第一层102的所述内表面124反射，而所述超声波换能器110可以接收反射的所述超声信号116。此外，更高能级谐波共振(harmonic resonance)可用于更精确地确定所述厚度126。所述第一层102的所述厚度126可以由产生共振的任何信号的波长和在所述第一层102内的超声波的速度来确定。所述第一超声信号112，114可以重复，以确定任何后续层的所述厚度136，例如，如果管壁包含多个涂层或多层。每一层都可以在指示层厚度的特定频率上进行共振。在每种情况下，发送的所述信号112、114可以反射成所述反射信号116，并被所述超声波换能器110接收。所有具有相同厚度的层都可以在相同的频率上产生共振，它们的响应可以通过信号延迟来分离。
应当注意，图1显示所述装置100的工作原理的示意图。因此，附图的所述超声信号112、114和所述反射信号116是横波，而不是纵波。应该理解，在一实施例中，附图的横波示意穿过所述第一层102传播的部分波长和多波长频率，而不表示振幅的横向调制。本领域的技术人员应当理解所述超声波112、114沿纵向振荡。
应该注意，所述第一层102的所述厚度126，例如管道，可以从制造商的说明书中获取。然而，腐蚀或其他作用可能已经在一处或多处地方导致所述第一层102的破坏，并且假设来自说明书的所述厚度126可能不准确。因此，可能需要使用本说明书描述的声学共振方法来测量所述第一层的所述厚度126，以便准确地确定所述第一层102内的其他材料的温度和其他特性。
接下来所述处理器可以测量所述第一层102的外表面温度。所述外表面温度，可以根据所述超声波换能器110检测到的反射波的速度，运用上述公式来确定。在另一实施例中，可以使用一个或多个外部温度传感器140。接下来，所述处理器可以配置为根据所述厚度126和所述外表面温度来确定所述第一层102的阻抗。这可以通过测量来自所述第一层102的所述外表面122的反射能量来实现，并将测量值与所述第一层102的材料密度进行因式分解来实现，材料密度可以从制造商的说明书中获取。
接下来，所述处理器可以根据所述第一层102的所述阻抗和所述外表面温度，确定所述第一层102的内表面温度。这可以通过检测到的时间差来实现，所述时间差为由所述超声波换能器110检测的第一回波与第二回波之间的时间差，或为由所述超声波换能器110检测的谐波与所述第二回波之间的时间差。所述时间延迟对应的温度为所述第一层102的所述内表面124的温度，可以根据以下公式确定：
Ti＝2*Tw-T0
其中，Ti是所述内表面124的温度，Tw是所述外表面122的温度，T0是环境温度。
接下来，所述处理器可以配置为测量所述反射信号116的振幅。通过测量所述反射信号116的振幅，可以确定该信号的衰减。这使得所述处理器可以确定所述第二层103的所述位置和所述阻抗，这可以从以下公式中得到：
其中，R为反射系数，Z2L为所述第二层103的所述阻抗，Z1L为所述第一层102的所述阻抗。所述反射系数R是一个值小于1的分数。当R乘以100时，它表示两种材料之间的阻抗屏障所反射能量的百分比。
应当注意，信号的衰减和速度是无关的。当频率增加或路径长度增加时，整体衰减增加。接收换能器接收的超声波束的强度远低于初始传输的强度。超声波的散射是造成波束强度损失的主要因素之一，其发生的原因是超声波所传播的材料不均匀。不均匀性可能是两种具有不同声阻抗的材料之间的边界造成的，如内含物或孔隙，以及可能含有污染物的晶界。某些材料本质上是不均匀的，如铸铁和石蜡，铸铁由颗粒矩阵组成，石蜡由石墨颗粒矩阵组成(例如铸铁)，它们在密度和弹性上有很大差异。聚合物中的每一个晶粒都有完全不同的声学阻抗，从而产生严重的散射。如果晶体沿晶轴测量，在不同方向上显示出不同的速度值，则可能在只有一种晶体类型的材料中遇到散射。这种材料是各向异性的(anisotropic)。如果单个颗粒在材料中随机定向，且材料是由不同类型的晶体或相组成的，会发生散射。具有这些特性的材料不仅由于散射而降低了反射超声信号，而且经常产生许多小的回波，这些回波可能掩盖或“伪装”真实的迹象。
超声波的吸收是将一部分声能转化为热量的结果。在任何非绝对零度温度的材料中，粒子由于材料的热量而随机运动。随着温度的升高，粒子的活性也会增加。当超声波通过材料传播时，它会激发粒子运动。当这些颗粒与未被激发的颗粒碰撞时，能量被传递，使它们振荡得更快，并传播更远的距离。这种运动在声波传递后仍然存在，所以传递波的能量在材料中被转化为热量。
图2是本发明的第一实施例的装置100运行的示意图。图2显示了超声信号通过所述第一层102、所述第二层103和所述第一层(例如，当所述第一层102是环形管时)的传播。一个或多个所述超声波换能器110、111可用于发送和接收相对于上述图1所描述的信号。相对于图1，可以进一步理解图2。所述第一层和第二层102，103的表面没有标记以简化说明书附图。
在一实施例中，多个信号210、220、230、240可导致多个反射信号或回波211、212、221-223、231-234。每个回波211、212、221-223、231-234可用于确定所述层102、103或周围环境的特性。从图2中可以看出，所述信号210、220、230、240可以从所述第一超声波换能器110穿过所述第一层102、所述第二层103、所述第一层102，并进入第二超声波换能器111。在每一层之间的边界处，信号可以反射和/或进一步传播。例如，信号210从所述第一超声波换能器110穿过所述第一层102，可能到达所述第一层和所述第二层102、103之间的边界。所述信号210可以作为回波211、212返回到所述第一超声波换能器110。所述信号210可以继续作为信号220穿过所述第二层103。当信号220到达所述第二层103和所述第一层102之间的边界时，所述信号220可以作为回波221、222、223向所述第一超声波换能器110返回，每个回波由相邻层之间的边界划定。所述信号220可以继续作为信号230穿过所述第一层102。当信号230到达所述第一层102和所述第二超声波换能器111之间的边界时，它可以作为回波231、232、233、234返回到所述第一超声波换能器110，每个回波都由相邻层之间的边界划定。信号230可以继续发送到所述第二超声波换能器111，并被所述第二超声波换能器111接收和检测。回波211、212、221-223、231-234可以被所述第一超声波换能器110接收和检测。
表1
从上图2和表1可以进一步看出，以本实施例中为铸铁层以及流体层为例，当信号分别通过所述第一层和第二层102、103时，信号的衰减分别显著降低。最初通过所述第一层102，信号衰减至99％和98％。通过所述第二层103，信号以相对线性的过程从10％衰减下降至5％。通过最后的所述第一层102，信号衰减下降至约0.5％。
图3A-3B是根据本发明的第一实施例的用于在分层环境(“***”)中测量温度的***300的横截面示意图。图3A-3B显示了垂直于第一层102放置的多个超声波换能器310-380，例如管道。所述超声波换能器310-380可以与至少一个如上的所述处理器、所述电源和所述计算机可读存储器(未示出)相联。所述超声波换能器310-380分别位于所述第一层102周围的不同位置。例如，所述超声波换能器310-380可以沿着围绕所述第一层102周围的多个偶数分区放置，这样所述超声波换能器310-380围绕所述第一层102的外表面均匀间隔分开。在另一实施例中，所述超声波换能器310-380可移动到所述第一层102的不同位置。在另一实施例中，每个换能器可以在所述第一层102的外表面周围与另一个换能器直接相对放置。例如，所述超声波换能器310可以与所述超声波换能器350相对，所述超声波换能器320和360可以彼此相对，等等。在另一实施例中，所述超声波换能器310-380可以移动以使彼此相对，或位于相对于彼此的任何其他合适位置。
图3A是显示超声波换能器370可以向任意其他超声波换能器310-360、380发送超声信号301的示意图。所述超声信号301可以由其他所述超声波换能器310-360、380接收和处理，以确定所述第一层102和所述第二层103的特性，例如层厚度、外表面温度、材料阻抗、内表面温度和第二层温度。这可以按照上述方式执行。在一实施例中，所述超声波换能器310-380发出的超声信号301，发送初始信号的超声波换能器可以反射和接收每个超声信号301，以确定局部材料特性。
图3B是显示每个超声波换能器310-380可以向其他任何一个超声波换能器310-380发送超声信号301的示意图。处理接收到的所述超声信号301，可以确定所述第一层和第二层102，103的期望特征。当使用多个超声波换能器310-380时，所述***300可以处理多个所述超声信号301，以确定所述第二层103的多个温度梯度。例如，在所述换能器310和350之间测量的温度可能与在所述换能器320和360、330和370、340和380之间测量的温度不同，等等。这显示了更接近特定超声波换能器310-380的局部温度，因为所述第二层103的温度可能在整个第二层103内的所有点上都不均匀。因此，在每个超声波换能器310-380和其他超声波换能器310-380之间计算的温度值，所述温度值可能与局部温度的逐渐变化相关，所述局部温度是在所述第二层103的横截面积中逐渐变化。所述处理器可以使用这些多个温度测量值来确定所述第二层103内的一个或多个温度梯度。一般来说，所述第二层103的中心处的温度预计高于第一层102的内边缘处的温度。
关于附图1-3B，可以在任何适当的时间间隔内测量。在一实施例中，可以监测环境温度的变化，这可能导致再次执行测量。在另一个实施例中，可以定期采样数据并再次执行测量。
此外，超声层析成像可用于进一步绘制所述第一层和第二层102、103内的温度场。层析成像允许仅通过在目标区域的***的测量，来确定材料中物理变量的空间变化。超声波可以通过材料在多个方向传播，可以重建截面图像。
共振超声波谱可以利用弹性体的正态模式来推断材料的特性，如弹性模量和Q。
图4是显示本发明的第一实施例的在分层环境中测量温度的方法流程图400。
应注意的是，流程图中的任何过程描述或块应理解为表示模块、段、代码部分，或包括在过程中的一个或多个实现特定逻辑功能的指令的步骤，并且替代实现包括在本发明的范围内，其中功能可以按所示或讨论的顺序执行，包括根据所涉及的功能，正如本公开领域的合理技术人员所理解的那样。
步骤410包括测量第一层在至少一个位置的厚度。在一实施例中，测量所述第一层的厚度包括：在所述第一层的外表面和所述第一层的内表面之间，使用超声波换能器发送超声信号；用所述超声波换能器接收所述超声信号，所述接收的超声信号是由所述第一层内表面反射的。可以按照上文关于图1所描述的那样选择、定位和操作所述超声波换能器。在一实施例中，由所述超声波换能器发送的所述超声信号与所述第一层的厚度的半波长相对应。这可能在第一层内引起驻波，促使第一层内的超声信号的共振。
步骤420包括测量所述第一层在至少一个所述位置的外表面温度。在一实施例中，测量所述外表面温度包括：用所述超声波换能器确定所述超声信号的速度；以及将所述超声信号的速度与在冰点温度时空气中的恒定声速相关联。超声波换能器从第一次发出所述超声信号到接收到所述反射信号之间需要一定时间，可以通过分析这个时间来确定所述超声信号的速度。这可以与所述第一层的其他材料特性和所述第一层确定的厚度相关联，以确定在测量时间内发送信号和返回信号所经过的距离。
步骤430包括根据所述第一层的至少一个所述位置的所述厚度和所述外表面温度，确定所述第一层在至少一个所述位置的阻抗。在一实施例中，确定所述第一层的阻抗包括：测量所述反射超声信号的能量；以及将测量的所述能量与所述第一层的材料密度值进行因式分解。
步骤440包括根据所述第一层在至少一个所述位置的所述阻抗和所述外表面温度，确定所述第一层在至少一个所述位置的内表面温度。
步骤450包括确定第二层的至少一个所述温度梯度，所述第二层与所述第一层接触。
所述该方法还可以包括与本发明的任何其他图相关的已公开的任何其他特征、组件或功能。
需要强调的是，本发明的上述实施例，特别是任何“优选”实施例，仅仅是实现的可能示例，仅仅是为了清楚地理解本发明的原则而提出的。在实质上不脱离本发明的精神和原理的情况下，可以对本发明的上述实施例进行许多改变和修改。所有这些修改和变化均应包含在本说明书和本发明的范围内，并受所附权利要求保护。
Claims (15)
1.一种在分层环境中测量温度的***，其特征在于，所述***包括：
第一超声波换能器，所述第一超声波换能器垂直放置于第一层外表面的第一位置；以及
至少一个第二超声波换能器，所述第二超声波换能器垂直放置于所述第一层外表面的第二位置，其中所述第一超声波换能器和至少一个所述第二超声波换能器与计算机处理器、电源和计算机可读存储器相联，并且所述处理器配置为：
测量所述第一层在所述第一位置和至少一个所述第二位置的厚度；
测量所述第一层在所述第一位置和至少一个所述第二位置的外表面温度；
根据所述厚度和所述外表面温度，确定所述第一层在所述第一位置和至少一个所述第二位置的阻抗；并且
确定第二层在所述第一位置和至少一个所述第二位置之间的温度梯度，其中所述温度梯度通过所述第一超声波换能器和至少一个所述第二超声波换能器确定。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一超声波换能器和至少一个所述第二超声波换能器彼此直接相对地放置在所述外表面。
3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，所述第一超声波换能器和至少一个所述第二超声波换能器围绕外表面均匀间隔。
4.根据权利要求1、2或3所述的***，其特征在于，所述第一超声波换能器发出超声信号，所述超声信号穿过所述第一层和所述第二层后由至少一个所述第二超声波换能器接收。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的***，其特征在于，至少一个所述第二超声波换能器发出超声信号，所述超声信号穿过所述第一层和所述第二层后由所述第一超声波换能器接收。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的***，其特征在于，每个超声波换能器发送一个超声信号，所述超声信号穿过所述第一层和第二层后由每个其他所述超声波换能器接收。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的***，其特征在于，所述测量所述第一层在所述第一位置和至少一个所述第二位置的厚度包括：
在所述第一层的所述外表面和所述内表面之间，通过所述第一超声波换能器发送第一超声信号；
通过所述第一超声波换能器接收所述第一超声信号，其中所述第一超声信号是由所述第一层的所述内表面反射形成；
在所述第一层的所述外表面和所述内表面之间，通过至少一个所述第二超声波换能器发送至少一个第二超声信号；以及
通过至少一个所述第二超声波换能器接收至少一个所述第二超声信号，至少一个所述第二超声信号是由所述第一层的内表面反射形成。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述第一超声信号和至少一个所述第二超声信号具有与所述第一层的厚度相对应的半波长，所述厚度是在所述第一层的所述第一位置和至少一个所述第二位置的厚度。
9.根据权利要求7或8所述的***，其特征在于，所述测量所述第一层在所述第一位置和至少一个所述第二位置的外表面温度包括：
通过所述第一超声波换能器和至少一个所述第二超声波换能器来确定所述第一超声信号和至少一个所述第二超声信号的速度；以及
将所述第一超声信号和至少一个所述第二超声信号的速度与在冰点温度时空气中的恒定声速相关联。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述确定所述第一层在所述第一位置和至少一个所述第二位置的阻抗包括：
测量反射的所述第一超声信号和至少一个所述第二超声信号的能量；并且
对测量的所述能量与所述第一层的材料密度值因式分解。
11.一种在分层环境中测量温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
测量第一层在至少一个位置的厚度；
测量所述第一层在至少一个所述位置的外表面温度；
根据所述厚度和所述外表面温度，确定所述第一层在第一位置和至少一个第二位置的阻抗；
根据至少一个所述位置的所述阻抗和所述外表面温度，计算所述第一层在至少一个所述位置的内表面温度；以及
确定第二层的至少一个温度梯度，所述第二层与所述第一层接触。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，测量第一层的厚度的步骤包括：
超声波换能器发送超声信号至所述第一层的外表面和所述第一层的内表面之间；并且
所述超声波换能器接收由所述第一层内表面反射的所述超声信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述超声波换能器发送的所述超声信号具有与所述第一层的所述厚度相对应的半波长。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述测量所述第一层在至少一个所述位置的外表面温度的步骤包括：
所述超声波换能器确定所述超声信号的速度；并且，
将所述超声信号的所述速度与在冰点温度时空气中的恒定声速相关联。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述计算所述第一层在至少一个所述位置的阻抗的步骤包括：
测量反射的所述超声信号的能量；并且
对测量的所述能量与所述第一层的材料密度值因式分解。
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