專利名稱：確定柴油機排氣流體的質量和/或深度的系統(tǒng)和方法
確定柴油機排氣流體的質量和/或深度的系統(tǒng)和方法相關申請本申請要求于2010年11月11日提交的在先提交的共同未決的美國臨時專利申請N0.61/412,667的權益，其全部內容通過引用于此結合。
背景技術：
本發(fā)明涉及用于確定基于水的流體的質量或濃度和/或罐內流體的深度的系統(tǒng)和方法。具體地，本發(fā)明涉及用于確定包含在罐內的柴油機排氣流體(DEF)的質量和濃度和/或罐內DEF的深度的系統(tǒng)和方法。DEF被用來減少柴油發(fā)動機的排氣中的氮氧化物(NOx)氣體。DEF是作為霧狀物注入到排氣中的、32.5%汽車級UREA和純凈水的混合物。霧狀物和排氣混合并且將排氣中的NOx離解成氮、水以及二氧化碳。當諸如柴油燃料、水、乙二醇等的污染物和DEF混合時，DEF減少排氣中的NOx的能力被削弱和/或可能對NOx還原系統(tǒng)產生不可逆損害。DEF被存儲在車輛的罐中并且以對正被燃燒的柴油燃料成約1:50的比率被注入到排氣中。確定罐中DEF的液面以便當有需要添加額外的DEF時向用戶提供指示。

發(fā)明內容
本發(fā)明使用浸入壓電超聲換能器來檢測罐中DEF的液面(例如，以向操作員提供剩余DEF量的指示)，并且確定DEF是否已經被污染(包括確定污染物的類型和量)。DEF溶液內UREA的濃度水平也被測量。可以向DEF控制系統(tǒng)提供DEF流體質量的指示，使用戶能夠視需要采取補救措施。在一個實施例中，本發(fā)明提供了包括罐、控制器、換能器以及溫度傳感器的系統(tǒng)。溫度傳感器感測罐中流體的溫度?？刂破魇褂盟袦y的溫度來得到通過流體行進的超聲信號的依賴于溫度的聲速?？刂破魃捎糜趽Q能器的第一命令信號。作為響應，換能器生成朝向固定表面的超聲聲波并且接收被該固定表面反射的超聲聲波的回波。控制器確定在通過換能器發(fā)射超聲聲波與通過換能器接收回波之間的經過時間?？刂破鬟€基于該經過時間和所感測的流體的溫度來確定罐中的流體中任何污染物的濃度和存在?？刂破鬟€通過調制所發(fā)射的超聲聲波的振幅來提高所接收到的超聲回波的質量?？刂破魍ㄟ^改變施加到換能器的命令信號的電壓脈沖的振幅和/或數目來調制超聲聲波。優(yōu)選地，換能器在諧振下被驅動，其中電壓脈沖系列的頻率與換能器的依賴于溫度的頻率特性相匹配。控制器可以使用包括基于溫度的信息的查找表來生成該命令信號。控制器還確定超聲回波是否是有效的。當回波在預定時間窗口內被接收到時，超聲回波被確定為有效。當表示回波的信號的振幅在預定范圍內時，回波被進一步確定為有效。當表示回波的信號的持續(xù)時間在預定范圍內時，回波被進一步確定為有效?？刂破魃深A期經過時間窗口、預期回波振幅范圍以及預期回波持續(xù)時間范圍中的至少一個?？刂破髂軌蛴涗浗o定超聲發(fā)射的多個回波反射以增加所記錄的時間測量的分辨率。此外，來自溫度傳感器的信息可以通過耦合到控制器的通信模塊而被分配到其它設備和其它位置。在另一實施例中，本發(fā)明提供了包括罐、控制器、換能器以及溫度傳感器的系統(tǒng)。溫度傳感器感測罐中流體的溫度，并且將該溫度的指示提供給控制器?？刂破魇褂盟袦y的溫度來得到通過流體行進的超聲信號的依賴于溫度的聲速?？刂破魃捎糜趽Q能器的第一命令信號，檢測來自換能器的第一回波信號，并且確定換能器在近場時間內是否接收到該第一回波信號。如果該第一回波信號在近場時間內被接收到，則控制器檢測具有預定范圍內的幅度的第二回波信號。如果該第二回波信號在預定時間量內未被檢測到，則控制器忽略第一回波信號，并且生成不同于第一命令信號的第二命令信號?？刂破餍薷牡诙钚盘栔钡降诙夭ㄐ盘柋粰z測到為止?？刂破鲗⒌谝换夭ㄐ盘柣蛟诘谝换夭ㄐ盘柵c第二回波信號之間的差轉換為表示到目標的距離的值或罐中流體量的體積表示。為了確?？刂破髂軌騾^(qū)分真實的回波信號和二次回波反射，控制器被編程為測量通過緊跟觸發(fā)命令之后連續(xù)地監(jiān)測換能器的輸出來測量換能器的回響時間(ring time)。當輸出信號持續(xù)預定的時間段為高時，控制器認為回響時間結束?？刂破鞅痪幊虨檠a償能夠影響回響時間和其它測量變量的溫度改變，并且在進行每個測量之前確定換能器的回響時間?？刂破鲗⒔鼒鰰r間設置在回響時間的約二又三分之一倍?？刂破鬟€生成具有多個驅動脈沖的命令信號，該多個驅動脈沖調制所發(fā)射的超聲聲波的振幅以優(yōu)化所接收到的超聲回波的質量。優(yōu)選地，換能器以一系列脈沖在諧振下被驅動，使得脈沖的頻率與換能器的依賴于溫度的頻率特性相匹配?？刂破骺梢岳镁哂谢跍囟鹊臄祿牟檎冶韥砩伤雒钚盘??？刂破鬟€確定超聲回波是否是有效的。當回波在預定時間窗口內被接收到時、當表示回波的信號的振幅在預定范圍內時以及當表示回波的信號的持續(xù)時間是在預定范圍內時，超聲回波被確定為有效。控制器生成預期經過時間窗口、預期回波振幅范圍以及預期回波持續(xù)時間范圍中的至少一個。控制器還確定污染物已經被引入到罐內(例如，在罐的填充期間)的似真性?？刂破鲗⒌谝换夭ㄐ盘柕慕涍^時間和在第一回波信號與第二回波信號之間的差的經過時間中的一個轉換為表示到目標的距離的值或罐中流體量的體積表示。當所計算的距離或罐中流體量的體積超過罐的容量時，控制器生成故障輸出。在一個實施例中，本發(fā)明提供了包括罐、控制器、兩個換能器以及溫度傳感器的系統(tǒng)。溫度傳感器感測罐中流體的溫度，并且控制器使用所感測的溫度來得到通過罐中流體行進的超聲波信號的依賴于溫度的聲速。控制器生成用于第一換能器的第一命令信號，從而使第一換能器生成朝向浸沒在罐內的固定目標的超聲聲波。當該波被固定目標反射回到換能器時，控制器接收該超聲聲波的一系列回波。該聲波在目標與換能器之間來回地反跳多次?？刂破鞔_定通過第一換能器發(fā)射超聲聲波與通過第一換能器接收回波之間的經過時間?？刂破鬟€使用對于接收經發(fā)射的回波中的至少一個所需要的經過時間和所感測的流體的溫度來計算通過流體行進的超聲波的聲速?；谒嬎愕穆曀俸退袦y的流體的溫度，控制器確定該流體的濃度和罐中的流體內任何污染物的存在?？刂破魃捎糜诘诙Q能器的第二命令信號，并且確定第二換能器在近場時間內是否接收到回波信號。如果該回波信號在近場時間內被接收到，則控制器檢測來自第二換能器的預定幅度的第二回波信號。如果第二回波信號在預定的時間量內未被檢測到，則控制器忽略第一回波信號，并且生成不同于第一命令信號的第二命令信號?？刂破餍薷牡诙钚盘栔钡降诙夭ㄐ盘柋粰z測到為止。控制器使用接收第一回波信號所需要的時間或在第一回波信號與第二回波信號之間的時間差來計算表示到目標的距離的值或罐中流體量的體積表示。為了確?？刂破髂軌騾^(qū)分真實的回波信號和二次回波反射，控制器被編程為測量通過緊跟觸發(fā)命令之后連續(xù)地監(jiān)測換能器的輸出來測量換能器的回響時間。一旦來自換能器的檢測信號持續(xù)預定的時間段為高時，控制器認為回響時間結束。溫度傳感器被耦合到控制器，并且控制器被編程為補償能夠影響回響時間和其它測量變量的溫度改變。耦合到控制器的通信模塊將來自溫度傳感器的信息分配到其它設備和其它位置?？刂破髟谶M行每個測量之前確定換能器的回響時間，從而設置近場時間，該近場時間被設置為所測量的回響時間的兩倍。命令信號包括調制第一和第二換能器兩者的所發(fā)射超聲聲波振幅的多個驅動脈沖?？刂破餍薷脑撁钚盘栆詢?yōu)化來自每個換能器的所接收到的超聲回波的質量。優(yōu)選地，換能器在諧振下被驅動，其中脈沖系列的頻率與換能器的依賴于溫度的頻率特性相匹配?？刂破骺梢岳镁哂谢跍囟鹊臄祿牟檎冶韥泶_定該命令信號的特性。控制器還確定從第一和第二換能器接收到的超聲回波是否是有效的。當回波在預定的時間窗口內被接收到時，超聲回波被確定為有效。當接收到的回波反射的數目在預定范圍內時，回波被進一步確定為有效?？刂破魃深A期經過時間窗口和來自意圖目標的接收到的回波反射的預期數目中的至少一個。控制器還確定已經被引入到罐中的污染物的似真性，并且如果所計算的流體液面超過對于罐內DEF流體可能的最大容量，則生成故障輸出。該系統(tǒng)能夠在溫度傳感器失效的情況下生成精確的液面測量?？刂破鞔_定聲波從第一換能器行進到固定反射器并回來的第一經過時間?？刂破鬟€確定聲波從第二換能器行進到罐中流體的表面并回來的第二經過時間?？刂破骰谠摰诙涍^時間(液面)與該第一經過時間(質量)的比率來計算罐中流體的深度。在另一實施例中，本發(fā)明提供了用于確定罐中流體的質量和/或量的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一換能器、第二換能器、溫度傳感器以及控制器。該第一換能器被配置成生成第一聲波并且檢測該第一聲波的回波。該第二換能器被配置成生成第二聲波并且檢測該第二聲波的回波，第二聲波由離第二換能器已知距離的固定結構傳回。該溫度傳感器被配置成檢測流體的溫度。該控制器被耦合到第一換能器、第二換能器以及溫度傳感器，并且具有車載診斷，該車載診斷被配置成基于通過流體的不正確計算的聲速來檢測錯誤條件，并且生成指示所檢測到的錯誤條件的信號。通過考慮具體實施方式
和附圖，本發(fā)明的其它方面將變得顯而易見。


圖1是用于感測DEF罐內流體的質量的系統(tǒng)的圖。圖2是用于感測DEF罐內流體的液面的系統(tǒng)的圖。圖3是用于感測罐中DEF的質量和深度的系統(tǒng)的圖。圖4是圖1和2的系統(tǒng)的框圖。圖5是圖3的系統(tǒng)的框圖。
圖6是對于各種DEF濃度的聲速對溫度的圖表。
具體實施例方式在詳細地解釋本發(fā)明的任何實施例之前，應當理解的是本發(fā)明在它的應用方面不限于基于DEF或UREA的流體，并且應理解的是，本發(fā)明在它的應用方面不限于在以下描述中闡述或者在以下圖中圖示的構造的細節(jié)和組件的布置。本發(fā)明能夠具有其它實施例，并且能夠被以各種各種方式來實踐或者執(zhí)行。罐中DEF的液面能夠由包括電阻性浮子換能器、超聲換能器(空氣耦合)等的常規(guī)方法來監(jiān)測。超聲換能器發(fā)出被表面反射的聲波。換能器作為接收來自表面的聲波回波的接收器?；谠撀暡ǖ奖砻娌⒒貋淼娘w行時間，控制器使用聲速來確定到表面的距離。因為聲速在空氣中是恒定的(基于空氣的溫度而具有一些輕微改變)，所以容易在空氣耦合換能器中執(zhí)行必要的計算。替代地，流體耦合超聲換能器能夠被用來監(jiān)測罐內DEF的質量和/或液面。在流體耦合換能器情況下，換能器被浸入在流體中并且定位于罐的底部。為了確定DEF的質量，超聲聲波被朝著浸入在流體中的固定目標定向并且從其反射。由換能器所生成的聲波被從位于離該換能器已知距離的固定目標(即反射器)傳回并且被換能器檢測到。為了確定DEF的液面，來自換能器的超聲聲波被朝著流體的表面的方向向上定向。由換能器所生成的聲波被流體的表面?zhèn)骰夭⑶冶粨Q能器檢測到。這與具有一個預告(caveat)的空氣耦合換能器類似；聲速取決于流體的類型而大大地變化，并且在較小程度上取決于流體的溫度。圖1示出了用于確定罐110中DEF105的質量的質量感測系統(tǒng)100。質量感測系統(tǒng)100包括壓電超聲換能器115，以及具有溫度傳感器125 (例如，熱敏電阻)和其它組件(未示出)的印刷電路板120。換能器115和印刷電路板120被定位在罐110的底部。溫度傳感器125被定位使得溫度傳感器125檢測罐110中的DEF105的溫度。換能器115作為發(fā)射器和接收器兩者。由換能器所生成的超聲聲波130通過流體105傳播并且由反射器135朝著換能器115的方向往回反射。經反射的超聲聲波130由換能器115來檢測，并且由換能器115朝著反射器135的方向往回反射。超聲聲波130在反射器135與換能器115之間來回地行進多次。質量感測系統(tǒng)100可以被集成到罐110中或者可以是安裝在罐110中的單獨的組裝件。圖2示出了用于通過感測罐110中的DEF105的表面205的水平來確定罐110中的DEF105的量的液面感測系統(tǒng)200。除了壓電超聲換能器210被定位在罐110的底部，使得由換能器210所產生的超聲聲波215被DEF105的表面而不是固定反射器反射之外，液面感測系統(tǒng)200包括與質量感測系統(tǒng)100相同的組件。圖3示出了用于確定罐110中的DEF105的質量和量兩者的組合感測系統(tǒng)300。組合感測系統(tǒng)300包括兩個壓電超聲換能器115和210。質量換能器115被定位成使超聲聲波130由反射器135反射，而量(或液面)換能器210被定位成使超聲聲波215由DEF105的表面205反射。圖4示出了質量感測系統(tǒng)100和量感測系統(tǒng)200的框圖。除換能器115/210和溫度傳感器125之外，系統(tǒng)100/200包括控制器400、信號調節(jié)電路405、驅動器410、功率調節(jié)電路415以及輸出驅動器420?？刂破?00包括處理器(例如，微處理器、微控制器、ASIC、DSP等)和存儲器(例如，閃存、ROM、RAM、EEPROM等)，其可以在控制器400內部、在控制器400外部或者其組合。信號調節(jié)電路405、驅動器410、溫度傳感器125以及輸出驅動器420中的一個或多個可以被包括在控制器400中。換能器115/210在兩個模式下作為壓電發(fā)射器并且作為壓電接收器來操作。當換能器115/210在換能器115/210的壓電晶體的諧振頻率下被電壓激勵時，換能器115/210發(fā)出超聲聲波130/215。當換能器115/210在換能器115/210的諧振頻率下被超聲聲波130/215 (例如，回波)激勵時，換能器115/210生成指示該聲波的輸出信號。信號調節(jié)電路405用來響應于被接收到的超聲聲波130/215激勵而對從壓電換能器115/210接收到的低電平信號進行放大和濾波。圖5是組合感測系統(tǒng)300的框圖。系統(tǒng)300包括質量換能器115、液面換能器210以及溫度傳感器125。系統(tǒng)300還包括控制器400、第一信號調節(jié)電路405、第二信號調節(jié)電路405’、第一驅動器410、第二驅動器410’、功率調節(jié)電路415以及輸出驅動器420?？刂破?00包括處理器(例如，微處理器、微控制器、ASIC、DSP等)和存儲器(例如，閃存、ROM、RAM、EEPR0M等)，其可以在控制器400內部、在控制器400外部或者其組合。信號調節(jié)電路405和405’、驅動器410和410’、溫度傳感器125以及輸出驅動器420中的一個或多個可以被包括在控制器400中。換能器115和210在兩個模式下作為壓電發(fā)射器并且作為壓電接收器來操作。當換能器115和210在換能器115和210的壓電晶體的諧振頻率下被電壓激勵時，換能器115和210分別發(fā)出超聲聲波130和215。當換能器115和210在換能器115和210的諧振頻率下分別被超聲聲波130和215 (例如，回波)激勵時，換能器115和210生成指示所接收到的聲波的輸出信號。第一信號調節(jié)電路405用來響應于被接收到的來自超聲聲波130的回波激勵而對從質量壓電換能器115接收到的低電平信號進行放大和濾波。第二信號調節(jié)電路405’用來響應于被接收到的來自超聲聲波215的回波激勵而對從液面壓電換能器210接收到的低電平信號進行放大和濾波。在操作中，控制器400向驅動器410發(fā)送低電平的一系列驅動脈沖和驅動脈沖振幅命令信號。該驅動脈沖是在換能器115/210的諧振頻率下。驅動器410放大低電平信號，從而將一系列高壓脈沖施加到換能器115/210，使換能器115/210以與施加到換能器115/210的諧振驅動脈沖的數目成比例的振幅來發(fā)出超聲聲波130/215。超聲聲波130/215通過流體傳播并且被反射器135或表面205往回朝著換能器115/210的方向反射。所返回的超聲回波使換能器115/210諧振，從而產生低電平電壓信號，該低電平電壓信號被信號調節(jié)電路405放大、濾波并且整形而且被控制器400檢測。超聲聲波130/215通過DEF105從換能器115/210傳播到反射器135/表面205所必需的時間被作為第一回波反射存儲在控制器400的存儲器中?？紤]到足夠的振幅，超聲聲波130/215在換能器115/210與反射器135/表面205之間來回地傳播，從而產生一系列回波反射。對于給定發(fā)射，通常接收到4或5次反射。該反射被測量和存儲在控制器400的存儲器中以用于處理。由系統(tǒng)所使用的回波反射的數目取決于對于區(qū)分DEF濃度水平所需要的分辨率。例如如果一個回波反射需要第一時間來從換能器115/210通過流體傳播、被反射器135或表面205反射并返回，則第二回波反射將需要第一時間的兩倍來傳播，并且第三回波反射將需要第一時間的三倍，等等?？紤]到這一點，兩次反射提供了一次反射的分辨率的兩倍，三次反射提供了分辨率的三倍等等。在典型應用中，4到5次反射在所需要的分辨率與能夠被容易地組裝到DEF罐中的傳感器系統(tǒng)的實用尺寸之間提供了良好平衡。
當被驅動器410激發(fā)時，換能器210在驅動電壓已經被移除之后繼續(xù)諧振或者回響輸出(ring out)持續(xù)有限的時間量。在這個時間段期間，換能器210不能夠被用作為接收器以檢測從流體105的表面205反射的回波，從而限制能夠由容量感測系統(tǒng)200所解析的最小流體液面。用心設計能夠減少回響時間但它不能夠被完全地消除。當罐是空的或幾乎空的時，用于測量罐中流體的液面的替代方法將以足夠大的振幅來驅動液面感測換能器210，以在流體105的表面205與換能器210之間產生超聲聲波215的多次反射，使得超聲聲波215在換能器210已經停止回響之后繼續(xù)來回地反射。然后能夠使用不同的方法來計算用于聲波215在換能器與流體105的表面205之間來回地行進的時間，例如，考慮在兩個連續(xù)的回波反射之間的時間差?？刂破?00生成控制并調制超聲聲波130/215的振幅以便實現所期望數目的回波反射的命令信號?？刂破?00通過增加或者減小施加到依賴于溫度的換能器的諧振電壓脈沖的數目和/或振幅來執(zhí)行這個功能。施加到換能器的諧振脈沖的數目通常范圍從低到I個脈沖至高到16或更多個脈沖，盡管可以施加其它數目的脈沖。開關電容器電荷泵被優(yōu)選地用來在控制器400的控制下增加或者減小施加到驅動器410的換能器驅動電壓的振幅。該驅動電壓通常從低到2伏特至高到30伏特變化。驅動脈沖的數目和振幅基于所接收到的回波反射的數目來選擇。如果回波反射的數目降到預設數量(基于所辨別的相對距離來計算)以下，則控制器400增加驅動脈沖的振幅和/或數目。相反地，如果回波反射的數目大于預設數量，則控制器400減小施加到換能器115/210的驅動脈沖的振幅和/或數目(減少不需要的失真和噪聲)。因此，產生閉環(huán)增益控制以用于超聲聲波130/215回波反射的傳輸和檢測?？刂破?00將近場操作模式定義為當所識別的第一回波反射發(fā)生在等于或稍大于兩倍于換能器210的平均回響時間的時間段期間時發(fā)生的操作模式。控制器400將遠場操作模式定義為當第一回波反射發(fā)生在由近場操作模式所定義的時間段之外時發(fā)生，或者換句話說，如果在大于換能器210的平均回響時間的時間間隔的兩倍的時間間隔處接收到第一回波反射的操作模式。在近場模式中，控制器400調制換能器210的功率以確保緊跟回響周期的結束之后接收到至少兩個經過驗證的回波反射。在遠場模式中，控制器400調制換能器210的功率以確保緊跟回響周期的結束之后接收到至少一個有效的回波反射。諸如換能器115/210的壓電晶體的諧振頻率隨著溫度而改變。調制并控制超聲波130/215的振幅的能力取決于在驅動換能器115/210的諧振頻率下驅動換能器115/210?？刂破?00通過基于由溫度傳感器125所感測的溫度而改變施加到換能器115/210的脈沖的頻率來執(zhí)行這個功能。換能器115/210的壓電諧振頻率與溫度之間的關系特定于壓電材料的所選類型、尺寸、形狀以及機械設計。依賴于溫度的關系被對于設計經驗地測量，并且然后被以控制器400內的查找表的形式來闡述。使用對于所測量的溫度在查找表中規(guī)定的頻率，控制器400選擇并且控制換能器115/210驅動頻率。超聲波130/215通過罐110傳播，從而產生由罐110的壁和浸沒在流體中的其它組件的反射。這些反射能夠干擾來自反射器135和/或表面205的回波反射。這能夠產生假回波反射，該假回波反射加到一串經記錄的回波反射或者抵消該串內的期望的回波反射。此外，流體的運動、溫度梯度、空氣氣泡以及其它污染物能夠干擾超聲聲波，從而在時間上產生漂移或者在所接收到的回波串內生成噪聲。為了確保所接收到的回波不被破壞，控制器400通過應用窗口濾波器來驗證返回的一串回波，該窗口濾波器檢查每個返回回波的時間相對于已知標準時間，以及對于從一個測量到下一個能夠發(fā)生的改變的預定容限。本方法的原理基于流體屬性與正在進行的測量的速率相比相對慢地改變的事實。例如，在DEF系統(tǒng)的操作期間，除了當罐110正被填充時，罐110中流體105的液面非常慢地改變(例如，在數分鐘期間)。在實際的實現中，測量每秒進行20次，而在緊跟罐填充或污染物的引入之后，流體的屬性花費幾十秒改變。因此，用于預望的或容許的時間窗口的參數可以被設計并且應用于每個返回回波時間。如果返回回波時間落入所定義的時間窗口內，則它被認為有效。相反地，如果返回回波時間落入所定義的時間窗口之外，它被認為無效。無效回波時間被控制器400丟棄，同時有效回波被用來計算存在于罐110內的DEF105的濃度。圖6示出了對于汽車級UREA和純凈水的多個混合物(S卩，DEF)的聲速對溫度圖形?；谒畬REA的量以及混合物的溫度，在質量感測系統(tǒng)100(和組合感測系統(tǒng)300)中，通過流體的聲速能夠從約1400米每秒(m/sec)到約1680m/sec變化,換能器115與反射器135之間的物理距離是固定的。因此，在給定溫度下，通過流體的聲速能夠由以下關系來表達:聲速⑴=DXNX2/T，其中其中D是換能器與反射器之間的距離，T是對于多次回波反射的時間測量，以及N是反射的數目。基于這個公式，控制器400對于通過DEF流體行進的超聲波計算依賴于溫度的聲速，并且然后通過向諸如圖6中所示出的查找表應用所計算的聲速和測量的溫度來確定UREA溶液的濃度。如可以看見的，使用多次反射將測量的分辨率增加了等于所使用反射的數目的倍數。替代地，可以 使用來自圖6的數據和傳感器系統(tǒng)100的已知物理參數來產生查找表，從而使得對于給定數目的反射，控制器400能夠基于所測量的溫度和經過驗證的回波反射時間來從表中直接地內插流體濃度。查找表的使用減少了控制器400所需要的存儲器，并且提高了控制器400的處理速度。流體105的濃度的數字或模擬表示被從控制器400傳送到輸出驅動器420，其將測量輸送到外部控制器以用于管理和控制車輛的DEF系統(tǒng)的功能。輸出驅動器420可能以數字驅動器形式，諸如用于直接地與車輛的數據總線通信的J1939或CAN總線，或者取決于特定應用的需要，輸出驅動器420可以生成另一適當的模擬信號或數字信號。污染物被引入到罐中(例如，當填充罐時)是可能的。表I描繪了對于當填充DEF系統(tǒng)時能夠被引入的多個潛在污染物而不是所規(guī)定的32.5%UREA溶液的近似聲速。如可以從表I中看見的，針對普通汽車液體的聲速大大地不同于DEF溶液。將污染物引入到罐110中改變了液體105內的聲速，這對于小偏差(諸如稀釋的UREA)來說容易地被檢測為UREA濃度水平的移位，或對于大偏差來說容易地被檢測為超范圍測量，諸如可能是柴油燃料的情況。
權利要求
1.一種用于確定罐中流體的質量和/或量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 換能器，所述換能器被配置成生成聲波并且檢測所述聲波的回波，所述換能器被定位在所述罐的底部附近，使得所述聲波朝向固定對象行進，所述固定對象被定位為離所述換能器已知距離； 溫度傳感器，所述溫度傳感器被配置成檢測所述流體的溫度；以及 控制器，所述控制器被配置成 產生信號以驅動所述換能器以產生所述聲波， 從所述換能器接收所檢測到的回波的指示， 從所述溫度傳感器接收所述流體的所述溫度的指示，并且 基于所述流體的所述溫度和從產生所述聲波時到檢測到所述回波時的時間段來確定污染物是否存在于所述流體中。
2.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述換能器產生超聲聲波。
3.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器通過改變驅動所述換能器的所述信號的振幅來調制所述聲波以提高所接收到的回波的質量。
4.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器通過改變驅動所述換能器的所述信號的脈沖的數量來調制所述聲波以提高所接收到的回波的質量。
5.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器在和所述換能器的依賴于溫度的諧振頻率相匹配的頻率下驅動所述換能器。
6.根據權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器使用查找表來確定所述換能器的所述依賴于溫度的諧振頻率。
7.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，當所述回波在預定時限內被所述換能器接收到時，所述控制器確定所檢測到的回波是有效的。
8.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，當所述回波的振幅是在預定范圍內時，所述控制器確定所檢測到的回波是有效的。
9.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，當所述回波的持續(xù)時間是在預定時間范圍內時，所述控制器確定所檢測到的回波是有效的。
10.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器通過對連續(xù)回波之間的時間進行測量并且平均來增加所確定的回波時間的分辨率。
11.一種用于確定罐中流體的質量和/或量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 換能器，所述換能器被配置成生成聲波并且檢測所述聲波的回波； 溫度傳感器，所述溫度傳感器被配置成檢測所述流體的溫度；以及 控制器，所述控制器被配置成 產生第一信號以驅動所述換能器來產生第一聲波， 從所述換能器接收第一檢測回波的指示， 從所述溫度傳感器接收所述流體的所述溫度的指示，并且 確定所述第一檢測回波是否在近場時間內被接收到。
12.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器被進一步配置成當所述第一檢測回波是在所述近場時間內時檢測第二回波。
13.根據權利要求12所述的系統(tǒng)，其中，當所檢測到的第二回波的幅度小于預定閾值時，所述控制器產生不同于所述第一信號的第二信號，以驅動所述換能器來產生第二聲波，所述控制器確定所述第二聲波的第一回波是否在近場時間中被檢測到，并且當所述第二聲波的所述第一回波是在所述近場時間中時檢測所述第二聲波的第二回波。
14.根據權利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器產生另外的不同的信號，直到檢測到具有大于所述閾值的振幅的第二回波為止。
15.根據權利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器基于所述流體的所述溫度和從檢測到所述第一回波時到檢測到所述第二回波時的時間段來確定所述流體中存在污染物和所述流體的體積中的一個。
16.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器被進一步配置成監(jiān)測所述超聲換能器的回響時間，并且忽略在緊跟所述回響時間結束之后的預定時間段期間檢測到的回波。
17.根據權利要求16所述的系統(tǒng)，其中，基于多個所述回響時間來計算近場時間。
18.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器通過改變驅動所述換能器的所述信號的振幅和改變驅動所述換能器的所述信號的脈沖的數量中的至少一個來調制所述聲波以提高所接收到的回波的質量。
19.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器在與所述換能器的依賴于溫度的諧振頻率相匹配的頻率下驅動所述換能器，所述控制器使用查找表來確定所述換能器的所述依賴于溫度的諧振頻率。
20.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，當所述回波在預定時限內被所述換能器接收至IJ、具有落入預定范圍內的振幅、具有預定時間范圍內的持續(xù)時間或者前述的組合時，所述控制器確定所檢測到的回波是有效的。
21.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器被進一步配置成當所述第一檢測回波是在所述近場時間內時檢測第二回波，并且當所檢測到的第二回波的幅度小于預定閾值時產生不同于所述第一信號的第二信號以驅動所述換能器來產生第二聲波，所述控制器確定所述第二聲波的第一回波是否在近場時間中被檢測到，并且當所述第二聲波的所述第一回波是在所述近場時間中時檢測所述第二聲波的第二回波，所述控制器被進一步配置成產生另外的不同的信號直到檢測到具有大于所述閾值的振幅的第二回波為止。
22.一種用于確定罐中流體的質量和/或量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 第一換能器，所述第一換能器被配置成生成第一聲波并且檢測所述第一聲波的回波； 第二換能器，所述第二換能器被配置成生成第二聲波并且檢測所述第二聲波的回波，所述第二聲波由離所述第二換能器已知距離的固定結構傳回； 溫度傳感器，所述溫度傳感器被配置成檢測所述流體的溫度；以及 控制器，所述控制器被配置成 產生第一信號以驅動所述第一換能器來產生第一聲波， 從所述第一換能器接收第一檢測回波的指示， 從所述溫度傳感器接收所述流體的所述溫度的指示，并且 確定所述第一檢測回波是否在近場時間內被接收到。
23.根據權利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器被進一步配置成當所述第一檢測回波是在所述近場時間內時檢測第二回波，并且當所檢測到的第二回波的幅度小于預定閾值時產生不同于所述第一信號的第二信號以驅動所述換能器來產生第二聲波，所述控制器確定所述第二聲波的第一回波是否在近場時間中被檢測到，并且當所述第二聲波的所述第一回波是在所述近場時間中時檢測所述第二聲波的第二回波，所述控制器進一步配置成產生另外的不同的信號直到檢測到具有大于所述閾值的振幅的第二回波為止。
24.根據權利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器基于從產生所述第二聲波時到檢測到所述回波時的時間段來確定所述流體中存在污染物，并且基于從產生所述第一聲波時到檢測到所述第一回波時的時間段和從檢測到所述第一回波時到檢測到所述第二回波時的時間段中的一個來確定所述罐中所述流體的體積。
25.根據權利要求24所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器使用所述流體的所述溫度來確定所述流體中存在污染物和所述罐中所述流體的體積。
26.根據權利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器通過改變驅動所述第一換能器的所述信號的振幅和改變驅動所述 第一換能器的所述信號的脈沖的數量中的至少一個來調制所述第一聲波以提高所接收到的回波的質量，并且其中，所述控制器通過改變驅動所述第二換能器的所述信號的振幅和改變驅動所述第二換能器的所述信號的脈沖的數量中的至少一個來調制所述第二聲波以提高所接收到的回波的質量。
27.根據權利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器在與所述換能器的依賴于溫度的諧振頻率相匹配的頻率下驅動所述第一和第二換能器，所述控制器使用查找表來確定所述換能器的所述依賴于溫度的諧振頻率。
28.根據權利要求22所述的系統(tǒng)，其中，當所述回波在預定時限內被所述第一換能器接收到、具有落入預定范圍內的振幅、具有預定時間范圍內的持續(xù)時間或前述的組合時，所述控制器確定所述第一聲波的所檢測到的回波是有效的，并且其中，當所述回波在預定時限內被所述第二換能器接收到、具有落入預定范圍內的振幅、具有預定時間范圍內的持續(xù)時間或前述的組合時，所述控制器確定所述第二聲波的所檢測到的回波是有效的。
29.根據權利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器基于從產生所述第二聲波時到檢測到所述回波時的時間段與從產生所述第一聲波時到檢測到所述第一回波時的時間段和從檢測到所述第一回波時到檢測到所述第二回波時的時間段中的一個的比率來確定所述罐中流體的體積。
30.一種用于確定罐中流體的質量和/或量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 第一換能器，所述第一換能器被配置成生成第一聲波并且檢測所述第一聲波的回波； 第二換能器，所述第二換能器被配置成生成第二聲波并且檢測所述第二聲波的回波，所述第二聲波由離所述第二換能器已知距離的固定結構傳回； 溫度傳感器，所述溫度傳感器被配置成檢測所述流體的溫度；以及 控制器，所述控制器被耦合到所述第一換能器、所述第二換能器以及所述溫度傳感器，并且具有車載診斷，所述車載診斷被配置成 基于不正確計算的通過所述流體的聲速來檢測錯誤條件，并且 生成指示所檢測到的所述錯誤條件的信號。
31.根據權利要求30所述的系統(tǒng)，其中，所計算的通過所述流體的聲速是錯誤地低的，并且所述控制器基于所確定的所述流體的稀釋和所確定的所述流體的液面的下降來檢測所述錯誤條件。
32.根據權利要求30所述的系統(tǒng)，其中，所計算的通過所述流體的聲速是錯誤地高的，并且所述控制器基于所確定的所述流體的液面超過最大極限來檢測所述錯誤條件。
全文摘要
一種用于確定罐中流體的質量和/或深度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括控制器、一個或多個換能器以及溫度傳感器。固定距離換能器朝向固定表面發(fā)射聲波。深度換能器發(fā)射被流體的表面反射的聲波。該溫度傳感器感測罐中流體的溫度并且將該溫度的指示提供給控制器?？刂破鳒y量聲波在固定距離換能器與固定表面之間行進的經過時間和聲波在深度換能器與保持在容器內的流體的表面之間行進的經過時間。使用該經過時間和流體的溫度，控制器能夠確定流體的質量和深度。
文檔編號G01N29/024GK103201600SQ201180054429
公開日2013年7月10日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權日2010年11月11日
發(fā)明者勞倫斯·B·雷默爾, 格雷戈里·P·墨菲 申請人:Ssi技術公司