确定具有底部的罐中流体的质量和量的系统和方法技术方案

一种确定具有底部的罐中流体的质量和量的系统和方法，该系统包括：第一换能器和第二换能器，分别被配置成生成在水平方向中的第一声波并且检测第一声波的第一回波和生成在竖直方向中的第二声波并且检测第二声波的第二回波；以及控制器，被配置成产生第一信号和第二信号以分别驱动所述第一换能器以产生所述第一声波和驱动所述第二换能器以产生所述第二声波，从第一换能器和第二换能器分别接收所检测到的第一回波的第一指示和所检测到的第二回波的第二指示，基于所述第一指示，确定从由所述流体的质量和所述流体的浓度组成的组中选择的至少一个，基于所述第二指示，确定从由所述流体的量和所述流体的液位组成的组中选择的至少一个。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 本申请是申请日为2011年11月11日、国际申请号为PCT/US2011/060442、中国国 家申请号为201180054429. 3、专利技术名称为"确定柴油机排气流体的质量和/或深度的系统 和方法"的中国专利申请的分案申请。 相关申请 本申请要求于2010年11月11日提交的在先提交的共同未决的美国临时专利申 请No. 61/412, 667的权益，其全部内容通过引用于此结合。
技术介绍
本专利技术涉及用于确定基于水的流体的质量或浓度和/或罐内流体的深度的系统 和方法。具体地，本专利技术涉及用于确定包含在罐内的柴油机排气流体（DEF)的质量和浓度 和/或罐内DEF的深度的系统和方法。 DEF被用来减少柴油发动机的排气中的氮氧化物（NOx)气体。DEF是作为雾状物 注入到排气中的、32. 5 %汽车级UREA和纯净水的混合物。雾状物和排气混合并且将排气中 的NOx离解成氮、水以及二氧化碳。当诸如柴油燃料、水、乙二醇等的污染物和DEF混合时， DEF减少排气中的NOx的能力被削弱和/或可能对NOx还原系统产生不可逆损害。 DEF被存储在车辆的罐中并且以对正被燃烧的柴油燃料成约1:50的比率被注入 到排气中。确定罐中DEF的液面以便当有需要添加额外的DEF时向用户提供指示。
技术实现思路
本专利技术使用浸入压电超声换能器来检测罐中DEF的液面（例如，以向操作员提供 剩余DEF量的指示），并且确定DEF是否已经被污染（包括确定污染物的类型和量）。DEF 溶液内UREA的浓度水平也被测量。可以向DEF控制系统提供DEF流体质量的指示，使用户 能够视需要采取补救措施。 在一个实施例中，本专利技术提供了包括罐、控制器、换能器以及温度传感器的系统。 温度传感器感测罐中流体的温度。控制器使用所感测的温度来得到通过流体行进的超声信 号的依赖于温度的声速。控制器生成用于换能器的第一命令信号。作为响应，换能器生成 朝向固定表面的超声声波并且接收被该固定表面反射的超声声波的回波。控制器确定在通 过换能器发射超声声波与通过换能器接收回波之间的经过时间。控制器还基于该经过时间 和所感测的流体的温度来确定罐中的流体中任何污染物的浓度和存在。 控制器还通过调制所发射的超声声波的振幅来提高所接收到的超声回波的质量。 控制器通过改变施加到换能器的命令信号的电压脉冲的振幅和/或数目来调制超声声波。 优选地，换能器在谐振下被驱动，其中电压脉冲系列的频率与换能器的依赖于温度的频率 特性相匹配。控制器可以使用包括基于温度的信息的查找表来生成该命令信号。 控制器还确定超声回波是否是有效的。当回波在预定时间窗口内被接收到时，超 声回波被确定为有效。当表示回波的信号的振幅在预定范围内时，回波被进一步确定为有 效。当表示回波的信号的持续时间在预定范围内时，回波被进一步确定为有效。控制器生 成预期经过时间窗口、预期回波振幅范围以及预期回波持续时间范围中的至少一个。 控制器能够记录给定超声发射的多个回波反射以增加所记录的时间测量的分辨 率。此外，来自温度传感器的信息可以通过耦合到控制器的通信模块而被分配到其它设备 和其它位置。 在另一实施例中，本专利技术提供了包括罐、控制器、换能器以及温度传感器的系统。 温度传感器感测罐中流体的温度，并且将该温度的指示提供给控制器。控制器使用所感测 的温度来得到通过流体行进的超声信号的依赖于温度的声速。控制器生成用于换能器的第 一命令信号，检测来自换能器的第一回波信号，并且确定换能器在近场时间内是否接收到 该第一回波信号。如果该第一回波信号在近场时间内被接收到，则控制器检测具有预定范 围内的幅度的第二回波信号。如果该第二回波信号在预定时间量内未被检测到，则控制器 忽略第一回波信号，并且生成不同于第一命令信号的第二命令信号。控制器修改第二命令 信号直到第二回波信号被检测到为止。控制器将第一回波信号或在第一回波信号与第二回 波信号之间的差转换为表示到目标的距离的值或罐中流体量的体积表示。为了确保控制器 能够区分真实的回波信号和二次回波反射，控制器被编程为测量通过紧跟触发命令之后连 续地监测换能器的输出来测量换能器的回响时间（ring time)。当输出信号持续预定的时 间段为高时，控制器认为回响时间结束。控制器被编程为补偿能够影响回响时间和其它测 量变量的温度改变，并且在进行每个测量之前确定换能器的回响时间。控制器将近场时间 设置在回响时间的约二又三分之一倍。 控制器还生成具有多个驱动脉冲的命令信号，该多个驱动脉冲调制所发射的超声 声波的振幅以优化所接收到的超声回波的质量。优选地，换能器以一系列脉冲在谐振下被 驱动，使得脉冲的频率与换能器的依赖于温度的频率特性相匹配。控制器可以利用具有基 于温度的数据的查找表来生成所述命令信号。 控制器还确定超声回波是否是有效的。当回波在预定时间窗口内被接收到时、当 表示回波的信号的振幅在预定范围内时以及当表示回波的信号的持续时间是在预定范围 内时，超声回波被确定为有效。控制器生成预期经过时间窗口、预期回波振幅范围以及预期 回波持续时间范围中的至少一个。 控制器还确定污染物已经被引入到罐内（例如，在罐的填充期间）的似真性。控 制器将第一回波信号的经过时间和在第一回波信号与第二回波信号之间的差的经过时间 中的一个转换为表示到目标的距离的值或罐中流体量的体积表示。当所计算的距离或罐中 流体量的体积超过罐的容量时，控制器生成故障输出。 在一个实施例中，本专利技术提供了包括罐、控制器、两个换能器以及温度传感器的系 统。温度传感器感测罐中流体的温度，并且控制器使用所感测的温度来得到通过罐中流体 行进的超声波信号的依赖于温度的声速。控制器生成用于第一换能器的第一命令信号，从 而使第一换能器生成朝向浸没在罐内的固定目标的超声声波。当该波被固定目标反射回到 换能器时，控制器接收该超声声波的一系列回波。该声波在目标与换能器之间来回地反跳 多次。控制器确定通过第一换能器发射超声声波与通过第一换能器接收回波之间的经过时 间。控制器还使用对于接收经发射的回波中的至少一个所需要的经过时间和所感测的流体 的温度来计算通过流体行进的超声波的声速。基于所计算的声速和所感测的流体的温度， 控制器确定该流体的浓度和罐中的流体内任何污染物的存在。 控制器生成用于第二换能器的第二命令信号，并且确定第二换能器在近场时间内 是否接收到回波信号。如果该回波信号在近场时间内被接收到，则控制器检测来自第二换 能器的预定幅度的第二回波信号。如果第二回波信号在预定的时间量内未被检测到，则控 制器忽略第一回波信号，并且生成不同于第一命令信号的第二命令信号。控制器修改第二 命令信号直到第二回波信号被检测到为止。控制器使用接收第一回波信号所需要的时间或 在第一回波信号与第二回波信号之间的时间差来计算表示到目标的距离的值或罐中流体 量的体积表示。为了确保控制器能够区分真实的回波信号和二次回波反射，控制器被编程 为测量通过紧跟触发命令之后连续地监测换能器的输出来测量换能器的回响时间。一旦来 自换能器的检测信号持续预定的时间段为高时，控制器认为回响时间结束。温度传感器被 耦合到控制器，并且控制器被编程为补偿能够影响回响时间和其它测量变量的温度改变。 耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定具有底部的罐中流体的质量和量的系统，所述系统包括：第一换能器，所述第一换能器被配置成生成在水平方向中的第一声波并且检测所述第一声波的第一回波；第二换能器，所述第二换能器被配置成生成在竖直方向中的第二声波并且检测所述第二声波的第二回波；以及控制器，所述控制器被配置成产生第一信号以驱动所述第一换能器以产生所述第一声波，产生第二信号以驱动所述第二换能器以产生所述第二声波，从所述第一换能器接收所检测到的第一回波的第一指示，从所述第二换能器接收所检测到的第二回波的第二指示，基于所述第一指示，确定从由所述流体的质量和所述流体的浓度组成的组中选择的至少一个，以及基于所述第二指示，确定从由所述流体的量和所述流体的液位组成的组中选择的至少一个。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦斯·B·雷默尔，格雷戈里·P·墨菲，
申请(专利权)人：SSI技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US