CN110944864A - 测量储箱中流体的参数的测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆(3)的流体(4)储箱(1)，它包括设置为存储所述流体(4)的主体(5)和基于声波测量所述储箱(1)中流体(4)的参数的测量系统(9)。根据本发明，所述声波(6)是由其主要功能不是发出声波的另一系统(7)产生的。

Description

测量储箱中流体的参数的测量系统

技术领域

本发明涉及一种用于测量机动车辆储箱中的流体的参数(例如液位和/或浓度)的测量系统。

背景技术

燃料储箱包括对燃料液位的检测，以确定储箱中剩余的容量。该液位检测也可与对燃料浓度的检测关联。每个检测可例如以声学方式实现。超声波发射器可由此生成波，波被燃料上表面反射，然后被超声波接收器截获，这允许根据在发射与接收之间经过的时间来确定储箱中的燃料高度。相近的原理还能够基于恒定波路线确定浓度变化。

然而，这些检测的电能消耗很大，并且所使用的发射器/接收器组件不仅增大储箱重量、由此伴随地增大机动车辆重量，而且还增加部件的价格。

发明内容

本发明的目的在于通过提出一种测量系统来弥补这些缺陷，该测量系统在降低能耗和所需质量的同时、保证相同的可靠性水平。

为了该效果，本发明涉及一种用于机动车辆的流体储箱，其特征在于，它包括设置为存储流体的主体和基于声波测量储箱中的流体的参数的测量系统，该测量系统包括至少一个声学传感器，该声学传感器用于获取由其主要功能不是发出声波的另一系统产生的称为噪音的声波。

有利地根据本发明，该测量系统不包括声波发生器，但使用已经在储箱中或围绕储箱存在的另一系统来产生用于测量储箱中的流体的液位和浓度的声波。因此可理解的是，当该另一系统运行时或在选定时间控制该另一系统运行时，能够实现测量。这能够在不降低测量质量的同时、对于检测要求更少的元件，以消耗更少的能量并使得重量更小。可替代地，对于相同的重量，变得能够集成新的功能。最后，通过减少一个(声波)发送器的组装和连接，这允许简化安装。

根据本发明的可选的其它实施特征：

-所述另一系统是将流体提取到储箱外的提取系统，这允许使用已经淹没在储箱的流体中的系统；

-所述测量系统获取由所述提取系统的泵产生并在流体中传输的声波，这有利地允许提供合适的声波；

-所述测量系统获取由所述提取系统的阀门产生并在流体中传输的声波，这有利地允许在不存在泵时(例如对于受压流体)提供声波；

-所述测量系统包括检测流体浓度的检测设备，该检测设备包括相对于所述另一系统以固定距离安装的声学反射元件，至少一个安装在反射元件与该另一系统之间以获取由该另一系统产生的声波的声学传感器，和设置为确定流体浓度的计算模块。这有利地使得能够跟踪相对于同一固定距离声波所经过的时长变化；

-声学反射元件由储箱的主体形成(这允许不需要附接附加的零件)或由安装在储箱中的板形成；

-计算模块包括基于固定距离、流体类型和检测到的由另一系统所产生的每道声波与由反射元件返回的回声之间所经过的时间来确定流体浓度的装置，这允许监控流体性质或物相变化；

-所述测量系统包括检测流体液位的检测设备和设置为确定流体液位的计算模块，该检测设备包括安装在储箱中以获取由另一系统产生的声波的声学传感器，这有利地允许监控储箱中流体的高度变化并因此监控储箱中剩余的容量；

-所述计算模块包括基于流体类型和检测到的由另一系统产生的每道声波与被流体上表面反射的回声之间所经过的时间来确定储箱中流体液位的装置，这允许监控流体的高度变化而无需反射性浮子或多个传感器；

-所述测量系统包括安装在储箱底部的第一声学传感器、安装在储箱上部的第二声学传感器与计算模块，该计算模块包括基于第一与第二声学传感器之间的距离、流体的类型、填充气体的类型和检测到由另一系统生成的每道声波在第一声学传感器和第二声学传感器之间所经过的时间来确定储箱中的流体液位的装置，这有利地允许监控储箱中的流体的高度变化并因此监控储箱中剩余的容量；

-所述测量系统包括安装在储箱中的多个声学传感器以在多个位置处获取由另一系统生成的声波，和设置为确定流体液位和/或浓度的计算模块，这允许在储箱的多个位置处监控流体的性质或物相变化，和/或依据储箱在多个位置处流体的性质或物相变化，监控储箱中的流体的高度变化并因此监控储箱中剩余的容量；

-所述多个声学传感器安装为相互间隔一距离、并具有确定的取向，计算模块包括基于所述多个声学传感器之间的距离和取向、流体的类型和所述多个声学传感器检测到由另一系统产生的每道声波之间所经过的时间来确定储箱中流体的液位和/或浓度的装置，这使得能够对储箱中的流体进行空间建模；

-声学传感器相互排齐并间隔恒定地距离，这允许根据预定的平行平面确定空间模型。

本发明还涉及一种机动车辆，其特征在于，它包括如上所述的储箱。更具体地说，储箱可以例如是用于热机的燃料储箱、用于热机的燃料的添加剂储箱、用于对热机排放气体去除污染的产品储箱，或用于燃料电池的燃料储箱。

最后，本发明涉及一种测量包含在机动车辆的储箱中的流体的参数的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

-获取在流体中传播的、由其主要功能不是发出声波的系统产生的称为噪音的声波；

-根据从所检测到的声波测得的数值来确定流体的参数。

附图说明

由以下示意性且绝无限制性地参照附图做出的说明，其它特点和优点将变得显而易见，在附图中：

-图1是包括根据本发明的储箱的机动车辆的示意性俯视图；

-图2是根据本发明的储箱的第一实施方式的示意性剖视图；

-图3是根据本发明的储箱的第二实施方式的示意性剖视图；

-图4是根据本发明的储箱的第三实施方式的示意性剖视图；

-图5是由根据本发明的第三实施方式的测量系统所获得的信号的图示。

具体实施方式

在各幅图中，相同或相似元件具有相同的附图标记，可能会添加下标。因此，对它们结构和它们功能的说明不系统地重复。

在整个下文中，取向是机动车辆的常见取向。具体地说，“上”、“下”、“左”、“右”、“上方”、“下方”、“向前”和“向后”这些词一般指的是相对于机动车辆的正常行驶方向和驾驶员的位置。

如在图1中可见，本发明涉及用于安装在机动车辆3中的储箱1。绝非限制性地，储箱1可由此是用于热机2的燃料储箱、用于热机2的燃料添加剂储箱、用于对热机2的排放气体去除污染的产品储箱、用于供热机2吸入(空气或空气-燃料混合物)的水储箱、或用于燃料电池的燃料储箱。因此可理解，流体4可以是例如汽油或柴油的燃料，二氧化铈，尿素，氨，去矿物质水或二氢。

在图2中可见的第一实施方式中，流体4的储箱1包括设置为存储流体4的主体5。储箱1包括用于将流体4提取到储箱1外以在机动车辆3中使用该流体的提取系统7。提取系统7可包括尤其是泵送装置，该泵送装置设有由电机驱动的泵8和控制阀门。

而且，储箱1另外还包括测量系统9，该测量系统用于测量储箱1中的流体4的参数以管理流体4在机动车辆3中的使用。有利地，根据本发明，测量系统9设置为获取由另一系统生成的声波6(该另一系统的主要功能不是发射声波6)，以确定例如储箱1中的流体4的液位和/或浓度和/或密度和/或污染度(纯度)和/或电导率。绝非限制性地，在以下说明中，所使用的另一系统可以是流体4的提取系统7。

更具体地说，测量系统9能够获取由提取系统7产生的声波6所引起的流体4中的分子位移，流体4中的分子速度变化，流体4中的密度变化，或流体4中的压强变化。

绝无限制性地，声波6可由此通过泵8、其电机、阀门或提取系统7的任何其它元件的运行来生成。因此可以理解的是，当提取系统7在运行中或通过在选定的时间控制提取系统7运行时，能够使用测量系统9。

如图2所示的例子中，第一实施方式使用泵8作为声波6的发生器。测量系统9包括用于检测流体4浓度的检测设备11。设备11优选地包括反射元件12，该反射元件12相对于提取系统7以固定的距离安装，以便提前知悉由提取系统7生成的声波6将在流体4中行进的距离。元件12可由此形成安装为向储箱1内部凸起的板。然而，根据储箱1的几何形状，反射元件12可替代地由储箱1的主体5的一部分形成。

而且，设备11包括至少一个安装在反射元件12与提取系统7之间的声学传感器13，以获取由提取系统7生成的声波6_e以及它们的回声(即被反射元件12反射的声波6_r)。当由提取系统7的泵8产生声波6时，声学传感器13优选地是宽频带或窄频带超声波接收器。

最后，设备11包括计算模块14，该计算模块14设置为确定流体4浓度。更具体地说，计算模块14基于固定的距离、流体类型和检测到的由提取系统7发射的每道声波6_e与由反射元件12返回的回声6_r之间经过的时间来确定流体4的浓度。实际上，声波传播固定距离的时间变化能够监控流体4的浓度变化。当然，根据储箱1的设置、固定距离和流体4类型的预先标定能够使得计算模块14精确地测量实际浓度并适应同一类型的储箱1的可能的制造变化。

绝无限制性地，可例如在传感器13的存储器中存储对应表，该传感器通过内插(interpolation)或比较来确定流体4的浓度值。由此，浓度与在介质中传播的声波6在固定距离上发射与接收之间经过的时间成比例。

如图2所示的例子中，根据第一实施方式，测量系统9还包括用于测量流体4液位的测量设备15，该测量设备包括至少一个安装在储箱1中的声学传感器13，以获取由提取系统7发射的声波6_e及其回声(即由流体4的上表面4_s反射的声波6_r)。实际上，储箱的上部部分主要包括填充气体(例如空气)，或充装气体和流体4另一物相之间的混合物，所发射的声波6_e将主要被反射6_r，并由此向传感器13返回。

而且，设备15包括计算模块14，该计算模块14设置为确定流体4的液位，即储箱1中的流体4的上表面4_s的高度。更具体地说，计算模块14基于流体类型和检测到的由提取系统7产生的每道声波6_e与被流体4的上表面4_s返回的回声6_r之间所经过的时间来确定储箱1中的流体4的液位。实际上，声波完成往返的时间变化能够监控流体4的液位变化。当然，根据储箱1的设置、流体4的浓度和流体4的类型的预先标定允许计算模块14精确地测量实际液位并适应同一类型的储箱1的可能的制造变化。

绝无限制性地并与流体4浓度确定类似地，流体4的液位等于介质中的声速与声波6发射与接收之间的时长的乘积。介质中的声速对于介质的密度是敏感的，并因此对于浓度也是敏感的，浓度补偿对于确保检测性能是有用的。

因此可理解的是，用于检测系统9的流体4的浓度和液位的检测设备11、15可以在它们运作中相结合，甚至共享同一单一传感器13。则立即认识到，本发明在不降低测量质量的情况下，能够使用更少的元件来实现检测，从而消耗更少的能量并重量更小。

如图3所示的第二实施方式中，流体4的储箱1包括设置为存储流体4的主体5。储箱1另外还包括与第一实施方式相同的用于将流体4提取到储箱1外以在机动车辆3中使用该流体的提取系统7。而且，储箱1另外还包括用于测量储箱1中的流体4的参数以管理在机动车辆3中使用的流体4的测量系统9。有利地，根据本发明，测量系统9设置为获取由另一系统生成的声波6(该另一系统主要功能不在于发射声波6)，以确定储箱1中流体4的例如液位和/或浓度。绝无限制性地，在以下说明中，所使用的另一系统可以是流体4的提取系统7。

更具体地说，测量系统9能够获取由提取系统7产生的声波6所引起的流体4中的分子位移，流体4中的分子速度变化，流体4中的密度变化，或流体4中的压强变化。

绝无限制性地，声波6可由此通过泵8、其电机、阀门或提取系统7的任何其它元件的运行来生成。因此可以理解的是，当提取系统7在运行中或通过在选定的时间控制提取系统7运行时，能够使用测量系统。

如图3所示的例子中，第二实施方式使用泵8作为声波6的生成器。测量系统9包括与第一实施方式相同的、具有相同效果和优点的用于检测流体4浓度的检测设备11，以精确地测量储箱1中的流体4的实际浓度。

如图3所示的例子中，根据第二实施方式，测量系统9还包括用于检测流体4液位的检测设备15，该检测设备包括至少两个安装在储箱1中的声学传感器13，以获取由提取系统7生成的声波6_e以及穿过流体4的上表面4_s传输的声波6_t。实际上，储箱1的上部部分主要包括填充气体(例如空)气，或填充气体和流体4的另一物相的混合物，所发射的声波6e将部分地被传输6_t，并由此到达第二传感器13。

而且，设备15包括设置为确定流体4液位(即储箱1中的流体4的上表面4_s的高度)的计算模块14。更具体地说，计算模块14基于第一与第二声学传感器13之间的距离、流体类型、填充气体类型和检测到的由提取系统7生成的每道声波在第一声学传感器13与第二声学传感器13之间经过的时间来确定储箱中的流体4的液位。实际上，第一与第二声学传感器13的检测之间的时长变化能够监控流体4的液位变化。当然，根据储箱1的设置，流体4的浓度、填充气体类型和流体4类型的预先标定能够使得计算模块14精确地测量实际液位，并适应同一类型的储箱1的可能的制造变化。

因此可理解的是，用于检测系统9的流体4的浓度和液位的检测设备11、15可以在它们运作中相结合，甚至共享传感器13中的一个。则立即认识到，本发明能够在不降低测量质量的情况下，使用更少的元件来实现检测，从而消耗更少的能量并重量更小。

如图4所示的第三实施方式中，流体4的储箱1包括设置为存储流体4的主体5。储箱1包括与第一和第二实施方式的相同的用于将流体4提取到储箱1外以将其用于机动车辆3中的提取系统7。

而且，储箱1包括用于测量储箱1中的流体4的多个参数以管理在机动车辆3中使用流体4的测量系统9。有利地、根据本发明，测量系统9设置为获取由另一系统生成的声波6(该另一系统的主要功能不在于发射声波6)，以确定储箱1中的流体4的例如液位和/或浓度。绝无限制性地，在以下说明中，所使用的另一系统可以是流体4的提取系统7。

更具体地说，测量系统9能够获取由提取系统7产生的声波6所引起的流体4中的分子位移，流体4中的分子速度变化，流体4中的密度变化，或流体4中的压强变化。

绝无限制性地，声波6可由此通过泵8、其电机、阀门或提取系统7的任何其它元件的运行来生成。因此可以理解的是，当提取系统7在运行中或通过在选定的时间控制提取系统7运行时，能够使用测量系统。

如图4所示的例子中，第三实施方式使用泵8作为声波6的发生器。测量系统9包括多个声学传感器13₁、13₂、13₃、13_n，这些声学传感器安装在储箱1中，以在多个位置获取提取系统7所发射的声波6_e以及流体4上表面4s所反射的声波6_r或穿过流体4上表面4_s所传输的声波6_t。

声学传感器13₁、13₂、13₃、13_n优选地安装为相互间隔一距离、并具有确定的取向，以允许确定储箱1中的流体4的液位以及流体4在多个不同位置处的浓度。实际上，机动车辆3的储箱1经受了所穿越环境的气候的随机变化。由此，根据流体4的性质，可能会发生结冰和解冻阶段。则可理解，流体4的物相以及伴随地声波6的传播可能会改变。

有利地，根据本发明，声学传感器13₁、13₂、13₃、13_n因此优选地安装为相互间隔一距离、并具有确定的取向。绝无限制性地，声学传感器13₁、13₂、13₃、13_n的分布可以圆形、球形、多边形、棱柱形或直线形实现。在图4的例子中，声学传感器13₁、13₂、13₃、13_n在储箱1的底部与储箱1的上部部分之间彼此排齐为相距恒定的距离。每个声学传感器13₁、13₂、13₃、13_n因此检测提取系统7所产生的声波6。

测量系统9还包括设置为确定流体4的液位和/或浓度的计算模块14。更具体地说，计算模块14基于声学传感器13₁、13₂、13₃、13_n之间的距离和取向、流体4类型和检测到的提取系统7所产生的每道声波在声学传感器13₁、13₂、13₃、13_n之间经过的时间来确定储箱1中的流体4的液位和浓度。

图5示出通过根据本发明的测量系统9获得的信号的一个例子。横轴指示经过的时间，纵轴显示每个传感器13₁、13₂、13₃、13_n的信号。由此，在时刻t1，传感器13₁检测到提取系统7所发射的具有非常高强度的波6_et1。在时刻t2，传感器13₂检测到提取系统7所发射的具有高强度的相同的波6_et2。在时刻t3，传感器13₃检测到提取系统7所发射的具有中等强度的相同的波6_et3。最后，在时刻tn，传感器13_n检测到穿过流体4上表面4_s传输的具有更弱强度的相同的波6_ttn。

然后，在时刻t3’，传感器13₃检测到被流体4的上表面4s反射的相同的波。在时刻t2’，传感器13₂检测到被流体4的上表面4s反射的相同的波。最后，在时刻t1’，传感器13₁检测到被流体4的上表面4s反射的相同的波。

因此可理解，能够通过计算模块14，通过时长t1’-t1和传感器13₁在储箱1中的位置，获得储箱1中的流体4的液位的平均值。实际上，声波实现往返的时长t1’-t1的变化使得能够监控流体4的液位变化。

而且，可根据每个传感器13₁、13₂、13₃、13_n之间的空间分布来对流体4的浓度进行建模。实际上，声波传输完每个传感器13₁、13₂、13₃、13_n之间的固定距离的时间变化能够监控流体4在每个传感器13₁、13₂、13₃、13_n之间的浓度变化。

最后，借助计算模块14，通过按顺序地使用流体4的浓度和每个传感器13₁、13₂、13₃、13_n之间的时间，可获得流体4液位的更加精确的数值。当然，根据储箱1的设置，对传感器13₁、13₂、13₃、13_n的分布、流体4浓度和流体4类型的预先标定能够使得计算模块14精确地测量实际液位和/或实际浓度，并适应同一类型的储箱1的可能的制造变化。

本发明不限于所描述的实施方式和变型，其它实施方式和变型对于本领域技术人员会是明显的。尤其可行的是，声波由不同于提取系统7的另一系统生成。该另一系统可由此存在或不存在于储箱1中，例如像机动车辆3的发动机2，或环绕储箱1的环境噪音。

而且，在第三实施方式的情况中，测量设备9显然可适用于不是由另一系统(该另一系统的主要功能不在于发射声波6)、而是由测量设备9本身发射的声波6，也就是说属于测量设备9的专用声音发射器。

有利地根据本发明，测量系统9不限于如上所述的检测流体4的液位和/或浓度。由此，例如像在载热流体(例如水)4的储箱1的情况下，测量系统9可设置为获取其主要功能不在于发射声波6的另一系统所生成的声波6，以确定例如储箱1中的载热流体4的密度和/或污染度(纯度)和/或电导率。这些信息实际上对于控制降低例如热机的空气或空气-燃料混合物的吸入温度是有用的。

Claims (14)

1.一种用于机动车辆(3)的流体(4)储箱(1)，其特征在于，该储箱包括设置为存储所述流体(4)的主体(5)和基于声波测量所述储箱(1)中流体(4)的参数的测量系统(9)，该测量系统(9)包括至少一个声学传感器(13)，该声学传感器用于获取由另一系统(7)产生的称为噪音的声波(6)，所述另一系统的主要功能不是发出声波。

2.如权利要求1所述的储箱(1)，其中，所述另一系统是将所述流体(4)提取到所述储箱(1)外的提取系统(7)。

3.如权利要求1或2所述的储箱(1)，其中，所述测量系统(9)包括检测所述流体(4)浓度的检测设备(11)、所述声学传感器(13)和设置为确定所述流体(4)浓度的计算模块(14)，所述检测设备包括相对于所述另一系统以固定距离安装的声学反射元件，所述声学传感器(13)安装在所述反射元件与所述另一系统(7)之间以获取由该另一系统(7)产生的声波(6)。

4.如权利要求3所述的储箱(1)，其中，所述声学反射元件由所述储箱(1)的主体(5)形成、或由安装在所述储箱(1)中的板(12)形成。

5.如权利要求3或4所述的储箱(1)，其中，所述计算模块(14)包括基于所述固定距离、所述流体(4)的类型和检测到的由所述另一系统(7)所产生的每道声波(6)与由所述反射元件返回的回声之间所经过的时间来确定所述流体(4)的浓度的装置。

6.如上述权利要求中任一项所述的储箱(1)，其中，所述测量系统(9)包括检测所述流体(4)液位的检测设备(11)和设置为确定所述流体(4)液位的计算模块(14)，所述检测设备包括安装在所述储箱(1)中、以获取由所述另一系统产生的声波(6)的声学传感器(13)。

7.如权利要求6所述的储箱(1)，其中，所述计算模块(14)包括基于所述流体的类型和检测到的由所述另一系统产生的每道声波(6)与被所述流体(4)上表面(4_S)反射的回声之间所经过的时间来确定所述储箱(1)中的流体(4)液位的装置。

8.如权利要求6所述的储箱(1)，其中，所述测量系统(9)包括安装在所述储箱(1)底部的第一声学传感器(13)、安装在所述储箱(1)上部的第二声学传感器(13)与所述计算模块(14)，所述计算模块(14)包括基于所述第一与第二声学传感器(13)之间的距离、所述流体(4)的类型、填充气体的类型和检测到由所述另一系统(7)产生的每道声波(6)在所述第一声学传感器(13)和所述第二声学传感器(13)之间所经过的时间来确定所述储箱(1)中的流体(4)液位的装置。

9.如权利要求1或2所述的储箱(1)，其中，所述测量系统(9)包括安装在所述储箱(1)中的多个声学传感器(13)以在多个位置处获取由所述另一系统(7)产生的声波(6)，和设置为确定所述流体(4)液位和/或浓度的计算模块(14)。

10.如权利要求9所述的储箱(1)，其中，所述声学传感器(13)安装为相互间隔一距离、并具有确定取向，所述计算模块(14)包括基于所述声学传感器(13)之间的距离和取向、所述流体(4)的类型和所述声学传感器(13)检测到由所述另一系统(7)产生的每道声波(6)之间所经过的时间来确定所述储箱(1)中所述流体(4)的液位和/或浓度的装置。

11.如权利要求10所述的储箱(1)，其中，所述声学传感器(13)相互排齐并间隔恒定的距离。

12.一种机动车辆(3)，其特征在于，它包括如上述权利要求中任一项所述的储箱(1)。

13.如权利要求12所述的机动车辆(3)，其中，所述储箱(1)是用于热机(2)的燃料储箱、用于热机(2)的燃料的添加剂储箱、用于对热机(2)排放气体去除污染的产品储箱，或用于燃料电池的燃料储箱。

14.一种测量包含在机动车辆(3)的储箱(1)中的流体(4)的参数的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

-获取在所述流体(4)中传播的、由其主要功能不是发出声波的系统(7)产生的称为噪音的声波(6)；

-根据从所获取的波测得的数值来确定所述流体(4)的所述参数。

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