CH683208A5

CH683208A5 - Measuring and evaluation device for determining gaseous volume in fuel tank - generates acoustic noise signal, measures acoustic pressure and classifies pattern vectors

Info

Publication number: CH683208A5
Application number: CH83892A
Authority: CH
Inventors: Alfred Stirnemann; Regula Gasser
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1994-01-31

Abstract

The measuring device transmits an acoustic signal via a sound measurement cavity (4) into the volume (1a) of the fuel tank (1) to be measured. A sound pressure sensor (10) detects the total acoustic signal P1 in the measuring cavity and feeds the signal to an amplifier. The measured values, or sequences of values are used to form a pattern vector which is classified and fed to a display (21), e.g. screen, printer or speech output device. The signals are pref. analysed in third-octave or octave bands. An unknown characteristic vector is weighted with a neural network and the vector assigned a volume class. USE/ADVANTAGE - For determining level of fuel in motor vehicle fuel tank. Allows measurement of differing tank shapes. Independent of level meters which may already be present.

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft eine Mess- und Auswertevorrichtung zum Bestimmen des gasförmigen Volumens eines Flüssigkeitsbehälters gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to a measuring and evaluation device for determining the gaseous volume of a liquid container according to the preamble of claim 1.

Messgeräte zur Erfassung des Füllungsstandes eines Flüssigkeitsbehälters respektiv des gasförmigen Restvolumens sind in vielfältiger Weise im Handel erhältlich und ermöglichen die Bestimmung und Überwachung dieser Parameter für eine Vielzahl von Flüssigkeitsbehälter. Üblicherweise sind diese Messgeräte an einen Flüssigkeitsbehälter respektive dessen Bauform angepasst, sodass die Messgeräte nicht für unterschiedlichste Bauformen des Behälters anwendbar sind. Measuring devices for recording the filling level of a liquid container or the gaseous residual volume are commercially available in a variety of ways and enable the determination and monitoring of these parameters for a large number of liquid containers. These measuring devices are usually adapted to a liquid container or its design, so that the measuring devices cannot be used for the most varied designs of the container.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Mess- und Auswertevorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, durch die der Füllstand respektiv das gasförmige Restvolumen eines Flüssigkeitsbehälters für unterschiedlichste Behälterformen, insbesondere für Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen, zuverlässig von aussen gemessen werden kann, unabhängig von einer eventuell bereits vorhandenen Füllstandsanzeige. It is therefore an object of the present invention to provide a measuring and evaluation device of the type mentioned at the outset, by means of which the fill level or the gaseous residual volume of a liquid container for a wide variety of container shapes, in particular for motor vehicle fuel tanks, can be measured reliably from the outside, independently of a possibly already existing level indicator.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1. According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Mess- und Auswertevorrichtung möglich. The measures listed in the dependent claims allow advantageous developments and improvements of the measuring and evaluation device specified in claim 1.

Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung kann der gasförmige Volumeninhalt eines Flüssigkeitsbehälters, so z.B. das Restvolumen des Kraftstofftan-kes eines Kraftfahrzeuges, präzise ermittelt werden. Dabei ist man z.B. nicht auf die fehleranfällige oder fälschbare Füllstandsanzeige des Kraftfahrzeuges angewiesen, sondern kann z.B. durch direkte An-koppelung der Messvorrichtung an den Tankeinfüllstutzen das Restvolumen des Flüssigkeitsbehälters bestimmen. With the device according to the invention, the gaseous volume content of a liquid container, e.g. the residual volume of the fuel tank of a motor vehicle can be determined precisely. One is e.g. does not rely on the error-prone or falsifiable level indicator of the motor vehicle, but can e.g. determine the remaining volume of the liquid container by directly coupling the measuring device to the tank filler neck.

Das gasförmige Restvoiumen des Behälters wird mittels einer akustischen Messmethode bestimmt. Unter Verwendung einer akustischen Terminologie entspricht das Luftvolumen im Behälter einer akustischen Feder. Das Zuleitungselement zwischen dem Einfüllstutzen und dem eigentlichen Flüssigkeitsbehälter ist üblicherweise als ein zylinderförmiges, rohrartiges Element ausgebildet, wobei die darin befindlichen Gasmoleküle einer akustischen Masse entsprechen. Eine gasdichte und z.B. zylinderförmige Messvorrichtung, in der sich mindestens eine schallerzeugende Vorrichtung sowie ein Schalldruck-Sensor befindet, wird möglichst leckarm an den Einfüllstutzen des Flüssigkeitsbehälters angekoppelt. Der Lautsprecher wird mit einem Testsignal, zum Beispiel einem Rauschen oder einem Impuls, angeregt, worauf sich die entsprechenden Schallwellen über das Zuleitungselement in den Flüssigkeitsbehälter fortpflanzen. Der in der Messvorrichtung zwischen Zuleitungselement und Ankoppelungsvorrichtung integrierte akustische Sensor erfasst das akustische Gesamtsignal, das abhängt vom Restvolumen des Behälters und weiteren Faktoren wie z.B. der Elastizität der Behälterwände. The gaseous residual volume of the container is determined using an acoustic measurement method. Using acoustic terminology, the volume of air in the container corresponds to an acoustic spring. The feed element between the filler neck and the actual liquid container is usually designed as a cylindrical, tubular element, the gas molecules located therein corresponding to an acoustic mass. A gas-tight and e.g. cylindrical measuring device, in which there is at least one sound-generating device and a sound pressure sensor, is coupled to the filler neck of the liquid container with as little leakage as possible. The loudspeaker is excited with a test signal, for example a noise or an impulse, whereupon the corresponding sound waves propagate into the liquid container via the supply element. The acoustic sensor integrated in the measuring device between the supply element and the coupling device detects the overall acoustic signal, which depends on the remaining volume of the container and other factors such as e.g. the elasticity of the container walls.

Eine genauere Bestimmung des Restvolumens lässt sich erreichen, indem zwischen der schallerzeugenden Vorrichtung und dem akustischen Sensor ein zweiter akustischer Sensor in die Messvorrichtung integriert wird. Zwischen den beiden Sensoren befindet sich ein akustischer Widerstand, der z.B. durch die sich reibenden Gasmoleküle zwischen den Sensoren gebildet wird oder durch ein eigentliches Widerstandselement aus gasdurchlässigem Material. Bei bekanntem akustischen Widerstand lässt sich aus den beiden Sensorsignalen der Schallfluss durch den akustischen Widerstand bestimmen. Die Kenntnis des Schallflusses sowie des Schalldruckes im Bereich der Ankoppelungsvorrichtung erlaubt es, die akustische Impedanz sowie den Reflexionsfaktor des angekoppelten Hohlkörpers zu bestimmen. Mit der akustischen Impedanz des Hohlkörpers wird die akustische Impedanz des gesamten mechanisch-akustischen Systems erfasst, welche nebst dem gasförmigen Volumen auch von Wandelastizitäten, vom Flüssigkeitsvolumen, von Lecks usw. abhängt. A more precise determination of the residual volume can be achieved by integrating a second acoustic sensor into the measuring device between the sound-generating device and the acoustic sensor. There is an acoustic resistance between the two sensors, which e.g. is formed by the rubbing gas molecules between the sensors or by an actual resistance element made of gas-permeable material. If the acoustic resistance is known, the sound flow through the acoustic resistance can be determined from the two sensor signals. Knowledge of the sound flow and the sound pressure in the area of the coupling device allows the acoustic impedance and the reflection factor of the coupled hollow body to be determined. With the acoustic impedance of the hollow body, the acoustic impedance of the entire mechanical-acoustic system is recorded, which, in addition to the gaseous volume, also depends on changing elasticities, the volume of liquid, leaks, etc.

Mindestens ein akustisches Signal wird mit einer Auswertevorrichtung verarbeitet. Dabei wird mittels einer Musteraufbereitungseinrichtung ein Mustervektor erzeugt, der anschliessend mit einer Musterbewertungseinrichtung ausgewertet wird. Zur Verbesserung der Signalqualität lässt sich das Signal in der Musteraufbereitungseinrichtung, sofern erforderlich, über mehrere Messzyklen mittein. Ein impuls-förmiges Anregungssignal lässt sich über mehrere Zyklen im Zeitbereich mittein. Das akustische Zeitsignal ist in den Frequenzraum transformierbar. Dies lässt sich z.B. mittels einer Terz- oder Oktavbandanalyse oder einer FFT durchführen. Daraus resultiert ein Mustervektor dessen Anzahl Elemente zum Beispiel der Anzahl ausgewerteter Terz- oder Oktavbänder entspricht. Um eine digitale Auswertung zu ermöglichen, sind die erfassten Sensorsignale auch über A/D-Wandler einer Messwertspei-chereinrichtung und der nachgelagerten Musteraufbereitungseinrichtung zuführbar. Um zum Beispiel eine FFT durchzuführen werden pro Sensorkanal jeweils 2n digitale Werte aus dem Zeitbereich transformiert, woraus ein 2n-1-dimensionaler Mustervektor im Frequenzbereich resultiert. Eine Verbesserung der Signalqualität des Mustervektors lässt sich ebenfalls erreichen, indem im Frequenzbereich über mehrere Messfolgen ein Mittelwert gebildet wird. Die Mittelung kann energetisch oder vektoriell (komplex) erfolgen. At least one acoustic signal is processed with an evaluation device. A pattern vector is generated by means of a pattern preparation device, which is then evaluated with a pattern evaluation device. To improve the signal quality, the signal in the sample preparation device can, if necessary, be used for several measuring cycles. A pulse-shaped excitation signal can be centered over several cycles in the time domain. The acoustic time signal can be transformed into the frequency domain. This can e.g. by means of a third or octave band analysis or an FFT. This results in a pattern vector whose number of elements corresponds, for example, to the number of evaluated third or octave bands. In order to enable digital evaluation, the detected sensor signals can also be fed to a measured value storage device and the downstream sample preparation device via A / D converters. For example, to perform an FFT, 2n digital values from the time domain are transformed per sensor channel, which results in a 2n-1-dimensional pattern vector in the frequency domain. An improvement in the signal quality of the pattern vector can also be achieved by averaging over several measurement sequences in the frequency domain. The averaging can be energetic or vectorial (complex).

Um äussere Einflüsse wie z.B. Druck oder Temperatur zu kompensieren kann in der Musteraufbereitungseinrichtung eine Kompensationseinrichtung vorgesehen werden. Derartige Einflussgrössen werden in der Musteraufbereitungseinrichtung derart berücksichtigt, dass sich die resultierenden Mustervektoren auf Referenzbedingungen beziehen. For external influences such as To compensate for pressure or temperature, a compensation device can be provided in the sample preparation device. Such influencing variables are taken into account in the sample preparation device in such a way that the resulting pattern vectors relate to reference conditions.

Eine Musterbewertungseinrichtung ermittelt aus dem Mustervektor das gasförmige Restvolumen des Flüssigkeitsbehälters, wobei der Mustervektor Werte aus dem Zeitbereich oder aus dem Frequenzbereich enthält. Für diese Ermittlung sind Referenz5 A sample evaluation device determines the gaseous residual volume of the liquid container from the sample vector, the sample vector containing values from the time domain or from the frequency domain. Reference5 is used for this determination

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werte von Mustervektoren erforderlich, die mit der Musterbewertungseinrichtung einmal zu erfassen sind. Mit einem lernfähigen System werden dazu für einen oder mehrere Flüssigkeitsbehälter die Mustervektoren in Abhängigkeit des gasförmigen Volumens, oder zum Beispiel der äusseren Gewichtsbelastung des Flüssigkeitsbehälters, oder verschiedener Leckarten des Behälters erfasst. Das System wird in einem folgenden Schritt so lange trainiert, bis es das gasförmige Restvolumen für unterschiedlichste, systematisch dargebotene Bedingungen richtig wiedererkennt. Diese Datensammlung von Mustervektoren ist einmal zu erfassen und die daraus abgeleiteten Merkmale bilden die Grundlage für das Wissen, das jeder Mess- und Auswertevorrichtung zur Verfügung stehen muss, z.B. dadurch, dass es auf eine Speichereinrichtung der Auswertevorrichtung kopiert wird. Eine Speichereinrichtung mit nicht flüchtigem Speicher oder eine Verbindung zu einer Datenbank ist daher erforderlich. Die Musterbewertungsvorrichtung ermittelt das gasförmige Volumen des Flüssigkeitsbehälters in diskreten Stufen unter Verwendung von Klassen, deren Breite vorgebbar ist und z.B. 2 Liter beträgt. Entsprechend den statistischen Gesetzmässigkeiten ist eine richtige Klasseneinteilung um so wahrscheinlicher, je breiter die Klasse gewählt wird. Die Musterbewertungsvorrichtung erlaubt einen unbekannten Merkmalsvektor z.B. mittels Diskriminanzanalyse einer Klasse von Volumen zuzuordnen. Die Musterbewertungsvorrichtung lässt sich jedoch auch mit einem mindestens einschichtigen neuronalen Netz realisieren, das einen unbekannten Merkmalsvektor entsprechend gewichtet und den Vektor einer Volumenklasse zuordnet. values of sample vectors required, which are to be recorded once with the sample evaluation device. For this purpose, with a system capable of learning, the pattern vectors for one or more liquid containers are recorded as a function of the gaseous volume, or for example the external weight load of the liquid container, or different types of leakage of the container. In a subsequent step, the system is trained until it correctly recognizes the gaseous residual volume for a wide variety of systematically presented conditions. This data collection of pattern vectors is to be recorded once and the features derived from it form the basis for the knowledge that every measuring and evaluation device must have available, e.g. in that it is copied to a memory device of the evaluation device. A storage device with non-volatile memory or a connection to a database is therefore required. The sample evaluation device determines the gaseous volume of the liquid container in discrete stages using classes whose width can be predetermined and e.g. Is 2 liters. According to the statistical laws, a correct class division is more likely, the broader the class is chosen. The pattern evaluation device allows an unknown feature vector e.g. assign to a class of volumes using discriminant analysis. However, the pattern evaluation device can also be implemented with an at least single-layer neural network which weights an unknown feature vector accordingly and assigns the vector to a volume class.

Als Anzeigevorrichtung für die Volumenklassen dient zweckmässigerweise ein Display und/oder ein Drucker und/oder eine akustische Sprachausgabevorrichtung. A display and / or a printer and / or an acoustic speech output device expediently serves as the display device for the volume classes.

Die beschriebene Auswertevorrichtung ist vorzugsweise als Mikrorechner ausgebildet, insbesondere als PC. The evaluation device described is preferably designed as a microcomputer, in particular as a PC.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt: The invention is described in more detail below with the aid of exemplary embodiments. It shows:

Fig. 1a eine Messvorrichtung, die an einen Behälter angekoppelt ist; 1a shows a measuring device which is coupled to a container;

Fig. 1b eine weitere Messvorrichtung, die an einen Behälter angekoppelt ist; 1b shows a further measuring device which is coupled to a container;

Fig. 2 eine Mess- und Auswertevorrichtung mit angeschlossenen Sensoren und Peripherie-Geräten; 2 shows a measuring and evaluation device with connected sensors and peripheral devices;

Fig. 3 ein Blockdiagramm der elektronischen Auslegung der Auswertevorrichtung zur Erläuterung der Wirkungsweise; 3 shows a block diagram of the electronic design of the evaluation device to explain the mode of operation;

Fig. 4 ein weiteres Blockdiagramm der elektronischen Auslegung der Auswertevorrichtung. 4 shows a further block diagram of the electronic design of the evaluation device.

Die in Fig. 1a dargestellte Messvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer z.B. zylinderförmigen Anregungsvorrichtung 11, deren eines Ende aus einer schallerzeugenden Vorrichtung wie z.B. ein Lautsprecher 8 oder ein Pistonphon besteht, wobei die schallerzeugende Vorrichtung mit dem Zuleitungselement 7 vorzugsweise gasdicht verbunden ist. Die Anregungsvorrichtung 11 besteht weiter aus einem Zuleitungselement 7 mit Hohlraum 7a, einem Schallmessraum 4 mit Hohlraum 4a, der einen Schalldrucksensor 10 enthält, sowie einer An-koppelungsvorrichtung 3. Der Behälter 1, z.B. ein Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges, beinhaltet üblicherweise einen flüssigen Behälterinhalt 1b sowie einen gasförmigen Behälterinhalt 1a. Ein Bestandteil des Behälters 1 bildet ein Zugleitungselement 2, das über eine Behälteröffnung 12a und den Hohlraum des Zuleitungselementes 2a zu einer Behälterstutzenöffnung 12b führt. Der Behälter 1 kann weitere Behälteröffnungen 12c aufweisen, wobei unter akustischen Gesichtspunkten nur Behälteröffnungen interessieren, über die ein Gasaustausch stattfindet, so z.B. Lüftungsöffnungen oder Behälteröffnungen wie Lecks 12c. Der mit dem Schalldrucksensor 10 gemessene Schalldruck p2 wird über ein Mikrofon M2 einer Auswertevorrichtung zugeführt. The measuring device shown in Fig. 1a essentially consists of e.g. cylindrical excitation device 11, one end of which is made of a sound generating device such as e.g. there is a loudspeaker 8 or a pistonphone, the sound-generating device being preferably gas-tightly connected to the feed element 7. The excitation device 11 further consists of a supply element 7 with a cavity 7a, a sound measurement chamber 4 with a cavity 4a, which contains a sound pressure sensor 10, and a coupling device 3. The container 1, e.g. A fuel tank of a motor vehicle usually contains a liquid container content 1b and a gaseous container content 1a. A component of the container 1 forms a train line element 2, which leads via a container opening 12a and the cavity of the supply element 2a to a container neck opening 12b. The container 1 can have further container openings 12c, wherein from an acoustic point of view, only container openings via which gas exchange takes place are of interest, e.g. Ventilation openings or container openings such as leaks 12c. The sound pressure p2 measured with the sound pressure sensor 10 is fed to an evaluation device via a microphone M2.

Die in Fig. 1b dargestellte Messvorrichtung besteht ebenfalls aus einer Anregungsvorrichtung 11, einer schallerzeugenden Vorrichtung 8 sowie einem Zuleitungselement 7. Die Anregungsvorrichtung 11 besteht weiter aus einem Schallmessraum 6 mit Hohlraum 6a, der ein Schalldrucksensor 9 enthält, sowie einem Schallmessraum 4 mit Hohlraum 4a, der einen Schalldrucksensor 10 enthält, sowie einer Ankoppelungsvorrichtung 3. In der gezeigten Ausführungsform der Anregungsvorrichtung 11 sind die beiden Schallmessräume 4 und 6 durch einen akustischen Widerstand 5 getrennt. Flüssigkeitsbehälter, insbesondere Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen, weisen sowohl äusserlich als auch innerlich die unterschiedlichsten Bauformen auf. In Fig. 1b ist ein Behälter 1 mit einer Trennwand 30 dargestellt, die bewirkt, dass ab einer Behälterfüllhöhe h zwei voneinander getrennte, gasförmige Behälterinhalte 1a sowie 1a' entstehen. Weiter weist der Behälter 1 am Ende des Zuleitungselementes 2 eine Behältereinlassverengung 12d auf, die in Kraftstofftanks oft vorhanden ist und z.B. aus einem Gitter, einer Kugel oder einem Schwimmer besteht. 1b also consists of an excitation device 11, a sound-generating device 8 and a feed element 7. The excitation device 11 also consists of a sound measurement chamber 6 with a cavity 6a, which contains a sound pressure sensor 9, and a sound measurement chamber 4 with a cavity 4a, which contains a sound pressure sensor 10, and a coupling device 3. In the embodiment of the excitation device 11 shown, the two sound measuring rooms 4 and 6 are separated by an acoustic resistor 5. Liquid containers, in particular fuel tanks of motor vehicles, have a wide variety of designs, both externally and internally. 1b shows a container 1 with a partition wall 30, which causes two gaseous container contents 1a and 1a 'to be formed from a container filling height h and separate from one another. Furthermore, the container 1 at the end of the feed element 2 has a container inlet constriction 12d, which is often present in fuel tanks and e.g. consists of a grid, a ball or a float.

Die Messmethode basiert auf der Bestimmung der akustischen Eigenschaften der gasförmigen Volumenanteile, die der Anregungsvorrichtung 11 an der Ankoppelungsvorrichtung 3 nachgeschaltet sind. Der Schalldruck p2 am Schalldrucksensor 10 wird üblicherweise immer gemessen. Aus diesem Signal lässt sich Mittels der Musteraufbereitungs- und Musterbewertungseinrichtung das Volumen bestimmen. Die Genauigkeit der Volumenbestimmung lässt sich verbessern, indem die akustische Impedanz respektiv der Reflexionsfaktor bestimmt wird. Mit Hilfe eines akustischen Widerstandes 5 und den gemessenen Schalldrücken pi und p2 wird der Schallfluss q zwischen dem Hohlraum 4a und dem Hohlraum 6a bestimmt. Der akustische Widerstand 5 kann z.B. durch ein luftdurchlässiges Element gebildet werden oder auch nur durch die Gasmoleküle, die sich in der Anregungsvorrichtung 11 zwischen den Schalldrucksensoren 9 und 10 befinden. The measurement method is based on the determination of the acoustic properties of the gaseous volume fractions which are connected downstream of the excitation device 11 on the coupling device 3. The sound pressure p2 at the sound pressure sensor 10 is usually always measured. The volume can be determined from this signal by means of the sample preparation and sample evaluation device. The accuracy of the volume determination can be improved by determining the acoustic impedance or the reflection factor. With the help of an acoustic resistance 5 and the measured sound pressures pi and p2, the sound flow q between the cavity 4a and the cavity 6a is determined. The acoustic resistance 5 can e.g. be formed by an air-permeable element or only by the gas molecules that are located in the excitation device 11 between the sound pressure sensors 9 and 10.

Die Bestimmung der Impedanz mittels Quotienten p2/(pi-p2) liefert zusätzliche Informationen über den Phasenverlauf der Impedanz, welcher z.B. verwendet werden kann, um die Dichtheit der Ankoppelung am Stutzen zu überprüfen. Zudem weist die Impe- The determination of the impedance using quotients p2 / (pi-p2) provides additional information about the phase profile of the impedance, which e.g. can be used to check the tightness of the coupling on the nozzle. In addition, the Imp

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danz keine Abhängigkeit vom Spektrum des akustischen Anregungssignales auf. no dependence on the spectrum of the acoustic excitation signal.

Die akustische Impedanz hängt ab vom Volumen des gasförmigen Behälterinhaltes 1a von Diskontinuitäten, verursacht durch trennende Strukturen 30 im Behälter 1, von der sich im Behälter 1 befindenden Flüssigkeitsmasse sowie deren Oberfläche, von der Wandelastizität des Behälters 1, von der Behältereinlassverengung 12d, von Lecks 12c und von weiteren mechanischen Grössen. The acoustic impedance depends on the volume of the gaseous container content 1a of discontinuities, caused by separating structures 30 in the container 1, on the liquid mass in the container 1 and its surface, on the changing elasticity of the container 1, on the container inlet constriction 12d, on leaks 12c and of other mechanical sizes.

In Fig. 2 ist die gesamte Mess- und Auswertevorrichtung dargestellt. Der Lautsprecher 8 wird dabei mit einem Rauschgenerator 14, dessen Signal mittels eines Filters 13 begrenzt und eventuell frequenzkorrigiert wird, angeregt. Die Schallwellen durchlaufen, wie in den Fig. 1a und 1b beschrieben, die Anregungsvorrichtung 11 und gelangen in den Behälter 1. Das Signal M2 des Schalldrucksensors 10 und das eventuell gemessene Signal M1 des Schalldrucksensors 9 wird mittels eines Verstärkers 15 verstärkt, eventuell einem A/D-Wandler 19 übermittelt und in eine zentrale Speicher- und Recheneinrichtung 16 eingelesen. Diese Einrichtung besitzt zudem eine Ausgabeeinheit wie z.B. einen Bildschirm 21, eine Eingabeeinheit 18, vorzugsweise eine Tastatur, sowie z.B. ein Diskettenlaufwerk 28. The entire measuring and evaluation device is shown in FIG. The loudspeaker 8 is excited with a noise generator 14, the signal of which is limited by a filter 13 and possibly frequency corrected. As described in FIGS. 1a and 1b, the sound waves pass through the excitation device 11 and get into the container 1. The signal M2 of the sound pressure sensor 10 and the possibly measured signal M1 of the sound pressure sensor 9 is amplified by means of an amplifier 15, possibly an A / D converter 19 is transmitted and read into a central storage and computing device 16. This device also has an output unit such as a screen 21, an input unit 18, preferably a keyboard, and e.g. a floppy disk drive 28.

Gemäss dem in Fig. 3 dargestellten Blockschaltbild werden die Signale M2 und eventuell M1 einem A/D-Wandler 19 zugeführt und die digitalisierten Werte in einer Messwert-Speichereinrichtung 24 abgelegt. Die Messwerte werden nach Messkanal getrennt einer Musteraufbereitungseinrichtung 26 zugeführt, deren Aufgabe die Bildung eines Mustervektors ist. Zur Verbesserung der Signalqualität können mehrere Messdurchgänge im Zeitbereich gemittelt werden. Dieser Mustervektor ist direkt oder nach einer Frequenzanalyse einer Musterbewertungseinrichtung 27 zuführbar. Ein Mustervektor, bestehend aus digitalen Messwerten, lässt sich z.B. mittels einer Terz- oder Oktavbandanalyse, oder einer FFT in den Frequenzraum transformieren. So ist mit jeweils 2" Werten, wobei üblicherweise n im Bereich von 8 bis 10 liegt, eine FFT durchführbar wobei das resultierende Frequenzspektrum in einem 2n-1-dimensionalen Mustervektor abgelegt wird. Zur Reduzierung von Störgrössen lässt sich der 2n~1-dimensionale Mustervektor über mehrere Messfolgen mittein. According to the block diagram shown in FIG. 3, the signals M2 and possibly M1 are fed to an A / D converter 19 and the digitized values are stored in a measured value storage device 24. The measured values are fed separately to a sample preparation device 26, the task of which is the formation of a pattern vector. To improve the signal quality, several measurement runs can be averaged in the time domain. This pattern vector can be fed to a pattern evaluation device 27 directly or after a frequency analysis. A sample vector consisting of digital measured values can be e.g. transform into frequency space using a third or octave band analysis or an FFT. An FFT can thus be carried out with 2 "values in each case, where n is usually in the range from 8 to 10, the resulting frequency spectrum being stored in a 2n-1-dimensional pattern vector. The 2n ~ 1-dimensional pattern vector can be used to reduce disturbance variables over several measurement sequences.

Es kann sich als nützlich erweisen der Musteraufbereitungseinrichtung 26 zusätzliche Parameter wie Druck oder Temparatur über einen A/D-Wandler 29 zuzuführen um den Mustervektor auf Referenzbedingungen zu kompensieren. Die Musterbewertungseinrichtung 27 bewertet einen unbekannten, von der Musteraufbereitungseinrichtung 26 zur Verfügung gestellten Mustervektor, auf die bereits beschriebene Art unter Anwendung einer Diskrimi-nanzanalyse oder mit neuronalen Netzwerken. Die notwendigen Gewichtungsvektoren mit den entsprechenden Bewertungskoeffizienten sind dabei in einem nicht flüchtigen Speicher abgelegt wie z.B. in der zentralen Rechen- und Speichereinrichtung 16. Die Volumenbestimmung wird natürlich präziser, wenn bezüglich dem Behälter, dessen Volumen gemessen wird, spezifische Gewichtsvektoren vorliegen. Deshalb können der Musterbewertungseinrichtung vorgängig, z.B. über die Tastatur 18, die Kenndaten, wie z.B. der Typ des Flüssigkeitsbehälters, eingegeben werden. Die von der Musterbewertungseinrichtung 27 ermittelte Volumenklasse wird der Ausgabesteuereinheit 25 übertragen und auf einem Ausgabemedium wie Drucker 22 und/oder Bildschirm 21 und/oder Lautsprecher 23 ausgegeben. It may prove useful to supply the pattern preparation device 26 with additional parameters such as pressure or temperature via an A / D converter 29 in order to compensate the pattern vector for reference conditions. The pattern evaluation device 27 evaluates an unknown pattern vector provided by the pattern preparation device 26, in the manner already described, using discriminant analysis or using neural networks. The necessary weighting vectors with the corresponding weighting coefficients are stored in a non-volatile memory, e.g. in the central computing and storage device 16. The volume determination is of course more precise if specific weight vectors are present with respect to the container whose volume is measured. Therefore, the pattern evaluation device can be checked in advance, e.g. via the keyboard 18, the characteristic data, e.g. the type of liquid container. The volume class determined by the pattern evaluation device 27 is transmitted to the output control unit 25 and output on an output medium such as printer 22 and / or screen 21 and / or loudspeaker 23.

Die Ansteuerung der Anregungsvorrichtung 11 kann ebenfalls über den Rechner 16 erfolgen z.B. dadurch, dass der Signalgenerator aktiviert und desaktiviert wird oder wie in Fig. 3 dargestellt, dadurch, dass ein im Rechner 16 abgelegtes Anregungssignal, das über einen D/A-Wandler 20 direkt an den Lautsprecher 8 der Anregungsvorrichtung 11 ausgegeben werden kann. Die Musteraufbereitungseinrichtung 26, die Musterbewertungseinrichtung 27, sowie die Ausgabesteuereinheit 25 sind mit einer zentralen Speicher- und Recheneinrichtung 16 verbunden, die vorteilhafterweise auch ein Diskettenlaufwerk 28 aufweist. Die zentrale Speichereinrichtung 16 kann darüber hinaus noch eine Festplatte als Speichereinrichtung aufweisen. Falls die Messwertspeichereinrichtung 24 sowie die Speichereinrichtungen in der Musteraufbereitungseinrichtung 26 als auch in der Musterbewertungseinrichtung 27 nicht batteriegepuffert sind, so können die entsprechenden Daten jeweils in die Festplatte eingelesen und beim Einschalten des Gerätes wieder dort ausgelesen werden. The excitation device 11 can also be controlled via the computer 16, e.g. in that the signal generator is activated and deactivated or, as shown in FIG. 3, in that an excitation signal stored in the computer 16, which can be output via a D / A converter 20 directly to the loudspeaker 8 of the excitation device 11. The pattern preparation device 26, the pattern evaluation device 27 and the output control unit 25 are connected to a central storage and computing device 16, which advantageously also has a floppy disk drive 28. The central storage device 16 can also have a hard disk as a storage device. If the measured value storage device 24 and the storage devices in the sample preparation device 26 and in the sample evaluation device 27 are not battery-backed, the corresponding data can be read into the hard disk and read out there again when the device is switched on.

Die beschriebenen Einheiten und Einrichtungen können vorzugsweise in einem Mikrorechner, insbesondere in einem PC (Personalcomputer), realisiert sein, der üblicherweise bereits über ein Diskettenlaufwerk, eine Festplatte, eine Schnittstelle sowie Arbeitsspeicher aufweist. Derartige Rechner sind darüberhinaus mit einer Tastatur und Ausgabeeinheit versehen. Eine entsprechende Messwerterfassung und Aufbereitung ist jedoch in jedem Falle erforderlich. The units and devices described can preferably be implemented in a microcomputer, in particular in a PC (personal computer), which usually already has a floppy disk drive, a hard disk, an interface and working memory. Such computers are also provided with a keyboard and output unit. Appropriate data acquisition and processing is required in any case.

Gemäss dem in Fig. 4 dargestellten Blockschaltbild werden die Signale M2 und eventuell M1 sowie eventuell Temperatur T und Druck P direkt der Mustererkennungeinrichtung 26 zugeführt. Die Musteraufbereitungseinrichtung 26 ist dabei ein Gerät, das es erlaubt analoge Signale zu erfassen und zu bearbeiten, beispielsweise ein Terz- oder Oktavband-analysator. Entsprechend der Anzahl Frequenzbänder respektiv Oktav- oder Terzbänder erzeugt die Musteraufbereitungseinrichtung 26 einen entsprechenden n-dimensionalen Mustervektor. Dieser kann nun wiederum in der wie in Fig. 3 beschriebenen Art und Weise verarbeitet, und die Volumenklassen über die Ausgabeeinrichtungen angezeigt werden. According to the block diagram shown in FIG. 4, the signals M2 and possibly M1 and possibly temperature T and pressure P are fed directly to the pattern recognition device 26. The sample preparation device 26 is a device that allows the acquisition and processing of analog signals, for example a third or octave band analyzer. Depending on the number of frequency bands or octave or third-octave bands, the pattern preparation device 26 generates a corresponding n-dimensional pattern vector. This can in turn be processed in the manner described in FIG. 3 and the volume classes can be displayed on the output devices.

Claims

1. Measuring and evaluation device for determining the gaseous volume (1a, 1a ') of a liquid container (1), with at least one sound pressure sensor (10) and with a display device (21) for at least the volume at which

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4th

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CH 683 208 A5

8th

a sound generating device (8) transmits an acoustic signal via a sound measuring chamber (4) into the gaseous volume (1a) of a container (1), the sensor (10) detecting the overall acoustic signal P1 in the sound measuring chamber (4) and an amplifier (15 ), and wherein a pattern preparation device (26) forms a pattern vector from the measured values or measurement value sequences, and wherein a pattern evaluation device (27) classifies the pattern vector and supplies it to the display device (21).

2. Device according to claim 1, characterized in that a measured value storage device (24) is provided for storing measured values or measured value sequences.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that between the sound pressure sensor (10) and the sound generating device (8), an acoustic resistor (5) and a further sound measuring chamber (6) with a sound pressure sensor (9) for measuring pz is arranged.

4. The device according to claim 3, characterized in that the signals from pi and p2 are fed to the measured value storage device (24) on separate channels.

5. The device according to claim 3, characterized in that the signal of pi and the difference P2-P1 are supplied to the measured value storage device (24) on separate channels.

6. Device according to one of claims 1 to

5, characterized in that the detected sensor signals can be fed to the measured value storage device (24) via an analog / digital converter (19).

7. Device according to one of claims 1 to

6, characterized in that compensating signals such as temperature (T) or pressure (P) can also be fed to the sample preparation device (26) via an analog / digital converter (29).

8. Device according to one of claims 1 to

7, characterized in that the sample preparation device (26) carries out a Fast Fourier Transformation (FFT) for each measurement channel with 2n values in each case and optionally averages the 2 "measured values and / or the resulting 2n-1-dimensional pattern vector over several measurement sequences.

9. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the sample preparation device (26) analyzes the values per measurement channel in terms of frequency at least in a third or octave band and averages the measured values and / or the resulting pattern vector, if necessary, over several measurement sequences.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that for at least one container type and at least one type of loading of the container (1) in the central storage and computing device (16) for different volumes of the gaseous container content (1a), the corresponding sample vectors or weight vectors are stored.

11. The device according to claim 10, characterized in that for at least one type of leak of the container (1) in the central storage and computing device (16) for different volumes of the gaseous container content (1a), the corresponding pattern or weight vectors are stored.

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the pattern evaluation device (27) assigns an unknown feature vector by means of discriminant analysis to a class of volumes.

13. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the pattern evaluation device (27) weights an unknown feature vector with an at least single-layer neural network and assigns the vector to a volume class.

14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that a display (21), and / or a printer (22) and / or an acoustic speech output device (23) is provided as the display device.

15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the central storage and computing device (16) controls the loudspeaker (8) directly via a D / A converter (20).

16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the central storage and computing device (16) directly activates or controls the noise generator (14).

17. Device according to one of the preceding claims, characterized by the training as a microcomputer, in particular as a PC.

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