CN101285770B - 燃料污染物光传感器 - Google Patents
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Abstract
提供一种燃料污染物传感器。燃料污染物传感器包括具有入口和出口的流体贮存器。用于发射穿过流体贮存器的光束的光源设置于流体贮存器上。用于接收穿过流体贮存器的光束的光束检测器设置于光源的对面。提供用于激发光源并接收光束检测器的输出的控制器。光束的中断阻止光束检测器接收光束。
Description
技术领域
本发明涉及污染物检测，特别是涉及一种燃料污染物光传感器。
背景技术
本部分的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，可能构成或不构成现有技术。
柴油机燃料系统对柴油机燃料中存在的水和其他污染物敏感。由于水不能提供柴油机燃料系统中紧密装配的零件所需要的润滑，所以柴油机燃料中水的存在就会引起零件的磨损。另外，水通常含有生物和化学腐蚀物，这些腐蚀物会引起柴油机燃料系统零件的磨蚀。由此，许多柴油机燃料系统利用燃料—水分离器从柴油机燃料中去除水和其他污染物。
燃料—水分离器典型地耦合在柴油机燃料源和发动机之间的燃料管道中。燃料—水分离器典型地包括贮存器，当水和其他污染物从柴油机燃料中分离出来后被贮存器收集。当这些燃料—水分离器为预定目的而正常工作时，贮存器需要被询问来确定是否贮存的水需要被排出和使用。一种现有技术中公知的询问形式是通过燃料—水分离器的透光贮存器而进行周期性的可视检查。
近年来，把使用电极的电子传感器添加到燃料—水分离器中以触发指示贮存器需要排水的警告信号。在这些不会通过非导电的柴油机燃料而传导的电极上施加电压。然而，当导电的水存在时，电压通过水而传导，从而指示贮存器需要排水。虽然这些电传感器过去已很好地工作，但是电传感器的电极很可能遭受柴油机和燃料污染物中腐蚀性成分的影响。因此，现有技术中需要提供一种改进的非传导的水感测系统。
发明内容
本发明的一个方面，提供一种燃料污染物光传感器。
本发明的另一个方面，光传感器包括具有入口和出口的流体贮存器，用于发射穿过流体贮存器的光束的光源，接收穿过流体贮存器的光束的光束检测器，和激发光源并接收光束检测器输出的控制器。光束的中断阻止光束检测器接收光束。
本发明的又一方面，中断是由于光源和接收器之间流体的折射率改变而产生的。
本发明的又一方面，中断是由于在位于光源和接收器之间的贮存器中引入第二流体而导致的折射率改变而产生的。
本发明的又一方面，第二流体的折射率不同于第一流体的折射率。
本发明的又一方面，第一流体和第二流体限定出在第一流体和第二流体之间的界面。
本发明的又一方面，当界面位于接收器之上和光源之下时，光束被折射。
本发明的又一方面，中断是由于穿过光束路径的第二流体的液滴而产生的。
本发明的又一方面，光源位于贮存器的顶部附近，检测器位于贮存器的底部附近。
本发明的又一方面，光源脉冲地发射光束。
本发明的又一方面，光源连续发射光束。
本发明的又一方面，光源是激光器。
本发明的又一方面，光源是发光二极管。
本发明的第二方面，提供一种检测燃料—水分离器中含量改变的装置。
本发明的另一个方面，该装置包括容纳流体的流体贮存器，耦合到贮存器用于发射穿过流体的光束并检测该光束的发射器/检测器，与发射器/检测器电连接的控制器。控制器用于激励发射器/检测器发射光束并确定光束是否被检测到。反射器耦合于贮存器。反射器与发射器/检测器直线排列，从而使得来自发射器的光束被反射器反射回发射器/检测器。发射器/检测器和反射器之间光束的中断阻止发射器/检测器检测光束。
本发明的又一方面，中断是由于在位于发射器/接收器和反射器之间的贮存器中引入第二流体而导致的折射率改变而产生的。
本发明的又一方面，第二流体的折射率不同于第一流体的折射率。
本发明的又一方面，第一流体和第二流体限定出它们之间的界面。
本发明的又一方面，当界面位于反射器之上和发射器/检测器之下时，光束被界面折射。
本发明的又一方面，中断是由于流体中折射率改变而产生的。
本发明的又一方面，中断是由于穿过光束路径的第二流体的液滴而产生的。
本发明的又一方面，发射器/检测器脉冲地发射光束。
本发明的又一方面，发射器/检测器连续发射光束。
本发明的又一方面，发射器/检测器包括激光器。
本发明的又一方面，发射器/检测器包括发光二极管。
根据这里提供的说明，更多方面的适用性将变得明了。可以理解的是，说明书和特定的实施例仅用于解释说明的目的，并不意图限制本发明的范围。
附图说明
这里描述的附图仅用于解释说明的目的，并不意图以任何方式限制本发明的范围。
图1A是根据本发明的原理采用水感测系统的第一实施方式的燃料-水分离器的示意图；
图1B是采用本发明的水感测系统的第一实施方式的燃料-水分离器在燃料-水分离器中有水存在时的示意图；
图2A是根据本发明的原理采用水感测系统的第二实施方式的燃料-水分离器的示意图；
图2B是采用本发明的水感测系统的第二实施方式的燃料-水分离器在燃料-水分离器中有水存在时的示意图。
具体实施方式
以下描述实质上仅仅是示例性的，并不意图限制本发明、其应用或使用。
图1A所示为依据本发明的原理的感测系统10。与示例性的燃料-水分离器12一起操作来说明该感测系统10。然而，应该意识到的是，感测系统10可以用于例如燃料槽或贮藏容器等具有容纳物质的贮存器的任何结构。燃料-水分离器12典型地位于燃料源(未示出)和机动车辆(未示出)的发动机(未示出)之间。燃料-水分离器12用于从燃料中分离水和其他污染物，这将在下面更为详细地描述。燃料-水分离器12通常包括有端口的缸体14和杯状的贮存器16。缸体14包括用于接收来自燃料源(未示出)的燃料的输入端口18和一旦水和污染物被去除就排出燃料的输出端口20。缸体14进一步包括位于缸体14底面26上的燃料排出端口22和燃料返回端口24。贮存器16密封地固定在底面26上，从而使得燃料排出端口22和燃料返回端口24位于贮存器16和缸体14限定的空腔28中。
在燃料-水分离器12运行过程中，来自燃料源(未示出)的燃料通过输入端口18进入缸体14。燃料经过缸体14中的流管(未示出)经由燃料排出端口22被排入贮存器16，如向下的箭头所指。比燃料重的水和污染物沉淀在位于贮存器16底部的静止区域30。之后，燃料经由燃料返回端口24返回缸体14，如向上的箭头所指。燃料可以在经由输出端口20排出燃料-水分离器12之前在缸体14中进一步过滤。为了从静止区域30去除水或污染物，燃料-水分离器12包括位于贮存器16底部的排泄阀32。排泄阀32连通贮存器和外界环境。打开排泄阀32即可从中排出贮存器16中的物质。
感测系统10包括与发射器36或光源和接收器38电连接的控制器34。在可替换的实施方式中，控制器34与排泄阀32电连接以便自动打开或关闭排泄阀32。控制器34是一电子设备，具有预编程数字计算机或处理器、控制逻辑电路、用于存储数据的存储器和至少一个I/O部分。控制逻辑电路包括多个用于监控、操作和生成数据的多个逻辑程序。控制器34可以是用于机动车辆的控制部分或单独模块。
发射器36固定于贮存器16上，这将在下面更为详细地描述。发射器36用于从中发射光束。该光束由图1A中箭头“A”指示，其可以是相干光或其他任意形式的光。发射器36可以是任何类型的光源，例如激光器或发光二极管。发射器36可以连续发射光束，或者对于选择的时间周期，它可以以预定或随机间隔脉冲地发射光束。接收器38也固定于贮存器16上，并通常位于发射器36的对面。接收器38用于检测从发射器36发出的光束。在优选的实施方式中，发射器36和接收器38由例如玻璃的非腐蚀性材料层或涂层所保护。
在给出的特定实施例中，发射器36和接收器38耦合到贮存器16的内表面40。可选择地，只要发射器36能够发射穿过贮存器16的光束，则发射器36和接收器38也可以耦合到贮存器16的外表面42。这可以通过采用由具有已知折射率的材料制成的透明贮存器16来实现，或者通过设置穿过贮存器16的孔口，使得发射器36和接收器38在其中延伸来实现。
发射器36和接收器38置于贮存器16之内，这样光束从发射器36直接射向接收器38。只要在空腔28中的任何物质例如燃料或空气具有不变的折射率，从发射器36发射的光束就会被接收器38检测到。
控制器34与发射器36通信以激发光束，并且与接收器38通信以确定光束是否被接收器38检测到。如果从发射器36直接射向接收器38的光束没有被中断，那么接收器38将通知控制器34接收器38正在检测相干光束。检测到所述光束表示光束没有被中断，表示燃料—水分离器12的空腔28中的燃料折射率没有改变，并且表示贮存器16也不需要排出水或污染物。
在另一实施方式中，感测系统10包括多个设置在贮存器16上的与发射器36相对的接收器39。可选择地，接收器38和39可以形成一个沿着贮存器16延伸的单个带式传感器(strip sensor)。多个接收器39与控制器34电连接。如同接收器38一样，附加的多个接收器39也用于通知控制器34多个接收器39正在检测光束。多个接收器39将仅仅当光束在贮存器16中被改变方向时检测光束，这将在下面更为详细地描述。
现在看图1B，如果在进入燃料—水分离器12时燃料中含有水，那么水将留在贮存器16的静止区域30，水将在这里积聚，如参考标号44所示。在水44和空腔28中的例如燃料或空气的任何其他物质之间，水44部分地限定出界面46。尽管在特定实施例中提供的是对水44的说明，但可以理解的是，各种其他污染物也可以从燃料中分离并以与水44同样的方式处理。
随着收集到的水44量的增加，水44的界面46将朝着缸体12的底面26上升。最后，水44的界面46将在贮存器16中上升到接收器38的上方，如图1B所示。一旦水44的界面46上升到接收器38的上方，水44将与发射器36发射的光束成一直线。随着光束通过水44的界面46，光束被折射从而不再直接射向接收器38。光束出现这种折射的原因是水44的折射率不同于空腔28中燃料或空气的折射率。例如，空腔28中的燃料的折射率大约是1.44，而水44的折射率大约为1.33。接收器38相对于贮存器16的位置决定了在光束被折射之前允许积聚多少水44。在图1A和1B所示的实施例中，接收器38位于贮存器16的底部附近，从而贮存器16中少量的水44将折射该相干光束。可选择地，接收器38可以置于贮存器16上更接近缸体14底面26的位置，从而在光束被水44折射之前允许积聚更多的水44。在这种意义上，已知接收器38相对于贮存器16的位置就能使得感测系统10知晓贮存器16中收集了多少水。
如果空腔28中物质的透明度有所变化，那么光束也可能衰减。例如，如果燃料由于寒冷的天气而产生胶凝或混浊，那么燃料的透明度就会改变，光束就会衰减以致于不能被接收器38检测到。此外，当从贮存器16的顶部向静止区域30瞬间落下的水滴中断相干光束时，可能发生折射。接收器38检测的这种瞬间中断可以用于及早警告贮存器16中水44的积聚。
上面已经看到，控制器34与发射器36通信以激发光束并且与接收器38通信以确定光束是否被接收器38检测到。如果贮存器16中水44的存在使得光束被折射，那么接收器38将通知控制器34接收器38没有检测光束。这种光束的未检测表示燃料—水分离器12中存在问题。这个问题可能是贮存器16中的水44应该通过打开排泄阀32排出，或者是燃料由于寒冷的天气而产生了胶凝或混浊。一旦检测到问题，控制器34就可以把该问题以各种方式主动警告给机动车辆的操作员，或者采取措施解决该问题。例如，控制器34可以启动水报警信号(数字的或模拟的)，向机动车辆控制器发送电子信号以启动发动机报警信号，利用电子控制执行器自动打开排泄阀32，或者自动启动加热元件来加热燃料。
本实施方式中，感测系统10包括多个接收器39，光束的折射或衰减使得光束射向多个接收器39中的一个接收器。然后，多个接收器39检测到光束并将该检测通知控制器34。控制器34中的控制逻辑电路利用多个接收器39中的一个特定的接收器对光束的检测来判定贮存器16中的不同情况。例如，控制器34可以包括已知物质的已知折射率查找表，这些物质经常附加在柴油机燃料中，例如煤油或生物柴油燃料。当多个接收器39中的一个检测到光束时，控制器34基于哪个接收器39检测到了光束来计算贮存器16中物质的折射率，并利用这一算出的折射率查找哪种物质具有匹配的折射率。用这种方式，感测系统10不仅能够确定光束被中断，而且还能确定哪种物质存在于贮存器16中。这可以包括使用了哪种燃料(例如生物柴油燃料、煤油等的百分比)，或者哪种污染物存在于贮存器16中(例如水、海水等)。使用多个传感器39也可以用来根据计算出的折射率的等级，确定贮存器16中的水或污染物的水平。控制器34可设置为在一段时间内追踪贮存器16中燃料折射率的改变。控制器34从而可以把确定的燃料成分通知给发动机控制器(未示出)，发动机控制器从而可以利用该信息调节燃烧参数。
参考图2，第二感测系统100结合一示例性的燃料-水分离器12进行说明。第二感测系统100包括与集成光发射器/检测器104电连接的控制器102。反射器106位于集成光发射器/检测器104的对面。控制器102是一电子设备，具有预编程数字计算机或处理器、控制逻辑电路、用于存储数据的存储器和至少一个I/O部分。控制逻辑电路包括用于监控、操作和生成数据的多个逻辑程序。控制器102可以是用于机动车辆的控制部分或单独模块。
集成光发射器/检测器104耦合于贮存器16上，这将在下面更为详细地描述。集成光发射器/检测器104用于从中发射光束并且检测返回的光束。光束在图2A中以箭头“A”指示。集成光发射器/检测器104可以是现有技术中任何类型的光源和光检测器。集成光发射器/检测器104可以连续发射光束，或者集成光发射器/检测器104可以以预定或随机间隔脉冲地发射光束。反射器106也耦合于贮存器16上，并通常位于发射器36的对面。反射器106具有用于向集成光发射器/检测器104反射光束的表面108。在优选的实施方式中，集成光发射器/检测器104和反射器106由例如玻璃的非腐蚀性材料涂层或层所保护。
在给出的特定实施例中，集成光发射器/检测器104和反射器106耦合到贮存器16的内表面40。可选择地，只要集成光发射器/检测器104能够发射穿过贮存器16的光束，集成光发射器/检测器104和反射器106也可以耦合到贮存器16的外表面42。这可以通过采用由具有已知折射率的材料制成的透明贮存器16来实现，或者通过设置穿过贮存器16的孔口，使得集成光发射器/检测器104和反射器106在其中延伸来实现。
集成光发射器/检测器104和反射器106置于贮存器16之内，这样光束从集成光发射器/检测器104直接射向反射器106，反射器106再把光束反射回集成光发射器/检测器104。只要在空腔28中的任何物质例如燃料或空气具有不变的折射率，从集成光发射器/检测器104发射的光束就会被反射器106反射，再被集成光发射器/检测器104检测到。
控制器102与集成光发射器/检测器104通信以激发光束，并且确定光束是否又被集成光发射器/检测器104检测到。如果集成光发射器/检测器104发射并检测到光束，那么集成光发射器/检测器104将通知控制器102集成光发射器/检测器104正在检测光束。检测到光束表示光束没有被中断，并且表示燃料—水分离器12的空腔28中燃料的折射率没有改变，贮存器16也不需要排出水或污染物。
现在看图2B，水位位于贮存器16中反射器106上方的水44达到与图1A中的描述相似的效果。具体地，随着收集到的水44量的增加，水44的界面46将朝着缸体12的底面26上升。最后，水44的界面46将在贮存器16中上升到反射器106的上方。一旦水44的界面46上升到反射器106的上方，水44将与集成光发射器/检测器104发射的光束成一直线。随着光束通过水44的界面46，光束被折射从而不再直接射向接收器38。光束出现这种折射的原因是，水44的折射率不同于空腔28中燃料或空气的折射率。反射器106相对于贮存器16的位置决定了在光束被折射之前允许积聚多少水44。
如果空腔28中物质的透明度有所变化，那么光束也可能衰减。例如，如果燃料由于寒冷的天气而产生胶凝或混浊，燃料的透明度就会改变，光束就会衰减以致于不能被集成光发射器/检测器104检测到。
上面已经看到，控制器102与集成光发射器/检测器104通信以激发光束并且确定光束是否被检测到。如果贮存器16中水44的存在使得光束被折射，那么集成光发射器/检测器104将通知控制器102集成光发射器/检测器104没有检测光束。这种光束的未检测表示燃料—水分离器12中存在问题。这个问题可能是，贮存器16中的水44应该通过打开排泄阀32排出，或者是燃料由于寒冷的天气而产生了胶凝或混浊。一旦检测到问题，控制器102就可以把该问题以各种方式主动警告给机动车辆的操作员，或者采取措施解决该问题。例如，控制器102可以启动水报警信号(数字的或模拟的)，向机动车辆控制器发送电子信号以启动发动机报警信号，利用电子控制执行器自动打开排泄阀32，或者自动启动加热元件来加热燃料。
对本发明的描述实质上仅仅是示例性的，不脱离于本发明要点的变形也在本发明的范围内。这种变形不能被认为脱离了本发明的实质和范围。
Claims (22)
1.一种燃料污染物传感器，包括：
用于容纳第一流体和第二流体的流体贮存器，该流体贮存器具有入口和出口；
用于发射穿过流体贮存器的光束的光源；
用于接收发射穿过流体贮存器的光束的光束检测器；和
用于激发光源并接收光束检测器的输出的控制器；
其中所述第一流体和第二流体限定出在第一流体和第二流体之间的界面，其中所述界面被设置在光源和光束检测器之间，并且所述第二流体的折射率不同于所述第一流体的折射率；以及
由此，由于在所述界面处所述第一流体和所述第二流体之间折射率的改变而引起的光束中断阻止光束检测器接收光束。
2.如权利要求1的燃料污染物传感器，其中当界面位于光束检测器之上和光源之下时，光束被折射。
3.如权利要求1的燃料污染物传感器，其中光源位于贮存器的顶部附近，检测器位于贮存器的底部附近。
4.如权利要求1的燃料污染物传感器，其中光源脉冲地发射光束。
5.如权利要求1的燃料污染物传感器，其中光源连续发射光束。
6.如权利要求1的燃料污染物传感器，其中光源是激光器。
7.如权利要求1的燃料污染物传感器，其中光源是发光二极管。
8.如权利要求1的燃料污染物传感器，包括多个位于流体贮存器中的光束检测器。
9.如权利要求8的燃料污染物传感器，其中控制器包括基于多个光束检测器中的哪一个光束检测器检测到了光束来计算光束的折射率的逻辑电路，和根据这一算出的折射率确定流体贮存器中的物质的控制逻辑电路。
10.如权利要求9的燃料污染物传感器，其中控制器包括在一段时间内检测光束折射率的改变的逻辑电路。
11.如权利要求10的燃料污染物传感器，其中控制器包括在一段时间内把流体贮存器中物质的成分通知给发动机控制器的逻辑电路。
12.如权利要求8的燃料污染物传感器，其中控制器包括基于多个光束检测器中的哪一个光束检测器检测到了光束来确定流体贮存器中流体的量的逻辑电路。
13.如权利要求1的燃料污染物传感器，进一步包括耦合于流体贮存器并受控制器控制的排泄阀，排泄阀用于排空流体贮存器。
14.如权利要求13的燃料污染物传感器，其中当光束被中断时排泄阀被控制器打开。
15.一种用于检测燃料-水分离器中含量改变的装置，包括：
容纳第一流体和第二流体的流体贮存器；
耦合到贮存器用于发射穿过所述第一流体和所述第二流体的光束并用于检测该光束的发射器/检测器；
与发射器/检测器电连接的控制器，控制器用于激励发射器/检测器发射光束并确定光束是否被检测到；和
耦合于贮存器的反射器，反射器与发射器/检测器排列成直线从而使得从发射器/检测器发射的光束被反射器反射回发射器/检测器；和
其中所述第一流体和第二流体限定出在第一流体和第二流体之间的界面，所述界面被设置在发射器/检测器和反射器之间，并且所述第二流体的折射率不同于所述第一流体的折射率；以及
其中，由于在发射器/检测器和反射器之间的所述界面处所述第一流体和所述第二流体之间折射率的改变而引起的光束中断阻止发射器/检测器检测光束。
16.如权利要求15的装置，其中当界面位于反射器之上和发射器/检测器之下时，光束被界面折射。
17.如权利要求15的装置，其中发射器/检测器脉冲地发射光束。
18.如权利要求15的装置，其中发射器/检测器连续发射光束。
19.如权利要求15的装置，其中发射器/检测器包括激光器。
20.如权利要求15的装置，其中发射器/检测器包括发光二极管。
21.如权利要求15的装置，其中控制器包括在一段时间内检测光束折射率的改变的逻辑电路。
22.如权利要求21的装置，其中控制器包括用于通知发动机控制器流体的折射率已改变的逻辑电路。
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