CN109891203B - 用于测量容器中的流体液位的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测量流体（F）的液位（L）的装置（10），包括：用于将声音脉冲传输到所述流体（F）中和用于接收回声的声学有源部件（12），以及电子电路布置（14），用于控制所述声音脉冲的传输，并用于处理由于接收到回声而由所述声学有源部件（12）提供的接收信号，其中，所述声学有源部件（12）和所述电子电路布置（14）组合在包装模块（20）中，所述包装模块（20）设置有从所述包装模块（20）的封装件（24）突出的电接触元件（22）。为了在恶劣的环境中也可以实现可靠的操作，而不需要装置的复杂结构或装置的繁琐安装，根据本发明的装置（10）还包括壳体（30），所述壳体（30）具有嵌入或附接到所述壳体（30）的电导体（32），其中，所述声学有源部件（12）声学耦合到所述壳体（30），使得所述声音脉冲通过所述壳体（30）传输到所述壳体（30）之外的流体（F），并且通过所述壳体（30）接收回声，并且其中，所述包装模块（20）的电接触元件（22）电连接到所述壳体（30）的电导体（32）。
Description
技术领域
本发明涉及用于测量容器中的流体液位的装置以及方法。
背景技术
从DE 10 2012 014 307 A1中已知这种装置和这种方法。根据该现有技术，用于测量机动车辆中的流体液位的传感器装置包括：
- 用于将超声脉冲发送到流体中并用于接收由流体表面处的超声波反射引起的超声脉冲的回声的超声振荡器，以及
- 电子半导体电路布置，用于通过向超声振荡器提供控制信号来控制超声脉冲的发送，并分析由于接收到回声而由超声振荡器提供的接收信号，
其中超声振荡器和电子半导体电路布置组合在包装模块中，该包装模块设置有从包装模块的封装件突出的多个电接触元件。
使用这种传感器装置的实际问题是例如填充有流体的容器的流体密封性以及传感器装置本身的流体密封性，从而保证了没有电气短路或其它不利影响的适当操作。
此外，特别是在诸如机动车辆的恶劣环境中使用这种装置时，其中机械振动和/或温度变化作用在装置上，可能在容器内正确定位和/或正确操作装置时出现问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种开头已经提到的类型的装置和方法，通过该装置和方法，在恶劣的环境中也可以实现可靠的操作，而不需要装置的复杂结构和/或将装置繁琐地安装到相应的应用环境中。
根据本发明，该目的分别由用于测量容器中的流体液位的装置和方法来解决。
首先，根据本发明的装置还包括壳体（不同于包装模块的封装件），其可以为包装模块提供保护，并因此为包装模块所包括的部件提供额外保护。
其次，声学有源（active）部件（例如超声振荡器）声学地耦合到壳体，使得声音脉冲通过壳体传输到壳体之外的流体，并且通过壳体接收回声。在非常简单的实施例中，这种声学耦合可以通过包装模块和/或一方面由其组成的声学部件与另一方面壳体的相应部分之间的直接接触来实现。优选地，这种直接接触是二维广泛接触，例如经由声学有源部件的横向尺寸一样大（或更大）的接触界面区域。
第三，所述壳体设置有嵌入或附接到壳体的电导体（例如，由金属制成），其中包装模块的电接触元件（“引线”或“引脚”，例如由金属制成）电连接到壳体的电导体。在简单的实施例中，包装模块的电接触元件通过软焊或焊接电连接。可替代地，这种连接可以例如通过用导电胶胶粘来实现。
通过本发明，可以基于声学测量原理提供可靠操作的流体液位传感器，例如发出声音脉冲（例如超声脉冲），接收回波，并且基于回声的飞行时间来确定（例如，计算）流体的液位。
除了声学有源部件之外，该装置还包括电子电路布置，其至少具有用于控制信号产生和接收信号处理的电子部件，其中信号处理可以相应地包括接收信号的分析直到输出信号或数据信号，代表测量的流体液位。
这些部件在包装模块中的组合有利地减少了在传感器装置的制造期间待处理的部件的数量，并且允许在部件之间简单地实现必要的机械和电气互连。
电子电路布置还可以包括无源电气部件（例如电阻器，电容器等），其在这种情况下也集成在包装模块中。
从包装模块的封装件突出的多个电接触元件允许实现例如装置的电功率供应和/或其它信号的输入/输出（例如，用于控制装置的操作的控制信号和/或表示由装置进行的测量结果的传感器信号）。
包装模块可以设计为所谓的“系统级包装”（SiP）和/或所谓的“多芯片模块”（MCM）。
在实施例中，声学有源部件包括压电盘。这种压电盘例如非常适合于发送和接收超声声音脉冲。
根据实施例，声音脉冲是超声声音脉冲。
根据实施例，壳体由塑料制成。
在实施例中，该装置还包括声学耦合层，其位于包装模块的封装件和壳体之间。
有利的是，特别是在这种情况下，当包装模块的封装件是立方体形状时（例如通常的“集成电路”（IC）被成形），其中电接触元件从壳体的周边突出，并且其中在包装模块的“底侧”和壳体的相应部分（优选平坦表面部分）之间实现声学耦合。包装模块的底侧是封装件的面向壳体的（优选平坦的）那横向一侧。
优选地，声学耦合层的横向尺寸（面积）与声学有源部件的横向尺寸一样大（或更大）。
在实施例中，声学耦合层由粘合剂制成。在这种情况下，粘合剂有利地也是用于实现或有助于将包装模块机械固定到壳体的装置。
在实施例中，声学耦合层由凝胶状物质制成。
在实施例中，声学耦合层由橡胶（例如硅橡胶）制成。
在实施例中，电接触元件通过焊接，软焊或用导电胶胶粘而电连接到电导体。胶粘和特别是焊接也可以有利地实现或有助于将包装模块固定到壳体。
如上所述，声学耦合和/或电连接还可以提供将包装模块机械地固定到壳体的功能。然而，如果通过电连接实现的这种机械固定（并且也可能通过声学耦合实现）不够稳定，则根据本发明的装置可以进一步包括用于实现将包装模块机械固定到壳体的（附加）装置。
这种附加的机械固定装置或机械固定可相应地包括例如另外的胶粘（例如，在声学有源区域外），卡扣钩，热冲压，超声焊接等。
包装模块在壳体中的横向定位例如通过使用壳体的电导体和/或例如可视标记来实现，以便对齐包装模块。可替代地，这种定位可以例如通过使用直接连接到壳体的机械装置来实现，例如引导销或棘爪，模块的相应轮廓可以与该机械装置对齐。
附图说明
现在将参考附图通过示例性实施例来更详细地描述本发明，其中：
图1是根据实施例或本发明的传感器装置的侧视图，并且
图2是图1的传感器装置的俯视图。
具体实施方式
图1和图2示出了用于测量容器中的流体F的液位L的装置10。装置10包括：
- 用于将声音脉冲发送到流体F中并用于接收声音脉冲的回声的声学有源部件12，以及
- 电子电路布置14，用于通过向声学有源部件12提供控制信号来控制声音脉冲的发送，并处理由于接收到回声而由声学有源部件12提供的接收信号。
声学有源部件12和电子电路布置14组合在包装模块20中，该包装模块20设置有从包装模块20的封装件24突出的多个电接触元件22。
在所示实施例中，电子电路布置14包括半导体芯片26和电学无源部件28（例如电阻器，电容器等），它们以任何合适的方式电互连并连接到声学有源部件12（例如从包装模块的现有技术已知为“SiP”或“MCM”）。
在所示的示例中，封装件24由树脂制成并且具有立方体形状，其中电接触元件22从模块20的周边突出。
装置10还包括壳体30，壳体30设置有嵌入壳体30中的电导体32，其中声学有源部件12声学地耦合到壳体30，使得声音脉冲通过壳体30传输到壳体30之外的流体F，并且回声通过壳体30接收，并且其中包装模块20的电接触元件22电连接到壳体30的电导体32。
在所示的示例中，声学有源部件12被实现为压电盘，其由控制电压控制以发出超声声音脉冲。
壳体30由塑料制成，并且可以例如构成在其中容纳流体F的容器的一部分，或者可以是位于这种容器中的壳体。
在所示的示例中，该装置还包括位于封装件24和壳体30之间的（声学上透射的）声学耦合层34，其中耦合层34例如由粘合剂制成，使得声学耦合的这种实现另外有助于将包装模块20机械固定到壳体30。
在所示的示例中，包装模块20的电接触元件22焊接到壳体30的电导体32，这提供了模块20在壳体30处的进一步机械稳定性。
本发明和以上解释的实施例可以例如用于测量机动车辆的操作流体（例如发动机油，制动流体，冷却液体，挡风玻璃雨刮器流体等）的液位。
Claims (12)
1.一种用于基于声学测量原理来测量容器中的流体（F）的液位（L）的装置（10），包括
- 用于将声音脉冲传输到所述流体（F）中和用于接收所述声音脉冲的回声的声学有源部件（12），
- 电子电路布置（14），用于通过向所述声学有源部件（12）提供控制信号来控制所述声音脉冲的传输，并用于处理由于接收到回声而由所述声学有源部件（12）提供的接收信号，
其中，所述声学有源部件（12）和所述电子电路布置（14）组合在包装模块（20）中，所述包装模块（20）设置有从所述包装模块（20）的封装件（24）突出的多个电接触元件（22），
其特征在于，所述装置（10）还包括壳体（30），所述壳体（30）设置有嵌入或附接到所述壳体（30）的电导体（32），
其中，所述声学有源部件（12）声学耦合到所述壳体（30），使得所述声音脉冲通过所述壳体（30）传输到所述壳体（30）之外的流体（F），并且通过所述壳体（30）接收回声，并且
其中，所述包装模块（20）的电接触元件（22）电连接到所述壳体（30）的电导体（32）。
2.根据权利要求1所述的装置（10），其中，所述声学有源部件包括压电盘。
3.根据权利要求1所述的装置（10），其中，所述声音脉冲是超声声音脉冲。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置（10），其中，所述壳体（30）由塑料制成。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置（10），还包括声学耦合层（34），所述声学耦合层（34）定位在所述包装模块（20）的所述封装件（24）与所述壳体（30）之间。
6.根据权利要求5所述的装置（10），其中，所述声学耦合层（34）由粘合剂制成。
7.根据权利要求5所述的装置（10），其中，所述声学耦合层（34）由凝胶状物质制成。
8.根据权利要求5所述的装置（10），其中，所述声学耦合层（34）由橡胶制成。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的装置（10），其中，所述包装模块（20）的所述电接触元件（22）通过焊接，软焊或用导电胶胶粘而电连接到所述壳体（30）的所述电导体（32）。
10.一种用于基于声学测量原理测量容器中的流体（F）的液位（L）的方法，其特征在于，使用根据权利要求1至9中任一项所述的装置（10）。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述流体（F）是机动车辆的操作流体。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述流体（F）是发动机油。
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