DE102018216624B4

DE102018216624B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids in einem Fluidbehälter

Info

Publication number: DE102018216624B4
Application number: DE102018216624.2A
Authority: DE
Inventors: Karl-Friedrich Pfeiffer
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2022-12-08
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: DE102018216624A1; WO2020064244A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung (10) zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluid in einem Fluidbehälter (12), wobei die Fluidsensorvorrichtung (10) eine Schallwandlereinheit (16) mit mehreren Schallwandlermodulen (1-6) und eine zwischen der Schallwandlereinheit (16) und dem Fluidbehälter (12) angeordnete Schallkoppeleinheit (19) aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Schallwandlereinheit (16) akustisch an den Fluidbehälter (12) zu koppeln, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:- Ansteuern jedes der Schallwandlermodule (1-6) derart, dass diese jeweils ein Schallsignal entlang eines jeweiligen Schallsignalpfads (20, 40) durch die Schallkoppeleinheit (19) und den Fluidbehälter (12) in das Fluid aussenden,- Empfangen eines Schallsignals in Erwiderung auf das vom jeweiligen Schallwandlermodul (1-6) ausgesendete Schallsignal,- Auswerten von zumindest einem der empfangenen Schallsignale dahingehend, ob im Schallsignalpfad (20, 40) des jeweiligen Schallwandlermoduls (1-6) eine Inhomogenität in der Schallkoppeleinheit (19) und/oder im Fluidbehälter (12) vorhanden ist, und- Ansteuern der Schallwandlereinheit (19) derart, dass beim Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität des Fluids die in dem Schallsignalpfad (20, 40) vorhandene Inhomogenität kompensiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids, wie beispielsweise einer Harnstofflösung, in einem Fluidbehälter, insbesondere in einem Fluidbehälter eines Fahrzeugs.
Zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids kann beispielsweise eine akustische Messvorrichtung eingesetzt werden. Ein Schallwandler der akustischen Messvorrichtung kann sowohl als Schallerzeuger als auch als Schallempfänger arbeiten. Für eine Bestimmung des Füllstands des Fluids im Fluidbehälter können mittels des Schallwandlers beispielsweise Schallimpulse, insbesondere Ultraschallimpulse, in das zu vermessende Fluid abgegeben werden. Die Schallimpulse können von einer Grenzfläche zwischen dem Fluid und einem weiteren Medium, wie beispielsweise der darüber befindlichen Luft, reflektiert werden. Aus der Laufzeit der Schallimpulse können dann Rückschlüsse auf den Füllstand des Fluids im Fluidbehälter geschlossen werden.
Ferner können mittels desselben oder eines separat vorgesehen Schallwandlers Schallsignale in Richtung eines im Fluid angeordneten Referenzreflektors zum Ermitteln einer Schallgeschwindigkeit im Fluid ausgesendet werden. Diese Schallgeschwindigkeit kann dann unter anderem auch zur Bestimmung der Qualität des Fluids in dem Fluidbehälter herangezogen werden.
Allerdings hat sich gezeigt, dass derartige akustische Messvorrichtungen nicht immer einwandfrei arbeiten. Beispielsweise können die Schallimpulse nicht nur an der Grenzfläche zwischen dem zu vermessenden Fluid und der darüber befindlichen Luft reflektiert werden, sondern auch an anderen Grenzflächen, an denen es zu einer Änderung der akustischen Eigenschaften kommt. Würden die Schallimpulse an derartigen Grenzflächen reflektiert, käme es ebenfalls zu einer veränderten Laufzeit. Würde man jedoch aus dieser veränderten Laufzeit auf den Füllstand und/oder die Qualität des Fluids schließen, wäre die Messung fehlerhaft oder gar unbrauchbar.
Des Weiteren befindet sich zwischen dem Fluidbehälter und der akustischen Messvorrichtung häufig eine akustische Koppelschicht, die dazu dient, die akustische Messvorrichtung akustisch an den Fluidbehälter zu koppeln. Da die Laufzeit des Schallimpulses auch von der Dicke der Koppelschicht abhängt, wirken sich Änderungen in der Dicke der Koppelschicht ebenfalls auf die Laufzeit der Schallsignale aus. Auch diese Änderungen können zu einem fehlerhaften oder gar unbrauchbaren Messergebnis führen.
Die DE 198 20 419 A1 betrifft einen Ultraschallwandler, wie er beispielsweise in Füllstandsmessgeräten zur Messung des Füllstands einer Flüssigkeit in offenen oder geschlossenen Behältnissen eingesetzt werden kann. Der darin beschriebene Ultraschallwandler umfasst eine piezoelektrische Scheibe in einer Halterung. Auf der vorderseitigen (abstrahlenden) Oberfläche der piezoelektrischen Scheibe ist eine Ankoppelschicht für Ultraschall fest aufgebracht, beispielsweise aufgegossen. Diese Ankoppelschicht besteht aus einem elastischen Material, dessen Elastizität ein Anschmiegen der Ankoppelschicht an einer Messobjektoberfläche ermöglicht, wenn der Ultraschallwandler gegen die Messobjektoberfläche gedrückt wird. Der daraus bekannte Ultraschallwandler erlaubt somit eine hilfsstofffreie, beliebig wechselbare, akustische Ankopplung an Messobjekte.
Aus der CN 108 362 358 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen des Ölfüllstands in einer Porzellanhülse eines Hochspannungsgrades bekannt, wobei die Verfahrensvorrichtung auf dem Ultraschallprinzip basieren.
Die US 2009/0 025 474 A1 betrifft ein Ultraschallbasiertes Kraftstofffüllstandüberwachungssystem, das eine akustische Linse aufweist.
Die WO 99/57 527 A1 beschreibt eine akustische, auf dem Ultraschall-Messprinzip basierende Füllstandmessvorrichtung und ein entsprechendes -verfahren.
Aus der DE 695 27 566 T2 ist eine Vorrichtung zum Bestimmen des Flüssigkeits-Niveaus in einem Behälter bekannt, der Lageschwankungen ausgesetzt sein kann, mit mehreren Transducern zum Ausgeben akustischer Energie in die Flüssigkeit von einer unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche gelegenen Position und zum Empfangen von Echos, und mit einer Einrichtung zum Bestimmen des Flüssigkeits-Niveaus basierend auf der Echo-Amplitude und der Zeitverzögerung zwischen der Ausgabe der akustischen Energie und der Detektion der Echos.
Die US 2004144170 A1 offenbart auf dem Ultraschall-Messprinzip beruhende Füllstandmessvorrichtung.
Die DE 195 33 875 A1 betrifft Abwassermengenmessung, die über mindestens fünf Messkanäle alle relevanten Mess- und Kompensationssignale erfasst.
Die US 6 640 636 B1 beschreibt eine Vorrichtung zum Aussenden von Ultraschallsignalen in ein Material hinein und zum Empfangen eines reflektierten Ultraschallsignals unter Verwendung eines piezoelektrischen Substrats.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids in einem Fluidbehälter bereitzustellen, mit dem die Bestimmung des Füllstands und/oder der Qualität des Fluids weniger fehleranfällig ist und die Fluidsensorvorrichtung damit zuverlässiger und genauer betrieben werden kann. Ferner ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluidsensorvorrichtung zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität des Fluids bereitzustellen, die mittels eines derartigen Verfahrens betrieben werden kann.
Die Aufgaben werden mit einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 sowie mit einer Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 8 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids in einem Fluidbehälter bereitgestellt. Dabei weist die Fluidsensorvorrichtung eine Schallwandlereinheit mit mehreren Schallwandlermodulen und eine zwischen der Schallwandlereinheit und dem Fluidbehälter angeordnete Schallkoppeleinheit auf. Die Schallkoppeleinheit ist dabei dazu ausgebildet, die Schallwandlereinheit akustisch an den Fluidbehälter zu koppeln. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Ansteuern jedes der Schallwandlermodule derart, dass diese jeweils ein Schallsignal entlang eines jeweiligen Schallsignalpfads durch die Schallkoppeleinheit und den Fluidbehälter in das Fluid aussenden, Empfangen eines Schallsignals in Erwiderung auf das vom jeweiligen Schallwandlermodul ausgesendeten Schallsignals, Auswerten von zumindest einem der empfangenen Schallsignale dahingehend, ob im Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls eine Inhomogenität in der Schallkoppeleinheit und/oder im Fluidbehälter vorhanden ist, und Ansteuern der Schallwandlereinheit derart, dass beim Bestimmen des Füllstands und oder der Qualität des Fluids die in dem Schallsignalpfad vorhandene Inhomogenität kompensiert wird.
Im Rahmen dieser Offenbarung bezeichnet der Begriff „Inhomogenität“ eine Inhomogenität der Schalltransmission im jeweiligen Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls. Die Inhomogenität in der Schalltransmission kann beispielsweise in der Form einer Störstelle vorliegen, beispielsweise in Form eines Lunkers oder einer Luftblase, die sich in der Schallkoppeleinheit und/oder dem Fluidbehälter und/oder zwischen der Schallkoppeleinheit und dem Fluidbehälter oder der Schallwandlereinheit befindet. Die Inhomogenität in der Schalltransmission kann aber auch in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter vorliegen.
Eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle führt dazu, dass das Schallsignal zumindest teilweise bereits an der Störstelle und eben nicht an der Grenzfläche zwischen dem zu vermessenden Fluid und dem darüberliegenden Medium (insbesondere Luft) reflektiert wird. Durch diese „vorzeitige“ Reflektion des ausgesendeten Schallsignals kommt es zu einer Verringerung der Laufzeit des Schallsignals, was zu einem verfälschten oder im schlimmsten Fall unbrauchbaren Messergebnis führt.
Eine Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke der Schallkoppeleinheit und/oder des Fluidbehälters führt dazu, dass ein Schallsignal, das die Schallkoppeleinheit und den Fluidbehälter an einer dünnen Stelle durchläuft, eine geringere Laufzeit aufweist, als ein Schallsignal, dass die Schallkoppeleinheit und den Fluidbehältern einer dicken Stelle durchläuft. Diese unterschiedlichen Laufzeiten führen dazu, dass die insgesamt in das Fluid eintretende Schallwelle nicht mehr (in guter Näherung) eben sondern ungleichmäßig verformt ist, was das Messergebnis ebenfalls verfälscht oder gar unbrauchbar macht.
Der Erfindung liegt daher der Gedanke zugrunde, dass bei derartigen Inhomogenitäten in Form einer Störstelle und/oder einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter die Schallwandlereinheit derart angesteuert wird, dass die im Schallsignalpfad jeweils vorhandene Inhomogenität kompensiert wird.
Im Rahmen dieser Offenbarung bezeichnet der Begriff „kompensieren“ ein Ausgleichen bzw. ein Berücksichtigen der Inhomogenität im jeweiligen Schallsignalpfad derart, dass nach der Kompensation der Inhomogenität diese im Messsignal nicht mehr vorhanden ist oder zumindest weitestgehend ausgeglichen ist.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass diejenigen Schallwandlermodule, deren Schallsignalpfade eine Inhomogenität aufweisen, maskiert bzw. blockiert oder gar nicht angesteuert werden, sodass diese Schallwandlermodule keine Schallsignale mehr aussenden können und es daher nicht zu einer bspw. „vorzeitigen“ Reflektion der Schallsignale kommt. Die Kompensation kann aber auch dadurch erfolgen, dass die Schallwandlermodule der Schallwandlereinheit zeitlich verschoben angesteuert werden und zwar derart, dass Laufzeitunterschiede zwischen den Schallsignalen der jeweiligen Schallwandlermodule berücksichtigt werden. Insbesondere werden die Schallwandlermodule zeitlich derart verschoben angesteuert, dass wieder eine (in guter Näherung) ebene Schallwelle in das Fluid eintritt. Dadurch kann eine Verformung der Schallwelle ausgeglichen werden und das Messergebnis verbessert werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es also möglich, beispielsweise in einem Testmodus eine Fluidsensorvorrichtung dahingehend zu testen, ob eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle und/oder einer unterschiedlichen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter vorhanden ist. Wenn dann festgestellt wurde, dass eine derartige Inhomogenität vorhanden ist, kann die Schallwandlereinheit derart angesteuert werden, dass die Inhomogenität im folgenden Messmodus ausgeglichen bzw. kompensiert wird.
Der Testmodus der Fluidsensorvorrichtung kann beispielsweise bereits nach Herstellung der Fluidsensorvorrichtung erfolgen. Also noch bevor dieser schließlich im Fahrzeug oder dergleichen eingebaut und gegebenenfalls mit dem Fluid befüllt wird. Wenn in dem Testmodus dann eine Inhomogenität festgestellt wird, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Schallwandlereinheit derart angesteuert werden, dass diese Inhomogenität kompensiert bzw. berücksichtigt wird. Sobald die Kompensation erfolgt ist, kann dann die Fluidsensorvorrichtung beispielsweise im Fahrzeug eingebaut werden und im darauffolgenden Messmodus betrieben werden. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt also sicher, dass durch die Kompensation der womöglich schon bei der Produktion auftretenden Inhomogenitäten im Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls eine zuverlässig und genauer arbeitende Fluidsensorvorrichtung geschaffen wird. Dadurch kann insbesondere die Ausschussrate von fehlerhaft arbeitenden Fluidsensorvorrichtungen verringert werden und die Zuverlässigkeit der Fluidsensorvorrichtungen erhöht werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Schritt des Auswertens von zumindest einem der empfangenen Schallsignale dahingehend, ob im Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls eine Inhomogenität in der Schallkoppeleinheit und/oder im Fluidbehälter vorhanden ist, ferner die folgenden Schritte auf: Ermitteln einer Laufzeit des zumindest einen Schallsignals, Vergleichen der ermittelten Laufzeit mit einer vorbestimmten Referenzlaufzeit eines Referenzschallsignals und Feststellen, dass eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle in dem Schallsignalpfad vorhanden ist, dadurch, dass die ermittelte Laufzeit mindestens um einen vorbestimmten Laufzeitschwellenwert kleiner als die vorbestimmte Referenzlaufzeit ist. Die Referenzlaufzeit kann dabei beispielsweise im System bereits hinterlegt sein und durch Messungen oder Modelle ermittelt worden sein. Damit kann durch einen einfachen Vergleich zwischen der ermittelten Laufzeit und einer vorbestimmten (bekannten) Referenzlaufzeit eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle festgestellt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung entspricht die Referenzlaufzeit einer Laufzeit, die das Referenzschallsignal benötigt, wenn der jeweilige Schallsignalpfad frei von Störstellen ist. Besonders bevorzugt ist als Referenzlaufzeit diejenige Laufzeit, die das Referenzschallsignal benötigt, wenn der jeweilige Schallsignalpfad frei von Störstellen ist und der Fluidbehälter kein Fluid aufweist. In diesem Fall würde das ausgesendete Schallsignal an der Grenzfläche zwischen dem Fluidbehälter und der darüber vorhandenen Luft reflektiert werden. Besonders vorteilhaft an der Verwendung eines leeren Fluidbehälters ist, dass beim Testmodus der Fluidsensorvorrichtung keine zusätzlichen Fluide wie etwa Testfluide oder dergleichen benötigt werden, um eine Inhomogenität festzustellen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst dabei der Schritt des Ansteuerns der Schallwandlereinheit derart, dass die in dem Schallsignalpfad vorhandene Inhomogenität kompensiert wird, ferner den Schritt: Ansteuern nur derjenigen Schallwandlermodule der Schallwandlereinheit, deren Schallsignalpfade frei von Inhomogenitäten sind. Wenn also eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle im jeweiligen Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls wie oben beschrieben festgestellt wurde, kann diese Inhomogenität ganz einfach dadurch kompensiert werden, dass diejenigen Schallwandlermodule, die eine Inhomogenität im Schallsignalpfad aufweisen, nicht angesteuert werden (bzw. maskiert oder blockiert werden) und nur diejenigen Schallwandlermodule angesteuert werden, deren Schallsignalpfade keine Inhomogenität aufweisen. Dadurch wird verhindert, dass Schallwandlermodule angesteuert werden, die aufgrund der im jeweiligen Schallsignalpfad vorhandenen Inhomogenität ein verfälschtes und damit unter Umständen unbrauchbares Messergebnis erzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Schritt des Auswertens von zumindest einem der empfangenen Schallsignale dahingehend, ob im Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls eine Inhomogenität in der Schallkoppeleinheit und/oder im Fluidbehälter vorhanden ist, ferner die folgenden Schritte auf: Ermitteln einer ersten Laufzeit eines von einem (ersten Schallwandlermodul) der mehreren Schallwandlermodule ausgesendeten Schallsignals, Ermitteln einer zweiten Laufzeit eines von einem anderen (bzw. zweiten Schallwandlermodul) der mehreren Schallwandlermodule ausgesendeten Schallsignals, Ermitteln eines Laufzeitunterschieds zwischen der ersten Laufzeit und der zweiten Laufzeit, und Feststellen, dass eine Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen (bzw. nicht konstanten) Dicke der Schallkoppeleinheit und/oder des Fluidbehälters vorhanden ist, dadurch, dass der ermittelte Laufzeitunterschied größer als ein vorbestimmter Laufzeitunterschiedsschwellenwert ist. Mit anderen Worten werden in dieser Ausgestaltung durch einen einfachen Vergleich zweier Schallsignale Laufzeitunterschiede der Schallsignale ermittelt, die dann als Basis für das Feststellen einer Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter verwendet werden. Wenn der ermittelte Laufzeitunterschied größer als der vorbestimmte Laufzeitunterschiedsschwellenwert ist, zeigt das, dass die beiden verglichenen Schallsignale unterschiedlich lange Schallsignalpfad durchlaufen haben und daher die Schallkoppeleinheit und/oder der Fluidbehälter an diesen beiden Stellen eine unterschiedliche Dicke aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Schritt des Ansteuerns der Schallwandlereinheit derart, dass die in dem Schallsignalpfad vorhandene Inhomogenität kompensiert wird, daher ferner den Schritt auf: zeitlich verschobenes (bzw. zeitlich verzögertes oder zeitlich vorverlagertes) Ansteuern der Schallwandlermodule der Schallwandlereinheit derart, dass der ermittelte Laufzeitunterschied berücksichtigt wird. Insbesondere werden die Schallwandlermodule dabei derart zeitlich verschoben angesteuert, das eine (in guter Näherung) ebene Schallwelle im Fluid erzeugt und eine Verformung der Schallwelle kompensiert wird. Dadurch können bereits im Testmodus der Fluidsensorvorrichtung produktionsbedingte Inhomogenitäten in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter kompensiert werden. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil die Schallkoppeleinheit in der Regel von außen optisch nicht zugänglich ist und auch sonst eine ungleichmäßige Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter mit dem bloßen Auge oft nicht zu erkennen ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schallwandlermodule selektiv angesteuert. Mit anderen Worten werden nicht alle Schallwandlermodule der Schallwandlereinheit angesteuert, sondern nur bestimmte Schallwandlermodule. Beispielsweise ist es denkbar, dass selektiv zunächst nur diejenigen Schallwandlermodule angesteuert werden, bei denen man eine Inhomogenität im jeweiligen Schallsignalpfad vermutet. So kann es sein, dass man Kenntnis darüber besitzt, an welchen Stellen der Schallkoppeleinheit und/oder dem Fluidbehälter vermehrt Störstellen oder anderweitige Inhomogenitäten auftreten. Wenn man diese Kenntnis besitzt, kann man selektiv zunächst nur diejenigen Schallwandlermodule ansteuern, deren Schallsignalpfade im Bereich dieser Stellen liegen. Mit dieser Ausgestaltung müssen demnach nicht mehr alle Schallwandlermodule angesteuert werden, sondern kann es ausreichen, wenn nur einzelne Schallwandlermodule selektiv angesteuert werden. Das spart Zeit beim Testen der Fluidsensorvorrichtung.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es selbstverständlich möglich ist, die verschiedenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens derart miteinander zu kombinieren, dass sowohl eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle als auch eine Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter festgestellt und entsprechend kompensiert werden kann. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Schallsignale zunächst mit Blick auf Störstellen in der Schallkoppeleinheit und/oder dem Fluidbehälter ausgewertet werden, wobei dann diejenigen Schallwandlermodule maskiert werden, deren Schallsignalpfade eine Störstelle aufweisen. Anschließend können die (verbleibenden) Schallsignale mit Blick auf eine unterschiedliche Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter ausgewertet werden, wobei die (verbleibenden) Schallwandlermodule dann zeitlich verschoben angesteuert werden, um eine ebene Schallwelle im Fluid zu erzeugen.
Schließlich wird in einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Fluidsensorvorrichtung zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids in einem Fluidbehälter geschaffen. Die erfindungsgemäße Fluidsensorvorrichtung umfasst eine Schallwandlereinheit, die mehrere Schallwandlermodule aufweist, wobei jedes der Schallwandlermodule dazu ausgebildet ist, ein Schallsignal entlang eines Schallsignalpfads in das Fluid auszusenden und in Erwiderung auf das ausgesendete Schallsignal ein Schallsignal zu empfangen. Die Fluidsensorvorrichtung umfasst ferner eine zwischen der Schallwandlereinheit und dem Fluidbehälter angeordnete Schallkoppeleinheit, die dazu ausgebildet ist, die Schallwandlereinheit akustisch an den Fluidbehälter zu koppeln, sowie eine Steuereinheit zum Ansteuern der Schallwandlereinheit, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und Ausgestaltungen davon durchzuführen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäße Fluidsensorvorrichtung eine zumindest zwei Schallwandlermodule aufweisende kapazitive mikromechanische Ultraschallwandlereinheit (CMUT) oder eine zumindest zwei Schallwandlermodule aufweisende piezoelektrische mikromechanische Ultraschallwandlereinheit (PMUT) ist.
Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fluidsensorvorrichtung mit mehreren Schallwandlermodulen, wobei in einem Schallsignalpfad von einem der Schallwandlermodule eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle vorhanden ist,
2 eine schematische Ansicht eines Schallsignals, bei dem im zugehörigen Schallsignalpfad eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle vorhanden ist,
3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fluidsensorvorrichtung mit mehreren Schallwandlermodulen, wobei eine Schallkoppeleinheit der Fluidsensorvorrichtung eine ungleichmäßige Dicke aufweist,
4 eine schematische Ansicht zweier Schallsignale, deren Laufzeiten aufgrund der ungleichmäßig Dicke der Schallkoppeleinheit einen Laufzeitunterschied aufweisen,
5 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle kompensiert wird, und
6 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem eine Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke der Schallkoppeleinheit kompensiert wird.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es sei zunächst auf 1 verwiesen, die eine Fluidsensorvorrichtung 10 zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids zeigt. Das Fluid kann beispielsweise ein flüssiges Medium zur Schadstoffreduktion in Abgasen sein, das beispielsweise ein Reduktionsmittel und/oder ein Reduktionsmittelvorläufer, wie eine wässrige Harnstofflösung, aufweist. Alternativ kann es sich bei dem Fluid auch um ein Öl handeln, wie beispielsweise ein Getriebeöl für ein Getriebe eines Fahrzeugs oder dergleichen.
Die Fluidsensorvorrichtung 10 umfasst einen Fluidbehälter 12 zum Aufnehmen des Fluids, ein Sensorgehäuse 14 und eine Schallwandlereinheit 16, die an dem Sensorgehäuse 14 angeordnet ist.
Die Schallwandlereinheit 16 umfasst mehrere matrixförmig nebeneinander angeordnete Schallwandlermodule. Im konkreten Beispiel von 1 weist die Schallwandlereinheit 16 sechs nebeneinander angeordnete Schallwandlermodule (1 bis 6) in einer ersten Richtung auf. Des Weiteren weist die Schallwandlereinheit 16 weitere nebeneinander angeordnete Schallwandlermodule (nicht gezeigt) in einer zweiten Richtung, die unter einem Winkel, beispielsweise 90°, zur ersten Richtung angeordnet ist, auf. Alternativ sind auch jegliche weiteren Anordnungsformen der mehreren Schallwandlermodule denkbar, beispielsweise eine kreisförmige Anordnung oder eine unsortierte Anordnung. Die Schallwandlereinheit 16 kann beispielsweise eine kapazitive mikromechanische Ultraschallwandlereinheit (CMUT) oder eine piezoelektrische mikromechanische Ultraschallwandlereinheit (PMUT) sein.
Jedes Schallwandlermodule 1 bis 6 der Schallwandlereinheit 16 ist dazu ausgebildet, ein Schallsignal entlang eines Schallsignalpfads in das Fluid auszusenden und in Erwiderung auf das ausgesendete Schallsignal ein Schallsignal zu empfangen. Exemplarisch sind in 1 das von dem Schallwandlermodul 2 ausgesendete Schallsignal 22, das vom Schallwandlermodul 2 empfangene Schallsignal 24, das von dem Schallwandlermodul 4 ausgesendete Schallsignal 42 und das von dem Schallwandlermodul 4 empfangene Schallsignal 44 gezeigt. Der Schallsignalpfad des Schallwandlermoduls 2 ist mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet und der Schallsignalpfad des Schallwandlermoduls 4 ist mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet.
Die Fluidsensorvorrichtung 10 umfasst ferner eine Steuereinheit 18, mit der die Schallwandlereinheit 16 und insbesondere jedes der Schallwandlermodule 1 bis 6 entsprechend angesteuert wird. Beispielsweise kann die Steuereinheit 18 die Schallwandlermodule 1 bis 6 derart ansteuern, dass ein Überlagerungsschallsignal ausgesendet und wieder empfangen wird, wobei sich das Überlagerungsschallsignal durch Überlagerung der jeweiligen Schallsignale der jeweiligen Schallwandlermodule 1 bis 6 ergibt. Idealerweise steuert die Steuereinheit 18 die Schallwandlermodule 1 bis 6 derart an, dass sich eine (in guter Näherung) ebene Schallwelle in dem zur vermessenen Fluid ergibt bzw. von der Schallwandlereinheit 16 empfangen wird.
Um die Schallwandlereinheit 16 akustisch mit dem Fluidbehälter 12 zu koppeln, befindet sich zwischen der Schallwandlereinheit 16 und dem Fluidbehälter 12 eine Schallkoppeleinheit 19. Die Schallkoppeleinheit 19 kann beispielsweise eine Gelschicht sein, die eine akustische Kopplung zwischen der Schallwandlereinheit 16, dem Sensorgehäuse 14 und dem Fluidbehälter 12 herstellt. Die Schallkoppeleinheit 19 kann ferner eine Klebstoffschicht aufweisen, mit der beispielsweise die Schallwandlereinheit 16 und das Sensorgehäuse 14 an dem Fluidbehälter 12 angebracht werden können. Des Weiteren kann die Schallkoppeleinheit auch aus einem elastischen Material, zum Beispiel aus Gummi, bestehen.
Die Steuereinheit 18, die Schallwandlereinheit 16, das Sensorgehäuse 14, die Schallkoppeleinheit 19 und der Fluidbehälter 12 bilden eine Einheit, die nach ihrer Herstellung beispielsweise in einem Fahrzeug eingebaut wird.
Selbstverständlich ist es nicht zwingend, dass jede Fluidsensorvorrichtung 10 ein Sensorgehäuse 14 aufweist. So kann die Schallwandlereinheit 16 beispielsweise direkt mit der Schallkoppeleinheit 19 verbunden und am Fluidbehälter 12 angebracht sein.
Die Schallkoppeleinheit 19 ist häufig optisch nicht zugänglich, sodass Störstellen wie Lunker oder Luftblasen in der Schallkoppeleinheit 19 nicht ohne weiteres sichtbar sind. Im konkreten Beispiel von 1 weist die Schallkoppeleinheit 19 eine Störstelle auf, die mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet ist. Die Störstelle 30 kann beispielsweise ein Lunker oder eine Luftblase in der Schallkoppeleinheit 19 sein. Die Störstelle 30 kann beispielsweise produktionsbedingt entstanden sein. Die Störstelle 30 hat insbesondere die Eigenschaft, dass sie gegenüber der Schallkoppeleinheit 19 eine veränderte akustische Schalleigenschaft aufweist. Diese veränderte akustische Schalleigenschaft führt unter anderem dazu, dass das von dem Schallwandlermodul 4 ausgesendete Schallsignal 42 von der Störstelle 30 nicht transmittiert wird, sondern im Wesentlichen an der Störstelle 30 reflektiert wird, sodass das Schallwandlermodul 4 in Erwiderung auf das ausgesendete Schallsignal 42 das Schallsignal 44 empfängt. Da die Störstelle 30 das ausgesendete Schallsignal 42 reflektiert und im Wesentlichen nicht transmittiert, weist der Schallsignalpfad 40 des Schallwandlermoduls 4 folglich eine Inhomogenität in der Schalltransmission auf. Demgegenüber weist beispielsweise der Schallsignalpfad 20 keine Störstelle und damit keine Inhomogenität auf.
Es sei nun auf 2 verwiesen, die eine schematische Ansicht des vom Schallwandlermodul 4 empfangenen Schallsignals 46 zeigt. Wie zu erkennen ist, weist das Schallsignal 46 durch die „vorzeitige“ Reflexion des ausgesendeten Schallsignals 42 an der Störstelle 30 eine Laufzeit t1 auf, die kleiner als eine vorbestimmte Referenzlaufzeit tmin ist. Die vorbestimmte Referenzlaufzeit tmin entspricht der Laufzeit eines Referenzschallsignals, in dessen Schallsignalpfad keine Störstelle 30 vorhanden ist. Mit anderen Worten entspricht die vorbestimmte Referenzlaufzeit tmin einer Laufzeit, die das Schallsignal des Schallwandlermoduls 4 aufweisen würde, wenn die Störstelle 30 nicht im Schallsignalpfad 40 vorhanden wäre. In diesem Fall würde das ausgesendete Schallsignal 42 also nicht an der Störstelle 30 sondern an der fluidseitigen Oberfläche des Fluidbehälters 12 reflektiert werden, wie beispielsweise im Falle des Schallwandlermoduls 2.
Das Vorhandensein der Störstelle 30 im Schallsignalpfad 40 des Schallwandlermoduls 4 stellt also eine Inhomogenität in der Schalltransmission dar, die dazu führt, dass das Schallsignal 46 des Schallwandlermoduls 4 eine gegenüber der vorbestimmten Referenzlaufzeit tmin verkürzte Laufzeit t1 und damit einen Laufzeitunterschied Δt zur Referenzlaufzeit tmin aufweist.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Störstelle 30 nicht zwingend in der Schallkoppeleinheit 19 vorhanden sein muss. So kann es beispielsweise auch sein, dass die Störstelle 30 oder sogar weitere Störstellen im Fluidbehälter 12 oder sogar im Sensorgehäuse 14 oder auch zwischen Sensorgehäuse 14, Schallkoppeleinheit 19 und Fluidbehälter 12 vorhanden sein können. Sofern sich diese Störstellen ebenfalls in einem der Schallsignalpfade der jeweiligen Schallwandlermodule befinden, sind auch diese Störstellen Inhomogenitäten in der Schalltransmission. Das heißt, auch diese Störstellen würden zu einer „vorzeitigen“ Reflexion und damit zu einem Laufzeitunterschied Δt gegenüber einer vorbestimmten Referenzlaufzeit tmin führen.
Es sei nun auf 3 verwiesen, die die Fluidsensorvorrichtung 10 zeigt. Im Gegensatz zur Fluidsensorvorrichtung von 1, weist jedoch die Schallkoppeleinheit 19 der Fluidsensorvorrichtung von 3 eine ungleichmäßige Dicke auf. Dies ist beispielhaft mit den Dicken d1, d2 und d3 gezeigt. Die ungleichmäßige Dicke kann beispielsweise produktionsbedingt sein.
In 3 sind die vom Schallwandlermodul 2 ausgesendeten bzw. empfangenen Schallsignale wiederum mit den Bezugszeichen 22 bzw. 24 bezeichnet und sind die vom Schallwandlermodul 4 ausgesendeten bzw. empfangenen Schallsignale mit den Bezugszeichen 42 und 44 bezeichnet. Ferner sind die zu den Schallsignalen 22, 24 bzw. 42, 44 gehörenden Schallsignalpfade wiederum mit den Bezugszeichen 20 und 40 bezeichnet.
In 4 sind nun die Schallsignale der jeweiligen Schallwandlermodule 2 und 4 schematisch dargestellt. Das Schallsignal des Schallwandlermoduls 4 ist mit dem Bezugszeichen 46 bezeichnet und das Schallsignal des Schallwandlermoduls 2 ist mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet.
Wie zu erkennen ist, weist das Schallsignal 46 des Schallwandlermoduls 4 eine Laufzeit t2 auf. Das Schallsignal 26 des Schallwandlermoduls 2 weist demgegenüber eine größere Laufzeit t3 auf, sodass sich ein Laufzeitunterschied Δt2 zwischen den beiden Schallsignalen 26, 46 ergibt.
Der Laufzeitunterschied Δt2 der beiden Schallsignale 26, 46 kommt dadurch zustande, dass die akustischen Schalleigenschaften der Schallkoppeleinheit 19 von denen des Fluidbehälters 12 verschieden sind. Dies führt dazu, dass der Schall in der Schallkoppeleinheit 19 eine andere Ausbreitungsgeschwindigkeit aufweist als der Schall im Fluidbehälter 12. Beispielsweise kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls in der Schallkoppeleinheit 19 kleiner sein als die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls in dem Fluidbehälter 12. Da die Dicke d2 der Schallkoppeleinheit 19 im Schallsignalpfad 40 des Schallwandlermoduls 4 kleiner ist, als die Dicke d1 der Schallkoppeleinheit 19 im Schallsignalpfad 20 des Schallwandlermoduls 2, kann sich der Schall im Schallsignalpfad 40 beispielsweise insgesamt schneller ausbreiten als der Schall im Schallsignalpfad 20. Das führt dazu, dass das Schallsignal 46 des Schallwandlermoduls 4 zeitlich vor dem Schallsignal 26 des Schallwandlermoduls 2 auftritt.
Die unterschiedliche Dicke der Schallkoppeleinheit entlang der Schallsignalpfade 20 und 40 führt auch dazu, dass beispielsweise das ausgesendete Schallsignal 42 „frühzeitiger“, d. h. zeitlich vor dem Schallsignal 22, in das Fluid eintreten würde. Das hat zur Folge, dass bei einer Überlagerung der von den Schallwandlermodulen 2 und 4 ausgesendeten Schallsignale 22, 42 keine ebene sondern eine verformte Schallwelle im Fluid vorhanden wäre . Diese verformte Schallwelle würde dann durch Reflexion an der Grenzschicht zwischen Fluid und dem darüberliegenden Medium, ebenfalls als verformtes Überlagerungsschallsignal von der Schallwandlereinheit 16 empfangen werden. Die unterschiedlichen Laufzeiten t2, t3 der Schallsignale 46, 26 haben also zur Folge, dass das von der Schallwandlereinheit 16 empfangene und überlagerte Schallsignal zeitlich verformt ist, was die Genauigkeit der Messung beeinträchtigt und im schlimmsten Fall zu einer unbrauchbaren Messung führt.
Da die ungleichmäßige Dicke der Schallkoppeleinheit 19 zu einem Laufzeitunterschied der jeweiligen Schallsignale führt, kann die ungleichmäßige Dicke der Schallkoppeleinheit ebenfalls als Inhomogenität in der Schalltransmission bezeichnet werden.
Es sei wiederum darauf hingewiesen, dass auch eine ungleichmäßige Dicke des Fluidbehälters 12 zu einem Laufzeitunterschied der jeweiligen Schallsignale führen kann. Denn auch dort braucht das Schallsignal beim Durchlaufen des Fluidbehälters 12 an einer dicken Stelle mehr Zeit als das Schallsignal beim Durchlaufen des Fluidbehälters 12 an einer dünnen Stelle. Insofern kann auch eine ungleichmäßige Dicke des Fluidbehälters 12 als Inhomogenität, insbesondere als Inhomogenität in der Schalltransmission, bezeichnet werden. Gleiches gilt im Übrigen auch für das Sensorgehäuse 14. Auch dort würde eine ungleichmäßige Dicke zu Laufzeitunterschieden führen.
Zusammenfassend lässt sich also festhalten, dass durch das Vorhandensein einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit 19 und/oder Fluidbehälter 12 (und/oder ggf. auch Sensorgehäuse 14) eine Inhomogenität in der Schalltransmission vorliegt, die zu unterschiedlichen Laufzeiten der jeweiligen Schallsignale führen kann.
Es sei nun auf 5 verwiesen, in der eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt ist, mit dem eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle (wie beispielsweise Störstelle 30 in 1) kompensiert werden kann.
Das Verfahren beginnt mit dem Start bei Schritt 500. Danach folgt der Schritt 502, bei dem jedes der Schallwandlermodule (beispielsweise Schallwandlermodule 1 bis 6 von 1) derart angesteuert wird, dass dieses jeweils ein Schallsignal entlang des jeweiligen Schallsignalpfads durch das Sensorgehäuse 14, die Schallkoppeleinheit 19 und den Fluidbehälter 12 in das Fluid aussendet. Dies ist in 1 exemplarisch durch die Schallsignale 22 und 42 entlang der Schallsignalpfade 20 und 40 angedeutet.
Im nächsten Schritt 504 empfängt jedes der Schallwandlermodule ein Schallsignal in Erwiderung auf das vom jeweiligen Schallwandlermodul ausgesendeten Schallsignals. Dies ist in 1 exemplarisch durch die Schallsignale 24 und 44 angedeutet.
Im nächsten Schritt 506 wird zumindest eines der empfangenen Schallsignale, beispielsweise das Schallsignal 46 des Schallwandlermoduls 4, dahingehend ausgewertet, ob im Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls eine Inhomogenität in der Schallkoppeleinheit 19 und/oder im Fluidbehälter 12 in der Form einer Störstelle, wie beispielsweise in der Form der Störstelle 30, vorhanden ist. Dazu wird in einem Schritt 508 eine Laufzeit t1 des zumindest einen Schallsignals 46 ermittelt. Anschließend wird im Schritt 510 die ermittelte Laufzeit t1 mit einer vorbestimmten Referenzlaufzeit tmin verglichen. Schließlich wird in einem Schritt 512 festgestellt, dass eine Inhomogenität in der Form der Störstelle 30 in dem Schallsignalpfad 40 des Schallwandlermoduls 4 vorhanden ist, dadurch, dass die ermittelte Laufzeit t1 mindestens um einen vorbestimmten Laufzeitschwellenwert Δtmin kleiner als die vorbestimmte Referenzlaufzeit tmin ist. Der vorbestimmte Laufzeitschwellenwert Δtmin dient dazu, sicherzustellen, dass lediglich geringfügige Laufzeitunterschiede zwischen der ermittelten Laufzeit t1 des Schallsignals 46 und der vorbestimmten Referenzlaufzeit tmin nicht als Inhomogenität in der Form einer Störstelle interpretiert werden.
Wenn im Schritt 512 festgestellt wurde, dass eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle in dem Schallsignalpfad vorhanden ist, geht das Verfahren zum Schritt 514, bei dem die Schallwandlereinheit 16 derart angesteuert wird, dass die im Schallsignalpfad vorhandene Inhomogenität kompensiert wird. Beispielsweise steuert im Schritt 514 die Steuereinheit 18 die Schallwandlereinheit 16 derart an, dass nur noch die Schallwandlermodule 1 bis 3, 5 und 6 Schallsignale in das Fluid aussenden, wohingegen das Schallwandlermodul 4, in dessen Schallsignalpfad 40 sich die Störstelle 30 befindet, nicht angesteuert wird. Die Steuereinheit 18 steuert also nur diejenigen Schallwandlermodule der Schallwandlereinheit 16 an, deren Schallsignalpfade frei von Störstellen sind. Das Verfahren endet schließlich bei Schritt 516.
Es sei nun auf 6 verwiesen, in der eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt ist, mit dem eine Inhomogenität in der Form einer unterschiedlichen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter (siehe 3) kompensiert wird.
Das Verfahren startet wiederum beim Schritt 600. Danach folgt Schritt 602, bei dem jedes der Schallwandlermodule (beispielsweise Schallwandlermodule 1 bis 6 von 1) derart angesteuert wird, dass jedes der Schallwandlermodule jeweils ein Schallsignal entlang eines jeweiligen Schallsignalpfads durch das Sensorgehäuse 14, die Schallkoppeleinheit 19 und den Fluidbehälter 12 in das Fluid aussendet. Dies ist in 3 exemplarisch durch die Schallsignale 22 und 42 entlang der Schallsignalpfade 20 und 40 angedeutet.
Im nächsten Schritt 604 empfängt jedes der Schallwandlermodule ein Schallsignal in Erwiderung auf das vom jeweiligen Schallwandlermodul ausgesendeten Schallsignals. Dies ist in 3 exemplarisch durch die Schallsignale 24 und 44 angedeutet.
Im nächsten Schritt 606 werden zumindest zwei der empfangenen Schallsignale dahingehend ausgewertet, ob im Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls eine Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit 19 und/oder Fluidbehälter 12 vorhanden ist. Dazu wird im Schritt 608 beispielsweise eine erste Laufzeit t2 des Schallsignals 46 vom Schallwandlermodul 4 ermittelt. Dann wird im Schritt 610 beispielsweise eine zweite Laufzeit t3 des Schallsignals 26 vom Schallwandlermodul 2 ermittelt. Anschließend wird im Schritt 612 ein Laufzeitunterschied Δt2 zwischen der ersten Laufzeit t2 des Schallsignals 46 und der zweiten Laufzeit t3 des Schallsignals 26 ermittelt. Im Schritt 614 wird dann festgestellt, dass eine Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit 19 und/oder Fluidbehälter 12 vorhanden ist, dadurch, dass der ermittelte Laufzeitunterschied Δt2 größer als ein vorbestimmter Laufzeitunterschiedsschwellenwert Δtmin2 ist. Der vorbestimmte Laufzeitunterschiedsschwellenwert Δtmin2 dient dazu, sicherzustellen, dass geringfügige Laufzeitunterschiede nicht als Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke interpretiert werden.
Wenn im Schritt 614 festgestellt wurde, dass eine Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit 19 und/oder Fluidbehälter 12 vorhanden ist, geht das Verfahren zum Schritt 616 über, bei dem die Schallwandlereinheit 16 derart angesteuert wird, dass die vorhandene Inhomogenität kompensiert wird. Dies erfolgt dadurch, dass die Steuereinheit 18 die einzelnen Schallwandlermodule im Schritt 616 derart zeitlich verschoben ansteuert, dass der ermittelte Laufzeitunterschied berücksichtigt wird. Im konkreten Fall führt die Steuereinheit 18 also eine zeitlich verzögerte Ansteuerung des Schallwandlermoduls 4 im Vergleich zur Ansteuerung des Schallwandlermoduls 2 durch. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Steuereinheit 18 eine zeitlich vorverschobene Ansteuerung des Schallwandlermoduls 2 gegenüber der Ansteuerung des Schallwandlermoduls 4 vornimmt. In jedem Fall wird die Steuereinheit 18 die Schallwandlermodule 2 und 4 derart anzusteuern, dass der ermittelte Laufzeitunterschied Δt berücksichtigt wird, sodass eine ebene Schallwelle im Fluid erzeugt bzw. von der Schallwandlereinheit 16 empfangen werden kann. Das Verfahren endet schließlich mit dem Schritt 618.
An dieser Stelle sei nochmals erwähnt, dass die beiden Verfahren nach 5 und 6 selbstverständlich auch kombiniert durchgeführt werden können. So ist es beispielsweise denkbar, dass zunächst das Verfahren nach 5 durchgeführt wird, sodass Inhomogenitäten in der Form von Störstellen berücksichtigt werden, und anschließend das Verfahren nach 6 durchgeführt wird, sodass Inhomogenitäten in der Form von einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit 19 und/oder Fluidbehälter 12 kompensiert werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass bei einer festgestellten Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter, nur diejenigen Schallwandlermodule angesteuert werden, in deren Schallsignalpfaden eine vergleichbare Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter vorhanden ist. Wenn beispielsweise im Schallsignalpfad des Schallwandlermoduls 1 die Schallkoppeleinheit 19 eine Dicke d1 hätte, im Schallsignalpfad des Schallwandlermoduls 2 die Schallkoppeleinheit 19 eine Dicke d2 hätte und im Schallsignalpfad des Schallwandlermoduls 3 die Schallkoppeleinheit 19 eine Dicke d1 hätte, dann könnte die Steuereinheit 18 beispielsweise nur die Schallwandlermodule 1 und 3 ansteuern, da diese eine vergleichbare Dicke aufweisen. In diesem Fall würde die Steuereinheit 18 das Schallwandlermodul 2 nicht ansteuern, sodass dieses kein Schallsignal in das Fluid aussendet.
Ferner können die Schallwandlermodule 1 bis 6 auch selektiv angesteuert werden. Das heißt, es müssen nicht alle Schallwandlermodule 1 bis 6 angesteuert werden, sondern nur ein Teil der Schallwandlermodule 1 bis 6. Beispielsweise könnten nur diejenigen Schallwandlermodule angesteuert werden, in deren Schallsignalpfaden eine Inhomogenität vermutet wird.
Schließlich sei noch angemerkt, dass jedes der Schallwandlermodule selbst wiederum aus einer Gruppe von Schallwandlern bestehen kann, die ihrerseits wiederum matrixförmig angeordnet und jeweils durch die Steuereinheit 18 ansteuerbar sind. Dadurch wird eine höhere räumliche Auflösung bezüglich der Feststellung von Inhomogenitäten in der Schallkoppeleinheit 19 und/oder im Fluidbehälter 12 (und/oder ggf. in dem Sensorgehäuse 14) erreicht, sodass die Zuverlässigkeit beim Betrieb der Fluidsensorvorrichtung weiter verbessert werden kann.
Im Rahmen dieser Offenbarung bezeichnet der Begriff „Laufzeitunterschied“ den betragsmäßigen Laufzeitunterschied.
Obwohl die Schallwandlereinheit 16 in Zusammenhang mit 1 bis 6 mit 6 Schallwandlermodulen 1-6 in der ersten Richtung beschrieben ist, kann die Schallwandlereinheit 16 selbstverständlich auch mehr oder weniger als 6 Schallwandlermodule in der ersten Richtung aufweisen. Ebenso kann die Schallwandlereinheit 16 eine beliebige Anzahl von Schallwandlermodulen in der zweiten Richtung aufweisen, die nicht notwendigerweise der Anzahl in der ersten Richtung entsprechen muss.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung (10) zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluid in einem Fluidbehälter (12), wobei die Fluidsensorvorrichtung (10) eine Schallwandlereinheit (16) mit mehreren Schallwandlermodulen (1-6) und eine zwischen der Schallwandlereinheit (16) und dem Fluidbehälter (12) angeordnete Schallkoppeleinheit (19) aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Schallwandlereinheit (16) akustisch an den Fluidbehälter (12) zu koppeln, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Ansteuern jedes der Schallwandlermodule (1-6) derart, dass diese jeweils ein Schallsignal entlang eines jeweiligen Schallsignalpfads (20, 40) durch die Schallkoppeleinheit (19) und den Fluidbehälter (12) in das Fluid aussenden, - Empfangen eines Schallsignals in Erwiderung auf das vom jeweiligen Schallwandlermodul (1-6) ausgesendete Schallsignal, - Auswerten von zumindest einem der empfangenen Schallsignale dahingehend, ob im Schallsignalpfad (20, 40) des jeweiligen Schallwandlermoduls (1-6) eine Inhomogenität in der Schallkoppeleinheit (19) und/oder im Fluidbehälter (12) vorhanden ist, und - Ansteuern der Schallwandlereinheit (19) derart, dass beim Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität des Fluids die in dem Schallsignalpfad (20, 40) vorhandene Inhomogenität kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auswerten von zumindest einem der empfangenen Schallsignale dahingehend, ob im Schallsignalpfad (20, 40) des jeweiligen Schallwandlermoduls (2, 4) eine Inhomogenität in der Schallkoppeleinheit (19) und/oder im Fluidbehälter (12) vorhanden ist, ferner die folgenden Schritte aufweist: - Ermitteln einer Laufzeit (t1) des zumindest einen Schallsignals (46), - Vergleichen der ermittelten Laufzeit (t1) mit einer vorbestimmten Referenzlaufzeit (tmin) eines Referenzschallsignals und - Feststellen, dass eine Inhomogenität in Form einer Störstelle (30) in dem Schallsignalpfad (40) vorhanden ist, dadurch, dass die ermittelte Laufzeit (t1) um zumindest einen vorbestimmten Laufzeitschwellenwert (Δtmin) kleiner als die vorbestimmte Referenzlaufzeit (tmin) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Referenzlaufzeit (tmin) einer Laufzeit entspricht, die das Referenzschallsignal benötigt, wenn der jeweilige Schallsignalpfad (40) frei von Störstellen ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Auswerten von zumindest einem der empfangenen Schallsignale dahingehend, ob im Schallsignalpfad (20, 40) des jeweiligen Schallwandlermoduls (2, 4) eine Inhomogenität in der Schallkoppeleinheit (19) und/oder im Fluidbehälter (12) vorhanden ist, ferner die folgenden Schritte aufweist: - Ermitteln einer ersten Laufzeit (t2) eines von einem der mehreren Schallwandlermodule ausgesendeten Schallsignals (46), - Ermitteln einer zweiten Laufzeit (t3) eines von einem anderen der mehreren Schallwandlermodule ausgesendeten Schallsignals (26), - Ermitteln eines Laufzeitunterschieds (Δt2) zwischen der ersten Laufzeit (t2) und der zweiten Laufzeit (t3), und - Feststellen, dass eine Inhomogenität in Form einer ungleichmäßigen Dicke der Schallkoppeleinheit (19) und/oder des Fluidbehälters (12) vorhanden ist, dadurch, dass der ermittelte Laufzeitunterschied (Δt2) größer als ein vorbestimmter Laufzeitunterschiedsschwellenwert (Δtmin2) ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Ansteuern der Schallwandlereinheit (16) derart, dass die in dem Schallsignalpfad (20, 40) vorhandene Inhomogenität kompensiert wird, ferner den Schritt aufweist: - zeitlich verschobenes Ansteuern der Schallwandlermodule (2, 4) derart, dass der ermittelte Laufzeitunterschied (Δt2) berücksichtigt wird und eine ebene Schallwelle im Fluid erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ansteuern der Schallwandlereinheit (16) derart, dass die in dem Schallsignalpfad (20, 40) vorhandene Inhomogenität kompensiert wird, ferner den Schritt aufweist: - Ansteuern nur derjeniger Schallwandlermodule der Schallwandlereinheit (16), deren Schallsignalpfade frei von Inhomogenitäten sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ansteuern der Schallwandlermodule (1-6) selektiv erfolgt.
Fluidsensorvorrichtung (10) zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluid in einem Fluidbehälter (12), mit: - einer Schallwandlereinheit (16), die mehrere Schallwandlermodule (1-6) aufweist, wobei jedes Schallwandlermodul (1-6) dazu ausgebildet ist, ein Schallsignal entlang eines Schallsignalpfads (20, 40) in das Fluid auszusenden und in Erwiderung auf das ausgesendete Schallsignal ein Schallsignal zu empfangen, - einer zwischen der Schallwandlereinheit (16) und dem Fluidbehälter (12) angeordnete Schallkoppeleinheit (19), die dazu ausgebildet ist, die Schallwandlereinheit (16) akustisch an den Fluidbehälter (12) zu koppeln, und - einer Steuereinheit (18) zum Ansteuern der Schallwandlereinheit (16), wobei die Steuereinheit (18) dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.