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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 9. August 2014 eingereichten
US Provisional Application Nr. 61/864,143 mit dem Titel „Grauwasser-Schnittstellenventil-Niveausensor”, deren gesamter Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist.
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FELD DER OFFENBARUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen allgemein ein Grauwasser-Schnittstellenventil-Flüssigkeitsniveau-Sensorsystem. Das Flüssigkeitsniveau-Sensorsystem kann Informationen über das Wasserniveau und die Wasserbewegung liefern, die in einem Wasserreservoir auftritt. Eine Steuer-/Regeleinheit kann dann ein Ventil zum Öffnen aktivieren, so dass das Wasser durch ein Vakuum aus dem Reservoir entfernt werden kann.
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HINTERGRUND
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Ein Grauwasser-Schnittstellenventil(GWIV)-System kann unterhalb eines Waschbeckens in einem Waschraum oder einer Bordküche eines Transportfahrzeugs, wie beispielsweise eines Flugzeugs, installiert sein. Das GWIV-System kann in Verbindung mit einem Reservoir vorgesehen sein, das als ein Haltetank für Grauwasser oder andere Flüssigkeiten dient, die das Waschbecken verlassen. Die Hauptkomponenten eines GWIV-Systems umfassen eine Spüle bzw. ein Waschbecken, ein Reservoir, eine Steuer-/Regeleinheit und ein Ventil. Grauwasser (das verbrauchtes Wasser vom Händewaschen, Reinigungsmittel, nicht verbrauchte flüssige Getränke und jede andere Kombination von Flüssigkeiten oder halbfesten Materialien umfassen kann) kann den Waschbeckenabfluss verlassen und in das Reservoir fließen. Das Reservoir kann in Fluidverbindung mit einer Vakuumleitung des Fahrzeugs sein (oder einem anderen Ziel für die vorgesehene Wiederverwertung des Grauwassers, falls vorhanden). Wenn das Reservoir voll ist, sollte ein Großteil des Wassers (aber nicht das gesamte) aus dem Reservoir entfernt sein. Einer kleinen Menge an Wasser wird in der Regel gestattet, in dem Reservoir zu verbleiben, um einen Lärmpuffer zwischen der Vakuumleitung und dem Waschbecken zu behalten.
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Die Steuer-/Regeleinheit dieses Systems kann einen oder mehrere Sensoren aufweisen, die detektieren, wenn das Reservoir voll ist oder aus anderen Gründen geleert werden sollte. Jedoch sind Verbesserungen an Sensoren zum Detektieren von Flüssigkeitsbewegungen durch das GWIV-System erwünscht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A zeigt eine schematische Ansicht eines Flüssigkeitsniveau-Sensorsystems, das mit einem Wasserreservoir verwendet werden kann, wobei das Reservoir in einer nahezu leeren Konfiguration ist.
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1B zeigt eine schematische Ansicht eines Flüssigkeitsniveau-Sensorsystems, das mit einem Wasserreservoir verwendet werden kann, wobei das Reservoir in einer nahezu vollen Konfiguration ist.
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2A–C zeigen Angaben, die von einer Bewegung einer Flüssigkeit an einem differentiellen Sensor vorbei beim Füllen eines Reservoirs wiedergegeben werden.
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3A–C zeigen Angaben, die von einer Bewegung einer Flüssigkeit an einem absoluten Sensor vorbei beim Füllen eines Reservoirs wiedergegeben werden.
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4A–C zeigen Angaben, die von einer Bewegung einer Flüssigkeit an einem differentiellen Sensor vorbei beim Entleeren eines Reservoirs wiedergegeben werden.
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5A–C zeigen Angaben, die von einer Bewegung einer Flüssigkeit an einem absoluten Sensor vorbei beim Entleeren eines Reservoirs wiedergegeben werden.
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6 zeigt eine Seiten-Perspektivansicht eines Reservoirs mit einem Sensorsystem an einem oberen Abschnitt des Reservoirs und ein Sensorsystem an einem äußeren unteren Abschnitt des Reservoirs.
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7 zeigt eine Ausführungsform einer Familie von Sensorplatten, die entlang eines Reservoirs positioniert werden können.
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8 zeigt eine Konfiguration eines differentiellen Sensorsystems und verschiedener Angaben davon.
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9 zeigt verschiedene Kombinationen, die mit einem Umschalten von Sensorplatten für verschiedene Eingaben und Lesefunktionen verwendet werden können.
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10 zeigt eine Schematik eines Hardware-Designs, das zum Frequenzspringen oder/und Umschalten von Sensorplatten verwendet werden kann.
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11 zeigt eine Schematik einer Sensorplatte, die ein Abschirm-Merkmal verwendet.
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12 zeigt ein Beispiel eines Ablaufs für Software, die zur Detektion von Spitzen auf Grundlage einer Ablaufgeschwindigkeit konfiguriert werden kann, um die Zeit anzupassen, die das Ventil geöffnet ist.
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13 zeigt ein Beispiel der gemessenen Eigenschaft abhängig von der Natur des flüssigen Mediums als eine Funktion der Höhe des Reservoirs.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen ein Flüssigkeitsniveau-Sensorsystem 30 bereit. Das offenbarte System 30 kann in Verbindung mit einem Grauwasser-Schnittstellenventil-System 10 verwendet werden. Das offenbarte System 30 kann in Verbindung mit einem beliebigen anderen System verwendet werden, das dazu ausgelegt ist, Flüssigkeitsniveaus zu bestimmen und Flüssigkeit von einem Ort zu einem anderen zu bewegen. Beispielsweise kann das beschriebene System 30 in Verbindung mit einem Vakuum-Toilettensystem, einem tragbaren Wassertank, einem Abwassertank, jedem Flüssigkeits-Halte-/Bewegungsreservoir oder jedem anderen Typ von Reservoirsystem oder einer beliebigen anderen Verwendung verwendet werden. Wenngleich das System 30 in Verbindung mit einem GWIV-System 10 zur Verwendung in einem Flugzeug aus Gründen der Perspektive und eines einfachen Verständnisses beschrieben ist, sollte verstanden werden, dass es nicht hierauf beschränkt ist und in einer beliebigen anderen geeigneten Anwendung verwendet werden kann.
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1 illustriert ein Beispiel einer Verwendung für das hierin beschriebene Flüssigkeitsniveau-Sensorsystem 30. Wie gezeigt, wird verbrauchte Flüssigkeit von einer Spüle 12 oder einem Waschbecken zu einem Reservoir 14 geliefert. Wenn die Steuer-/Regeleinheit 16 ein volles Reservoir 14 detektiert, kann es das Quetschventil 16 (oder eine beliebige andere Art von Ventil) dazu anweisen, sich zu öffnen, bis das Reservoir 14 durch das Vakuum mittels der Vakuumleitung 20 nahezu entleert ist. Das Reservoir 14 wird im Allgemeinen nicht vollständig entleert, da sonst Geräusche durch Luft von dem Vakuum erzeugt würden, die durch das Quetschventil 16 gezogen wird. Das Vakuum-Niveau und somit die Geschwindigkeit des entleerten Flüssigkeitsniveaus kann variabel sein.
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Die Steuer-/Regeleinheit 16 ist somit mit einem Flüssigkeitsniveau-Sensorsystem 30 bereitgestellt. Das Flüssigkeitsniveau-Sensorsystem 30 ist im Allgemeinen derart ausgelegt, dass es die Steuer-/Regeleinheit 16 anweist, wann ein Spülen des Reservoirs 14 notwendig ist. In einem Beispiel kann die Steuer-/Regeleinheit 16 einen oder mehrere Sensoren umfassen. Die Sensoren der Steuer-/Regeleinheit 16 können nicht-invasiv sein. In einem Beispiel können die Sensoren der Steuer-/Regeleinheit Annäherungs- oder Positionssensoren sein, die die Anwesenheit von Flüssigkeit bestimmen, ohne tatsächlich in physischem Kontakt mit der Flüssigkeit zu sein. In einem spezifischen Beispiel können die Sensoren der Steuer-/Regeleinheit kapazitive Sensoren sein. Die Sensoren können dazu ausgelegt sein, den vollen Zustand des Reservoirs 14 zu detektieren und ein annäherndes Entleeren des Reservoirs 14 mit einem breiten Spektrum von Flüssigkeiten zu steuern/regeln.
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Das System kann eine Signalausgabe von den Sensoren messen. 13 zeigt ein Beispiel der gemessenen Eigenschaft (z. B. eine Kapazität in Pikofarad pF), abhängig von der Natur des flüssigen Mediums als eine Funktion der Höhe des Reservoirs (z. B. in Zoll).
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Das Flüssigkeitsniveau-Sensorsystem 30 kann dazu ausgelegt sein, mit allen verschiedenen Arten von Flüssigkeiten zu funktionieren, da die Materialien, die eine Spüle hinab gespült werden, variieren können. Anstelle einen einzelnen Sensor zu entwerfen, der mit einer bestimmten Art von Flüssigkeit funktioniert, stellt die vorliegende Offenbarung ein Flüssigkeitsniveau-Sensorsystem 30 bereit, das mit allen Arten von Flüssigkeiten funktioniert, einschließlich denjenigen, die sich in Farbe, Klarheit, Temperatur und Viskosität/Strömungsraten unterscheiden. Das Flüssigkeitsniveau-Sensorsystem 30 kann ebenfalls dazu ausgelegt sein, Probleme anzugehen, die entstehen können, wenn Schaum an der Oberfläche der Flüssigkeit entsteht, was manche Sensoren als tatsächliche Flüssigkeit anstelle von Luft detektieren könnten. Das Flüssigkeitsniveau-Sensorsystem 30 kann ebenfalls dazu ausgelegt sein, Probleme anzugehen, die entstehen können, wenn eine oder mehrere der Flüssigkeiten in dem System einen Überrest in dem Reservoir zurücklassen, was ein klassisches Ablesen des Niveaus schwieriger macht, und was manche Sensoren als die weiterhin vorliegende Anwesenheit von Flüssigkeit detektieren könnten. Das Flüssigkeitsniveau-Sensorsystem 30 kann ebenfalls dazu ausgelegt sein, Probleme anzugehen, die entstehen können, wenn das Reservoir raue oder unebene Wände aufweist. Das Flüssigkeitsniveau-Sensorsystem 30 kann ebenfalls dazu ausgelegt ein, Probleme anzugehen, die entstehen können, wenn die Flüssigkeit geerdet ist oder/und der Widerstand zur Erde variabel ist.
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Eine Möglichkeit, solche Herausforderungen zu lösen, ist es, einen Referenzpunkt bereitzustellen, der manipuliert werden kann, um eine Verwirrung von Sensoren zu verhindern. In einem Beispiel kann das Sensorsystem die letzte vertikale Position der Flüssigkeit referenzieren, sowie die letzte horizontale Position der Flüssigkeit referenzieren. Diese Informationen können abgeglichen werden, um den tatsächlichen und momentanen Status der anwesenden Flüssigkeit anzuzeigen. Diese Informationen können ebenfalls verwendet werden, um das Sensorsystem, falls nötig, zu rekalibrieren. Beispielsweise ist es wünschenswert, dass wenn das System ausgeschaltet ist, wenn ein Stromausfall auftritt, oder wenn eine Bewegung der Flüssigkeit auftritt, wenn die Sensoren nicht aktiviert sind, eine Möglichkeit für das Sensorsystem vorzusehen, sich selbst zu rekalibrieren.
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In einem spezifischen Beispiel kann das Flüssigkeitsniveau-Sensorsystem 30 zwei Typen von Sensoren umfassen: einen differentiellen Sensor 32 und einen absoluten Sensor 34. Ein Beispiel ist in 1B gezeigt. Diese Typen von Sensoren 32, 34 können in Zusammenwirkung miteinander bereitgestellt sein, so dass sie zum optimalen Erfassen zusammenarbeiten. Die Sensoren können kapazitive Sensoren sein, so dass sie Elektroden oder leitfähige Platten umfassen, die durch ein nichtleitendes Material, wie beispielsweise ein Dielektrikum, getrennt sind. Das Dielektrikum kann Luft, Keramik, Treibstoff, das nicht-leitende Material des Reservoirs selbst oder eine andere geeignete nicht-leitende Substanz oder ein anderes geeignetes nicht-leitendes Material sein. Die Sensoren können mit oder ohne eine Isolationsschicht verwendet werden, abhängig von der Leitfähigkeit der zu messenden Flüssigkeit.
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Die Verwendung von zwei Typen von Sensoren in Kombination kann verbesserte Angaben bereitstellen. Beispielsweise detektiert ein differentieller Sensor 32 die Oberfläche der Flüssigkeit, wenn Flüssigkeit an dem Sensor vorbeiläuft. Wenn sich die Flüssigkeit nicht bewegt, gibt der differentielle Sensor keine Angabe wieder. Ein differentieller Sensor detektiert nicht, ob das Reservoir voll ist oder leer. Ein differentieller Sensor ist im Allgemeinen robust gegen verschiedene Erdungs-Situationen. Ein differentieller Sensor wird nicht so leicht von einer Schicht, einem Film, oder Überresten von Material an oder nahe der Sensorfläche „hereingelegt” wie es bei einem absoluten Sensor der Fall sein könnte.
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Ein absoluter Sensor 34 detektiert die Anwesenheit von Flüssigkeit und kann anzeigen, ob das Reservoir voll oder leer ist. Ein absoluter Sensor wird hohe Angaben wiedergeben, wenn sich Flüssigkeit vor der Sensorplatte befindet. Einen absoluten Sensor alleine zu verwenden, kann zu falschen Angaben führen, aufgrund der Anwesenheit eines Films oder einen anderen Schicht von Material, die sich an der Reservoirwand aufbauen kann. Ein absoluter Sensor kann dies als die weiterhin vorliegende Anwesenheit einer Flüssigkeit vor dem Sensor (einen „vollen” Zustand) detektieren, selbst in Fällen, in denen das Reservoir leer ist. Einen differentiellen Sensor alleine zu verwenden, kann zu falschen Angaben führen, wenn das Reservoir während einer ausgeschalteten oder abgeschalteten Situation gefüllt oder entleert wird. Dementsprechend kann die Kombination der Sensoren zusammen helfen, akkurate Angaben bereitzustellen, indem Informationen von beiden Sensoren zusammen kalibriert werden.
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Spezifischer darauf Bezug nehmend, wie die einzelnen Sensoren arbeiten, kann ein differentieller Sensor 32 verwendet werden, um die Oberfläche einer Flüssigkeit zu detektieren, wenn Flüssigkeit an dem Sensor vorbeiläuft. Ein differentieller Sensor detektiert nicht, ob das Reservoir voll oder leer ist. 2A–C zeigen ein Beispiel einer Angabe von einem differentiellen Sensor auf Grundlage von variierenden Flüssigkeitsniveaus, wenn das Reservoir 14 gefüllt wird. Wie in 2A gezeigt, ist das Reservoir nahezu leer. Da keine Flüssigkeit an dem differentiellen Sensor 32 vorbeiläuft, registriert der Sensor keine Angabe. Wie in 2B gezeigt, registriert der Sensor 32, wenn Flüssigkeit an dem differentiellen Sensor 32 vorbeiläuft, eine Angabe, dass sich Flüssigkeit bewegt. Wie in 2C gezeigt, ist das Reservoir nahezu voll. Da Flüssigkeit nicht länger an dem differentiellen Sensor 32 vorbeiläuft, registriert der Sensor keine Angabe. Der differentielle Sensor 32 detektiert, dass Flüssigkeit an dem Sensor vorbeigelaufen ist. Der differentielle Sensor detektiert ebenfalls die Menge an Zeit, während der tatsächlich Flüssigkeit an dem Sensor 32 vorbeiläuft.
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Ein absoluter Sensor 34 kann verwendet werden, um die Anwesenheit von Flüssigkeit in der Nähe des Sensors zu detektieren, und er kann anzeigen, ob das Reservoir voll oder leer ist. Ein absoluter Sensor wird hohe Angeben wiedergeben, wenn Flüssigkeit anwesend ist oder in anderer Weise von der Sensorplatte vorliegt. 3A–C zeigen ein Beispiel einer Angabe von einem absoluten Sensor auf Grundlage von verschiedenen Flüssigkeitsniveaus, wenn das Reservoir 14 gefüllt wird. Wie in 3A gezeigt, ist das Reservoir nahezu leer. Da keine Flüssigkeit vor dem absoluten Sensor 34 vorliegt, gibt der Sensor keine Angabe wieder. Wie in 3B gezeigt, registriert der Sensor 34, wenn Flüssigkeit vor dem absoluten Sensor 34 vorbeiläuft und vor ihm verbleibt, eine Angabe, dass Flüssigkeit vorliegt. Wie in 3C gezeigt. Ist das Reservoir nahezu voll. Da sich Flüssigkeit vor dem absoluten Sensor 34 befindet, registriert der Sensor weiterhin eine Angabe, die anzeigt, dass Flüssigkeit an dem Sensorniveau verbleibt. Der absolute Sensor 34 detektiert somit die Anwesenheit von Flüssigkeit an dem Niveau, an dem der Sensor an dem Reservoirgehäuse platziert ist.
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Angaben von den beiden Typen von Sensoren 32, 34 sind in den 4A–C und 5A–C während eines Entleerens des Reservoirs 14 gezeigt. 4A–C zeigen ein Beispiel einer Angabe von einem differentiellen Sensor auf Grundlage von variierenden Flüssigkeitsniveaus, wenn das Reservoir 14 mittels eines Vakuums entleert oder abgelassen wird. Wie in 4A gezeigt, ist das Reservoir nahezu voll. Da keine Flüssigkeit an dem Sensor 32 vorbeiläuft, registriert der Sensor keine Angabe. Wie in 4B gezeigt, läuft Flüssigkeit an dem Sensor 32 vorbei, wenn ein Vakuum eingewirkt wird. Der Sensor 32 registriert eine Angabe, dass sich Flüssigkeit an ihm vorbei bewegt. Wie in 4C gezeigt, ist das Reservoir nahezu leer. Da nicht länger Flüssigkeit an dem Sensor 32 vorbeiläuft, registriert der Sensor 32 keine Angabe. Während des Entleerens des Reservoirs ist die Spitze (oder der Sprung) der Angebe kürzer (in seiner Dauer), da Flüssigkeit schnell mittels des Vakuums entfernt wird. Die Oberfläche der Flüssigkeit läuft an dem Sensor 32 mit einer höheren Geschwindigkeit vorbei als beim Füllen.
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5A–C zeigen ein Beispiel einer Angabe von einem absoluten Sensor auf Grundlage von variierenden Flüssigkeitsniveaus, wenn das Reservoir 14 mittels eines Vakuums entleert oder abgelassen wird. Wie in 5A gezeigt, ist das Reservoir nahezu voll. Da Flüssigkeit vor dem Sensor 34 ist, registriert der Sensor eine Angabe. Wie in 5B gezeigt, registriert der Sensor 34, wenn Flüssigkeit vor dem Sensor 34 vorbeiläuft und vor dem Sensor 34 verbleibt, eine Angabe, dass Flüssigkeit vorliegt. Wenn jedoch die Flüssigkeit abgelassen wird, verringert sich die Angabe.
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Wie in 5C gezeigt, ist das Reservoir nahezu leer. Da nicht länger Flüssigkeit vor dem Sensor 34 vorliegt, registriert der Sensor 34 eine Angabe, die anzeigt, dass keine Flüssigkeit an dem Sensorniveau vorliegt. Wie oben diskutiert, ist während des Entleerens des Reservoirs die Abnahme (oder Verringerung) der Angabe kürzer (in ihrer Dauer), da die Flüssigkeit schnell mittels eines Vakuums entfernt wird. Die Oberfläche der Flüssigkeit verlässt die Sensorfläche mit einer höheren Geschwindigkeit als beim Füllen.
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Ein differentieller Sensor kann als Punktniveau-Sensor verwendet werden. Er liest hohe Werte ab, wenn die Oberfläche der Flüssigkeit an der Position der Sensorplatten ist; ansonsten sind die Werte gering. Dies ist in 2A–C und 4A–C gezeigt. Wenn jedoch das System ausgeschaltet wird oder sich anderweitig leert oder füllt, wenn der differentielle Sensor 34 nicht aktiv ist, würde eine Backup-Statusangabe benötigt werden. Der absolut messende Sensor 34 kann für diesen Zweck verwendet werden. Beispielsweise kann der absolute Sensor verwendet werden, um einen momentanen Statuszustand bereitzustellen, der wiedergeben würde, ob das Reservoir während der ausgeschalteten Situation gefüllt oder entleert wurde. Der absolute Sensor registriert einen Wert, wenn keine Flüssigkeit vor der Sensorplatte vorliegt; ansonsten sind die Werte gering. Dies ist in den 3A–C und 5A–C gezeigt.
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In einem Beispiel können die beiden Sensoren 32, 34 gemeinsam miteinander verwendet werden. Ein Kalibrationssystem 36 kann vorgesehen sein (entweder in der Steuer-/Regeleinheit 16, an einer anderen Position in dem System 10 oder an einer Position entfernt von dem System 10), das Leseinformationen von beiden Sensoren kombinieren kann, um den Flüssigkeitsniveau-Zustand des Reservoirs zu bestimmen. Das Kalibrationssystem 36 kann dazu ausgelegt sein, Eingaben von sowohl einem differentiellen Sensor 32 als auch einem absoluten Sensor 34 zu erhalten und einen Algorithmus auszuführen, der detektiert, ob das Reservoir 14 entleert werden sollte. In einem Beispiel kann die Niveausensor-Steuer-/Regeleinheit 16 darin einen Mikroprozessor vorgesehen haben. Der Mikroprozessor kann mit den kapazitiven Niveausensoren zusammenwirken. Dies kann eine Funktionsüberwachung und eine Fehleraufzeichnung bereitstellen, sowie die Fähigkeit, ladbare Software-Upgrades einzuspielen.
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In einer Ausführungsform können mehr als zwei Sensoren 32, 34 verwendet werden. Beispielsweise können zwei oder mehr Sensoren 32, 34 an oder nahe der Oberseite oder dem oberen Abschnitt des Reservoirs vorliegen. Es können zwei oder mehr Sensoren an oder nahe dem unteren Abschnitt des Reservoirs vorliegen. Wenigstens einer der Sensoren kann eine absolute Angabe bereitstellen und wenigstens ein anderer der Sensoren kann eine differentielle Angabe bereitstellen. 6 zeigt ein Reservoir 14 mit einem Sensorsystem 30 (32, 34) an einem äußeren oberen Abschnitt 74 des Reservoirs und einem Sensorsystem 30 (32, 34) an einem äußeren unteren Abschnitt 76 des Reservoirs. Diese Figur zeigt, dass die Sensoren Flüssigkeit detektieren können, wenn sie in des Reservoir fließt, für einen ersten Satz von Angaben, und Flüssigkeit detektieren können, wenn sie aus dem Reservoir herausfließt, für einen zweiten Satz von Angaben. Wie bereits diskutiert, ist es ebenfalls möglich, eine Familie von Sensorplatten vorzusehen, die sich entlang der wesentlichen Höhe des Reservoirs erstrecken.
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Beispielsweise kann, wie in 7 gezeigt, eine beliebige Anzahl von Sensoren oder Platten verwendet werden. In einem Beispiel kann die gesamte Seite des Reservoirs einen Streifen von Sensoren aufweisen. In einem anderen Beispiel können die Sensoren strategisch entlang des Reservoirs platziert sein.
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Eine Herausforderung beim Verwenden eines kapazitiven Sensors, der nicht-invasiv ist und nicht tatsächlich mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt, ist, dass die Sensoren typischerweise in einem sehr schmalen und kondensierten Bereich arbeiten, so dass ihre Signale nicht verstärkt werden können. Das System 30 kann einen oder mehrere Verstärker oder andere Elektronik umfassen, die beim Verstärken der Signale hilft, damit die Angaben vollständig akkurat sind. Beispielsweise kann das System eine Leiterplatte (PCB) aufweisen, die zur Verstärkung manipuliert werden kann. Dies kann dem System helfen, zwischen hohen und niedrigen Flüssigkeitsniveaus zu unterscheiden.
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Eine weitere Herausforderung, die sich beim Messen von Flüssigkeitsniveaus stellen kann, ist, dass wenn die Flüssigkeit mit einer elektrischen Erde in Verbindung kommt, die Angaben verzerrt werden können. Eine Verbindung mit einer elektrischen Erde kann während eines Händewaschens auftreten, wenn Wasser abgelassen wird und die Flüssigkeit mit einem metallischen und geerdeten Teil eines Rohrs verbunden wird, oder wenn eine geerdete Metallspüle verwendet wird, oder in beliebigen anderen Fällen. In einer Ausführungsform ist gefunden worden, dass das Erdungsproblem gelöst werden kann, indem eine Anregungsfrequenz größer als etwa 4 MHz verwendet wird. In einem anderen Beispiel kann eine Anregungsfrequenz größer als etwa 5 MHz verwendet werden. In einem weiteren Beispiel kann eine Anregungsfrequenz zwischen etwa 4 MHz und 20 MHz verwendet werden. Es sollte verstanden werden, dass diese Frequenz auf Grundlage von anderen Frequenzen, die an Bord des Flugzeugs verwendet werden, optimiert werden kann. Diese Frequenz kann auf Grundlage der Wandgeometrie des Reservoirs optimiert werden. Diese Frequenz kann auf Grundlage der vorgesehenen zu messenden Flüssigkeiten optimiert werden. Diese Frequenz kann auf Grundlage einer beliebigen Kombination optimiert werden, um die dielektrische Konstante des Sensors zu optimieren. Es kann optimal sein, eine Frequenz zu identifizieren, die nicht die Angaben der Sensoren stört, oder auch eine Frequenz, bei der die Sensoren nicht andere Ausrüstung des Flugzeugs stören. Die Frequenz kann für die Umwelt optimiert sein, und es kann gefunden werden, dass andere Frequenzen für verschiedene Umstände optimal sind.
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Die Verwendung einer hohen Anregungsfrequenz kann ebenfalls dabei helfen, ein Problem mit durch Handseife erzeugtem Schaum zu lösen. Durch Handseife erzeugter Schaum kann von dem Sensorsystem als Luft detektiert werden, wenn die Anregungsfrequenz hoch genug ist. Das bedeutet, dass Seife an der Oberseite von Wasser einen Sensor nicht auslösen wird. Eine hohe Anregungsfrequenz kann ebenfalls dabei helfen, zu verhindern, dass Rückstände an der Wand vor den Sensorplatten als Flüssigkeit abgelesen werden.
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8 zeigt ein Beispiel von Angaben, die bei einer bestimmten Konfiguration 38 eines differentiellen Sensors auftreten können. In dieser Konfiguration 38 sind drei horizontale Platten 40, 42, 44 bereitgestellt. Die obere Platte 40 wird mit einem Sinussignal 46 versorgt, und die untere Platte 44 wird mit dem invertierten Signal 48 versorgt. Das bedeutet, dass sich beide Signale zu null aufaddieren. Die mittlere Platte 42 wird zum Messen verwendet. Wenn die untere 40 und obere 44 Platte die gleich kapazitive Kopplung zu der mittleren Platte 42 aufweisen, dann betragen die Angaben null. Dies ist durch Pfeile A und C gezeigt. Wenn die Kopplungen verschieden sind, dann sind die Angaben größer als null. Dies ist durch Pfeil B gezeigt. Ein Puls ist detektiert worden. Je größer die Differenz, desto größer die Angaben.
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Sinuswellen können verwendet werden, um Emissionen zu reduzieren. Beispielsweise erzeugen Sinuswellen keine harmonischen Frequenzen und es ist weniger wahrscheinlich, dass sie für die Umwelt und andere Elektroniken in der Nähe störend sind. Das Signal kann gedämpft werden, so dass es nicht abstrahlt und nicht empfindlich für Strahlung ist.
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Wenngleich eine Ausführungsform mit drei differentiellen Sensorplatten gezeigt ist, sollte verstanden werden, dass jede beliebige Zahl von Platten verwendet werden kann. In einem Beispiel ist es nützlich, Platten in einem Vielfachen von drei zu verwenden. Es ist jedoch auch möglich, Platten umzuschalten, so dass eine einzelne Platte verschiedene Arten von Angaben wiedergeben kann. Dies kann mittels eines Umschaltens von Sensorplatten erreicht werden. Ein Umschalten von Sensorplatten kann erlauben, dass eine Platte während eines Ablesens als eine Anregungsplatte wirkt (die mit Signalen gespeist wird), und es der selben Platte erlauben, während eines anderen Ablesens als eine Leseplatte zu wirken. Dies kann dazu führen, dass die Sensitivität der Platten oder/und die Genauigkeit der erhaltenen Angaben erhöht wird.
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Beispielsweise bietet das kleine Reservoir des GWIV-Systems 10 nicht viel Raum für Sensorplatten. Da es typischerweise der Fall ist, dass je größer die Platten, desto besser die Angaben, kann es wünschenswert sein, eine Familie von Platten zu verwenden. Eine Ausführungsform kann eine Anzahl von Platten 50 umfassen, die horizontal entlang einer Seite des Reservoirs 14 angeordnet sind. Ein Beispiel dieser Konfiguration ist in 7 gezeigt. Mit Schaltern können diese Platten 50 als absolute oder differentielle Sensoren von verschiedenen Größen oder an verschiedenen Positionen verwendet werden. Dies ist durch 9 illustriert. 9 zeigt, dass eine Platte entweder als eine Anregungsplatte oder eine Leseplatte verwendet werden kann. In einem Beispiel können analoge Schalter mit einer Durchkontaktierung, wenn sie offen sind, verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform können einige Platten 50 vertikal angeordnet sein und einige Platten können horizontal angeordnet sein. Wenn die Platten schmutzig werden oder andere Probleme beim Ablesen haben, kann die Steuer-/Regeleinheit zu einem anderen Stapel von Platten umschalten.
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10 zeigt ein Beispiel eines Hardware-Designs 52, das zum Steuern/Regeln verschiedener Platten für verschiedene Leseeingaben verwendet werden kann. Dieses Design 52 kann verwendet werden, um eine Serie von Sensorplatten zu verwalten, um Angaben zu erhalten. Wie gezeigt, kann das Sinussignal 56 zum Anregen von einem integrierten Schaltkreis (IC) 54 mit direkter digitaler Synthese (DDS) erzeugt werden. Die einstellbare Frequenz kann in einem Bereich von etwa 0 Hz bis etwa 20 MHz liegen. Es kann wünschenswert sein, das Signal durch einen Verstärker 58 zu schicken. Das Signal wird dann an die Sensorplatten 60 geliefert. Ein Signal-Schaltsystem 62 kann verwendet werden, um die Signale geeignet zu lenken. Das Schalt-Signalsystem 62 kann analoge Schalter verwenden, die auswählen, welche Platte das Signal erhalten sollte. Jede beliebige Platte könnte eine Sinus- oder Kosinuswelle erhalten oder eine Leseplatte sein. Sobald die Platten 60 die Leseschritte durchgeführt haben, kann es wünschenswert sein, das Signal durch einen weiteren Verstärker/Verstärkerschritt 64 zu schicken. Es kann ebenfalls wünschenswert sein, das Signal durch ein Filtersystem 66 oder ein Gleichrichtersystem 68 zu schicken.
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Das Frequenzsignal kann gestört werden, wenn der Sensor bzw. die Sensoren hohe Werte ablesen und der Sinusgenerator ausgeschaltet ist. Wenn die Sensor-Anregungsfrequenz gestört ist, dann ist es möglich, zu einer anderen Frequenz zu springen. Dies kann als Frequenzspringen bezeichnet werden. Die Sensoren müssen nicht eine einzelne Frequenz für die Anregung verwenden. Wenn eine Frequenz aufgrund von Rauschen nicht funktioniert, kann eine andere Frequenz aus einem Satz von Frequenzen ausgewählt werden. In einem Beispiel kann das Sensor-Design zwei (oder mehr) verschiedene Frequenzen verwenden. In einer spezifischen Ausführungsform können die Frequenzen 5 MHz und 8 MHz sein. In einem Beispiel kann das Sensor-Design drei, vier oder fünf (oder mehr) verschiedene Frequenzen verwenden. Die Frequenzen können von dem Filtersystem 66 der Sensor-Hardware 52 vorgegeben werden. In einer Ausführungsform kann ein Kristallfilter (der eine kleine Bandbreite aufweist) verwendet werden. Ein Kalibrationsschalter kann verwendet werden, um die Charakteristiken von jedem Filter zu analysieren (z. B. unter Verwendung eines Spektralanalysators), um die exakte Position der Transmissionsfrequenz zu bestimmen.
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11 zeigt eine Ausführungsform, in der eine Sensor-/Anregungsplatte 70 ein Abschirm-Merkmal 72 verwendet. Das Abschirm-Merkmal 72 kann eine geerdete Platte an der Rückseite der Sensor-/Anregungsplatte 70 sein. In einer anderen Ausführungsform kann das Abschirm-Merkmal 72 eine Äquipotentialplatte an der Rückseite der Sensor-/Anregungsplatte 70 sein. (Dies kann vorteilhaft sein, da ein Abschirmen durch Erdung in einigen Fällen sensitive Angaben zerstören kann.) Die Kapazität von der Sensorplatte 70 zu der Äquipotentialplatte kann null sein.
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12 zeigt ein Beispiel, in dem die Software für eine Spitzen-Detektion auf Grundlage einer Ablaufgeschwindigkeit eingerichtet sein kann, um die Zeit anzupassen, für die das Ventil geöffnet ist. Es können verschiedene Ablaufgeschwindigkeiten für das Reservoir vorliegen, da das Vakuumniveau über der Zeit variieren kann. Es können verschiedene Füllgeschwindigkeiten vorliegen, da die Spüle verstopft sein kann, so dass Flüssigkeit langsamer in des Reservoir fließt, der Ablauf kann verschlossen sein, während die Spüle gefüllt ist und dann freigegeben werden, was dazu führt, dass Flüssigkeit schneller in des Reservoir eintritt, und so weiter. Zu diesem Zweck kann das System die Angaben der beiden verschiedenen Sensoren verwenden, um die Geschwindigkeit des abgelaufenen Flüssigkeitsniveaus zu bestimmen. Mit dem Wissen um die Position zu einer bestimmten Zeit und die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsniveaus kann das System dem Flüssigkeitsniveau erlauben, bei einem vorbestimmten Niveau anzuhalten (mit einer gewissen Toleranz), unabhängig von dem Vakuumniveau.
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In einem Beispiel ist ein Wasserniveau-Sensorsystem bereitgestellt, das wenigstens einen differentiellen Sensor und wenigstens einen absoluten Sensor umfasst; wobei das Wasserniveau-Sensorsystem an einer äußeren Fläche eines Flüssigkeitsreservoirs bereitgestellt ist, so dass das System nicht mit Flüssigkeit in dem Reservoir in Kontakt ist, und wobei die Sensoren bei einer Anregungsfrequenz von größer als etwa 4 MHz arbeiten.
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In einem anderen Beispiel ist ein Grauwasser-Schnittstellenventil-Sensorsystem zur Verwendung in einem Passagierfahrzeug bereitgestellt. In einer bestimmten Verwendung kann das Fahrzeug ein Flugzeug sein. Das System kann ein Waschbecken, ein Reservoir, eine Steuer-/Regeleinheit, ein Ventil, ein Fahrzeug-Vakuumsystem und eine Niveau-Sensoreinheit umfassen. Die Niveau-Sensoreinheit kann wenigstens einen differentiellen Sensor und wenigstens einen absoluten Sensor aufweisen, welche an einem äußeren oberen Abschnitt des Reservoirs positioniert sind; sowie wenigstens einen differentiellen Sensor und wenigstens einen absoluten Sensor, welche an einem äußeren unteren Abschnitt des Reservoirs positioniert sind, wobei das Niveau-Sensorsystem die Steuer-/Regeleinheit anweist, das Ventil zu aktivieren, um es dem Vakuumsystem zu erlauben, das Reservoir zu entleeren.
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In einem anderen Beispiel ist ein Verfahren des Sensorsystems zur Verwendung beim Entleeren eines Reservoirs bereitgestellt. Das Verfahren kann ein Erfassen eines Flüssigkeitsniveaus eines Reservoirs und ein Entleeren des Reservoirs unter Verwendung eines Steuer-/Regelsystems, eines Ventils und eines Vakuumsystems umfassen, wenn das Reservoir voll oder beinahe voll ist. Es kann die Schritte eines Bereitstellens von wenigstens einem differentiellen Sensor und wenigstens eines absoluten Sensors an einem oberen Abschnitt des Reservoirs; eines Bereitstellens wenigstens eines differentiellen Sensors und wenigstens eines absoluten Sensors an einem unteren Abschnitt des Reservoirs; eines Erfassens einer Bewegung von Flüssigkeit an dem differentiellen Sensor vorbei; eines Anzeigens an das Steuer-/Regelsystem, dass das Reservoir voll ist, auf Grundlage von erfassten Informationen; eines Sendens von Steuer-/Regelanweisungen zu dem Ventil, sich zum Entleeren von Flüssigkeit zu dem Vakuumsystem zu öffnen, und wenn/falls eine Leistungsversorgung ausgeschaltet ist, eines Erfassens einer Anwesenheit von Flüssigkeit mit dem absoluten Sensor für eine Kalibrationsangabe umfassen. In diesem Verfahren wirkt der absolute Sensor als ein Backup-Sensor, da der differentielle Sensor nicht detektieren würde, ob Flüssigkeit vorbeigelaufen ist, wenn die Leistungsversorgung ausgeschaltet ist.
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Änderungen und Modifikationen, Hinzufügungen und Entfernungen können an den Strukturen und Verfahren durchgeführt werden, die oben beschrieben und in den Zeichnungen gezeigt sind, ohne dass von dem Umfang oder dem Geist der Erfindung und der folgenden Ansprüche abgewichen wird.
