WO2005031368A2 - Ultraschallströmungssensor mit wandlerarray - Google Patents

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WO2005031368A2
WO2005031368A2 PCT/EP2004/052120 EP2004052120W WO2005031368A2 WO 2005031368 A2 WO2005031368 A2 WO 2005031368A2 EP 2004052120 W EP2004052120 W EP 2004052120W WO 2005031368 A2 WO2005031368 A2 WO 2005031368A2
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ultrasonic
transducer array
sensor according
ultrasound
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PCT/EP2004/052120
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Inventor
Tobias Lang
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/665—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters of the drag-type

Definitions

  • the air throughput in the intake and loading tract of the internal combustion engine is measured using flow meters. Since the chemical ratio of the combustion depends on the mass ratios, the mass flow rate of the intake charge air has to be measured, for which purpose methods that measure volume or dynamic pressure are also used.
  • the maximum air mass flow to be measured, depending on the engine output of the internal combustion engine, is in the range between 400 and 100 kg per hour. Due to the low idling requirement of modern internal combustion engines, the ratio of minimum to maximum air flow is 1:90 to 1: 100.
  • Ultrasonic flow sensors are known from the prior art, which take advantage of signal propagation time differences in a flowing medium in order to measure the flow velocity. Piezoceramic or micromechanical or ultrasonic transducers or transducer arrays can be used for this.
  • the effect of jet drift and the use of jet drift for flow measurement is also known. The effect of the jet drift is based on the fact that sound waves emitted transversely to the direction of flow of a medium are carried along by the flow and are thereby deflected.
  • ultrasonic transducers are transducers arranged flush with the wall, i. H. ultrasonic transducers of this type which are completely embedded in the channel wall of a flow channel, so that no turbulence occurs when the flowing medium is passed.
  • transducers which have been installed flush with the wall to date have required three reflection surfaces, two of these reflection surfaces being inclined. The sloping reflection surfaces are very sensitive to soiling; Furthermore, the two ultrasonic transducers integrated into the wall there on one side of the flow channel are far apart.
  • the ultrasonic flow sensor proposed according to the invention With the ultrasonic flow sensor proposed according to the invention, a quantitative detection of the flow rate of a flowing medium, such as air, in a tube or within a flow channel is possible.
  • the ultrasound flow sensor proposed according to the invention allows the cylinders of the internal combustion engine to be filled with the most exact fill, which means that when the proposed ultrasound flow sensor is coupled in the context of an engine control system, stricter exhaust gas standards can be met in the future.
  • the ultrasonic flow sensor proposed according to the invention is designed as a single transducer array mounted flush with the edge and comprises two adjacent, interconnected areas. The two neighboring areas are used separately for sending signals and for receiving reflected signals.
  • the positives Change in the maximum receiving sound intensity on the surface of the transducer array is a measure of the flow rate with which the flowing medium, such as air, the pipe or the flow channel, on the wall of which the ultrasound sensor proposed according to the invention is accommodated.
  • the deflection and focusing of the ultrasonic waves takes place by means of a phase shift between the signals of the individual transmission elements or by means of a curved reflection surface.
  • a pulsed ultrasound excitation requires more effort in terms of generating the ultrasound signal and decoupling emitted ultrasound signals and reflected ultrasound signals.
  • a pulsed ultrasound excitation is characterized by the parameters pulse duration and bandwidth. Pulsed ultrasound excitation requires a relatively high bandwidth for short pulse durations. A high bandwidth in turn leads to a great deal of effort in terms of electronic signal processing and the shielding then required with regard to electromagnetic compatibility.
  • the solution proposed according to the invention makes it possible to dispense with pulsed ultrasonic excitation.
  • the division of the ultrasound flow sensor proposed according to the invention into a transmission area and into a reception area enables continuous signal detection and a very effective separation between the signals and interference effects superimposing the signals can be achieved.
  • the flush mounting of the ultrasonic flow sensor offers a mounting option that prevents the occurrence of vortex drag due to the resulting flow effects, such as turbulence, which can lead to an uneven deposition of particles. If particles are deposited non-uniformly within the pipe carrying the flowing medium or the flow channel, influences occur which counteract a precise and drift-filling determination of the filling of the cylinders of an internal combustion engine.
  • the steering or focusing of the ultrasound waves emitted by the ultrasound flow sensor proposed according to the invention can alternatively take place through an inclination or through a curvature of the reflector, ie up to the reception of certain array areas of the ultrasound flow sensor.
  • a combination of the inclination and curvature of the reflector area also leads to a phase shift of the signal emitted by the transmission area of the ultrasonic flow sensor.
  • An effective reduction of interference effects can be achieved by narrow-band filtering or by a phase-sensitive evaluation technique (eg lock-in).
  • a phase-sensitive evaluation technique eg lock-in
  • a periodic, noisy signal is rectified in phase, for example within an evaluation circuit by multiplication by plus 1 or minus 1.
  • An integrator arranged after the rectifier element ensures bandwidth limitation.
  • the position of the maximum received sound intensity can also be determined by an elaborately configured evaluation circuit in which the center of gravity of the measured intensity distribution is averaged.
  • an evaluation circuit configured in this way comprises a multiplexer.
  • An analog signal processing unit is connected downstream of the multiplexer.
  • the received signals are preamplified and filtered, for example via band-pass filters or according to the lock-in procedure outlined briefly above.
  • the analog signal processing is in turn followed by a peak value memory with a sample / hold circuit.
  • the peak value memory can be represented by operational amplifiers which are connected to one another, one of which represents a comparator, on which the output signals of the analog signal conditioning are applied at the positive input.
  • the output signal of the peak value memory is a step-shaped signal, the temporal amplitude profile corresponding to the spatial sound intensity distribution over the reception area of the ultrasound array.
  • the output signals are processed to determine the center of gravity. .. There is an analog / digital conversion of stages signals within the peak-value memory, wherein the individual stages signals at different times ti, t 2, t. 3 being transformed.
  • the center of gravity is then digitally calculated as a weighted sum according to: n
  • the number S determined in this way is linearly related to the focus of the spatial sound intensity distribution and is a measure of the flow rate prevailing in the flow channel.
  • FIG. 1 the measuring principle of ultrasonic flow measurement
  • FIG. 2 shows an ultrasound flow sensor, arranged according to the invention, arranged flush with the wall in array form with a transmission area and a reception area and
  • FIG. 2.1 an evaluation circuit with a multiplexer for evaluating ultrasonic transducer received signals
  • FIG. 2.2 the signal curve on the ultrasound transducer array
  • FIG. 2.3 the signal curve at the output of the sample / hold circuit
  • FIG. 3 shows an arched reflection surface integrated in a channel wall.
  • FIG. 1 shows that the measuring principle of the jet drift is based on a flow channel, in the walls of which ultrasonic sensors are embedded opposite one another.
  • the flowing medium 2 flows through the flow channel 1 within its entire channel cross section 3.
  • the flow channel 1 is delimited by channel walls 4.
  • the flow channel 1 can, for example, be tubular.
  • a first sensor 5 and a second sensor 6 are arranged opposite one another in the channel wall 4.
  • the first sensor 5 is controlled via a first sensor signal 7 (Si), while the second sensor 6 is controlled via a second sensor signal 8 (S 2 ).
  • the first sensor 5 and the second sensor 6 are arranged opposite one another and the sensors 5, 6 are operated in a pulsed manner.
  • the first sensor 5 emits a pulse 9 while the second sensor 6 opposite this emits a pulse 10.
  • the pulses 9, 10 emitted by the sensors 5, 6 are directed towards one another.
  • the end faces of the sensors 5, 6 are arranged at a sensor distance 11 from one another.
  • the first sensor 5 and the second sensor 6 are arranged in recesses in the channel wall 4 and are inclined by an angle of inclination 12 ( ⁇ ) with respect to the axis of the flow channel 1.
  • the runtime 14 (t 2 ⁇ ) which the pulse 10 emitted by the second sensor 6 requires until it strikes the first sensor 5, is tapped at the first sensor 5.
  • the transit time 13 of the pulse 9 of the first sensor 5 is detected on the second sensor 6 (t ⁇ 2 ).
  • the arrangement shown in FIG. 1 requires pulsed operation, ie continuous signal detection is not possible, since the first sensor 5 and the second sensor 6 have to be switched alternately from the transmit mode to the receive mode and vice versa in order to reduce the run times 13, 14 ( t 2 ⁇ , t] 2 ) of the pulses 9 and 10 until they strike the respective sensor.
  • the ultrasound transducer array proposed according to the invention can be seen from the illustration according to FIG. 2.
  • the flow channel 1 shown in FIG. 2 is flowed through by a gaseous flow medium 2 in the flow direction 30.
  • An ultrasound transducer array 20 is received flush with the wall on a wall side of the channel wall 4. Due to the flush mounting of the ultrasound transducer array 20 on the flow channel 1, it can be achieved that the flowing medium 2, which passes through the flow channel 1, passes the measuring point without swirling, so that any particles contained in the flowing medium are not due to the formation of vortices and the formation of dead water stick to the inside of the channel wall 4 of the flow channel 1.
  • the transducer array 20 comprises a transmission part 21 and a reception part 22. Via the transmission part 21, which is connected to a transmission electronics 31 which is not detailed, ultrasound 33 is coupled into the flow channel 1 as an emitted sound signal 24. Cylindrical wave fronts start from the individual array elements of the transmitting part 21 and are directed towards the channel wall 4 opposite the transducer array 20 and are reflected by the latter due to the principle of beam drift. A first reflected ultrasound signal 25 is focused on the ultrasound transducer array 20 due to the principle of the beam drift. Due to the medium 2 flowing through the flow channel 1, the focus of the first reflected signal 25 is shifted to the receiving part 22 of the ultrasound transducer array 20.
  • the receiving part 22 comprises several individual elements 23.1 to 23.10.
  • the receiving part 22 of the ultrasound transducer array 20 is connected to a receiving electronics 32.
  • a receiving electronics 32 As a result, pulsed operation of the ultrasound transducer array 20 is not required to separate transmitted and received ultrasound pulses.
  • the ultrasound waves are focused and steered by phase-shifted transmission of the emitted sound signal 24 by the individual array elements of the transmission part 21 of the ultrasound transducer array 20.
  • the reception electronics 32 connected to the reception part 22 comprise a comparator 34 and a peak value memory 35, both of which can be represented by operational amplifiers 36.
  • FIG. 2.1 An embodiment variant of an evaluation circuit is shown in more detail in FIG. 2.1.
  • the evaluation circuit shown in FIG. 2.1 comprises a multiplexer 39 arranged downstream of the receiving part 22 of the ultrasound transducer array 20, with which it is possible to switch between the individual array elements of the receiving part 22, so that the array elements of the ultrasound transducer array 20 are connected with an analogue downstream of the multiplexer Signal conditioning 38 can be connected.
  • the analog signal conditioning 38 enables preamplification and filtering of the received signal of the ultrasound transducer array 20 which is present via the multiplexer 39 in each case.
  • the filtering within the analog signal conditioning 38 can take place, for example, via a bandpass filter or according to the lock-in method.
  • the signals processed in the analog signal processing are fed to a peak value memory 35.
  • the signals present on the output side of the analog signal conditioning 38 are applied to a comparator 34, which can be implemented, for example, by an operational amplifier, for example on its positive input.
  • the output signals of the signal conditioning 38 are simultaneously fed to a first operational amplifier 36.1 of the sample / hold circuit 37.
  • the output signal of the comparator 34 influences the connection of the first operational amplifier 36.1 of the second operational amplifier 36.2 contained in the sample / hold circuit 37.
  • the output signal U 2 of the sample / hold circuit 37 is a step-shaped signal (compare signal profile 44), the temporal amplitude profile corresponding to the spatial sound intensity distribution on the receiving part 22 of the ultrasound transducer array 20.
  • a timer controller 40 is assigned to the second operational amplifier 36.2 contained in the sample / hold circuit 37 according to FIG. 2.1, which controls the switching of the multiple 39 between the individual array elements of the ultrasound transducer array 20 in relation to its receiving part 22.
  • the evaluation circuit shown schematically in FIG. 2.1 converts the received signals (see FIG. 2.2) into block signals (see FIG. 2.3) which are present at the output U 2 of the sample / hold circuit 37 according to FIG. 2.1.
  • the first reflected signal 25 is reflected onto the individual element of the receiving part 22 designated by reference numeral 23.4. A first intensity maximum 27 accordingly arises at this.
  • the displacement of the ultrasound focus on the transmission element 23.4 is read out by the receiving electronics 32 and converted into a signal which indicates the flow rate of the flowing medium 2 passing through the flow channel 1.
  • the array element 23.4 is determined by the comparator 34 in combination with a peak value memory 35.
  • receiving electronics 32 which determine the focus of the measured intensity distribution. Such receiving electronics can be seen in the illustration in FIG. 2.2.
  • the values for U a for the received ultrasound signals are stored in block form at different times tt 2 , t 3 ... to t h .
  • the analog / digital conversion of the signals in the peak value memory 35 is followed by a digital calculation of the center of gravity as a weighted sum.
  • the digital calculation of the center of gravity can, for example, according to the relationship: n
  • the weighted sum determined in this way is linearly related to the focus of the spatial switching intensity distribution and represents a measure of the flow rate of the medium 2 flowing through the flow channel 1.
  • the emitted sound signal 24 can also be deflected more strongly, as indicated by the second reflected signal 26, shown in dotted lines Array element of the receiving part 22 of the ultrasound transducer array 20. Accordingly, a second intensity maximum 28 is generated there, which is shifted by ⁇ x (distance 29 in FIG. 2) from the first intensity maximum 27, generated by the first reflected signal 25.
  • the receiving electronics 32 determine that the corresponding array element 23.8, which in turn generates a signal in the receiving electronics 32 which indicates the flow rate (flow velocity v) of the flowing medium passing through the flow channel 1 2 displays.
  • the steering or focusing of the ultrasonic waves can alternatively be achieved by an inclination or curvature of a reflector.
  • FIG. 3 shows an arched reflection surface 45.
  • An ultrasound transducer array 20 which is integrated flush with the flow channel 1 sends ultrasound waves onto a curved reflector 45 in the opposite wall of the flow channel 1.
  • the curvature of the reflection surface 45 focuses the reflected signals at a point E on the ultrasound transducer array 20.
  • the curvature of the reflection surface 45 corresponds approximately to r ⁇ 2 * d 'where d' marks the distance 46 shown in FIG. 3 between the center of the curvature of the reflection surface 45 and point E of the ultrasound transducer array 20.
  • a combination of an inclined / curved reflector in combination with focusing and steering of the ultrasonic waves by phase-shifted transmission is also possible.
  • a further, additional reduction of interfering effects can be achieved in that narrow-band filtering is achieved using other common phase-sensitive evaluation techniques (lock-in method).
  • the ultrasound transducer array 20 proposed according to the invention and arranged only on one wall side of the flow channel 1 continuous, narrow-band and interference-insensitive signal acquisition can be made possible.
  • the individual array elements of the transducer array 20 which are arranged next to one another in the flow direction 30 of the medium 2 flowing through the flow channel 1 are integrated into the channel wall 4 of the flow channel 1 in such a way that they do not produce any turbulence in the flow passing through the flow channel 1. This can prevent the build-up of particles that may be contained in the flowing medium due to the formation of dead water areas.
  • ultrasound transducer array 20 proposed according to the invention Increased robustness requirements can be met with the ultrasound transducer array 20 proposed according to the invention.
  • the ultrasound transducer array 20 proposed according to the invention accurate and low-drift filling detection of the combustion chambers of internal combustion engines can be achieved, as a result of which more stringent exhaust gas standards to be expected in the future can be met within the framework of modern engine management systems.
  • the transmitting part 21 is used exclusively for transmitting the ultrasound signal 24 to be emitted, in which against the receiving part 22, comprising a plurality of array elements 23.1 to 23.10, is used exclusively to receive the maximum receivable sound intensity.
  • the guidance and focusing of the ultrasound takes place by means of a phase shift between the ultrasound signals 24, which are imitated by the transmitting part 21, or alternatively by means of a curved reflection surface.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall-Strömungssensor zur Erfassung der Durchflussrate eines in einem Strömungskanal (1, 3) strömenden Mediums (2). Quer zur Strömungsrichtung (30) des zu strömenden Mediums (2) werden Schallsignale (24) eingekoppelt. Einer Wand (4) des Strömungskanals (1, 3) ist ein Ultraschall-Wandlerarray (20) zugeordnet. Dieses umfasst sowohl ein Sendeteil (21) für das emittierte Schallsignal (24) als auch ein Empfangsteil (22) für reflektierte Schallsignale (25, 26).

Description

Ultraschallströmungssensor mit Wandlerarray
Technisches Gebiet
Bei Verbrennungskraftmaschinen wird der Luftdurchsatz im Ansaug- bzw. Ladetrakt der Verbrennungskraftmaschine mittels Durchflussmessern gemessen. Da es bei dem chemischen Vorgang der Verbrennung auf die Massenverhältnisse ankommt, ist der Massen- durchfluss die Ansaug- Ladeluft zu messen wofür zum Teil auch Volumen- oder Staudruck messende Verfahren zum Einsatz gelangen. Der maximal zu messende - Luftmassenstrom liegt je nach Motorleistung der Verbrennungskraftmaschine im Bereich zwischen 400 und 100 kg pro Stunde. Aufgrund des niedrigen Leerlaufbedarfs moderner Verbrennungskraftmaschinen beträgt das Verhältnis von minimalen zum maximalen Luftdurchsatz 1: 90 bis 1 : 100.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Ultraschall-Strömungssensoren bekannt, die Signallaufzeitunterschiede in einem strömenden Medium direkt ausnutzen, um die Strömungsge- schwindigkeit zu messen. Dazu können piezokeramische oder mikromechanische oder Ultraschallwandler oder Wandlerarrays eingesetzt werden. Weiterhin ist der Effekt der Strahl- verwehung und der Ausnutzung der Strahlverwehung zur Strömungsmessung bekannt. Der Effekt der Strahlverwehung beruht darauf, dass quer zur Strömungsrichtung eines Mediums ausgesandte Schallwellen von der Strömung mitgeführt und dadurch abgelenkt werden.
Aus dem Kraftfahrttechnischen Taschenbuch Bosch, 23., aktualisierte und erweiterte Auflage. - Braunschweig Wiesbaden: Vieweg 1999, ISBN/528/03876-4 Vgl. Seite 115, rechte Spalte, ist eine Prinzipsskizze des Ultraschall-Durchfluss-Messverfahrens dargestellt. Mittels des offenbarten Ultraschall-Durchfluss-Messverfahrens lässt sich die Laufzeit t eines Schallimpulses durch ein Messmedium z.B. Luft unter einem Schrägungswinkel α mit der selben Messstrecke 1 einmal strömungsaufwärts und einmal strömungsabwärts messen. Die resultierende Laufzeitdifferenz ist dem Volumendurchfiuss proportional. Die aus der zitierten Literaturstelle bekannte Anordnung benötigt schräg eingebaute Ultraschall-Wandler, die in dazu vorgesehenen Ausnehmungen des Strömungskanales angeordnet sind. Aufgrund des Bauvolumens der Ultraschal lwandler ergibt sich ein nicht-wandbündiger Einbau derselben, so dass sich Turbulenzen aufgrund von Wirbelbildungen in den Ausnehmungen, oder im zu den Ausnehmungen benachbarten Bereich des Strömungskanales einstellen. Die Erzeugung von Turbulenzen führt jedoch zu erheblichen Gangunterschieden der Ultraschall-Wellen. Daraus folgen starke Amplitudenschwankungen der empfangenen Ultraschallwellen, welche wiederum eine schlechtere Rohsignalqualität und damit eine verringerte Messgenauigkeit, vor allem bei kleineren Strömungsraten nach sich ziehen. Ferner kann es aufgrund der sich einstellenden Turbulenzen zu einer Ablagerung von Partikeln wie zum Beispiel Staub, Öl oder Wasser am Ort der Ultraschall-Wandler kommen, was zu einer allmählichen Ver- schmutzung beiträgt.
Ein weiterer Nachteil der aus der skizzierten Literaturstelle bekannten schräg eingebauten Ultraschall- Wandleranordnung ist darin zu erblicken, dass diese relativ groß baut, wodurch sich lange Signalübertragungswege zwischen der Auswerteelektronik und den am Strö- mungskanal montierten Ultraschall- Wandlern einstellen.
Weitere Bauformen von Ultraschall-Wandlern sind wandbündig angeordnete Wandler, d. h. solche Ultraschall-Wandler, die zur Gänze in die Kanalwand eines Strömungskanales eingelassen sind, so dass keine Turbulenzen bei Passage des strömenden Mediums auftreten. Bisher eingesetzte wandbündig montierte Wandler benötigen jedoch drei Reflexionsflächen, wobei zwei von diesen Reflexionsflächen schräg liegen. Die schräg liegenden Reflexionsflächen sind sehr verschmutzungsempfϊndlich; ferner sind die beiden auf einer Seite des Strömungskanales in die dortige Wandung integrierten Ultraschall-Wandler weit voneinander entfernt.
Darstellung der Erfindung
Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ultraschall-Strömungssensor ist einen quantitative Erfassung der Durchflussrate eines strömenden Mediums, wie beispielsweise Luft, in einem Rohr oder innerhalb eines Strömungskanales möglich. Durch den erfϊndungsgemäß vorgeschlagenen Ultraschall-Strömungssensor lässt sich eine genaueste Füllungserfassung der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine erreichen, wodurch bei Ankopplung des vorgeschlagenen Ultraschall-Strömungssensors im Rahmen eines Motorsteuerungssystems künftig strengere Abgasnormen erfüllt werden können.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Ultraschall-Strömungssensor ist als einzelner randbündig montierter Wandlerarray ausgelegt und umfasst zwei benachbarte, miteinander zusammenhängende Bereiche. Die beiden benachbarten Bereiche werden jeweils getrennt zum Senden von Signalen und zum Empfangen von reflektierten Signalen eingesetzt. Die Positi- onsänderung der maximal empfangenden Schallintensität auf der Oberfläche des Wandlerar- rays ist ein Maß für die Durchflussrate mit der das strömende Medium, wie z.B. Luft, das Rohr oder den Strömungskanal, an dessen Wandung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ultraschall-Sensor aufgenommen ist, durchströmt.
Die Umlenkung und Fokussierung der Ultraschallwellen erfolgt durch Phasenverschiebung zwischen den Signalen der einzelnen Sendeelemente oder durch eine gewölbt ausgebildete Reflektionsfläche.
Die Aufteilung des als Wandlerarray ausgelegten Ultraschall-Strömungssensors in einen Sendebereich und in einen Empfangsbereich erlaubt den Verzicht auf eine gepulste Ultraschallanregung. Eine gepulste Ultraschallanregung bedingt einen höheren Aufwand hinsichtlich der Erzeugung des Ultraschallsignales und der Entkopplung von ausgesandten Ultraschallsignalen und reflektierten Ultraschallsignalen. Eine gepulste Ultraschallanregung ist charakterisiert durch die Parameter Pulsdauer und Bandbreite. Eine gepulste Ultraschallanregung fordert für kurze Pulsdauern eine relativ hohe Bandbreite. Eine hohe Bandbreite führt wiederum zu einem großen Aufwand bezüglich der elektronischen Signalverarbeitung und der dann erforderlichen Abschirmung hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann jedoch auf eine gepulste Ult- raschallanregung verzichtet werden.
Die Aufteilung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ultraschall-Strömungssensors in einen Sendebereich und in einen Empfangsbereich ermöglicht eine kontinuierliche Signalerfas- sung und es lässt sich eine sehr effektive Trennung zwischen den Signalen und die Signale überlagernden Störeffekten erzielen. Die wandbündige Montage des Ultraschall- Strömungssensors bietet eine Montagemöglichkeit, die verhindert, dass aufgrund sich einstellender Strömungseffekte wie zum Beispiel Verwirbelungen, Wirbelschleppen auftreten, die zu einer ungleichmäßigen Ablagerung von Partikeln führen können. Bei einer ungleichmäßigen Ablagerung von Partikeln innerhalb des das strömende Medium führenden Rohres oder des Strömungskanales, treten Einflüsse auf, die einer genauen und driftaπnen Füllungserfassung der Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine entgegenwirken.
Die Lenkung oder die Fokussierung der vom erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ultraschall- Strömungssensor ausgesandten Ultraschallwellen können alternativ durch eine Neigung oder durch eine Krümmung des Reflektors, d.h. bis zum Empfangen bestimmten Arraybe- reiches des Ultraschall-Strömungssensors erfolgen. Auch eine Kombination von Neigung und Krümmung des Reflektorbereiches führt zu einer Phasenverschiebung des vom Sendebereich des Ultraschall-Strömungssensor ausgesandten Signals. Eine effektive Reduktion von Störeffekten kann durch eine schmalbandige Filterung oder durch einen phasensensitive Auswertetechnik (z.B. lock-in) erreicht werden. Gemäß der lock-in-Messtechnik wird ein periodisches, verrauschtes Signal phasenrichtig gleichgerichtet, so zum Beispiel innerhalb einer Auswerteschaltung durch eine Multiplikation mit plus 1 oder minus 1. Ein dem Gleichrichterelement nachgeordneter Integrator sorgt für eine Bandbreitenbegrenzung.
Die Ermittlung der Position der maximal empfangenen Schallintensität kann auch durch eine aufwendiger konfigurierte Auswertungsschaltung realisiert werden, bei der der Schwer- punkt der gemessenen Intensitätsverteilung ennittelt wird. Eine derart konfigurierte Auswertungsschaltung umfasst neben einem Ultraschall- Wandlerarray einen Multiplexer. Dem Multiplexer ist eine analoge Signalaufbereitung nachgeschaltet. Innerhalb der analogen Signalaufbereitung erfolgt eine Vorverstärkung und eine Filterung der empfangenen Signale, zum Beispiel über Band-Pass-Filter oder gemäß des oben kurz skizzierten lock-in- Verfahrens. Der analogen Signalaufbereitung wiederum ist ein Spitzenwertspeicher mit Sample/hold-Schaltung nachgeschaltet. Der Spitzenwertspeicher kann durch miteinander verschaltete Operationsverstärker dargestellt werden, von denen einer einen Komparator darstellt, auf welchen die Ausgangssignale der analogen Signalaufbereitung am positiven Eingang aufgegeben sind. Das Ausgangssignal des Spitzenwertspeichers ist ein stufenförmi- ges Signal, wobei der zeitliche Amplitudenverlauf der räumlichen Schallintensitätsverteilung auf den Empfangsbereich des Ultraschall-arrays entspricht.
Die Ausgangssignale werden zur Schwerpunktsbestimmung weiterverarbeitet. Es erfolgt eine analog/digital-Wandlung von Stufensignalen innerhalb des Spitzenwertspeichers, wobei die einzelnen Stufensignale zu verschiedenen Zeitpunkten ti, t2, t3 ... umgewandelt werden. Anschließend erfolgt eine digitale Berechnung des Schwerpunktes als gewichtete Summe gemäß: n
S = _ _ -Ua (th ) mit : S = Summe I h = Summationsindex k = Laufindex n = Anzahl der Arrayelemente Ua = Speicherwerte des Spitzenwertspeichers und th = Zeitpunkte.
Die so ermittelte Zahl S steht im linearen Zusammenhang mit dem Schwerpunkt der räumlichen Schallintensitätsverteilung und ist ein Maß für die im Strömungskanal herrschende Strömungsrate. Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 das Messprinzip der Ultraschall-Durchflussmessung,
Figur 2 einen erfindungsgemäß vorgeschlagenen, wandbündig angeordneten Ultraschall-Strömungssenor in Arrayform mit einem Sendebereich und einem Empfangsbereich und
Figur 2.1 eine Auswerteschaltung mit Multiplexer zur Auswertung von Ultra- schall- Wandler-Empfangssignalen,
Figur 2.2 den Signal verlauf am Ultraschall-Wandlerarray,
Figur 2.3 den Signalverlauf am Ausgang der Sample/hold-Schaltung,
Figur 2.4 einen Spitzenwertspeicher und
Figur 3 eine in eine Kanalwand integrierte, gewölbt ausgebildete Reflexionsfläche.
Ausführungsvarianten
Figur 1 zeigt dass Messprinzip der Strahlverwehung anhand eines Strömungskanales, in dessen Wände Ultraschall-Sensoren einander gegenüberliegend eingelassen sind.
In einem Strömungskanal 1 strömt ein Medium 2, bei welchem es sich um Luft oder auch um ein anderes Gas handeln kann. Das strömende Medium 2 durchströmt den Strömungskanal 1 innerhalb von dessen gesamtem Kanalquerschnitt 3. Der Strömungskanal 1 ist von Kanalwänden 4 begrenzt. Der Strömungskanal 1 kann beispielsweise rohrfoπnig ausgebildet sein. In der Kanalwand 4 sind einander gegenüberliegend ein erster Sensor 5 und ein zweiter Sensor 6 geordnet. Der erste Sensor 5 wird über ein erstes Sensorsignal 7 (Si) angesteuert während der zweite Sensor 6 über ein zweites Sensorsignal 8 (S2) angesteuert wird. Der erste Sensor 5 und der zweite Sensor 6 sind einander gegenüberliegend angeordnet und die Sensoren 5, 6 werden gepulst betrieben. Der erste Sensor 5 emittiert einen Puls 9, während der diesem gegenüberliegende zweite Sensor 6 einen Puls 10 emittiert. Die von den Sensoren 5, 6 emittierten Pulse 9, 10 sind aufeinander gerichtet. Die Stirnseiten der Sensoren 5, 6 sind in einem Sensorabstand 11 zueinander angeordnet. Der erste Sensor 5 sowie der zweite Sensor 6 sind in Ausnehmungen in der Kanalwand 4 angeordnet und in Bezug auf die Achse des Strömungskanales 1 um einen Neigungswinkel 12 (α) schräg gestellt. Am ersten Sensor 5 wird die Laufzeit 14 (t2ι) abgegriffen, welche der Puls 10, der vom zweiten Sensor 6 e- mittiert wird, benötigt, bis er auf den ersten Sensor 5 auftrifft. Am zweiten Sensor 6 wird die Laufzeit 13 des Pulses 9 des ersten Sensors 5 detektiert (tι2).
Die in Figur 1 dargestellten Anordnung bedarf eines gepulsten Betriebes, d.h. es ist keine kontinuierliche Signalerfassung möglich, da der erste Sensor 5 und der zweite Sensor 6 abwechselnd jeweils vom Sende- in den Empfangsmodus und umgekehrt umgeschaltet werden müssen, um die Laufzeiten 13, 14 (t2ι, t]2) der Pulse 9 und 10 bis zum Auftreffen auf den jeweiligen Sensor, zu erfassen.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2, geht das erfindungsgemäß vorgeschlagene Ultraschall- Wandlerarray hervor.
Der in Figur 2 dargestellte Strömungskanal 1 wird von einer gasförmigen Strömungsmedi- um 2 in Strömungsrichtung 30 durchströmt. Auf einer Wandseite des Kanalwandes 4 ist ein Ultraschall-Wandlerarray 20 wandbündig aufgenommen. Durch die wandbündige Aufnahme des Ultraschall-Wandlerarrays 20 am Strömungskanal 1 kann erreicht werden, dass das strömende Medium 2, das den Strömungskanal 1 passiert, verwirbelungsfrei die Messstelle passiert, so dass eventuell im strömenden Medium enthaltende Partikel nicht aufgrund von sich ausbildenden Wirbeln und entstehenden Totwassergebieten an den Innenseiten der Kanalwand 4 des Strömungskanales 1 haften bleiben.
Das Wandlerarray 20 umfasst einen Sendeteil 21 und einen Empfangsteil 22. Über den Sendeteil 21, der mit einer nicht näher detaillierten Sendeelektronik 31 verbunden ist, wird Ult- raschall 33 als emittiertes Schallsignal 24 in den Strömungskanal 1 eingekoppelt. Von den einzelnen Arrayelementen des Sendeteiles 21 gehen zylinderförmige Wellenfronten aus, die auf die dem Wandlerarray 20 gegenüberliegende Kanalwand 4 gerichtet sind und von dieser aufgrund des Strahlverwehungsprinzipes reflektiert werden. Ein erstes reflektiertes Ultraschallsignal 25 wird aufgrund des Strahlverwehungsprinzipes auf das Ultraschall- Wandlerarray 20 fokussiert. Aufgrund des den Strömungskanal 1 durchströmenden Mediums 2 erfolgt eine Verschiebung des Fokus des ersten reflektierten Signals 25 auf den Empfangsteil 22 des Ultraschall-Wandlerarray 20. Das Empfangsteil 22 umfasst mehrere Einzelelemente 23.1 bis 23.10. Der Empfangsteil 22 des Ultraschall- Wandlerarrys 20 ist mit einer Empfangselektronik 32 verschaltet. Dadurch ist kein gepulster Betrieb des Ultraschall- Wandlerarrays 20 zur Trennung von gesendeten und empfangenen Ultraschallpulsen erforderlich. Die Fokussierung und Lenkung der Ultraschall-Wellen erfolgt durch phasenverschobenes Senden des emit- tierten Schallsignales 24 durch die einzelnen Arrayelemente des Sendeteiles 21 des Ultra- schall-Wandlerarrays 20. Die mit dem Empfangsteil 22 verbundene Empfangselektronik 32 umfasst einen Komparator 34 und einen Spitzenwertspeicher 35, die beide durch Operationsverstärker 36 dargestellt werden können.
In Figur 2.1 ist eine Ausführungsvariante einer Auswerteschaltung näher dargestellt. Die in Figur 2.1 dargestellte Auswerteschaltung umfasst einen dem Empfangsteil 22 des Ultraschall- Wandlerarrays 20 nachgeordneten Multiplexer 39, mit welchem zwischen den einzelnen Arrayelementen des Empfangsteiles 22 geschaltet werden kann, so dass die Arrayelemente des Ultraschall- Wandlerarrays 20 mit einer dem Multiplexer nachgeschalteten analo- gen Signalaufbereitung 38 verbunden werden können. Die analoge Signalaufbereimng 38 ermöglicht eine Vorverstärkung und eine Filterung des jeweils über den Multiplexer 39 anstehenden Empfangssignal des Ultraschall-Wandlerarrays 20. Die Filterung innerhalb der analogen Signalaufbereitung 38 kann zum Beispiel über einen Bandpassfilter oder gemäß des lock-in-Verfahrens erfolgen.
Ausgangsseitig werden die in der analogen Signalaufbereitung aufbereiteten Signal einem Spitzenwertspeicher 35 aufgegeben. Die ausgangsseitig an der analogen Signalaufbereitung 38 anstehenden Signale werden einem Komparator 34, der beispielsweise durch ein Operationsverstärker realisiert werden kann, aufgeschaltet, zum Beispiel auf dessen positiven Ein- gang. Die Ausgangssignale der Signalaufbereitung 38 werden gleichzeitig einem ersten Operationsverstärker 36.1 der Sample/hold-Schaltung 37 aufgegeben. Das Ausgangssignal des Komparators 34 beeinflusst die Verbindung des ersten Operationsverstärkers 36.1 des in der Sample/hold-Schaltung 37 enthaltenen zweiten Operationsverstärkers 36.2. Ausgangssignal U2 der Sample/hold-Schaltung 37 ist ein stufenförmiges Signal (vergleiche Signalver- lauf 44), wobei der zeitliche Amplitudenverlauf der räumlichen Schallintensitätsverteilung auf dem Empfangsteil 22 des Ultraschall-Wandlerarrays 20 entspricht.
Dem zweiten in der Sample/hold-Schaltung 37 gemäß Figur 2.1 enthaltenen Operationsverstärker 36.2, ist eine Timer-Steuerung 40 zugeordnet, welche das Umschalten des Multiple- xers 39 zwischen den einzelnen Arrayelementen des Ultraschall-Wandlerarrays 20 in Bezug auf dessen Empfangsteil 22 steuert. Durch die in Figur 2.1 schematisch wiedergegebene Auswerteschaltung werden die Empfangssignale (vgl. Figur 2.2) in Blocksignale (vgl. Figur 2.3) umgewandelt, die am Ausgang U2 der Sample/hold-Schaltung 37 gemäß Figur 2.1 anstehen. Wie in der Darstellung gemäß Figur 2 entnehmbar ist, wird dass erste reflektierte Signal 25 auf das mit Bezugszeichen 23.4 bezeichnete Einzelelement des Empfangsteiles 22 reflektiert. An diesem stellt sich demzufolge ein erstes Intensitätsmaximum 27 ein. Die Verschie- bung des Ultraschallfokus auf des Sendeelement 23.4 wird von der Empfangselektronik 32 ausgelesen und in ein Signal umgesetzt, welches die Durchflussrate des den Strömungskanal 1 passierenden strömenden Mediums 2 anzeigt. Das Arrayelement 23.4 wird durch den Komparator 34 in Kombination mit einem Spitzenwertspeicher 35 ermittelt. Statt der einfach zu realisierenden Ermittlung der Position der maximal empfangenen Schallintensität kann auch eine Empfangselektronik 32 eingesetzt werden, die den Schwerpunkt der gemessenen Intensitätsverteilung feststellt. Eine derartige Empfangselektronik ist der Darstellung gemäß Figur 2.2 zu entnehmen.
Gemäß Figur 2.4 sind die Werte für Ua für die empfangenen Ultraschallsignale in Blockform zu verschiedenen Zeitpunkten t t2, t3 ...bis th gespeichert. Es erfolgt eine Analog/Digital- Wandlung des Stufensignales Ua zu den Zeitpunkten ti, t2, t3 bis ...ti,. An die Analog/Digital- Wandlung der Signale im Spitzenwertspeicher 35 schließt sich eine digitale Berechnung des Schwerpunktes als gewichtete Summe an. Die digitale Berechnung des Schwerpunktes kann zum Beispiel gemäß der Beziehung: n
S = h-Ua (th ) mit : S = Summe ι h = Summationsindex k = Laufindex Ua = Speicherwert; th = Zeitwert
Die derart bestimmte gewichtete Summe steht in linearem Zusammenhang mit dem Schwerpunkt der räumlichen Schal lintensitätsvertei hing und stellt ein Maß für die Strömungsrate des den Strömungskanal 1 durchströmenden Mediums 2 dar.
Gemäß der Darstellung in Figur 2 kann je nach Strömungsgeschwindigkeit v des den Strömungskanal 1 durchströmenden gasförmigen Mediums 2 aufgrund der Strahlverwehungsprinzipes, das emittierte Schallsignal 24 auch stärker abgelenkt werden, angedeutet durch das punktiert wiedergegebene zweite reflektierte Signal 26. Dieses trifft auf das mit Bezugszeichen 23.8 bezeichnete Arrayelement des Empfangsteils 22 des Ultraschall- Wandlerarrays 20 auf. An diesem wird demzufolge ein zweites Intensitätsmaximum 28 erzeugt, welches um Δx (Abstand 29 in Figur 2) zum ersten Intensitätmaximum 27, erzeugt durch das erste reflektierte Signal 25, verschoben ist. Durch die Empfangselektronik 32 wird bei Messungen der maximalen Schallintensität, erzeugt durch das zweite reflektierte Signal 26, dass dementsprechende Arrayelement 23.8 bestimmt, woraus wiederum in der Empfangselektronik 32 ein Signal erzeugt wird, welches die Durchflussrate (Durchflussgeschwindigkeit v) des den Strömungskanal 1 passierenden strömenden Mediums 2 anzeigt.
Die Lenkung oder Fokussierung der Ultraschallwellen können in weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung alternativ durch eine Neigung bzw. Wölbung eines Reflektors erreicht werden. In Figur 3 ist eine gewölbt ausgebildete Reflexionsflä- ehe 45 dargestellt. Ein wandbündig in den Strömungskanal 1 integriertes Ultraschall- Wandlerarray 20 sendet Ultraschallwellen auf einen gewölbt ausgebildeten Reflektor 45 in der gegenüberliegenden Wandung des Strömungskanales 1. Durch die Wölbung der Refle- xionsfläche 45 werden die reflektierten Signale an einem Punkt E am Ultraschall- Wandlerarray 20 fokussiert. Die Wölbung der Reflexionsfläche 45 entspricht ungefähr r ~ 2 ■ d ' wobei d' den in Figur 3 dargestellten Abstand 46 zwischen dem Mittelpunkt der Wölbung der Reflexionsfläche 45 und Punkt E des Ultraschall-Wandlerarrays 20 markiert.
Auch eine Kombination eines geneigt/gekrümmt ausgebildeten Reflektors in Kombination mit einer Fokussierung und Lenkung der Ultraschall wellen durch phasenverschobenes Sen- den ist möglich. Eine weitere, zusätzliche Reduktion von auftretenden Störeffekten kann dadurch erreicht werden, dass eine schmalbandige Filterung durch andere gängige phasensensitive Auwertetechniken (lock-in-Verfahren) erreicht wird.
Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen, lediglich auf einer Wandseite des Strö- mungskanales 1 angeordneten Ultraschall-Wandlerarray 20 lässt sich eine kontinuierliche, schmalbandige und störungsunempfindliche Signalerfassung ermöglichen. Die in Strömungsrichtung 30 das den Strömungskanal 1 durchströmenden Mediums 2 nebeneinander liegend angeordneten einzelnen Arrayelemente des Wandlerarrays 20 sind derart in die Kanalwand 4 den Strömungskanales 1 integriert, dass diese keine Verwirbelungen in der den Strömungskanal 1 passierenden Strömung erzeugen. Dadurch können eine Ablagerung von Partikeln, die in dem strömenden Medium enthalten sein können, aufgrund der Ausbildung von Totwassergebieten verhindert werden.
Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ultraschall-Wandlerarray 20 können erhöhte Robustheitsanforderungen erfüllt werden. Mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ultraschall-Wandlerarrays 20 lässt sich eine genaue und driftarme Füllungserfassung der Brennräume von Verbrennungskraftmaschinen erreichen, wodurch im Rahmen moderner Motormanagementsysteme zukünftig zu erwartende strengere Abgasnormen erfüllt werden können. Der Einsatz eines einzelnen wandbündig angeordneten Ultraschall-Wandlerarrays 20 mit zwei benachbarten und zusammenhängenden Bereichen, d.h. dem Sendeteil 21 und dem Empfangsteil 22, stellt eine robuste Anordnung dar. Der Sendeteil 21 wird ausschließlich zum Senden des zu emittierenden Ultraschallsignales 24 eingesetzt, worin gegen der Empfangsteil 22, mehrere Arrayelemente 23.1 bis 23.10 umfassend, ausschließlich zum Empfangen der maximal empfangbaren Schallintensität eingesetzt wird. Die Lenkung und Fokussierung des Ultraschalls erfolgt durch Phasenverschiebung zwischen den Ultraschallsignalen 24, die durch den Sendeteil 21 imitiert werden oder alternativ durch eine gewölbte Reflektionsfläche .
Durch die Aufteilung in einen Sendeteil 21 und einen Empfangsteil 22 des Ultraschall- Wandlerarrays 20 kann auf eine gepulste Ultraschallanregung, wie in der Lösung gemäß des Standes der Technik erforderlich, (vergleichen Figur 1) verzichtet werden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene wandbündige Anordnung eines Ultraschall-Wandlerarrays 20 auf lediglich einer Seite des Strömungskanales 1 ist eine kontinuierliche Signalerfassung möglich. Ferner lässt sich eine sehr effektive Trennung zwischen dem reflektierten Signal und Störeffekten erzielen. Die wandbündige Montage des Ultraschall-Wandlerarrays 20 vermeidet Strömungseffekte, die aufgrund sich ausbildender Totwassergebiete zu einer ungleichmäßigen Ablagerung von Partikeln führen könnten, wie beispielsweise Russpartikel, die im Abgasstrom einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine enthalten sind.
Bezugszeichenliste
1 Strömungskanal
2 Strömung
3 Kanalquerschnitt
4 Kanalwand
5 1. Sensor
6 2. Sensor
7 1. Sensorsignal
8 2. Sensorsignal
9 Puls 1. Sensor
10 Puls 2. Sensor
11 Sensorabstand (1)
12 Neigungswinkel (α)
13 Laufzeit 1. Sensorsignal (t12)
14 Laufzeit 2. Sensorsignal (t2ι)
20 Ultraschall-Wandlerarray
21 Sendeteil
22 Empfangsteil
23.1-23.10 Arrayelemente
24 Emittiertes Schallsignal
25 1. Reflektiertes Signal
26 2. Reflektiertes Signal
27 1. Intensitätsmaximum
28 2. Intensitätsmaximum
29 Verschiebung Intensitätsmaxima
30 Ström ungsrichtung
31 Sendeelektronik
32 Empfangselektronik
33 Ultraschall
34 Komparator (Operationsverstärker)
35 Spitzenwertspeicher
36.1 erster Operationsverstärker
36.2 zweiter Operationsverstärker
37 Sample/hold-Schaltung
38 Analoge Signalaufbereitung
39 Multiplexer
40 Multip lexersteuerung A Eingang Analoge Signalaufbereitang
B Ausgang Sample/hold-Schaltung
42 S ignalverlauf bei U i
44 Signalverlauf bei U2
45 gewölbte Reflexionsfläche
46 Abstand Ultraschall-Wandlerarray 20 Mittelpunkt Reflexionsfläche (d')

Claims

Patentansprüche
1. Ultraschall-Strömungssensor zur Erfassung der Durchflussrate eines in einem Strömungskanal (1, 3) strömenden Mediums (2), wobei Schallsignale (24) quer zur Strömungsrichtung (30) des strömenden Mediums (2) in den Strömungskanal (1, 3) eingekoppelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass einer Wand (4) des Strömungskanales (1, 3) ein Ultraschall-Wandlerarray (20) zugeordnet ist, welches sowohl ein Sendeteil (21) für emittierte Schallsignale (24) als auch ein Empfangsteil (22) für reflektierte Schallsignale (25, 26) umfasst.
2. Ultraschall-Strömungssensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendeteil (21) und der Empfangsteil (22) in Strömungsrichtung (30) des strömenden Mediums (2) nebeneinander liegend angeordnet sind.
3. Ultraschall-Strömungssensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschall-Wandlerarray (20) wandbündig aufgenommen ist.
4. Ultraschall-Strömungssensor gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Reflexionsfläche geneigt in Bezug auf die Längsachse des Strömungskanales (1, 3) angeordnet ist.
5. Ultraschall-Strömungssensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reflexionsfläche in einer Wölbung (45) ausgebildet ist.
6. Ultraschall-Strömungssensor gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sendeteil (21) mit einer Sendeelektronik (31) und der Empfangsteil (22) des Ultraschall-Wandlerarrays (20) mit einer Empfangselektronik (32) verschaltet ist.
7. Ultraschall-Strömungssensor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius r der gewölbten Reflexionsfläche (45) einen Vielfachen des Ab- standes d' zwischen dem Empfangsteil (22) des Ultraschall-Wandlerarrays (20) und dem Mittelpunkt der gewölbt ausgebildeten Reflexionsfläche (45) entspricht.
8. Ultraschall-Strömungssensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass so- wohl der Sendeteil (21) als auch der Empfangsteil (22) des Ultraschall-Wandlerarrays (20) eine Anzahl von einzelnen Arrayelementen (23.1 bis 23.10) aufweist.
9. Ultraschall-Strömungssensor gemäß der Ansprüche 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangselektronik (32), die dem Sendeteil (22) des Ultraschall- Wandlerarrays (20) nachgeschaltet ist einen Multiplexer (39) aufweist, zur Verbindung der Einzelarrayelemente des Empfangsteiles (22) des Ultraschall-Wandlerarrays (20) mit einer analogen Signalaufbereitung (38), der sowohl ein Komparator (34) als auch eine durch den Komparator (34) gesteuerte Sample/hold-Schaltung (37) nach- geordnet sind.
10. Ultraschall-Strömungssensor gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sample/hold-Schaltung (37) der Auswerteelektronik (32) eine Multiplexer- Steuerung (40) enthält, welche den Multiplexer (39) zwischen den Einzel- Arrayelementen des Empfangsteiles (22) des Ultraschall-Wandlerarrays (20) schaltet.
11. Ultraschall-Strömungssensor gemäß der Ansprüche 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (32) einen Spitzenwertspeicher (35) umfasst, dessen Stufensignalwerte UA einer Schwerpunktsberechnung zur Ermittlung der räumlichen Schallintensitätsverteilung auf den Einzel-Arrayelementen des Empfangsteiles (22) des Ultraschall-Wandlerarrays (20) unterzogen werden.
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AL Designated countries for regional patents

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121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase