WO2020083797A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen des füllstands und/oder der qualität eines fluids in einem fluidbehälter - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bestimmen des füllstands und/oder der qualität eines fluids in einem fluidbehälter Download PDF

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WO2020083797A1
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sound signal
fluid
sound
inhomogeneity
determined
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PCT/EP2019/078473
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Inventor
Karl-Friedrich Pfeiffer
Henning Grotevent
Stephan Heinrich
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Vitesco Technologies GmbH
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Vitesco Technologies GmbH
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for
  • an acoustic measuring device can be used.
  • Sound transducer of the acoustic measuring device can work both as a sound generator and as a sound receiver.
  • sound impulses in particular ultrasound impulses
  • the sound pulses can be reflected by an interface between the fluid and another medium, such as the air above it.
  • Conclusions about the level of the fluid in the fluid container can then be drawn from the transit time of the sound pulses.
  • sound signals can be emitted in the direction of a reference reflector arranged in the fluid for determining a speed of sound in the fluid by means of the same or a separately provided sound transducer.
  • the speed of sound can then also be used, among other things, to determine the quality of the fluid in the fluid container.
  • the sound pulses can not only be at the interface between the fluid to be measured and the one above it
  • a method for operating a fluid sensor device for determining the fill level and / or the quality of a fluid in a fluid container is provided.
  • the fluid sensor device in this case comprises at least one sound transducer unit which has an adjustable sound signal frequency.
  • the method according to the invention comprises the following steps: controlling the sound transducer unit in such a way that the sound transducer unit emits a sound signal with a first sound signal frequency into the fluid along a first sound signal path, receiving one
  • Acoustic signal in response to the acoustic signal emitted by the acoustic transducer unit, evaluating the received acoustic signal to determine whether there is an inhomogeneity in the fluid within the fluid in the acoustic signal path, and actuating the acoustic transducer unit in such a way that the acoustic transducer unit determines the level and / or the quality of the fluid emits a sound signal into the fluid with a second sound signal frequency that is lower than the first sound signal frequency.
  • the term “inhomogeneity” denotes an inhomogeneity of the sound transmission in the sound signal path within the fluid.
  • the inhomogeneity in the sound transmission can be, for example, in the form of scattering centers in the fluid, in particular in the form of solid-like ones
  • Such inhomogeneity in the fluid means that the sound signal emitted by the sound converter unit is at least partially scattered at these scattering centers.
  • the scatter leads to a weakened
  • the invention is therefore based on the idea that scattering due to an inhomogeneity in the fluid or due to scattering centers in the sound signal path within the fluid depends on the size of the scattering centers in comparison to the sound signal wavelength used.
  • the invention is also based on the idea that the scatter at the scattering centers in the fluid can be influenced by the choice of the sound signal frequency used and thus the sound signal wavelength used.
  • the invention is also based on the idea that when using a larger sound signal wavelength (and thus a smaller sound signal frequency), the effective scattering cross section of the scattering centers in the fluid can be smaller and thus the effect of the scattering centers on the sound signal can be minimized.
  • the method according to the invention is characterized in that if there is an inhomogeneity in the fluid or scattering centers have been determined, the sound transducer unit is controlled in such a way that it emits a sound signal with a second sound signal frequency that is lower than the first sound signal frequency. This makes the effective one
  • the first sound signal frequency can be, for example, a reference sound signal frequency with which the fluid to be assessed for inhomogeneities is checked is particularly advantageous in the method according to the invention. If such an inhomogeneity is then found in the fluid, the Sound transducer unit controlled in such a way that it emits a sound signal with a (measurement) sound signal frequency that is lower than that
  • Reference sound signal frequency is.
  • the method according to the invention thus allows that despite existing
  • the step of evaluating the received sound signal to determine whether there is an inhomogeneity in the fluid in the sound signal path of the sound converter unit further comprises the following steps: determining a sound signal damping of the sound signal, comparing the sound signal damping determined with a predetermined reference sound signal damping and Find a
  • Reference sound signal attenuation is.
  • Sound signal attenuation must be greater than the reference sound signal attenuation at least by the sound signal attenuation threshold value, it is ensured that minor changes in the sound signal attenuation are not already assessed as inhomogeneity in the fluid.
  • the sound signal attenuation threshold can be based, for example, on empirical values, measurement series, models or requirements in signal processing.
  • the method further comprises the steps: determining a fluid temperature of the fluid, comparing the determined fluid temperature with a predetermined reference fluid temperature and determining, that there is an inhomogeneity in the form of solid-like scattering centers, in that the sound signal attenuation determined is at least the
  • Reference sound signal attenuation and the determined fluid temperature is smaller than the reference fluid temperature by at least one fluid temperature threshold.
  • Fluid temperature of the fluid to be measured are determined whether the
  • Inhomogeneity is present in the form of solid-like scattering centers, for example in the form of particles which have arisen from the crystallization of at least one fluid component (such as water, paraffin, etc.) of the fluid.
  • the determined fluid temperature is compared with the reference fluid temperature.
  • Reference fluid temperature can in turn be determined on the basis of empirical values, series of measurements or models, and for example in the form of a
  • the fluid temperature threshold prevents even small deviations between the determined fluid temperature and the reference fluid temperature from being interpreted as inhomogeneities in the form of solid-state scattering centers.
  • the fluid temperature threshold also contributes to the robustness of the process.
  • the fluid temperature can be raised at least to the predetermined reference fluid temperature, so that, for example, (further) crystallization of the at least one fluid component can be prevented and that already crystallized particles can optionally be dissolved again.
  • the reference fluid temperature can be raised by correspondingly controlling the fluid container heating.
  • the method comprises the following steps: determining a value characterizing a kinematic parameter of the fluid, comparing the determined value with a predetermined kinematic reference value and determining that a
  • the determined value is greater than the kinematic reference value by at least one threshold value.
  • Sound signal attenuation and reference sound signal attenuation a value that characterizes a kinematic parameter of the fluid, compared with a corresponding kinematic reference value.
  • the value characterizing a kinematic parameter can be, for example, an acceleration of the fluid in the fluid container, a swirling of the fluid in the fluid container or a sloshing of the fluid in the fluid container. Such movements of the fluid generally lead to a mixing of the fluid with the air above it, so that gas bubbles can form in the fluid, which in turn, as gaseous scattering centers, contribute to a weakening of the sound signal. Such swirling can occur, for example, increasingly when a vehicle having the fluid container is subject to great driving dynamics.
  • the sound transducer unit has a plurality of separate sound transducer modules, each of which is adjustable
  • Sound signal frequency i.e. with which the sound signal frequency is reduced compared to the reference sound signal frequency.
  • the sound transducer unit has a capacitive micromechanical ultrasonic transducer unit (CMUT) having a plurality of sound transducer modules or a piezoelectric one having a plurality of sound transducer modules
  • CMUT capacitive micromechanical ultrasonic transducer unit
  • Fluid measuring device improved and susceptibility to errors of the measurement result can be reduced.
  • Fluid sensor device for determining the level and / or the quality of a fluid provided in a fluid container.
  • Fluid sensor device comprises a sound transducer unit, which is designed to transmit a sound signal with an adjustable sound signal frequency along a
  • the fluid sensor device further comprises a control unit for controlling the Sound converter unit, wherein the control unit is designed to carry out the method according to the first aspect of the invention or refinements thereof.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a first embodiment of a fluid sensor device according to the invention with a sound transducer unit, the sound signal frequency of which is adjustable, the sound signal path in the
  • FIG. 3 shows a schematic view of a further embodiment of a fluid sensor device according to the invention, the sound transducer unit having a plurality of sound transducer modules, each having an adjustable sound signal frequency, and wherein in the sound signal path of one of the sound transducer modules there is no inhomogeneity in the fluid while in the sound signal path of another of the sound transducer modules there is an inhomogeneity in the fluid,
  • FIG. 4 shows an embodiment of a method according to the invention with which an inhomogeneity in the fluid is compensated in the form of scattering centers
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a method according to the invention with which an inhomogeneity in the fluid is compensated in the form of gaseous scattering centers
  • 7 shows a schematic view of a level variability as an example of a value characterizing a kinematic parameter of the fluid.
  • FIG. 1 that shows a fluid sensor device 10 for determining the fill level and / or the quality of a fluid 12 in one
  • Fluid container 14 shows.
  • the fluid 12 can be, for example, a liquid medium for reducing pollutants in exhaust gases, which medium has, for example, in reducing agent and / or a reducing agent precursor, such as an aqueous fluorine solution.
  • the fluid can also be an oil, such as a transmission oil for a transmission of a vehicle or the like.
  • it can also be other fluids used in the vehicle, such as windshield washer fluid or coolant.
  • the fluid sensor device 10 comprises the fluid container 14 for receiving the fluid 12, a sensor housing 16 and a sound transducer unit 18 which is arranged on the sensor housing 16.
  • the fluid sensor device 10 further comprises a control unit 20 which is designed to control the sound transducer unit 18.
  • the sound converter unit 18 is designed to emit a sound signal along a sound signal path 22 into the fluid and to receive a sound signal in response to the sound signal emitted. 1 shows the sound signal 24 emitted by the sound converter unit 18 and the sound signal 26 received by a reflection at an interface between the fluid 12 and the air L lying above it.
  • Sound transducer unit 18 can also be sound signals with an adjustable
  • a measuring arrangement 28 can be present.
  • the measuring arrangement 28 can determine various parameters of the fluid 12 in the fluid container 14.
  • the measuring arrangement 28 can be a
  • Temperature measurement arrangement with which the fluid temperature of the fluid 12 can be detected.
  • the measuring arrangement 28 can detect other parameters of the fluid 12.
  • the measuring arrangement 28 can be part of the fluid sensor device 10. However, the measuring arrangement 28 can also be a separate component.
  • the fluid 12 has an inhomogeneity 30 in
  • Sound signal path 22 Although the sound signal paths 22 are shown separately from one another, this can be one and the same sound signal path. The separate presentation is only for a better overview.
  • the inhomogeneity 30 exemplifies a solid-like or gaseous inhomogeneity in the fluid or a solid-like or gaseous scattering center in the fluid.
  • a solid-like scattering center can be, for example, a crystallized particle in the fluid 12. This is
  • the fluid 12 has a temperature at which components of the fluid 12, such as water or paraffin,
  • a gaseous scattering center can, for example, be an air bubble in the fluid 12, which arises when the fluid 12 is shaken vigorously or mixes with the air L above it due to turbulence or sloshing of the fluid 12. Gaseous scattering centers can also be used by others
  • Sound transmission means that the emitted sound signal 24 is partially reflected back to the sound converter unit 18 (represented by the arrow 31), partly transmitted (represented by the dashed arrow 32) and partly scattered in all directions (exemplified by the arrow 33). Furthermore, the partially transmitted sound signal (represented by arrow 32) would be reflected at the interface between the fluid 12 and the air L (represented by arrow 34), this reflected sound signal then in turn being at least partly transmitted to the sound transducer unit 18 or at the scattering center 30 is reflected.
  • a first (undisturbed) sound signal 36 corresponds to an example of a
  • FIG. 2 also shows a second (disturbed) sound signal 38, which is an example of a sound signal that the sound transducer unit 18 would measure if a scattering center 30 or an inhomogeneity in the sound transmission were present in the sound signal path 22.
  • the undisturbed sound signal 36 has an amplitude 40 (for example as
  • the sound signal 38 can also be referred to as a damped sound signal.
  • the undisturbed or undamped sound signal 36 has a larger amplitude 40 than the disturbed or damped sound signal 38.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the
  • Fluid sensor device 10 shows.
  • the measuring arrangement 28 is not shown in FIG. 3, but may be present as in FIG. 1.
  • the sound transducer unit 18 has a plurality of sound transducer modules arranged next to one another in a matrix.
  • the sound converter unit 18 has six
  • the sound transducer unit 18 has further sound transducer modules (not shown) arranged next to one another in a second direction, which is arranged at an angle, for example 90 °, to the first direction.
  • Any other embodiments of the plurality are also alternative
  • Sound transducer modules conceivable, for example a circular arrangement or an unsorted arrangement.
  • the sound transducer unit 18 can be, for example capacitive micromechanical ultrasonic transducer unit (CMUT) or a piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer unit (PMUT).
  • CMUT capacitive micromechanical ultrasonic transducer unit
  • PMUT piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer unit
  • Each of the sound transducer modules 1 to 6 is designed to emit a sound signal along a respective sound signal path into the fluid and into
  • Sound transducer module 2 and the sound signal path 300 des
  • Sound transducer module 4 shown.
  • the sound signal emitted by the sound transducer module 2 is identified by the reference symbol 202 and the sound signal received by the sound transducer module 2 is identified by the reference symbol 204.
  • the sound signal emitted by the sound transducer module 4 is identified by the reference symbol 302 and the signal received by the sound transducer module 4 is identified by the reference symbol 304.
  • Each of the transducer modules 1 to 6 is separate and individual through the
  • Control unit 20 can be controlled, each of the sound transducer modules 1 to 6 emitting a sound signal with an adjustable sound signal frequency and
  • control unit 20 can receive.
  • control unit 20 can control the control unit 20
  • Control unit 20 the sound transducer modules 1 to 6 in such a way that a (to a good approximation) flat sound wave results in the fluid 12 to be measured or is received by the sound transducer unit 18.
  • FIG. 3 an inhomogeneity in the sound transmission or a scattering center 30 in the fluid 12 is shown schematically in FIG. 3 as an example.
  • the scattering center 30 is located in the sound signal path 300 of the sound transducer module 4.
  • Sound signal path 200 of sound transducer module 2 is free of inhomogeneities in fluid 12, while sound signal path 300 of sound transducer module 4 is one
  • FIG. 4 in which an embodiment of a
  • Sound signal path of the sound converter unit 18 can be compensated within the fluid.
  • step 400 begins with step 400.
  • step 402 in which the control unit 20 controls the sound transducer unit 18 in such a way that the sound transducer unit 18 generates a sound signal (such as the sound signal 24) with a first sound signal frequency along a sound signal path (such as emits along the sound signal path 22) into the fluid.
  • a sound signal such as the sound signal 24
  • a first sound signal frequency along a sound signal path (such as emits along the sound signal path 22) into the fluid.
  • the sound transducer unit 18 receives a sound signal (such as the sound signal 26 or 31) in response to that of the
  • Sound transducer unit 18 emitted sound signal.
  • the received sound signal is evaluated as to whether in the sound signal path (for example sound signal path 22) within the fluid 12 there is an inhomogeneity in the fluid 12 (for example in the form of the
  • Sound signal attenuation of the sound signal determined.
  • the sound signal attenuation can be estimated, for example, by the amplitude (for example peak-to-peak amplitude) of the sound signal. The smaller the amplitude of the sound signal, the greater the sound signal attenuation would be, for example.
  • Sound signal attenuation is estimated on the basis of the amplitude of the sound signal. This is only one of several options and should therefore not be viewed as restrictive.
  • the sound signal attenuation of the associated sound signal 38 could be estimated or determined by the amplitude 42.
  • the reference sound signal attenuation is the sound signal attenuation that would occur if the sound signal were not disturbed or if there was no inhomogeneity or no scatter center in the sound signal path.
  • the reference sound signal attenuation could be achieved, for example, by the amplitude 40 of the undisturbed sound signal 36
  • Sound signal attenuation (for example estimated by amplitude 42) is greater than that by at least one sound signal attenuation threshold
  • the sound signal attenuation threshold value can, for example, be expressed in the form of a threshold value amplitude 44, which is smaller than the amplitude 40 of the undisturbed sound signal 36 by a predetermined amount but larger than the amplitude 42 of the disturbed sound signal 38.
  • the sound signal attenuation threshold is based, for example, on empirical values, measurement series, models or requirements in signal processing that are necessary in order to be able to determine a usable measurement result from the sound signal. In other words, the sound signal attenuation threshold contributes to the fact that even minor changes in the sound signal attenuation (or smaller changes in the amplitude of the sound signal) are not associated with an inhomogeneity in the fluid 12.
  • step 412 it is then determined in step 412 that the sound signal (for example sound signal 38) is due to scattering centers in the
  • Sound signal with a smaller sound signal frequency becomes the wavelength of the emitted sound signal enlarged.
  • the effective scattering cross section of the scattering center (for example of the scattering center 30) is reduced and the effect on the sound signal is thus minimized. In this way, a usable measurement result can also be determined for a fluid that has an inhomogeneity in the sound signal path.
  • the method finally ends at step 416.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the
  • the method according to FIG. 5 shows method according to the invention.
  • the method according to FIG. 5 can not only be used to determine whether scattering centers are present, but also to determine whether these scattering centers are solid-type scattering centers.
  • step 500 the sound converter unit 18 is in turn controlled by the control unit 20 in such a way that it sends a sound signal with a first sound signal frequency into the fluid 12 along a sound signal path.
  • the sound signal is then received in step 504 in response to the sound signal emitted by the sound converter unit 18.
  • the method according to FIG. 5 now has an additional step 506, in which the fluid temperature of the fluid 12 is determined. Determining the fluid temperature of the fluid 12 is determined.
  • Fluid temperature can take place, for example, by means of the measuring arrangement 28 (see FIG. 1).
  • step 508 takes place again, in which the received
  • Sound signal is evaluated to determine whether there is an inhomogeneity in the sound signal path within the fluid 12. Flierzu in step 510
  • Sound signal attenuation of the sound signal is determined (for example, again using the amplitude 42). Then, in step 512, the sound signal attenuation ascertained is again compared with a predetermined reference sound signal attenuation (estimated, for example, by the amplitude 40). In contrast to the method according to FIG. 4, however, in the method according to FIG. 5, in a further step 514, the determined fluid temperature is compared with a predetermined reference fluid temperature.
  • the reference fluid temperature can, for example, again be determined on the basis of empirical values, series of measurements or models and be available in the form of look-up tables.
  • the subsequent step 516 it is now determined that the inhomogeneity in the fluid 12 is in the form of solid-like scattering centers, in that in a step 518 the sound signal attenuation determined (for example estimated by amplitude 42) by at least that
  • Sound signal attenuation threshold (estimated by threshold amplitude 44, for example) is greater than the reference sound signal attenuation
  • a step 520 the determined fluid temperature is increased by at least one
  • Fluid temperature threshold is less than the reference fluid temperature.
  • the fluid temperature threshold value can, for example, be determined again on the basis of measurement series, empirical values or models and serves to ensure that even minor changes in the fluid temperature do not lead to the method determining an inhomogeneity in the form of solid-like scattering centers.
  • the temperature threshold thus contributes to the robustness of the process.
  • Solid-like scattering centers can arise, for example, in that fluid components of the fluid 12, such as water or paraffin, crystallize out at low fluid temperatures and form a crystalline particle which acts as a scattering center in the sound signal path of the sound converter unit 18.
  • step 516 As soon as it has been determined in step 516 that there is an inhomogeneity in the form of solid-like scattering centers, the method proceeds to step 522, in which the sound converter unit 18 is controlled by the control unit 20 in such a way that it generates a sound signal with a second one
  • Sound signal frequency is in turn lower than the first sound signal frequency.
  • the idea here is also that by reducing the sound signal frequency
  • Wavelength of the sound signal is increased and thus the effective scattering cross section of the solid-like scattering centers is reduced, so that effects on the sound signal can be minimized.
  • the method finally ends with step 524.
  • a further advantage of the method according to FIG. 5 is that in the event that an inhomogeneity in the form of solid-state scattering centers has been determined, the fluid temperature of the fluid 12 is at least at the predetermined level Reference fluid temperature can be raised. As a result, particles which have already crystallized out can dissolve again or further crystallization of fluid components of the fluid 12 is avoided.
  • the fluid temperature can be raised, for example, in that the control unit 20 controls a pickling of the fluid container 14 accordingly.
  • FIG. 6 shows method according to the invention. In contrast to the method according to FIGS. 4 and 5, the method according to FIG. 6 can determine whether
  • Scattering centers are in the form of gaseous scattering centers. Such gaseous scattering centers are present, for example, when the fluid 12 in the fluid container 14 is heavily swirled or sloshes back and forth. In these cases, the fluid 12 mixes with the air L lying above it, so that air inclusions can occur which are expressed as gas bubbles in the fluid 12.
  • step 600 the sound converter unit 18 is controlled by the control unit 20 in such a way that sound converter unit 18 emits a sound signal with a first sound signal frequency into the fluid 12 along a sound signal path.
  • step 604 receives the sound signal in response to the sound signal emitted by the sound converter unit 18.
  • the method according to FIG. 6 has the additional step 606, in which a value characterizing a kinematic parameter of the fluid 12 is determined.
  • the kinematic parameter can be, for example, an acceleration of the fluid 12 in the fluid container 14.
  • the kinematic parameter can also be swirling or sloshing of the fluid 12 in the fluid container 14.
  • FIG. 7 schematically shows a level variability of the fluid 12 in the fluid container 14
  • Level variability can be a maximum level change of the fluid 12 in the fluid container 14 over a predetermined period of time.
  • FIG. 7 shows an example of a fill level variability 46 which occurs when the fluid 12 in the fluid container 14, for example a slight acceleration, or a slight sloshing, or a slight turbulence. This would be the case, for example, if the driving dynamics of a vehicle having the fluid container 14 were low.
  • FIG. 7 also schematically shows a further fill level variability 48, which occurs when the fluid 12 in the fluid container 14 is subjected to, for example, a large acceleration, or a large slosh, or a large swirl. This would be the case, for example, if the driving dynamics of the vehicle were great.
  • the level variability is thus an example of a value characterizing a kinematic parameter of the fluid 12.
  • step 606 a kinematic parameter of the fluid 12 is now
  • the level variability 48 of the fluid 12 in the fluid container 14 is determined.
  • other values that identify a kinematic parameter of the fluid can also be determined in step 606.
  • the received sound signal is again evaluated to determine whether there is an inhomogeneity in the sound signal path within the fluid 12.
  • the sound signal attenuation of the sound signal is again determined in a step 610 (again using the amplitude 42, for example).
  • the sound signal attenuation determined is compared with the predetermined one
  • Reference sound signal attenuation (estimated by the amplitude 40, for example).
  • the determined value which characterizes the kinematic parameter of the fluid 12 (for example the
  • Level variability 48 compared with a predetermined kinematic reference value.
  • the predetermined kinematic reference value can be, for example, the fill level variability 46 of FIG. 7, which occurs when the vehicle is subject to low driving dynamics, for example.
  • the reference value can in turn be determined on the basis of empirical values, measurement series or models and can be present in the form of look-up tables.
  • the sound signal attenuation determined for example estimated by amplitude 42
  • the sound signal attenuation threshold value for example estimated by the threshold value amplitude 44
  • the reference sound signal attenuation for example estimated by the amplitude 40
  • Fill level variability 48 by at least a predetermined threshold value greater than the kinematic reference value (for example, estimated by fill level variability 46).
  • the predetermined threshold value can be in the form of a
  • Fill level variability 50 (see FIG. 7), which is greater than the fill level variability 46 but nevertheless smaller than the fill level variability 48.
  • the threshold value for the kinematic parameter can be estimated on the basis of empirical values, measurement series or models and can be present in the form of look-up tables.
  • the predetermined threshold value in turn serves to ensure that even minor changes in the kinematic parameter are not interpreted to mean that there is an inhomogeneity in the form of gaseous scattering centers in the fluid 12.
  • the threshold value for the kinematic parameter thus in turn contributes to the robustness of the method.
  • step 616 As soon as it has been determined in step 616 that there is an inhomogeneity in the form of gaseous scattering centers, the method again moves to step 622, in which the sound converter unit 18 is controlled by the control unit 20 in such a way that the latter generates a sound signal with a second one
  • Sound signal frequency emits into the fluid 12, which in turn is lower than the first sound signal frequency.
  • the idea here is also that by reducing the sound signal frequency, the wavelength of the sound signal is increased and the effective scattering cross section of the gaseous scattering centers can be reduced.
  • the method finally ends with step 624.
  • Sound converter modules of the sound converter unit 18 can be carried out. If there is at least one of the sound transducer modules, there is an inhomogeneity within the fluid in the corresponding sound signal path of the respective one
  • Sound transducer module are present or are determined, then the control unit 20 controls all sound transducer modules in such a way that each of the sound transducer modules has a sound signal with the second sound signal frequency, that is to say with the reduced compared to the first sound signal frequency
  • Sound signal frequency emits. This ensures that even in the event that an inhomogeneity is present in at least one of the sound signal paths of the sound transducer modules, this inhomogeneity is compensated for and a usable superimposed sound signal is obtained, so that the
  • Fluid sensor device 10 can continue to be operated reliably.
  • level variability was mentioned as an example of a value characterizing the kinematic parameter, it is also possible on its own that other values can be used. For example, it is conceivable that operating states of a fuel pump can be used to estimate the kinematic parameter of the fluid 12.
  • the representation of the fill level variability in connection with the kinematic parameter is therefore only one of many examples of how one can estimate the kinematic parameter of the fluid 12 and should therefore not be understood as restrictive.

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Abstract

Es ist ein Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids in einem Fluidbehälter offenbart. Die Fluidsensorvorrichtung (10) umfasst eine Schallwandlereinheit (18) mit einer einstellbaren Schallsignalfrequenz. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Ansteuern der Schallwandlereinheit (18) derart, dass diese ein Schallsignal mit einer ersten Schallsignalfrequenz entlang eines Schallsignalpfads (22) in das Fluid aussendet, Empfangen eines Schallsignals in Erwiderung auf das von der Schallwandlereinheit (18) ausgesendeten Schallsignals, Auswerten des empfangenen Schallsignals dahingehend, ob im Schallsignalpfad (22) innerhalb des Fluids (12) eine Inhomogenität im Fluid (12) vorhanden ist, und Ansteuern der Schallwandlereinheit (20) derart, dass diese beim Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität des Fluids (12) ein Schallsignal mit einer zweiten Schallsignalfrequenz in das Fluid (12) aussendet, die kleiner als die erste Schallsignalfrequenz ist.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids in einem Fluidbehälter
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids, wie beispielsweise einer Flarnstofflösung, 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. Werden die Schallimpulse an derartigen Grenzflächen reflektiert oder gestreut, kommt es zu einer Schwächung des Schallsignals. Ist die Schwächung groß genug, kann das dazu führen, dass die Messung fehlerhaft oder gar unbrauchbar ist.
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 Fluidsensorvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 7 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. Die
Fluidsensorvorrichtung umfasst dabei mindestens eine Schallwandlereinheit, die eine einstellbare Schallsignalfrequenz aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Ansteuern der Schallwandlereinheit derart, dass die Schallwandlereinheit ein Schallsignal mit einer ersten Schallsignalfrequenz entlang eines ersten Schallsignalpfads in das Fluid aussendet, Empfangen eines
Schallsignals in Erwiderung auf das von der Schallwandlereinheit ausgesendeten Schallsignals, Auswerten des empfangenen Schallsignals dahingehend, ob im Schallsignalpfad innerhalb des Fluids eine Inhomogenität im Fluid vorhanden ist, und Ansteuern der Schallwandlereinheit derart, dass die Schallwandlereinheit beim Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität des Fluids ein Schallsignal mit einer zweiten Schallsignalfrequenz in das Fluid aussendet, die kleiner als die erste Schallsignalfrequenz ist. Im Rahmen dieser Offenbarung bezeichnet der Begriff„Inhomogenität“ eine Inhomogenität der Schalltransmission im Schallsignalpfad innerhalb des Fluids. Die Inhomogenität in der Schalltransmission kann beispielsweise in der Form von Streuzentren im Fluid, insbesondere in der Form von festkörperartigen
(beispielsweise Kristalle) oder gasförmigen (beispielsweise Luftblasen)
Streuzentren sein. Eine derartige Inhomogenität im Fluid führt dazu, dass das von der Schallwandlereinheit ausgesandte Schallsignal zumindest teilweise an diesen Streuzentren gestreut wird. Die Streuung führt zu einem geschwächten
Schallsignal, sodass unter Umständen eine Messung im Fluid fehlerhaft oder gar unbrauchbar sein kann.
Der Erfindung liegt daher der Gedanke zugrunde, dass eine Streuung aufgrund einer Inhomogenität im Fluid bzw. aufgrund von Streuzentren im Schallsignalpfad innerhalb des Fluids von der Größe der Streuzentren im Vergleich zur verwendeten Schallsignalwellenlänge abhängt. Die Erfindung liegt ferner der Gedanke zugrunde, dass über die Wahl der verwendeten Schallsignalfrequenz und damit der verwendeten Schallsignalwellenlänge die Streuung an den Streuzentren im Fluid beeinflusst werden kann. Die Erfindung liegt ferner der Gedanke zugrunde, dass bei der Verwendung einer größeren Schallsignalwellenlänge (und damit einer kleineren Schallsignalfrequenz) der effektive Streuquerschnitt der Streuzentren im Fluid kleiner und damit die Auswirkung der Streuzentren auf das Schallsignal minimiert werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass, wenn eine Inhomogenität im Fluid vorhanden ist bzw. Streuzentren festgestellt wurden, die Schallwandlereinheit derart angesteuert wird, dass diese ein Schallsignal mit einer zweiten Schallsignalfrequenz in das Fluid aussendet, die kleiner als die erste Schallsignalfrequenz ist. Dadurch wird der effektive
Streuquerschnitt der Streuzentren kleiner, sodass die Auswirkung der Streuzentren auf das Schallsignal verringert werden kann.
Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Tatsache, dass die erste Schallsignalfrequenz beispielsweise eine Referenzschallsignalfrequenz sein kann, mit der das zu beurteilende Fluid auf Inhomogenitäten überprüft wird. Wird dann eine derartige Inhomogenität im Fluid festgestellt, wird die Schallwandlereinheit derart angesteuert, dass diese ein Schallsignal mit einer (Mess-)Schallsignalfrequenz aussendet, die kleiner als die
Referenzschallsignalfrequenz ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es also, dass trotz vorhandener
Inhomogenitäten im Fluid eine merkliche Schwächung des Schallsignals vermieden werden kann und dadurch eine Messung im Fluid weniger fehlerhaft ist bzw. die Zuverlässigkeit der Fluidsensorvorrichtung erhöht bzw. der Betriebsbereich erweitert werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Schritt des Auswertens des empfangenen Schallsignals dahingehend, ob im Schallsignalpfad der Schallwandlereinheit eine Inhomogenität im Fluid vorhanden ist, ferner die folgenden Schritte auf: Ermitteln einer Schallsignaldämpfung des Schallsignals, Vergleichen der ermittelten Schallsignaldämpfung mit einer vorbestimmten Referenzschallsignaldämpfung und Feststellen, dass eine
Inhomogenität in der Form von Streuzentren im Fluid vorhanden ist, dadurch, dass die ermittelte Schallsignaldämpfung um zumindest einen
Schallsignaldämpfungsschwellenwert größer als die
Referenzschallsignaldämpfung ist. In dieser Ausgestaltung ist es möglich, durch einen einfachen Vergleich zwischen der ermittelten Schallsignaldämpfung und einer Referenzschallsignaldämpfung zu beurteilen, ob eine Inhomogenität in der Form von Streuzentren im Fluid vorhanden ist. Indem die ermittelte
Schallsignaldämpfung zumindest um den Schallsignaldämpfungsschwellenwert größer als die Referenzschallsignaldämpfung sein muss, wird sichergestellt, dass kleinere Änderungen in der Schallsignaldämpfung nicht bereits als Inhomogenität im Fluid beurteilt werden. Der Schallsignaldämpfungsschwellenwert kann beispielsweise auf Erfahrungswerten, Messreihen, Modellen oder Anforderungen in der Signalverarbeitung basieren.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Verfahren ferner die Schritte: Ermitteln einer Fluidtemperatur des Fluids, Vergleichen der ermittelten Fluidtemperatur mit einer vorbestimmten Referenzfluidtemperatur und Feststellen, dass eine Inhomogenität in der Form von festkörperartigen Streuzentren vorhanden ist, dadurch, dass die ermittelte Schallsignaldämpfung um zumindest den
Schallsignaldämpfungsschwellenwert größer als die
Referenzschallsignaldämpfung ist und die ermittelte Fluidtemperatur um zumindest einen Fluidtemperaturschwellenwert kleiner als die Referenzfluidtemperatur ist. In dieser Ausgestaltung kann durch die zusätzliche Berücksichtigung der
Fluidtemperatur des zu vermessenden Fluids festgestellt werden, ob die
Inhomogenität in der Form von festkörperartigen Streuzentren, beispielsweise in der Form von Partikel, die durch Kristallisation zumindest eines Fluidbestandteils (wie Wasser, Paraffin, etc.) des Fluids entstanden sind, vorhanden sind. In dieser Ausgestaltung wird neben dem bereits beschriebenen Vergleich zwischen der ermittelten Schallsignaldämpfung und der Referenzschallsignaldämpfung die ermittelte Fluidtemperatur mit der Referenzfluidtemperatur verglichen. Die
Referenzfluidtemperatur kann dabei wiederum auf Basis von Erfahrungswerten, Messreihen oder Modellen ermittelt sein und beispielsweise in Form einer
Look-up-Tabelle vorhanden sein. Der Fluidtemperaturschwellenwert verhindert, dass bereits kleinere Abweichungen zwischen ermittelter Fluidtemperatur und der Referenzfluidtemperatur als Inhomogenitäten in der Form von festkörperartigen Streuzentren interpretiert werden. Der Fluidtemperaturschwellenwert trägt somit auch zur Robustheit des Verfahrens bei.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann dann, wenn festgestellt wurde, dass die Inhomogenität in Form von festkörperartigen Streuzentren vorhanden ist, die Fluidtemperatur zumindest auf die vorbestimmte Referenzfluidtemperatur angehoben werden, sodass beispielsweise eine (weitere) Kristallisation des zumindest einen Fluidbestandteils verhindert werden kann und die bereits auskristallisierten Partikel gegebenenfalls wieder aufgelöst werden können. Das Anheben der Referenzfluidtemperatur kann beispielsweise bei einem beheizten Fluidbehälter durch entsprechende Ansteuerung der Fluidbehälterheizung erfolgen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: Ermitteln eines eine kinematische Kenngröße des Fluids kennzeichnenden Werts, Vergleichen des ermittelten Werts mit einem vorbestimmten kinematische Referenzwert und Feststellen, dass eine
Inhomogenität in der Form von gasförmigen Streuzentren im Fluid vorhanden ist, dadurch, dass die ermittelte Schallsignaldämpfung um zumindest den
Schallsignaldämpfungsschwellenwert größer als die
Referenzschallsignaldämpfung ist und ferner der ermittelte Wert um zumindest einen Schwellenwert größer als die kinematische Referenzwert ist. In dieser Ausgestaltung wird demnach neben einem Vergleich von ermittelter
Schallsignaldämpfung und Referenzschallsignaldämpfung ein Wert, der eine kinematische Kenngröße des Fluids kennzeichnet, mit einem entsprechenden kinematischen Referenzwert verglichen. Der eine kinematische Kenngröße kennzeichnende Wert kann beispielsweise eine Beschleunigung des Fluids im Fluidbehälter, eine Verwirbelung des Fluids im Fluidbehälter oder ein Schwappen des Fluids im Fluidbehälter sein. Derartige Bewegungen des Fluids führen in der Regel zu einem Vermischen des Fluids mit der darüber befindlichen Luft, sodass Gasblasen im Fluid entstehen können, die wiederum als gasförmige Streuzentren zu einer Schwächung des Schallsignals beitragen. Eine derartige Verwirbelung kann beispielsweise dann vermehrt auftreten, wenn ein den Fluidbehälter aufweisendes Fahrzeug einer großen Fahrdynamik unterliegt.
Durch den zusätzlichen Vergleich des ermittelten Werts mit dem kinematische Referenzwert unter Berücksichtigung eines entsprechenden Schwellenwerts können Rückschlüsse auf gasförmige Streuzentren im Fluid geschlossen werden. Diese Ausgestaltung kann also beispielsweise dabei helfen, dass bei starken Schwankungen des Füllstands im Fluidbehälter und der damit einhergehenden Bildung von gasförmigen Streuzentren (Gasblasen), dennoch eine zuverlässige und weniger fehleranfällige Messung durchgeführt werden kann. Der kinematische Referenzwert wie auch der Schwellenwert können wiederum auf Messreihen, Erfahrungswerten oder Modellen beruhen und beispielsweise über
Look-up-Tabellen verfügbar sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Schallwandlereinheit mehrere, separate Schallwandlermodule auf, die jeweils eine einstellbare
Schallsignalfrequenz aufweisen. Das Verfahren wird dabei für jedes dieser mehreren Schallwandlermodule durchgeführt, wobei, wenn in zumindest einem der Schallsignalpfade des jeweiligen Schallwandlermoduls eine Inhomogenität im Fluid festgestellt wurde, sämtliche Schallwandlermodule mit der zweiten
Schallsignalfrequenz (d. h. mit der gegenüber der Referenzschallsignalfrequenz verringert Schallsignalfrequenz) angesteuert werden.
Wenn beispielsweise die Schallwandlereinheit eine mehrere Schallwandlermodule aufweisende kapazitive mikromechanische Ultraschallwandlereinheit (CMUT) oder eine mehrere Schallwandlermodule aufweisende piezoelektrische
mikromechanische Ultraschallwandlereinheit (PMUT) ist, kann es Vorkommen, dass im Schallsignalpfad eines dieser Schallwandlermodule eine Inhomogenität im Fluid vorhanden ist, während im Schallsignalpfad eines anderen Schallwandlermoduls keine Inhomogenität vorhanden ist. Da das insgesamt empfangene Schallsignal aber immer eine Überlagerung der einzelnen Schallsignale der jeweiligen
Schallwandlermodule ist, führt das dazu, dass das Überlagerungsschallsignal durch die Inhomogenität im Fluid gestört bzw. gedämpft ist. In einem solchen Fall könnte man mit dieser bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens alle Schallwandlermodule derart ansteuern, dass jede der Schallwandlermodule ein Schallsignal mit der zweiten Schallsignalfrequenz aussendet. Dadurch würde das Überlagerungsschallsignal trotz der vorhandenen Inhomogenität in einem der Schallsignalpfade der Schallwandlermodule weniger stark von der Inhomogenität im Fluid beeinflusst werden. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der
Fluidmessvorrichtung verbessert und Fehleranfälligkeit des Messergebnisses verringert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine
Fluidsensorvorrichtung zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids in einem Fluidbehälter bereitgestellt. Die erfindungsgemäße
Fluidsensorvorrichtung umfasst eine Schallwandlereinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Schallsignal mit einer einstellbaren Schallsignalfrequenz entlang eines
Schallsignalpfads in das Fluid auszusenden und in Erwiderung auf das
ausgesendete Schallsignal ein Schallsignal zu empfangen. Die erfindungsgemäße Fluidsensorvorrichtung umfasst ferner eine Steuereinheit zum Ansteuern der Schallwandlereinheit, wobei die Steuereinheit zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bzw. Ausgestaltungen davon ausgebildet ist.
Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem
Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
FIG 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fluidsensorvorrichtung mit einer Schallwandlereinheit, deren Schallsignalfrequenz einstellbar ist, wobei im Schallsignalpfad der
Schallwandlereinheit eine Inhomogenität im Fluid in der Form eines Streuzentrums vorhanden ist,
FIG 2 eine schematische Ansicht einer Gegenüberstellung von einem
Schallsignal, bei dem keine Inhomogenität im Fluid vorhanden ist, und einem Schallsignal, bei dem eine Inhomogenität im Fluid in Form von Streuzentren vorhanden ist,
FIG 3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fluidsensorvorrichtung, wobei die Schallwandlereinheit, mehrere Schallwandlermodule mit jeweils einstellbarer Schallsignalfrequenz aufweist und wobei im Schallsignalpfad einer der Schallwandlermodule keine Inhomogenität im Fluid vorhanden ist während im Schallsignalpfad eines anderen der Schallwandlermodule eine Inhomogenität im Fluid vorhanden ist,
FIG 4 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem eine Inhomogenität im Fluid in der Form von Streuzentren kompensiert wird,
FIG 5 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem eine Inhomogenität im Fluid in der Form von festkörperartigen Streuzentren kompensiert wird,
FIG 6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem eine Inhomogenität im Fluid in der Form von gasförmigen Streuzentren kompensiert wird, und FIG 7 eine schematische Ansicht einer Füllstandsvariabilität als Beispiel für einen eine kinematische Kenngröße des Fluids kennzeichnenden Werts.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es sei zunächst auf FIG 1 verwiesen, die eine Fluidsensorvorrichtung 10 zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids 12 in einem
Fluidbehälter 14 zeigt. Das Fluid 12 kann beispielsweise ein flüssiges Medium zur Schadstoffreduktion in Abgasen sein, das beispielsweise in Reduktionsmittel und/oder ein Reduktionsmittelvorläufer, wie eine wässrige Flarnstofflösung, aufweist. Alternativ kann es sich bei dem Fluid auch um ein Öl handeln, wie beispielsweise ein Getriebeöl für ein Getriebe eines Fahrzeugs oder dergleichen. Des Weiteren kann es sich auch um andere im Fahrzeug verwendete Fluide wie zum Beispiel Scheibenwischwasser oder Kühlmittel handeln.
Die Fluidsensorvorrichtung 10 umfasst den Fluidbehälter 14 zum Aufnehmen des Fluids 12, ein Sensorgehäuse 16 und eine Schallwandlereinheit 18, die an dem Sensorgehäuse 16 angeordnet ist. Die Fluidsensorvorrichtung 10 umfasst ferner eine Steuereinheit 20, die zum Ansteuern der Schallwandlereinheit 18 ausgebildet ist.
Die Schallwandlereinheit 18 ist dazu ausgebildet, ein Schallsignal entlang eines Schallsignalpfads 22 in das Fluid auszusenden und in Erwiderung auf das ausgesendet Schallsignal ein Schallsignal zu empfangen. Exemplarisch sind in der FIG 1 das von der Schallwandlereinheit 18 ausgesendete Schallsignal 24 und das durch eine Reflexion an einer Grenzfläche zwischen dem Fluid 12 und der darüberliegenden Luft L empfangene Schallsignal 26 dargestellt. Die
Schallwandlereinheit 18 kann ferner Schallsignale mit einer einstellbaren
Schallsignalfrequenz aussenden bzw. empfangen.
Wie ferner in FIG 1 gezeigt ist, kann eine Messanordnung 28 vorhanden sein. Die Messanordnung 28 kann verschiedene Parameter des Fluids 12 im Fluidbehälter 14 ermittelt. Beispielsweise kann die Messanordnung 28 eine
Temperaturmessanordnung sein, mit der die Fluidtemperatur des Fluids 12 erfasst werden kann. Selbst verständlich ist es auch möglich, dass die Messanordnung 28 andere Parameter des Fluids 12 erfassen kann. Die Messanordnung 28 kann Teil der Fluidsensorvorrichtung 10 sein. Die Messanordnung 28 kann aber auch ein separates Bauteil sein.
Wie ferner in FIG 1 gezeigt ist, weist das Fluid 12 eine Inhomogenität 30 im
Schallsignalpfad 22 auf. Obwohl die Schallsignalpfade 22 getrennt voneinander dargestellt sind, kann es sich dabei um ein und denselben Schallsignalpfad handeln. Die getrennte Darstellung dient lediglich der besseren Übersicht.
Die Inhomogenität 30 steht exemplarisch für beispielsweise eine festkörperartige oder gasförmige Inhomogenität im Fluid bzw. für ein festkörperartiges oder gasförmiges Streuzentrum im Fluid. Ein festkörperartiges Streuzentrum kann beispielsweise ein auskristallisiertes Partikel im Fluid 12 sein. Dies ist
beispielsweise dann der Fall, wenn das Fluid 12 eine Temperatur aufweist, bei der Bestandteile des Fluids 12, wie beispielsweise Wasser oder Paraffin,
auskristallisieren und dadurch ein kristallines Partikel im Fluid 12 entsteht. Ein gasförmiges Streuzentrum kann beispielsweise eine Luftblase im Fluid 12 sein, die dadurch entsteht, wenn das Fluid 12 stark geschüttelt wird oder sich aufgrund von Verwirbelungen oder Schwappen des Fluids 12 mit der darüber befindlichen Luft L vermischt. Gasförmige Streuzentren können aber auch durch andere
Gasansammlungen im Fluid 12 entstehen.
Würde nun ein derartiges festkörperartiges oder gasförmiges Streuzentrum im Schallsignalpfad 22 der Schallwandlereinheit 18 vorhanden sein, dann käme es an der Grenzfläche zwischen dem Fluid 12 und dem Streuzentrum 30 zu einer Inhomogenität in der Schalltransmission. Die Inhomogenität in der
Schalltransmission führt dazu, dass das ausgesendete Schallsignal 24 teilweise zur Schallwandlereinheit 18 zurückreflektiert wird (dargestellt durch den Pfeil 31 ), teilweise transmittiert wird (dargestellt durch den gestrichelten Pfeil 32) und teilweise in alle Richtungen gestreut wird (exemplarisch dargestellt durch den Pfeil 33). Ferner würde das teilweise transmittierte Schallsignal (dargestellt durch den Pfeil 32) an der Grenzfläche zwischen dem Fluid 12 und der Luft L reflektiert werden (dargestellt durch den Pfeil 34), wobei dieses reflektierte Schallsignal dann wiederum zumindest teilweise zur Schallwandlereinheit 18 transmittiert oder an dem Streuzentren 30 reflektiert wird.
Die Folge des Streuzentrums 30 bzw. der Inhomogenität in der Schalltransmission im Fluid 12 ist also, dass das von der Schallwandlereinheit 18 empfangene Signal gestört bzw. gedämpft ist. Es sei nun auf FIG 2 verwiesen, in der zwei Schallsignale gegenübergestellt sind. Ein erstes (ungestörtes) Schallsignal 36 entspricht einem Beispiel für ein
Schallsignal, dass die Schallwandlereinheit 18 messen würde, wenn im
Schallsignalpfad 22 keine Inhomogenität bzw. kein Streuzentrum 30 vorhanden wäre. Demgegenüber zeigt FIG 2 ferner ein zweites (gestörtes) Schallsignal 38, das beispielhaft für ein Schallsignal steht, das die Schallwandlereinheit 18 messen würde, wenn im Schallsignalpfad 22 ein Streuzentrum 30 bzw. eine Inhomogenität in der Schalltransmission vorliegen würde. Wie deutlich zu erkennen ist, weist das ungestörte Schallsignal 36 eine Amplitude 40 (beispielhaft als
peak-to-peak-Amplitude gezeigt) auf, die deutlich größer ist als eine Amplitude 42 des gestörten Schallsignals 38. Die verringerte Amplitude 42 gegenüber der Amplitude 40 führt dazu, dass man das Schallsignal 38 auch als gedämpftes Schallsignal bezeichnen kann. Mit anderen Worten weist das ungestörte oder ungedämpfte Schallsignal 36 eine größere Amplitude 40 auf, als das gestörte oder gedämpfte Schallsignal 38. Oder mit wieder anderen Worten: Die
Schallsignaldämpfung des gestörten Schallsignals 38 ist größer als die
Schallsignaldämpfung des ungestörten Schallsignals 36. Wenn die
Schallsignaldämpfung groß genug ist, führt das dazu, dass unter Umständen das im Fluid 12 ermittelte Schallsignal fehlerhaft oder gar unbrauchbar wird. In einem solchen Fall wäre es also nicht mehr möglich, eine brauchbare Messung im Fluid 12 durchzuführen.
Es sei nun auf FIG 3 verwiesen, die eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Fluidsensorvorrichtung 10 zeigt. Zur besseren Übersicht ist die Messanordnung 28 in FIG 3 nicht gezeigt, kann aber wie in FIG 1 vorhanden sein.
Im Unterschied zur Fluidsensorvorrichtung 10 von FIG 1 weist die
Fluidsensorvorrichtung 10 von FIG 3 eine Schallwandlereinheit 18 auf, die mehrere matrixförmig nebeneinander angeordnete Schallwandlermodule aufweist. Im konkreten Beispiel von FIG 3 weist die Schallwandlereinheit 18 sechs
nebeneinander angeordnete Schallwandlermodule (1 bis 6) in einer ersten Richtung auf. Des Weiteren weist die Schallwandlereinheit 18 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 Ausführungsformen der mehreren
Schallwandlermodule denkbar, beispielsweise eine kreisförmige Anordnung oder eine unsortierte Anordnung. Die Schallwandlereinheit 18 kann beispielsweise eine kapazitive mikromechanische Ultraschallwandlereinheit (CMUT) oder eine piezoelektrische mikromechanische Ultraschallwandlereinheit (PMUT) sein.
Jedes der Schallwandlermodule 1 bis 6 ist dazu ausgebildet, ein Schallsignal entlang eines jeweiligen Schallsignalpfads in das Fluid auszusenden und in
Erwiderung auf das ausgesendete Schallsignal ein Schallsignal zu empfangen. In FIG 3 ist dies beispielhaft anhand des Schallsignalpfads 200 des
Schallwandlermoduls 2 und anhand des Schallsignalpfads 300 des
Schallwandlermoduls 4 gezeigt. Das von dem Schallwandlermodul 2 ausgesendete Schallsignal ist mit dem Bezugszeichen 202 und das von dem Schallwandlermodul 2 empfangene Schallsignal ist mit dem Bezugszeichen 204 bezeichnet. Das von dem Schallwandlermodul 4 ausgesendete Schallsignal ist mit dem Bezugszeichen 302 bezeichnet und das von dem Schallwandlermodul 4 empfangene Signal ist mit dem Bezugszeichen 304 bezeichnet.
Jedes der Schallwandlermodule 1 bis 6 ist separat und individuell durch die
Steuereinheit 20 ansteuerbar, wobei jedes der Schallwandlermodule 1 bis 6 ein Schallsignal mit einer einstellbaren Schallsignalfrequenz aussenden und
empfangen kann. Insbesondere kann die Steuereinheit 20 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 20 die Schallwandlermodule 1 bis 6 derart an, dass sich eine (in guter Näherung) ebene Schallwelle in dem zu vermessenen Fluid 12 ergibt bzw. von der Schallwandlereinheit 18 empfangen wird.
Ähnlich wie in FIG 1 ist auch in FIG 3 beispielhaft eine Inhomogenität in der Schalltransmission bzw. ein Streuzentrum 30 im Fluid 12 schematisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, befindet sich das Streuzentrum 30 im Schallsignalpfad 300 des Schallwandlermoduls 4. Demgegenüber befindet sich kein Streuzentrum im
Schallsignalpfad 200 des Schallwandlermoduls 2. Mit anderen Worten ist der Schallsignalpfad 200 des Schallwandlermoduls 2 frei von Inhomogenitäten im Fluid 12, während der Schallsignalpfad 300 des Schallwandlermoduls 4 eine
Inhomogenität in der Form eines Streuzentrums 30 aufweist. Als Folge des
Streuzentrums 30 im Schallsignalpfad 300 ergäbe sich aufgrund der Streuung der Schallsignale am Streuzentrum 30 ein gestörtes Überlagerungsschallsignal für die Schallwandlereinheit 18. Auch hier wäre unter Umständen das Messergebnis fehlerhaft oder gar unbrauchbar
Es sei nun auf FIG 4 verwiesen, in der eine Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt ist, mit dem eine Inhomogenität im
Schallsignalpfad der Schallwandlereinheit 18 innerhalb des Fluids kompensiert werden kann.
Das Verfahren beginnt mit dem Start bei Schritt 400. Danach folgt der Schritt 402, bei dem die Steuereinheit 20 die Schallwandlereinheit 18 derart ansteuert, dass die Schallwandlereinheit 18 ein Schallsignal (wie beispielsweise das Schallsignal 24) mit einer ersten Schallsignalfrequenz entlang eines Schallsignalpfads (wie beispielsweise entlang des Schallsignalpfads 22) in das Fluid aussendet.
Im nächsten Schritt 404 empfängt die Schallwandlereinheit 18 ein Schallsignal (wie beispielsweise das Schallsignal 26 oder 31 ) in Erwiderung auf das von der
Schallwandlereinheit 18 ausgesendeten Schallsignals.
Im darauffolgenden Schritt 406 wird das empfangene Schallsignal dahingehend ausgewertet, ob im Schallsignalpfad (beispielsweise Schallsignalpfad 22) innerhalb des Fluids 12 eine Inhomogenität im Fluid 12 (beispielsweise in Form des
Streuzentrums 30) vorhanden ist. Dazu wird in einem Schritt 408 eine
Schallsignaldämpfung des Schallsignals ermittelt. Die Schallsignaldämpfung kann beispielsweise durch die Amplitude (beispielsweise peak-to-peak-Amplitude) des Schallsignals abgeschätzt werden. Je kleiner die Amplitude des Schallsignals ist, desto größer wäre beispielsweise die Schallsignaldämpfung. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Schallsignaldämpfung anhand anderer Schallsignalparameter zu bestimmen. Es ist also nicht zwingend notwendig, dass die
Schallsignaldämpfung anhand der Amplitude des Schallsignals abgeschätzt wird. Dies ist lediglich eine von mehreren Möglichkeiten und sollte daher nicht einschränkend betrachtet werden.
Wenn nun beispielsweise ein Streuzentrum 30 im Schallsignalpfad 22 innerhalb des Fluids 12 vorhanden ist, könnte die Schallsignaldämpfung des dazugehörigen Schallsignals 38 durch die Amplitude 42 abgeschätzt bzw. ermittelt werden.
Im nächsten Schritt 410 wird nun die ermittelte Schallsignaldämpfung
(beispielsweise durch die Amplitude 42 abgeschätzt) mit einer vorbestimmten Referenzschallsignaldämpfung verglichen. Die Referenzschallsignaldämpfung ist die Schallsignaldämpfung, die auftreten würde, wenn das Schallsignal nicht gestört wäre bzw. sich keine Inhomogenität oder kein Streuzentrum im Schallsignalpfad befinden würde. Mit Bezug zu FIG 2 könnte man die Referenzschallsignaldämpfung beispielsweise durch die Amplitude 40 des ungestörten Schallsignals 36
abschätzen.
Im nächsten Schritt 412 wird nun festgestellt, dass eine Inhomogenität in der Form von Streuzentren im Fluid 12 vorhanden ist, dadurch, dass die ermittelte
Schallsignaldämpfung (beispielsweise abgeschätzt durch Amplitude 42) um zumindest einen Schallsignaldämpfungsschwellenwert größer als die
Referenzschallsignaldämpfung (beispielsweise abgeschätzt durch Amplitude 40) ist. Der Schallsignaldämpfungsschwellenwert kann beispielsweise exemplarisch in Form einer Schwellenwertamplitude 44 ausgedrückt werden, die um einen vorbestimmten Betrag kleiner als die Amplitude 40 des ungestörten Schallsignals 36 aber größer als die Amplitude 42 des gestörten Schallsignals 38 ist. Der Schallsignaldämpfungsschwellenwert beruht beispielsweise auf Erfahrungswerten, Messreihen, Modellen oder Anforderungen in der Signalverarbeitung, die notwendig sind, um aus dem Schallsignal ein brauchbares Messergebnis ermittelt zu können. Mit anderen Worten trägt der Schallsignaldämpfungsschwellenwert dazu bei, dass nicht bereits kleinere Änderungen der Schallsignaldämpfung (bzw. kleinere Änderungen der Amplitude des Schallsignals) mit einer Inhomogenität im Fluid 12 in Verbindung gebracht werden.
Wenn also die ermittelte Schallsignaldämpfung (abgeschätzt durch Amplitude 42) um zumindest den Schallsignaldämpfungsschwellenwert (abgeschätzt durch Schwellenwertamplitude 44) größer als die Referenzschallsignaldämpfung
(abgeschätzt durch Amplitude 40) ist, dann wird im Schritt 412 festgestellt, dass das Schallsignal (beispielsweise Schallsignal 38) aufgrund von Streuzentren im
Schallsignalpfad innerhalb des Fluids 12 gestört ist.
Wenn nun festgestellt wurde, dass im Schallsignalpfad innerhalb des Fluids eine Inhomogenität in der Form von Streuzentren vorhanden sind, wird das Verfahren zum nächsten Schritt 414 übergehen, bei dem die Steuereinheit 20 die
Schallwandlereinheit 18 derart ansteuert, dass die Schallwandlereinheit 18 ein Schallsignal mit einer zweiten Schallsignalfrequenz in das Fluid 12 aussendet, die kleiner als die erste Schallsignalfrequenz ist. Durch das Aussenden eines
Schallsignals mit einer kleineren Schallsignalfrequenz wird die Wellenlänge des ausgesendeten Schallsignals vergrößert. Dadurch wird der effektive Streuquerschnitt des Streuzentrums (beispielsweise des Streuzentrums 30) verkleinert und damit die Auswirkung auf das Schallsignal minimiert. Damit kann auch bei einem Fluid, das eine Inhomogenität im Schallsignalpfad aufweist, ein brauchbares Messergebnis ermittelt werden.
Das Verfahren endet schließlich beim Schritt 416.
Es sei nun auf FIG 5 verwiesen, die eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. Im Gegensatz zum Verfahren gemäß FIG 4 kann beim Verfahren gemäß FIG 5 nicht nur festgestellt werden, ob Streuzentren vorhanden sind, sondern auch festgestellt werden, ob diese Streuzentren festkörperartige Streuzentren sind.
Das Verfahren beginnt wiederum beim Schritt 500. Im nächsten Schritt 502 wird die Schallwandlereinheit 18 wiederum von der Steuereinheit 20 derart angesteuert, dass diese ein Schallsignal mit einer ersten Schallsignalfrequenz entlang eines Schallsignalpfads in das Fluid 12 aussendet. Anschließend folgt im Schritt 504 das Empfangen des Schallsignals in Erwiderung auf das von der Schallwandlereinheit 18 ausgesendeten Schallsignals.
Das Verfahren gemäß FIG 5 weist nun einen zusätzlichen Schritt 506 auf, bei dem die Fluidtemperatur des Fluids 12 bestimmt wird. Das Bestimmen der
Fluidtemperatur kann beispielsweise mittels der Messanordnung 28 (siehe FIG 1 ) erfolgen.
Anschließend erfolgt wiederum der Schritt 508, bei dem das empfangene
Schallsignal dahingehend ausgewertet wird, ob im Schallsignalpfad innerhalb des Fluids 12 eine Inhomogenität vorhanden ist. Flierzu wird im Schritt 510 die
Schallsignaldämpfung des Schallsignals ermittelt (beispielsweise wiederum anhand der Amplitude 42). Dann erfolgt im Schritt 512 wieder ein Vergleich der ermittelten Schallsignaldämpfung mit einer vorbestimmten Referenzschallsignaldämpfung (beispielsweise abgeschätzt durch die Amplitude 40). Im Gegensatz zum Verfahren gemäß FIG 4 wird jedoch im Verfahren gemäß FIG 5 in einem weiteren Schritt 514 die ermittelte Fluidtemperatur mit einer vorbestimmten Referenzfluidtemperatur verglichen. Die Referenzfluidtemperatur kann beispielsweise wieder auf Basis von Erfahrungswerten, Messreihen oder Modellen ermittelt sein und in der Form von Look-up-Tabellen vorhanden sein. Im darauf folgenden Schritt 516 wird nun festgestellt, dass die Inhomogenität im Fluid 12 in der Form von festkörperartigen Streuzentren vorhanden ist, dadurch, dass in einem Schritt 518 die ermittelte Schallsignaldämpfung (beispielsweise abgeschätzt durch Amplitude 42) um zumindest den
Schallsignaldämpfungsschwellenwert (beispielsweise abgeschätzt durch die Schwellenwertamplitude 44) größer als die Referenzschallsignaldämpfung
(beispielsweise abgeschätzt durch die Amplitude 40) ist und dadurch, dass in einem Schritt 520 die ermittelte Fluidtemperatur um zumindest einen
Fluidtemperaturschwellenwert kleiner als die Referenzfluidtemperatur ist.
Der Fluidtemperaturschwellenwert kann beispielsweise wieder auf Basis von Messreihen, Erfahrungswerten oder Modellen ermittelt sein und dient dazu, dass nicht bereits kleinere Änderungen der Fluidtemperatur dazu führen, dass das Verfahren eine Inhomogenität in Form von festkörperartigen Streuzentren feststellt. Der Temperaturschwellenwert trägt somit zur Robustheit des Verfahrens bei.
Festkörperartige Streuzentren können beispielsweise dadurch entstehen, dass Fluidbestandteile des Fluids 12, wie beispielsweise Wasser oder Paraffin, bei geringen Fluidtemperaturen auskristallisieren und ein kristallines Partikel bilden, das als Streuzentrum im Schallsignalpfad der Schallwandlereinheit 18 wirkt.
Sobald nun im Schritt 516 festgestellt wurde, dass eine Inhomogenität in der Form von festkörperartigen Streuzentren vorhanden ist, geht das Verfahren zum Schritt 522 über, bei dem die Schallwandlereinheit 18 von der Steuereinheit 20 derart angesteuert wird, dass diese ein Schallsignal mit einer zweiten
Schallsignalfrequenz in das Fluid 12 aussendet. Dabei ist die zweite
Schallsignalfrequenz wiederum kleiner als die erste Schallsignalfrequenz. Die Idee ist auch hier, dass durch die Verkleinerung der Schallsignalfrequenz die
Wellenlänge des Schallsignals vergrößert und damit der effektive Streuquerschnitt der festkörperartigen Streuzentren verkleinert wird, womit Auswirkungen auf das Schallsignal minimiert werden können.
Das Verfahren endet schließlich mit dem Schritt 524.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß FIG 5 besteht darin, dass für den Fall, dass eine Inhomogenität in Form von festkörperartigen Streuzentren festgestellt wurde, die Fluidtemperatur des Fluids 12 zumindest auf die vorbestimmte Referenzfluidtemperatur angehoben werden kann. Dadurch können sich bereits auskristallisierte Partikel wieder auflösen bzw. wird ein weiteres Auskristallisieren von Fluidbestandteilen des Fluids 12 vermieden. Das Anheben der Fluidtemperatur kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Steuereinheit 20 eine Fleizung des Fluidbehälters 14 entsprechend ansteuert.
Es sei nun auf FIG 6 verwiesen, dass eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. Im Gegensatz zu den Verfahren gemäß FIGs 4 und 5 kann beim Verfahren gemäß FIG 6 festgestellt werden, ob
Streuzentren in der Form von gasförmigen Streuzentren vorliegen. Derartige gasförmige Streuzentren sind beispielsweise dann vorhanden, wenn das Fluid 12 im Fluidbehälter 14 stark verwirbelt wird oder stark hin- und her schwappt. In diesen Fällen vermischt sich das Fluid 12 mit der darüberliegenden Luft L, sodass es zu Lufteinschlüssen kommen kann, die sich als Gasblasen im Fluid 12 ausdrücken.
Das Verfahren beginnt wiederum beim Schritt 600. Im nächsten Schritt 602 wird die Schallwandlereinheit 18 durch die Steuereinheit 20 derart angesteuert, dass Schallwandlereinheit 18 ein Schallsignal mit einer ersten Schallsignalfrequenz entlang eines Schallsignalpfads in das Fluid 12 aussendet. Anschließend folgt im Schritt 604 das Empfangen des Schallsignals in Erwiderung auf das von der Schallwandlereinheit 18 ausgesendeten Schallsignals.
Im Gegensatz zu den Verfahren gemäß FIGs 4 und 5 weist das Verfahren gemäß FIG 6 den zusätzlichen Schritt 606 auf, bei dem ein eine kinematische Kenngröße des Fluids 12 kennzeichnender Wert ermittelt wird.
Die kinematische Kenngröße kann beispielsweise eine Beschleunigung des Fluids 12 im Fluidbehälter 14 sein. Die kinematische Kenngröße kann aber auch eine Verwirbelung oder ein Schwappen des Fluids 12 im Fluidbehälter 14 sein.
Ein Beispiel, wie man einen Wert, der eine kinematische Kenngröße des Fluids 12 kennzeichnet, abschätzen kann, ist in FIG 7 angegeben. FIG 7 zeigt schematisch eine Füllstandsvariabilität des Fluids 12 im Fluidbehälter 14. Die
Füllstandsvariabilität kann als eine maximale Füllstandsänderung des Fluid 12 im Fluidbehälter 14 über einen vorgegebenen Zeitraum sein. Beispielhaft ist in FIG 7 eine Füllstandsvariabilität 46 dargestellt, die dann auftritt, wenn das Fluid 12 im Fluidbehälter 14 beispielsweise einer geringen Beschleunigung, oder einem geringen Schwappen, oder einer geringen Verwirbelung ausgesetzt ist. Dies wäre beispielsweise dann der Fall, wenn die Fahrdynamik eines den Fluidbehälter 14 aufweisenden Fahrzeugs gering wäre. FIG 7 zeigt schematisch ferner eine weitere Füllstandsvariabilität 48, die dann auftritt, wenn das Fluid 12 im Fluidbehälter 14 beispielsweise einer großen Beschleunigung, oder einem großen Schwappen, oder einer großen Verwirbelung ausgesetzt ist. Dies wäre beispielsweise dann der Fall, wenn die Fahrdynamik des Fahrzeugs groß wäre. Die Füllstandsvariabilität ist also ein Beispiel für einen eine kinematische Kenngröße des Fluids 12 kennzeichnenden Wert.
Im Schritt 606 wird nun ein eine kinematische Kenngröße des Fluids 12
kennzeichnender Wert ermittelt. Beispielsweise wird die Füllstandsvariabilität 48 des Fluids 12 im Fluidbehälter 14 ermittelt. Selbstverständlich können im Schritt 606 auch andere Werte, die eine kinematische Kenngröße des Fluids kennzeichnen, ermittelt werden.
Im nächsten Schritt 608 wird nun wiederum das empfangene Schallsignal dahingehend ausgewertet, ob im Schallsignalpfad innerhalb des Fluids 12 eine Inhomogenität vorhanden ist. Flierzu wird wie in den Verfahren gemäß FIGs 4 und 5, wiederum in einem Schritt 610 die Schallsignaldämpfung des Schallsignals ermittelt (beispielsweise wiederum anhand der Amplitude 42). Dann erfolgt im Schritt 612 ein Vergleich der ermittelten Schallsignaldämpfung mit der vorbestimmten
Referenzschallsignaldämpfung (beispielsweise abgeschätzt durch die Amplitude 40).
Im Gegensatz zu den Verfahren gemäß FIGs 4 und 5 wird jedoch im Verfahren gemäß FIG 6 in einem weiteren Schritt 614 der ermittelte Wert, der die kinematische Kenngröße des Fluids 12 kennzeichnet (also beispielsweise die
Füllstandsvariabilität 48), mit einem vorbestimmten kinematische Referenzwert verglichen. Der vorbestimmte kinematische Referenzwert kann beispielsweise die Füllstandsvariabilität 46 von FIG 7 sein, die dann auftritt, wenn das Fahrzeug beispielsweise einer geringen Fahrdynamik unterliegt. Der kinematische
Referenzwert kann wiederum auf Basis von Erfahrungswerten, Messreihen oder Modellen ermittelt sein und in der Form von Look-up-Tabellen vorhanden sein. Im darauffolgenden Schritt 616 wird nun festgestellt, dass die Inhomogenität im Fluid 12 in der Form von gasförmigen Streuzentren vorhanden ist, dadurch, dass in einem Schritt 618 die ermittelte Schallsignaldämpfung (beispielsweise abgeschätzt durch Amplitude 42) um zumindest den Schallsignaldämpfungsschwellenwert (beispielsweise abgeschätzt durch die Schwellenwertamplitude 44) größer als die Referenzschallsignaldämpfung (beispielsweise abgeschätzt durch die Amplitude 40) ist und dadurch, dass in einem Schritt 620 der ermittelte Wert, der die kinematische Kenngröße des Fluids kennzeichnet (also beispielsweise die
Füllstandsvariabilität 48), um zumindest einen vorbestimmten Schwellenwert größer als der kinematische Referenzwert (beispielsweise abgeschätzt durch die Füllstandsvariabilität 46) ist.
Der vorbestimmte Schwellenwert kann beispielsweise in der Form einer
Füllstandsvariabilität 50 (siehe FIG 7) sein, die größer als die Füllstandsvariabilität 46 aber dennoch kleiner als die Füllstandsvariabilität 48 ist.
Wie auch die anderen Schwellenwerte oder Referenzwerte kann der Schwellenwert für die kinematische Kenngröße anhand von Erfahrungswerten, Messreihen oder Modellen abgeschätzt werden und in Form von Look-up-Tabellen vorhanden sein.
Der vorbestimmte Schwellenwert dient wiederum dazu, dass nicht bereits kleinere Änderung der kinematischen Kenngröße dahingehend interpretiert werden, dass eine Inhomogenität in Form von gasförmigen Streuzentren im Fluid 12 vorhanden ist. Der Schwellenwert für die kinematische Kenngröße trägt also wiederum zur Robustheit des Verfahrens bei.
Sobald nun im Schritt 616 festgestellt wurde, dass eine Inhomogenität in der Form von gasförmigen Streuzentren vorhanden ist, geht das Verfahren wiederum zum Schritt 622 über, bei dem die Schallwandlereinheit 18 von der Steuereinheit 20 derart angesteuert wird, dass diese ein Schallsignal mit einer zweiten
Schallsignalfrequenz in das Fluid 12 aussendet, die wiederum kleiner als die erste Schallsignalfrequenz ist. Die Idee ist auch hier, dass durch die Verkleinerung der Schallsignalfrequenz die Wellenlänge des Schallsignals vergrößert und damit der effektive Streuquerschnitt der gasförmigen Streuzentren verkleinert werden kann.
Das Verfahren endet schließlich mit dem Schritt 624.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass für den Fall, dass die Fluidsensorvorrichtung 10 eine Schallwandlereinheit 18 mit mehreren matrixförmig nebeneinander angeordneten Schallwandlermodulen (sieh FIG 3) aufweist, jedes der in
Zusammenhang mit FIGs 4 bis 6 beschriebene Verfahren von jedem der
Schallwandlermodule der Schallwandlereinheit 18 durchgeführt werden kann. Wird dann bei zumindest einem der Schallwandlermodule eine Inhomogenität innerhalb des Fluids im entsprechenden Schallsignalpfad des jeweiligen
Schallwandlermoduls vorhanden sein bzw. festgestellt werden, dann steuert die Steuereinheit 20 sämtliche Schallwandlermodule derart an, dass jedes der Schallwandlermodule ein Schallsignal mit der zweiten Schallsignalfrequenz, also mit der gegenüber der ersten Schallsignalfrequenz verringerten
Schallsignalfrequenz, aussendet. Dadurch ist sichergestellt, dass selbst für den Fall, dass zumindest in einem der Schallsignalpfade der Schallwandlermodule eine Inhomogenität vorhanden ist, diese Inhomogenität kompensiert wird und ein brauchbares Überlagerungsschallsignal erhalten wird, sodass die
Fluidsensorvorrichtung 10 weiterhin zuverlässig betrieben werden kann.
Obwohl als Beispiel für einen die kinematische Kenngröße kennzeichnenden Wert die Füllstandsvariabilität genannt wurde, ist es selbstständig auch möglich, dass andere Werte herangezogen werden können. Beispielsweise ist es denkbar, dass Betriebszustände einer Kraftstoffpumpe dazu verwendet werden können, die kinematische Kenngröße des Fluids 12 abzuschätzen. Die Darstellung der Füllstandsvariabilität im Zusammenhang mit der kinematische Kenngröße ist also nur eines von vielen Beispielen, wie man die kinematische Kenngröße des Fluids 12 abschätzen kann, und sollte daher nicht einschränkend verstanden werden.
Obwohl in Zusammenhang mit den FIGs 4 bis 6 drei separate Verfahren beschrieben wurden, ist es selbst verständlich auch möglich, dass diese Verfahren miteinander kombiniert werden können. So ist es denkbar, dass sowohl die Schallsignaldämpfung als auch die Fluidtemperatur als auch die kinematische Kenngröße des Fluids 12 bei der Auswertung, ob eine Inhomogenität im Fluid vorhanden ist, miteinander kombiniert werden können.
Mit den Verfahren gemäß FIGs 4 und 6 ist es möglich, Fluidsensorvorrichtungen zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids auch dann zuverlässig betreiben zu können, wenn das zu vermessene Fluid eine
Inhomogenität in Form von Streuzentren (sei es festkörperartige oder gasförmige Streuzentren) aufweist.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung (10) zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids (12) in einem
Fluidbehälter (14), wobei die Fluidsensorvorrichtung (10) eine Schallwandlereinheit (18) mit einer einstellbaren Schallsignalfrequenz aufweist und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Ansteuern der Schallwandlereinheit (18) derart, dass diese ein Schallsignal mit einer ersten Schallsignalfrequenz entlang eines Schallsignalpfads (22) in das Fluid aussendet,
- Empfangen eines Schallsignals in Erwiderung auf das von der Schallwandlereinheit (18) ausgesendeten Schallsignal,
- Auswerten des empfangenen Schallsignals dahingehend, ob im Schallsignalpfad (22) innerhalb des Fluids (12) eine Inhomogenität im Fluid (12) vorhanden ist, und
- Ansteuern der Schallwandlereinheit (20) derart, dass diese beim Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität des Fluids (12) ein Schallsignal mit einer zweiten Schallsignalfrequenz in das Fluid (12) aussendet, die kleiner als die erste Schallsignalfrequenz ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Auswerten des empfangenen Schallsignals dahingehend, ob im Schallsignalpfad (22) der Schallwandlereinheit (18) eine Inhomogenität im Fluid (12) vorhanden ist, ferner die folgenden Schritte aufweist:
- Ermitteln einer Schallsignaldämpfung (42) des Schallsignals,
- Vergleichen der ermittelten Schallsignaldämpfung (42) mit einer vorbestimmten Referenzschallsignaldämpfung (40), und
- Feststellen, dass eine Inhomogenität in der Form von Streuzentren (30) im Fluid (12) vorhanden ist, dadurch, dass die ermittelte Schallsignaldämpfung (42) um zumindest einen Schallsignaldämpfungsschwellenwert (44) größer als die Referenzschallsignaldämpfung (40) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit den Schritten: - Ermitteln einer Fluidtemperatur des Fluids (12),
- Vergleichen der ermittelten Fluidtemperatur mit einer vorbestimmten Referenzfluidtemperatur und
- Feststellen, dass eine Inhomogenität in der Form von
festkörperartigen Streuzentren (30) vorhanden ist, dadurch, dass
- die ermittelte Schallsignaldämpfung (42) um zumindest den Schallsignaldämpfungsschwellenwert (44) größer als die
Referenzschallsignaldämpfung (40) ist und
- die ermittelte Fluidtemperatur um zumindest einen
Fluidtemperaturschwellenwert kleiner als die Referenzfluidtemperatur ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei, wenn festgestellt wurde, dass die Inhomogenität in der Form von festkörperartigen Streuzentren (30) vorhanden ist, die Fluidtemperatur zumindest auf die vorbestimmte Referenzfluidtemperatur angehoben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, ferner mit den Schritten:
- Ermitteln eines eine kinematische Kenngröße des Fluids
kennzeichnenden Werts (48),
- Vergleichen des ermittelten Werts (48) mit einem vorbestimmten kinematischen Referenzwert (46) und
- Feststellen, dass eine Inhomogenität in der Form von gasförmigen Streuzentren (30) im Fluid vorhanden ist, dadurch, dass
- die ermittelte Schallsignaldämpfung (42) um zumindest den Schallsignaldämpfungsschwellenwert (44) größer als die
Referenzschallsignaldämpfung (40) ist und
- der ermittelte Wert (48) um zumindest einen Schwellenwert (50) größer als der kinematische Referenzwert (46) ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Schallwandlereinheit (18) mehrere Schallwandlermodule (1 -6) mit einer einstellbaren Schallsignalfrequenz aufweist, das jeweilige Verfahren für jedes der mehreren Schallwandlermodule (1 -6) durchgeführt wird, und
wobei sämtliche Schallwandlermodule (1 -6) mit der zweiten
Schallsignalfrequenz angesteuert werden, wenn in zumindest einem der
Schallsignalpfade (200, 300) eine Inhomogenität im Fluid (12) vorhanden ist.
7. Fluidsensorvorrichtung (10) zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids (12) in einem Fluidbehälter (14), mit:
- einer Schallwandlereinheit (18), die dazu ausgebildet ist, ein Schallsignal mit einer einstellbaren Schallsignalfrequenz entlang eines
Schallsignalpfads (22; 200, 300) in das Fluid auszusenden und in Erwiderung auf das ausgesendete Schallsignal ein Schallsignal zu empfangen, und
- einer Steuereinheit (20) zum Ansteuern der Schallwandlereinheit (18), wobei die Steuereinheit (20) dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
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