PatentesNmero de publicacinUS20140196536 A1

Tipo de publicacinSolicitud

Nmero de SolicitudEstados Unidos 13 / 741.519

Fecha de publicacin17 de julio 2014

Fecha de Presentacin15 Ene 2013

Fecha de Prioridad15 Ene 2013

Tambin publicado de ComoCN103925966A,DE102013227196A1

InventoresGregory P. Murphy

Cesionario originalesSsi Technologies, Inc.

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Citas de Patentes(5),Clasificaciones(7),Eventos Legales(1)

Enlaces Externos:USPTO,Cesin de USPTO,Espacenet

Sensor de tres modo para determinar la temperatura, nivel, y la concentracin de un fluidoEE.UU. 20140196536 A1RESUMENUn sensor ultrasnico de tres modos para la determinacin de temperatura, nivel, y / o concentracin de un fluido.En una realizacin, el sensor incluye un objetivo situado a un nivel;un controlador, y un transductor conectado elctricamente al controlador.El controlador est configurado para generar una seal ultrasnica, para recibir una reflexin de la seal ultrasnica desde al menos uno del objetivo y una superficie de un fluido, y generar una seal basada en la reflexin.El controlador est configurado adems para recibir la seal, y determinar si un nivel de la superficie del fluido es uno del grupo siguiente: por encima del nivel del objetivo, por debajo del nivel de la diana, y sustancialmente el mismo que el nivel de el objetivo.IMGENES(5)

RECLAMACIONES(18)Lo que se reivindica es:1. Un sensor ultrasnico, comprendiendo el sensor:un objetivo situado a un nivel;un controlador, yun transductor conectado elctricamente al controlador y configurado para generar una seal ultrasnica, para recibir una reflexin de la seal ultrasnica desde al menos uno del objetivo y una superficie de un fluido, y generar una seal basada en la reflexin;en el que el controlador est configurado pararecibir la seal, ydeterminar si un nivel de la superficie del fluido es uno del grupo siguiente: por encima del nivel del objetivo, por debajo del nivel de la diana, y sustancialmente el mismo que el nivel del objetivo.2. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 1, En el que el controlador est configurado adems para generar una seal de nivel.3. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 1, En el que el controlador est configurado adems para generar una seal de concentracin.4. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 1, En el que el controlador est configurado adems para generar una seal de nivel y una seal de concentracin.5. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 1, En el que el controlador est configurado adems para operar en uno de tres modos que corresponden con el nivel determinado de la superficie.6. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 1, En el que el controlador est configurado adems para determinar cundo primero y segundo ecos se reciben por el transductor.7. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 6, En el que el controlador est configurado adems para determinar si uno o ambos de los primero y segundo ecos se reciben dentro de una primera ventana de tiempo de referencia.8. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 7, En el que si uno o ambos de los primero y segundo ecos se reciben dentro de la primera ventana de tiempo de referencia, el controlador genera una seal de salida que indica que el nivel de la superficie est cerca o sustancialmente el mismo que el nivel del objetivo.9. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 7, En el que si el primer eco es menor que la primera ventana de tiempo de referencia, el controlador genera una seal de salida que indica que el nivel de la superficie est por debajo del nivel de la diana.10. Un sensor ultrasnico, comprendiendo el sensor:un objetivo situado a un nivel;un controlador, yun solo transductor elctricamente conectado al controlador y configurado para generar una seal ultrasnica, para recibir una reflexin de la seal ultrasnica desde al menos uno de la diana y una superficie de un fluido, y generar una seal basada en la reflexin;en el que el controlador est configurado pararecibir la seal, ydeterminar si un nivel de la superficie del fluido es uno del grupo siguiente: por encima del nivel del objetivo, por debajo del nivel de la diana, y sustancialmente el mismo que el nivel del objetivo.11. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 1, En el que el controlador est configurado adems para generar una seal de nivel.12. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 1, En el que el controlador est configurado adems para generar una seal de concentracin.13. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 1, En el que el controlador est configurado adems para generar una seal de nivel y una seal de concentracin.14. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 1, En el que el controlador est configurado adems para operar en uno de tres modos que corresponden con el nivel determinado de la superficie.15. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 1, En el que el controlador est configurado adems para determinar cundo primero y segundo ecos se reciben por el transductor.16. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 15, En el que el controlador est configurado adems para determinar si uno o ambos de los primero y segundo ecos se reciben dentro de una primera ventana de tiempo de referencia.17. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 16, En el que si uno o ambos de los primero y segundo ecos se reciben dentro de la primera ventana de tiempo de referencia, el controlador genera una seal de salida que indica que el nivel de la superficie est cerca o sustancialmente el mismo que el nivel del objetivo.18. El sensor segn se reivindica enreivindicacin 15, En el que si el primer eco es menor que la primera ventana de tiempo de referencia, el controlador genera una seal de salida que indica que el nivel de la superficie est por debajo del nivel de la diana.DESCRIPCINFONDOLa presente invencin se refiere a nivel de ultrasonidos y / o sensores de concentracin.Los transductores ultrasnicos pueden ser usados para medir una distancia a la superficie de un lquido.En algunas situaciones, un transductor se coloca en la parte superior de un depsito para un lquido.En muchas circunstancias, el tanque de inters es un depsito de lquido (por ejemplo, un depsito de combustible) de un automvil, camin, u otro vehculo.Una seal ultrasnica es generada por el transductor y se mide el tiempo que tarda la seal en viajar desde el transductor en la parte superior del tanque a la superficie del lquido, se reflejan en la superficie del lquido, y de regreso al transductor.Si se conoce cierta informacin sobre el tanque, tales como su volumen o dimensiones, la medicin del tiempo se puede utilizar en un clculo para determinar la cantidad de lquido est en el tanque.RESUMENEn una realizacin, la invencin proporciona un sensor de ultrasonido para la medicin de un nivel y la concentracin de un fluido que est diseado para ser colocado en la parte inferior de un tanque.El sensor de ultrasonidos comprende un objetivo, un transductor, y el controlador, tal como un microcontrolador u otro controlador basado en el procesador.El objetivo se sita en un nivel predeterminado.El transductor est conectado elctricamente al controlador.El controlador y transductor son, en general, parte de una sola unidad (aunque el controlador podra estar situado aparte o remoto desde el transductor).El transductor est configurado para generar una seal ultrasnica, para recibir una reflexin de la seal ultrasnica desde al menos uno del objetivo y una superficie de un fluido, y generar una seal basada en la reflexin.El controlador est configurado para recibir la seal desde el transductor y determinar si un nivel de la superficie del lquido est por encima del nivel del objetivo, por debajo del nivel de la diana, o sustancialmente el mismo que el nivel del objetivo.A diferencia de la mayora de los sensores ultrasnicos de la tcnica anterior conocidos por los inventores, el sensor ultrasnico descrito en este documento utiliza un solo transductor en lugar de dos o ms transductores.El uso de un nico transductor ofrece menos informacin que el uso de dos o ms.Tal vez ms importante, cuando se utiliza un solo transductor, hay circunstancias en que no es posible llevar a cabo ciertos clculos o determinar ciertas condiciones debido a que el nico transductor no proporciona ninguna informacin o insuficiente.El controlador conectado al nico transductor est configurado para compensar las deficiencias creados mediante el uso de un nico transductor.BREVE DESCRIPCIN DE LOS DIBUJOSFIG.1es una ilustracin esquemtica de un sensor ultrasnico colocado en la parte inferior de un recipiente de lquido o fluido.FIG.2es una ilustracin esquemtica de la circuitera del sensor ultrasnico ilustrado en laFIG.1.FIG.3es un grfico de la velocidad del sonido frente a la temperatura para varias concentraciones DEF.FIG.4es un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento de software ejecutado por un controlador del sensor de ultrasonidos.DESCRIPCIN DETALLADAAntes de cualquiera de las realizaciones de la invencin se explican en detalle, es de entenderse que la invencin no est limitada en su aplicacin a los detalles de construccin y la disposicin de los componentes expuestos en la siguiente descripcin o ilustrados en los siguientes dibujos.La invencin es capaz de otras realizaciones y de ser practicada o de ser llevada a cabo de varias maneras.Ms en particular, ningn elemento o caracterstica deben considerarse indispensables o esenciales mero hecho de que se describe como parte de una forma de realizacin particular, o el ejemplo explicado o se establece en el presente documento.FIG.1ilustra un sensor ultrasnico10.El sensor10puede proporcionar informacin sobre el nivel, la concentracin, o ambas de un fluido.En la realizacin, se muestra el sensor10se coloca en el fondo de un tanque12o similar contenedor lleno de un fluido14, tal como un fluido de escape diesel ("DEF") (por ejemplo, Ad Blue lquido).El fluido14tiene una superficie superior15.El nivel de la superficie superior15cambios en el tiempo como el fluido se consume, por ejemplo, en un sistema de escape.El nivel y / o la concentracin sensor ultrasnico10incluye un alojamiento16, un transductor piezoelctrico18, y un punto de referencia o de destino20.El objetivo se encuentra a un nivel predeterminado (marcado como "PL" enFIG.1).En la realizacin mostrada, el sensor10incluye una placa de circuito impreso22con un termistor y otros componentes, incluyendo un controlador.(Estos componentes se describen en mayor detalle a continuacin).Una seal desde el controlador (que puede ser amplificada o de otro modo condicionado por un circuito conductor) se proporciona al transductor18.El transductor18genera una onda de sonido ultrasnico que se propaga a travs del fluido14.Una parte de la onda de sonido (representada por la lnea de trazos23) se propaga a travs del fluido14a la diana20, mientras que otra parte de la onda de sonido (representada por lnea de trazos24) se propaga a travs del fluido14a la superficie15.Al menos una porcin de la onda de sonido (representada por la lnea de trazos25) se refleja desde el objetivo20hacia el transductor18(como un eco).Una porcin diferente de la onda de sonido (representada por la lnea de trazos26) se refleja desde la superficie15hacia el transductor18(como un eco).En respuesta a la recepcin de los reflejos o ecos, el transductor18genera una seal elctrica que se proporciona a un controlador en una placa de circuito22.La seal procedente del transductor18se procesa en el controlador para generar, por ejemplo, una seal indicativa del nivel de lquido14en el tanque12.FIG.2ilustra ciertos componentes elctricos del sensor10incluyendo componentes que estn montados en la placa de circuito impreso22.En la realizacin mostrada, un termistor30est montado en la placa de circuito22.La placa de circuito puede incluir tambin un controlador de voltaje32, un circuito de acondicionamiento de seal34, un controlador36(en la forma, por ejemplo, de un microcontrolador), un controlador de salida38, y un circuito de regulacin de potencia40.El controlador incluye (o est conectado a) de memoria tales como RAM y ROM y ejecuta software que puede ser almacenada en la RAM (particularmente durante la ejecucin), la ROM (sobre una base generalmente permanente), u otro medio legible por ordenador no transitoria tal como otra memoria o disco.Si es necesario, el controlador se puede conectar a tales memoria o una unidad de disco para leer dicho software.Un microprocesador u otro dispositivo programable con memoria adecuada y dispositivos de E / S tambin se podran usar.Informacin de la temperatura desde el termistor30(u otro sensor de temperatura) se proporciona al controlador36y se utiliza por el controlador36para ayudar a compensar las variaciones en la velocidad del sonido que se producen como resultado de cambios en la temperatura.Sobre una base regular (o como programado de otra manera), el controlador genera una seal de control transductor que se entrega al controlador de voltaje32.El controlador de voltaje32amplificadores o de otro modo las condiciones de la seal de control desde el controlador36y proporciona la seal amplificada al transductor18.Cuando energizado por la seal amplificada, el transductor18produce una onda de sonido de salida o, ms particularmente, una onda de sonido ultrasnico.Adems de generar las ondas de sonido, el transductor18tambin responde a las ondas (tales como reflejos o ecos) de sonido mediante la conversin de las ondas sonoras recibidas en seales elctricas (que se refiere como una "seal de reflexin").Dichas seales estn condicionadas por el circuito de acondicionamiento de seal34y siempre que el controlador36.En respuesta a una seal de reflexin, el controlador36genera una seal de salida indicativa del tiempo transcurrido entre el momento en que el transductor18enva su seal ultrasnica (basado en la seal de control del transductor) y el momento en que el transductor18recibi un reflejo de la ultrasnico seal (que resulta en la generacin de una seal de reflexin).(La reflexin hace que el transductor (que es un elemento piezoelctrico) para mover y este movimiento se convierte en una seal elctrica.) Este "tiempo de vuelo" (el tiempo entre la generacin de la onda de sonido ultrasnico o de ping y la recepcin de la reflexin o eco), junto con la velocidad del sonido dentro del fluido14en el tanque, se puede utilizar para determinar la distancia desde el sensor10a la superficie superior15.En otras palabras, la altura o nivel del lquido14en el tanque se puede determinar.(El tiempo entre el impulso ultrasnico transmitido y el eco recibido es proporcional a la distancia de la onda de sonido viaj a travs del lquido como se expresa por la ecuacin: Distancia = (velocidad del sonido) (Tiempo de Vuelo) / 2).Proporcionada otra informacin est disponible y programado en el controlador36, la medicin de la distancia tambin se puede utilizar para determinar el volumen de fluido14en el depsito12.En algunas realizaciones, el controlador36modula el nivel de potencia de la onda de salida de sonido desde el transductor18de modo que se utiliza el nivel de potencia mnima para recibir un eco.Al modular el nivel de potencia mltiples ecos se impide a los que afecta el tiempo de vuelo.La velocidad del sonido del fluido14se puede determinar usando la reflexin de la onda de sonido fuera del punto de referencia o de destino20.La velocidad del sonido del fluido14es proporcional a la distancia que la onda de sonido ha viajado y el tiempo de vuelo.Debido a que el objetivo20est a una distancia conocida desde el transductor18, se conoce la distancia de la onda de sonido viaja.El tiempo de vuelo de la reflexin se determina como se discuti anteriormente.Por lo tanto, la velocidad del sonido del fluido14se puede determinar por la ecuacin: velocidad del sonido = (2 Distancia) / (Tiempo de Vuelo).El controlador36determina la concentracin del fluido14mediante el uso de la velocidad calculada del sonido y la temperatura del fluido14.La temperatura del fluido14se determina con base en la informacin proporcionada por el termistor30.El controlador36aplica la velocidad calculada del sonido y la temperatura determinada a una tabla de consulta como la que se muestra en laFIG.3.El sensor10tiene tres modos de funcionamiento independientes, dependiendo del nivel del lquido14en el tanque12en relacin con el nivel del objetivo20.En particular, debido a la configuracin del sensor10, la superficie superior15del fluido14puede estar situado en una de tres posiciones generales o niveles dentro del depsito12.En primer lugar, el nivel de la superficie superior15del fluido14puede ser por encima del objetivo20.En segundo lugar, el nivel de la superficie superior15del fluido14puede estar cerca o sustancialmente al mismo nivel que el objetivo20.En tercer lugar, el nivel de la superficie superior15del fluido14puede ser por debajo del nivel del objetivo20.El controlador36opera en tres modos correspondientes a las tres circunstancias o situaciones que acabamos de describir.Cuando dos ecos distintos son recibidas por el sensor10, se supone que el fluido14est por encima del nivel PL nivel del objetivo20.El eco recibido por el transductor18con el menor tiempo de vuelo se supone que es el reflejo de la diana20.El tiempo de vuelo de la reflexin desde el blanco20se compara con una primera ventana de tiempo de referencia como una prueba de plausibilidad.La primera ventana de tiempo de referencia es de un rango predeterminado de veces plausibles de vuelo de una reflexin recibida del objetivo20.Si el tiempo de vuelo es detectada dentro de este rango, la velocidad del sonido en el fluido14se calcula como se discuti anteriormente.El eco recibido por el transductor18con el tiempo de vuelo ms grande se supone que es la reflexin desde la superficie superior15del fluido14.El tiempo de vuelo de la reflexin desde la superficie superior15se compara con una segunda ventana de tiempo de referencia como una prueba de plausibilidad.La segunda ventana de tiempo de referencia es un intervalo predeterminado de veces plausibles de vuelo de una reflexin recibida de la superficie superior15.Si el tiempo de vuelo es detectada dentro de la segunda ventana de tiempo de referencia, el nivel de la superficie superior15se determina usando la velocidad calculada del sonido (de la reflexin del objetivo20) junto con el tiempo de vuelo de la reflexin de la superficie superior15.El nivel se determina usando la ecuacin discutido anteriormente: Distancia = (velocidad del sonido) (Tiempo de Vuelo) / 2.Cuando uno o dos ecos son recibidas por el sensor10dentro de la primera ventana de tiempo de referencia, el nivel de la superficie superior15est cerca o sustancialmente el mismo que el nivel PL del objetivo20.Por lo tanto, el nivel de la superficie superior15se determina que es igual a la distancia del objetivo20desde el sensor10.Cuando el primer eco recibido est fuera de la primera ventana de tiempo de referencia o, ms particularmente, recibida en un tiempo que es menor que el lmite inferior de la primera ventana de tiempo de referencia, el nivel de la superficie superior15est por debajo del objetivo20.Una forma abreviada de lo que indica que el eco se recibe en un tiempo que es menor que el lmite inferior de la ventana de tiempo de referencia es decir que la "eco es menos de la ventana." El nivel de la superficie superior15se determina entonces utilizando una velocidad supuesta de sonido, en lugar de una velocidad calculada de sonido.Cuando se recibe el primer eco en un tiempo transcurrido que es menor que el lmite inferior de la primera ventana de tiempo de referencia, la concentracin del fluido14no se puede determinar.FIG.4es un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento de software ejecutado por el controlador36.El proceso100comienza con el transductor18emitir una seal ultrasnica en la forma de una onda de sonido (Paso105).El transductor18recibe entonces una o dos ecos de la onda de sonido (Paso110).El controlador36determina si se recibieron dos ecos distintas por el transductor28(Paso115).Si dos ecos distintos no fueron recibidos por el transductor28, el controlador36determina si el eco recibido est dentro de la ventana de tiempo primera referencia (Paso120).Si el eco recibido no est dentro de la primera ventana de tiempo de referencia, el controlador36determina el nivel de la superficie superior15sobre la base de una velocidad supuesta de sonido (Paso125).Si el eco recibido est dentro de la primera ventana de tiempo de referencia, el controlador36determina que el nivel de la superficie superior15es igual a la distancia del objetivo20(Paso130).Si el controlador36determina que dos ecos distintos fueron recibidos por el transductor28, el controlador determina entonces si el primer eco recibido est dentro de la primera ventana de referencia (Paso135).Si el primer eco recibido es fuera de la primera ventana de referencia, el controlador36registros un fallo (Paso140).Si el primer eco recibido es dentro de la primera ventana de referencia, el controlador36determina si el segundo eco recibido est dentro de la segunda ventana de referencia (Paso145).Si el segundo eco recibido est fuera de la segunda ventana de referencia, el controlador36registros un fallo (Paso150).Si el segundo eco recibido est dentro de la segunda ventana de referencia, el controlador35determina la velocidad del sonido dentro del fluido14utilizando el tiempo de vuelo de la primera eco (Paso155).El controlador35determina entonces el nivel de la superficie superior15usando la velocidad calculada del sonido dentro del fluido14junto con el tiempo de vuelo de la segunda eco (Paso160).El controlador35genera una seal de salida que puede estar en una forma digital o analgica.La seal de salida es una representacin de la concentracin (que se puede denominar una "seal de concentracin"), la temperatura (que puede ser denominado como una "seal de temperatura"), o el nivel (que puede ser referida como una "seal de nivel ") del fluido14.Tambin es posible que la seal de salida podra ser representativo de o contiene informacin con respecto a una combinacin de la concentracin, la temperatura y / o nivel.Por ejemplo, la concentracin en un primer grupo de bits o la palabra y el nivel en un segundo grupo de bits o la palabra.Como se seal anteriormente, la concentracin se puede determinar mediante el uso de una tabla de consulta almacenada en la memoria sobre la base de informacin que se muestra, por ejemplo, enFIG.3.Temperatura, como se explic anteriormente, puede determinarse basndose en informacin de la termistor.El nivel del fluido14tambin se determina como se describe anteriormente.El controlador puede estar configurado, por ejemplo, a travs de software, para proporcionar uno, dos, o los tres de concentracin del fluido, la temperatura, y el nivel en la seal de salida.La seal de salida se proporciona para el controlador de salida38, que transmite las mediciones a un controlador externo para gestionar y controlar la funcin del sistema DEF de un vehculo.El controlador de salida38puede tomar la forma de un controlador digital que emite una seal compatible con las normas J1939 o bus CAN.As configurado, el controlador de salida38ofrece para la comunicacin directa con bus de datos del vehculo.El controlador de salida38puede generar otro anlogo adecuado o seal digital, dependiendo de las necesidades de la aplicacin especfica.Por lo tanto, la invencin proporciona, entre otras cosas, un sensor de temperatura, nivel de lquido, y la concentracin de AdBlue de medicin.Varias caractersticas y ventajas de la invencin se exponen en las siguientes reivindicaciones.CITAS DE PATENTESPatente CITADAFecha de PresentacinFecha de publicacinSolicitanteTtulo

US6484088*28 Abr 200019 de noviembre 2002Ssi Technologies, Inc.Sistema de optimizacin de combustible con sensor de nivel de combustible mejorada

US20070203668*28 de febrero 200630 Ago 2007Ssi Technologies, Inc.Sensor de nivel de combustible Inmerso

US20100262386*14 de octubre 2010Ssi Technologies, Inc.Sensor de nivel de combustible Inmerso

US20110301883*8 Dic 2011Ssi Technologies, Inc.Nivel por ultrasonidos, la evaluacin de diagnstico a bordo

US20120118059*17 de mayo 2012Ssi Technologies, Inc.Sistemas y mtodos para determinar una calidad y / o la profundidad de AdBlue

* Citada por examinadorCLASIFICACIONES

Clasificacin de EE.UU.73 / 290.00V

Clasificacin internacionalG01F23 / 296

Clasificacin cooperativaG01F23 / 0069,G01F23 / 2962,G01F25 / 0061,G01S15 / 10,G01F23 / 296

EVENTOS LEGALESFechaCdigoEventoDescripcin

15 Ene 2013ASAsignacinNombre del Propietario:. SSI TECHNOLOGIES, INC, WISCONSINTexto libre formato:ASIGNACIN DE INTERS cedentes; CEDENTE: MURPHY, Gregory P.; REEL / MARCO: 029628/0183Fecha de vigencia:20130115