流体位测量设备的制作方法

专利名称：流体位测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对箱中的流体位进行声学测量的改良设备，该设 备包含置于所述流体之外用于发送和接收声学信号的换能器，以及与 所述换能器相连并延伸到流体中的波导。本发明还涉及对箱中的流体 位进行声学测量的方法。
背景技术：
使用声学信号的测量设备和方法在技术领域中是众所周知的。声 学测量可以例如用于测量距离、深度、体积、流速，或者被测物体的 声学特性，诸如衰减等。声学脉冲穿过介质的传播时间，或者声学脉 冲从反射性被测物体往返传播时间常常被用作计算例如离被测物体的 距离的基础。基本上由众所周知的公式"距离-速度*时间"来计算距 离。
然而，声速依赖于例如温度，会使测量发生错误。为了克服这一 问题，多个声学测量系统包含参考系统，其中声学脉冲传播一个已知 的距离以便确定声音的当前速度，然后将声音的当前速度用于计算被 测物体的未知距离或体积等。在例如UK专利申请GB2 164 151中公 开了一种参考系统。
然而，声速还依赖于信号所穿过的气体的组分。气体組分在整个 测量设备中经常会发生变化，从而测量设备不同部分处的声速不同，

发明内容
本发明的一个目的在于给出相对于已知的声学测量设备来说有 所改进的声学测量设备。
一个特定目的在于给出声学测量设备，其中相对于气体组分对测
量进行了补偿。
通过下面的描述将显而易见的这些和其它目的现在已经由通过 介绍提到的这种声学测量设备实现了，进一步包含用于将箱中的流体 送入位于流体位上方的波导部分中的装置。
本发明基于这样的理解通过使箱中的流体通过波导，有可能在 波导中实现在流体位上方的整个波导中基本相等的气氛。这使得波导 中的声速——它依赖于气体组分——相对于气体组分进行了补偿。从 而，当使用相对于位于流体位上方的一部分波导计算的气体组分补偿 声速以确定箱中的流体位时，这一整体流体位测量变得非常精确。
将箱中的流体送入波导的另一优点在于流体位上方的整个波导 中的温度都变得相近。从而，波导中的声速又相对于温度进行了补偿， 这也改善了流体位的全面测量。
在本发明一个实施方案中，来自箱的流体被送入波导的参考部 分。参考部分定义为波导在换能器和参考部件之间的部分。参考部件 可以是例如置于波导内的突起。然后送入参考部分的流体可以流过所 有位于流体表面上方的波导。流体流使得整个参考部分和波导其它部 分中的气体组分为一个常数，从而都相等，声速也为常数。这保证了 箱中的流体位的非常精确的测量。
优选地，送入测量设备的波导中的流体流足够小从而使得声学信 号——例如声学脉冲——能够在所述波导中传播。这样，穿过波导的 声学脉冲不会收到流动流体的显著影响，而同时流体中可释放出蒸汽 来在整个波导中形成相似的气体组分，如上面所讨论的那样导致非常 精确的测量。
在本发明另一实施方案中，从箱送入波导的流体为液体。使用液体的一个优点在于来自箱的液体可以容易地送入波导中。作为替代， 要从箱送入波导的流体为气体，它可以取自例如箱中液体表面上方的 空气。
在又一实施方案中，测量设备安置在还包含燃料泵的箱——例如 汽车中的燃料箱中，此处通过燃料泵将流体流送入波导。例如燃料泵 产生的燃料逆流可送入波导。这保证了波导中的稳定燃料流，如上所 述，这导致了精确的测量。使用燃料泵的另一优点在于不需要附加的 输送设备，有助于测量设备的建造。
根据本发明的第二方面，通过介绍提到的这种测量设备的参考部 分进一步包含多个排流孔。排流孔的一个优点在于可以排出无意中进 入测量设备的参考部分中的多余流体，例如，如果容纳了要测量的液 体的箱倾斜了的话。排流孔的另一优点在于可以排出来自送入波导的 流体流的过量流体。另外，波导中由于凝结而造成的过量流体也可同 等地通过排流孔排出。
注意本发明的带有排流孔的这一方面无需限制为任何特定种类 的测量设备，而是可以应用于任何包含一部分位于流体表面上方的波 导的测量设备。
在本发明第二方面的一个实施方案中，测量设备进一步包含邻近 所述排流孔的吸收结构。吸收结构可以是，例如，吸收布。通过将吸 收结构与排流孔结合使用，可以降低排流孔所引起的波导中声学脉冲
的扰动，从而得到更准确的测量。
吸收结构可以包含主要部分和至少一个末端部分，末端部分位于 主要部分下方。这使得被吸收结构吸收的流体由于虹吸效应而积存在 所述末端中。然后积存的流体可从吸收结构的末端滴下，例如，回到 箱中。
在本发明另一实施方案中，波导位于流体位上方的部分例如参考 部分，位于箱的外部。此外，测量设备包含漏斗结构，其底部末端具 有与箱相连的开口。如此安排漏斗结构以使得测量物体的波导穿过开 口进入箱中。在工作过程中，漏斗结构收集波导的排流孔流出的流体，并将流体通过漏斗结构底部的通道导回到箱中。
漏斗结构可以设计成漏斗结构的内壁从水平面看过去的角度大 于箱的选定的允许最大倾斜角。这意味着只要箱的倾斜小于最大允许 箱倾斜角，漏斗结构的侧壁就具有这样的倾角使得来自参考部分的流 体将沿内侧壁向下流动并被送回到箱中。因此，即使箱倾斜(至某一 限度)了，测量设备也将正常工作，这提高了测量装置的可靠性。优
选的最大允许箱倾斜角在10-35°范围内。


现在将参照附图进一步描述本发明当前优选实施方案，其中
图1为本发明一个实施方案的示意性侧视图，包括用于向波导中 送入流体流的装置；
图2为本发明一个实施方案的示意性部分侧视图，其中参考部分 置于漏斗状结构中；
图3为本发明另一包含虹吸功能的实施方案的示意性部分侧视
图4为本发明一个包含平螺线状参考部分的实施方案的示意性俯
视图5为本发明一个包含螺旋状参考部分的实施方案的示意性侧视
图6示出与图1或图2的设备相关的一系列声学脉冲； 图7为本发明一个具有第二波导和公共参考部分的实施方案的示 意性侧视图8a-8b为本发明一个具有第二波导和公共换能器的实施方案 的示意性侧视图；以及
图9为本发明一个具有第二波导和第二换能器的实施方案的示意 性侧视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的测量设备的优选实施方案。测量设备用于 确定箱中液体位。箱可以是，例如，船或车辆(例如小汽车或卡车) 的燃料箱。要测量的液体可以是，例如水、汽油或柴油等。示于图1 中的箱还含有燃料泵ll。
在图l中，根据本发明的测量设备IO包含波导12，其一端与换 能器14相连，而另一端延伸到箱18中所容纳的流体16中。波导12 延伸到流体16中的端部20具有可以使流体进入波导的开口。另外， 波导延伸到流体中的端部20优选地部分固定到箱18的底部。这确保 了波导12的端部20的位置，并保证了从箱的最底部测量液位。
上述换能器14可以是，例如低成本压电元件，或包含单独的声 音发送器和接收器。换能器与电子控制器22相连，控制器22用于控 制换能器并根据换能器发送和接收的信号计算液位。
此外，波导12包含参考部件26，例如，置于波导内的突起。参 考部件26可以是，例如环形，或者包含置于波导壁中的针。波导12 从与换能器14相连的端部延伸到参考部件26的部分以下称作波导的 参考部分28。波导12从箱20底部到最大箱高度30(即最高的可能液 位)的部分以下称作波导12的测量部分32。波导12在参考部分和测 量部分之间的部分称作"死"部分34。
图1的参考部分具有螺旋形，然而该参考部分可具有其它形状， 例如平螺线形，或更细长的形状。
在测量液位时，从控制设备22向换能器14送入电信号以产生声 音脉冲。声音脉冲从换能器14发送出来通过波导12传到到液体表面 36。声音脉沖被波导的参考部分28的末端处的参考部件26部分反射。 脉沖的剩余部分经过死部分34并穿过测量部分32直到被液体的表面 36反射。这样就有两个反射脉冲回到换能器14。 一个反射脉冲与参考 部件有关，而另一个反射脉冲与液体表面有关。作为对接收到的声音 脉冲的响应，换能器14产生相应的电信号并将其反馈回控制设备22。
波导12的死部分足够长以保证从参考部件26和流体表面36反 射的两个脉冲充分分开从而可以分辨出两个脉冲，即使箱被装满到了顶部，从而脉冲相对靠近地返回到换能器14。
通过知道每个脉冲之间的时间间隔，即每个声学脉冲的传输时
间，以及参考部分28、死部分34和测量部分32的长度，控制设备22
就可以根据下式计算箱中的液位或液体体积
流体位=(参考部分+死部分+测量部分)-(参考部分/REF产SURF 其中"参考部分"、"死部分，，和"测量部分"指的是各项的长度，而
REF和SURF指的是被参考部件和液体表面所反射的脉冲的传输时 间。
这样，通过将波导的总长度减去表面上方的波导长度计算了液 位，而表面上方的波导长度通过声速(-参考部分/REF)乘以时间 SURF来计算。
上面的计算由控制设备22来进行。
测量设备进一步包含波导的参考部分28和从燃料泵11伸出的燃 料回流40之间的连接38。连接38是可以引导流体(例如汽油)的管 子。另外，参考部分28包含多个排流孔42。优选地，参考部分28每 圏螺旋螺线含有大约8个排流孔。
与如上所述的声音脉冲穿过波导12的同时，流体(在此情形中 为燃料)被燃料泵ll通过连接管38抽到参考部分28中。从而，在测 量过程中，燃料流连续地泵入波导12。流经波导12的燃料通过排流 孔42和通过波导12本身返回到箱18中。
另一方面，连续流在波导12中的范围足够大从而可以从燃料流 中释放出气体来，从而测量设备中的气体的组分变得在整个波导中都 基本一致。另一方面，流的范围又足够小从而参考部分28中的声音脉 冲又不会显著地被流体本身影响。
由于在整个波导和参考部分中的独创的并行(concurrent)流体 流，参考部分28中的气体的组分在整个位于流体位上方的波导中都基 本相似。这意味着波导中的声速(它随气体组分而改变)相对于气体 组分进行了补偿。
由于上面的公式使用了根据参考测量的声速以便计算箱18中的液位，获得了非常精确的液位气体组分补偿测量。
在上述实施方案中，测量部分32基本垂直，并实现了液位的绝 对测量。然而，也可以使测量部分倾斜以使其适应不同高度的不同箱。 在该情形中，需要计算液位和箱的最高位面之间的关系以避免进一步 的校正,从而
关系=位面/测量部分
在图1所示的本发明的实施方案中，利用了平面波传播。为了实 现平面波传播，波长必须远大于波导的直径。波长应当大于大约两倍 的直径。声学脉冲的波长优选地在2-10cm之间，这相应于3.4-17kHz的频率，即，并非超声波。由于相对较长的波长，波导也必须 较长。优选地，参考部分的长度长到大约70cm，而死部分的长度长到 大约30cm。
图1中的波导12还可包含附加参考部件，位于与第一参考部件 26相隔已知的距离。当使用例如一个附加参考部分时，又多一个声音 脉冲返回到收发器，由此该脉冲的传输时间被用于计算声音的当前速 度。附加参考部件可以例如位于测量部分中，或位于换能器和第一参 考部件之间。前者在液位较低时导致参考部分更靠近液体。
图2-3示出本发明的实施方案，其中参考部分28位于箱外。图 2-3中的设备具有与图1所示的设备相同的基本结构和特征，在所有 附图中对相同的结构使用了相同的附图标记。
图2示出参考部分28位于箱18外的例如舟中的测量设备。参考 部分28包含多个排流孔42。测量设备进一步包含漏斗状结构44，参 考部分28置于其中。参考部分28呈螺线形，在图2中对准于漏斗44 的内壁46。可选地，参考部分可形成为例如平螺线形，位于漏斗44 中。漏斗44的底端开口 48与箱18相连，波导12通过开口 48进入箱 18中。
箱中液位的测量方式与上面关于图l所描述的类似。 在图2所示的设备中，来自参考部分28中的流体流的多余流体 通过排流孔42排出并经过漏斗44返回到箱18。另外，由例如凝结和/或如果箱倾斜而从箱18进入参考部分28的流体所产生的多余流体可 通过排流孔42和相关的漏斗44排出。只要漏斗的角度A大于箱的倾 斜角度B，流体就会被漏斗44导回箱18。从而，在设计测量设备时， 可选择漏斗44的斜面从而箱测量设备可以进行箱的大至预定最大允 许倾角的测量。在例如舟中，最大允许倾角可以在大约25。量级，从 而漏斗的角度A设为恰大于所选最大允许倾角。
本发明的另一实施方案示于图3中。在图3中，测量设备的参考 部分28形成平螺线形，位于箱外。测量设备进一步包含容器50，平 螺线形参考部分置于其中。容器50具有基本圓形的底盘52和从底盘 边缘向上延伸的侧壁54。容器50通过底盘52处的开孔56与箱相连， 由此波导12通过开口 56进入箱中。容器50进一步包含遍布容器底盘 52并延伸到通向箱的开孔56中的吸收层58。注意吸收层58的下端 60位于通向箱的通道中。吸收层58可以是，例如吸收布，例如海绵 布。
在测量过程中，由例如通过参考部分28的流和/或凝结而产生的 多余流体从排流孔42散发出来并被吸收布吸收。由于吸收布58 的端部60所处的位置比吸收布在容器50的底盘52上的部分要低，因 此流体将聚集在末端60中，并由于虹吸原理而滴回到箱18中。另外， 通过将容器50提升到离箱18的顶表面一定距离C，那么即使整个箱 都倾斜了，只要图3中标为D的距离大于零，就可以使用虹吸功能， 以及测量设备。从而，在设计测量设备时，可以选择容器50高度从而 箱测量设备能够进行大至所需的箱倾角的测量。
如上所述，用于对箱(特别是，例如车辆或舟船中的燃料箱)中 的流体位进行声学测量的设备在现有技术中是众所周知的。在UK专 利申请GB2 164 151中公开了一种这样的设备，该申请公开了用于确 定箱中的液位的声学液位测量仪器。该仪器包含管子，该管子的一端 浸入液体中，另一端具有换能器。管子还具有两个沿管子放置位于管 子两端之间的参考装置。换能器产生源脉冲，源脉沖部分被参考装置 反射，剩下的脉沖能量被液体表面反射，回声之间的时间延迟可用于计算箱中的液位。
在用波导中的声学信号进行测量时，最好使用平面波传播，这使 得例如可以减小干扰。波导中声学信号的平面波传播的一个条件是信 号的波长远大于波导的直径。同时，为了使反射信号能够分开，波导 必须有数个波长那么长。因此，由于波导通常具有一厘米左右级别的 直径，测量仪器中使用平面波传播的波导必须非常长，从几个分米到 大约一米。
然而，这种仪器的缺点在于它太长且需要相对较大的空间。当流 体位测量设备是要用于例如小汽车或卡车中以确定车辆的燃料箱中的 燃料位时，最重要的就是测量设备不会占据太大的空间。在例如小汽 车中的燃料箱周围的空间通常是非常有限的。
因此，本发明的另一方面的目的就在于给出与已知的流体位测量 设备相比有所改进的流体位测量设备。
本发明的这一方面的特定目的在于给出紧凑的，并能以低成本方 式实现的流体位测量设备。
这些和其它目的在下面的描述中将变得清楚，而且已经通过用于 使用低频声学脉冲在箱中测量流体位的设备实现了这些和其它目的， 该设备包含用于发送和接收声学脉冲的换能器，以及一端与所述换能 器相连而另一端延伸到流体中的波导，波导具有位于流体表面上方的 参考部分。波导参考部分具有至少一个位于与流体表面基本平行的平 面中的弯曲。
本发明的这一方面基于这样的理解当在波导中使用低频脉冲和 平面波传播时，可以在一定限度内弯曲和/或绕曲波导，而不会对波导 中的脉沖传播造成负面影响。
波导的参考部分的弯曲的一个优点在于使得能够以更紧凑的方 式实现测量设备。当流体位测量设备要用于例如燃料箱周围的空间通 常非常有限的客车中时，紧凑的尺寸是最根本的。
使用平面波传播和低频信号的另 一优点是在设备中可以使用低 成本的标准电子元件，这使得能够降低制造成本。
ii测量设备的参考部分可以置于装有要测量的流体的容器或箱之 内或之外。优选地，设备的参考部分与箱的顶表面相连。要用测量设 备测量的流体可以是任何流体，包括，但不局限于，气体、柴油或水。
在一个实施方案中，测量设备的波导的参考部分在与要测量的流 体的表面基本平行的平面内具有多个弯曲。例如，参考部分可具有往 复的形状并沿与流体平行的平面前后弯曲延伸。这使得测量设备的尺 寸可以更紧凑。
在另一实施方案中，波导参考部分具有多个位于与流体表面基本
平行的平面内的360°扭转。这些扭转优选地为同轴的，导致例如螺旋 形或平螺线形。通过螺旋形布置参考部分，实现了相对较平的在与流 体表面平行的平面中延伸有限的参考部分。这样的螺旋参考部分可有 利地置于燃料箱的燃料泵周围。在平螺线形情形中，参考部分的高度 仅受波导直径的限制。这使得参考部分可以有非常平的设计，这在测 量设备要与例如汽车的燃料箱相连时是一个主要的优点。
根据本发明又一方面，测量设备包含一端延伸到流体中的第二波 导。这使得能够在箱中的两个不同位置探测流体位，从而可以对几何 形状不规则或受限制的箱中的流体位进行更精确的测量。这样的箱可 以是例如所谓的鞍式箱，箱的空间被箱底端处的凹陷分成两个部分。 测量设备的波导可以容易地延伸到像这样 一种箱的更紧凑和受限制的 部分，而测量点的定位变得更灵活。例如，可以将一个测量点定于通 常环绕燃料泵的容器中，该容器中有箱的最终燃料，从而能够对箱中 最后的燃料进行液位测量。
注意本发明的这一方面无需限制为参考部分的任何特定形式，而 是可以应用于任何测量设备。
第二波导可以例如与第一波导的换能器相连。这样就使用了公共 换能器。这一布置的另 一优点在于只需一个箱开口用于连接测量设备 和箱外的电子设备。这是有利的，因为在世界上某些地方的法规规定 车辆的燃料箱只能有一个开孔。在这一情形中，可以将第二波导与第 一波导一起置于换能器的同一侧，或置于换能器的相对侧，如果换能器用于在这两个方向上都发送和接收脉冲的话。这有助于将两个波导 与换能器相连。
作为替代，第二波导和第一波导可具有公共参考部分。与上面类 似，这一布置只需一个朝向箱的开孔。另一优点在于这使得可以使用 公共换能器和参考部分，降低了制造成本并节省了箱内和箱周围的空 间。
作为第三替代方案，第二波导可以与第二换能器相连。在这一布 置中，测量设备相对较庞大的部分——例如换能器和参考部分——可 以有利地一起置于箱的容积更大的部分中，而只有波导延伸到箱的更 紧凑和受限制的部分中。
图4和5示出根据本发明的两个实施方案的流体位测量设备。在 这两幅图中，相同的附图标记用于相同的结构。
测量设备与容器或箱相连。箱可以是例如舟船或车辆(例如小汽 车或卡车)的燃料箱。要测量的流体可以是，例如液体，例如汽油、 柴油或水等。示于图4和图5中的箱还含有燃料泵lll。
在图4中，根据本发明的测量设备110包含一端与换能器114相 连而另一端延伸到装在箱118中的流体116中的波导112。波导112 延伸到流体116中的末端120具有可以使流体进入波导的开孔。此外， 波导延伸到流体中的末端120优选地部分固定在箱118的底部上。这 确保了波导112的末端120的位置，并使得可以从箱的最底部进行流 体位测量。
图4中的波导从换能器基本直线地向下延伸穿过箱。然而，测量 点(即波导的末端120)可以置于箱中的任何地方。例如，测量点可 置于箱底部正中，即使这样换能器也可以置于例如箱的顶角中。
上述换能器114可以是例如低成本压电元件，或者分开的声音发 送器和声音接收器。换能器与电子控制设备122相连，后者控制换能 器并根据换能器发送和接收的信号计算流体位。
此外，波导112包含参考部件126，例如位于波导内的突起。参 考部件126可以是，例如环形，或者包含置于波导壁中的针。波导112从与换能器114相连的末端延伸到参考部件126的部分以下称作波导的参考部分128。波导112从箱120的底部延伸到最大箱高度130(即最高的可能流体位)的部分以下称作波导112的测量部分132。波导112处于参考和测量部分之间的部分称作"死"部分134。
在测量流体位时，来自控制设备122的电信号送入换能器114以产生声音脉沖。参见图6a，声音脉冲A从换能器114发出并穿过波导112朝向流体表面136。然后，如图6b所示，声音脉冲A被参考部件126部分反射，反射脉冲B朝换能器返回。脉沖的剩余部分A，经过死部分134并穿过测量部分132直到它被流体表面136反射。这样，如图6c所示，两个反射脉冲B和C返回到换能器114。 一个反射脉冲B与参考部件相关，另一个反射脉冲C与流体表面相关。作为对接收到的声音脉冲的响应，换能器114产生相应的电信号并将其反馈回控制设备122。
死部分134足够长以确保两个脉沖B和C充分分开从而即使箱装满到了顶部两个脉冲也可以分辨出来，并且脉沖B和C以相对较近的接近程度返回到换能器。
通过知道每个脉冲之间的时间间隔，即每个声学脉冲的传输时间，以及参考部分128、死部分134和测量部分132的长度，控制设备122就可以根据下面的公式计算箱中的流体位或流体体积
流体位- (参考部分+死部分+测量部分)-(参考部分/REF"SURF
其中"参考部分"、"死部分，，和"测量部分"分别指的是每一项的长度，而REF和SURF分别指的是被参考部件和流体表面反射的脉冲A和B的传输时间。
在上面的公式中，通过将波导的总长度减去波导位于表面上方的长度来计算流体位。波导位于表面上方的长度通过声速(-参考部分/REF)乘以时间SURF来计算。声速通常随温度和气体组分而改变。然而，由于上面的公式使用了根据参考测量的声速，总的测量对温度和气体组分相对不敏感。
在上面的实施方案中，测量部分132基本垂直且实现了对流体位的绝对测量。然而，还可以倾斜测量部分以使其适合高度不同的不同箱。在此种情形中，计算流体位和箱的最高位面之间的关系以避免进
一步的校准是有利的，由此关系=位面/测量部分
根据本发明，波导的参考部分128在基本平行于流体表面136的平面中绕曲。在图4所示的实施方案中，参考部分128呈平螺线形。这确保与箱相连的测量设备占据尽可能小的空间。在图4中，波导的
参考部分128连同换能器114置于箱118的鼓起138中，而电子控制设备122置于箱外。
可选地，波导的参考部分可以是螺旋形的，如图5所示，在图5中，参考部分128布置在燃料泵111周围，从而利用了所迷燃料泵周围的空间。螺旋参考部分128还可以以与上面就平螺线形参考部分所讨论的类似的方式放置，即置于独立于燃料泵的箱的内部，例如置于箱的天花板中的鼓起中，或就是置于箱外。
在图4和图5所示的本发明的实施方案中，使用了平面波传播。为了实现平面波传播，波长要远大于波导直径。波长应当大于直径的约两倍。声学脉沖的波长优选地在大约2-10cm间隔范围，这相应于大约3， 4-17kHz的频率，即，并非超声波。由于相对较长的波长，波导也必须较长。优选地，参考部分的长度长到大约70cm,而死部分的长度长到大约30cm。
再参见图4和图5中的实施方案，波导的参考部分128与换能器114 一起置于箱118中，而电子控制设备122置于箱外。可选地，控制设备可以与换能器一起置于箱内。然而，也可以将换能器和控制设备一起置于箱外，或将参考部分以及因而换能器和控制设备全都置于箱外。
图4和5中的波导还可以包含与第一参考部件126相隔已知距离的附加参考部件。当使用例如一个附加参考部件时，再多一个声音脉冲返回到接收器，该脉冲的传输时间被用于计算声音的当前速度。附加参考部件可以例如置于测量部分中，或置于换能器和第一参考部件之间。前者使得在流体位低时参考部分更靠近流体。
图7-9示出本发明第二方面的实施方案，其中可以在箱中的两 个不同位置测量流体位。图7-9中的测量设备具有与图4和5中的设 备相同的基本结构和特征，在所有附图中相同的附图标记用于相同的 结构。
图7示出与图5中类似的测量设备110,进一步包含第二波导140， 它与死部分134的末端相连并延伸到流体116中。第二波导延伸到流 体中的末端142具有开孔可以让流体进入波导140。此外，末端142 优选地置于与第一波导112的端部120不同的位置处，并部分固定在 箱118的底部上以确保波导末端的位置。
图7中的箱118为所谓的鞍式箱，在箱底有凹陷144，波导112、 140置于凹陷144的两侧上。由此，可以进行更精确的箱内流体位测 量。此外，测量设备被建成仅有一个参考部分128以及一个换能器114 和控制设备122，这使得设备的成本更低，并且使得测量设备只需在 箱118上有一个开孔，即使该设备特征在于两个分开的测量点。
在测量流体位时，和上面所描述的一样，从换能器114发出声音 脉沖。在被参考部件126部分反射并通过死部分134之后，脉沖分解 并分别穿过测量部分132和第二波导140，并被每个波导132、 140中 的流体表面136反射。从而三个反射脉冲返回到换能器114。 一个反 射脉冲与参考部件126相关，一个与测量部分132处的流体表面相关， 而一个与第二波导140处的流体表面相关。测量部分132和第二波导 140应当长度不同从而可以将两个回声分辨出来。
知道了每个脉冲所消耗的时间，以及参考部分、死部分和延伸到 流体中的波导的距离，就可以计算箱中的流体位或流体体积。计算由 电子控制设备122来进行。
作为图7的替代，笫二波导140可以与换能器114相连，示于图 8a和8b中。在图8a-8b中，与第一波导112类似，第二波导140包 含参考部分148、死部分150和测量部分152。可以将第二波导140 与第一波导112—样置于换能器114的同一侧(图8a)，或置于换能器114的另一侧(图8b)。在图8b中，换能器114向两个方向发送 脉冲。
在测量图8a和8b中的流体位时，声音脉沖从换能器114发送出 来并穿过波导112、 140朝向流体表面136。声音脉冲被每个波导的参 考部分末端处的参考部件126、 154部分反射。参考部分128、 148使 得与参考部件相关、返回到换能器114的回声可以分隔开。脉冲的剩 余部分经过死部分134、 150并分别穿过第一和第二波导的测量部分 132、 152，并被流体表面反射。
从而，四个反射脉冲返回到换能器112。 一个反射脉沖与第一波 导的参考部件126相关， 一个与第二波导的参考部件154相关， 一个 与第一波导的测量部分132处的流体表面相关，而一个与第二波导的 测量部分152处的流体表面相关。第一和第二波导的测量部分应当长 度不同从而可以将两个回声分辨出来。
知道了每个脉冲所消耗的时间，以及参考部分、死部分和延伸到 流体中的波导的距离，就可以计算箱中的流体位或流体体积。计算由 电子控制设备来进行。
作为第三替代方案，波导140可以与第二换能器156相连，如图 9所示。第二波导140和第二换能器156具有与图4中的第一波导112 和第一换能器114相同的结构和功能。测量部分置于箱中的不同位置 从而可以得到流体位的更精确读数。换能器可优选地置于箱中的相同 区域中，并与单个电子控制设备122相连，后者根据第一和第二换能 器114、 156以及波导112、 140的单独读数计算总的流体位。
在图7-9所示的实施方案中，两个测量点的使用还使得能够进 行不依赖于箱的倾斜的流体位测量。对于箱绕单个轴的旋转运动，在 箱的每一侧都放置一个波导，由此计算回声脉冲接收的时间差以进行 倾斜补偿流体位测量。
本发明并不局限于上述实施方案。本领域技术人员将能认识到， 可以有变体和调整，不偏离所附权利要求所要求的本发明的范围。
例如，排流孔方面，可以与任何需要将多余流体排出波导的测量设备结合。
而且，附加测量波导可以与测量设备相连，这使得可以从箱的不 同部分进行测量。在这一情形中，可以使用公共换能器和参考部分。 此外，吸收布可以与任何结构(例如上面讨论的漏斗)结合使用。 尽管在上述实施方案中使用了声学脉沖，本发明的测量设备还可 以使用其它测量方式，例如驻波测量。
此外，图7-9中的测量设备的参考部分28、 48为螺旋形并围绕 箱18的燃料泵11。然而，参考部分还可以置于与燃料泵无关的位置 处，或者在箱内，或者在箱外。参考部分还可以具有其它形状，例如 平螺线形，如图4所示。
尽管在例如图7-9所示的测量设备中使用了两个波导，然而还 可以使用更多的波导以增加测量点的数目。
另外，多波导这一设计还可与任何传统设备相结合。
此外，延伸到流体中的波导可以呈圆锥形，从而波导末端底部处 的直径大于波导顶部的直径。这使得可以有更好的间隙角(relief angle )。
另外，整个或部分波导可以具有圆形、矩形或扁平等的横截面设计。
权利要求
1. 一种用于使用低频声学脉冲来测量箱(118)中的流体(116)位面的设备，所述设备包含-换能器装置(114)，用于发送和接收声学脉冲，以及-波导(112)，与所述换能器(114)相连并延伸到流体(116)中，所述波导具有位于流体表面上方的参考部分(128)，其特征在于所述波导参考部分(128)在基本平行于流体(116)表面的平面内具有至少一个弯曲。
2. 根据权利要求l的设备，其中所述波导参考部分(128)在所 述平面中具有多个弯曲。
3. 根据权利要求1或2的设备，其中所述波导参考部分(128) 在所述平面内具有多个360°扭转。
4. 根据权利要求3的设备，其中所述波导参考部分(128)是螺 旋形的。
5. 根据权利要求3的设备，其中所述波导参考部分(128)具有 平螺线形状。
6. 根据权利要求1-5中任一项的设备，进一步包含延伸到流体 (116)中的第二波导(140)。
7. 根据权利要求6的设备，其中所述波导(112)和所述第二波 导(140)分别在换能器(114)的相对侧与所述换能器相连。
8. 根据权利要求6的设备，其中所述波导(112)和所迷第二波 导(140)具有公共参考部分(128)。
9. 根据权利要求6的设备，进一步包含第二换能器(156)，所 述第二波导(140)与所述第二换能器相连。
10. 根据权利要求6-9中任何一个的设备，进一步包含置于箱 外的电子控制设备(122)，而换能器置于箱内。
全文摘要
本发明流体位测量设备涉及用于对箱(18)的液体(16)位面进行气体组分补偿声学测量的设备(10)。该设备包含置于所述液体之外的换能器(14)，用于发送和接收声学信号，以及与所述换能器相连并延伸到液体中的波导(12)。该设备进一步包含用于将流体流从所述箱送入所述波导的位于液位上方的部分中的装置。这使得波导位于液面上方的整个部分中气体组分基本相似，从而利用波导中的声速进行的位面测量变得非常精确，这一声速是与气体组分相关的。
文档编号G01F23/296GK101458113SQ20081017383
公开日2009年6月17日 申请日期2004年10月15日 优先权日2003年10月15日
发明者简·博斯特伦 申请人:艾克森塞股份公司