用天线元件感测容器中一定体积液体的液位的系统和方法与流程

优先权要求本申请要求于2019年6月5日提交的、标题为“systemsandmethodsforsensingalevelofavolumeofaliquidinacontainerusingoneormoreantennaelements”的序列号62/857,308的美国临时申请的优先权权益，所述申请通过引用并入本文。本公开大体涉及感测容器中一定体积的液体的液位，并且更具体地涉及使用一个或多个天线元件感测容器中体积液位的系统和方法。
背景技术：
：已知各种形式的电感式和电容式传感器用于检测容器中一定体积的液体的液位。然而，这样的传感器通常需要精确、复杂的部件，这些部件可能造价昂贵。因此，改进的传感器将在本领域中受到欢迎。技术实现要素：本公开的实施例的各个方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述中获知，或者可通过实施例的实践获知。本公开的一个示例方面针对一种液体液位传感器系统。该系统可以包含配置为容纳一定体积的液体的容器和靠近该一定体积的液体布置的单极天线。该系统可以包含射频电路，该射频电路配置为将射频信号施加到单极天线，并且基于单极天线的射频特性来提供指示容器内一定体积的液体的液位的一个或多个信号。参照以下描述和所附权利要求，将更好地理解各种实施例的这些特征、方面和优点和其他特征、方面和优点。并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与描述一起用作解释相关原理。附图说明在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的实施例的详细讨论，该说明书参照了附图，其中：图1示出了根据本公开的方面的系统的实施例，该系统包含用于感测容器中一定体积的液体的液位的单个天线。图2示出了根据本公开的方面的系统的另一实施例，该系统包含用于感测容器中一定体积的液体的液位的一对天线。图3示出了根据本公开的方面的射频电路的实施例；图4示出了根据本公开的方面的用于感测容器中一定体积的液体的液位的方法的实施例的流程图；图5示出了根据本公开的方面的、用于容纳各种液位的液体的容器的耦合。图6是根据本公开的方面的、图2的系统在液体的各种液位下相应的峰值耦合的频率的曲线图；图7a示出了根据本公开的方面的、空状态下的图2的系统的第一单极天线与第二单极天线之间的隔离/耦合响应、第一单极天线的第一回波损耗，以及第二单极天线的第二回波损耗；图7b示出了根据本公开的方面的、25％满时的图2的系统的第一单极天线与第二单极天线之间的隔离/耦合响应、第一单极天线的第一回波损耗，以及第二单极天线的第二回波损耗；图7c示出了根据本公开的方面的、50％满时的图2的系统的第一单极天线与第二单极天线之间的隔离/耦合响应、第一单极天线的第一回波损耗，以及第二单极天线的第二回波损耗；图7d示出了根据本公开的方面的、100％满时的图2的系统的第一单极天线与第二单极天线之间的隔离/耦合响应、第一单极天线的第一回波损耗，以及第二单极天线的第二回波损耗；图8a示出了在每个体积液位(充满的百分比)下第一单极天线的图7a至7d的第一回波损耗；以及图8b示出了在每个体积液位(充满的百分比)下第二单极天线的图7a至7d的第二回波损耗。具体实施方式现在将详细参照实施例，在附图中示出了实施例的一个或多个示例。通过对实施例的解释而非限制本公开的方式来提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，旨在本公开的各个方面都覆盖这样的修改和变型。本公开的示例方面针对用于感测容器中一定体积的液体的液位的系统和方法。天线(例如，单极天线)可以靠近该一定体积的液体布置。射频电路可配置为将射频信号施加到单极天线，并且基于天线的射频特性来提供指示容器内一定体积的液体的液位的一个或多个信号。示例射频特性包含耦合(例如，在单极天线与附加单极天线之间)、回波损耗、插入损耗和/或任何其他合适的射频特性。在一些实施例中，射频电路可配置为将附加射频信号施加到附加单极天线。射频电路(例如，其处理电路)配置为计算单极天线与附加单极天线之间的耦合(也称为隔离)。射频电路可以基于耦合来确定指示容器中一定体积的液体的液位的(一个或多个)信号。例如，处理电路可配置为检测单极天线之间的耦合的峰值。处理电路可配置为基于检测到的峰值来计算液体的液位。例如，射频电路可以采用查找表、(例如，凭经验或理论确定的)相关公式和/或任何其他合适的手段，以基于检测到的峰值来计算液体液位。在其他实施例中，可以使用回波损耗。例如，射频电路可以基于第一单极天线和/或第二单极天线(如果存在)的回波损耗来提供指示容器内一定体积的液体的液位的信号。例如，射频电路在测试频率(例如150mhz)下检测(一个或多个)回波损耗。随着液体体积的改变，测试频率下的回波损耗也可能会改变。通过将预测的液体体积与在测试频率下检测到的回波损耗进行相关(例如，通过查找表、相关公式等)，处理电路可以确定预测的容器中液体的体积。本发明的发明人已经发现，与检测一个或多个单极天线的回波损耗相比，使用单极天线之间的峰值耦合来检测容器中液体体积提供了各种益处。例如，已经发现耦合通常具有与液体体积良好相关的单一峰值(例如，在一些实施例中，在1ghz以下)。相反，通常回波损耗并未呈现出与一定体积的液体的液位存在这种关系。另外，一对单极天线之间的耦合可能比单个单极天线的回波损耗更不容易受到干扰。因此，使用耦合通常对电磁干扰或噪声或附近导电物体的存在更为鲁棒。然而，如上所述，根据本公开的方面，单个单极天线的回波损耗仍可以用于提供指示容器中一定体积的液体的液位的信号。在一些实施例中，根据本公开的方面的液体液位传感器系统可以包含：配置为容纳一定体积的液体的容器；以及靠近该一定体积的液体布置的单极天线。该系统可以包含射频电路，该射频电路配置为将射频信号施加到单极天线，并且基于单极天线的射频特性来提供指示容器内一定体积的液体的液位的一个或多个信号。在一些实施例中，单极天线可以耦合到容器的外表面。在一些实施例中，单极天线可被布置为距离一定体积的液体小于5厘米，在一些实施例中小于4厘米，在一些实施例中小于3厘米，在一些实施例中小于2厘米，以及在一些实施例中小于约1厘米。在一些实施例中，单极天线可以在一定体积的液体之外。在一些实施例中，系统可以进一步包含与单极天线平行布置的附加单极天线。附加单极天线可以相对于容器与单极天线相对放置。单极天线的长度可以大致等于附加单极天线的长度。在一些实施例中，单极天线可以在第一方向上具有第一长度，并且附加单极天线可以在第一方向上具有第二长度。第一长度与第二长度之比的范围可在约0.5至约2，在一些实施例中为约0.6至约1.7，在一些实施例中为约0.7至约1.5，在一些实施例中为约0.8至约1.2，在一些实施例中为约0.9至约1.1，在一些实施例中为约0.95至约1.05，以及在一些实施例中为约0.98至约1.02。在一些实施例中，射频电路可配置为将附加射频信号施加到附加单极天线。在一些实施例中，射频电路可配置为计算单极天线与附加单极天线之间的耦合。射频电路可配置为基于耦合确定指示容器中一定体积的液体的液位的(一个或多个)信号。在一些实施例中，射频电路可配置为在测试频率下计算单极天线与附加单极天线之间的峰值耦合值，并且其中指示一定体积的液体的液位的一个或多个信号与测试频率下的耦合呈正相关。在一些实施例中，射频电路可配置为将附加射频信号施加到附加单极天线；计算单极天线与附加单极天线之间的峰值耦合频率；并且基于峰值耦合频率来确定由射频电路提供的指示一定体积的液体的液位的一个或多个信号。在一些实施例中，射频电路可配置为计算射频信号的回波损耗。指示容器内一定体积的液体的液位的(一个或多个)信号可以基于回波损耗。在一些实施例中，容器可以包含塑料。然而，应当理解，容器通常可以包含各种合适的材料，诸如陶瓷、玻璃、金属或聚合材料(例如，树脂)。在一些实施例中，容器通常可以是不导电的，以防止对(一个或多个)天线的射频信号的干扰。在一些实施例中，单极天线可以在与竖直方向形成角度的方向上伸长。该角度的范围可在0度至约70度。例如，在一些实施例中，单极天线可以与竖直方向对准(例如，角度可以是0度)。本公开的另一个示例方面涉及一种用于检测液体的液位的车辆传感器系统。车辆传感器系统可以包含：配置为容纳一定体积的液体的容器；以及靠近该一定体积的液体布置的单极天线。车辆传感器系统可以包含射频电路，该射频电路配置为将射频信号施加到单极天线，并且提供指示容器内一定体积的液体的液位的一个或多个信号。在一些实施例中，液体可以包含油、冷却剂流体、动力转向流体、制动流体或挡风玻璃刮水器流体中的至少一种。在一些实施例中，车辆传感器系统可以进一步包含与单极天线平行布置的附加单极天线。在一些实施例中，附加单极天线可以相对于容器与单极天线相对放置。在一些实施例中，单极天线的长度可以大致等于附加单极天线的长度。在一些实施例中，单极天线可以在第一方向上具有第一长度，并且附加单极天线可以在第一方向上具有第二长度。第一长度与第二长度之比的范围可在约0.5至约2，在一些实施例中为约0.6至约1.7，在一些实施例中为约0.7至约1.5，在一些实施例中为约0.8至约1.2，在一些实施例中为约0.9至约1.1，在一些实施例中为约0.95至约1.05，在一些实施例中为约0.98至约1.02。在一些实施例中，射频电路可以被配置为将附加射频信号施加到附加单极天线，并且计算单极天线与附加单极天线之间的耦合。射频电路可以被配置为基于耦合来确定由射频电路提供的(一个或多个)信号。在一些实施例中，射频电路可以被配置为在测试频率下计算单极天线与附加单极天线之间的峰值耦合值。射频电路提供的(一个或多个)信号可以与测试频率下的耦合呈正相关。在一些实施例中，测试频率在约50mhz至约5ghz的范围内，在一些实施例中为约70mhz至约4ghz，在一些实施例中为约80mhz至约3ghz，以及在一些实施例中为约100mhz至约约2ghz。可以基于系统的各种特性来选择测试频率，诸如容器的大小、容器的材料的类型、容器中液体的类型，或可能影响天线的射频特性的任何其他合适的特性。在一些实施例中，射频电路可以进一步配置为：将附加射频信号施加到附加单极天线；计算单极天线与附加单极天线之间的峰值耦合频率；并基于峰值耦合频率确定射频电路提供的(一个或多个)信号。在一些实施例中，容器可以包含塑料。在一些实施例中，单极天线可以在与竖直方向形成角度的方向上伸长。该角度的范围可在0度至约70度。本公开的另一示例方面涉及用于感测容器中一定体积的液体的液位的方法。该方法可以包含将第一射频信号施加到靠近该一定体积的液体布置的第一单极天线；将第二射频信号施加到靠近该一定体积的液体布置的第二单极天线；基于第一单极天线与第二单极天线之间的耦合，提供指示容器内一定体积的液体的液位的一个或多个信号。图1示出了用于感测容器106中一定体积的液体104的液位102的系统100的实施例。容器106可配置为容纳液体104。系统100可以包含靠近容器106的外表面110布置的单极天线108。如本文中使用的，“靠近”可以指单极天线108的位置足够接近液体104，使得容器106中一定体积的液体104的液位102影响单极天线108的射频特性达到可测量的程度。例如，单极天线108可以耦合到容器106的外表面110。例如，单极天线108可以布置成距一定体积的液体104小于5厘米。在一些实施例中，单极天线108可以位于一定体积的液体104之外。然而，在其他实施例中，单极天线108的至少一部分可以接触或浸入一定体积的液体104内。单极天线108可以在方向111上伸长，该方向111与竖直方向112形成范围从0度至约70度的角度。当在本文中关于数值使用术语“约”时，其可以指数值的正负10％。在该示例中，角度可以是0度，使得单极天线106在竖直方向112上伸长。单极天线106可以在方向111上具有大致等于容器的长度116的长度114。系统100可以包含射频电路114，所述射频电路114被配置为将射频信号施加到单极天线108，并且基于单极天线108的射频特性来提供指示容器106内一定体积的液体104的液位102的一个或多个信号。图2示出了用于感测容器206中一定体积的液体204的液位202的系统200的实施例。容器206可配置为容纳液体204。系统200可以包含靠近容器206的外表面210布置的第一单极天线208。如本文中使用的，“靠近”可以指第一单极天线208的位置足够接近液体204，使得容器206中一定体积的液体204的液位202影响第一单极天线208的射频特性达到可测量的程度。例如，第一单极天线208可以耦合到容器206的外表面210。第一单极天线208可以布置成距一定体积的液体204小于5厘米。在一些实施例中，单极天线208可以位于一定体积的液体204之外。然而，在其他实施例中，第一单极天线208的至少一部分可以接触或浸没在一定体积的液体204内。第一单极天线208可以在第一方向211上伸长，该第一方向211与竖直方向212形成从0度至约70度的角度。例如，在该示例中，角度可以是0度，使得第一单极天线208在竖直方向212上伸长。第一单极天线208可以在第一方向211上具有大致等于容器206的长度216的第一长度214。系统200可以包含与第一单极天线208平行布置的第二附加单极天线218。例如，第二附加单极天线218可以相对于容器206与第一单极天线208相对放置。容器206可以具有大体圆形的横截面，并且天线208、218可以相对于容器206的大体圆形的横截面彼此相对。第二附加单极天线218可以靠近容器206的外表面210，使得容器206中一定体积的液体204的液位202影响第二单极天线218的射频特性达到可测量的程度。例如，第二单极天线218可以耦合到容器206的外表面210。例如，第二单极天线218可以被布置成距离一定体积的液体204小于5厘米。单极天线218可以位于一定体积的液体204之外。然而，在其他实施例中，第二单极天线218的至少一部分可以接触或浸没在一定体积的液体204内。在一些实施例中，第一单极天线208的第一长度214可以具有大致等于第二附加单极天线208的第一长度214的第二长度220。例如，第一长度214与第二长度220之比的范围可在约0.5至约2，在一些实施例中为约0.6至约1.8，在一些实施例中为约0.7至约1.5，在一些实施例中为约0.8至约1.2，并且在一些实施例中为约0.9至约1.1，例如，约为1。第一单极天线208可以在与第一方向211垂直的第二方向222上与第二单极天线218间隔开间隔距离224。第一单极天线208的第一长度214与间隔距离224之比的范围可从约0.5至约2。系统200可以包含射频电路215，该射频电路215配置为将射频信号施加到第一单极天线208和/或第二单极天线218。射频电路215可配置为将附加射频信号施加到第二单极天线208。射频电路215可以包含配置为计算第一单极天线208与第二单极天线218之间的耦合的处理电路。射频电路215(例如，其处理电路)可配置为基于耦合来确定指示容器206中一定体积的液体204的液位202的(一个或多个)信号。例如，射频电路215可配置为在测试频率下计算第一单极天线208与第二单极天线218之间的峰值耦合值。指示一定体积的液体的液位的(一个或多个)信号可以与测试频率下的耦合呈正相关。作为另一个示例，射频电路215可配置为计算第一单极天线208与第二单极天线218之间的峰值耦合(最小隔离)频率。射频电路215可配置为基于峰值耦合(最小隔离)频率来确定由射频电路215提供的指示一定体积的液体204的液位202的(一个或多个)信号。图3示出了根据本公开的方面的射频电路300的实施例。射频电路300可以对应于图2的射频电路215。射频电路300可以包含与单极天线(例如，第一单极天线或第二单极天线)电耦合的射频发生器302。射频电路300可配置为将射频信号施加到单极天线。射频发生器302可配置为将射频信号施加到单极天线。可以选择射频信号以具有各种合适的属性，诸如频率、幅度等。例如，射频信号可以包含固定幅度的正弦信号。固定幅度的正弦信号可以具有范围从约50mhz至约2ghz的频率。可以基于系统的特性来选择由射频发生器302施加的射频信号的特性(例如，幅度、频率等)。示例特性包含(一个或多个)单极天线的大小或谐振频率、容器的性质(例如材料、大小、尺寸等)。射频电路300可以包含与单极天线电耦合并且配置为检测由单极天线反射的射频信号的频谱分析器304。射频电路300可以与分离器306耦合。分离器306可以具有第一端口308、第二端口310和第三端口312。分离器306的第一端口308可以连接至单极天线(例如，通过第一电缆314)。分离器306的第二端口310可以连接至射频发生器302(例如，通过第二电缆316)。第三端口312可以连接至频谱分析器304(例如，通过第三电缆318)，使得射频发生器302和频谱分析器304中的每一个在同一位置处有效地与单极天线电耦合。图4示出了根据本公开的方面的用于感测容器中一定体积的液体的液位的方法400的实施例的流程图。尽管图4出于说明和讨论的目的描绘了以特定顺序执行的步骤，但是本文讨论的方法不限于任何特定顺序或排列。使用本文提供的公开内容的本领域技术人员将理解，在不背离本公开的范围的情况下可以以各种方式省略、重新排列、组合和/或改编本文公开的方法的各个步骤。并且，本文中可以参照以上参照图1至图3描述的系统100、200来描述方法400。然而，应当理解，所公开的方法400可以用于感测具有任何合适配置的容器中一定体积的液体的液位。方法400可以包含，在(402)处，将第一射频信号施加到靠近一定体积的液体布置的第一单极天线，例如，如以上参照图1至图3所描述的。方法400可以包含，在(404)处，将第二射频信号施加到靠近一定体积的液体布置的第二单极天线，例如，如以上参照图2和图3所描述的。方法400可包含，在(406)处，基于第一单极天线与第二单极天线之间的耦合，提供指示容器内一定体积的液体的液位的一个或多个信号，例如，如以上参照图2和图3所描述的。示例制造类似于图2的系统200的用于检测液体的液位的系统并对其进行测试。所制造的系统包含了一对以上参照图2所描述的单极天线208、218。图5示出了单极天线与容纳各种液位的液体的容器之间的耦合(也称为隔离)。更具体地，在容器为0％满(空)、25％满、50％满和75％满的情况下测量单极天线之间的耦合。下表列出了耦合值的相应峰值处的频率值。充满的百分比频率(mhz)耦合(db)0362-2.33125315-2.8150220-1.1475171-1.271图6在此示例中绘制了相应峰值处的频率值与容器中液体的液位的关系。如图6中由趋势线602所示，在频率与容器中液体的液位之间存在可确定的关系。在此示例中，通过以下多项式关系来近似所述关系，其中l代表一定体积的液体的液位(充满的百分比)，f代表一对单极天线之间的峰值耦合的频率：l＝-2e-05(f)3+0.0151(f)2-4.2185(f)+450.65因此，可以基于检测到的峰值耦合频率来估计容器的液位。射频电路(例如，其处理电路)可以配置为使用像上述的等式生成指示液体的液位的信号，可以采用查找表，或者可以使用任何其他合适的方法，以基于检测到的峰值耦合频率生成信号。图7a至7d示出了表5中列出的容器体积的每个液位处的第一单极天线的第一回波损耗、第二单极天线的第二回波损耗，以及单极天线之间的耦合。更具体地，下表示出了每个液位对应的图：图充满的百分比7a07b257c507d75图8a示出了在每个体积液位(充满的百分比)下的图7a至7d的第一单极天线的第一回波损耗。图8b示出了在每个体积液位(充满的百分比)下的第二单极天线的第二回波损耗。如图8a和8b所示，回波损耗与容器中液体的液位之间存在相关性。如图8a和8b所示，在给定的测试频率(低于约180mhz)下，回波损耗随液体液位的增加而减小。因此，在一些实施例中，射频电路可以基于第一单极天线(和第二单极天线，如果存在的话)的回波损耗来提供指示容器内一定体积的液体的液位的信号。射频电路的处理电路可以将在测试频率(例如150mhz)下检测到的回波损耗与液体的预测体积进行相关(例如，通过查找表、相关公式等)。然而，本发明人发现，与检测一个或多个单极天线中的回波损耗(例如，如以上参照图1所描述的)相比，检测一对单极天线之间的峰值耦合以检测容器中一定体积的液体(例如，如以上参照图2所描述的)提供了多种益处。例如，已经发现耦合在较低频率(例如，在该示例中，在1ghz以下)下通常具有单一最小值，该最小值与液体的体积良好相关。相反，如图8a和8b所示，回波损耗与一定体积的液体的液位没有表现出这种关系。另外，耦合可能相比单个单极天线的回波损耗更不容易受到干扰。因此，使用耦合通常对电磁干扰或噪声或附近导电物体的存在更为鲁棒。然而，如上所述，根据本发明的方面，回波损耗仍可用于检测容器中一定体积的液体的液位。尽管已经针对本主题的特定示例实施例对本主题进行了详细描述，但是应当理解，本领域技术人员在对前述内容的理解之后，可以容易地对这些实施例进行更改、变型和等同。因此，对于任何本领域普通技术人员而言显而易见的是，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且本公开不排除包含对本主题的这种修改、变型和/或添加。当前第1页12