专利名称：机电流体传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体传感器，更具体而言，涉及机电流体传感器系统和用于控制机电流体传感器系统的方法。
背景技术：
在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的 工作(在背景技术部分描述的程度上)和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各 方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。柴油马达在燃烧室中燃烧柴油燃料，以产生可以用来推动车辆的扭矩。如果水渗 入柴油燃料，可降低柴油燃料的润滑性，从而导致发动机的部件的磨损增加。例如，将柴油 燃料输送到燃烧室的燃料输送系统可包括依赖于柴油燃料的润滑特性的紧密配合部件。仅 作为例子，水与高速流动的燃料混合可磨损高度抛光的阀座和精细的喷嘴口。此外，水可包含生物和化学杂质，这可能对发动机部件造成腐蚀。水渗入也可对采 用其他类型的燃料(例如汽油)的发动机产生负面影响。因此各种发动机可包括水分离器， 其试图从燃料供应中去除水。现在参照图1，示出了包括水分离器的示例性发动机系统。燃料箱102提供燃料 到燃料/水分离器104。燃料/水分离器104从燃料中分离水并且将燃料导入发动机106。 燃料/水分离器104包括分离筒108，分离的水收集在该分离筒中。分离筒108可包括阀110，该阀110可以被打开以从分离筒108中排出水。分离筒 108可以是透明的，以允许视觉观察分离筒108中的水位。传统上，需要周期性观察分离筒 108以确保分离筒108中的低水位。一旦分离筒108充满了水，可损害燃料/水分离器104 的操作。一些系统可在分离筒108中包括电极。电势施加到该电极上，由于水的导电性比 燃料好，水的存在由电极间更高的电流指示。但是，随着时间，电极可由于水和其他杂质的 存在而腐蚀，这不利地影响其导电性。

发明内容
一种传感器系统，包括传感器和控制模块。该传感器包括电致动的运动构件。所 述传感器与分离器的容器流体连通，所述分离器从燃料中分离第一流体。控制模块选择性 地将电流供应到传感器，以致动所述构件。所述控制模块测量所述电流，并确定所述电流的 参数。控制模块根据所述参数识别所述容器中存在或者不存在所述第一流体。
一种方法，包括选择性地将电流供应到传感器，以致动传感器的可动构件。所述传 感器与分离器的容器流体连通，所述分离器从燃料中分离第一流体。该方法还包括测量供 应到传感器的所述电流；确定所述电流的参数；以及根据所述参数识别所述容器中存在或 者不存在所述第一流体。从下面提供的详细描述可以清楚地了解本发明的其他应用领域。应当理解，这些 详细描述和具体例子是仅仅用于图示，并不意味着限制本发明的范围。


从详细描述和附图将更全面理解本发明，其中图1是根据现有技术的包括水分离器的示例性发动机系统的功能框图；图2是根据本发明的原理的包括水分离器的示例性发动机系统的功能框图；图3是分离筒和根据本发明的原理的传感器的示例性实施方式的局部剖视图；图4是根据本发明的原理的螺线管的电流的三条示例性迹线的曲线图；图5是根据本发明原理的包括传感器控制模块的一种示例性实施方式的传感器 系统的功能框图；图6是示出了根据本发明的原理的在分析电流信号中进行的示例性步骤的流程 图；以及图7A-7C是根据本发明原理的其他传感器系统的功能框图。
具体实施例方式下面的描述的性质仅仅是示例性的，决不意味着限制本发明、其应用或者使用。为 了清楚，各视图中采用相同的附图标记表示相同的元件。如这里使用的，用语A、B和C中的 至少一个，应当被理解为采用非排他性逻辑“或”的一种逻辑(A或B或C)。应当理解，一个 方法中的步骤可以以不同的顺序执行，而不会改变本发明的原理。如这里使用的，术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或者多个 软件或者固件程序的处理器(共享、专用或者群)和存储器、组合逻辑电路、和/或其他提 供所描述的功能的合适的部件。现在参照图2，提供了示例性发动机系统的功能框图。燃料箱102提供燃料(例如 汽油或者柴油燃料)到燃料/水分离器120。燃料/水分离器120从水中分离燃料、将燃料 提供到发动机106、以及将水导入分离筒122。分离筒122可包括阀124，该阀124允许水从 分离筒122中排空。仅仅作为例子，示出了水位线126，其示出了水位于水位线126下方，燃料位于水 位线126上方(假定水的密度大于燃料)。传感器128可以安装在分离筒122，以检测水的 存在。发动机控制模块130控制发动机106的操作。例如，发动机控制模块130可控制发 动机106内的致动器(未示出)，以便产生驾驶员所请求的扭矩。发动机控制模块130可包括传感器控制模块140，其从传感器128控制和接收信 号。在各个时刻，诊断模块142命令传感器控制模块140从传感器128获取读数。仅仅作 为例子，诊断模块142可以周期性的时间表发出该指令。仅仅作为例子，该时间表可以根据 所感测的驾驶习惯(例如平均发动机运行时间)而改变。
传感器控制模块140可以解译来自传感器128的读数，以确定分离筒122中是否 存在水。传感器128检测的水位通过传感器128放置在分离筒122中的位置来确定。当水 被检测到时，诊断模块142可以产生视觉/音频指示144。仅仅作为例子，视觉/音频指示 144可以包括检查发动机灯或者数字仪表板显示。诊断模块142还可以设置诊断故障代码，其可以存储在诊断接口 146中。诊断接 口 146可以通过例如在特许经销商或者修理设备处的诊断工具询问。该诊断接口 146可以 记录水被检测的时间，并将这些信息提供给诊断工具。用户输入148可以指示诊断模块142以命令来自于传感器128的新读数。仅 仅作 为例子，用户输入148可以包括按钮。用户可以在水已经从分离筒122排出之后致动用户 输入148。在各种实施方式中，阀124可以由诊断模块142例如通过电或者真空信号来控 制。也可以通过诊断接口 146来进行对阀124的控制。现在参照图3，示出了分离筒122和传感器128的示例性实施方式的局部剖视图。 传感器128可以通过垫圈160连接到分离筒122上。活塞162位于套筒164中，已将液体 通过孔口 166拉入腔室168。液体可以从分离筒122通过通道170被拉入到腔室168中。在各种实施方式中，通道170的长度可以减小，和/或通道170可以整体去除。仅 仅作为例子，孔口 166可以限定在分离筒122的壁中。活塞162连接到电枢172上。电枢 172通过螺旋回位弹簧174偏压到第一位置。当电流施加到绕组176上时，所产生的电磁场 反抗回位弹簧174而致动电枢172到第二位置。当电枢172从第一位置运动到第二位置时，活塞162挤压来自腔室168的流体通 过孔口 166。对于具有更高粘度的流体，流体更难以从腔室168推动通过孔口 166。粘度的 这种变化可以通过传感器128的电特性的变化证实，下面将参照图4进行更详细的描述。现在参照图4，示出了螺线管的电流的三种示例性迹线202、204和206。迹线202 对应于低粘度，迹线204对应于更高的粘度，迹线206对应于无穷大的粘度。无穷大或者极 高的粘度与螺线管的电枢被机械卡塞具有相同的效果。迹线202和204每个都在电流中 包括凹口。相比之下，迹线206没有凹口。对于与迹线206类似的迹线，凹口时间(notch time)可以认为无穷大，或者设置为最大的时间量。凹口的位置表示与螺线管接触的流体的粘度。由于螺线管活塞使得活塞前的流体 移动，移动通过限制性流动通道(例如孔口)的粘性流体导致液压阻力。这种液压阻力将 压力施加在活塞的表面上，阻止了电枢运动，并且改变了螺线管的电流响应特性。在起始点210，螺线管被指示致动。这可以通过到达起始点210的触发信号来启 动。为了图示目的，将分析迹线202。在起始点210之后，迹线202的电流开始增加。在第 一点212，迹线202从上升过渡到下降。因此第一点212是局部最大值。迹线202然后降低直到第二点214，这时迹线202从下降过渡回到上升。因此第二 点214是局部最小值。螺线管的电枢在第一点212开始运动，并且在第二点214停止运动。 测量的电流在第一点212和第二点214之间减小，因为运动的电枢产生与电势相反的反电 动势(EMF)。在第一点210和第二点214之间经过的时间量称为凹口时间。迹线204的凹口时 间大于迹线202的凹口时间，表明在迹线204中螺线管与更高粘度的流体接触。迹线206 的凹口时间可以报告为预定最大值。例如，迹线206的凹口时间可以报告为45ms。
现在参照图5，示出了包括传感器控制模块140的示例性实施方式的传感器系统 的功能框图。传感器128包括电操作的元件，其与流体接触。仅仅作为例子，传感器128可 包括与流体接触的螺线管302。替代地，传感器128可以包括板，该板通过电动机移动经过 流体。在各种实施方式中，旋转的或者平移的板比实施螺线管更便宜。螺线管302可以连接到电源304。在各种实施方式中，电源304可以是车辆蓄电 池，其也可以提供能量到传感器控制模块140。通过开关306(例如晶体管)来调节从电源 304流动经过螺线管302的电流。在各种实施方式中，晶体管可包括具有源极(S)端子、漏 极(D)端子和栅极(G)端子的η通道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。流过开关306的电流在到达参考电势(例如接地线)之前可以按一定路线传输经 过分流电阻器308。分流电阻器308产生与电流成比例的电势。放大器310放大经过分流 电阻器308的电势。替代地，可以采用其他电流传感装置(例如霍尔效应传感器)来确定 流过螺线管302的电流。放大器310的输出可以通过模拟-数字(A/D)转换器312转换成 数字值。该数字值是流过螺线管302的电流的表示。凹口检测模块314可以评估来自A/D转换器312的数字信号，以确定螺线管电流 的凹口相对于触发信号发生的时间。当螺线管被指示致动时可以产生触发信号。可以通过 螺线管驱动模块318产生触发信号。仅仅作为例子，凹口检测模块314可以在触发信号被 接收时启动计时器模块316中的计时器。计时器模块316在触发信号到达和电流凹口被检 测之间经过的时间是凹口时间。螺线管驱动模块318可以提供触发信号给开关306的栅极，由此允许电流流过螺 线管302。凹口分析模块320可以例如从图2的诊断模块142接收激活信号。基于该激活 信号，凹口分析模块320可以指示螺线管驱动模块318产生触发信号。凹口分析模块320 可以指示螺线管驱动模块318多次致动螺线管302，以使得流体循环，并确保代表性样本被 分析。在各种实施方式中，可以选择最终的凹口时间，或者可以采用所选择的凹口时间的平 均值。电压测量模块322可以测量电源304的电压。凹口分析模块320可以根据测量的 电压调节凹口时间。仅仅作为例子，可以期望来自电源304的更高的电压来减少凹口时间。 凹口分析模块320因此可以在测量的电压更高时增加所指示的凹口时间。此外，粘度可以随着温度改变。因此，可以采用温度测量模块324。仅仅作为例子， 流体温度可以被建模、直接测量、和/或从其他温度测量值(例如发动机冷却剂温度)推 导。温度测量模块324可以从与螺线管302关联的温度传感器(未示出)(例如热电偶) 接收数据。在各种实施方式中，温度传感器可以实施在传感器128中。替代地，可以采用来自其他系统的温度读数。仅仅作为例子，温度测量模块324可 以接收燃料喷射系统用于燃料喷射控制所采用的温度。在各种实施方式中，可以根据螺线 管302内的绕组的电阻估计温度。凹口分析模块320可以根据温度使得凹口时间标准化。 仅仅作为例子，如果粘度随着温度增加而减小，凹口分析模块320可以在测量的温度更高 时增加所指示的凹口时间。凹口分析模块320可以采用标准化的凹口时间来作出关于与传感器128接触的流 体的确定。仅仅作为例子，预定值可以存储在存储模块326中。如果标准化的凹口时间大 于预定值，显示粘度相对较高，则凹口分析模块320可报告存在燃料而不是水。相反，当标准化凹口时间小于或者等于预定值时，凹口分析模块320可报告在传感器128处存在水。在各种实施方式中，存储模块326可以存储多个值以区分水、空气和/或多种类型 的燃料。仅仅作为例子，不同类型的柴油燃料(包括生物柴油)可以具有不同特性的凹口 时间。凹口分析模块320可以报告所检测的燃料类型和水的存在。存储模块326中的值可 以存储在查询表中。这些值可以根据经验确定，和/或根据传感器特性(例如螺线管几何 条件、孔口尺寸和流体特性)来估计。现在参照图6，流程图示出了分析来自图5的A/D转换器312的信号所执行的示例 性步骤。控制过程在步骤402中开始，其中控制过程确定触发信号是否已经被激活。如果 是，控制过程在步骤404中继续；否则，控制过程保持在步骤402中。在步骤404中，起动计 时器，并且控制过程在步骤406中继续。在步骤406中，控制过程开始测量流过螺线管的电流。控制过程在步骤408中继 续，其中控制过程开始计算电流的移动平均值。可以计算电流移动平均值以便减少局部最 大值或者局部最小值的错误检测。这样，电流信号中的小干扰，例如由于噪声导致的干扰， 不会不适当地检测为电流方向的变化。仅仅作为例子，移动平均值可以是两点移动平均值。移动平均值可以计算为前移 动平均值或者中心移动平均值，中心移动平均值采用计算点之后获取的数据。此外，移动平 均值可以是简单移动平均值或者加权移动平均值，加权可以是线性的或者指数的。控制过程在步骤410中继续，其中控制过程开始计算移动平均值的导数。仅仅作 为例子，控制过程可以根据当前移动平均值和先前移动平均值的差除以移动平均值之间的 时间来计算导数。控制过程在步骤412中继续，其中控制过程确定导数是否已经降低到零 以下。如果是，控制过程转到步骤414;否则，控制过程转到步骤416。仅仅作为例子，仅当 多个连续导数保持在零以下时，控制过程可转到步骤414。在步骤416，控制过程确定计时器是否大于预定最大时间。如果是，控制过程转到 步骤418 ；否则，控制过程回到步骤412。在步骤414，控制过程确定导数在步骤412中处于 零以下之后是否已经回到零以上。如果是，控制过程转到步骤420 ；否则，控制过程转到步 骤 422。如步骤412中，控制过程可以评估步骤414中的多个导数，以确保导数已经可靠地 增加到零以上。在步骤422中，控制过程确定计时器是否已经超过预定最大时间。如果是， 控制过程转到步骤418 ；否则，控制过程回到步骤414。在步骤420中，控制过程报告计时 器值为凹口时间，并且控制过程停止。在步骤418中，控制过程报告运动最大时间为凹口时 间，并且控制过程停止。现在参照图7A-7C，可以在各种车辆系统中实施本发明的原理。仅仅作为例子，当粘度可以用来区分不同的流体时，本申请描述的传感器系统可以用来测量粘度。粘度可以 表示存在哪种所需流体。此外，粘度可以表示不需要的流体存在，或者所需的流体不存在。 此外，粘度可以表示所需流体的特性已经被损害的时间。仅仅作为例子，图7A示出了用于检测燃料箱502中的水的系统。传感器504位于 燃料箱502中，传感器控制模块506分析来自传感器504的读数，以确定燃料箱502中的流 体粘度。如果测量到表示水的粘度，那么诊断模块508可以警告操作者或者技工人员。此 夕卜，可以进行补救动作，例如在降低的功率模式下操作发动机或者限制发动机的速度。
仅仅作为例子，图7B示出了用于检测供油装置(例如油槽522)中的水或者乙二 醇的系统。传感器524位于油槽522中，传感器控制模块526分析来自传感器524的读数， 以确定油槽522中的流体粘度。如果测量到表示水或者乙二醇的粘度，那么诊断模块528 可以警告操作者或者技工人员。此外，可以进行补救动作，例如在降低的功率模式下操作发 动机或者限制发动机的速度。仅仅作为例子，图7C示出了用于检测冷却系统部件(例如散热器 542)中的油的 系统。传感器544位于散热器542中，传感器控制模块546分析来自传感器544的读数，以 确定散热器542中的流体粘度。如果测量到表示油的粘度，那么诊断模块548可以警告操 作者或者技工人员。此外，可以进行补救动作，例如在降低的功率模式下操作发动机或者限 制发动机的速度。可以以各种形式实施本发明的教导。因此，尽管本发明包括具体的例子，本发明的 真正范围不应受限于此，因为本领域技术人员在阅读附图、说明书和所附权利要求书之后 可以了解其他变型。
权利要求
一种传感器系统，包括传感器，所述传感器包括电致动的运动构件，其中，所述传感器与分离器的容器流体连通，所述分离器从燃料中分离第一流体；以及控制模块，所述控制模块选择性地使得电流供应到传感器，以致动所述构件，所述控制模块测量所述电流，所述控制模块确定所述电流的参数，并且根据所述参数识别所述容器中存在或者不存在所述第一流体。
2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，所述参数是基于在所述构件致动时电流 的局部最小值的时间。
3.根据权利要求2所述的传感器系统，其中，所述参数是基于触发时间和局部最小值 的时间之间的时间延迟，其中，所述控制模块使电流在触发时间供应到传感器。
4.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，当供应电流时所述构件被致动到第一位 置，当不供应电流时，所述构件返回到第二位置。
5.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，当构件被致动时，迫使流体流过孔口。
6.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，当参数小于或者大于预定值时所述控制 模块识别存在第一流体。
7.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，所述控制模块根据所述参数识别燃料为N 种燃料中的一种，其中N是大于1的整数。
8.根据权利要求7所述的传感器系统，还包括存储模块，所述存储模块存储与所述N种 燃料中的每种相对应的参数水平，其中，所述控制模块根据所述参数与所述参数水平的比 较来识别燃料为所述N种燃料中的一种。
9.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，电流从电源供应到所述构件，所述控制模 块根据温度和测量的电源电压中的至少一个补偿所述参数。
10.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，所述第一流体是水和空气中的一种。
11.一种方法，包括选择性地使得电流供应到传感器，以致动传感器的可动构件，其中，所述传感器与分离 器的容器流体连通，所述分离器从燃料分离第一流体；测量供应到传感器的所述电流；确定所述电流的参数；以及根据所述参数识别所述容器中存在或者不存在所述第一流体。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述参数是基于在所述构件致动时电流的局 部最小值的时间。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述参数是基于触发时间和局部最小值的时 间之间的时间延迟，其中，所述控制模块使电流在触发时间供应到传感器。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，当供应电流时所述构件被致动到第一位置，当 不供应电流时，所述构件返回到第二位置。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，当构件被致动时，迫使流体流过孔口。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括当参数小于或者大于预定值时识别存在第 一流体。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括根据所述参数识别燃料为N种燃料中的一种，其中N是大于1的整数。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括 存储与所述N种燃料中的每种相对应的参数水平；以及根据所述参数与所述参数水平的比较来识别燃料为所述N种燃料中的一种。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，电流从电源供应到所述构件，并且所述方法还 包括根据温度和测量的电源电压中的至少一个补偿所述参数。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一流体是水和空气的一种。
全文摘要
本发明涉及机电流体传感器。一种传感器系统，包括传感器和控制模块。该传感器包括电致动的运动构件。所述传感器与分离器的容器流体连通，所述分离器从燃料中分离第一流体。控制模块选择性地将电流供应到传感器，以致动所述构件。所述控制模块测量所述电流，并确定所述电流的参数。控制模块根据所述参数识别所述容器中存在或者不存在所述第一流体。
文档编号G01P13/00GK101839921SQ20101012580
公开日2010年9月22日 申请日期2010年2月25日 优先权日2009年2月25日
发明者J·J·穆恩, W·C·阿尔伯森 申请人:通用汽车环球科技运作公司