本發(fā)明涉及一種用于測(cè)定流體混合物的成分的濃度的方法。此外本發(fā)明還涉及一種用于測(cè)定流體混合物的成分的濃度的相應(yīng)裝置。

背景技術(shù)：
借助于超聲波，可以根據(jù)其典型的聲速來(lái)識(shí)別流體（脈沖-反射-方法，Impulse-Echo-Verfahren）。為此，測(cè)量超聲波需要用于預(yù)定的傳播路徑的傳播時(shí)間。為區(qū)分液體混合物的不同濃度或者不同的液體，對(duì)傳播時(shí)間差進(jìn)行評(píng)估。傳播時(shí)間差處于微秒范圍。傳播時(shí)間越長(zhǎng)，傳播時(shí)間差在濃度相同時(shí)差別就越大。在機(jī)動(dòng)車(chē)中例如為了進(jìn)行液位測(cè)量而應(yīng)用這種脈沖-反射-方法來(lái)測(cè)定油箱中的流體量。此外，這種脈沖-反射-方法用于測(cè)定流體混合物、特別是雙組分混合物的濃度。為了得到盡可能好的濃度分辨率，需要提供盡可能長(zhǎng)的傳播距離。US5，650，571示出了節(jié)能信號(hào)處理裝置的應(yīng)用的各種實(shí)施方式。在此，在一個(gè)實(shí)施例中說(shuō)明了一種借助于超聲波的液位測(cè)量，并且在另一個(gè)實(shí)施例中說(shuō)明了一種借助于超聲波的濃度測(cè)量。B.Henning,et.al.“In-lineconcentrationmeasurementincomplexliquidsusingultrasonicsensors”,Ultrasonics(2000)799–803以及J.A.Bamberger,M.S.Greenwood“Measuringfluidandslurrydensityandsolidsconcentrationnon-invasively”,Ultrasonics,42(2004)563–567分別說(shuō)明了一種用于表征液體混合物的傳感器系統(tǒng)，其中為了測(cè)量，超聲波脈沖分別在兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的聲變換器中交替被反射，并且對(duì)反射進(jìn)行評(píng)估。值得期望的是，給出一種方法以及相應(yīng)的裝置，該方法或裝置能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)空間減小以及高精度評(píng)估。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的特征在于一種方法以及一種用于實(shí)施該方法的裝置。在一個(gè)實(shí)施方式中，為了測(cè)定在流體腔中的流體混合物的成分的濃度，將超聲波脈沖射入流體混合物中。超聲波脈沖在至少兩個(gè)阻抗階躍（Impedanzspruengen）處被反射之后，接收超聲波脈沖的反射作為測(cè)量信號(hào)，其中通過(guò)流體混合物與空氣的過(guò)渡，形成兩個(gè)阻抗階躍中的一個(gè)阻抗階躍。依據(jù)測(cè)量信號(hào)測(cè)定流體混合物的成分的濃度。特別是通過(guò)裝置的安裝狀態(tài)來(lái)預(yù)定流體腔的幾何結(jié)構(gòu)。在發(fā)射和接收反射之間的超聲波脈沖所經(jīng)過(guò)的總路徑通過(guò)在至少兩個(gè)處于流體腔的預(yù)定幾何結(jié)構(gòu)中的阻抗階躍處的反射來(lái)延長(zhǎng)。借此也延長(zhǎng)了在發(fā)射與接收之間的超聲波脈沖傳播時(shí)間。因此與在僅一個(gè)阻抗階躍處的單次反射相比，在測(cè)定處于該結(jié)構(gòu)空間的幾何結(jié)構(gòu)中的流體混合物成分的濃度時(shí)提高了精度。在為了測(cè)定濃度而預(yù)定精度時(shí)可能的是，盡管保持精度但縮小流體腔。在另一個(gè)實(shí)施方式中，超聲波脈沖在至少兩個(gè)阻抗階躍處分別交替地被反射多次之后，接收反射。例如超聲波脈沖總共至少被反射十一次。特別是超聲波脈沖在兩個(gè)阻抗階躍中的首先反射超聲波脈沖的第一阻抗階躍處被反射六次之后，接收反射，并且每個(gè)在第一個(gè)阻抗階躍上的兩次反射間的超聲波脈沖在兩個(gè)阻抗階躍中的第二個(gè)阻抗階躍上被反射。因此總路徑并且進(jìn)而傳播時(shí)間被進(jìn)一步延長(zhǎng)，由此進(jìn)一步提高了在測(cè)定濃度時(shí)的精度或可進(jìn)一步縮小流體腔。在一個(gè)實(shí)施方式中，裝置包括超聲波轉(zhuǎn)換器和用于使超聲波轉(zhuǎn)換器運(yùn)行的控制單元。超聲波轉(zhuǎn)換器設(shè)置用于將超聲波脈沖射入流體混合物中。超聲波轉(zhuǎn)換器還設(shè)置用于接收作為測(cè)量信號(hào)的反射?？刂茊卧O(shè)置用來(lái)提供用于超聲波轉(zhuǎn)換器的信號(hào)，以使超聲波轉(zhuǎn)換器發(fā)超聲波脈沖。此外該控制單元設(shè)置用于依據(jù)測(cè)量信號(hào)來(lái)測(cè)定流體混合物的成分的濃度。兩個(gè)阻抗階躍特別如此設(shè)置，從而使超聲波脈沖在第一阻抗階躍處這樣被反射，從而使超聲波脈沖在這個(gè)阻抗階躍處反射之后射到另一個(gè)阻抗階躍上。此外至少兩個(gè)阻抗階躍這樣設(shè)置，從而使超聲波脈沖在另一個(gè)阻抗階躍處這樣被反射，從而使超聲波脈沖在另一個(gè)阻抗階躍處反射之后再次射到這個(gè)阻抗階躍上。因此可能的是，超聲波在兩個(gè)阻抗階躍處被多于兩次地反射，由此能延長(zhǎng)超聲波脈沖的總路徑并且進(jìn)而傳播。特別地，另一個(gè)阻抗階躍在流體腔中局部地布置在超聲波轉(zhuǎn)換器的區(qū)域中。例如另一個(gè)阻抗階躍在超聲波轉(zhuǎn)換器的上表面處，從而使超聲波脈沖在超聲波轉(zhuǎn)換器上被反射。附圖說(shuō)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)、特征和改進(jìn)方案由下列結(jié)合附圖3說(shuō)明的實(shí)例給出。所描述的構(gòu)件和彼此的尺寸比例基本上不被看作是按比例的。附圖示出：圖1是示例性的裝置的示意圖，圖2是所接收的反射的走勢(shì)，和圖3是根據(jù)本發(fā)明的裝置的參照一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。具體實(shí)施方式圖1示出了裝置100的示意圖。裝置100包括超聲波轉(zhuǎn)換器110。裝置100還包括使超聲波轉(zhuǎn)換器110運(yùn)行的控制單元120。超聲波轉(zhuǎn)換器110是同樣用作超聲波接收器的超聲波源。在實(shí)施方式中，超聲波源與超聲波接收器是分離的部件?？刂茊卧?20與超聲波轉(zhuǎn)換器110連接?？刂茊卧?20設(shè)置用來(lái)提供用于使超聲波轉(zhuǎn)換器運(yùn)行的信號(hào)，從而使超聲波110根據(jù)信號(hào)發(fā)出超聲波脈沖。此外控制單元120設(shè)置用于從超聲波轉(zhuǎn)換器接收測(cè)量信號(hào)。超聲波轉(zhuǎn)換器110布置在流體腔103上。流體腔由側(cè)壁109圍繞。流體腔至少部分地填充有流體混合物101。流體混合物101例如包括兩種成分。兩種成分中的一種成分102的濃度被測(cè)定。例如流體混合物是包括尿素和水的混合物，其應(yīng)用在SCR催化器（SCR:選擇性催化降低,英語(yǔ):selectivecatalyticreduction）中用來(lái)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的尾氣再處理。在本實(shí)例中，流體混合物101的成分102是尿素。在流體腔103中布置有兩個(gè)阻抗階躍105和106。在示出的實(shí)施例中，第一阻抗階躍105是超聲波轉(zhuǎn)換器110的面向流體腔103的上表面。第二阻抗階躍106在流體腔中相對(duì)于第一阻抗階躍105布置，從而使由超聲波轉(zhuǎn)換器110發(fā)出的超聲波脈沖104在兩個(gè)阻抗階躍105和106之間來(lái)回反射。在示出的實(shí)施例中，超聲波轉(zhuǎn)換器110布置在側(cè)壁109上，并且通過(guò)側(cè)壁將超聲波脈沖射入流體混合物101中。在另一實(shí)施方式中，超聲波轉(zhuǎn)換器布置在流體腔中，從而使其與流體流體混合物101相接觸。此外可能的是，將超聲波轉(zhuǎn)換器安裝在流體混合物流經(jīng)的管路上，其中這樣安裝超聲波轉(zhuǎn)換器，從而橫向于流體混合物的流動(dòng)方向地發(fā)出超聲波脈沖104。超聲波轉(zhuǎn)換器110發(fā)出超聲波脈沖104，該超聲波脈沖在阻抗階躍106處被反射回超聲波轉(zhuǎn)換器110或阻抗階躍105。在示出的實(shí)施例中，流體腔103的與超聲波轉(zhuǎn)換器110相對(duì)設(shè)置的側(cè)壁109用作阻抗階躍106。為加強(qiáng)反射波可選擇設(shè)置一個(gè)超聲波反射器108。超聲波在阻抗階躍106被反射之后，其到達(dá)阻抗階躍105被再次反射。超聲波在阻抗階躍105上再次被反射，從而使其射到阻抗階躍106，在阻抗階躍106上其再一次被反射。接著超聲波脈沖第二次射到超聲波轉(zhuǎn)換器110上。這樣重復(fù)，直到超聲波脈沖消退。在圖2示出超聲波轉(zhuǎn)換器110的前六個(gè)反射的發(fā)射與接收。在大約0秒到大約20微秒的范圍內(nèi)發(fā)出超聲波104。第一反射在大約50微秒后到達(dá)傳感器。大約每50微秒，其他反射到達(dá)超聲波轉(zhuǎn)換器110?？刂茊卧?20依據(jù)源于接收到的反射107的測(cè)量信號(hào)來(lái)測(cè)定流體混合物101的成分102的濃度，該反射不僅至少一次在阻抗階躍106處而且至少一次在阻抗階躍105處被反射?？刂茊卧?20依據(jù)源于第二個(gè)或者緊接著接收到的反射的測(cè)量信號(hào)來(lái)測(cè)定流體混合物101的成分102的密度。在發(fā)射和接收被控制單元120使用的反射之間的超聲波脈沖所經(jīng)過(guò)的總路徑由用于進(jìn)行評(píng)估的反射得出。如果為了測(cè)定成分的濃度而使用第二個(gè)到達(dá)的反射，則總路徑是兩個(gè)阻抗階躍105和106的間距的四倍。如果將第六個(gè)到達(dá)的反射用于評(píng)估，則總路徑是兩個(gè)阻抗階躍105和106的間距的十二倍。例如間距總計(jì)36毫米，在估算第六次到達(dá)的反射波時(shí)總路徑總計(jì)為432毫米。普遍的是，總路徑等于兩個(gè)阻抗階躍105和106之間的間距乘以接收到的反射的序號(hào)的兩倍，該反射用于測(cè)定流體混合物101成分102的濃度?？刂茊卧?20測(cè)量在發(fā)射超聲波脈沖104和接收反射107之間的傳播時(shí)間。反射107是接收到的反射。其為了測(cè)定成分102的濃度而被用作測(cè)量信號(hào)。由測(cè)量到的傳播時(shí)間和算出的總路徑可算出流體混合物101中的聲速。該聲速表征了在流體混合物101中成分102的濃度，從而能根據(jù)聲速測(cè)定成分的濃度。在實(shí)施方式中，預(yù)先給定接收到的、用于測(cè)定濃度的反射107的序號(hào)。借此已知了總路徑，以便依據(jù)傳播時(shí)間來(lái)測(cè)定濃度。通過(guò)將第二個(gè)到達(dá)的反射波用作為測(cè)量信號(hào)用于測(cè)定濃度，或者將緊接著到達(dá)的反射波用作測(cè)量信號(hào)，相對(duì)于其中使用第一個(gè)到達(dá)的反射波的常規(guī)方法，提高了超聲波脈沖的總路徑并且進(jìn)而傳播時(shí)間。由此在測(cè)定濃度時(shí)提高了精度，這是因?yàn)殡S著傳播時(shí)間更長(zhǎng)，在成分的濃度不同時(shí)的傳播時(shí)間差更大。在不變地預(yù)定精度時(shí)可能的是，通過(guò)評(píng)估第二個(gè)或緊接著到達(dá)的反射來(lái)縮小流體腔103的結(jié)構(gòu)腔，例如減小兩個(gè)阻抗階躍105和106之間的間距。圖3示出了圖1的參照一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置100。不同于圖1之處在于，阻抗階躍106并不布置在流體腔的相對(duì)設(shè)置的側(cè)壁上，而是作為流體混合物101與另一種介質(zhì)、特別空氣的過(guò)渡111。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，除了測(cè)定濃度以外，超聲波轉(zhuǎn)換器110和控制裝置120也用于測(cè)定在流體腔103中的流體混合物101的液位高度。