這個當(dāng)前的說明書涉及超聲波位置傳感器。

背景技術(shù)：

1、位置測量裝置用于流體控制系統(tǒng)的表征和操作。傳統(tǒng)上，效應(yīng)器(例如，閥主體、活塞頭)位置跟蹤是通過使用線性可變差動變壓器(lvdt)來實現(xiàn)的。lvdt驅(qū)動系統(tǒng)定大小，并引入精度和定大小約束。具體來說，致動裝置一般需要通過活塞桿安裝lvdt，從而驅(qū)動致動器定大小。

2、超聲波位置傳感器是可用于位置檢測的被驗證(proven)的工業(yè)技術(shù)?，F(xiàn)有的飛行時間超聲波位置傳感器發(fā)射聲學(xué)聲脈沖(ping)，并測量聲脈沖返回的反射回聲之前的時間量。聲脈沖的傳輸和返回之間的時間量一半取決于收發(fā)器和被測量的物體之間的距離，以及聲音在通過其傳送聲脈沖的介質(zhì)中的速度。該聲音的速度取決于介質(zhì)的特性，諸如其密度、溫度和/或聲學(xué)阻抗?，F(xiàn)有的飛行時間超聲波位置傳感器依賴于預(yù)定的知識或聲音通過介質(zhì)的速度的確定，通過所述介質(zhì)傳送聲脈沖以便起作用。在諸如燃料閥和壓力調(diào)節(jié)器等的應(yīng)用中，所用燃料的溫度和類型可能會有所不同，這可導(dǎo)致聲音的速度在操作期間動態(tài)變化。可以感測介質(zhì)的聲音的速度，但是這些額外的傳感器的包含增加了這樣的系統(tǒng)的復(fù)雜性、大小、成本和重量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、一般來說，本文獻(xiàn)描述了超聲波位置傳感器。

2、在第一示例中，一種位置傳感器系統(tǒng)，包括：傳感器外殼，所述傳感器外殼限定具有第一面的第一腔；流體效應(yīng)器，所述流體效應(yīng)器包括：具有限定第二腔的內(nèi)表面的致動器外殼；以及具有第二面并被配置用于在第二腔內(nèi)往復(fù)移動的可移動主體；聲學(xué)傳送器系統(tǒng)，所述聲學(xué)傳送器系統(tǒng)被配置成向第一面發(fā)射第一發(fā)射聲學(xué)波形，并向第二面發(fā)射第二發(fā)射聲學(xué)波形；以及聲學(xué)接收器系統(tǒng)，所述聲學(xué)接收器系統(tǒng)被配置成基于第一發(fā)射聲學(xué)波形基于第一面的第一反射來檢測第一反射聲學(xué)波形，并且基于第二發(fā)射聲學(xué)波形基于第二面的第二反射來檢測第二反射聲學(xué)波形。

3、在第二示例中，根據(jù)示例1，位置傳感器系統(tǒng)還包括定時器，所述定時器被配置成確定第一發(fā)射聲學(xué)波形和第一反射聲學(xué)波形的第一飛行時間，并確定第二發(fā)射聲學(xué)波形和第二反射聲學(xué)波形的第二飛行時間。

4、在第三示例中，根據(jù)示例2，位置傳感器系統(tǒng)還包括處理器系統(tǒng)，所述處理器系統(tǒng)被配置成基于第一飛行時間和第二飛行時間來確定第二腔內(nèi)的可移動主體的位置。

5、在第四示例中，根據(jù)示例1至3中的任一項，聲學(xué)傳送器系統(tǒng)被配置成通過第一腔和第二腔中的一個或兩者中的流體發(fā)射第一發(fā)射聲學(xué)波形和第二發(fā)射聲學(xué)波形中的一個或兩者，并且聲學(xué)接收器系統(tǒng)被配置成從第一腔和第二腔中的一個或兩者中的流體接收第一反射聲學(xué)波形和第二反射聲學(xué)波形中的一個或兩者。

6、在第五示例中，根據(jù)示例1至4中的任一項，聲學(xué)傳送器系統(tǒng)被配置成以預(yù)定發(fā)射頻率傳送第二發(fā)射聲學(xué)波形，并且聲學(xué)接收器系統(tǒng)被配置成確定第二反射聲學(xué)波形的反射頻率。

7、在第六示例中，根據(jù)示例5，位置傳感器系統(tǒng)還包括處理器系統(tǒng)，所述處理器系統(tǒng)被配置成基于預(yù)定發(fā)射頻率和反射頻率來確定可移動主體的速度。

8、在第七示例中，根據(jù)示例1至5中的任一項，流體效應(yīng)器是線性活塞效應(yīng)器，第一腔是具有第一縱向端和與第一縱向端相對的第二縱向端的第一管狀腔，第二腔是具有第三縱向端和與第三縱向端相對的第四縱向端的第二管狀腔，可移動主體是被配置用于在第二管狀腔內(nèi)縱向移動的活塞頭，聲學(xué)傳送器系統(tǒng)包括布置在第一縱向端處的第一聲學(xué)傳送器和布置在第三縱向端處的第二聲學(xué)傳送器，聲學(xué)接收器系統(tǒng)包括布置在第一縱向端處的第一聲學(xué)接收器和布置在第三縱向端處的第二聲學(xué)接收器。

9、在第八示例中，根據(jù)示例1至7中的任一項，位置傳感器系統(tǒng)還包括包含第一腔和第二腔的統(tǒng)一腔。

10、在第九示例中，根據(jù)示例8，第一面至少部分由在第一腔和第二腔之間延伸的肩部限定。

11、在第十示例中，根據(jù)示例1至9中的任一項，聲學(xué)傳送器系統(tǒng)包括：第一聲學(xué)發(fā)射器，所述第一聲學(xué)發(fā)射器被配置成向第一面發(fā)射第一發(fā)射聲學(xué)波形；以及第二聲學(xué)發(fā)射器，所述第二聲學(xué)發(fā)射器被配置成向第二面發(fā)射第二發(fā)射聲學(xué)波形。

12、在第十一示例中，根據(jù)示例10，第二聲學(xué)發(fā)射器至少部分同心地圍繞第一聲學(xué)發(fā)射器。

13、在第十二示例中，根據(jù)示例1至11中的任一項，位置傳感器系統(tǒng)還包括相位檢測器，所述相位檢測器被配置成確定以下中的至少一個之間的差：(1)第一發(fā)射聲學(xué)波形的第一發(fā)射相位和第一反射聲學(xué)波形的第一反射相位，以及(2)第二發(fā)射聲學(xué)波形的第二發(fā)射相位和第二反射聲學(xué)波形的第二反射相位。

14、在第十三示例中，根據(jù)示例1至12中的任一項，位置傳感器系統(tǒng)還包括另一個可移動主體，可移動主體具有第三面并被配置用于在第三腔內(nèi)往復(fù)移動，其中聲學(xué)傳送器系統(tǒng)被配置成向第三面發(fā)射第三發(fā)射聲學(xué)波形，并且聲學(xué)接收器系統(tǒng)被配置成基于第三發(fā)射聲學(xué)波形基于第三面的第三反射來檢測第三反射聲學(xué)波形。

15、在第十四示例中，一種位置感測方法包括：通過具有第一聲學(xué)阻抗的流體向第一聲學(xué)界面發(fā)射第一發(fā)射聲學(xué)波形；通過流體向第二聲學(xué)界面發(fā)射第二發(fā)射聲學(xué)波形；由第一聲學(xué)界面基于第一發(fā)射聲學(xué)波形反射第一反射聲學(xué)波形；由第二聲學(xué)界面基于第二發(fā)射聲學(xué)波形反射第二反射聲學(xué)波形；以及基于第一反射聲學(xué)波形和第二反射聲學(xué)波形確定第二聲學(xué)界面的第一位置。

16、在第十五示例中，根據(jù)示例14，該方法還包括：基于第一發(fā)射聲學(xué)波形和第一反射聲學(xué)波形來確定第一飛行時間；以及基于第二發(fā)射聲學(xué)波形和第二反射聲學(xué)波形來確定第二飛行時間；其中確定第二聲學(xué)界面的第一位置還基于第一飛行時間和第二飛行時間。

17、在第十六示例中，根據(jù)示例15，其中基于第一飛行時間(t1)和第二飛行時間(t2)來確定第二聲學(xué)界面的第一位置由以下等式給出：(t1-t2)/(t1+t2)。

18、在第十七示例中，根據(jù)示例14至16中的任一項，該方法還包括：確定第二聲學(xué)界面的第二位置；以及基于第一位置和第二位置來確定第二聲學(xué)界面的速度。

19、在第十八示例中，根據(jù)示例14至17中的任一項，該方法還包括：基于第一反射聲學(xué)波形和第二反射聲學(xué)波形中的一個或兩者來確定反射聲學(xué)頻率；以及基于所確定的反射聲學(xué)頻率和第二發(fā)射聲學(xué)波形的預(yù)定發(fā)射聲學(xué)頻率來確定第二聲學(xué)界面的速度。

20、在第十九示例中，根據(jù)示例14至18中的任一項，第一聲學(xué)界面由具有不同于第一聲學(xué)阻抗的第二聲學(xué)阻抗的流體腔的第一面限定；第二聲學(xué)界面由流體效應(yīng)器內(nèi)并具有不同于第一聲學(xué)阻抗的第三聲學(xué)阻抗的可移動主體的第二面限定；第一發(fā)射聲學(xué)波形通過流體向第一面發(fā)射；第二發(fā)射聲學(xué)波形通過流體向第二面發(fā)射；第一反射聲學(xué)波形基于由第一面對第一發(fā)射聲學(xué)波形的第一反射；以及第二反射聲學(xué)波形基于由第二面對第二發(fā)射聲學(xué)波形的第二反射。

21、在第二十示例中，根據(jù)示例14至19中的任一項，該方法還包括確定第二發(fā)射聲學(xué)波形的第二發(fā)射相位和第二反射聲學(xué)波形的第二反射相位之間的相位差，其中確定第二聲學(xué)界面的第一位置還基于所確定的相位差。

22、在第二十一示例中，根據(jù)示例14至20中的任一項，第一發(fā)射聲學(xué)波形通過第一流體腔向第一流體腔的限定第一聲學(xué)界面的面發(fā)射，并且第二發(fā)射聲學(xué)波形通過第二流體腔向可移動構(gòu)件的限定第二聲學(xué)界面的第二面發(fā)射。

23、在第二十二示例中，根據(jù)示例14至21中的任一項，第一發(fā)射聲學(xué)波形通過流體腔的第一部分向流體腔的限定第一聲學(xué)界面的面發(fā)射，并且第二發(fā)射聲學(xué)波形通過流體腔的第二部分向可移動構(gòu)件的限定第二聲學(xué)界面的第二面發(fā)射。

24、在第二十三示例中，根據(jù)示例14至22中的任一項，該方法還包括：通過流體向第三聲學(xué)界面發(fā)射第三發(fā)射聲學(xué)波形；由第三聲學(xué)界面基于第三發(fā)射聲學(xué)波形反射第三反射聲學(xué)波形；以及基于第一反射聲學(xué)波形和第三反射聲學(xué)波形來確定第三聲學(xué)界面的第二位置。

25、在第二十四示例中，一種非暫時性計算機(jī)存儲介質(zhì)用計算機(jī)程序來編碼，所述計算機(jī)程序包括指令，所述指令當(dāng)由數(shù)據(jù)處理設(shè)備執(zhí)行時，使數(shù)據(jù)處理設(shè)備執(zhí)行包括以下的操作：通過具有第一聲學(xué)阻抗的流體向第一聲學(xué)界面發(fā)射第一發(fā)射聲學(xué)波形；通過流體向第二聲學(xué)界面發(fā)射第二發(fā)射聲學(xué)波形；由第一聲學(xué)界面基于第一發(fā)射聲學(xué)波形反射第一反射聲學(xué)波形；由第二聲學(xué)界面基于第二發(fā)射聲學(xué)波形反射第二反射聲學(xué)波形；以及基于第一反射聲學(xué)波形和第二反射聲學(xué)波形來確定第二聲學(xué)界面的第一位置。

26、在一般示例中，位置傳感器系統(tǒng)包括限定具有第一面的第一腔的傳感器外殼，包括具有限定第二腔的內(nèi)表面的致動器外殼的流體效應(yīng)器，以及具有第二面并被配置用于在第二腔內(nèi)往復(fù)移動的可移動主體，被配置成向第一面發(fā)射第一發(fā)射聲學(xué)波形并向第二面發(fā)射第二發(fā)射聲學(xué)波形的聲學(xué)傳送器系統(tǒng)，以及被配置成基于第一發(fā)射聲學(xué)波形基于第一面的第一反射來檢測第一反射聲學(xué)波形并且基于第二發(fā)射聲學(xué)波形基于第二面的第二反射來檢測第二反射聲學(xué)波形的聲學(xué)接收器系統(tǒng)。

27、各種實施例可以包括以下特征中的一些、全部，或者不包括以下特征。位置傳感器系統(tǒng)可以包括定時器，所述定時器被配置成確定第一發(fā)射聲學(xué)波形和第一反射聲學(xué)波形的第一飛行時間，并且確定第二發(fā)射聲學(xué)波形和第二反射聲學(xué)波形的第二飛行時間。位置傳感器系統(tǒng)可以包括處理器系統(tǒng)，所述處理器系統(tǒng)被配置成基于第一飛行時間和第二飛行時間來確定第二腔內(nèi)的可移動主體的位置。聲學(xué)傳送器系統(tǒng)可以被配置成通過第一腔和第二腔中的一個或兩者中的流體發(fā)射第一發(fā)射聲學(xué)波形和第二發(fā)射聲學(xué)波形中的一個或兩者，并且聲學(xué)接收器系統(tǒng)可以被配置成從第一腔和第二腔中的一個或兩者中的流體接收第一反射聲學(xué)波形和第二反射聲學(xué)波形中的一個或兩者。聲學(xué)傳送器系統(tǒng)可以被配置成以預(yù)定發(fā)射頻率傳送第二發(fā)射聲學(xué)波形，并且聲學(xué)接收器系統(tǒng)可以被配置成確定第二反射聲學(xué)波形的反射頻率。位置傳感器系統(tǒng)可以包括處理器系統(tǒng)，所述處理器系統(tǒng)被配置成基于預(yù)定的發(fā)射頻率和反射頻率來確定可移動主體的速度。流體效應(yīng)器可以是線性活塞效應(yīng)器，第一腔可以是具有第一縱向端和與第一縱向端相對的限定第一面的第二縱向端的第一管狀腔，第二腔可以是具有第三縱向端和與第三縱向端相對的第四縱向端的第二管狀腔，可移動主體可以是被配置用于在第二管狀腔內(nèi)縱向移動的活塞頭，聲學(xué)傳送器系統(tǒng)可以包括布置在第一縱向端處的第一聲學(xué)傳送器和布置在第三縱向端處的第二聲學(xué)傳送器，并且聲學(xué)接收器系統(tǒng)可以包括布置在第一縱向端處的第一聲學(xué)接收器和布置在第三縱向端處的第二聲學(xué)接收器。位置傳感器系統(tǒng)可以包括具有第一腔和第二腔的統(tǒng)一腔。第一面可以至少部分地由在第一腔和第二腔之間延伸的肩部限定。聲學(xué)傳送器系統(tǒng)可以包括被配置成向第一面發(fā)射第一發(fā)射聲學(xué)波形的第一聲學(xué)傳送器，以及被配置成向第二面發(fā)射第二發(fā)射聲學(xué)波形的第二聲學(xué)傳送器。第二聲學(xué)發(fā)射器至少部分同心地圍繞第一聲學(xué)發(fā)射器。位置傳感器系統(tǒng)可以包括相位檢測器，所述相位檢測器被配置成確定以下中的至少一個之間的差：(1)第一發(fā)射聲學(xué)波形的第一發(fā)射相位和第一反射聲學(xué)波形的第一反射相位，以及(2)第二發(fā)射聲學(xué)波形的第二發(fā)射相位和第二反射聲學(xué)波形的第二反射相位。位置傳感器系統(tǒng)可以包括另一個可移動主體，所述可移動主體具有第三面并且被配置用于在第三腔內(nèi)往復(fù)移動，其中聲學(xué)傳送器系統(tǒng)被配置成向第三面發(fā)射第三發(fā)射聲學(xué)波形，并且聲學(xué)接收器系統(tǒng)被配置成基于第三發(fā)射聲學(xué)波形基于第三面的第三反射來檢測第三反射聲學(xué)波形。

28、在另一個一般示例中，一種位置感測方法包括通過具有第一聲學(xué)阻抗的流體向第一聲學(xué)界面發(fā)射第一發(fā)射聲學(xué)波形，通過流體向第二聲學(xué)界面發(fā)射第二發(fā)射聲學(xué)波形，由第一聲學(xué)界面基于第一發(fā)射聲學(xué)波形反射第一反射聲學(xué)波形，由第二聲學(xué)界面基于第二發(fā)射聲學(xué)波形反射第二反射聲學(xué)波形，以及基于第一反射聲學(xué)波形和第二反射聲學(xué)波形確定第二聲學(xué)界面的第一位置。

29、各種實現(xiàn)可以包括以下特征中的一些、全部，或者不包括以下特征。該方法可以包括基于第一發(fā)射聲學(xué)波形和第一反射聲學(xué)波形確定第一飛行時間，以及基于第二發(fā)射聲學(xué)波形和第二反射聲學(xué)波形確定第二飛行時間，其中確定第二聲學(xué)界面的第一位置還基于第一飛行時間和第二飛行時間?；诘谝伙w行時間(t1)和第二飛行時間(t2)確定第二聲學(xué)界面的第一位置可以由以下等式給出：(t1-t2)/(t1+t2)。該方法可以包括確定第二聲學(xué)界面的第二位置，并且基于第一位置和第二位置確定第二聲學(xué)界面的速度。該方法可以包括基于第一反射聲學(xué)波形和第二反射聲學(xué)波形中的一個或兩者來確定反射聲學(xué)頻率，以及基于所確定的反射聲學(xué)頻率和第二發(fā)射聲學(xué)波形的預(yù)定發(fā)射聲學(xué)頻率來確定第二聲學(xué)界面的速度。第一聲學(xué)界面可以由具有不同于第一聲學(xué)阻抗的第二聲學(xué)阻抗的流體腔的第一面來限定，第二聲學(xué)界面可以由流體效應(yīng)器內(nèi)并具有不同于第一聲學(xué)阻抗的第三聲學(xué)阻抗的可移動主體的第二面來限定，第一發(fā)射聲學(xué)波形可以通過流體向第一面發(fā)射，第二發(fā)射聲學(xué)波形可以通過流體向第二面發(fā)射，第一反射聲學(xué)波形可以基于由第一面對第一發(fā)射聲學(xué)波形的第一反射，并且第二反射聲學(xué)波形可以基于由第二面對第二發(fā)射聲學(xué)波形的第二反射。該方法可以包括確定第二發(fā)射聲學(xué)波形的第二發(fā)射相位和第二反射聲學(xué)波形的第二反射相位之間的相位差，其中確定第二聲學(xué)界面的第一位置還可以基于所確定的相位差。第一發(fā)射聲學(xué)波形可以通過第一流體腔向限定第一聲學(xué)界面的第一流體腔的面發(fā)射，并且第二發(fā)射聲學(xué)波形可以通過第二流體腔向限定第二聲學(xué)界面的可移動構(gòu)件的第二面發(fā)射。第一發(fā)射聲學(xué)波形可以通過流體腔的第一部分向限定第一聲學(xué)界面的流體腔的面發(fā)射，并且第二發(fā)射聲學(xué)波形可以通過流體腔的第二部分向限定第二聲學(xué)界面的可移動構(gòu)件的第二面發(fā)射。該方法可以包括通過流體向第三聲學(xué)界面發(fā)射第三發(fā)射聲學(xué)波形，由第三聲學(xué)界面基于第三發(fā)射聲學(xué)波形反射第三反射聲學(xué)波形，以及基于第一反射聲學(xué)波形和第三反射聲學(xué)波形確定第三聲學(xué)界面的第二位置。

30、在另一個一般示例中，一種非暫時性計算機(jī)存儲介質(zhì)用計算機(jī)程序來編碼，所述計算機(jī)程序具有指令，所述指令當(dāng)由數(shù)據(jù)處理設(shè)備執(zhí)行時，使數(shù)據(jù)處理設(shè)備執(zhí)行操作，包括通過具有第一聲學(xué)阻抗的流體向第一聲學(xué)界面發(fā)射第一發(fā)射聲學(xué)波形，通過流體向第二聲學(xué)界面發(fā)射第二發(fā)射聲學(xué)波形，由第一聲學(xué)界面基于第一發(fā)射聲學(xué)波形反射第一反射聲學(xué)波形，由第二聲學(xué)界面基于第二發(fā)射聲學(xué)波形反射第二反射聲學(xué)波形，以及基于第一反射聲學(xué)波形和第二反射聲學(xué)波形確定第二聲學(xué)界面的第一位置。

31、此處描述的系統(tǒng)和技術(shù)可以提供以下優(yōu)點中的一個或多個。首先，系統(tǒng)可以通過聲學(xué)傳輸介質(zhì)來確定目標(biāo)對象的位置和/或速度。第二，該系統(tǒng)可以在不確定傳輸介質(zhì)的聲學(xué)性質(zhì)的情況下操作。第三，與諸如可變差動變壓器(vdt)的現(xiàn)有機(jī)械位置測量解決方案相比，該系統(tǒng)可以具有更高效和/或更經(jīng)濟(jì)的機(jī)械設(shè)計。第四，與現(xiàn)有的超聲波位置測量解決方案相比，該系統(tǒng)可以具有更高效和/或更經(jīng)濟(jì)的電子設(shè)計。第五，該系統(tǒng)可以為系統(tǒng)定大小提供更空間有效的選擇。第六，該系統(tǒng)可以改進(jìn)重量、泵需求、熱負(fù)荷和測量精度。

32、在附圖和下面的描述中闡述了一個或多個實現(xiàn)的細(xì)節(jié)。根據(jù)說明書和附圖以及權(quán)利要求，其他特征和優(yōu)點將變得顯而易見。