Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung und Fluidsensorvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung und eine Fluidsensorvorrichtung, die zum Ermitteln der Höhe einer Oberfläche eines Fluids und/oder der Qualität des Fluids in einem Fluidbehälter ausgebildet ist.

Zum Bestimmen einer Höhe einer Fluidoberfläche und/oder der Fluidqualität in einem Fluidbehälter kann beispielsweise eine akustische Messvorrichtung eingesetzt werden. Ein Schallwandler der akustischen Messvorrichtung kann sowohl als Schallerzeuger als auch als Schallempfänger arbeiten. Für eine Bestimmung der Höhe der Fluidoberfläche in dem Fluidbehälter können mittels des Schallwandlers Schallimpulse bzw. Schallsignale in das zu vermessende Fluid abgegeben werden. Die Schallimpulse bzw. Schallsignale können von einer Grenzfläche bzw. Oberfläche des Fluids zu einem weiteren Medium reflektiert werden. Aus der Laufzeit der Schallimpulse bzw. Schallsignale können Rück schlüsse auf die Höhe der Fluidoberfläche in dem Fluidbehälter gezogen werden. Bevorzugt liegen die Frequenzen der Schall signale im Bereich des Ultraschalls.

Ferner können mittels desselben oder eines separat vorgesehen Schallwandlers Schallsignale in Richtung von zumindest einem im Fluid angeordneten Referenzreflektor zum Ermitteln einer Schallgeschwindigkeit im Fluid ausgesendet werden. Die

Schallgeschwindigkeit kann dabei sowohl zur Ermittlung der Fluidoberfläche als auch zur Bestimmung der Qualität des Fluids herangezogen werden. Beispielsweise offenbart die DE 10 2014 210 080 Al eine Vor richtung zum Bestimmen einer Höhe einer Fluidoberfläche in einem Fluidbehälter. Die daraus bekannte Vorrichtung weist einen ersten Schallwandler, der dazu ausgebildet ist, Schallsignale in Richtung der Fluidoberfläche auszusenden und die an der Flu idoberfläche reflektierten Signale zu empfangen, und einen zweiten Schallwandler, der dazu ausgebildet ist, Schallsignale in Richtung eines im Fluidbehälter angeordneten Referenzelements auszusenden und die an dem Referenzelement reflektierten Signale zu empfangen. Aus den vom zweiten Schallwandler ausgesendeten und wieder empfangenen Schallsignalen kann eine Schallgeschwin digkeit innerhalb des Fluids bestimmt werden, die dann wiederum zum Bestimmen der Höhe der Fluidoberfläche herangezogen werden kann .

Ferner sind aus der DE 10 2014 210 077 Al eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Höhe einer Fluidoberfläche in einem Fluidbehälter bekannt.

Außerdem ist aus der US 5 744 898 A eine Vorrichtung mit einer Ultraschallwandlermatrix bekannt, die einen integrierten Sende- und Empfängerschaltkreis aufweist.

Aus der Medizintechnik bekannte Ultraschallvorrichtungen sind in den US 2017/0360415 Al, WO 2018/077962 Al, US 9 255 910 B2, US 2016/0363561 Al und US 8 689 606 B2 offenbart.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung und eine Fluidsensorvorrichtung bereitzustellen, mit denen die Höhe der Oberfläche eines Fluids und/oder die Qualität des Fluids in einem Fluidbehälter möglichst genau bestimmt werden kann. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und mit einer Fluidsensorvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zu Grunde, dass die Schallfrequenz des in das Fluid ausgesendeten Schallsignals in Abhängigkeit von den Dämpfungseigenschaften des Schallpfads ausgewählt werden soll. Insbesondere soll hier eine Abwägung zwischen hohen Schallfrequenzen für eine möglichst hohe Messgenauigkeit und niedrigen Schallfrequenzen für eine mög lichst geringe Dämpfung der Schallsignale geschaffen werden. Beispielsweise ist die Dämpfung der Schallsignale bei einem Fluid mit hoher Viskosität höher als bei einem Fluid mit niedriger Viskosität, wobei die Viskosität stark temperaturabhängig ist. Folglich ist es erfindungsgemäß, die Schallfrequenz des in das Fluid ausgesendeten Schallsignals in Abhängigkeit der Temperatur des Fluids auszuwählen bzw . die Schallfrequenz des Schallsignals der Fluidtemperatur anzupassen, um für unterschiedliche Be dingungen möglichst genaue Messergebnisse für die Höhe der Fluidoberfläche und/oder für die Fluidqualität zu erzielen. Bei niedrigen Temperaturen, bei denen die Dämpfung des Fluids größer ist als bei hohen Temperaturen, kann z. B. eine niedrige Schallfrequenz zu bevorzugen sein, während bei hohen Tempe raturen, bei denen die Dämpfung des Fluids kleiner ist als bei niedrigen Temperaturen, eine hohe Schallfrequenz vorteilhaft ist .

Folglich ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung of fenbart, die dazu ausgebildet ist, die Höhe einer Oberfläche eines Fluids und/oder eine Qualität des Fluids in einem Flu idbehälter mittels eines Schallwandlermoduls (10) zu bestimmen, das zumindest einen Schallwandler aufweist, der dazu ausgebildet ist, Schallsignale in das Fluid auszusenden und zu empfangen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Ermitteln der Temperatur des Fluids, ein Bestimmen einer Schallfrequenz auf der Grundlage der ermittelten Temperatur des Fluids und ein Ansteuern des Schallwandlermoduls derart, dass ein Schallsignal mit der ermittelten Schallfrequenz in das Fluid ausgesendet wird.

Die auszuwählende Schallfrequenz kann beispielsweise mittels eines „Trial-and-Error"-Verfahrens bestimmt werden, bei dem mehrere Schallsignale mit unterschiedlichen Schallfrequenzen in das Fluid ausgesendet, nach einer Reflexion an der Fluid oberfläche und/oder einem Referenzelement wieder empfangen und im Hinblick auf die Signalqualität des empfangenen Reflexi onssignals ausgewertet werden. Dasjenige reflektierte und empfangene Schallsignal mit der höchsten Signalqualität kann dann für die vorliegende Aufgabe der Vorrichtung verwendet werden .

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Bestimmen einer Dämpfungscharakteristik des Fluids auf der Grundlage der ermittelten Temperatur auf. Das Ermitteln der Schallfrequenz erfolgt dann zumindest teilweise auf der Grundlage der ermittelten Dämpfungscharakteristik des Fluids. Typischerweise ist die Dämpfungscharakteristik pro portional zur Viskosität des Fluids.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst das er findungsgemäße Verfahren ferner ein Ansteuern des Schall wandlermoduls derart, dass ein erstes Schallsignal mit einer ermittelten ersten Schallfrequenz in das Fluid ausgesendet wird, wenn das Fluid eine erste Temperatur aufweist, und ein Ansteuern des Schallwandlermoduls derart, dass ein zweites Schallsignal mit einer ermittelten zweiten Schallfrequenz in das Fluid ausgesendet wird, wenn das Fluid eine zweite Temperatur aufweist, die größer ist als die erste Temperatur.

Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die erste Schallfrequenz kleiner ist als die zweite Schallfrequenz. Bei niedrigen Temperaturen, bei denen die Dämpfung des Fluids größer ist als bei hohen Temperaturen, kann nämlich eine niedrige Schall frequenz zu bevorzugen sein, während bei hohen Temperaturen, bei denen die Dämpfung des Fluids kleiner ist als bei niedrigen Temperaturen, eine hohe Schallfrequenz vorteilhaft ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt die erste Schallfrequenz in einem Bereich zwischen ungefähr 100 kHz und ungefähr 2,5 MHz. Ferner ist es dabei bevorzugt, dass die zweite Schallfrequenz in einem Bereich zwischen ungefähr 500 kHz und ungefähr 4 MHz liegt.

Bei dem zu vermessenden Fluid handelt es sich bevorzugt um Motoröl, Getriebeöl, eine Harnstofflösung, einen Kraftstoff oder Wasser. Dabei sind diese Fluide bevorzugt dazu ausgebildet, in einem Fahrzeug oder einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs verwendet zu werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Fluidsensorvorrichtung zum Bestimmen der Höhe einer Oberfläche eines Fluids und/oder der Qualität des Fluids in einem Flu idbehälter offenbart. Die erfindungsgemäße Fluidsensorvor richtung weist zumindest ein Schallwandlermodul, das dazu ausgebildet ist, Schallsignale mit unterschiedlichen Schall frequenzen in das Fluid auszusenden und zu empfangen, eine Temperaturermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Temperatur des Fluids und eine Steuereinheit auf, die dazu ausgebildet ist, eine Schallfrequenz auf der Grundlage der ermittelten Temperatur des Fluids zu ermitteln und das Schallwandlermodul derart anzusteuern, dass ein Schallsignal mit der ermittelten

Schallfrequenz in das Fluid ausgesendet wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fluidsensorvorrichtung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, die Schallfrequenz mit steigender Temperatur des Fluids zu erhöhen .

Durch das Anpassen der Schallfrequenz des Schallsignals an die Dämpfungseigenschaften des zu vermessenden Fluids kann die Qualität des vom Schallwandlermodul empfangenden Reflexi ons-Schallsignal zum Erhöhen der Messgenauigkeit optimiert werden .

Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen

Fluidsensorvorrichtung zum Bestimmen einer Höhe einer Oberfläche eines Fluids und/oder einer Qualität des Fluids in einem Fluidbehälter zeigt,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer weiteren erfin

dungsgemäßen Fluidsensorvorrichtung zum Bestimmen einer Höhe einer Oberfläche eines Fluids und/oder einer Qualität des Fluids in einem Fluidbehälter zeigt,

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer noch weiteren er findungsgemäßen Fluidsensorvorrichtung zum Bestimmen einer Höhe einer Oberfläche eines Fluids und/oder einer Qualität des Fluids in einem Fluidbehälter zeigt, Fig. 4 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung derart zeigt, dass Schallsignale mit einer an den Füllstand des Fluids angepassten Schallfrequenz ausgesendet werden,

Fig. 5 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfin

dungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Flu idsensorvorrichtung derart zeigt, dass Schallsignale mit einer an die Temperatur des Fluids angepassten Schallfrequenz ausgesendet werden, und

Fig. 6 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines weiteren

Verfahrens zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung derart zeigt, dass Schallsignale mit einer an die Messaufgabe angepassten Schallfrequenz ausgesendet werden .

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren- übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt der Begriff „Fluidqualität" einen ein Fluid charakterisierenden Parameter. Beispielsweise können die Schallgeschwindigkeit des Fluids, die Dichte des Fluids, von der die chemische Zusammensetzung des Fluids abgeleitet werden kann, die elektrischen Eigenschaften des Fluids und die Dämpfungseigenschaften des Fluids als Pa rameter aufgefasst werden, die die Fluidqualität charakteri sieren. Beispielsweise kann bei einer wässrigen Harnstofflösung, wie z. B. Urea, der Harnstoffanteil im Wasser über die Ermittlung der temperaturabhängigen Schallgeschwindigkeit der wässrigen Harnstofflösung abgeschätzt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschreibt der Begriff „Signalqualität" beispielsweise die Höhe der Amplitude, das Signal-Rausch-Verhältnis , die Form der Hüllkurve des Signals oder die Korrelation zwischen ausgesendetem und empfangenen Signal .

Die Fig. 1 zeigt einen Fluidbehälter 1 mit einem Bodenabschnitt 3 sowie einem Fluidraum 5, der mit einem Fluid F befüllt ist. Bei dem Fluid F handelt es sich beispielsweise um ein flüssiges Medium zur Schadstoffreduktion in Abgasen, das vorzugsweise ein Re duktionsmittel und/oder einen Reduktionsmittelvorläufer, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, aufweist. Al ternativ kann es sich bei dem Fluid F um ein Öl handeln, wie beispielsweise ein Getriebeöl für ein Getriebe eines Fahrzeugs. Außerdem kann das Fluid F ein Motoröl oder ein Kraftstoff sein.

Zum Bestimmen einer Höhe Hl, H2 einer Fluidoberfläche 01, 02 in dem Fluidbehälter 1 ist eine Fluidsensorvorrichtung 100 vor gesehen, die ein am Bodenabschnitt 3 des Fluidbehälters 1 angeordnetes Schallwandlermodul 10 aufweist. In der Fig. 1 sind zwei Füllstände des Fluids F dargestellt, nämlich eine erste Höhe Hl der Oberfläche 01 über dem Bodenabschnitt 3 und eine zweite Höhe der Oberfläche 02 über dem Bodenabschnitt 3, die größer ist als die erste Höhe Hl.

Insbesondere kann, wie in der Fig. 1 dargestellt, das

Schallwandlermodul 10 relativ zur Fluidoberfläche 01, 02 unter einem vorbestimmten Kippwinkel a angeordnet sein. Beispiels weise kann hierzu der Bodenabschnitt 3 eine entsprechende Ausnehmung 4 aufweisen, in der das Schallwandlermodul 10 von außen an dem Fluidbehälter 1 angebracht ist. Die Flu

idsensorvorrichtung 10 weist ferner eine mit dem Schallwand lermodul 10 verbundene Steuereinheit 2 auf, die dazu ausgebildet ist, das Schallwandlermodul 10 zum Aussenden von Schallsignalen anzusteuern und die vom Schallwandlermodul empfangenen Signale zum Ermitteln der Höhen Hl, H2 der Fluidoberflächen Ol, 02 und/oder der Qualität des Fluids F auszuwerten.

Die Höhen Hl, H2 der Fluidoberflächen Ol, 02 sind dabei definiert als die Abstände der Fluidoberflächen Ol, 02 jeweils vom Bo denabschnitt 3, gemessen in einer Neutralstellung des Fluid behälters 1, also wenn keine Schrägstellung des Fluidbehälters 1 vorliegt und die Fluidoberflächen Ol, 02 im Wesentlichen parallel zum Bodenabschnitt 3 sind. Die Höhen Hl, H2 der Fluidoberflächen Ol, 02 können auch als Füllstände des Fluids F im Fluidbehälters 1 bezeichnet werden.

Das Schallwandlermodul 10 ist beispielsweise durch eine Ge häusewandung des Fluidbehälters 1 angekoppelt. Zum Beispiel ist die Gehäusewandung aus einem Kunststoff ausgebildet, wie beispielsweise aus sogenanntem hochdichtem Polyethylen (High Density Polyethylene, HDPE) , so dass der Bodenabschnitt 3 in der Gehäusewandung eingeschweißt werden kann. Alternativ ist das Schallwandlermodul 10 mit der Gehäusewandung verklebt oder mechanisch an diese gepresst, eventuell auch mit einer weiteren Zwischenschicht, um Unebenheiten oder Rauigkeiten auszuglei chen .

Das Schallwandlermodul 10 umfasst zumindest einen Schallwandler, der dazu ausgebildet ist, Schallsignale auszusenden und zu empfangen. Das Schallwandlermodul 10 kann durch unterschiedliche Ansteuerung dazu ausgebildet sein, ein Schallsignal mit un terschiedlichen Schallfrequenzen in das Fluid F auszusenden und wieder als Reflexionssignal zu empfangen. Beispielsweise sind in der Fig. 1 die vom Schallwandlermodul 10 ausgesendeten und wieder empfangenen Schallsignale mit Pfeilen 12, 14, 16 gekennzeichnet. In dem Fluid F ist weiterhin zumindest ein Referenzelement 8 vorgesehen, das vorzugsweise aus einem Material gebildet ist, das ein Metall aufweist. Das Referenzelement 8 reflektiert zumindest einen Teil des Schallsignals 16 und weist zu dem Schallwand lermodul 10 einen vorbestimmten und konstanten Abstand auf. Wie in der Fig. 1 gezeigt kann es bevorzugt sein, dass das Refe renzelement 8 innerhalb des Fluidbehälters 1 mit dem Boden abschnitt 3 mechanisch gekoppelt ist.

Die Fluidsensorvorrichtung 100 der Fig. 1 weist außerdem eine Temperaturerfassungseinrichtung 9 auf, die dazu ausgebildet ist, die Temperatur des Fluids zu erfassen. Die Temperaturerfas sungseinrichtung 9 ist beispielsweise ein Temperatursensor und ist vorzugsweise am Bodenabschnitt 3 des Fluidbehälters 1 angeordnet .

Das Bestimmen der Höhe H der Fluidoberfläche 0 und/oder der Qualität des Fluids erfolgt, wie im Stand der Technik ausführlich beschrieben, mittels Auswertung des zu den Fluidoberflächen 01, 02 ausgesendeten, an den Fluidoberflächen 01, 02 reflektierten und wieder empfangenen Schallsignalen 12, 14 und mittels

Auswertung des zum Referenzelement 8 ausgesendeten, am Refe renzelement 8 reflektierten und wieder empfangenen Schallsignals 16, auf dessen Grundlage die Qualität des Fluids F, wie bei spielsweise die Schallgeschwindigkeit im Fluid F, bestimmt werden kann.

Wie bereits erwähnt, besteht das Schallwandlermodul 10 aus zumindest einem Schallwandler. Vorzugsweise weist das

Schallwandlermodul 10 jedoch mehrere Schallwandler auf, die in einer matrizenhaften Anordnung vorgesehen sein können. Al ternativ sind auch jegliche weitere Anordnungsformen der mehreren Schallwandler denkbar, beispielsweise eine kreis förmige Anordnung oder eine unsortierte Anordnung. Die mehreren Schallwandler sind vorzugsweise in einer ge meinsamen Ebene angeordnet. Insbesondere befinden sich die einzelnen Sendepunkte der mehreren Schallwandler in der ge meinsamen Ebene. Alternativ können die einzelnen Sendepunkte nicht in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein, so dass bei gleichzeitiger und identischer Ansteuerung der mehreren

Schallwandler bereits ein gewünschtes Schallsignal erzeugt werden kann. Insbesondere können sich durch zeitversetztes Ansteuern der mehreren Schallwandler die einzelnen Schallsignale zu einem Überlagerungsschallsignal überlagern, wodurch die Abstrahlrichtung des Überlagerungsschallsignals relativ zur gemeinsamen Ebene wie gewünscht eingestellt werden kann.

Bevorzugter Weise sind die mehreren Schallwandler unter einem vorbestimmten Abstand a zueinander angeordnet. Der vorbestimmte Abstand a zwischen zwei benachbarten Schallwandlern beträgt vorzugsweise ungefähr ein ungerades ganzzahliges (n) Vielfaches der halben Wellenlänge l der von den Schallwandlern abgegebenen Schallsignale, d. h. a = (2 n— 1) l

Der vorbestimmte Abstand a bemisst sich dabei von dem fiktiven Sendepunkt eines Schallwandlers zu dem fiktiven Sendepunkt eines benachbarten Schallwandlers.

Jeder Schallwandler ist im Wesentlichen identisch ausgebildet und ist vorzugsweise in der Form eines kapazitiven mikrome chanischen Schallwandlers (CMUT) oder piezoelektrischen mik romechanischen Schallwandlers (PMUT) bereitgestellt. Jeder Schallwandler sendet ein Schallsignal ab, das im Wesentlichen senkrecht zur Anordnungsebene verläuft. Ferner ist es bevorzugt, dass jeder Schallwandler im Hinblick auf die Frequenz und Amplitude im Wesentlichen gleiche Schallsignale abgibt. Die Ansteuerung der Schallwandler erfolgt dabei gemeinsam oder separat, wobei der Phasenversatz der mehreren Schallsignale durch ein zeitlich versetztes Ansteuern der Schallwandler eingestellt werden kann, wodurch die Richtung des (Überlage- rungs- ) Schallsignals eingestellt werden kann.

Alternativ können die mehreren Schallwandler unterschiedlich ausgebildet sein und in jeweils unterschiedlichen Richtungen ihr jeweiliges Schallsignal aussenden. Vorzugsweise sind die mehreren Schallwandler jedoch dazu ausgebildet, jeweils derart ein Schallsignal auszusenden, dass sich die mehreren Schall signale zumindest teilweise zum Erzeugen des Überlagerungs schallsignals überlagern.

In Ausgestaltungen, bei denen das Schallwandlermodul 10 in nerhalb des Fluidbehälters 1, z. B. von innen am Bodenabschnitt 3 des Fluidbehälters 1 angebracht, angeordnet ist, kann es vorteilhaft sein, dass jedem der mehreren Schallwandler ein Schallführungselement zugeordnet ist, das jeweils dazu aus gebildet ist, das jeweilige Schallsignal des zugeordneten Schallwandlers zumindest teilweise zu führen. Insbesondere kann das jeweilige Schallführungselement trichterförmig ausgebildet sein, wobei die kleinere Öffnung dem jeweiligen Schallwandler zugeordnet ist. Alternativ ist das Schallführungselement zy lindrisch oder weist jede andere geeignete Form auf.

Die Steuereinheit 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dazu ausgebildet, das Schallwandlermodul 10 derart anzusteuern, dass ein (Überlagerungs- ) Schallsignal mit einstellbarer Schall frequenz in das Fluid F ausgesendet wird, das in eine vorbestimmte und gewünschte Richtung verläuft. Aufgrund ihrer Bauweise zeigen solche Schallwandler kein scharfes Resonanzverhalten und können somit durch eine geeignete Ansteuerung in einem breiten Fre- quenzbereich zur Ausstrahlung von Schallwellen mit unter schiedlichen Schallfrequenzen angeregt werden.

Die Gesamtdämpfung der Schallsignale 12, 14 im Fluid F ist insbesondere von der Dämpfung des Schallpfads und der tempe raturabhängigen Viskosität des Fluids F abhängig. Die Dämpfung des Schallpfads ist insbesondere von dessen Länge abhängig. Genauer gesagt ist die Dämpfung des Schallpfads umso höher, je höher die Länge desselben ist. Das wiederum bedeutet, dass die Dämpfung des Schallpfads mit der Höhe Hl, H2 der Fluidoberfläche Ol, 02 ansteigt, da die Laufstrecke des Schallsignals mit der Höhe Hl, H2 der Oberfläche Ol, 02 des Fluids F ansteigt.

Aus diesem Grund kann es beispielsweise günstig sein, bei der kleineren Höhe Hl der Oberfläche Ol des Fluids F eine größere Schallfrequenz für das vom Schallwandlermodul 10 in das Fluid ausgesendete Schallsignal zu wählen als bei der größeren Höhe H2 der Oberfläche 02. Durch das Auswählen einer höheren Schall frequenz bei der kleineren Höhe H2 der Oberfläche 02 des Fluids F (d.h. bei einem kleineren Füllstand des Fluids F) kann die Ortsauflösung bzw. Messgenauigkeit erhöht werden. Da der Schallpfad durch das Fluid F kleiner ist als bei höheren Füllständen, kann auch bei höherer Schalldämpfung im Fluid F die Qualität des Reflexionssignals ausreichend sein, um eine zu verlässige Detektion des Signals für die kritischeren niedrigen Füllstände zu gewährleisten.

Im Gegensatz dazu ist es vorteilhaft, bei der größeren Höhe H2 der Oberfläche 02 eine kleinere Schallfrequenz zu wählen als bei der kleineren Höhe Hl der Oberfläche Ol. Dadurch kann zumindest teilweise gewährleistet werden, dass trotz der langen Lauf strecke durch das Fluid F und der damit verbundenen größeren Dämpfung ein im Hinblick auf die Qualität ausreichendes Re flexionssignal empfangen werden kann. Zwar kann dadurch die Ortsauflösung bzw. Messgenauigkeit der größeren Höhe H2 der Oberfläche 02 geringer sein, jedoch sind im Allgemeinen bei höheren Füllständen die Anforderungen an die Messgenauigkeit geringer .

Neben der Dämpfung des Schallsignals aufgrund der unter schiedlichen Laufstrecken durch das Fluid F ist erfindungsgemäß die durch die stark temperaturabhängige Viskosität des Fluids F bedingte Dämpfung für ausreichende Messgenauigkeiten zu be rücksichtigen. Beispielsweise nimmt die Dämpfung mit sinkenden Temperaturen des Fluids F zu. Entsprechend ist es erfin dungsgemäß, dass die Steuereinheit 2 das Schallwandlermodul 10 derart ansteuert, dass bei niedrigen Temperaturen des Fluids F ein Schallsignal mit einer niedrigeren Schallfrequenz in das Fluid F ausgesendet wird als bei hohen Temperaturen. Dies ist insbesondere bei Fluiden mit allgemein hoher Dämpfung, wie beispielsweise bei Motoröl oder Getriebeöl, und bei Fluiden mit stark temperaturabhängiger Dämpfung, wie beispielsweise Die selkraftstoff, von Vorteil.

Zwar kann das Absenken der Schallfrequenz zu einer geringeren Ortsauflösung bzw. Messgenauigkeit führen, jedoch ist das Empfangen eines auswertbaren Reflexionssignals mit geringerer Ortsauflösung einem gar nicht mehr auswertbaren Reflexionssignal vorzuziehen. Ein nicht mehr ausreichend auswertbares Refle xionssignal liegt beispielsweise dann vor, wenn die Amplitude des empfangenen Reflexionssignals so gering ist, dass man ein Reflexionssignal nicht mehr vom Signalrauschen unterscheiden kann ..

Entsprechend kann es bevorzugt sein, bei der Qualitätsmessung, bei der die Schallsignale des Schallwandlermoduls an das Re ferenzelement 8 ausgesendet werden, eine höhere Schallrequenz für das Schallsignal zu wählen als bei der Füllstandsmessung, bei der der Schallpfad zum einen deutlich länger ist als bei der Qualitätsmessung und bei der aufgrund von unruhigen Oberflächen Ol, 02 ungünstigere Reflexionsbedingungen vorliegen können als bei der Qualitätsmessung. Denn bei der Qualitätsmessung ist das Referenzelement 8 vorzugsweise derart ausgestaltet, dass das dort eintreffende Schallsignal größtenteils zum Schallwand lermodul 10 zurück reflektiert wird. Im Gegensatz dazu führen unruhige Oberflächen Ol, 02 zu einer starken Streuung der reflektierten Signale, so dass der zum Schallwandlermodul 10 reflektierte Anteil deutlich geringer ist als bei der Quali- tätsmessung .

Die Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Fluidsensor vorrichtung 100, die ein erstes Schallwandlermodul 10 und ein zweites Schallwandlermodul 11 aufweist. Beide Schallwandler- module 10, 11 werden von der Steuereinheit 2 angesteuert, wobei das Schallwandlermodul 10 zum Aussenden der Schallsignale 12, 14 in Richtung der Fluidoberflächen Ol, 02 ausgebildet ist und das Schallwandlermodul 11 zum Aussenden des Schallsignals 16 in Richtung des Referenzelements 8 ausgebildet ist. Das Schall wandlermodul 10 ist somit im Wesentlichen horizontal ausge richtet und bevorzugt von unten an den Boden 3 des Fluidbehälters 1 derart angekoppelt, dass die Schallsignale 12, 14 in vertikaler Richtung ausgesendet werden. Das Schallwandlermodul 11 ist im Wesentlichen in einer Ausnehmung 4 im Boden 3 des Fluidbehälters 1 angeordnet und im Wesentlichen vertikal ausgerichtet, so dass das Schallsignal 16 im Wesentlichen in horizontaler Richtung ausgesendet wird.

Wie bereits in Bezug auf die Fig. 1 beschrieben, werden bei der Fluidsensorvorrichtung 100 der Fig. 2 die Schallsignale 12, 14 mittels des Schallwandlermoduls 10 zum Bestimmen der Höhen Hl, H2 der Oberflächen Ol, 02 des Fluids F ausgesendet, wobei das Schallsignal 16 mittels des Schallwandlermoduls 11 zum Bestimmen der Qualität des Fluids F ausgesendet wird. Die Ansteuerung der Schallwandlermodule 10, 11 erfolgt mittels der Steuereinheit 2.

Die Fig. 3 zeigt eine noch weitere erfindungsgemäße Flu idsensorvorrichtung 100. Die Fluidsensorvorrichtung 100 der Fig. 3 unterscheidet sich von der Fluidsensorvorrichtung der Fig. 1 dadurch, dass das Schallwandlermodul 10 im Wesentlichen ho rizontal ausgerichtet und bevorzugt von unten am Boden 3 des Fluidbehälters 1 angebracht ist. Außerdem ist das Referen zelement 8 derart ausgestaltet, dass es das vertikal ausgesendete Schallsignal 16 wieder zum Schallwandlermodul 10 zurück re flektiert. Somit ist das Schallwandlermodul 10 dazu ausgebildet, sämtliche Schallsignale 12, 14, 16 im Wesentlichen in vertikaler Richtung auszusenden.

Die Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Anpassen der Schallfrequenz des Schallsignals in Abhängigkeit von der Dämpfung des Schallsignals aufgrund der Schallpfadlänge und/oder aufgrund der stark temperaturabhän gigen Viskosität des Fluids F.

Das Verfahren der Fig. 4 startet beim Schritt 200 und gelangt dann zum Schritt 210, an dem die Steuereinheit 2 das Schallwand lermodul 10 zum Aussenden eines Referenz-Schallsignals mit vorbestimmter Referenz-Schallfrequenz in das Fluid F in Richtung der Fluidoberfläche Ol, 02 ansteuert. Die Refe

renz-Schallfrequenz stellt dabei eine Start-Schallfrequenz dar und kann beispielsweise in einem Bereich zwischen ungefähr 1 MHz und 3 MHz liegen.

Beim darauffolgenden Schritt 220 wird vom Schallwandlermodul 10 ein Referenz-Antwortsignal empfangen. Das Refe

renz-Antwortsignal wird als Antwort auf das Aussenden des Referenz-Schallsignals empfangen. Beispielsweise kann das Referenz-Schallsignal an die Oberfläche Ol, 02 des Fluids F ausgesendet, dort reflektiert und wieder als Refe

renz-Antwortsignal empfangen werden. Alternativ ist es möglich, das Referenz-Schallsignal an das Referenzelement 8 auszusenden, das dort reflektiert und wieder als Referenz-Antwortsignal empfangen wird.

Beim darauffolgenden Schritt 230 wird die Signalqualität des Referenz-Antwortsignals ermittelt. Das Ermitteln der Signal qualität weist beispielsweise ein Ermitteln der Amplitude des Referenz-Antwortsignals , ein Ermitteln einer Einhüllenden des Antwortsignals oder ein Ermitteln einer Korrelation zwischen ausgesendetem und empfangenen Signal auf.

Beim darauffolgenden Schritt 240 wird die Schallfrequenz des vom Schallwandlermodul 10 ausgesendeten Mess-Schallsignals in Abhängigkeit von der ermittelten Signalqualität angepasst. Beispielsweise wird die Schallfrequenz des Mess-Schallsignals verringert, wenn die Signalqualität kleiner als ein vorbe stimmter Signal-Schwellenwert ist. Umgekehrt kann die

Schallfrequenz des Schallsignals erhöht werden, wenn die Signalqualität größer als der vorbestimmte Signal-Schwellenwert ist .

Im Anschluss an das Anpassen der Schallfrequenz des

Mess-Schallsignals erfolgt am Schritt 250 ein Ansteuern des Schallwandlermoduls 10 derart, dass das Mess-Schallsignal mit der angepassten Schallfrequenz in das Fluid F zur Füllstand messung und/oder Qualitätsmessung ausgesendet wird, bevor das Verfahren am Schritt 260 endet.

Insbesondere kann durch das in der Fig. 4 gezeigte Ablaufdi agramme ein Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung 100 bereitgestellt werden, mittels der die unterschiedlichen Füllstände und/oder die Fluidqualität mit angepasster und unterschiedlichen Schallfrequenzen möglichst genau erfasst werden können. Beispielsweise ist es bei dem Verfahren der Fig.

4 vorteilhaft, bei einer niedrigen Höhe Hl der Oberfläche Ol eine höhere Schallfrequenz für das Mess-Schallsignal 12 zu wählen als bei der höheren Höhe H2 der Oberfläche 02.

Unter Verweis auf die Fig. 5 ist ein beispielhaftes Ablauf diagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben von einer der Fluidsensorvorrichtungen 100 der Fig. 1 bis 3 gezeigt.

Das Verfahren der Fig. 5 startet beim Schritt 300 und gelangt dann zum Schritt 310, bei dem die Temperatur des Fluids F erfasst wird. Beispielsweise kann hierzu die Steuereinheit 2 dazu ausgebildet sein, aus dem Signal des Temperatursensors 9 (siehe Fig. 1 bis 3) die Temperatur des Fluids F zu bestimmen.

Bei einem darauffolgenden Schritt 320 wird auf der Grundlage der erfassten Temperatur des Fluids F eine Schallfrequenz für das vom Schallwandlermodul 10 auszusendenden Schallsignal bestimmt. Beispielsweise kann der erfassten Temperatur des Fluids F eine Schallfrequenz zugeordnet werden, vorzugsweise mittels einer in der Steuereinheit 2 hinterlegten Kennlinie oder einer Nach- schlagetabelle . Die Kennlinie und die Nachschlagetabelle ordnen jeder Temperatur des Fluids F eine auszuwählende Schallfrequenz zu. Außerdem kann die Zuordnung der Schallfrequenz mittels einer mathematischen Abbildung erfolgen.

Nach dem Ermitteln der Schallfrequenz am Schritt 320 wird beim darauffolgenden Schritt 330 das Schallwandlermodul 10 von der Steuereinheit 2 derart angesteuert, dass das Schallwandlermodul 10 ein Schallsignal mit der am Schritt 320 ermittelten

Schallfrequenz in das Fluid F aussendet. Das Verfahren der Fig.

5 endet am Schritt 340. Unter Berücksichtigung der Fig. 5 kann folglich die Steuereinheit 2 dazu ausgebildet sein, das Schallwandlermodul 10 derart anzusteuern, dass das Schallwandlermodul 10 ein Schallsignal mit einer Schallfrequenz aussendet, dass im Hinblick auf den vorherrschenden Füllstand und die Temperatur des Fluids F optimiert ist. Das heißt, dass die Dämpfungscharakteristik, die vom der Schallpfadlänge und der Viskosität des Fluids abhängt, berücksichtigt wird und somit eine verbesserte Messgenauigkeit bei der Erfassung des Füllstands und/oder der Qualität des Fluids F erreicht werden kann bzw. die Messung in einem größeren Temperaturbereich zuverlässig durchgeführt werden kann.

Ferner kann es vorteilhaft sein, die Schallfrequenz in Ab hängigkeit der Messaufgabe auszuwählen und anzupassen. Bei spielsweise kann es bevorzugt sein, beim Messen der Höhen Hl, H2 der Oberflächen Ol, 02 des Fluids F eine kleinere Schallfrequenz zu wählen als bei der Qualitätsmessung zum Bestimmen der Qualität des Fluids F. Bei dem Aussenden des Schallsignals an das Re ferenzelement 8 zur Qualitätsmessung kann eine hohe Ortsauf lösung bzw. hohe Messqualität gewünscht sein, damit die Qualität des Fluids F, wie z. B. die Schallgeschwindigkeit im Fluid F, möglichst genau ermittelt werden kann. Die so ermittelte Schallgeschwindigkeit wird nämlich dann auch beim Ermitteln der Höhen Hl, H2 der Oberflächen 01, 02 des Fluids F herangezogen, weshalb die Schallgeschwindigkeit bevorzugt mit hoher Genau igkeit bestimmt werden sollte. Ferner ist die Laufstrecke des Schallsignals durch das Fluid F bei dieser Qualitätsmessung zumeist kleiner als bei der Füllstandmessung.

Die Fig. 6 zeigt ein weiteres Ablaufdiagramm eines weiteren beispielhaften Verfahrens zum Betreiben von einer der Flu idsensorvorrichtungen 100 der Fig. 1 bis 3, bei dem die

Schallfrequenz in Abhängigkeit der Messaufgabe angepasst wird. Das Verfahren der Fig. 6 startet beim Schritt 400 und gelangt dann zum Schritt 410, bei dem die Messaufgabe bestimmt wird. Bei spielsweise kann beim Schritt 410 bestimmt werden, ob eine Füllstandmessung oder eine Qualitätsmessung erfolgen soll.

Wird beim Schritt 410 bestimmt, dass eine Füllstandmessung erfolgen soll, gelangt das Verfahren zum Schritt 420, bei dem auf der Grundlage der bestimmten Füllstandmessung eine erste Schallfrequenz für das vom Schallwandlermodul 10 auszusendende erste Schallsignal ermittelt wird. Beim darauffolgenden Schritt 430 wird ein erstes Schallsignal mit der ermittelten ersten Schallfrequenz in Richtung der Oberfläche 01, 02 zum Bestimmen der Höhe Hl, H2 der Oberfläche 01, 02 des Fluids F ausgesendet und aus dem an der Oberfläche 01, 02 reflektierten Antwortsignal der Füllstand des Fluids F im Fluidbehälter 1 ermittelt, bevor das Verfahren beim Schritt 460 endet.

Wird jedoch beim Schritt 410 bestimmt, dass eine Qualitätsmessung erfolgen soll, gelangt das Verfahren zum Schritt 440, bei dem auf der Grundlage der bestimmten Qualitätsmessung eine zweite Schallfrequenz für das vom Schallwandlermodul 10 auszusendende zweite Schallsignal ermittelt wird. Beim darauffolgenden Schritt 450 wird das zweite Schallsignal mit der ermittelten zweiten Schallfrequenz in Richtung des Referenzelements 8 ausgesendet und aus dem am Referenzelement 8 reflektierten Antwortsignal die Qualität des Fluids F ermittelt, bevor das Verfahren wiederum beim Schritt 460 endet. Insbesondere kann damit die Schall geschwindigkeit im Fluid F ermittelt werden, die zum einen die Qualität des Fluids anzeigen kann und die zum anderen bei der Füllstandmessung herangezogen werden kann.

Bei dem Verfahren der Fig. 6 kann sich beispielsweise zu Nutze gemacht werden, dass aufgrund des längeren Signalpfads bei der Füllstandmessung eine niedrige Frequenz vorteilhaft sein kann als bei der Qualitätsmessung, bei der ein vergleichsweise kürzerer Signalpfad vorliegt. Außerdem kann bei der Quali tätsmessung eine erhöhte Ortsauflösung bzw. Messgenauigkeit erforderlich sein, so dass hierfür eine höhere Schallfrequenz für das Schallsignal zu bevorzugen ist.

Unter Berücksichtigung der Fig. 4 bis 6 kann folglich die Steuereinheit 2 dazu ausgebildet sein, das Schallwandlermodul 10 derart anzusteuern, dass das Schallwandlermodul 10 ein

Schallsignal mit einer Schallfrequenz aussendet, dass im Hinblick auf den vorherrschenden Füllstand, die Temperatur des Fluids F und die Messaufgabe optimiert ist. Das heißt, dass die Dämpfungscharakteristik, die von der Schallpfadlänge und der Viskosität des Fluids abhängt, sowohl bei der Füllstands- als auch Qualitätsmessung berücksichtigt wird und somit eine verbesserte Messgenauigkeit bei der Erfassung des Füllstands und/oder der Qualität des Fluids F erreicht werden kann bzw. die Messung in einem größeren Temperaturbereich zuverlässig durchgeführt werden kann. Somit können die in den Fig. 4 bis 6 beschriebenen Verfahren zum Anpassen der Frequenz der vom Schallwandlermodul 10, 11 ausgesandten Schallsignale mitei nander kombiniert werden, um eine optimale Anpassung des Messvorgangs an die gegebenen Bedingungen zu erreichen.