驱动电压通常从低到2伏特至高到30伏特变化。驱动脉冲的数目和振幅基于所接收到的 回波反射的数目来选择。如果回波反射的数目降到预设数量（基于所辨别的相对距离来计 算）以下，则控制器400增加驱动脉冲的振幅和/或数目。相反地，如果回波反射的数目大 于预设数量，则控制器400减小施加到换能器115/210的驱动脉冲的振幅和/或数目（减 少不需要的失真和噪声）。因此，产生闭环增益控制以用于超声声波130/215回波反射的传 输和检测。
[0042] 控制器400将近场操作模式定义为当所识别的第一回波反射发生在等于或稍大 于两倍于换能器210的平均回响时间的时间段期间时发生的操作模式。控制器400将远场 操作模式定义为当第一回波反射发生在由近场操作模式所定义的时间段之外时发生，或者 换句话说，如果在大于换能器210的平均回响时间的时间间隔的两倍的时间间隔处接收到 第一回波反射的操作模式。在近场模式中，控制器400调制换能器210的功率以确保紧跟 回响周期的结束之后接收到至少两个经过验证的回波反射。在远场模式中，控制器400调 制换能器210的功率以确保紧跟回响周期的结束之后接收到至少一个有效的回波反射。
[0043] 诸如换能器115/210的压电晶体的谐振频率随着温度而改变。调制并控制超声波 130/215的振幅的能力取决于在驱动换能器115/210的谐振频率下驱动换能器115/210。控 制器400通过基于由温度传感器125所感测的温度而改变施加到换能器115/210的脉冲的 频率来执行这个功能。换能器115/210的压电谐振频率与温度之间的关系特定于压电材料 的所选类型、尺寸、形状以及机械设计。依赖于温度的关系被对于设计经验地测量，并且然 后被以控制器400内的查找表的形式来阐述。使用对于所测量的温度在查找表中规定的频 率，控制器400选择并且控制换能器115/210驱动频率。
[0044] 超声波130/215通过罐110传播，从而产生由罐110的壁和浸没在流体中的其它 组件的反射。这些反射能够干扰来自反射器135和/或表面205的回波反射。这能够产 生假回波反射，该假回波反射加到一串经记录的回波反射或者抵消该串内的期望的回波反 射。此外，流体的运动、温度梯度、空气气泡以及其它污染物能够干扰超声声波，从而在时间 上产生漂移或者在所接收到的回波串内生成噪声。为了确保所接收到的回波不被破坏，控 制器400通过应用窗口滤波器来验证返回的一串回波，该窗口滤波器检查每个返回回波的 时间相对于已知标准时间，以及对于从一个测量到下一个能够发生的改变的预定容限。本 方法的原理基于流体属性与正在进行的测量的速率相比相对慢地改变的事实。例如，在DEF 系统的操作期间，除了当罐110正被填充时，罐110中流体105的液面非常慢地改变（例 如，在数分钟期间）。在实际的实现中，测量每秒进行20次，而在紧跟罐填充或污染物的引 入之后，流体的属性花费几十秒改变。因此，用于预望的或容许的时间窗口的参数可以被设 计并且应用于每个返回回波时间。如果返回回波时间落入所定义的时间窗口内，则它被认 为有效。相反地，如果返回回波时间落入所定义的时间窗口之外，它被认为无效。无效回波 时间被控制器400丢弃，同时有效回波被用来计算存在于罐110内的DEF105的浓度。
[0045] 图6示出了对于汽车级UREA和纯净水的多个混合物（即，DEF)的声速对温度图 形。基于水对UREA的量以及混合物的温度，在质量感测系统100 (和组合感测系统300)中， 通过流体的声速能够从约1400米每秒（m/sec)到约1680m/sec变化，换能器115与反射器 135之间的物理距离是固定的。因此，在给定温度下，通过流体的声速能够由以下关系来表 达：
[0046] 声速（T) = DXNX2/T，其中
[0047] 其中D是换能器与反射器之间的距离，
[0048] T是对于多次回波反射的时间测量，以及
[0049] N是反射的数目。
[0050] 基于这个公式，控制器400对于通过DEF流体行进的超声波计算依赖于温度的声 速，并且然后通过向诸如图6中所示出的查找表应用所计算的声速和测量的温度来确定 UREA溶液的浓度。如可以看见的，使用多次反射将测量的分辨率增加了等于所使用反射的 数目的倍数。替代地，可以使用来自图6的数据和传感器系统100的已知物理参数来产生 查找表，从而使得对于给定数目的反射，控制器400能够基于所测量的温度和经过验证的 回波反射时间来从表中直接地内插流体浓度。查找表的使用减少了控制器400所需要的存 储器，并且提高了控制器400的处理速度。
[0051 ] 流体105的浓度的数字或模拟表示被从控制器400传送到输出驱动器420,其将测 量输送到外部控制器以用于管理和控制车辆的DEF系统的功能。输出驱动器420可能以数 字驱动器形式，诸如用于直接地与车辆的数据总线通信的J1939或CAN总线，或者取决于特 定应用的需要，输出驱动器420可以生成另一适当的模拟信号或数字信号。
[0052] 污染物被引入到罐中（例如，当填充罐时）是可能的。表1描绘了对于当填充DEF 系统时能够被引入的多个潜在污染物而不是所规定的32. 5% UREA溶液的近似声速。如可 以从表1中看见的，针对普通汽车液体的声速大大地不同于DEF溶液。将污染物引入到罐 110中改变了液体105内的声速，这对于小偏差（诸如稀释的UREA)来说容易地被检测为 UREA浓度水平的移位，或对于大偏差来说容易地被检测为超范围测量，诸如可能是柴油燃 料的情况。
[0053] CN 105181007 A ^ ΗΠ T> 8/10 贞
[0054] 表1
[0055] 弓丨入到DEF溶液105中的污染物能够影响DEF系统将柴油机排气中的NOx转换 为氮、水以及二氧化碳的能力。因此，期望的是确定在DEF中是否存在污染物，并且污染物 是什么。控制器400能够被配置成，无论何时对于给定温度测量的声速超过已经被定义在 UREA浓度查找表内的声速或者降到其以下，在输出驱动器420处生成诊断输出信号或超 范围输出信号。替代地，控制器400能够被用来选择性地识别特定污染物，诸如柴油燃料， 并且以数字消息的形式输出该信息，或者被用来将该出现存储为诊断事件以用于将来的询 问。在任一情况下，超范围输出使得DEF系统能够采取行动，从而关闭该DEF系统，或者在 某些情况下禁用车辆，以防止对DEF系统组件的不可逆损害。DEF系统还能够向用户通知 (例如，点亮车辆的仪表板上的情况指示灯）UREA的质量是否不能够充分地离解柴油机排 气中的NOx。如说明书和权利要求中所使用的，"污染物"和"污染"指的是将污染物引入到 UREA中，并且还指的是UREA的稀释（例如，水的引入）。
[0056] 在液面感测系统200 (和组合感测系统300)中，能够基于对于液体的已知声速和 在换能器210与罐110的底部之间可能存在的任何机械偏移来计算换能器210与流体105 的表面205之间的物理距离，如由以下关系式所表达的：
[0057] 液面=偏移+声速（t) X T/2
[0058] 其中，偏移是罐110的底部与换能器210之间的机械偏移，
[0059] 声速（t)是对于该流体的依赖于温度的声速，以及
[0060] T是对于经过验证的回波反射的时间测量。
[0061] 基于DEF罐中水对UREA的量以及混合物的温度，通过流体的声速在室温下能够从 近似1530米每秒（m/sec)到约1680m/sec变化（参见图5和表1)。在正常操作中，DEF系 统以在室温下导致1630m/sec的声速的32. 5 %的UREA浓度水平来工作。
[0062] 控制器400基于已知机械偏移、对于回波反射测量的时间T以及对于通过DEF流 体105行进的超声波215的依赖于温度的声速来计算流体液面。优选地使用查找表以基于 所测量的温度来计算依赖于温度的声速。替代地，可以使用传感器系统200的已知物理参 数和对于流体105的依赖于温度的声速数据来产生查找表，从而使得控制器400能够基于 所测量的温度和经过验证的回波反射时间T从表中直接地内插流体液面。使用这样的表降 低了存储器空间需求并且提高了控制器400的处理速度。
[0063] 液面的数字或模拟表示被从控制器400传送到输出驱动器420以将测量输送到外 部控制器，以用于管理和控制汽车的DEF系统的功能。输出驱动器420可能以数字驱动器 形式，诸如用于直接地与车辆的数据总线通信的J1939或CAN总线，或者取决于特定应用的 需要，输出驱动器420可以生成另一适当的模拟信号或数字信号。
[0064] 当污染物变得与DEF 105结合时，通过结合流体的声速能够大大地改变。污染物 在被引入到罐100中之前变得与DEF 105混合是可能的，或者污染物能够被直接地引入到 罐110中，从而与DEF 105混合。表1中的许多潜在污染物具有比对于由32. 5% UREA组成 的DEF溶液慢的声速。具体地，柴油燃料、制动液、动力转向液、清洗液以及水全部具有比与 32. 5% UREA溶液相关联的1630m/sec声速慢的声速。较慢的声速对于经反射的回波导致 增加的测量时间，其超过所规定的DEF溶液将会发生的测量时间。因此，如果当填充罐时引 入污染物，则液面传感器系统200将生成超过罐110的容量的液面测量。知道这一点，控制 器400能够被编程为执行似真性检验，以通过相对于罐100的绝对物理容量比较所计算的 液面，来确定污染物是否被引入到罐110中。
[0065