DE3714520A1

DE3714520A1 - DEVICE FOR CYCLICALLY DETERMINING THE DURATION OF A SWITCHING SIGNAL IN A CONTAINER FILLED WITH LIQUID

Info

Publication number: DE3714520A1
Application number: DE19873714520
Authority: DE
Inventors: Herbert Zimmer; Johann Schneeberger
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1988-11-10

Abstract

A pulse shaper (13) with a response produces square pulses from the driver signal (TS) and the echo signal (ECS), specifically the transmitter signal (SES) and the receiver signal (ES), whose separation in time corresponds to the transit time of a sound signal (SC) in a fluid. The square pulses have a pulse length, which impedes determination of the transit time at low liquid levels. In order to be able to determine the transit time also at all possible liquid levels, an adjustment device (3) is provided, which adjusts the pulse length and the response as a function of the transit time. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Bei Einrichtungen dieser Art ist die Laufzeit, die dem Füll stand entspricht, gleich dem zeitlichen Abstand zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal, der von einem Umsetzer er mittelt wird. Beide Signale werden mit einem Impulsformer je weils aus dem Treibersignal und dem Echosignal erzeugt.In the case of devices of this type, the runtime is the same as the filling corresponds to the time interval between the Transmitted signal and the received signal by a converter is averaged. Both signals are each with a pulse shaper because generated from the driver signal and the echo signal.

Das Treibersignal und das Echosignal haben einen Signalverlauf, der durch die Aneinanderreihung mehrerer Nadelimpulse zu einem "Nadelimpulspaket" charakterisiert ist. Der Impulsformer wan delt jedes Nadelimpulspaket in einen Rechteckimpuls mit einer festgelegten Impulsdauer um, die beginnt, wenn die ansteigende Flanke des ersten Nadelimpulses einen Ansprechwert überschrei tet. Dieser ist abhängig von der Ansprechempfindlichkeit des Impulsformers, die durch seine Verstärkung und die Ansprech schwelle einer Kippstufe festgelegt ist.The driver signal and the echo signal have a waveform, that by the series of several needle impulses to one "Needle pulse package" is characterized. The pulse shaper wan delt each needle pulse packet in a rectangular pulse with a specified pulse duration, which begins when the increasing Edge of the first needle pulse exceeds a response value tet. This depends on the sensitivity of the Pulse shaper, thanks to its amplification and response threshold of a flip-flop is set.

Um ein Mehrfachauslösen der Kippstufe durch hintereinanderfol gende Impulsnadeln des Treibersignals zu vermeiden, wird die Impulsdauer so ausgelegt, daß alle Impulsnadeln, die die An sprechschwelle erreichen, sicher innerhalb der Impulsdauer lie gen. Ansonsten könnte die Kippstufe nach dem Ende der Impuls dauer erneut durch eine Impulsnadel des Treibersignals gesetzt und dadurch ein Sendesignal abgegeben werden, das vom Umsetzer fälschlicherweise als Empfangssignal interpretiert werden würde. To trigger the flip-flop several times in succession To avoid impulsive needles of the driver signal, the Pulse duration designed so that all pulse needles that the An reach the speech threshold, lie safely within the pulse duration Otherwise, the flip-flop could be the pulse after the end again set by a pulse needle of the driver signal and thereby emitting a transmission signal by the converter are incorrectly interpreted as a received signal would.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß es bei einer fe sten Impulsdauer nicht möglich ist, alle auftretenden Laufzei ten zu unterscheiden: Bei hohem Füllstand ist nämlich eine hohe Verstärkung nötig, damit das schwache Echosignal überhaupt die Ansprechschwelle erreichen kann. Diese hohe Verstärkung hat aber zur Folge, daß die vom Treibersignal ausgelösten Nadelim pulse erst nach relativ langer Zeit unter die Ansprechschwelle abgesunken sind. Dementsprechend ist eine relativ lange Impuls dauer notwendig, um alle bis zur Ansprechschwelle reichenden Impulsnadeln des Treibersignals in einem Sendesignal unterbrin gen zu können. Diese große Impulsdauer begrenzt aber die Er mittlung der Laufzeit bei niedrigen Füllständen (Laufzeit ≦ Impulsdauer).The invention is based on the finding that it is at a fe most impulse duration is not possible, all occurring runtime A distinction must be made: a high level is a high one Gain necessary so that the weak echo signal at all Can reach response threshold. Has this high gain but the consequence is that the needles triggered by the driver signal pulse only after a relatively long time below the response threshold have sunk. Accordingly, a relatively long pulse time necessary to reach everyone up to the response threshold Pulse needles of the driver signal in a transmission signal to be able to. This large pulse duration limits the Er averaging the runtime at low fill levels (runtime ≦ Pulse duration).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Meßbereich bei niedrigen Füllständen zu erweitern.The object of the invention is therefore the measuring range expand at low levels.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 gekennzeichnet. Da nach wird durch die Anpassung der Impulsdauer und der Ansprech empfindlichkeit des Impulsformers an den jeweiligen Füllstand erreicht, daß auch bei sehr niedrigen Füllständen zugeordnete Laufzeiten richtig gemessen werden können. Vorzugsweise wird diese Anpassung bei jedem Start des Fahrzeugs vorübergehend un terdrückt und Impulsdauer und Ansprechempfindlichkeit unabhän gig vom tatsächlichen Tankinhalt auf Werte eingestellt, die dem vollen Tank zugeordnet sind: Diese Voreinstellung wird nach der ersten Laufzeitmessung dieser entsprechend geändert.The solution to this problem is characterized in claim 1. There after is by adjusting the pulse duration and the response sensitivity of the pulse shaper to the respective level achieved that assigned even at very low levels Maturities can be measured correctly. Preferably this adjustment temporarily every time the vehicle is started depressed and pulse duration and responsiveness independent gig of the actual tank content set to values that the full tank are assigned: This preset is after the first runtime measurement this changed accordingly.

Diese Anpassung kann vorzugsweise durch eine Stelleinrichtung ausgeführt werden, die durch die Einstellung eines Zeitglieds die Impulsdauer der Kippstufe bestimmt.This adjustment can preferably be done by an actuator run by hiring a timer determines the pulse duration of the flip-flop.

Bevorzugt wird eine Stelleinrichtung, die durch die Einstellung der Verstärkung die Ansprechempfindlichkeit des Impulsformers verändern kann. Die Ansprechempfindlichkeit kann aber auch zu sätzlich oder allein durch eine Einstellung der Ansprechschwel le der Kippstufe verändert werden. An adjusting device is preferred which is adjusted by the setting the gain, the responsiveness of the pulse shaper can change. The sensitivity can also increase additionally or solely by setting the response threshold le of the flip-flop can be changed.

Die Stelleinrichtung kann vorzugsweise aus einem Signalgeber und einem Stellglied bestehen, das direkt mit dem Impulsformer in Verbindung steht und die Einstellung entweder stufenweise oder kontinuierlich ausführt. Der Signalgeber kann an das Stellglied ein Stellsignal abgeben, dessen Amplitude entweder kontinuierlich oder stufenweise von der Laufzeit der Schallsi gnale in der Flüssigkeit abhängt.The actuating device can preferably consist of a signal transmitter and an actuator that works directly with the pulse shaper communicates and the setting is either gradual or runs continuously. The signal generator can be connected to the Actuator output a control signal, the amplitude of either continuously or gradually from the running time of the Schallsi gnale depends in the liquid.

Eine kontinuierliche Einstellung des Impulsformers kann durch eine Stelleinrichtung vorgenommen werden, die einen Digital- Analog-Wandler als Signalgeber aufweist.A continuous adjustment of the pulse shaper can be done by an actuating device can be made that a digital Has analog converter as a signal generator.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspüchen gekennzeichnet.Further advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims marked.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zei gen:The invention is illustrated by the figures. It shows gene:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Verstärkung und die Impulsdauer stufenweise eingestellt werden, Fig. 1 shows an embodiment in which the gain and the pulse duration are set stepwise,

Fig. 2 ein Diagramm zu Fig. 1, das einen typischen Signalverlauf eines Treibersignals und eines Echosignals bei hohem Füllstand angibt, Fig. 2 is a diagram to Fig. 1, indicating a typical waveform of a driving signal and an echo signal at a high level,

Fig. 3 ein weiteres Diagramm zu Fig. 1, das einen typischen Si gnalverlauf eines Treibersignals und eines Echosignals bei niedrigem Füllstand darstellt. Fig. 3 is another diagram of Fig. 1, which shows a typical Si signal curve of a driver signal and an echo signal at low level.

Die Einrichtung nach Fig. 1 hat einen Umsetzer 2, der mit einer Stelleinrichtung 3 und einer Wandlereinrichtung 1 verbunden ist.The apparatus of Fig. 1 comprises a converter 2, which is connected to an adjusting device 3, and a converter device 1.

Die Wandlereinrichtung 1 hat eine Treiberstufe 11, einen Wand ler 12 und einen Impulsformer 13.The converter device 1 has a driver stage 11 , a wall ler 12 and a pulse shaper 13 .

Die Treiberstufe 11 gibt, angeregt durch ein Auslösesignal AS vom Umsetzer 2, ein Treibersignal TS in Form eines hochfrequen ten, impulsartigen Wechselstroms mit exponentiell abfallender Amplitude an Wandler 12 und Impulsformer 13 ab. The driver stage 11 , stimulated by a trigger signal AS from the converter 2 , a driver signal TS in the form of a hochfrequen th, pulse-like alternating current with exponentially falling amplitude from converter 12 and pulse shaper 13 .

Der Wandler 12 ist ein Piezowandler, der angeregt durch das Treibersignal TS ein Schallsignal SC im Ultraschallbereich in die Flüssigkeit eines Behälters (nicht eingezeichnet) abgibt. Das Schallsignal SC wandert zur Flüssigkeitsoberfläche, wird an dieser reflektiert und wandert zurück zum Piezowandler, der das reflektierte Schallsignal SC in ein elektrisches Signal, das Echosignal ECS, zurück verwandelt. Der Piezowandler gibt das Echosignal ECS, das einen ähnlichen Signalverlauf aufweist wie das Treibersignal TS, an den Impulsformer 13 weiter.The transducer 12 is a piezo transducer which, excited by the driver signal TS, emits a sound signal SC in the ultrasound range into the liquid of a container (not shown). The sound signal SC travels to the surface of the liquid, is reflected on it and travels back to the piezo transducer, which converts the reflected sound signal SC back into an electrical signal, the echo signal ECS . The piezo transducer forwards the echo signal ECS , which has a similar signal profile to the driver signal TS , to the pulse shaper 13 .

Der Impulsformer 13 hat eingangsseitig eine Verstärkerschal tung 131, der ausgangsseitig eine Kippstufe 132 nachgeschaltet ist.The pulse shaper 13 has on the input side an amplifier circuit 131 which is followed by a flip-flop 132 on the output side.

Die Verstärkerschaltung 131 hat einen Operationsverstärker 1313, dessen nicht invertierender Eingang auf Bezugspotential liegt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 1313 ist über einen Eingangswiderstand 1311 mit dem Wandler 12 und über einen Rückkoppelwiderstand 1312 mit dem Ausgang des Operations verstärkers 1313 verbunden. Der Operationsverstärker 1313 ist als invertierender Verstärker ausgelegt, dessen Verstärkung v einen Betrag hat, der sich aus dem Quotienten von Rückkoppelwi derstand 1312 geteilt durch Eingangswiderstand 1311 ergibt. Mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 1313 ist ein Gleich richterwiderstand 1315 über eine Gleichrichterdiode 1314 ver bunden, wodurch sich eine Einweggleichrichtung des verstärkten Treibersignals TS und Echosignals ECS ergibt.The amplifier circuit 131 has an operational amplifier 1313 , the non-inverting input of which is at reference potential. The inverting input of the operational amplifier 1313 is connected via an input resistor 1311 to the converter 12 and via a feedback resistor 1312 to the output of the operational amplifier 1313 . The operational amplifier 1313 is designed as an inverting amplifier whose gain v has an amount that results from the quotient of the feedback resistor 1312 divided by the input resistor 1311 . With the output of the operational amplifier 1313 , a rectifier resistor 1315 is connected via a rectifier diode 1314 , which results in one-way rectification of the amplified driver signal TS and echo signal ECS .

Die Kippstufe 132 des Impulsformers 13 besteht aus einem Mono- Flop 1321, das einen Signaleingang hat, der mit dem Gleichrich terwiderstand 1315 der Verstärkerschaltung 131 verbunden ist. Weiterhin hat das Mono-Flop 1321 einen Signalausgang, der mit dem Umsetzer 2 verbunden ist. Die Rückkippzeit des Mono-Flops 1321 und damit die Impulsdauer a ist durch ein Zeitglied be stimmt, das einen Kondensator 1322 und einen Kippstufenwider stand 1323 aufweist. Während der Impulsdauer a ist das Mono- Flop 1321 durch Signale am Signaleingang nicht triggerbar. Erst mit einer negativen Flanke nach Ablauf der Impulsdauer a am Si gnalausgang wird das Mono-Flop 1321 zurückgesetzt und damit am Signaleingang ansteuerbar gemacht. Hierzu ist der Signalausgang des Mono-Flops 1321 auf einen Reseteingang zurückgekoppelt.The flip-flop 132 of the pulse shaper 13 consists of a mono-flop 1321 which has a signal input which is connected to the rectifier resistor 1315 of the amplifier circuit 131 . Furthermore, the mono flop 1321 has a signal output which is connected to the converter 2 . The flip back time of the mono-flop 1321 and thus the pulse duration a is determined by a timing element which has a capacitor 1322 and a flip-flop resistor 1323 . During the pulse duration a , the mono-flop 1321 cannot be triggered by signals at the signal input. Only with a negative edge after the pulse duration a at the signal output is the mono-flop 1321 reset and thus made controllable at the signal input. For this purpose, the signal output of the mono flop 1321 is fed back to a reset input.

Die Kippstufe 132 hat eine Ansprechschwelle s, die durch die verwendete Technologie festgelegt ist (bei CMOS beträgt die Schwellenspannung der MOS-Transistoren z.B. 1,5 V) und erzeugt aus dem verstärkten und gleichgerichteten Treibersignal TS ein Sendesignal SES und aus dem Echosignal ECS ein rechteckförmiges Empfangssignal ES, die beide dem Umsetzer 2 zugeführt werden.The flip-flop 132 has a response threshold s which is determined by the technology used (in the case of CMOS, the threshold voltage of the MOS transistors is, for example, 1.5 V) and generates a transmission signal SES from the amplified and rectified driver signal TS and a rectangular signal from the echo signal ECS Receive signal ES , both of which are supplied to the converter 2 .

Der Umsetzer 2 gibt an die Wandlereinrichtung 1 zyklisch das Auslösesignal AS ab, mit dem ein Meßzyklus zur Ermittlung der Laufzeit t _a zwischen Sendesignal SES und Echosignal ECS be ginnt. Als Antwort auf das Auslösesignal AS erhält der Umsetzer 2 von der Wandlereinrichtung 1 in Reihenfolge das Sendesignal SES und das Empfangssignal ES, deren zeitlicher Abstand der Laufzeit t _a des Schallsignals SC in der Flüssigkeit des Behäl ters entspricht.The converter 2 cyclically outputs the trigger signal AS to the converter device 1 , with which a measuring cycle for determining the transit time t _a between the transmission signal SES and the echo signal ECS begins. In response to the trigger signal AS , the converter 2 receives from the converter device 1 in sequence the transmission signal SES and the reception signal ES , the time interval of which corresponds to the transit time t _{a of} the sound signal SC in the liquid of the container.

Der Umsetzer 2 ermittelt für die Laufzeit t _a den binären Lauf zeitwert w, der an einem Parallelausgang des Umsetzers 2 an die Stelleinrichtung 3 ausgegeben wird. Die Laufzeit t _a wandelt der Umsetzer in ein Meßsignal MS um, das einer übergeordneten Aus werteeinheit (nicht eingezeichnet) zugeführt wird, die aus dem Meßsignal MS den jedem Laufzeitwert w zugeordneten Füllstand ermittelt und anzeigt.The converter 2 determines the binary running time value w for the running time t _a, which is output at a parallel output of the converter 2 to the actuating device 3 . The converter converts the transit time t _a into a measurement signal MS , which is fed to a higher-level evaluation unit (not shown), which determines and displays the fill level assigned to each transit time value w from the measurement signal MS .

Die Stelleinrichtung 3 besteht aus einem Signalgeber 32 und einem Stellglied 31, das mit dem Impulsformer 13 der Wandler einrichtung 1 verbunden ist.The actuating device 3 consists of a signal generator 32 and an actuator 31 which is connected to the pulse shaper 13 of the converter device 1 .

Der Signalgeber 32 hat einen digitalen Vergleicher 322 mit zwei Paralleleingängen, die jeweils mit dem Parallelausgang des Um setzers 2 bzw. einem Referenzwertgeber 321 verbunden sind. Der Vergleicher 322 hat einen Ausgang, den er auf High-Pegel setzt, wenn der binäre Laufzeitwert w größer ist als der vom Referenz wertgeber 321 ausgegebene binäre Referenzwert r. Andererseits setzt der Vergleicher 322 seinen Ausgang auf Low-Pegel, wenn der Laufzeitwert w kleiner gleich dem Referenzwert r ist.The signal generator 32 has a digital comparator 322 with two parallel inputs, each of which is connected to the parallel output of the converter 2 or a reference value generator 321 . The comparator 322 has an output which it sets to high level when the binary runtime value w is greater than the binary reference value r output by the reference value transmitter 321 . On the other hand, the comparator 322 sets its output to low level when the runtime value w is less than or equal to the reference value r .

Der Ausgang des Vergleichers 322 ist mit einem Ausgangsschalt werk 323 des Signalgebers 32 verbunden, das einen zusätzlichen Eingang hat, an dem ein Zündsignal ZS ansteht, das sich beim Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs ändert. Solange das Zündsignal ZS einen unveränderten Wert hat, ist das Stellsignal ST gleich dem Signal am Ausgang des Vergleichers 322. Nur im Fall, daß die Zündanlage des Kraftfahrzeugs eingeschaltet wird - das Zündsignal ZS geht von Low-Pegel auf High-Pegel über -, hat das Stellsignal ST am Ausgangsschaltwerk 323 unabhängig vom Füllstand High-Pegel entsprechend einem hohen Füllstand (Pegel am Ausgang des Vergleichers 322). Nach der ersten folgenden Laufzeitmessung bestimmt diese wieder das Stellsignal ST.The output of the comparator 322 is connected to an output switching mechanism 323 of the signal generator 32 , which has an additional input at which an ignition signal ZS is present, which changes when the ignition of the motor vehicle is switched on. As long as the ignition signal ZS has an unchanged value, the actuating signal ST is equal to the signal at the output of the comparator 322 . Only in the event that the ignition system of the motor vehicle is switched on - the ignition signal ZS changes from low level to high level - does the actuating signal ST at the output switching device 323 have a high level, regardless of the fill level, corresponding to a high fill level (level at the output of the comparator 322 ). After the first following runtime measurement, this again determines the control signal ST .

Das Stellglied 31 der Stelleinrichtung 3 hat einen Zusatzwider stand 312, der in Serie mit der Drain-Source-Strecke eines MOS- Transistors 311 in einem Parallelzweig liegt, der parallel zum Eingangswiderstand 1311 der Verstärkerschaltung 131 angeordnet ist. Zudem hat das Stellglied 31 einen PNP-Transistor 313, über dessen Kollektor-Emitter-Strecke ein Parallelwiderstand 314 pa rallel zum Kippstufenwiderstand 1323 der Kippstufe 132 angeord net ist. Das Gate des MOS-Transistors 311 und die Basis des PNP-Transistors 313 werden gleichzeitig von dem Stellsignal ST angesteuert.The actuator 31 of the actuator 3 has an additional resistance stood 312 , which is in series with the drain-source path of a MOS transistor 311 in a parallel branch which is arranged in parallel with the input resistor 1311 of the amplifier circuit 131 . In addition, the actuator 31 has a PNP transistor 313 , on the collector-emitter path, a parallel resistor 314 pa rallel to the flip-flop resistor 1323 of the flip-flop 132 is angeord net. The gate of the MOS transistor 311 and the base of the PNP transistor 313 are driven simultaneously by the control signal ST .

Der Umsetzer 2 gibt ein Auslösesignal AS an die Treiberstufe 11 ab, die daraufhin ein Treibersignal TS erzeugt, das am Wandler 12 und an dem Eingang der Verstärkerschaltung 131 des Impuls formers 13 anliegt. Der Wandler 12 setzt das elektrische Trei bersignal TS in ein Schallsignal SC um, das er in die Flüssig keit im Behälter abgibt. Dieses Schallsignal SC wandert zur Flüssigkeitsoberfläche und wieder zurück zum Wandler 12, der sich am Boden des Behälters befindet. Der Wandler 12 setzt das reflektierte Schallsignal SC wieder in das Echosignal ECS um, das nach dem Treibersignal TS am Eingang der Verstärkerschal tung 131 ankommt. Das Echosignal ECS ist bei vollem Behälter wegen der Verluste bei der Wandlung und der langen Laufstrecke des Schalls in der Flüssigkeit im Vergleich zum Treibersignal TS relativ stark abgeschwächt.The converter 2 outputs a trigger signal AS to the driver stage 11 , which then generates a driver signal TS which is applied to the converter 12 and to the input of the amplifier circuit 131 of the pulse former 13 . The converter 12 converts the electrical driver signal TS into a sound signal SC , which it emits in the liquid speed in the container. This sound signal SC travels to the liquid surface and back to the transducer 12 , which is located at the bottom of the container. The converter 12 converts the reflected sound signal SC back into the echo signal ECS , which arrives after the driver signal TS at the input of the amplifier circuit 131 . When the container is full, the echo signal ECS is attenuated to a relatively great extent compared to the driver signal TS because of the losses during the conversion and the long travel distance of the sound in the liquid.

Bei hohem Füllstand ist das Stellsignal ST am Ausgang des Si gnalgebers 32 der Stelleinrichtung 3 auf High-Pegel gesetzt. Damit ist das Gate des MOS-Transistors 311 aufgesteuert, der jetzt leitet. Dadurch ist der Zusatzwiderstand 312 parallel zum Eingangswiderstand 1311 der Verstärkerschaltung 131 geschaltet, was eine größere Verstärkung v ₁ zur Folge hat.When the fill level is high, the control signal ST at the output of the signal generator 32 of the actuating device 3 is set to high level. The gate of the MOS transistor 311 , which is now conducting, is thus opened. As a result, the additional resistor 312 is connected in parallel to the input resistor 1311 of the amplifier circuit 131 , which results in a larger gain v ₁ .

Zugleich ist der PNP-Transistor 313 gesperrt, da an seiner Ba sis der High-Pegel des Stellsignals ST anliegt. Aus dem Produkt des Kippstufenwiderstands 1323 und des Kondensators 1322 ergibt sich damit eine relativ große Impulsdauer a ₁.At the same time, the PNP transistor 313 is blocked, since the high level of the control signal ST is present at its base. The product of flip-flop resistor 1323 and capacitor 1322 thus results in a relatively large pulse duration a ₁ .

Das mit der Verstärkung v ₁ verstärkte und gleichgerichtete Treibersignal TS kippt mit der ersten ansteigenden Flanke eines Nadelimpulses das Mono-Flop 1321 in den instabilen Zustand, das am Signalausgang ein Sendesignal SES mit High-Pegel abgibt, bis die Impulsdauer a ₁ abgelaufen ist. Im zeitlichen Abstand zum Treibersignal TS erreicht das verstärkte und gleichgerichtete Echosignal ECS den Eingang des Mono-Flops 1321, das aus dem Echosignal ECS ebenfalls ein rechteckförmiges Empfangssignal ES mit der Impulsdauer a ₁ erzeugt.The driver signal TS , amplified and rectified with the gain v ₁ , tilts the mono-flop 1321 into the unstable state with the first rising edge of a needle pulse, which emits a transmission signal SES with a high level at the signal output until the pulse duration a _{1 has} expired. At a time interval from the driver signal TS , the amplified and rectified echo signal ECS reaches the input of the mono-flop 1321 , which likewise generates a rectangular reception signal ES with the pulse duration a ₁ from the echo signal ECS .

Fig. 2 zeigt den Verlauf eines Treibersignals TS mit nachfolgen dem Echosignal ECS bei vollem Füllstand am Signaleingang der Kippstufe 132. Die ersten drei Nadelimpulse des Treibersignals TS übersteuern die Verstärkerschaltung 131, wogegen ein Teil der Nadelimpulse des ausschwingenden Treibersignals TS Amplitu den haben, die wegen der relativ großen Verstärkung v ₁ über die festgelegte Eingangsschwelle s der Kippstufe 132 hinausgehen. Um alle Nadelimpulse des Treibersignals TS, die die Eingangs schwelle s erreichen, sicher in einem Sendesignal SES unterzu bringen, ist die Impulsdauer a ₁ des Sendesignals SES und des Empfangssignals ES (strichpunktiert eingezeichnet in Fig. 2) re lativ lang. Wie das eingezeichnete Echosignal ECS verdeutlicht, ist die Verstärkung v ₁ gerade so eingestellt, daß das Echosi gnal ECS die Eingangsschwelle s sicher erreicht. Die Ansprech empfindlichkeit des Impulsformers 13 ergibt sich aus der Ver stärkung v ₁ und der Ansprechschwelle s. Fig. 2 shows the profile of a driving signal TS with subsequent to the echo signal ECS at full level at the signal input of the flip-flop 132nd The first three needle pulses of the driver signal TS overdrive the amplifier circuit 131 , whereas some of the needle pulses of the decaying driver signal TS have amplitudes which, because of the relatively large gain v _{1, go} beyond the defined input threshold s of the flip-flop 132 . In order to safely accommodate all needle pulses of the driver signal TS that reach the input threshold s in a transmission signal SES , the pulse duration a _{1 of} the transmission signal SES and the reception signal ES (shown in broken lines in FIG. 2) is relatively long. As the echo signal ECS shown illustrates, the gain v ₁ is set so that the echo signal ECS safely reaches the input threshold s . The response sensitivity of the pulse shaper 13 results from the reinforcement Ver v ₁ and the threshold s.

Während der Fahrt erniedrigt sich der Füllstand der Flüssigkeit im Behälter durch den Verbrauch des Kraftfahrzeugs immer weiter, mit der Folge, daß die vom Umsetzer 2 fortlaufend ermittelte Laufzeit t _a immer kleinere Laufzeitwerte w annimmt. Das Echosi gnal ECS nimmt durch die verkürzte Laufstrecke des Schallsi gnals SC in der Flüssigkeit in zunehmendem Maße einen erhöhten Pegel an und rückt dem Treibersignal TS zeitlich immer näher. Der Laufzeitwert w, bei dem die Laufzeit t _a schließlich gleich der Impulsdauer a ₁ wird, ist durch den Referenzwert r gegeben, der im Referenzwertgeber 321 des Signalgebers 32 abgelegt ist. Unterschreitet der vom Umsetzer 2 an den Signalgeber 32 gelie ferte Laufzeitwert w den Referenzwert r, setzt der Vergleicher 322 seinen Ausgang auf Low-Pegel. Daraufhin gibt das Ausgangs schaltwerk 323 des Signalgebers 32 als Stellsignal ST den Low- Pegel an das Stellglied 31 aus.During the journey, the level of the liquid in the container continues to decrease due to the consumption of the motor vehicle, with the result that the running time t _a continuously determined by the converter 2 assumes ever smaller running time values w . The echo signal ECS increasingly takes on an increased level due to the shortened travel distance of the sound signal SC in the liquid and moves ever closer to the driver signal TS . The transit time value w , at which the transit time t _a finally becomes equal to the pulse duration a ₁ , is given by the reference value r , which is stored in the reference value generator 321 of the signal generator 32 . If the transit time value w delivered by the converter 2 to the signal transmitter 32 falls below the reference value r , the comparator 322 sets its output to a low level. Thereupon, the output switching mechanism 323 of the signal generator 32 outputs the low level to the actuator 31 as the control signal ST .

Bei Low-Pegel an der Basis schaltet der PNP-Transistor 313 des Stellglieds 31 durch. Damit ist der Parallelwiderstand 314 des Stellglieds 31 dem Kippstufenwiderstand 1323 parallelgeschal tet. Der sich ergebende Gesamtwiderstand aus dem Kippstufenwi derstand 1323 und dem Parallelwiderstand 314 ist kleiner als der Kippstufenwiderstand 1323 alleine und damit ergibt sich eine im Vergleich zur Impulsdauer a ₁ kürzere Impulsdauer a ₂. Zugleich ist der MOS-Transistor 311 im gesperrten Zustand, da an seinem Gate das Stellsignal ST mit Low-Pegel anliegt. Jetzt wird in der Verstärkerschaltung 131 alleine der Eingangswider stand 1311 wirksam, was eine im Vergleich zur Verstärkung v ₁ niedrigere Verstärkung v ₂ ergibt, die zu kleinen Amplituden des Treibersignals TS und Echosignals ECS führt. Die Ansprechemp findlichkeit des Impulsformers 13 ist damit bei niedrigen Füll ständen durch die Verstärkung v ₂ und die konstante Ansprech schwelle s festgelegt.When the base is low, the PNP transistor 313 of the actuator 31 turns on. Thus, the parallel resistor 314 of the actuator 31, the flip-flop resistor 1323 is switched in parallel. The resulting total resistance from the flip-flop resistor 1323 and the parallel resistor 314 is smaller than the flip-flop resistor 1323 alone and this results in a shorter pulse duration a ₂ than the pulse duration a ₁ . At the same time, the MOS transistor 311 is in the blocked state, since the control signal ST with a low level is present at its gate. Now only the input resistance 1311 becomes effective in the amplifier circuit 131 , which results in a lower gain v ₂ compared to the gain v ₁ , which leads to small amplitudes of the driver signal TS and echo signal ECS . The response sensitivity of the pulse shaper 13 is thus determined at low levels by the gain v ₂ and the constant response threshold s .

Wie Fig. 3 verdeutlicht, ist die Verstärkung v ₂ so eingestellt, daß nur die ersten drei Nadelimpulse des Treibersignals TS die Eingangsschwelle s der Kippstufe 132 überschreiten. Die rest lichen Nadelimpulse des Treibersignals TS weisen als Folge der Verstärkung v ₂ vernachlässigbar kleine Restamplituden auf, die mit Sicherheit unter der Ansprechschwelle s liegen, und damit keine weiteren Impulse auslösen können, die fälschlich als Emp fangssignal ES ausgewertet werden könnten. Auch Interferenzen der Restamplituden mit den Nadelimpulsen des ausschwingenden Echosignals ECS erreichen nicht die Ansprechschwelle s. Damit ergibt sich die relativ kurze Impulsdauer a ₂ des Sendesignals SES und des Empfangssignals ES (in Fig. 3 strichpunktiert ein gezeichnet), die eine Ermittlung der Laufzeit t _a auch bei nied rigen Füllständen ermöglicht.As illustrated in FIG. 3, the gain v ₂ is set such that only the first three needle pulses of the driver signal TS exceed the input threshold s of the flip-flop 132 . The rest of the needle pulses of the driver signal TS have negligibly small residual amplitudes as a result of the amplification v ₂ , which are certainly below the response threshold s , and therefore cannot trigger any further pulses that could be incorrectly evaluated as the reception signal ES . Interference of the residual amplitudes with the needle pulses of the decaying echo signal ECS does not reach the response threshold s . This results in the relatively short pulse duration a _{2 of} the transmission signal SES and the reception signal ES (dash-dotted in FIG. 3), which enables the transit time t _{a to be determined} even at low levels.

Das Ausgangsschaltwerk 323 des Signalgebers 32 gibt unmittelbar nach dem Anlassen des Kraftfahrzeuges das Stellsignal ST mit High-Pegel an das Stellglied 31 aus, um einen definierten Startpunkt für die Ermittlung der Laufzeit t _a festzulegen. Da mit ist nach Anlassen des Fahrzeugs immer die größere Verstär kung v ₁ und die relativ lange Impulsdauer a ₁ eingestellt. An sonsten könnte nach dem Auftanken eines fast leeren Kraftfahr zeugtanks der Füllstand nicht ermittelt werden: Wegen der nied rigen Verstärkung v ₂ würde das schwache Echosignal ECS die An sprechschwelle s nicht erreichen und daher von der Kippstufe 132 kein Empfangssignal ES erzeugt.The output switching mechanism 323 of the signal generator 32 outputs the control signal ST at high level to the actuator 31 immediately after the motor vehicle is started, in order to determine a defined starting point for determining the running time t _a . Since with the start of the vehicle is always the larger amplification v ₁ and the relatively long pulse duration a ₁ . Otherwise, the fill level could not be determined after refueling an almost empty motor vehicle tank: Because of the low gain v ₂ , the weak echo signal ECS would not reach the response threshold s and therefore would not generate a receive signal ES from flip-flop 132 .

Die Funktionen des Umsetzers 2 und des Signalgebers 32 der Stelleinrichtung 3 können auch mit einem programmierten Mikro computer 4, der schematisch in der Fig. 1 eingezeichnet ist, ausgeführt werden.The functions of the converter 2 and the signal generator 32 of the actuating device 3 can also be carried out with a programmed microcomputer 4 , which is shown schematically in FIG. 1.

Zwischen Verstärkerschaltung 131 und Kippstufe 132 kann ein Komparator angeordnet sein, der die Ansprechschwelle s des Im pulsformers 13 mittels einer einstellbaren Referenzspannung be stimmt.A comparator can be arranged between the amplifier circuit 131 and the flip-flop 132 , which determines the response threshold s of the pulse generator 13 by means of an adjustable reference voltage.

Claims

1. Device for cyclically determining the transit time ( t _a ) of a sound signal (SC) in a container filled with a liquid, in particular for motor vehicles,

- With a converter device ( 1 ) having a driver stage ( 11 ), a converter ( 12 ) and a pulse shaper ( 13 ) with a sensitivity, wherein
- - The driver stage ( 11 ), triggered by a trigger signal (AS) , outputs a driver signal ( TS) to the converter ( 12 ) and the pulse shaper ( 13 ),
- - The transducer ( 12 ), excited by the driver signal (TS), emits a sound signal (SC) into the liquid, which again detects the sound signal (SC) reflected on the liquid surface and converts it into an echo signal (ECS ),
- - The pulse shaper from the driver signal (TS ) generates a transmission signal (SES ) with the pulse duration (a) and from the echo signal (ECS ) a reception signal (ES ) also with the pulse duration (a) ;
- With a converter ( 2 ) which cyclically emits the trigger signal (AS) and determines the transit time (t _a ) between the transmit signal (SES ) and the receive signal (ES ),

dadurch gekennzeichnet,characterized,

- That the pulse duration (a) and the sensitivity of the pulse shaper ( 13 ) decrease when the transit time (t a ) becomes smaller.

2. Device according to claim 1, characterized in that the pulse duration ( a ) and the sensitivity of the pulse shaper ( 13 ) for at least the first determination of the running time after each start of the motor vehicle are set to values which are assigned to the full container.

3. Device according to claim 2, characterized in that an adjusting device ( 3 ) is provided which changes the pulse duration ( a ) via the setting of the timing element of the flip-flop ( 132 ).

4. Device according to claim 3, characterized in

- That the pulse shaper ( 13 ) has an amplifier circuit ( 131 ) with a gain ( v ) and a flip-flop ( 132 ) with an input threshold ( s ) and a timing element which defines the pulse duration ( a ), and
- That the response sensitivity of the pulse shaper ( 13 ) by the gain ( v ) and the input threshold ( s ) is given.

5. Device according to claim 4, characterized in that the adjusting device ( 3 ) changes the gain ( v ) of the pulse former ( 13 ).

6. Device according to claim 4, characterized in that the adjusting device ( 3 ) changes the input threshold ( s ) of the tilting stage ( 132 ).

7. Device according to claim 5, characterized in

- That the actuating device ( 3 ) has a signal transmitter ( 32 ) and an actuator ( 31 ),
- That the converter ( 2 ) outputs a transit time value ( w ) of the transit time ( t _a ) to the signal generator ( 32 ), and
- That the signal generator ( 32 ) outputs at least one control signal (ST) depending on the transit time value ( w ) to the actuator ( 31 ) which, depending on the control signal (ST), the pulse duration ( a ) and the sensitivity of the pulse shaper ( 13 ) ver changes.

8. Device according to claim 7, characterized in

- That the signal generator ( 32 ) has a comparator ( 322 ) and a reference value transmitter ( 321 ), which gives a reference value ( r ), and
- That the control signal (ST) depending on whether the transit time value ( w ) is smaller or larger / equal to the reference value ( r ), ei ne assumes another amplitude.