一種具有緩慢振蕩器和高速開關(guān)的電容性燃料成分傳感器的制造方法
【專利摘要】一種具有緩慢振蕩器和高速開關(guān)的電容性燃料成分傳感器，提供了一個(gè)分壓器，該分壓器包括傳感器和參考電容電壓，為了達(dá)到更低的功耗，該電壓在兩個(gè)電壓之間以相對較低的頻率，例如以6KHz的頻率振蕩，但是，該電容開關(guān)迅速，產(chǎn)生在分壓器兩端變化的周期性快速電壓，用來在電容器的結(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生電壓峰值，表明該電容比，因此可以說明燃料成分。
【專利說明】一種具有緩慢振蕩器和高速開關(guān)的電容性燃料成分傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001 ] 本發(fā)明有關(guān)于內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車，特別對那些適應(yīng)于用混合燃料工作的汽車，例如未知變量濃度的汽油和酒精混合。這種汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作，隨著一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)響應(yīng)燃料成分信號(hào)而改變，該信號(hào)由發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給中的傳感器產(chǎn)生，該傳感器對燃料混合物的參數(shù)敏感，表明燃料成分。
【背景技術(shù)】:
[0002]用于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的幾種燃料成分傳感器在先前技術(shù)中被人們知道。它們包括光傳感器，微波傳感器以及電容傳感器。在電容性燃料成分傳感器的領(lǐng)域中，必須克服的一個(gè)問題是酒精的導(dǎo)電性，在酒精濃度超過30%時(shí)，由于電容極板通過燃料混合物短路，它會(huì)非常大地減少傳感器的精度。
[0003]電容性燃料成分傳感器，它能夠在酒精濃度一直到100%下精確地工作。該傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料管線中提供一個(gè)電容，一個(gè)電氣參考阻抗與該電容器串聯(lián)，一個(gè)振蕩器，提供振蕩電壓給電容/阻抗的組合，有一個(gè)電壓組件，它的頻率至少為I兆赫茲，但小于微波電路裝置所需的頻率。傳感器進(jìn)一步包括一個(gè)電路，該電路對由電容決定的電容器的電參數(shù)敏感，來確定它的電容量，因此確定燃料混合物的介電常數(shù)。該電壓組件的高頻，用于電容傳感，提供一個(gè)電容器阻抗，該阻抗大大地低于燃料的并聯(lián)等效電阻阻抗，這是由于燃料的導(dǎo)電性，這樣，電容阻抗占優(yōu)勢，因此傳感器提供一個(gè)電容量的精確指示。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的傳感器提供給一個(gè)分壓器，該分壓器包括傳感器，給電容引用一個(gè)電壓，為了更低的功耗，該電壓以相對較低的頻率在兩個(gè)電壓間振蕩，例如6KHz的頻率，但是，該電容開關(guān)迅速，產(chǎn)生在分壓器兩端變化的周期性快速電壓，用來在電容器的結(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生電壓峰值，表明該電容比，因此可以說明燃料成分。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案
[0006]通過附圖以及隨后優(yōu)選方案的描述，本發(fā)明進(jìn)一步的細(xì)節(jié)及優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。
[0007]對比專利文獻(xiàn):CN2828763Y車輛用靜電容量式傳感器200520113988.9【專利附圖】

【附圖說明】:
[0008]圖1顯示了一輛汽車，具有發(fā)動(dòng)機(jī)燃料控制，加上依照本發(fā)明的燃料成分傳感器。
[0009]圖2-4是不同的視圖，顯示了使用在依照本發(fā)明的燃料成分傳感器中的電容傳感器。
[0010]圖5顯示了依照本發(fā)明的燃料成分傳感器一部分電路圖。
[0011]圖6顯示了介電常數(shù)與燃燒各種燃料所需要的空氣/燃料(A/F)之比的圖線。
[0012]圖7顯示一系列電壓波形，對理解圖5中電路的工作有幫助。[0013]圖8-10分別顯示了圖5電路中燃料成分傳感器中的低頻振蕩器，快速開關(guān)以及高速峰值跟隨器的電路圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0014]圖1提供了一輛汽車，它包括發(fā)動(dòng)機(jī)室12中的發(fā)動(dòng)機(jī)11，發(fā)動(dòng)機(jī)11通過燃料管道15接收來自油箱13的燃料，并且把過多的燃料通過導(dǎo)管14返回給油箱，油箱13在車的另一端。油箱13中的燃料是兩種燃料的混合物，其中一個(gè)是汽油，另一個(gè)是酒精，比如甲醇或乙醇。燃料管道15包括燃料成分傳感器16,該傳感器位于發(fā)動(dòng)機(jī)室12內(nèi)靠近發(fā)動(dòng)機(jī)11的點(diǎn)上。燃料成分傳感器16產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)表明了經(jīng)過的燃料中酒精與汽油的相對比例。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的燃料蒸氣收集罐17由蒸汽管道18連接到油箱13，用來收集那邊的蒸汽，通過蒸汽管道19連接到發(fā)動(dòng)機(jī)11的進(jìn)氣系統(tǒng)。
[0015]發(fā)動(dòng)機(jī)11的工作，被一個(gè)電子控制器20控制，如圖所示，該控制器可以位于發(fā)動(dòng)機(jī)室的后方或者其他方便的地方?？刂破?0可以是一個(gè)程序化的數(shù)字計(jì)算機(jī)，類似于那些目前在汽車上使用的控制器。這個(gè)裝置是眾所周知的，它包括一個(gè)微處理器，RAM, ROM和適當(dāng)?shù)妮斎?輸出電路，伴隨著保存在ROM中適當(dāng)?shù)某绦?，用來配合收到的來自不同傳感器的輸入信息，?zhí)行運(yùn)算，查表以及輸出命令給發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)部件中的各個(gè)致動(dòng)器?？刂破?0對燃料成分信號(hào)Vot敏感，該信號(hào)來自燃料成分傳感器16以及燃料溫度信號(hào)，隨著空氣/燃料比，點(diǎn)火時(shí)間，過濾器凈化速率，以及其他根據(jù)提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際燃料混合物來優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)工作所必須的因素，來修改這種發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)。
[0016]傳感器16的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2-4所不。該結(jié)構(gòu)供給一個(gè)在傳感器外殼和外部電容電極之間的共地端，這樣，這些部分就不必要相互隔離。因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，由于外部電極接地而降低的成本，大于任何該傳感器所需的電子設(shè)備的花費(fèi)。
[0017]低碳不銹鋼的外管26，一端安裝其中，使激光焊縫達(dá)到一個(gè)耦合部件21的擴(kuò)展開口端，另一端安裝其中，激光焊縫達(dá)到另一個(gè)耦合部件22的擴(kuò)展開口端。耦合部件21和22都由不銹鋼構(gòu)成，有一個(gè)外部的六邊形，以及界定通道23，24分別通過，每一個(gè)通道23，24都分別具有內(nèi)部螺紋部分27，28，這些是用于燃料管線15中的附件。外管26形成傳感器外殼以及電容傳感器的外部電極的一部分。
[0018]不銹鋼內(nèi)管40軸向地配置在外管26中，以形成電容傳感器的內(nèi)部電極并在管26和40之間定義一個(gè)環(huán)形進(jìn)氣室25。內(nèi)管40兩端封閉在一個(gè)錐形部分41，較小直徑的圓柱部分42和一個(gè)擴(kuò)展軸向接頭43都由不銹鋼構(gòu)成。圖3中軸向可以看到，在外管26中，內(nèi)管40通過支撐30兩端懸空。每一個(gè)支撐包括一個(gè)內(nèi)部部分31，它有一個(gè)圓孔32，該圓孔接收內(nèi)管40的圓柱部分42，還有三個(gè)互為120角度的徑向突出管腳33，終止于外管26，管腳33定義它們之間的開口 34。支撐30可以由酒精阻抗構(gòu)成，電絕緣聚合樹脂比如尼龍(R)。因此一條燃料路徑被定義為，通過耦合部件22的通道24，通過管腳33之間的開口，通過管26和40之間的環(huán)形進(jìn)氣室25，通過另一個(gè)支撐30管腳33的開口 34，通過耦合部件21的通道23。管26和40間進(jìn)氣室25中的燃料形成電容傳感器的電介質(zhì)，電容傳感器由這些電極定義。
[0019]電路板36，標(biāo)準(zhǔn)的四層結(jié)構(gòu)(信號(hào)，電源，地，信號(hào))，通過機(jī)械螺絲37附加到耦合部件21上，該螺絲不止固定電路板36的一端，而且通過耦合部件21，管26提供一條接地線在電路板36上的地電路跟蹤之間，因此管26包括電容傳感器的一個(gè)接地電極。
[0020]在螺絲37和相鄰的支撐30之間，一個(gè)玻璃絕緣體38保留在耦合部件21的開口中，部件21與電路板36相鄰。一個(gè)不銹鋼針39設(shè)計(jì)穿過電路板36和絕緣體38，這樣它就不與耦合部件21或管26接觸。針39因?yàn)楹附釉谖锢砩虾碗妼W(xué)上，與相鄰接頭43保持接觸，并且在電路板36上焊接到適當(dāng)?shù)碾娐犯櫳?，用作電容傳感器的?nèi)部電極。針39的連接點(diǎn)到電路板和接頭43的總距離是9.7mm。因此，電容傳感器的內(nèi)部和外部電極都電連接到電路板，通過一個(gè)最小長度的導(dǎo)線。
[0021]電路板36的另一端被一對螺絲44分別連接到夾具45的上下夾具部件46，47。螺絲44固定夾具部件46，47在一起，同樣把夾具45固定到電路板36。夾具部件46和47包括匹配的半圓形開口，與這些開口一起定義一個(gè)內(nèi)部圓孔48，用來接收外管26。夾具45緊緊地安裝在外管26周圍，以一種穩(wěn)定的方式來固定電路板36的另一端，相對于管26沒有過度的振動(dòng)，但是允許相對轉(zhuǎn)動(dòng)以便扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩應(yīng)用在耦合部件21和22之間，沒有應(yīng)用到電路板36上。實(shí)際上，為了保護(hù)電路板36的元件以及傳感器的其他部分遠(yuǎn)離該環(huán)境，一個(gè)補(bǔ)充的外殼(沒有顯示)，可以通過機(jī)械螺絲(沒有顯示)，相反的螺絲37被附加到傳感器16的夾具45上，例如，通過完全地?cái)U(kuò)展螺栓44來包圍傳感器的所有部分除了接頭21和22六邊形的末端。
[0022]燃料溫度傳感器50在耦合部件22的外殼上以一種封閉的方式接收，為了暴露給其中的燃料并產(chǎn)生一個(gè)燃料溫度信號(hào)，通過導(dǎo)線51，52傳遞給電路板36上適當(dāng)?shù)碾娐纷粉?。燃料溫度傳感?0可以是一個(gè)熱敏電阻或另一種溫度傳感器，這種溫度傳感器使用于檢測流體的溫度并且提供一個(gè)必要的溫度校準(zhǔn)信號(hào)作傳感器的輸出。燃料溫度信號(hào)可以單獨(dú)地輸出到發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)20，由于燃料成分信號(hào)Vott的溫度補(bǔ)償
[0023]雖然傳感器中所有的開口及缺口都有足夠的大小，來防止它們會(huì)顯著的限制燃料流，室25里面包含的燃料的總體積是最小的，由于消除或減小流量，來防止室25中的燃料的極端流量減小或積累，這可能會(huì)導(dǎo)致傳感器中燃料混合物之間介電常數(shù)的差異，那些燃料混合物剛要進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)11的燃燒室。
[0024]圖5中顯示了傳感器的電子設(shè)備。這些組件安裝在電路板36上。在本電路的一個(gè)集成電路(IC)版本中，盡可能多的部件將會(huì)包括在集成電路中，那將會(huì)是電路板部件之一。一個(gè)調(diào)節(jié)過后的電壓V+提供給這些部件，例如6.5V的電壓，通過一個(gè)輸入隔離放大器，一個(gè)更小的調(diào)節(jié)后的電壓Vkef大小為5.0V，它們都涉及到電路板36的地電壓端，從而電容傳感器的導(dǎo)管26定義一個(gè)傳感器地電壓GND。用于產(chǎn)生電壓V+的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓器電路沒有顯
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[0025]關(guān)于圖5, —個(gè)低頻振蕩器100產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓,該電壓以相對較低的頻率如6KHz在V+和地電位之間變換。該輸出電壓適應(yīng)于控制快速開關(guān)120的導(dǎo)電狀態(tài)，該快速開關(guān)交替地把Vkef和地電位連接到參考電容(680pF)的一端，該電容通過傳感器16連接到地。參考電容101和傳感器16在它們之間定義一個(gè)結(jié)點(diǎn)102,以便形成一個(gè)分壓器,其輸出端在結(jié)點(diǎn)102上。傳感器16包括一個(gè)電容傳感器103,它具有同軸電極,包括圖2-4的導(dǎo)管26和40，及室25中的燃料混合物電介質(zhì)，如前所述，進(jìn)一步包括一個(gè)并聯(lián)的泄露電阻104。電容傳感器103的電容量，隨著它電極之間的燃料混合物的介電常數(shù)而變換(例如，對于汽油和甲醇，范圍為39-755pF);泄露電阻104隨著相同燃料混合物的電導(dǎo)率而變化。因此，它們都隨著燃料成分變化。偏壓電阻105 (IOK)也提供在結(jié)點(diǎn)102和地之間，在結(jié)點(diǎn)102上提供一個(gè)穩(wěn)態(tài)的偏壓。高速峰值檢波器125,其信號(hào)輸入通過一個(gè)直流阻斷電容106(0.22 μ F)連接到結(jié)點(diǎn)102，一個(gè)鎖存器輸入接收振蕩器100的輸出。另外，結(jié)點(diǎn)102到地之間還有6-10pF的雜散電容。
[0026]低頻振蕩器100可以是任何方便的振蕩器電路，只要能夠在6KHz或接近6KHz的頻率下工作。例如圖8的弛緩振蕩器，使用一系列與非門108和109連接作為一系列逆變器。逆變器(與非門)109的輸出通過電容113 (0.0047yF)和串聯(lián)的電阻110 (15K)，連接到它的輸入，電容113和電阻110的結(jié)點(diǎn)111通過電阻112 (100K)連接到逆變器(與非門)108的輸入，它的輸出連接到逆變器(與非門)109的輸入。元件值被選取以產(chǎn)生一個(gè)振蕩器輸出電壓，在理想的6KHz頻率，該電壓在振蕩器電源電壓V+和地電位之間轉(zhuǎn)變，如圖7 (A)的波形180所示。這個(gè)振蕩器是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的CMOS電路，對于那些在該【技術(shù)領(lǐng)域】熟悉的人是眾所周知的，并且適合裝配在電路板上的組件。在集成電路版本，這個(gè)電路將會(huì)被適當(dāng)?shù)腎C技術(shù)中的另一個(gè)電路取代。
[0027]圖9顯示了一個(gè)快速開關(guān)120的例子?？焖匍_關(guān)場效應(yīng)管115，比如摩托羅拉(R)2N7000或它的等價(jià)物，被選擇來獲得30納秒的開關(guān)速度。實(shí)際上，設(shè)備的開關(guān)速度，在沒有附加門電阻時(shí)，是10-15納秒；一個(gè)510歐姆的電阻118與這個(gè)門串聯(lián)，與內(nèi)部柵電容形成一個(gè)小的RC延遲，因此可以把開關(guān)速度放緩到30納秒。場效應(yīng)管115有一個(gè)接地源極，漏極通過電阻116 (IOK)連接到Vkef，該電壓提供給旁路電容117 (0.22 μ F)，連接到地來使開關(guān)噪聲遠(yuǎn)離電源。場效應(yīng)管的漏極115是快速開關(guān)120的輸出，該輸出連接到參考電容101。
[0028]運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在6ΚΗζ的頻率下振蕩器100造成場效應(yīng)管115導(dǎo)通和斷開。場效應(yīng)管115的漏極電壓如圖7 (B)中的波形182所示，并且處理一個(gè)6ΚΗζ的方波。但是那并不是一個(gè)完美的方波，因?yàn)殡妷恨D(zhuǎn)換不是瞬時(shí)的。圖7 (B)中電壓轉(zhuǎn)換的斜坡為了可見性而被夸大。就在場效應(yīng)管115導(dǎo)通前，它漏極上的電壓在VKEF。隨著結(jié)點(diǎn)102接地，參考電容101充電到VKEF。由于場效應(yīng)管115導(dǎo)通，它的漏極電壓在30納秒內(nèi)變?yōu)榈仉娢?。如果結(jié)點(diǎn)102到地之間沒有電阻性電流路徑，它的電壓將會(huì)在同一時(shí)間降低到一個(gè)電壓，如上所述，該電壓取決于電容性分壓器的分壓比和燃料成分。IOK的電阻105不允許充足的泄露電流，來大大地影響結(jié)點(diǎn)102上的快速的電壓下降；但是它允許電容器在瞬間電壓下降后放電，這樣結(jié)點(diǎn)102上的電壓回到地電位。
[0029]但是，在高甲醇濃度時(shí)(例如超過30%的甲醇)，泄露電阻104將會(huì)遠(yuǎn)小于IOK的電阻105，且將會(huì)允許電容充電的很大一部分在場效應(yīng)管115完全導(dǎo)通前泄露掉，除非快速開關(guān)的開關(guān)速度非?？?。這樣損失的充電將會(huì)導(dǎo)致結(jié)點(diǎn)102上的電壓在再次上升前不會(huì)下降一樣的遠(yuǎn)；小型的電壓峰值將會(huì)在表明的燃料成分中造成一個(gè)錯(cuò)誤?？焖匍_關(guān)120開關(guān)越快，快到某一點(diǎn)，那么就會(huì)損失越少的充電，結(jié)點(diǎn)102上向下的電壓峰值在表明燃料成分時(shí)就會(huì)越精確。單獨(dú)的雙極型晶體管，有典型的70-100納秒的開關(guān)時(shí)間，還是不夠快。可以構(gòu)造具有更快開關(guān)時(shí)間的雙極型晶體管網(wǎng)絡(luò)，代價(jià)是額外的費(fèi)用以及電路的復(fù)雜性。如前所述，場效應(yīng)管115，具有10-15納秒的開關(guān)時(shí)間；但是那太快了，由于電容傳感器103的引線(針48以及耦合部件21和螺絲37的組合)具有電感，電容傳感器103在電極部件26，40和電路板之間。在非?？斓拈_關(guān)速度，這個(gè)電感會(huì)造成誤差。例如，該電感會(huì)產(chǎn)生一個(gè)振蕩，該振蕩造成節(jié)點(diǎn)102上向下的電壓峰值延遲，能量被臨時(shí)的儲(chǔ)存在管道的感應(yīng)領(lǐng)域。在這個(gè)振蕩期間，更多的變化可能泄露電容器。同樣，引線的電感產(chǎn)生一個(gè)沿著引線的電壓降，大約每1/4英寸的引線-在每一個(gè)電容的一端上有50毫伏。所有這些因素造成了傳感器的誤差，該誤差常常隨著開關(guān)速度而增大。已經(jīng)確定的是，30納秒的開關(guān)時(shí)間會(huì)提供最佳的信號(hào)，該信號(hào)在高甲醇濃度具有最低的誤差。越低的開關(guān)時(shí)間允許更多的充電泄露，是由于更小型的輸出電壓峰值。但是，更快的開關(guān)速度會(huì)增大誤差，這是由于電容傳感器引線的固有電容。
[0030]要另外考慮描述到這邊的電路設(shè)計(jì)的重要意義。電阻116阻值為10K。選取這個(gè)值作為競爭因素之間的妥協(xié)。理想的是，當(dāng)場效應(yīng)管115導(dǎo)通或?qū)щ姇r(shí)，漏極電壓實(shí)質(zhì)上是接地的。實(shí)際上，它的漏極電壓將會(huì)由電阻116在場效應(yīng)管內(nèi)部漏極/源極阻抗上的分壓器影響決定，內(nèi)部阻抗只有幾歐姆。電阻116阻抗越大，在場效應(yīng)管導(dǎo)通期間，漏極電壓就會(huì)越接近地電位。但是，在場效應(yīng)管115導(dǎo)通前的每一個(gè)振蕩周期期間，參考電容101再次充電到完全的Vkef同樣是必要的。由于電阻116在參考電容101的充電路徑上，它阻值的增大意味著更長的充電時(shí)間；對于其他使用的元件值，20K的阻值產(chǎn)生相當(dāng)長的時(shí)間。振蕩頻率同樣的是競爭因素之間的妥協(xié)。更低的頻率將會(huì)增加積分電容器150的大小，積分電容器未被描述；這將會(huì)放慢總體響應(yīng)時(shí)間。但是，更高的頻率將會(huì)允許，在每一個(gè)振蕩周期內(nèi)，參考電容101甚至具有更少的再充電時(shí)間，如上所述的那樣，把額外的向下壓力放在電阻116的阻抗上。
[0031]結(jié)點(diǎn)102上的電壓波形可以從圖7 (C)中的波形184看出來。每一個(gè)向下的高峰185都是一個(gè)新的電容量測量(因此可以測量燃料成分)。較小的向上的高峰186是由于反方向上相同的影響，隨著場效應(yīng)管115斷開，交替振蕩器逐步實(shí)行期間。這些向上的高峰在下面的電路中忽略不計(jì)。結(jié)點(diǎn)102上的電壓向上移動(dòng)，峰值被后面的高速峰值檢波器125檢測到，在地和Vkef之間提供一個(gè)模擬輸出信號(hào)。
[0032]圖10顯示了高速峰值檢波器125的一個(gè)方案。電容器106的輸入端126連接到上拉電路132，該電路包括運(yùn)算放大器133 (LM158)，正相輸入端連接到Vkef，反相輸入通過電阻134連接到V+，輸出通過電阻135 (IOK)連接到端子126和它的反相輸入。該電路把結(jié)點(diǎn)102上的電壓向上移動(dòng)到VKEF，使它對于后面的電路是高于地的，圖5中的隔直電容106分離該電路某些部分的不同電壓水平。
[0033]端子126也連接到快速比較器130 (LT1016)正相輸入，它的輸出提供到與非門鎖存器140的一個(gè)輸入端，該鎖存器包括與非門141和142，另一個(gè)輸入139連接到低頻振蕩器100的輸出。鎖存器140的輸出通過二極管143和電阻144 (100K)提供給運(yùn)算放大器145 (LMl58)的反相輸入,其正相輸入具有來自分壓器的固定參考電壓,該分壓器包括電阻146和147串聯(lián)，兩端電壓V+。運(yùn)算放大器145的輸出通過電容150(0.33 μ F)反饋到反相輸入，進(jìn)一步作為傳感器的輸出和快速比較器130的反相輸入的參考。運(yùn)算放大器145的反相輸入通過電阻151 (750Κ)連接到地?？焖俦容^器130需要一個(gè)比正常的慢比較器更大的直流偏置電流，該電流由電路132提供。在圖7 (C)中的向下高峰185期間，電路132具有高阻抗以減小傳感器誤差，就是由于這個(gè)高直流偏置電流。
[0034]圖10中電路的剩余部分的工作將會(huì)關(guān)于圖7 (D)-7 (F)描述。傳感器電壓Vsrc取決于一個(gè)積分電路，它包括運(yùn)算放大器145和它的反饋電容150，如圖7(F)中的波形188所示。在每半個(gè)振蕩器周期內(nèi)，振蕩器輸出很低，與非門142的鎖存器輸出保持低電平，電容150被允許通過電阻151放電。電阻151相對較高的阻值，對于緩慢上升的Vsrc保證了緩慢的放電。在振蕩器100相反的半個(gè)周期內(nèi)，振蕩器輸出高電平，鎖存器的輸出仍是低電平，除非高速比較器的輸出變低，當(dāng)結(jié)點(diǎn)102上的電壓的向下高峰，被電路132向上移動(dòng)，低于傳感器電壓Vsk時(shí)，那將會(huì)發(fā)生?？焖俦容^器130的輸出如圖7 (D)中的波形190所示；顯示了一個(gè)這樣的向下高峰191。鎖存器140的響應(yīng)是用來轉(zhuǎn)換它的輸出，如7 (E)中的波形192所示，高電平用于振蕩器半個(gè)周期的剩余部分，如圖193所示。電容150將會(huì)通過二極管143和電阻144充電，以一種比放電快的多的速率，這是由于電阻144具有更小的阻值；傳感器電壓Vsrc因此將會(huì)相對迅速地降低；如波形188中的部分195所示。Vsig通常不變的緩慢上升，如波形188中的部分196和197所示，被更簡短，更快的下降所打斷，如部分195所示，Vsk跟隨結(jié)點(diǎn)102上電壓的向下高峰來維持在一個(gè)水平，該水平表明了電容傳感器103的電容量，因此表明燃料成分。
[0035]電壓Vkef-GND應(yīng)用在電阻116兩端，并且使圖5傳感器電路中，圖9的場效應(yīng)管115開關(guān)。Vkef也提供到根據(jù)圖10描述的上拉電路140。圖5，8，9和10的傳感器電路的等價(jià)方程式是:Vsig-GND= (Veef-GND) X (1-CAPkatio)。
[0036]CAPeatio 是電容比 Cltll/ (C1Q1+C1Q3+Cstray)，其中 Cltll 和 Cltl3 是參考電容 101 和電容傳感器103的電容量，Cstray是傳感器的雜散電容。
【權(quán)利要求】
1.一種具有緩慢振蕩器和高速開關(guān)的電容性燃料成分傳感器，其特征是:一種燃料成分傳感器，用于內(nèi)燃機(jī)中供油線中的燃料混合物，燃料混合物包括兩種具有不同介電常數(shù)的燃料，相對濃度未知，至少一種燃料是導(dǎo)電的，傳感器包括:燃料管線中的電容傳感器，調(diào)整以適應(yīng)經(jīng)過那個(gè)燃料管線的燃料流量，這樣，提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料混合物就包括一個(gè)電介質(zhì)，該電介質(zhì)決定了其中的電容量，但也包括一個(gè)短路電導(dǎo)的電容器；一個(gè)具有固定電容量的參考電容，與電容傳感器串聯(lián)，形成一個(gè)分壓器，該分壓器有一個(gè)輸出結(jié)點(diǎn)；電路裝置，它包括一個(gè)方波振蕩器和一個(gè)高速開關(guān)輸出的場效應(yīng)管，該場效應(yīng)管與電源兩端電阻串聯(lián)，該參考及耦合電容器在場效應(yīng)管兩端串聯(lián)，耦合電容器一個(gè)電極連接到電阻和場效應(yīng)管的結(jié)點(diǎn)，該電路裝置在相對較低的頻率可以有效重復(fù)生產(chǎn)，參考電容及電容傳感器的串聯(lián)組合兩端的預(yù)定快速電壓變換，用于在輸出結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電壓變換，這個(gè)預(yù)定的快速電壓變換包括一個(gè)初始電壓變換，該變換實(shí)質(zhì)上與傳感器以及參考電容的電容比成比例，隨后是一個(gè)相反的電壓變換，該變換是由于流過燃料混合物的泄露電流，憑借初始電壓變換表明了燃料成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有緩慢振蕩器和高速開關(guān)的電容性燃料成分傳感器，其特征是:場效應(yīng)管有小于30納秒的傳導(dǎo)起始時(shí)間，以及一個(gè)傳導(dǎo)控制門，用來在低頻下交替地導(dǎo)通和斷開場效應(yīng)管，輪流地產(chǎn)生第一電壓變換以及相反的電壓變換，場效應(yīng)管的門，使一個(gè)串聯(lián)電阻與場效應(yīng)管的內(nèi)部電容形成一個(gè)RC延遲，來放慢傳導(dǎo)起始時(shí)間到30納秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有緩慢振蕩器和高速開關(guān)的電容性燃料成分傳感器，其特征是:燃料混合物包括兩種具有不同介電常數(shù)的燃料，相對濃度未知，至少一種燃料是導(dǎo)電的，該傳感器包括:一個(gè)燃料管線中的電容傳感器，調(diào)整以適應(yīng)流過該管線的燃料流量，這樣，提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料混合物就包括一個(gè)電介質(zhì)，該電介質(zhì)決定了其中的電容量，但也包括一個(gè)短路電導(dǎo)的電容器；一個(gè)具有固定電容量的參考電容，與電容傳感器串聯(lián)，形成一個(gè)分壓器，該分壓器有一個(gè)輸出結(jié)點(diǎn)；電路裝置，用于在低頻下重復(fù)生產(chǎn)，參考電容及電容傳感器的串聯(lián)組合兩端的預(yù)定快速電壓變換，用于在輸出結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電壓變換，這個(gè)預(yù)定的快速電壓變換包括一個(gè)初始電壓變換，該變換實(shí)質(zhì)上與傳感器以及參考電容的電容比成比例，定義一個(gè)最高傳感器電壓，該電壓表明了燃料成分，隨后是一個(gè)相反的電壓變換，該變換是由于流過燃料混合物的泄露電流，憑借初始電壓變換表明了燃料成分；峰值檢波器電路連接到該輸出結(jié)點(diǎn)，提供一個(gè)燃料成分的連續(xù)信號(hào)，燃料成分來自連續(xù)的最大傳感器電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有緩慢振蕩器和高速開關(guān)的電容性燃料成分傳感器，其特征是:快速電壓變換的持續(xù)時(shí)間大體上為30納秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有緩慢振蕩器和高速開關(guān)的電容性燃料成分傳感器，其特征是:所述低頻實(shí)質(zhì)上不大于6KHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有緩慢振蕩器和高速開關(guān)的電容性燃料成分傳感器，其特征是:峰值檢波器電路包括:信號(hào)差裝置，第一輸入連接到輸出結(jié)點(diǎn)，第二輸入和輸出提供它們的差異；一個(gè)鎖存器，它有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，鎖存器響應(yīng)該電路裝置以及信號(hào)差裝置，用來在第一時(shí)間段內(nèi)保持第一狀態(tài)，在與第一時(shí)間段相間的第二時(shí)間段內(nèi)保持第二狀態(tài)，并且當(dāng)峰值傳感器電 壓超過信號(hào)差裝置的第二輸入端上的電壓時(shí)工作；一個(gè)積分電容器，提供一個(gè)電壓給信號(hào)差裝置的第二輸入端；電容充電裝置，它響應(yīng)鎖存器，鎖存器在第一狀態(tài)時(shí)，在第一方向以第一速率給積分電容器充電，鎖存器在第二狀態(tài)時(shí)，在第二方向以更快的第二速率給積分電容器充電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種具有緩慢振蕩器和高速開關(guān)的電容性燃料成分傳感器，其特征是:進(jìn)一步包括一個(gè)直流隔離電容，在輸出結(jié)點(diǎn)和信號(hào)差裝置的第一輸入之間，還有一個(gè)電壓電平移動(dòng)電路，它連接到信號(hào)差裝置的第一輸入。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有緩慢振蕩器和高速開關(guān)的電容性燃料成分傳感器，其特征是:所述電路裝置包括一個(gè)方波振蕩器，一個(gè)輸出高速開關(guān)場效應(yīng)管與電源兩端的電阻串聯(lián)，參考及耦合電容器在場效應(yīng)管兩端串聯(lián)，耦合電容器有一個(gè)電極，該電極連接到電阻和場效應(yīng)管的結(jié)點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G01N27/22GK103645218SQ201310612081
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:蘇州貝克微電子有限公司