汽車scr系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種汽車在線監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，具體涉及一種基于磁耦合諧 振法的汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] SCR(選擇性催化還原器）是重型柴油機必備的后處理系統(tǒng)，該設(shè)備通過在發(fā)動機 排氣管內(nèi)噴入濃度為32. 5%的尿素水溶液，將發(fā)動機尾氣中的NOx還原為N2,從而實現(xiàn)柴 油機主要排放物NOx的消除。而0BD法規(guī)也對加裝SCR的發(fā)動機系統(tǒng)提出了要求：
[0003]1.必須可以實現(xiàn)對尿素溶液攜帶量不足的在線監(jiān)測（液位監(jiān)測）；
[0004] 2.必須可以實現(xiàn)對尿素溶液被稀釋或被用其他溶液取代的在線監(jiān)測（成分監(jiān) 測
[0005] 考慮到成本和在線監(jiān)測的要求，對溶液成分的在線診斷目前還是國內(nèi)外的一個難 題，尤其在國內(nèi)，國VI排放法規(guī)在2015年一月開始全面實施，而相關(guān)的監(jiān)測還沒有提起足 夠的重視。
[0006]目前市面上可以看到的用于發(fā)動機SCR系統(tǒng)溶液成分監(jiān)測的傳感器主要分為三 類：分別利用光學、機械振動和電學的原理。其中WEMA公司利用光譜特性采用了利用光譜 特性辨識尿素溶液成分的傳感器；SSITechnologies公司利用機械振動產(chǎn)生的聲波，通過 波速和傳播時間分別監(jiān)測尿素溶液的成分和液位；而英飛凌公司則提出了一種將溶液中通 入電流，利用監(jiān)測溶液電導率判斷尿素溶液成分的方法。這些方法的一個共性的缺陷是：這 類傳感器必須和尿素溶液接觸，而尿素溶液有很強的結(jié)晶特性，所以如果尿素在傳感器上 結(jié)晶會極大的影響這類傳感器的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型提供一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液 濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，避免測量線圈與尿素溶液接觸，并采用線圈的自諧振模式，提高線圈兩 端電壓對尿素溶液濃度變化的敏感性。
[0008] 本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0009] 一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括通過SMA接口依次連接 的電源模塊、線圈設(shè)計模塊、數(shù)據(jù)采集及處理模塊，所述線圈設(shè)計模塊包括發(fā)射線圈、尿素 箱和接收線圈，尿素箱內(nèi)用于填充尿素溶液，發(fā)射線圈和接收線圈設(shè)置在尿素箱外側(cè)，發(fā)射 線圈與所述電源模塊通過SMA接口連接，接收線圈與所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊通過SMA接 口連接。
[0010] 所述的一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述電源模塊包括主 控芯片、信號發(fā)生器模塊、功率放大器模塊，主控芯片和信號發(fā)生器模塊通過串口通訊接口 連接，信號發(fā)生器模塊與功率放大器模塊通過SMA接口連接，功率放大器模塊與所述線圈 設(shè)計模塊的發(fā)射線圈通過SMA接口連接。
[0011] 所述的一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集及處理 模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)采集模塊包括采集芯片和存儲芯片，采集芯 片與線圈設(shè)計模塊的接收線圈通過SMA接口相連進行單向通信。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下積極效果：
[0013] 1.本實用新型基于磁耦合諧振原理，提出非接觸式檢測方法，將測量線圈置于尿 素箱外側(cè)，避免測量線圈與尿素溶液接觸，并采用線圈的自諧振模式，提高線圈兩端電壓對 尿素溶液濃度變化的敏感性。
[0014] 2.本實用新型設(shè)計的電源模塊，主要包括主控芯片、信號發(fā)生器和功率放大器，能 夠為測量線圈提供高頻信號。
[0015] 3.本實用新型設(shè)計的數(shù)據(jù)采集及處理模塊能夠有效的采集線圈在不同頻率下的 端電壓，將采集的數(shù)據(jù)進行存儲，并與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比較，得到待測尿素溶液濃度。
【附圖說明】
[0016] 圖1為汽車SCR系統(tǒng)車用尿素濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖；
[0017] 圖2(a)為線圈設(shè)計模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2(b)為線圈設(shè)計模塊位等效電路圖
[0019] 圖3為電源模塊原理框圖
[0020] 圖4為數(shù)據(jù)采集及處理模塊原理框圖；
[0021] 圖5為磁耦合諧振檢測原理示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 以下結(jié)合附圖詳細介紹本實用新型的技術(shù)方案。
[0023] 一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示，包括通過SMA接 口依次連接的電源模塊、線圈設(shè)計模塊、數(shù)據(jù)采集及處理模塊三部分。
[0024] 如圖2所示，線圈設(shè)計模塊包括發(fā)射線圈、尿素箱和接收線圈，尿素箱內(nèi)填充尿 素溶液，發(fā)射線圈和接收線圈均位于尿素箱外側(cè)，且發(fā)射線圈和接收線圈對稱放置，發(fā)射 線圈與電源模塊通過SMA接口連接，接收線圈與數(shù)據(jù)采集及處理模塊通過SMA接口連接。 本實用新型的特點之一是采用線圈的自諧振模式，即靠線圈自身的寄生電容和電感諧振， 且發(fā)射線圈和接收線圈尺寸相同，品質(zhì)因數(shù)高。線圈模型可以等效成一個電阻（R)，一個 電容（C)和一個電感（L)的串聯(lián)，線圈阻抗
；當線圈諧振時
> 即
尿素溶液濃度直接影響線圈R，L，C，提高線圈阻抗特性和頻率特性對尿素 溶液濃度的敏感性，即提高線圈端電壓對尿素溶液濃度的敏感性。
[0025] 如圖3所示，電源模塊包括主控芯片、信號發(fā)生器模塊、功率放大器模塊，主控芯 片和信號發(fā)生器模塊通過串口通訊接口連接，信號發(fā)生器模塊與功率放大器模塊通過SMA 接口連接，功率放大器模塊與線圈設(shè)計模塊的發(fā)射線圈通過SMA接口連接。本實用新型的 特點之一是設(shè)計的電源模塊能夠產(chǎn)生高頻信號。
[0026] 如圖4所示，數(shù)據(jù)采集及處理模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)采集 模塊主要由采集芯片和存儲芯片等電子元器件組成，采集芯片與線圈設(shè)計模塊的接收線圈 通過SMA接口相連進行單向通信；采集芯片將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給存儲芯片，進行數(shù)據(jù)保 存，數(shù)據(jù)處理模塊提取保存的數(shù)據(jù)進行處理，并與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比較，得到待測尿素 溶液濃度。
[0027] 如圖5所示，本實用新型提供的一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系 統(tǒng)的監(jiān)測方法，采用磁耦合諧振原理進行檢測，包括以下步驟：
[0028] (1)將發(fā)射線圈和接收線圈置于尿素箱兩側(cè)且對稱放置。
[0029] (2)將電源模塊和發(fā)射線圈通過SMA接口相連。
[0030] (3)將數(shù)據(jù)采集模塊與接收線圈通過SMA接口相連。
[0031] (4)分別對不同濃度的尿素溶液進行多組電壓值采樣，記錄采樣結(jié)果并建立數(shù) 據(jù)庫：逐次在線圈設(shè)計模塊的尿素箱中加入濃度為〇%、〇.5%、1%、1.5%...32%、 32. 5%的尿素水溶液，并保持每次加入尿素水溶液后尿素箱液面高度一致；且對每一采樣 濃度的尿素溶液進行多組不同信號頻率下的電壓值采樣，即對每一濃度的尿素溶液，逐次 改變電源模塊輸出信號的頻率，從lOMhz遞增到20Mhz，步長為lOkhz，采集接收線圈兩端在 不同頻率下的電壓值，將上述采集的數(shù)據(jù)進行收集并整理，以組為單位進行記錄，得到第1 組至第66組采樣數(shù)據(jù)，建立采樣數(shù)據(jù)庫。
[0032] 具體來說，在尿素箱中加入一定量的濃度為0 %的尿素水溶液進行第一組采樣， 調(diào)整電源模塊輸出信號的頻率，第一次采樣的頻率為lOMhz，采集接收線圈兩端電壓值作 為第一組第一個采樣數(shù)據(jù)，然后調(diào)整頻率至lOOlOkhz，采集接收線圈兩端電壓值作為第一 組第二個采樣數(shù)據(jù)，依此類推，每次輸出信號頻率調(diào)整步長為l〇khz，直至20Mhz，記錄下每 次的電壓值，這1000個電壓值數(shù)據(jù)組成第一組采樣數(shù)據(jù)；然后重新在尿素箱中加入濃度為 〇. 5%的尿素水溶液進行第二組采樣，依然調(diào)整電源模塊輸出信號的頻率，從lOMhz遞增到 20Mhz，步長為lOkhz，將每次采樣的電壓值收集并整理組成第二組采樣數(shù)據(jù)；以此類推，每 組采樣加入的尿素水溶液濃度從0%遞增到32. 5%，共進行66組采樣，得到66組采樣數(shù) 據(jù)；將全部采樣數(shù)據(jù)組成采樣數(shù)據(jù)庫，建立起尿素溶液濃度、電源模塊輸出信號頻率與接收 線圈亮度電壓值之間的關(guān)系表。
[0033] (5)待測尿素溶液濃度監(jiān)測：將待測尿素溶液放入尿素箱中，使尿素箱液面高度 與上述步驟（4)采樣時的液面高度一致；逐次改變電源模塊輸出信號的頻率，從lOMhz遞增 到20Mhz，步長為lOkhz，采集接收線圈兩端在不同頻率下的電壓值，利用查表方法，將得到 的數(shù)據(jù)與步驟（4)建立的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)比較，即可判斷待測尿素溶液的濃度。
[0034] 本實用新型采用的數(shù)據(jù)處理原理為：當尿素溶液濃度改變時，尿素溶液的介電常 數(shù)、電導率、介質(zhì)損耗因數(shù)均會改變，而介電常數(shù)、電導率、介質(zhì)損耗因數(shù)的改變會影響附近 測量線圈的自感（L)、寄生電容（C)、等效串聯(lián)電阻（ESR)，即改變阻抗特性Z，從而影響功率 傳輸特性和頻率特性，進而影響接收線圈兩端的電壓值。
[0035] 本實用新型通過測量不同濃度下接收線圈的電壓值，通過與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)比 較，推算出尿素溶液的濃度。
【主權(quán)項】
1. 一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括通過SM接口依次連接的 電源模塊、線圈設(shè)計模塊、數(shù)據(jù)采集及處理模塊，其特征在于，所述線圈設(shè)計模塊包括發(fā)射 線圈、尿素箱和接收線圈，尿素箱內(nèi)用于填充尿素溶液，發(fā)射線圈和接收線圈設(shè)置在尿素箱 外側(cè)，發(fā)射線圈與所述電源模塊通過SM接口連接，接收線圈與所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊 通過SM接口連接。2. 按照權(quán)利要求1所述的一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 在于，所述電源模塊包括主控芯片、信號發(fā)生器模塊、功率放大器模塊，主控芯片和信號發(fā) 生器模塊通過串口通訊接口連接，信號發(fā)生器模塊與功率放大器模塊通過SM接口連接， 功率放大器模塊與所述線圈設(shè)計模塊的發(fā)射線圈通過SM接口連接。3. 按照權(quán)利要求1所述的一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特 征在于，所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)采集模塊包括 采集芯片和存儲芯片，采集芯片與線圈設(shè)計模塊的接收線圈通過SMA接口相連進行單向通 信。
【專利摘要】本實用新型公開了一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括通過SMA接口依次連接的電源模塊、線圈設(shè)計模塊、數(shù)據(jù)采集及處理模塊，所述線圈設(shè)計模塊包括發(fā)射線圈、尿素箱和接收線圈，尿素箱內(nèi)用于填充尿素溶液，發(fā)射線圈和接收線圈設(shè)置在尿素箱外側(cè)，發(fā)射線圈與所述電源模塊通過SMA接口連接，接收線圈與所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊通過SMA接口連接。本實用新型避免測量線圈與尿素溶液接觸，并采用線圈的自諧振模式，提高線圈兩端電壓對尿素溶液濃度變化的敏感性。
【IPC分類】G01N27/02
【公開號】CN204630968
【申請?zhí)枴緾N201520239579
【發(fā)明人】袁新枚, 王闖, 孫科, 李海湘, 邢增臻, 殷悅
【申請人】吉林大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年4月20日