氣體互感現(xiàn)象分析系統(tǒng)及其分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明有關(guān)于一種感測(cè)信號(hào)分析方法及分析系統(tǒng)，尤指一種氣體互感現(xiàn)象分析系 統(tǒng)及其分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)生氮氧化物、硫化物及其他揮發(fā)性有機(jī)化合物的過(guò)度排放，在各 地造成酸雨、霾害及臭氧減少等災(zāi)害，已經(jīng)對(duì)人類健康及生態(tài)環(huán)境構(gòu)成巨大的威脅。硫化物 及其他揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放量已經(jīng)隨著煉油技術(shù)的精進(jìn)獲得改善，因此去除廢氣中的 氮氧化物嚴(yán)然成為當(dāng)前環(huán)境污染治理的重要任務(wù)之一。
[0003]以發(fā)動(dòng)機(jī)排氣檢測(cè)作為例子，現(xiàn)今最有效減少發(fā)動(dòng)機(jī)所排放的氮氧化物（NOx) 廢氣是利用尿素水溶液產(chǎn)生的氨氣做為還原劑的選擇性還原催化（selective catalyst reduction ;SCR)后處理系統(tǒng)。在選擇性還原催化后處理系統(tǒng)中，氮氧化物感測(cè)器（NGK/ Continental Smart Sensor ;SNS)被廣泛地運(yùn)用于監(jiān)測(cè)和控制氮氧化物廢氣排放。但是高 濃度的氨氣易與氮氧化物感測(cè)器產(chǎn)生互感現(xiàn)象（cross sensitivity)，使氮氧化物感測(cè)器 的輸出信號(hào)無(wú)法辨別是氮氧化物廢氣造成或是氨氣所造成的。因此將使選擇性催化還原后 處理系統(tǒng)的控制邏輯判斷錯(cuò)誤，使過(guò)量氨氣噴入造成浪費(fèi)，而且過(guò)量的氨氣會(huì)與廢氣中的 硫化物形成污染物污染選擇性催化還原后處理系統(tǒng)中的催化劑，降低氮氧化物廢氣減量效 率。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)的改善作法有二種。其一是利用兩個(gè)氮氧化物感測(cè)器分別設(shè)于選擇性催 化還原后處理系統(tǒng)的上游及下游，利用時(shí)變相位處理上下游氮氧化物感測(cè)器的信號(hào)來(lái)判別 氨氣是否過(guò)量。其二系于選擇性還原催化后處理系統(tǒng)加裝發(fā)動(dòng)機(jī)排氣直接采樣單元，利用 化學(xué)發(fā)光分析儀計(jì)算氨氣濃度值。然而，上述現(xiàn)有技術(shù)都需另再加裝氮氧化物感測(cè)器或特 殊裝置，不僅造成成本提高，也使整體系統(tǒng)復(fù)雜度增加及重量加重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 因此，本發(fā)明的目的是在提供一種氣體互感現(xiàn)象分析系統(tǒng)及其分析方法，并且本 發(fā)明能運(yùn)用于在各種產(chǎn)生廢氣排放的裝置，期待能解決上述的各種問(wèn)題。
[0006] 依據(jù)本發(fā)明一方法態(tài)樣的一實(shí)施方式，提出一種氣體互感現(xiàn)象分析方法，其步驟 包含：產(chǎn)生一第一氣體的一噴注頻率信號(hào)。擷取一第二氣體感測(cè)信號(hào)。接著轉(zhuǎn)換以時(shí)間為 單位的第二氣體感測(cè)信號(hào)為以頻率為單位的一第二氣體感測(cè)頻率信號(hào)。接著判斷第二氣體 感測(cè)頻率信號(hào)的峰值頻率，產(chǎn)生一感測(cè)峰值頻率信號(hào)。最后分析噴注頻率信號(hào)與感測(cè)峰值 頻率信號(hào)，若噴注頻率信號(hào)與感測(cè)峰值頻率信號(hào)奇異，則分析結(jié)果為發(fā)生氣體互感現(xiàn)象。
[0007] 藉此方法態(tài)樣的實(shí)施方式，本發(fā)明可由分析噴注頻率信號(hào)與感測(cè)峰值頻率信號(hào)， 得知分析噴注頻率信號(hào)與感測(cè)峰值頻率信號(hào)是否發(fā)生奇異，來(lái)判斷是否發(fā)生氣體互感現(xiàn) 象，進(jìn)而使整體系統(tǒng)成本、復(fù)雜度及重量降低。
[0008] 前述方法態(tài)樣實(shí)施方式中的其他實(shí)施例如下：前述的第二氣體感測(cè)信號(hào)可利用快 速傅立葉轉(zhuǎn)換來(lái)轉(zhuǎn)換為第二氣體感測(cè)頻率信號(hào)。前述的感測(cè)峰值頻率信號(hào)可包含一第一峰 值頻率及一第二峰值頻率。前述的分析噴注頻率信號(hào)及感測(cè)峰值頻率信號(hào)可利用噴注頻率 信號(hào)與感測(cè)峰值頻率信號(hào)相減取絕對(duì)值產(chǎn)生一差值，將差值與一標(biāo)準(zhǔn)值做分析比較，當(dāng)差 值小于標(biāo)準(zhǔn)值則第二氣體感測(cè)信號(hào)為一正確值，當(dāng)差值大于標(biāo)準(zhǔn)值則第二氣體感測(cè)信號(hào)為 一錯(cuò)誤值。
[0009] 依據(jù)本發(fā)明一系統(tǒng)態(tài)樣的一實(shí)施方式，利用前述的氣體互感現(xiàn)象分析方法，專門(mén) 提出一種氣體互感現(xiàn)象分析系統(tǒng)，其包含：一第一氣體產(chǎn)生單元、一第二氣體感測(cè)單元、一 信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、一峰值頻率判斷單元及一信號(hào)分析單元。其中第一氣體產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生 一噴注頻率信號(hào)。第二氣體感測(cè)單元用于產(chǎn)生一第二氣體感測(cè)信號(hào)。信號(hào)轉(zhuǎn)換單元與第二 氣體感測(cè)單元電性連接，其中信號(hào)轉(zhuǎn)換單元利用快速傅立葉轉(zhuǎn)換將第二氣體感測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換 為一第二氣體感測(cè)頻率信號(hào)。峰值頻率判斷單元與信號(hào)轉(zhuǎn)換單元電性連接，其中峰值頻率 判斷單元判斷第二氣體感測(cè)頻率信號(hào)后輸出一感測(cè)峰值頻率信號(hào)。信號(hào)分析單元與第一氣 體產(chǎn)生單元及峰值頻率判斷單元電性連接，其中信號(hào)分析單元用以分析噴注頻率信號(hào)與感 測(cè)峰值頻率信號(hào)。
[0010] 藉此系統(tǒng)態(tài)樣的實(shí)施方式，可由信號(hào)分析單元分析噴注頻率信號(hào)與感測(cè)峰值頻率 信號(hào)，得知分析噴注頻率信號(hào)與感測(cè)峰值頻率信號(hào)是否發(fā)生奇異，來(lái)判斷是否發(fā)生氣體互 感現(xiàn)象，進(jìn)而使整體系統(tǒng)成本、復(fù)雜度及重量降低。
[0011] 前述系統(tǒng)態(tài)樣實(shí)施方式中的其他實(shí)施例如下：前述的氣體互感現(xiàn)象分析系統(tǒng)可另 包含一選擇性還原催化單元。前述的選擇性還原催化單元利用一第一氣體將一第二氣體轉(zhuǎn) 換成一無(wú)毒氣體。前述的第一氣體可為氨氣，第二氣體可為氮氧化物。前述的噴注頻率信 號(hào)為氨氣噴注頻率信號(hào)。前述的第二氣體感測(cè)單元可為一氮氧化物感測(cè)器。前述的第一氣 體可由尿素水汽化產(chǎn)生。前述的感測(cè)峰值頻率信號(hào)可包含一第一峰值頻率及一第二峰值頻 率。
[0012] 本發(fā)明所述的奇異是指噴注頻率信號(hào)與感測(cè)峰值頻率信號(hào)的頻率差距太大，意即 噴注頻率信號(hào)與感測(cè)峰值頻率信號(hào)的頻率差值大于標(biāo)準(zhǔn)值。
[0013] 本發(fā)明方法態(tài)樣及系統(tǒng)態(tài)樣不但適用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣檢測(cè)、動(dòng)力載具引擎檢測(cè)及相 關(guān)具有氣體互感現(xiàn)象的排氣檢測(cè)領(lǐng)域，皆可運(yùn)用本發(fā)明做氣體互感現(xiàn)象檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1繪示本發(fā)明的氣體互感現(xiàn)象分析方法步驟圖。
[0015] 圖2繪示本發(fā)明的氣體互感現(xiàn)象分析系統(tǒng)架構(gòu)圖。
[0016] 圖3A繪示本發(fā)的第二氣體感測(cè)單元所感測(cè)的氮氧化物感測(cè)信號(hào)量測(cè)圖。
[0017] 圖3B繪示圖3A的氨氣與氮氧化物比例-時(shí)間圖。
[0018] 圖3C繪示圖3A的局部放大圖。
[0019] 圖4A至圖4D，其繪示本發(fā)明的氮氧化物感測(cè)頻率信號(hào)于不同氨氣與氮氧化物的 比例下的強(qiáng)度一頻率圖。
[0020] 其中，附圖標(biāo)記：
[0021] 100、110、120、130、140 :步驟
[0022] 200 :氣體互感現(xiàn)象分析系統(tǒng)
[0023] 210:選擇性還原催化單元
[0024] 220:第一氣體產(chǎn)生單元
[0025] 230:第二氣體感測(cè)單元
[0026] 240:信號(hào)轉(zhuǎn)換單元
[0027] 250 :峰值頻率判斷單元
[0028] 260:信號(hào)分析單元
[0029] 270:顯示單元
[0030] 280:尿素水容置器
【具體實(shí)施方式】
[0031] 請(qǐng)參照?qǐng)D1，其繪示本發(fā)明的氣體互感現(xiàn)象分析方法步驟圖，其步驟包含：步驟 100,產(chǎn)生一第一氣體的一噴注頻率信號(hào)。步驟110,擷取一第二氣體感測(cè)信號(hào)。步驟120， 轉(zhuǎn)換為一第二氣體感測(cè)信號(hào)，系將以時(shí)間為單位的第二氣體感測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為以頻率為單位 的第二氣體感測(cè)頻率信號(hào)。步驟130,產(chǎn)生一感測(cè)峰值頻率信號(hào)，系判斷第二氣體感測(cè)頻率 信號(hào)的峰值頻率。步驟140,分析噴注頻率信號(hào)與感測(cè)峰值頻率信號(hào)，若噴注頻率信號(hào)與感 測(cè)峰值頻率信號(hào)奇異，則分析結(jié)果為發(fā)生氣體互感現(xiàn)象。
[0032] 上述的感測(cè)峰值頻率信號(hào)可擷取一第一峰值頻率及一第二峰值頻率，其中第一峰 值頻率的峰值強(qiáng)度大于第二峰值頻率的峰值強(qiáng)度。
[0033] 上述的第二氣體感測(cè)信號(hào)利用快速傅立葉轉(zhuǎn)換（Fast Fourier Transform)來(lái)轉(zhuǎn) 換為第二氣體感測(cè)頻率信號(hào)。其中快速傅立葉轉(zhuǎn)換為利用有效方式簡(jiǎn)化離散傅立葉轉(zhuǎn)換 (Discrete Fourier Transform)運(yùn)算時(shí)間，其將多個(gè)數(shù)據(jù)x的序列中（xl, x2,…xn_l) 轉(zhuǎn)換為有限組合的多正弦曲線的，其數(shù)學(xué)式如下：
[0034]
[0035] 前述的分析噴注頻率信號(hào)（f_p)及感測(cè)峰值頻率信號(hào)（f_k)中，可利用噴注頻率 信號(hào)與感測(cè)峰值頻率信號(hào)相減取絕對(duì)值產(chǎn)生一差值將差值與一標(biāo)準(zhǔn)值（e ) 做分析比較，當(dāng)差值小于標(biāo)準(zhǔn)值< e )則第二氣體感測(cè)信號(hào)為一正確值；當(dāng)差 值大于標(biāo)準(zhǔn)值則第二氣體感測(cè)信號(hào)為一錯(cuò)誤值，代表發(fā)生氣體互感現(xiàn)象。
[0036]前述的感測(cè)峰值頻率信號(hào)可擷取第一峰值頻率（)及第二峰值頻率 ()，財(cái)糊輕步頁(yè)輔| %卿)騎+雜步脾麵取細(xì)雖
利用噴注頻率信號(hào)（f_p)與第二峰值頻率相減取絕對(duì)值產(chǎn)生 第二差丨」
，一標(biāo)準(zhǔn)值（e)做分析比較；當(dāng)?shù)谝徊钪敌∮跇?biāo)準(zhǔn)值
< S )及第二差值小于標(biāo)準(zhǔn)值（
則第二氣 體感測(cè)信號(hào)為一正確值；當(dāng)?shù)谝徊钪祷虻诙钪抵衅湟淮笥跇?biāo)準(zhǔn)值則第二氣體感測(cè)信號(hào)為 一錯(cuò)誤值，代表發(fā)生氣體互感現(xiàn)象。前述的第二峰值頻率用來(lái)做驗(yàn)證，其系為了避免影響演 算法的判讀而設(shè)計(jì)出的參數(shù)。
[0037] 其中當(dāng)?shù)谝徊钪荡笥跇?biāo)準(zhǔn)值（
）或第二差值大于標(biāo)準(zhǔn)值 (
>，則第二氣體感測(cè)信號(hào)為一錯(cuò)誤值，即可判定尿素泄漏的情 況發(fā)生，且尿素泄漏的濃度與第一感測(cè)峰值頻率信號(hào)（)有關(guān)（當(dāng)有尿素泄漏時(shí)，第 一感測(cè)峰值頻率信號(hào))通常發(fā)生于低頻處），將其乘上一個(gè)由實(shí)驗(yàn)得知的增益值0 來(lái)估算泄漏的尿素濃度，可表示為
[0038] 〔 NH3〕leakage = 〇 ? (maxX (K)) 〇
[0039] 前述的標(biāo)準(zhǔn)值的訂定是為避免感測(cè)峰值頻率信號(hào)與噴注頻率信號(hào)兩者可能因頻 率解析度不足產(chǎn)生誤差，進(jìn)而影響演算法的判讀而訂定的。此標(biāo)準(zhǔn)值大小取決于快速傅立 葉轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的取樣時(shí)間（sampling time)長(zhǎng)短，其中取樣時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)值呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，也 就是說(shuō)較長(zhǎng)的取樣時(shí)間可設(shè)計(jì)較小的標(biāo)準(zhǔn)值，較短的取樣時(shí)間需要設(shè)計(jì)較大的標(biāo)準(zhǔn)值。
[0040] 請(qǐng)參照?qǐng)D2,其繪示本發(fā)明的氣體互感現(xiàn)象分析系統(tǒng)200架構(gòu)圖，其應(yīng)用于柴油引 擎車(chē)輛上。圖2的氣體互感現(xiàn)象分析系統(tǒng)200包含：一選擇性還原催化單元210、一第一氣 體產(chǎn)生單元220、一第二氣體感測(cè)單元230、一信號(hào)轉(zhuǎn)換單元240、一峰值頻率判斷單元250 及一信號(hào)分析單元260。其中選擇性還原催化單元210利用一第一氣體將一第二氣體轉(zhuǎn)換 成一無(wú)毒氣體。第一氣體產(chǎn)生單元220用于產(chǎn)生一噴注頻率信號(hào)。第二氣體感測(cè)單元230 用于產(chǎn)生一第二氣體感測(cè)信號(hào)。信號(hào)轉(zhuǎn)換單元240與第二氣體感測(cè)單元230電性連接，其 中信號(hào)轉(zhuǎn)換單元240利用快速傅立葉轉(zhuǎn)換將第二氣體感測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為一第二氣體感測(cè)頻 率信號(hào)。峰值頻率判斷單元250與信號(hào)轉(zhuǎn)換單元2