一種汽車scr系統(tǒng)尿素溶液濃度與高度在線監(jiān)測儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型提供一種汽車在線監(jiān)測系統(tǒng)，特別是涉及基于磁耦合諧振原理的一種汽車選擇性催化還原(選擇性催化還原簡稱SCR)系統(tǒng)尿素溶液濃度與高度在線監(jiān)測儀。
【背景技術(shù)】
[0002]為了滿足汽車發(fā)動機排放法規(guī)的要求，選擇性催化還原(SCR)成為了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)噴入為32.5%的尿素溶液，將發(fā)動機尾氣中的NOx還原為N2，從而實現(xiàn)柴油機排放物NOx的減少。
[0003]在OBD法規(guī)中對加裝SCR的發(fā)動機系統(tǒng)提出了兩點要求:1、必須可以實現(xiàn)對尿素水溶液攜帶量不足的在線監(jiān)測(高度監(jiān)測)；2、必須可以實現(xiàn)對尿素水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)。
[0004]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(xué)、機械振動和電學(xué)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;SSI Technologies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高度;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(dǎo)率判斷尿素溶液成分的方法。這些方法的一個共性缺陷是，這類傳感器必須安裝在尿素箱內(nèi)，且與尿素溶液接觸。然而，尿素溶液具有很強的腐蝕、結(jié)晶特性，這將大大增加這類傳感器的維護成本。
[0005]在專利“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”一文中(申請?zhí)?201510187671.8)，提出了一種基于磁耦合諧振原理的非接觸式監(jiān)測方法，該方法主要采用線圈自諧振模式，提高線圈兩端電壓對尿素溶液濃度變化的敏感性。此種方案，實現(xiàn)對尿素溶液測，但是，未實現(xiàn)OBD法規(guī)中要求對尿素溶液攜帶量不足的監(jiān)測，即未實現(xiàn)對尿素溶液高度監(jiān)測，而且所采用線圈自諧振模式提高對尿素濃度變化的敏感性這一方法，會大大增加線圈設(shè)計難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]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)尿素溶液濃度與高度在線監(jiān)測儀。
[0007]本實用新型利用線圈自諧振及基于錯位調(diào)整的阻抗匹配技術(shù)，大幅度提高監(jiān)測系統(tǒng)對尿素溶液高度和濃度變化的敏感度。由于尿素溶液的電導(dǎo)率很低，其電磁感應(yīng)信號的敏感度差，不利于進行高性能檢測。因此，本實用新型利用阻抗匹配原理，通過主檢測線圈與匹配線圈之間錯位的調(diào)節(jié)，使匹配線圈反射到檢測電路的阻抗值與電源內(nèi)阻匹配，結(jié)合調(diào)節(jié)頻率達到線圈自諧振，極大地增強了系統(tǒng)的電磁信號強度，從而提高了檢測信號的信噪比。通過檢測主檢測線圈自諧振頻率實現(xiàn)對尿素溶液高度的監(jiān)測，通過檢測匹配線圈Sll參數(shù)實現(xiàn)對尿素濃度的監(jiān)測。
[0008]本實用新型提供的一種汽車SCR系統(tǒng)尿素溶液濃度與高度在線監(jiān)測儀，其包括高頻信號發(fā)生模塊、監(jiān)測模式選擇模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊、線圈設(shè)計模塊、電源模塊和車用尿素箱；
[0009]其中，高頻信號發(fā)生模塊通過SMA接口與監(jiān)測模式選擇模塊相連，通過高頻信號發(fā)生模塊產(chǎn)生預(yù)設(shè)頻率范圍內(nèi)等步長掃頻信號，實現(xiàn)對主檢測線圈及匹配線圈高頻信號的發(fā)送；
[0010]監(jiān)測模式選擇模塊實現(xiàn)對尿素溶液高度監(jiān)測通道和尿素溶液濃度監(jiān)測通道的選通，且與線圈設(shè)計模塊相連；
[0011]線圈設(shè)計模塊包括主檢測線圈、匹配線圈，線圈設(shè)計模塊緊貼于車用尿素箱的底部，并且，主檢測線圈、匹配線圈平移錯位放置；
[0012]數(shù)據(jù)采集與處理模塊與線圈設(shè)計模塊通過SMA接口相連，實現(xiàn)對線圈自諧振頻率及Sll參數(shù)的采集，并且將采集到的線圈自諧振頻率及Sll參數(shù)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的電壓信號，再通過微控制器的A/D轉(zhuǎn)換模塊采集該電壓信號；
[0013]電源模塊與高頻信號發(fā)生模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊均連接并進行供電；
[0014]車用尿素箱裝入尿素溶液。
[0015]本實用新型提供的一種汽車SCR系統(tǒng)尿素溶液濃度與高度在線監(jiān)測儀的監(jiān)測方法，其步驟和條件如下:
[0016]一、在線尿素溶液高度監(jiān)測:
[0017](I)通過監(jiān)測模式選擇模塊將監(jiān)測系統(tǒng)選通到尿素溶液高度監(jiān)測通道一側(cè)，此時，接入電路中的線圈為主檢測線圈；
[0018](2)分別對在不同溶液高度的尿素溶液對應(yīng)的線圈自諧振頻率進行數(shù)據(jù)采樣，記錄采樣結(jié)果并且建立數(shù)據(jù)庫；
[0019]a.在車用尿素箱中加入尿素溶液，其質(zhì)量濃度根據(jù)需要設(shè)定，采樣溶液高度從20mm開始，每次加入采樣溶液高度為Imm尿素水溶液，至采樣溶液高度為100mm，共為81個采樣溶液高度；
[0020]b.分別對每一次采樣溶液高度的尿素溶液進行多組不同信號頻率下的線圈自諧振頻率采樣，即對每一采樣溶液高度的尿素溶液，逐次改變高頻信號發(fā)生模塊輸出信號的頻率，從145MHz遞增到170MHz，步長為I OOKHz，通過數(shù)據(jù)采集與處理模塊采集匹配線圈的自諧振頻率，并將采集的線圈自諧振頻率轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓值，再通過微控制器的A/D轉(zhuǎn)換模塊采集該電壓信號，將線圈自諧振時的諧振頻率與當(dāng)前溶液高度作為一組數(shù)據(jù)，按此方法，以組為單位，得到第I組至第81組采樣數(shù)據(jù)，建立采樣數(shù)據(jù)庫；
[0021 ] c.待測尿素溶液高度監(jiān)測:將待測尿素溶液放入尿素箱中，使尿素箱中尿素濃度保持在與采樣時的尿素濃度一致;逐次高頻信號發(fā)生模塊輸出信號的頻率，從145MHz遞增至IJ170MHZ，步長為10KHz，通過數(shù)據(jù)采集與處理模塊采集匹配線圈在不同頻率下的線圈自諧振頻率，利用查表方法，將得到的數(shù)據(jù)與步驟b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溶液高度；
[0022]二、在線尿素濃度監(jiān)測監(jiān)測:
[0023](I)通過監(jiān)測模式選擇模塊將監(jiān)測系統(tǒng)選通到尿素濃度監(jiān)測通道一側(cè)，此時，接入電路中的線圈為匹配線圈和主檢測線圈；
[0024](2)利用錯位調(diào)整的阻抗匹配原理對主檢測線圈與匹配線圈進行阻抗匹配，阻抗匹配結(jié)束后，保持匹配線圈和主檢測線圈的水平距離不變，依次改變尿素溶液的濃度；
[0025](3)分別對在不同尿素濃度溶液對應(yīng)的Sll參數(shù)進行數(shù)據(jù)采樣，記錄采樣結(jié)果并且建立數(shù)據(jù)庫；
[0026]a.在車用尿素箱中加入質(zhì)量濃度為0%的尿素水溶液，每次增加加入采樣質(zhì)量濃度為0.5%的尿素水溶液，至采樣液采樣質(zhì)量濃度為32.5%的尿素水溶液，共為66組采樣溶液高度；
[0027]b.分別對第I組至第66組的尿素水溶液的采樣質(zhì)量濃度，通過高頻信號發(fā)生模塊逐次改變匹配線圈輸出信號的頻率，從30MHz遞增到90MHz，步長為10KHz，通過數(shù)據(jù)采集與處理模塊采集不同頻率下的Sll參數(shù)，并將采集到的Sll參數(shù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓值，再通過微控制器的A/D轉(zhuǎn)換模塊采集該電壓信號。將Sll參數(shù)與當(dāng)前溶液濃度作為一組數(shù)據(jù)，以組為單位進行記錄，得到第I組至第66組采樣數(shù)據(jù)，建立采樣數(shù)據(jù)庫；
[0028]c.待測尿素溶液濃度監(jiān)測:將待測尿素溶液放入尿素箱中，使尿素箱中尿素高度保持在與一采樣時的尿素高度一致。通過高頻信號發(fā)生模塊逐次改變匹配線圈輸出信號的頻率，從30MHz遞增到90MHz，步長為10KHz，之后通過數(shù)據(jù)采集與處理模塊采集不同頻率下的Sll參數(shù)，利用查表方法，將得到的數(shù)據(jù)與步驟b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。
[0029]有益效果:本實用新型提供一種汽車SCR系統(tǒng)尿素溶液濃度與高度在線監(jiān)測儀。所述的線監(jiān)測儀基于磁耦合諧振原理設(shè)計，并提出非接觸式檢測方法。將所述的線監(jiān)測儀的測量線圈置于尿素箱底側(cè)及錯位放置，避免測量線圈與尿素溶液接觸，并采用線圈的自諧振模式及錯位阻抗匹配技術(shù)，提高線圈自諧振頻率及SI I參數(shù)對尿素溶液高度和濃度變化的敏感性。
[0030]利用阻抗匹配原理