本發(fā)明涉及一種顆粒物傳感器及其測量方法，且更具體地，涉及一種將保持恒定的基準電極的電容值與隨顆粒物而改變的主電極的電容值進行比較，從而魯棒地應(yīng)對外部噪聲和環(huán)境變化的顆粒物傳感器。

背景技術(shù)：

近來，隨著車輛的排氣的法規(guī)已經(jīng)加強，對用于凈化排氣的后處理裝置的關(guān)注已經(jīng)增加。

特別地，由于柴油發(fā)動機車輛產(chǎn)生包含不同量的顆粒物(PM)的排氣流，因此柴油發(fā)動機車輛被認為是空氣污染的主要成因，使得其法規(guī)正變得更為嚴格。

為了減少柴油車輛的顆粒物，向排氣應(yīng)用柴油顆粒過濾器(DPF)，并且使用顆粒物傳感器來感測在柴油顆粒過濾器中所捕獲的顆粒的量。

顆粒物傳感器檢測隨著排氣中所包含的顆粒物累積而產(chǎn)生的電阻或電容的變化，并且在排氣系統(tǒng)中，顆粒物傳感器安裝在柴油顆粒過濾器的后端。

操作顆粒物傳感器的方法可以分類成累積法和實時法。

在大部分車輛中使用的累積法的顆粒物傳感器感測隨著顆粒物在施加有電壓的兩個計數(shù)電極(digital elecrode)上累積而產(chǎn)生的電流的變化。

累積法的顆粒物傳感器結(jié)構(gòu)簡單，使得其可靠性高且制造成本低，因此適合在車輛中使用。

然而，在累積法的顆粒物傳感器中，需要直到產(chǎn)生電流的變化信號為止的初始累積時間。

另一方面，在實時法的顆粒物傳感器中，通過檢測顆粒物的電離反應(yīng)來實時監(jiān)測顆粒物的量。

然而，實時法的顆粒物傳感器準確性低，尺寸大，難以小型化。

因此，需要對能夠準確且快速地測量排氣系統(tǒng)的排氣中的顆粒物的顆粒物傳感器進行研究。

在背景部分公開的上述信息僅用于增強對于本發(fā)明的背景的理解，因此其可能包括不形成本國的本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的示例性實施例提供了一種顆粒物傳感器及使用該顆粒物傳感器的測量方法，其通過將保持恒定的基準電極的電容值與隨顆粒物變化的主電極的電容值進行比較，能夠準確并快速地測量外部環(huán)境中的顆粒物。

一種顆粒物傳感器布置在排氣系統(tǒng)的排氣管中并被配置為感測排氣中所包含的顆粒物，所述顆粒物傳感器包括：從底部按順序堆疊的第一基板、第二基板和第三基板，在一個端部形成有感測單元，在另一端部形成有信號處理器，其中所述感測單元包括：基準電極，形成在所述第一基板的一個表面上并具有恒定的電容值；溫度傳感器和加熱電極，所述溫度傳感器形成在所述第二基板的一個表面上并感測溫度，所述加熱電極與所述溫度傳感器鄰近布置；和主電極，形成在所述第三基板的一個表面上并具有隨顆粒物而變化的電容值。

所述信號處理器可以輸出所述基準電極的恒定電容值與所述主電極的變化電容值之間的差值。

所述主電極還可以包括包圍其上部的絕緣層。

所述溫度傳感器形成為包圍所述加熱電極的外表面。

所述溫度傳感器與所述加熱電極可以形成在所述基準電極與所述主電極之間，與所述基準電極和所述主電極的距離相同。

所述加熱電極可以燃燒在所述主電極上形成的絕緣層上累積的顆粒物，以去除所述顆粒物。

所述第一基板可以以比所述第二基板和所述第三基板厚的厚度形成。

所述第一基板至所述第三基板可以由陶瓷基板和硅基板中的一種形成。

一種測量顆粒物的方法可以包括以下步驟：通過基準電極測量第一電容值；通過主電極測量第二電容值；通過信號處理器接收所述第一電容值和所述第二電容值；以及通過使用輸入至所述信號處理器的所述第一電容值和第二電容值生成最終輸出電壓。

在本發(fā)明的示例性實施例中，通過應(yīng)用其電容值保持恒定的基準電極，感測精確性得以提高。

即，通過使用由保持恒定的基準電極的電容值生成的輸出電壓與隨著顆粒物變化的主電極的電容值生成的輸出電壓之間的差值，在所有環(huán)境中可以準確地執(zhí)行感測。

此外，從本發(fā)明示例性實施例中能夠獲得或預期的效果將在下文的詳細描述中直接或暗示地進行說明。即，在下文詳細說明中將描述來自本發(fā)明的示例性實施例預期的效果。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的顆粒物傳感器的分解透視圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的顆粒物傳感器的一個端部的截面圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的顆粒物傳感器的測量方法的流程圖。

具體實施方式

應(yīng)當理解，在此使用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或者其他類似的術(shù)語包括一般機動車輛，例如客運汽車(包括運動型多功能車輛(SUV))、公共汽車、卡車、各種商用車輛、水運工具(包括各種艇和船)、飛機等，并且包括混合動力車輛、電動車輛、插電式混合動力電動車輛、氫動力車輛和其他替代燃料車輛(例如，從石油以外的資源得到的燃料)。如在此提到的，混合動力車輛是具有兩個或更多個動力源的車輛，例如，既有汽油動力又有電動力的車輛。

在此使用的術(shù)語只是出于描述特定實施例的目的，并非意圖限制本發(fā)明。如在此使用的，單數(shù)形式“一”、“一個/一種”以及“該/所述”意在也包括復數(shù)形式，除非上下文另行清楚地指出。還應(yīng)當理解，當在本說明書中使用時，術(shù)語“包括”和/或“包含”指明所敘述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或部件的存在，但不排除存在或增加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、部件和/或它們的群組。如在此使用的，術(shù)語“和/或”包括所列出的相關(guān)項目中的一個或多個的任何組合以及全部組合。在整個說明書中，除非明確地相反描述，否則詞語“包括”及其變形例如“含有”或“包含”應(yīng)理解為暗示包括所敘述的元素但不排除任何其他元素。此外，說明書中描述的術(shù)語“單元”、“部/器/件(-er)(-or)”、“模塊”是指用于處理至少一個功能和操作的單元，并且能夠通過硬件、軟件或其組合來實現(xiàn)。

此外，本發(fā)明的控制邏輯可以被實施為計算機可讀介質(zhì)上的非暫時性計算機可讀介質(zhì)，其包含由處理器、控制器等執(zhí)行的可執(zhí)行程序指令。計算機可讀介質(zhì)的示例包括但不限于ROM、RAM、光盤(CD)-ROM、磁帶、軟盤、閃存盤、智能卡和光學數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。計算機可讀記錄介質(zhì)也可以分布在聯(lián)網(wǎng)的計算機系統(tǒng)中，使得以分布式方式由例如遠程服務(wù)器或控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)存儲和執(zhí)行計算機可讀介質(zhì)。

在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。然而，稍后將進行描述的附圖和詳細說明涉及若干個示例性實施例中的用于有效地描述本發(fā)明的特征的示例性實施例。因此，本發(fā)明不僅限于以下附圖和說明。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的顆粒物傳感器的分解透視圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的顆粒物傳感器的一個端部的截面圖。

排氣在車輛的排氣管中流動，排氣中包含顆粒物。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的顆粒物傳感器被布置在排氣管中以測量排氣中所包含的顆粒物。

參考圖1和圖2，通過堆疊多個基板來形成顆粒物傳感器1，在基板的一個端部形成感測單元A，并且在基板的另一個端部(即，相反的端部)形成信號處理器B。

此處，多個基板包括第一基板10、第二基板20和第三基板30，并且優(yōu)選是由陶瓷基板和硅基板中的一者制成。

感測單元A優(yōu)選包括基準電極11、溫度傳感器21、加熱電極23和主電極31。

基準電極11形成在第一基板10的一個表面上，且具有恒定的電容值。

在此情況下，第一基板10將形成足夠的厚度，使得沉積在第一基板10的另一個表面上的顆粒物PM不會影響基準電極11。

即，第一基板10較厚地形成，使得防止沉積在第一基板10的另一表面上的顆粒物PM影響基準電極11的電容值。

第一基板10形成得比第二基板20和第三基板30厚，然而，本發(fā)明不限于此，如有必要，第一基板10、第二基板20和第三基板30的厚度可以改變。

溫度傳感器12形成在第二基板20的一個表面上，以感測周圍的溫度。

加熱電極23在第二基板20的一個表面上被圖形化成(pattern)與溫度傳感器21鄰近，并由金屬材料制成。

在此情況下，金屬材料可以由鉑、錳和鎢中的至少一種形成。

如后文將進行描述的，為了去除顆粒物，加熱電極23用以燃燒在主電極31上部的絕緣層33累積的顆粒物PM。

溫度傳感器21以包圍加熱電極23的外表面的形狀形成，然而，本發(fā)明不限于此，溫度傳感器21和加熱電極23的形狀可以變化。

具有這種配置的溫度傳感器21與加熱電極23可以在同一層形成，并且基準電極11與溫度傳感器21及加熱電極23之間的距離可以與主電極31與溫度傳感器21及加熱電極23之間的距離相同。

即，形成有溫度傳感器21及加熱電極23的第二基板20和形成有位于溫度傳感器21及加熱電極23上部的主電極31的第三基板30形成為同一厚度。

由于加熱電極23被布置為與基準電極11和主電極31距離相同，因此，加熱電極23向基準電極11與主電極31施加相同的溫度條件。

在本發(fā)明的示例性實施例中，溫度傳感器21與加熱電極23在一個基板的同一層上形成，然而，本發(fā)明不限于此，溫度傳感器21可以在與加熱電極23不同的基板上形成。

主電極31形成在第三基板30的一個表面上，使得電容值隨顆粒物PM而改變。

由薄膜制成的絕緣層33形成在主電極31上。

在此情況下，絕緣層33覆蓋主電極31，使主電極31的彼此相鄰的正負兩極絕緣。

顆粒物PM沉積在絕緣層33上，并且通過由加熱電極23產(chǎn)生的熱容易地去除顆粒物PM。

此外，信號處理器B可以使用通常的顆粒物傳感器的信號處理電路。

信號處理電路B與基準電極11、溫度傳感器21、加熱電極23和主電極31電連接。

例如，信號處理器B通過導線與基準電極11、溫度傳感器21、加熱電極23和主電極31電連接。

信號處理器B輸出基準電極11的恒定電容值與主電極31的變化電容值之間的差值。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的顆粒物傳感器的測量方法的流程圖。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，車輛的排氣系統(tǒng)中的排氣所包含的顆粒物PM在經(jīng)過顆粒物傳感器1時累積在主電極31上的絕緣層33上。

因此，隨著顆粒物PM累積，電容值因在主電極31上感應(yīng)出的電荷而改變。

參考圖3，執(zhí)行通過基準電極11測量第一電容值的步驟(S1)。

在此情況下，第一電容值是表示基準電極11的電容變化的值，由于基準電極11的電容變化非常小，因此該值近似為0。

接下來，執(zhí)行通過主電極31測量第二電容值的步驟(S2)。

在此情況下，第二電容值是由于顆粒物PM累積到主電極31上的絕緣層33而變化的值。

隨后，信號處理器B接收第一電容值和第二電容值。

接下來，執(zhí)行通過使用輸入到信號處理器B的第一電容值和第二電容值來生成最終輸出電壓的步驟(S3)。

此外，信號處理器B接收因周圍環(huán)境，即機械、電子和溫度變化等而改變的電容值。

即，信號處理器B接收因周圍環(huán)境的噪聲而改變的電容值。

此外，在信號處理器B中，為了生成最終輸出電壓，預先設(shè)定固定的電容值。

在此情況下，在生成最終輸出電壓的步驟(S3)中，執(zhí)行信號處理器B通過第一電容值生成第一輸出電壓的步驟。

在此情況下，可以通過[公式1]計算第一輸出電壓。

[公式1]

此處，V_o1表示第一輸出電壓，V_I表示施加電壓，C_IN1表示第一電容變化值，C_T表示因周圍環(huán)境而改變的值，即，因噪聲而導致的電容值，C0可以是之前被輸入到信號處理器的、用于生成最終輸出電壓的固定的電容值。

在此情況下，施加電壓可以是向顆粒物傳感器1施加的施加電壓。

在生成第一輸出電壓之后，執(zhí)行信號處理器B通過第二電容值生成第二輸出電壓的步驟。

在此情況下，可以通過[公式2]計算第二輸出電壓。

[公式2]

此處，V_o2表示第二輸出電壓，V_I表示施加電壓，C_IN2表示第二電容變化值，C_T表示因周圍環(huán)境而改變的值，即，因噪聲而導致的電容值，C0可以是之前輸入到信號處理器的、用于生成最終輸出電壓的固定的電容值。

在此情況下，施加電壓可以是向顆粒物傳感器1施加的施加電壓。

接下來，執(zhí)行信號處理器B根據(jù)第一輸出電壓與第二輸出電壓之間的差值來生成最終輸出電壓的步驟。

在此情況下，可以通過[公式3]來計算最終輸出電壓。

[公式3]

此處，V_F表示最終輸出電壓，V_o1和V_o2分別表示第一輸出電壓和第二輸出電壓，V_I表示施加電壓，C_IN1和C_IN2分別表示第一電容變化值和第二電容變化值，C0可以是之前輸入到信號處理器的、用于生成最終輸出電壓的固定的電容值。

因此，最終輸出電壓是在去除了因周圍環(huán)境，例如機械、電子和溫度變化而增加的公共噪聲C_T下計算出的。

在此情況下，由于表示基準電極11的第一電容變化值的C_IN1的大小是微小的，如果進行近似，則留下并輸出僅表示主電極31的第二電容變化值的值C_IN2。

最后，執(zhí)行通過位于基準電極11與主電極31之間的加熱電極23燃燒在主電極31的絕緣層33上累積的顆粒物PM以將其去除的步驟。

因此，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的顆粒物傳感器1及測量方法將基準電極11的第一電容值與因顆粒物PM而改變的主電極31的第二電容值進行比較，從而輸出差值，由此魯棒地應(yīng)對外部噪聲和環(huán)境變化。

此外，在顆粒物傳感器1中，溫度傳感器21和加熱電極23被圖形化在一個基板上，因此簡化了工序。

盡管本發(fā)明已經(jīng)接合目前被認為是具體示例性實施例的內(nèi)容進行了描述，但應(yīng)當理解的是，本發(fā)明不限于所公開的實施例，而是，正相反，意圖于覆蓋包括在所附權(quán)利要求所主張的精神與范圍內(nèi)的各種修改和等效布置。