氣體互感現(xiàn)象分析系統(tǒng)及其分析方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明有關于一種感測信號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】
[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)性有機化合物的過度排放，在各 地造成酸雨、霾害及臭氧減少等災害，已經(jīng)對人類健康及生態(tài)環(huán)境構成巨大的威脅。硫化物 及其他揮發(fā)性有機化合物的排放量已經(jīng)隨著煉油技術的精進獲得改善，因此去除廢氣中的 氮氧化物嚴然成為當前環(huán)境污染治理的重要任務之一。
[0003]以發(fā)動機排氣檢測作為例子，現(xiàn)今最有效減少發(fā)動機所排放的氮氧化物（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，氮氧化物感測器（NGK/ Continental Smart Sensor ;SNS)被廣泛地運用于監(jiān)測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器產(chǎn)生互感現(xiàn)象（cross sensitivity)，使氮氧化物感測器 的輸出信號無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)的控制邏輯判斷錯誤，使過量氨氣噴入造成浪費，而且過量的氨氣會與廢氣中的 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)有技術的改善作法有二種。其一是利用兩個氮氧化物感測器分別設于選擇性催 化還原后處理系統(tǒng)的上游及下游，利用時變相位處理上下游氮氧化物感測器的信號來判別 氨氣是否過量。其二系于選擇性還原催化后處理系統(tǒng)加裝發(fā)動機排氣直接采樣單元，利用 化學發(fā)光分析儀計算氨氣濃度值。然而，上述現(xiàn)有技術都需另再加裝氮氧化物感測器或特 殊裝置，不僅造成成本提高，也使整體系統(tǒng)復雜度增加及重量加重。

【發(fā)明內容】

[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題。
[0006] 依據(jù)本發(fā)明一方法態(tài)樣的一實施方式，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。擷取一第二氣體感測信號。接著轉換以時間為 單位的第二氣體感測信號為以頻率為單位的一第二氣體感測頻率信號。接著判斷第二氣體 感測頻率信號的峰值頻率，產(chǎn)生一感測峰值頻率信號。最后分析噴注頻率信號與感測峰值 頻率信號，若噴注頻率信號與感測峰值頻率信號奇異，則分析結果為發(fā)生氣體互感現(xiàn)象。
[0007] 藉此方法態(tài)樣的實施方式，本發(fā)明可由分析噴注頻率信號與感測峰值頻率信號， 得知分析噴注頻率信號與感測峰值頻率信號是否發(fā)生奇異，來判斷是否發(fā)生氣體互感現(xiàn) 象，進而使整體系統(tǒng)成本、復雜度及重量降低。
[0008] 前述方法態(tài)樣實施方式中的其他實施例如下：前述的第二氣體感測信號可利用快 速傅立葉轉換來轉換為第二氣體感測頻率信號。前述的感測峰值頻率信號可包含一第一峰 值頻率及一第二峰值頻率。前述的分析噴注頻率信號及感測峰值頻率信號可利用噴注頻率 信號與感測峰值頻率信號相減取絕對值產(chǎn)生一差值，將差值與一標準值做分析比較，當差 值小于標準值則第二氣體感測信號為一正確值，當差值大于標準值則第二氣體感測信號為 一錯誤值。
[0009] 依據(jù)本發(fā)明一系統(tǒng)態(tài)樣的一實施方式，利用前述的氣體互感現(xiàn)象分析方法，專門 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、一第二氣體感測單元、一 信號轉換單元、一峰值頻率判斷單元及一信號分析單元。其中第一氣體產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生 一噴注頻率信號。第二氣體感測單元用于產(chǎn)生一第二氣體感測信號。信號轉換單元與第二 氣體感測單元電性連接，其中信號轉換單元利用快速傅立葉轉換將第二氣體感測信號轉換 為一第二氣體感測頻率信號。峰值頻率判斷單元與信號轉換單元電性連接，其中峰值頻率 判斷單元判斷第二氣體感測頻率信號后輸出一感測峰值頻率信號。信號分析單元與第一氣 體產(chǎn)生單元及峰值頻率判斷單元電性連接，其中信號分析單元用以分析噴注頻率信號與感 測峰值頻率信號。
[0010] 藉此系統(tǒng)態(tài)樣的實施方式，可由信號分析單元分析噴注頻率信號與感測峰值頻率 信號，得知分析噴注頻率信號與感測峰值頻率信號是否發(fā)生奇異，來判斷是否發(fā)生氣體互 感現(xiàn)象，進而使整體系統(tǒng)成本、復雜度及重量降低。
[0011] 前述系統(tǒng)態(tài)樣實施方式中的其他實施例如下：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 換成一無毒氣體。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 號為氨氣噴注頻率信號。前述的第二氣體感測單元可為一氮氧化物感測器。前述的第一氣 體可由尿素水汽化產(chǎn)生。前述的感測峰值頻率信號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與感測峰值頻率信號的頻率差距太大，意即 噴注頻率信號與感測峰值頻率信號的頻率差值大于標準值。
[0013] 本發(fā)明方法態(tài)樣及系統(tǒng)態(tài)樣不但適用于發(fā)動機排氣檢測、動力載具引擎檢測及相 關具有氣體互感現(xiàn)象的排氣檢測領域，皆可運用本發(fā)明做氣體互感現(xiàn)象檢測。
【附圖說明】
[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)架構圖。
[0016] 圖3A繪示本發(fā)的第二氣體感測單元所感測的氮氧化物感測信號量測圖。
[0017] 圖3B繪示圖3A的氨氣與氮氧化物比例-時間圖。
[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)明的氮氧化物感測頻率信號于不同氨氣與氮氧化物的 比例下的強度一頻率圖。
[0020] 其中，附圖標記：
[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:第二氣體感測單元
[0026] 240:信號轉換單元
[0027] 250 :峰值頻率判斷單元
[0028] 260:信號分析單元
[0029] 270:顯示單元
[0030] 280:尿素水容置器
【具體實施方式】
[0031] 請參照圖1，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。步驟110,擷取一第二氣體感測信號。步驟120， 轉換為一第二氣體感測信號，系將以時間為單位的第二氣體感測信號轉換為以頻率為單位 的第二氣體感測頻率信號。步驟130,產(chǎn)生一感測峰值頻率信號，系判斷第二氣體感測頻率 信號的峰值頻率。步驟140,分析噴注頻率信號與感測峰值頻率信號，若噴注頻率信號與感 測峰值頻率信號奇異，則分析結果為發(fā)生氣體互感現(xiàn)象。
[0032] 上述的感測峰值頻率信號可擷取一第一峰值頻率及一第二峰值頻率，其中第一峰 值頻率的峰值強度大于第二峰值頻率的峰值強度。
[0033] 上述的第二氣體感測信號利用快速傅立葉轉換（Fast Fourier Transform)來轉 換為第二氣體感測頻率信號。其中快速傅立葉轉換為利用有效方式簡化離散傅立葉轉換 (Discrete Fourier Transform)運算時間，其將多個數(shù)據(jù)x的序列中（xl, x2,…xn_l) 轉換為有限組合的多正弦曲線的，其數(shù)學式如下：
[0034]
[0035] 前述的分析噴注頻率信號（f_p)及感測峰值頻率信號（f_k)中，可利用噴注頻率 信號與感測峰值頻率信號相減取絕對值產(chǎn)生一差值將差值與一標準值（e ) 做分析比較，當差值小于標準值< e )則第二氣體感測信號為一正確值；當差 值大于標準值則第二氣體感測信號為一錯誤值，代表發(fā)生氣體互感現(xiàn)象。
[0036]前述的感測峰值頻率信號可擷取第一峰值頻率（)及第二峰值頻率 ()，財糊輕步頁輔| %卿)騎+雜步脾麵取細雖
利用噴注頻率信號（f_p)與第二峰值頻率相減取絕對值產(chǎn)生 第二差丨」
，一標準值（e)做分析比較；當?shù)谝徊钪敌∮跇藴手?br>< S )及第二差值小于標準值（
則第二氣 體感測信號為一正確值；當?shù)谝徊钪祷虻诙钪抵衅湟淮笥跇藴手祫t第二氣體感測信號為 一錯誤值，代表發(fā)生氣體互感現(xiàn)象。前述的第二峰值頻率用來做驗證，其系為了避免影響演 算法的判讀而設計出的參數(shù)。
[0037] 其中當?shù)谝徊钪荡笥跇藴手担?br>）或第二差值大于標準值 (
>，則第二氣體感測信號為一錯誤值，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峰值頻率信號（)有關（當有尿素泄漏時，第 一感測峰值頻率信號)通常發(fā)生于低頻處），將其乘上一個由實驗得知的增益值0 來估算泄漏的尿素濃度，可表示為
[0038] 〔 NH3〕leakage = 〇 ? (maxX (K)) 〇
[0039] 前述的標準值的訂定是為避免感測峰值頻率信號與噴注頻率信號兩者可能因頻 率解析度不足產(chǎn)生誤差，進而影響演算法的判讀而訂定的。此標準值大小取決于快速傅立 葉轉換的數(shù)據(jù)的取樣時間（sampling time)長短，其中取樣時間與標準值呈現(xiàn)負相關性，也 就是說較長的取樣時間可設計較小的標準值，較短的取樣時間需要設計較大的標準值。
[0040] 請參照圖2,其繪示本發(fā)明的氣體互感現(xiàn)象分析系統(tǒng)200架構圖，其應用于柴油引 擎車輛上。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、一第二氣體感測單元230、一信號轉換單元240、一峰值頻率判斷單元250 及一信號分析單元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換 成一無毒氣體。第一氣體產(chǎn)生單元220用于產(chǎn)生一噴注頻率信號。第二氣體感測單元230 用于產(chǎn)生一第二氣體感測信號。信號轉換單元240與第二氣體感測單元230電性連接，其 中信號轉換單元240利用快速傅立葉轉換將第二氣體感測信號轉換為一第二氣體感測頻 率信號。峰值頻率判斷單元250與信號轉換單元2