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(shí)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(jī)排放法規(guī)的要求，選擇性催化還原(SCR)成為了重型柴油機(jī)必備的后處理系統(tǒng)。該設(shè)備通過在發(fā)動機(jī)排氣管內(nèi)噴入為32.5%的尿素溶液，將發(fā)動機(jī)尾氣中的NOx還原為N2，從而實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)排放物NOx的減少。
[0003]在OBD法規(guī)中對加裝SCR的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)提出了兩點(diǎn)要求:1、必須可以實(shí)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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)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(qiáng)的腐蝕、結(jié)晶特性，這將大大增加這類傳感器的維護(hù)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(shí)現(xiàn)對尿素溶液測，但是，未實(shí)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(shí)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(jì)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(shí)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(shí)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(jìn)行高性能檢測。因此，本實(shí)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(dá)到線圈自諧振，極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的電磁信號強(qiáng)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(shí)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(shí)現(xiàn)對尿素濃度的監(jiān)測。
[0008]本實(shí)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(jì)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(shí)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(shí)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(jì)模塊相連；
[0011]線圈設(shè)計(jì)模塊包括主檢測線圈、匹配線圈，線圈設(shè)計(jì)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(jì)模塊通過SMA接口相連，實(shí)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(jìn)行供電；
[0014]車用尿素箱裝入尿素溶液。
[0015]本實(shí)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)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(jì)，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