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
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種汽車在線監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，具體涉及一種基于磁耦合諧振法 的汽車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。
【背景技術】
[0002] SCR(選擇性催化還原器）是重型柴油機必備的后處理系統(tǒng)，該設備通過在發(fā)動機 排氣管內(nèi)噴入濃度為32. 5 %的尿素水溶液，將發(fā)動機尾氣中的NOx還原為N2,從而實現(xiàn)柴 油機主要排放物NOx的消除。而OBD法規(guī)也對加裝SCR的發(fā)動機系統(tǒng)提出了要求：
[0003] 1.必須可以實現(xiàn)對尿素溶液攜帶量不足的在線監(jiān)測（液位監(jiān)測）；
[0004] 2.必須可以實現(xiàn)對尿素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
[0005] 考慮到成本和在線監(jiān)測的要求，對溶液成分的在線診斷目前還是國內(nèi)外的一個難 題，尤其在國內(nèi)，國VI排放法規(guī)在2015年一月開始全面實施，而相關的監(jiān)測還沒有提起足 夠的重視。
[0006] 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、機械振動和電學的原理。其中WEM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液位；而英飛凌公司則提出了一種將溶液中通 入電流，利用監(jiān)測溶液電導率判斷尿素溶液成分的方法。這些方法的一個共性的缺陷是：這 類傳感器必須和尿素溶液接觸，而尿素溶液有很強的結晶特性，所以如果尿素在傳感器上 結晶會極大的影響這類傳感器的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度 在線監(jiān)測系統(tǒng)，避免測量線圈與尿素溶液接觸，并采用線圈的自諧振模式，提高線圈兩端電 壓對尿素溶液濃度變化的敏感性。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0009] 一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括通過SM接口依次連接 的電源模塊、線圈設計模塊、數(shù)據(jù)采集及處理模塊，所述線圈設計模塊包括發(fā)射線圈、尿素 箱和接收線圈，尿素箱內(nèi)用于填充尿素溶液，發(fā)射線圈和接收線圈設置在尿素箱外側，發(fā)射 線圈與所述電源模塊通過SM接口連接，接收線圈與所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊通過SM接 口連接。
[0010] 所述的一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述電源模塊包括主 控芯片、信號發(fā)生器模塊、功率放大器模塊，主控芯片和信號發(fā)生器模塊通過串口通訊接口 連接，信號發(fā)生器模塊與功率放大器模塊通過SM接口連接，功率放大器模塊與所述線圈 設計模塊的發(fā)射線圈通過SM接口連接。
[0011] 所述的一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集及處理 模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)采集模塊包括采集芯片和存儲芯片，采集芯 片與線圈設計模塊的接收線圈通過SM接口相連進行單向通信。
[0012] 本發(fā)明同時提供一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法， 包括以下步驟：
[0013] 步驟一、分別對不同濃度的尿素溶液進行多組電壓值采樣，記錄采樣結果并建立 數(shù)據(jù)庫：逐次在線圈設計模塊的尿素箱中加入濃度為〇%、〇.5%、1%、1.5%...32%、 32. 5%的尿素水溶液，并保持每次加入尿素水溶液后尿素箱液面高度一致；且對每一采樣 濃度的尿素溶液進行多組不同信號頻率下的電壓值采樣，即對每一濃度的尿素溶液，逐次 改變電源模塊輸出信號的頻率，從IOMhz遞增到20Mhz，步長為lOkhz，采集接收線圈兩端在 不同頻率下的電壓值，將采集的數(shù)據(jù)進行收集并整理，以組為單位進行記錄，得到第1組至 第66組采樣數(shù)據(jù)，建立采樣數(shù)據(jù)庫；
[0014] 步驟二、待測尿素溶液濃度監(jiān)測：將待測尿素溶液放入尿素箱中，使尿素箱液面高 度與上述步驟一采樣時的液面高度一致；逐次改變電源模塊輸出信號的頻率，從IOMhz遞 增到20Mhz，步長為lOkhz，采集接收線圈兩端在不同頻率下的電壓值，利用查表方法，將得 到的數(shù)據(jù)與步驟一建立的數(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。
[0015] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下積極效果：
[0016] 1.本發(fā)明基于磁耦合諧振原理，提出非接觸式檢測方法，將測量線圈置于尿素箱 外側，避免測量線圈與尿素溶液接觸，并采用線圈的自諧振模式，提高線圈兩端電壓對尿素 溶液濃度變化的敏感性。
[0017] 2.本發(fā)明設計的電源模塊，主要包括主控芯片、信號發(fā)生器和功率放大器，能夠為 測量線圈提供高頻信號。
[0018] 3.本發(fā)明設計的數(shù)據(jù)采集及處理模塊能夠有效的采集線圈在不同頻率下的端電 壓，將采集的數(shù)據(jù)進行存儲，并與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比較，得到待測尿素溶液濃度。
【附圖說明】
[0019] 圖1為汽車SCR系統(tǒng)車用尿素濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖；
[0020] 圖2(a)為線圈設計模塊結構示意圖；
[0021] 圖2(b)為線圈設計模塊位等效電路圖
[0022] 圖3為電源模塊原理框圖
[0023] 圖4為數(shù)據(jù)采集及處理模塊原理框圖；
[0024] 圖5為磁耦合諧振檢測原理示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 以下結合附圖詳細介紹本發(fā)明的技術方案。
[0026] 一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示，包括通過SM接 口依次連接的電源模塊、線圈設計模塊、數(shù)據(jù)采集及處理模塊三部分。
[0027] 如圖2所示，線圈設計模塊包括發(fā)射線圈、尿素箱和接收線圈，尿素箱內(nèi)填充尿素 溶液，發(fā)射線圈和接收線圈均位于尿素箱外側，且發(fā)射線圈和接收線圈對稱放置，發(fā)射線圈 與電源模塊通過SM接口連接，接收線圈與數(shù)據(jù)采集及處理模塊通過SM接口連接。本發(fā)明 的特點之一是采用線圈的自諧振模式，即靠線圈自身的寄生電容和電感諧振，且發(fā)射線圈 和接收線圈尺寸相同，品質(zhì)因數(shù)高。線圈模型可以等效成一個電阻（R)，一個電容（C)和一 個電感（L)的串聯(lián)，線圈阻抗
【主權項】
1. 一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括通過SM接口依次連接的 電源模塊、線圈設計模塊、數(shù)據(jù)采集及處理模塊，其特征在于，所述線圈設計模塊包括發(fā)射 線圈、尿素箱和接收線圈，尿素箱內(nèi)用于填充尿素溶液，發(fā)射線圈和接收線圈設置在尿素箱 外側，發(fā)射線圈與所述電源模塊通過SM接口連接，接收線圈與所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊 通過SM接口連接。
2. 按照權利要求1所述的一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 在于，所述電源模塊包括主控芯片、信號發(fā)生器模塊、功率放大器模塊，主控芯片和信號發(fā) 生器模塊通過串口通訊接口連接，信號發(fā)生器模塊與功率放大器模塊通過SM接口連接， 功率放大器模塊與所述線圈設計模塊的發(fā)射線圈通過SM接口連接。
3. 按照權利要求1所述的一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特 征在于，所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)采集模塊包括 采集芯片和存儲芯片，采集芯片與線圈設計模塊的接收線圈通過SMA接口相連進行單向通 信。
4. 按照權利要求1所述的一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方 法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、分別對不同濃度的尿素溶液進行多組電壓值采樣，記錄采樣結果并建立數(shù) 據(jù)庫：逐次在線圈設計模塊的尿素箱中加入濃度為〇%、〇.5%、1%、1.5%...32%、 32. 5%的尿素水溶液，并保持每次加入尿素水溶液后尿素箱液面高度一致；且對每一采樣 濃度的尿素溶液進行多組不同信號頻率下的電壓值采樣，即對每一濃度的尿素溶液，逐次 改變電源模塊輸出信號的頻率，從IOMhz遞增到20Mhz，步長為lOkhz，采集接收線圈兩端在 不同頻率下的電壓值，將采集的數(shù)據(jù)進行收集并整理，以組為單位進行記錄，得到第1組至 第66組采樣數(shù)據(jù)，建立采樣數(shù)據(jù)庫； 步驟二、待測尿素溶液濃度監(jiān)測：將待測尿素溶液放入尿素箱中，使尿素箱液面高度與 上述步驟一采樣時的液面高度一致；逐次改變電源模塊輸出信號的頻率，從IOMhz遞增到 20Mhz，步長為lOkhz，采集接收線圈兩端在不同頻率下的電壓值，利用查表方法，將得到的 數(shù)據(jù)與步驟一建立的數(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。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括通過SMA接口依次連接的電源模塊、線圈設計模塊、數(shù)據(jù)采集及處理模塊，所述線圈設計模塊包括發(fā)射線圈、尿素箱和接收線圈，尿素箱內(nèi)用于填充尿素溶液，發(fā)射線圈和接收線圈設置在尿素箱外側，發(fā)射線圈與所述電源模塊通過SMA接口連接，接收線圈與所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊通過SMA接口連接。避免測量線圈與尿素溶液接觸，并采用線圈的自諧振模式，提高線圈兩端電壓對尿素溶液濃度變化的敏感性。本發(fā)明同時公開了一種汽車SCR系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法。
【IPC分類】G01N27-02
【公開號】CN104792828
【申請?zhí)枴緾N201510187671
【發(fā)明人】袁新枚, 殷悅, 王闖, 李海湘, 孫科, 邢增臻
【申請人】吉林大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月20日