汽車scr系統(tǒng)車用尿素溶液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型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,從而實現柴 油機主要排放物NOx的消除。而0BD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外的一個難 題，尤其在國內，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；SSITechnologies公司利用機械振動產生的聲波，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)明內容】

[0007] 為了解決現有技術存在的問題，本實用新型提供一種汽車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] 本實用新型的目的是通過以下技術方案實現：
[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SMA接口依次連接 的電源模塊、線圈設計模塊、數據采集及處理模塊，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，接收線圈與所述數據采集及處理模塊通過SMA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SMA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SMA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)，所述數據采集及處理 模塊包括數據采集模塊和數據處理模塊，數據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。
[0012] 與現有技術相比，本實用新型具有以下積極效果：
[0013] 1.本實用新型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。
[0014] 2.本實用新型設計的電源模塊，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。
[0015] 3.本實用新型設計的數據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，將采集的數據進行存儲，并與數據庫中的數據進行比較，得到待測尿素溶液濃度。
【附圖說明】
[0016] 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；
[0017] 圖2(a)為線圈設計模塊結構示意圖；
[0018] 圖2(b)為線圈設計模塊位等效電路圖
[0019] 圖3為電源模塊原理框圖
[0020] 圖4為數據采集及處理模塊原理框圖；
[0021] 圖5為磁耦合諧振檢測原理示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 以下結合附圖詳細介紹本實用新型的技術方案。
[0023] 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SMA接 口依次連接的電源模塊、線圈設計模塊、數據采集及處理模塊三部分。
[0024] 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SMA接口連接，接收線圈與數據采集及處理模塊通過SMA接口連接。 本實用新型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，品質因數高。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，線圈阻抗
；當線圈諧振時
> 即
尿素溶液濃度直接影響線圈R，L，C，提高線圈阻抗特性和頻率特性對尿素 溶液濃度的敏感性，即提高線圈端電壓對尿素溶液濃度的敏感性。
[0025] 如圖3所示，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SMA 接口連接，功率放大器模塊與線圈設計模塊的發(fā)射線圈通過SMA接口連接。本實用新型的 特點之一是設計的電源模塊能夠產生高頻信號。
[0026] 如圖4所示，數據采集及處理模塊包括數據采集模塊和數據處理模塊，數據采集 模塊主要由采集芯片和存儲芯片等電子元器件組成，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；采集芯片將采集到的數據發(fā)送給存儲芯片，進行數據保 存，數據處理模塊提取保存的數據進行處理，并與數據庫中的數據進行比較，得到待測尿素 溶液濃度。
[0027] 如圖5所示，本實用新型提供的一種汽車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，采用磁耦合諧振原理進行檢測，包括以下步驟：
[0028] (1)將發(fā)射線圈和接收線圈置于尿素箱兩側且對稱放置。
[0029] (2)將電源模塊和發(fā)射線圈通過SMA接口相連。
[0030] (3)將數據采集模塊與接收線圈通過SMA接口相連。
[0031] (4)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 據庫：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lOMhz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，將上述采集的數據進行收集并整理，以組為單位進行記錄，得到第1 組至第66組采樣數據，建立采樣數據庫。
[0032] 具體來說，在尿素箱中加入一定量的濃度為0 %的尿素水溶液進行第一組采樣， 調整電源模塊輸出信號的頻率，第一次采樣的頻率為lOMhz，采集接收線圈兩端電壓值作 為第一組第一個采樣數據，然后調整頻率至lOOlOkhz，采集接收線圈兩端電壓值作為第一 組第二個采樣數據，依此類推，每次輸出信號頻率調整步長為l〇khz，直至20Mhz，記錄下每 次的電壓值，這1000個電壓值數據組成第一組采樣數據；然后重新在尿素箱中加入濃度為 〇. 5%的尿素水溶液進行第二組采樣，依然調整電源模塊輸出信號的頻率，從lOMhz遞增到 20Mhz，步長為lOkhz，將每次采樣的電壓值收集并整理組成第二組采樣數據；以此類推，每 組采樣加入的尿素水溶液濃度從0%遞增到32. 5%，共進行66組采樣，得到66組采樣數 據；將全部采樣數據組成采樣數據庫，建立起尿素溶液濃度、電源模塊輸出信號頻率與接收 線圈亮度電壓值之間的關系表。
[0033] (5)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（4)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lOMhz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 的數據與步驟（4)建立的數據庫中的數據比較，即可判斷待測尿素溶液的濃度。
[0034] 本實用新型采用的數據處理原理為：當尿素溶液濃度改變時，尿素溶液的介電常 數、電導率、介質損耗因數均會改變，而介電常數、電導率、介質損耗因數的改變會影響附近 測量線圈的自感（L)、寄生電容（C)、等效串聯電阻（ESR)，即改變阻抗特性Z，從而影響功率 傳輸特性和頻率特性，進而影響接收線圈兩端的電壓值。
[0035] 本實用新型通過測量不同濃度下接收線圈的電壓值，通過與數據庫中的數據比 較，推算出尿素溶液的濃度。
【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、數據采集及處理模塊，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，接收線圈與所述數據采集及處理模塊 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，所述數據采集及處理模塊包括數據采集模塊和數據處理模塊，數據采集模塊包括 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。
【專利摘要】本實用新型公開了一種汽車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、數據采集及處理模塊，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，接收線圈與所述數據采集及處理模塊通過SMA接口連接。本實用新型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。
【IPC分類】G01N27/02
【公開號】CN204630968
【申請?zhí)枴緾N201520239579
【發(fā)明人】袁新枚, 王闖, 孫科, 李海湘, 邢增臻, 殷悅
【申請人】吉林大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年4月20日