一種汽車scr系統尿素溶液濃度與高度在線監測儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型提供一種汽車在線監測系統，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)系統尿素溶液濃度與高度在線監測儀。
【背景技術】
[0002]為了滿足汽車發動機排放法規的要求，選擇性催化還原(SCR)成為了重型柴油機必備的后處理系統。該設備通過在發動機排氣管內噴入為32.5%的尿素溶液，將發動機尾氣中的NOx還原為N2，從而實現柴油機排放物NOx的減少。
[0003]在OBD法規中對加裝SCR的發動機系統提出了兩點要求:1、必須可以實現對尿素水溶液攜帶量不足的在線監測(高度監測)；2、必須可以實現對尿素水溶液被稀釋或被用其他溶液取代的在線監測(成分監測)。
[0004]目前市面上可以看到的用于發動機SCR系統溶液成分監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;SSI Technologies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缺陷是，這類傳感器必須安裝在尿素箱內，且與尿素溶液接觸。然而，尿素溶液具有很強的腐蝕、結晶特性，這將大大增加這類傳感器的維護成本。
[0005]在專利“汽車SCR系統車用尿素溶液濃度在線監測系統及監測方法”一文中(申請號:201510187671.8)，提出了一種基于磁耦合諧振原理的非接觸式監測方法，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，實現對尿素溶液測，但是，未實現OBD法規中要求對尿素溶液攜帶量不足的監測，即未實現對尿素溶液高度監測，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，會大大增加線圈設計難度。
【發明內容】
[0006]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系統尿素溶液濃度與高度在線監測儀。
[0007]本實用新型利用線圈自諧振及基于錯位調整的阻抗匹配技術，大幅度提高監測系統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率很低，其電磁感應信號的敏感度差，不利于進行高性能檢測。因此，本實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節，使匹配線圈反射到檢測電路的阻抗值與電源內阻匹配，結合調節頻率達到線圈自諧振，極大地增強了系統的電磁信號強度，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現對尿素溶液高度的監測，通過檢測匹配線圈Sll參數實現對尿素濃度的監測。
[0008]本實用新型提供的一種汽車SCR系統尿素溶液濃度與高度在線監測儀，其包括高頻信號發生模塊、監測模式選擇模塊、數據采集與處理模塊、線圈設計模塊、電源模塊和車用尿素箱；
[0009]其中，高頻信號發生模塊通過SMA接口與監測模式選擇模塊相連，通過高頻信號發生模塊產生預設頻率范圍內等步長掃頻信號，實現對主檢測線圈及匹配線圈高頻信號的發送；
[0010]監測模式選擇模塊實現對尿素溶液高度監測通道和尿素溶液濃度監測通道的選通，且與線圈設計模塊相連；
[0011]線圈設計模塊包括主檢測線圈、匹配線圈，線圈設計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]數據采集與處理模塊與線圈設計模塊通過SMA接口相連，實現對線圈自諧振頻率及Sll參數的采集，并且將采集到的線圈自諧振頻率及Sll參數轉化為對應的電壓信號，再通過微控制器的A/D轉換模塊采集該電壓信號；
[0013]電源模塊與高頻信號發生模塊、數據采集與處理模塊均連接并進行供電；
[0014]車用尿素箱裝入尿素溶液。
[0015]本實用新型提供的一種汽車SCR系統尿素溶液濃度與高度在線監測儀的監測方法，其步驟和條件如下:
[0016]一、在線尿素溶液高度監測:
[0017](I)通過監測模式選擇模塊將監測系統選通到尿素溶液高度監測通道一側，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的線圈自諧振頻率進行數據采樣，記錄采樣結果并且建立數據庫；
[0019]a.在車用尿素箱中加入尿素溶液，其質量濃度根據需要設定，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生模塊輸出信號的頻率，從145MHz遞增到170MHz，步長為I OOKHz，通過數據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換成對應的電壓值，再通過微控制器的A/D轉換模塊采集該電壓信號，將線圈自諧振時的諧振頻率與當前溶液高度作為一組數據，按此方法，以組為單位，得到第I組至第81組采樣數據，建立采樣數據庫；
[0021 ] c.待測尿素溶液高度監測: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;逐次高頻信號發生模塊輸出信號的頻率，從145MHz遞增至IJ170MHZ，步長為10KHz，通過數據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，將得到的數據與步驟b建立的數據庫中的數據比較，即可判斷待測尿素溶液的溶液高度；
[0022]二、在線尿素濃度監測監測:
[0023](I)通過監測模式選擇模塊將監測系統選通到尿素濃度監測通道一側，此時，接入電路中的線圈為匹配線圈和主檢測線圈；
[0024](2)利用錯位調整的阻抗匹配原理對主檢測線圈與匹配線圈進行阻抗匹配，阻抗匹配結束后，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的Sll參數進行數據采樣，記錄采樣結果并且建立數據庫；
[0026]a.在車用尿素箱中加入質量濃度為0%的尿素水溶液，每次增加加入采樣質量濃度為0.5%的尿素水溶液，至采樣液采樣質量濃度為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量濃度，通過高頻信號發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，通過數據采集與處理模塊采集不同頻率下的Sll參數，并將采集到的Sll參數轉換成對應的電壓值，再通過微控制器的A/D轉換模塊采集該電壓信號。將Sll參數與當前溶液濃度作為一組數據，以組為單位進行記錄，得到第I組至第66組采樣數據，建立采樣數據庫；
[0028]c.待測尿素溶液濃度監測: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，之后通過數據采集與處理模塊采集不同頻率下的Sll參數，利用查表方法，將得到的數據與步驟b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。
[0029]有益效果:本實用新型提供一種汽車SCR系統尿素溶液濃度與高度在線監測儀。所述的線監測儀基于磁耦合諧振原理設計，并提出非接觸式檢測方法。將所述的線監測儀的測量線圈置于尿素箱底側及錯位放置，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，提高線圈自諧振頻率及SI I參數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