[发明专利]一种汽车SCR系统尿素溶液浓度与高度在线监测仪及监测方法

权利要求书

1.一种SCR系统尿素溶液浓度与高度在线监测仪，SCR是选择性催化还原的简称，其特征在于，其包括高频信号发生模块、监测模式选择模块、数据采集与处理模块、线圈设计模块、电源模块和车用尿素箱；

其中，高频信号发生模块通过SMA接口与监测模式选择模块相连，通过高频信号发生模块产生预设频率范围内等步长扫频信号，实现对主检测线圈及匹配线圈进行高频信号的发送；

监测模式选择模块实现对尿素溶液高度监测通道和尿素溶液浓度监测通道的选通，且与线圈设计模块相连；

线圈设计模块包括主检测线圈、匹配线圈，线圈设计模块紧贴于车用尿素箱的底部，且主检测线圈、匹配线圈平移错位放置；

数据采集与处理模块与线圈设计模块通过SMA接口相连，实现对线圈自谐振频率及S11参数的采集，并且将采集到的线圈自谐振频率及S11参数转化为对应的电压信号，再通过微控制器的A/D转换模块采集该电压信号；

电源模块与高频信号发生模块、数据采集与处理模块均连接并进行供电；

车用尿素箱装入尿素溶液。

2.如权利要求1所述的一种汽车SCR系统尿素溶液浓度与高度在线监测仪，其特征在于，其监测方法的步骤和条件如下：

一、在线尿素溶液高度监测：

（1）通过监测模式选择模块将监测系统选通到尿素溶液高度监测通道一侧，此时，接入电路中的线圈为主检测线圈；

（2）分别对在不同溶液高度的尿素溶液对应的线圈自谐振频率进行数据采样，记录采样结果并且建立数据库；

a.在车用尿素箱中加入尿素溶液，其质量浓度根据需要设定，采样溶液高度从20mm开始，每次加入采样溶液高度为1mm尿素水溶液,至采样溶液高度为100mm，共为81个采样溶液高度；

b.分别对每一次采样溶液高度的尿素溶液进行多组不同信号频率下的线圈自谐振频率采样，即对每一采样溶液高度的尿素溶液，逐次改变高频信号发生模块输出信号的频率，从145MHz递增到170MHz，步长为100KHz，通过数据采集与处理模块采集匹配线圈的自谐振频率，并将采集的线圈自谐振频率转换成对应的电压值，再通过微控制器的A/D转换模块采集该电压信号，将线圈自谐振时的谐振频率与当前溶液高度作为一组数据，按此方法，以组为单位，得到第1组至第81组采样数据，建立采样数据库；

c.待测尿素溶液高度监测：将待测尿素溶液放入尿素箱中，使尿素箱中尿素浓度保持在与采样时的尿素浓度一致；逐次高频信号发生模块输出信号的频率，从145MHz递增到170MHz，步长为100KHz，通过数据采集与处理模块采集匹配线圈在不同频率下的线圈自谐振频率，利用查表方法，将得到的数据与步骤b建立的数据库中的数据比较，即可判断待测尿素溶液的溶液高度；

二、在线尿素浓度监测监测：

（1）通过监测模式选择模块将监测系统选通到尿素浓度监测通道一侧，此时，接入电路中的线圈为匹配线圈和主检测线圈；

（2）利用错位调整的阻抗匹配原理对主检测线圈与匹配线圈进行阻抗匹配，阻抗匹配结束后，保持匹配线圈和主检测线圈的水平距离不变，依次改变尿素溶液的浓度；

（3）分别对在不同尿素浓度溶液对应的S11参数进行数据采样，记录采样结果并且建立数据库；

a.在车用尿素箱中加入质量浓度为0%的尿素水溶液，每次增加加入采样质量浓度为0.5%的尿素水溶液,至采样液采样质量浓度为32.5%的尿素水溶液，共为66组采样溶液高度；

b.分别对第1组至第66组的尿素水溶液的采样质量浓度，通过高频信号发生模块逐次改变匹配线圈输出信号的频率，从30MHz递增到90MHz，步长为100KHz，通过数据采集与处理模块采集不同频率下的S11参数，并将采集到的S11参数转换成对应的电压值，再通过微控制器的A/D转换模块采集该电压信号，将S11参数与当前溶液浓度作为一组数据，以组为单位进行记录，得到第1组至第66组采样数据，建立采样数据库；

c.待测尿素溶液浓度监测：将待测尿素溶液放入尿素箱中，使尿素箱中尿素高度保持在与一采样时的尿素高度一致，通过高频信号发生模块逐次改变匹配线圈输出信号的频率，从30MHz递增到90MHz，步长为100KHz，之后通过数据采集与处理模块采集不同频率下的S11参数,利用查表方法，将得到的数据与步骤b建立的数据库中的数据比较，即可判断待测尿素溶液的浓度。