CN106872321A - 颗粒物传感器及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及颗粒物传感器及其测量方法。颗粒物传感器布置在排气系统的排气管中并被配置为感测排气中所包含的颗粒物。该颗粒物传感器包括：从底部按顺序堆叠的第一基板、第二基板和第三基板，在一个端部形成有感测单元，在另一端部形成有信号处理器。感测单元包括：基准电极，形成在第一基板的一个表面上并具有恒定的电容值；温度传感器和加热电极，温度传感器形成在第二基板的一个表面上并感测温度，加热电极与温度传感器邻近布置；和主电极，形成在第三基板的一个表面上并具有随颗粒物变化的电容值。
Description
技术领域
本发明涉及一种颗粒物传感器及其测量方法，且更具体地，涉及一种将保持恒定的基准电极的电容值与随颗粒物而改变的主电极的电容值进行比较，从而鲁棒地应对外部噪声和环境变化的颗粒物传感器。
背景技术
近来，随着车辆的排气的法规已经加强，对用于净化排气的后处理装置的关注已经增加。
特别地，由于柴油发动机车辆产生包含不同量的颗粒物(PM)的排气流，因此柴油发动机车辆被认为是空气污染的主要成因，使得其法规正变得更为严格。
为了减少柴油车辆的颗粒物，向排气应用柴油颗粒过滤器(DPF)，并且使用颗粒物传感器来感测在柴油颗粒过滤器中所捕获的颗粒的量。
颗粒物传感器检测随着排气中所包含的颗粒物累积而产生的电阻或电容的变化，并且在排气系统中，颗粒物传感器安装在柴油颗粒过滤器的后端。
操作颗粒物传感器的方法可以分类成累积法和实时法。
在大部分车辆中使用的累积法的颗粒物传感器感测随着颗粒物在施加有电压的两个计数电极(digital elecrode)上累积而产生的电流的变化。
累积法的颗粒物传感器结构简单，使得其可靠性高且制造成本低，因此适合在车辆中使用。
然而，在累积法的颗粒物传感器中，需要直到产生电流的变化信号为止的初始累积时间。
另一方面，在实时法的颗粒物传感器中，通过检测颗粒物的电离反应来实时监测颗粒物的量。
然而，实时法的颗粒物传感器准确性低，尺寸大，难以小型化。
因此，需要对能够准确且快速地测量排气系统的排气中的颗粒物的颗粒物传感器进行研究。
在背景部分公开的上述信息仅用于增强对于本发明的背景的理解，因此其可能包括不形成本国的本领域内的普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种颗粒物传感器及使用该颗粒物传感器的测量方法，其通过将保持恒定的基准电极的电容值与随颗粒物变化的主电极的电容值进行比较，能够准确并快速地测量外部环境中的颗粒物。
一种颗粒物传感器布置在排气系统的排气管中并被配置为感测排气中所包含的颗粒物，所述颗粒物传感器包括：从底部按顺序堆叠的第一基板、第二基板和第三基板，在一个端部形成有感测单元，在另一端部形成有信号处理器，其中所述感测单元包括：基准电极，形成在所述第一基板的一个表面上并具有恒定的电容值；温度传感器和加热电极，所述温度传感器形成在所述第二基板的一个表面上并感测温度，所述加热电极与所述温度传感器邻近布置；和主电极，形成在所述第三基板的一个表面上并具有随颗粒物而变化的电容值。
所述信号处理器可以输出所述基准电极的恒定电容值与所述主电极的变化电容值之间的差值。
所述主电极还可以包括包围其上部的绝缘层。
所述温度传感器形成为包围所述加热电极的外表面。
所述温度传感器与所述加热电极可以形成在所述基准电极与所述主电极之间，与所述基准电极和所述主电极的距离相同。
所述加热电极可以燃烧在所述主电极上形成的绝缘层上累积的颗粒物，以去除所述颗粒物。
所述第一基板可以以比所述第二基板和所述第三基板厚的厚度形成。
所述第一基板至所述第三基板可以由陶瓷基板和硅基板中的一种形成。
一种测量颗粒物的方法可以包括以下步骤：通过基准电极测量第一电容值；通过主电极测量第二电容值；通过信号处理器接收所述第一电容值和所述第二电容值；以及通过使用输入至所述信号处理器的所述第一电容值和第二电容值生成最终输出电压。
在本发明的示例性实施例中，通过应用其电容值保持恒定的基准电极，感测精确性得以提高。
即，通过使用由保持恒定的基准电极的电容值生成的输出电压与随着颗粒物变化的主电极的电容值生成的输出电压之间的差值，在所有环境中可以准确地执行感测。
此外，从本发明示例性实施例中能够获得或预期的效果将在下文的详细描述中直接或暗示地进行说明。即，在下文详细说明中将描述来自本发明的示例性实施例预期的效果。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器的分解透视图；
图2是根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器的一个端部的截面图；
图3是根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器的测量方法的流程图。
具体实施方式
应当理解，在此使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似的术语包括一般机动车辆，例如客运汽车(包括运动型多功能车辆(SUV))、公共汽车、卡车、各种商用车辆、水运工具(包括各种艇和船)、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源得到的燃料)。如在此提到的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，既有汽油动力又有电动力的车辆。
在此使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，并非意图限制本发明。如在此使用的，单数形式“一”、“一个/一种”以及“该/所述”意在也包括复数形式，除非上下文另行清楚地指出。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所叙述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或它们的群组。如在此使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项目中的一个或多个的任何组合以及全部组合。在整个说明书中，除非明确地相反描述，否则词语“包括”及其变形例如“含有”或“包含”应理解为暗示包括所叙述的元素但不排除任何其他元素。此外，说明书中描述的术语“单元”、“部/器/件(-er)(-or)”、“模块”是指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且能够通过硬件、软件或其组合来实现。
此外，本发明的控制逻辑可以被实施为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质，其包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在联网的计算机系统中，使得以分布式方式由例如远程服务器或控制器局域网络(CAN)存储和执行计算机可读介质。
在下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施例。然而，稍后将进行描述的附图和详细说明涉及若干个示例性实施例中的用于有效地描述本发明的特征的示例性实施例。因此，本发明不仅限于以下附图和说明。
图1是根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器的分解透视图，图2是根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器的一个端部的截面图。
排气在车辆的排气管中流动，排气中包含颗粒物。
根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器被布置在排气管中以测量排气中所包含的颗粒物。
参考图1和图2，通过堆叠多个基板来形成颗粒物传感器1，在基板的一个端部形成感测单元A，并且在基板的另一个端部(即，相反的端部)形成信号处理器B。
此处，多个基板包括第一基板10、第二基板20和第三基板30，并且优选是由陶瓷基板和硅基板中的一者制成。
感测单元A优选包括基准电极11、温度传感器21、加热电极23和主电极31。
基准电极11形成在第一基板10的一个表面上，且具有恒定的电容值。
在此情况下，第一基板10将形成足够的厚度，使得沉积在第一基板10的另一个表面上的颗粒物PM不会影响基准电极11。
即，第一基板10较厚地形成，使得防止沉积在第一基板10的另一表面上的颗粒物PM影响基准电极11的电容值。
第一基板10形成得比第二基板20和第三基板30厚，然而，本发明不限于此，如有必要，第一基板10、第二基板20和第三基板30的厚度可以改变。
温度传感器12形成在第二基板20的一个表面上，以感测周围的温度。
加热电极23在第二基板20的一个表面上被图形化成(pattern)与温度传感器21邻近，并由金属材料制成。
在此情况下，金属材料可以由铂、锰和钨中的至少一种形成。
如后文将进行描述的，为了去除颗粒物，加热电极23用以燃烧在主电极31上部的绝缘层33累积的颗粒物PM。
温度传感器21以包围加热电极23的外表面的形状形成，然而，本发明不限于此，温度传感器21和加热电极23的形状可以变化。
具有这种配置的温度传感器21与加热电极23可以在同一层形成，并且基准电极11与温度传感器21及加热电极23之间的距离可以与主电极31与温度传感器21及加热电极23之间的距离相同。
即，形成有温度传感器21及加热电极23的第二基板20和形成有位于温度传感器21及加热电极23上部的主电极31的第三基板30形成为同一厚度。
由于加热电极23被布置为与基准电极11和主电极31距离相同，因此，加热电极23向基准电极11与主电极31施加相同的温度条件。
在本发明的示例性实施例中，温度传感器21与加热电极23在一个基板的同一层上形成，然而，本发明不限于此，温度传感器21可以在与加热电极23不同的基板上形成。
主电极31形成在第三基板30的一个表面上，使得电容值随颗粒物PM而改变。
由薄膜制成的绝缘层33形成在主电极31上。
在此情况下，绝缘层33覆盖主电极31，使主电极31的彼此相邻的正负两极绝缘。
颗粒物PM沉积在绝缘层33上，并且通过由加热电极23产生的热容易地去除颗粒物PM。
此外，信号处理器B可以使用通常的颗粒物传感器的信号处理电路。
信号处理电路B与基准电极11、温度传感器21、加热电极23和主电极31电连接。
例如，信号处理器B通过导线与基准电极11、温度传感器21、加热电极23和主电极31电连接。
信号处理器B输出基准电极11的恒定电容值与主电极31的变化电容值之间的差值。
图3是根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器的测量方法的流程图。
根据本发明的示例性实施例，车辆的排气系统中的排气所包含的颗粒物PM在经过颗粒物传感器1时累积在主电极31上的绝缘层33上。
因此，随着颗粒物PM累积，电容值因在主电极31上感应出的电荷而改变。
参考图3，执行通过基准电极11测量第一电容值的步骤(S1)。
在此情况下，第一电容值是表示基准电极11的电容变化的值，由于基准电极11的电容变化非常小，因此该值近似为0。
接下来，执行通过主电极31测量第二电容值的步骤(S2)。
在此情况下，第二电容值是由于颗粒物PM累积到主电极31上的绝缘层33而变化的值。
随后，信号处理器B接收第一电容值和第二电容值。
接下来，执行通过使用输入到信号处理器B的第一电容值和第二电容值来生成最终输出电压的步骤(S3)。
此外，信号处理器B接收因周围环境，即机械、电子和温度变化等而改变的电容值。
即，信号处理器B接收因周围环境的噪声而改变的电容值。
此外，在信号处理器B中，为了生成最终输出电压，预先设定固定的电容值。
在此情况下，在生成最终输出电压的步骤(S3)中，执行信号处理器B通过第一电容值生成第一输出电压的步骤。
在此情况下，可以通过[公式1]计算第一输出电压。
[公式1]
此处，Vo1表示第一输出电压，VI表示施加电压，CIN1表示第一电容变化值，CT表示因周围环境而改变的值，即，因噪声而导致的电容值，C0可以是之前被输入到信号处理器的、用于生成最终输出电压的固定的电容值。
在此情况下，施加电压可以是向颗粒物传感器1施加的施加电压。
在生成第一输出电压之后，执行信号处理器B通过第二电容值生成第二输出电压的步骤。
在此情况下，可以通过[公式2]计算第二输出电压。
[公式2]
此处，Vo2表示第二输出电压，VI表示施加电压，CIN2表示第二电容变化值，CT表示因周围环境而改变的值，即，因噪声而导致的电容值，C0可以是之前输入到信号处理器的、用于生成最终输出电压的固定的电容值。
在此情况下，施加电压可以是向颗粒物传感器1施加的施加电压。
接下来，执行信号处理器B根据第一输出电压与第二输出电压之间的差值来生成最终输出电压的步骤。
在此情况下，可以通过[公式3]来计算最终输出电压。
[公式3]
此处，VF表示最终输出电压，Vo1和Vo2分别表示第一输出电压和第二输出电压，VI表示施加电压，CIN1和CIN2分别表示第一电容变化值和第二电容变化值，C0可以是之前输入到信号处理器的、用于生成最终输出电压的固定的电容值。
因此，最终输出电压是在去除了因周围环境，例如机械、电子和温度变化而增加的公共噪声CT下计算出的。
在此情况下，由于表示基准电极11的第一电容变化值的CIN1的大小是微小的，如果进行近似，则留下并输出仅表示主电极31的第二电容变化值的值CIN2。
最后，执行通过位于基准电极11与主电极31之间的加热电极23燃烧在主电极31的绝缘层33上累积的颗粒物PM以将其去除的步骤。
因此，根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器1及测量方法将基准电极11的第一电容值与因颗粒物PM而改变的主电极31的第二电容值进行比较，从而输出差值，由此鲁棒地应对外部噪声和环境变化。
此外，在颗粒物传感器1中，温度传感器21和加热电极23被图形化在一个基板上，因此简化了工序。
尽管本发明已经接合目前被认为是具体示例性实施例的内容进行了描述，但应当理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是，正相反，意图于覆盖包括在所附权利要求所主张的精神与范围内的各种修改和等效布置。
Claims (12)
1.一种颗粒物传感器，布置在排气系统的排气管中并被配置为感测排气中所包含的颗粒物，所述颗粒物传感器包括：
从底部按顺序堆叠的第一基板、第二基板和第三基板，在一个端部形成有感测单元，在另一端部形成有信号处理器，其中所述感测单元包括：
基准电极，形成在所述第一基板的一个表面上并具有恒定的电容值；
温度传感器和加热电极，所述温度传感器形成在所述第二基板的一个表面上并感测温度，所述加热电极与所述温度传感器邻近布置；和
主电极，形成在所述第三基板的一个表面上并具有随颗粒物而变化的电容值。
2.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其中，所述信号处理器输出所述基准电极的恒定电容值与所述主电极的变化电容值之间的差值。
3.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其中，所述主电极还包括包围其上部的绝缘层。
4.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其中，所述温度传感器形成为包围所述加热电极的外表面。
5.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其中，所述温度传感器与所述加热电极形成在所述基准电极与所述主电极之间，与所述基准电极和所述主电极的距离相同。
6.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其中，所述加热电极燃烧在所述主电极上形成的绝缘层上累积的颗粒物，以去除所述颗粒物。
7.根据权利要求1所述的颗粒物传感器，其中，所述第一基板以比所述第二基板和所述第三基板厚的厚度形成。
8.根据权利要求1所述的微粒传感器，其中，所述第一基板至所述第三基板由陶瓷基板和硅基板中的一种形成。
9.一种测量颗粒物的方法，包括以下步骤：
通过基准电极测量第一电容值；
通过主电极测量第二电容值；
通过信号处理器接收所述第一电容值和所述第二电容值；以及
通过使用输入至所述信号处理器的所述第一电容值和第二电容值生成最终输出电压。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在通过主电极测量第二电容值的步骤中，所述第二电容值随累积到在主电极上形成的绝缘层的颗粒物而改变。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，生成最终输出电压的步骤包括：
通过使用所述第一电容值的第一电容变化值、因噪声引起的电容值和施加电压中的至少一个来生成第一输出电压；
通过使用所述第二电容值的第二电容变化值、因噪声引起的电容值和施加电压中的至少一个来生成第二输出电压；以及
根据所述第一输出电压与所述第二输出电压之间的差值来生成最终输出电压。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：
通过位于所述基准电极与所述主电极之间的加热电极燃烧在所述主电极上的绝缘层累积的颗粒物。
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