CN113847129A - 车载尿素溶液指标测量系统 - Google Patents

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董善燕
赵欣亮
张中刚
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Abstract

本发明公开了一种车载尿素溶液指标测量系统，本发明的主要设计构思在于，采取两路超声波装置来探测尿素溶液的液位和浓度，可以实现连续测量液位高度和浓度，且尿素溶液波动不影响超声波传播时间，以此保证了探测精度。具体地，通过设计超声波驱动芯片、微型控制器及两个换能器的连接架构与测量逻辑，利用超声波驱动芯片在开始测量和测量停止时刻发出信号至微型控制器，由微型控制器通过时间差计算出超声波波速，从而实现对溶液液位及浓度的检测。

Description

车载尿素溶液指标测量系统
技术领域
本发明涉及车辆排放处理技术领域，尤其涉及一种车载尿素溶液指标测量系统。
背景技术
整车排放中氮氧化物含量按相关法规要求，对于柴油系统的车辆需采取尿素溶液对尾气中的氮氧化物进行还原，并且在相关法规中对尿素溶液的液位感测和尿素浓度感测也提出要求。
现有液位感测均采取干簧管开关电路，即，将干簧管与电阻组合方式来感测液位，随着液位高度变化，相应的干簧管吸合接通电路，实现不同液位对应不同的电阻值，进而反映液位。然而，采用干簧管和电阻的通断，不能连续感测尿素液位，只能分段感测液位，测量精度有限。
现有的尿素浓度感测主要为光学传感器方案，由LED发出单色光，通过透明壳体与尿素溶液界面发生折射，由于不同浓度尿素溶液的折射率不同，最终光线打到COMS器件上的位置不同，从而辨别出尿素溶液浓度。然而，光学感测尿素溶液浓度偏差较大，容易干扰，具体来说，当遇到尿素溶液波动时，会产生光线位置偏移，进而导致COMS器件接收到光线位置偏移，从而出现错误感测，但车载系统经常受到颠簸、振动，尿素溶液的波动是不可避免发生的。
发明内容
鉴于上述，本发明旨在提供一种车载尿素溶液指标测量系统，以解决现有尿素溶液检液位及浓度检测的不足。
本发明采用的技术方案如下：
一种车载尿素溶液指标测量系统，其中包括：尿素罐、超声波换能器组、超声波驱动芯片、微型控制器以及或逻辑门；
所述超声波换能器组包括：设有所述超声波驱动芯片的换能器电路板、连接线组件、底板、反射壁、束波筒、换能器底座、第一换能器以及第二换能器；
其中，所述底板固定在所述尿素罐中，所述第一换能器和所述第二换能器分别通过各自的所述换能器底座设置在所述底板上，且所述第一换能器与所述第二换能器分别通过连接线组件与所述超声波驱动芯片电信号连接；所述第一换能器与所述第二换能器的朝向呈相互垂直状态，且所述第二换能器的超声波发射方向朝向溶液液面；所述束波筒具有半圆柱中空结构，且所述束波筒的一端套设在所述第一换能器上，所述束波筒的另一端设有反射壁；
所述超声波驱动芯片分别与所述微型控制器以及所述或逻辑门电信号连接；
所述超声波驱动芯片用于激发所述第一换能器与所述第二换能器发出超声波，并接收所述第一换能器与所述第二换能器反馈的电信号，且还用于通过所述或逻辑门向所述微型控制器传递开始测量信号以及停止测量信号；
所述微型控制器用于向所述超声波驱动芯片发送用于产生测量触发脉冲的触发信号，并用于根据开始测量信号以及停止测量信号计算超声波传输速度以获得尿素溶液的液位指标、浓度指标。
在其中至少一种可能的实现方式中，在所述超声波驱动芯片与所述微型控制器之间电信号连接有用于同步时间值的外部时钟。
在其中至少一种可能的实现方式中，在所述尿素罐内加装与所述超声波驱动芯片电信号连接的用于进行温度因素补偿的温度传感器。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述温度传感器采用热敏电阻。
在其中至少一种可能的实现方式中，在所述尿素罐的外部加装与所述超声波驱动芯电信号连接的作为阻值基准的参考电阻。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述超声波驱动芯片通过使能端引脚传递开始测量信号以及停止测量信号。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述微型控制器与所述超声波驱动芯片之间通过编程接口进行状态交互，并由所述超声波驱动芯片通过状态引脚向所述微型控制器发送错误状态信号。
本发明的主要设计构思在于，采取两路超声波装置来探测尿素溶液的液位和浓度，可以实现连续测量液位高度和浓度，且尿素溶液波动不影响超声波传播时间，以此保证了探测精度。具体地，通过设计超声波驱动芯片、微型控制器及两个换能器的连接架构与测量逻辑，利用超声波驱动芯片在开始测量和测量停止时刻发出信号至微型控制器，由微型控制器通过时间差计算出超声波波速，从而实现对溶液液位及浓度的检测。与现有技术相比，本发明测量机制采用的是超声波测量，可以反馈连续的液位高度，而现有的干簧管方案只能测量已经设定好的固定液位段数值，并且在获取浓度指标时溶液波动也不会影响超声波的传播速度，而现有的光学测量方案由于受其原理限制，液体波动会直接导致测量不可靠。
进一步地，为了提升测量精度，测量过程还可以检测溶液温度以对超声波传播速度的计算进行温度层面的补偿。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：
图1为本发明实施例提供的车载尿素溶液指标测量系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的超声波换能器组的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明提出了一种车载尿素溶液指标测量系统的实施例，具体来说，如图1所示，其主要包括：尿素罐1、超声波换能器组10、超声波驱动芯片4、微型控制器5以及或逻辑门6。其中，所述超声波换能器组10设于尿素罐1内(需指出的是，图示中标记的两个超声波换能器组10，是为了示意性地表明能够分别以不同的超声波发送方向进行浓度及液位检测的两个换能器的工作原理，而非是超声波换能器组10的数量限定，具体参见下文对超声波换能器组10的说明)，超声波换能器组10与超声波驱动芯片4电信号连接，且在微型控制器5、超声波驱动芯片4以及或逻辑门6之间传递开始测量信号以及停止测量信号(优选地，可通过使能端引脚实现)，且微型控制器5还用于向超声波驱动芯片4发送用于产生测量触发脉冲的触发信号。优选地，微型控制器5与超声波驱动芯片4之间还通过编程接口交互，并由超声波驱动芯片4通过状态引脚向微型控制器5发送错误状态信号。
接着如图2所示，超声波换能器组10包括：设有所述超声波驱动芯片4的换能器电路板11、连接线组件12、底板13、反射壁14、束波筒15、换能器底座16、第一换能器A和第二换能器B。其中，所述底板13固定在尿素罐1中，第一换能器A和第二换能器B分别通过各自的换能器底座16设置在所述底板13上，第一换能器A与第二换能器B分别通过连接线组件12与所述超声波驱动芯片4电信号连接；其中，第一换能器A与第二换能器B的朝向呈相互垂直状态，且第二换能器B的超声波发射方向朝向溶液液面；所述束波筒15具有半圆柱中空结构，且所述束波筒15的一端套设在第一换能器A上，所述束波筒15的另一端设有反射壁14。
进一步地，本发明基于时间值进行溶液指标检测，因此为了保证测量可靠性及精准性，在所述超声波驱动芯片4与所述微型控制器5之间还可以电信号连接有外部时钟7。
进一步地，如图1所示，考虑到温度会影响超声波的传播速度，因此不排除可以通过温度检测方式，补偿本发明基于超声波的检测结果，具体地，可在尿素罐1内加装与超声波驱动芯片4电信号连接的温度传感器9。
进一步地，该温度传感器9可以选用PT100等热敏电阻。由此，进一步地，为了确保温度检测的准确性和可靠性，还可以在尿素罐1的外部加装与超声波驱动芯片4电信号连接的参考电阻8，参考电阻8可采用一个不随温度变化的稳定的定制电阻，用来作为基准电阻，以确定热敏电阻在不同温度下的变化数值。
尿素溶液浓度检测由第一换能器A以及设于电路板11上的所述超声波驱动芯片4共同完成。具体地，由微型控制器5发出第一触发信号，超声波驱动芯片4接收该触发信号后与外部时钟7同步时间，之后超声波驱动芯片4发出开始测量信号并经由或门电路6传输到微型控制器5，同时，所述超声波驱动芯片4通过连接线组件12发出超声波高频信号以激发第一换能器A发出超声波(具体地，预先设定与换能器固有频率一致的超声波信号频率，使第一换能器A发生高频共振，从而发出超声波)，接着，超声波在束波筒15内沿直线传播，遇到反射壁14后反射回来，并激发第一换能器A振动，第一换能器A将振动信号转换成电信号再通过连接线组件12返回至超声波驱动芯片4，超声波驱动芯片4接收振动电信号后发出停止测量脉冲并通过或门电路6传送到微型控制器5。微型控制器5根据超声波使能时刻与停止时刻的时间差，计算出超声波传播时间，进而得到超声波的传播速度。由于不同浓度的尿素溶液中超声波的传播速度可知是不同的，从而能够精准获得尿素溶液的浓度。
尿素溶液液位检测由第二换能器B以及设于电路板11上的所述超声波驱动芯片4共同完成。由微型控制器5发出第二触发信号，超声波驱动芯片4接收该触发信号后与外部时钟7同步时间，之后超声波驱动芯片4发出开始测量信号并经由或门电路6传输到微型控制器5，以通知液位测量开始。与此同时，所述超声波驱动芯片4通过连接线组件12发出超声波高频信号以激发第二换能器B向液面方向发出超声波,超声波遇到液面与空气边界时发生反射，返回到第二换能器B产生电信号，并由超声波驱动芯片4接收该信号后，通过或门电路6向微型控制器5发出停止测量信号，微型控制器5根据测量开始与停止的时间差计算出超声波波速，由此得到液位高度。
前述两种检测模式的触发脉冲可预先设定，也即是可以按需发送检测不同指标对象的触发脉冲信号(或者也可以同步发送检测两种指标对象的触发脉冲信号)。
综上所述，本发明的主要设计构思在于，采取两路超声波装置来探测尿素溶液的液位和浓度，可以实现连续测量液位高度和浓度，且尿素溶液波动不影响超声波传播时间，以此保证了探测精度。具体地，通过设计超声波驱动芯片、微型控制器及两个换能器的连接架构与测量逻辑，利用超声波驱动芯片在开始测量和测量停止时刻发出信号至微型控制器，由微型控制器通过时间差计算出超声波波速，从而实现对溶液液位及浓度的检测。与现有技术相比，本发明测量机制采用的是超声波测量，可以反馈连续的液位高度，而现有的干簧管方案只能测量已经设定好的固定液位段数值，并且在获取浓度指标时溶液波动也不会影响超声波的传播速度，而现有的光学测量方案由于受其原理限制，液体波动会直接导致测量不可靠。
本发明实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种车载尿素溶液指标测量系统，其特征在于，包括：尿素罐、超声波换能器组、超声波驱动芯片、微型控制器以及或逻辑门；
所述超声波换能器组包括：设有所述超声波驱动芯片的换能器电路板、连接线组件、底板、反射壁、束波筒、换能器底座、第一换能器以及第二换能器；
其中，所述底板固定在所述尿素罐中，所述第一换能器和所述第二换能器分别通过各自的所述换能器底座设置在所述底板上，且所述第一换能器与所述第二换能器分别通过连接线组件与所述超声波驱动芯片电信号连接；所述第一换能器与所述第二换能器的朝向呈相互垂直状态，且所述第二换能器的超声波发射方向朝向溶液液面；所述束波筒具有半圆柱中空结构，且所述束波筒的一端套设在所述第一换能器上，所述束波筒的另一端设有反射壁；
所述超声波驱动芯片分别与所述微型控制器以及所述或逻辑门电信号连接；
所述超声波驱动芯片用于激发所述第一换能器与所述第二换能器发出超声波，并接收所述第一换能器与所述第二换能器反馈的电信号，且还用于通过所述或逻辑门向所述微型控制器传递开始测量信号以及停止测量信号；
所述微型控制器用于向所述超声波驱动芯片发送用于产生测量触发脉冲的触发信号，并用于根据开始测量信号以及停止测量信号计算超声波传输速度以获得尿素溶液的液位指标、浓度指标。
2.根据权利要求1所述的车载尿素溶液指标测量系统，其特征在于，在所述超声波驱动芯片与所述微型控制器之间电信号连接有用于同步时间值的外部时钟。
3.根据权利要求1所述的车载尿素溶液指标测量系统，其特征在于，在所述尿素罐内加装与所述超声波驱动芯片电信号连接的用于进行温度因素补偿的温度传感器。
4.根据权利要求3所述的车载尿素溶液指标测量系统，其特征在于，所述温度传感器采用热敏电阻。
5.根据权利要求4所述的车载尿素溶液指标测量系统，其特征在于，在所述尿素罐的外部加装与所述超声波驱动芯电信号连接的作为阻值基准的参考电阻。
6.根据权利要求1所述的车载尿素溶液指标测量系统，其特征在于，所述超声波驱动芯片通过使能端引脚传递开始测量信号以及停止测量信号。
7.根据权利要求1～6任一项所述的车载尿素溶液指标测量系统，其特征在于，所述微型控制器与所述超声波驱动芯片之间通过编程接口进行状态交互，并由所述超声波驱动芯片通过状态引脚向所述微型控制器发送错误状态信号。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120118059A1 (en) * 2010-11-11 2012-05-17 Ssi Technologies, Inc. Systems and methods of determining a quality and/or depth of diesel exhaust fluid
CN104697659A (zh) * 2015-03-04 2015-06-10 徐州工程学院 一种采用ntc热敏电阻的温度测量装置与方法
CN104956217A (zh) * 2012-12-14 2015-09-30 大陆汽车有限责任公司 用于超声波测量液体的填充水平的方法
CN109416345A (zh) * 2016-07-05 2019-03-01 全耐塑料高级创新研究公司 用于检测超声流体感测系统的故障的方法
CN211697653U (zh) * 2020-03-25 2020-10-16 武汉神动汽车电子电器股份有限公司 尿素液位品质传感器
CN111795727A (zh) * 2020-07-08 2020-10-20 中国计量大学 一种间接测量超声波传输时间的方法及电路
CN212206291U (zh) * 2020-06-11 2020-12-22 东莞正扬电子机械有限公司 液位传感器检测装置
CN212411587U (zh) * 2020-07-27 2021-01-26 科博达重庆汽车电子有限公司 一种基于超声波的汽车尿素浓度检测系统
CN214145623U (zh) * 2020-12-09 2021-09-07 安徽艾可蓝环保股份有限公司 一种设置有集成检测装置的尿素箱

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120118059A1 (en) * 2010-11-11 2012-05-17 Ssi Technologies, Inc. Systems and methods of determining a quality and/or depth of diesel exhaust fluid
CN104956217A (zh) * 2012-12-14 2015-09-30 大陆汽车有限责任公司 用于超声波测量液体的填充水平的方法
CN104697659A (zh) * 2015-03-04 2015-06-10 徐州工程学院 一种采用ntc热敏电阻的温度测量装置与方法
CN109416345A (zh) * 2016-07-05 2019-03-01 全耐塑料高级创新研究公司 用于检测超声流体感测系统的故障的方法
CN211697653U (zh) * 2020-03-25 2020-10-16 武汉神动汽车电子电器股份有限公司 尿素液位品质传感器
CN212206291U (zh) * 2020-06-11 2020-12-22 东莞正扬电子机械有限公司 液位传感器检测装置
CN111795727A (zh) * 2020-07-08 2020-10-20 中国计量大学 一种间接测量超声波传输时间的方法及电路
CN212411587U (zh) * 2020-07-27 2021-01-26 科博达重庆汽车电子有限公司 一种基于超声波的汽车尿素浓度检测系统
CN214145623U (zh) * 2020-12-09 2021-09-07 安徽艾可蓝环保股份有限公司 一种设置有集成检测装置的尿素箱

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