CN115932037A - 一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器及方法 - Google Patents

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CN115932037A CN202310026689.4A CN202310026689A CN115932037A CN 115932037 A CN115932037 A CN 115932037A CN 202310026689 A CN202310026689 A CN 202310026689A CN 115932037 A CN115932037 A CN 115932037A
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齐宝华
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Abstract

本发明公开了一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器及方法，所述传感器包括品质传感元件和信号处理单元，品质传感元件完全被尿素溶液覆盖，信号处理单元与品质传感元件通过电气连接；品质传感元件用于接收信号处理单元产生的第一激励信号，产生超声波、发射超声波和接收超声波回波，将接收到的超声波回波信号发送至信号处理单元；信号处理单元用于产生第一激励信号并将第一激励信号发送至品质传感元件，接收品质传感元件发送的超声波回波信号，根据超声波回波信号计算尿素溶液品质和液位。所述传感器能够准确测量尿素溶液品质和液位，不受尿素溶液晃动、超声波传感元件异常的影响，同时还能够诊断传感器感测值在正常范围内但不准确值的IR问题。

Description

一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器及方法
技术领域
本发明属于尿素溶液检测领域，尤其涉及一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器及方法。
背景技术
在选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)应用中，会将尿素溶液加入到发动机产生的尾气中。在高温尾气的作用下，尿素溶液通过尿素的热解和水解产生氨(NH3)，然后氨在SCR催化剂的帮助下与尾气中的氮氧化合物(NOx)反应并将其去除。受限于氨与氮氧化合物的反应比，为避免氨泄漏或高氮氧排放，需要精确控制尿素溶液的投加量以及监测尿素溶液的液位，同时尿素溶液中的尿素浓度也需要保持恒定。对于柴油发动机的应用，根据ISO 22241标准的要求，通常使用具有最低冻结温度的共熔态尿素溶液(32.5％wt)，即柴油机尾气处理液(DEF，Diesel Exhaust Fluid)作为还原剂载体。
在尿素计量控制中，不合规尿素溶液(不符合ISO22241标准要求的尿素溶液)会导致排放问题或系统故障。比如，当尿素溶液被稀释时，溶液中的低浓度尿素可能会导致排放问题。为了避免引起排放问题，需要监测DEF中的尿素浓度，单纯的阻抗传感器选择性不佳，其对尿素浓度的分辨率可能会受到对离子杂质的高灵敏度的影响而不容易提高。同时，尿素浓度和液位传感器通常是独立的两个传感器，导致整体结构不紧凑且成本偏高。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器及方法。
为了解决上述技术问题，第一方面公开了一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器，包括品质传感元件和信号处理单元，所述品质传感元件完全被尿素溶液覆盖，所述信号处理单元与所述品质传感元件通过电气连接；
所述品质传感元件，用于接收信号处理单元产生的第一激励信号，产生超声波、发射超声波和接收超声波回波，并将接收到的超声波回波信号发送至信号处理单元；
所述信号处理单元，用于产生第一激励信号并将所述第一激励信号发送至品质传感元件，接收品质传感元件发送的超声波回波信号，根据超声波回波信号计算尿素溶液品质和液位，所述尿素溶液品质包括尿素溶液的尿素浓度。
进一步地，所述品质传感元件包括反射组合体和超声波传感元件，所述反射组合体包括垂直反射板和倾斜反射板，垂直反射板和倾斜反射板之间存在倾斜夹角；
所述超声波传感元件包括超声波收发单元，所述超声波收发单元与垂直反射板平行，两者之间存在尿素溶液；超声波收发单元用于向垂直反射板和倾斜反射板发射超声波，垂直反射板反射超声波收发单元发送的超声波，产生第一超声波回波，并由超声波收发单元接收；倾斜反射板首先将超声波收发单元发射的超声波反射至尿素溶液表面，而后由尿素溶液表面反射后再经倾斜反射板第二次反射形成第二超声波回波，并由超声波收发单元接收；超声波收发单元通过第五信号线电气连接至信号处理单元，将接收到的第一超声波回波和第二超声波回波信号发送至信号处理单元。
进一步地，所述信号处理单元包括中央处理单元和超声信号处理子单元，所述中央处理单元用于向超声信号处理子单元发送第一命令，接收经过超声信号处理子单元处理后的超声波回波信号，根据超声波回波信号计算尿素溶液品质和液位；所述超声波回波信号包括第一超声波回波和第二超声波回波信号；
所述超声信号处理子单元用于接收中央处理单元发送的第一命令，产生第一激励信号，将第一激励信号发送至超声波传感元件，接收超声波传感元件发送的超声波回波信号，处理后发送至中央处理单元；超声波传感元件通过第五信号线电气连接至超声信号处理子单元。
反射组合体将同一超声波收发单元发送的超声波进行反射，产生第一超声波回波和第二超声波回波，可同时检测溶液的浓度和液位而不需要第二个超声波收发单元，因此传感器结构设计更为紧凑且更为经济。另外，由于超声波传感对尿素溶液中的杂质、零件间的变化和尿素溶液温度不敏感，通过超声波测量得到的尿素溶液的尿素浓度和液位在尿素溶液存在杂质、零件间变化以及尿素溶液温度变化情况下也更为准确。
进一步地，所述品质传感元件还包括第一电极和第二电极，所述第二电极可包括在所述反射组合体之中，所述第一电极和第二电极之间存在尿素溶液，所述尿素溶液，与超声波收发单元和反射组合体之间的尿素溶液连通；
所述信号处理单元还包括阻抗信号处理子单元，所述阻抗信号处理子单元和第一电极的一端通过第一信号线电气连接，和第二电极的一端通过第二信号线电气连接；所述尿素溶液品质还包括尿素溶液的杂质离子浓度，所述中央处理单元还用于向阻抗信号处理子单元发送第二命令以及接收经过阻抗信号处理子单元处理后的第一阻抗感测信号，根据第一阻抗感测信号计算尿素溶液的杂质离子浓度；阻抗信号处理子单元用于接收中央处理单元发送的第二命令，产生第二激励信号，并将第二激励信号分别发送至第一电极和第二电极，测量第一阻抗感测信号，处理后发送至中央处理单元。
超声波信号对杂质离子不敏感，阻抗感测信号对杂质离子敏感，阻抗传感元件的高灵敏度使其能够检测尿素溶液中的低浓度杂质，避免损坏SCR催化剂。
进一步地，所述信号处理单元还包括电阻测量模块，所述电阻测量模块和第一电极的另一端通过第六信号线电气连接，用于测量第一电极的电阻，并将电阻值发送至中央处理单元。
进一步地，所述信号处理单元还包括电阻测量模块，所述品质传感元件还包括第一温度传感元件，所述第一温度传感元件用于测量第一电极和第二电极之间的尿素溶液温度，通过第八信号线与电阻测量模块电气连接，电阻测量模块用于测量第一温度传感元件的电阻，并将电阻值发送至中央处理单元。
进一步地，所述传感器还包括液位传感单元，所述液位传感单元包括第三电极和第四电极，所述第三电极和第四电极之间的尿素溶液，与第一电极和第二电极之间的尿素溶液连通，第三电极通过第三信号线电气连接至阻抗信号处理子单元，第四电极通过第四信号线电气连接至阻抗信号处理子单元；中央处理单元还用于向阻抗信号处理子单元发送第三命令以及接收经过阻抗信号处理子单元处理后的第二阻抗感测信号，根据第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位；阻抗信号处理子单元还用于接收中央处理单元发送的第三命令，产生第三激励信号，并将第三激励信号分别发送至第三电极和第四电极，测量第二阻抗感测信号，处理后发送至中央处理单元。
液位传感单元对尿素溶液中的气泡、流体晃动、局部污染甚至部分冻结的尿素溶液不敏感，因此当尿素溶液存在气泡、晃动、局部污染甚至部分冻结时，使用液位传感单元以及品质传感元件中的阻抗传感元件计算获得的尿素溶液的液位更准确。
进一步地，所述液位传感单元还包括第二温度传感元件，所述第二温度传感元件用于测量第三电极和第四电极之间的尿素溶液温度，通过第七信号线与电阻测量模块电气连接；电阻测量模块还用于测量第二温度传感元件的电阻，并将电阻值发送至中央处理单元。
第二方面公开了一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，包括以下步骤：
步骤1，信号处理单元向超声波传感元件发送第一激励信号；
步骤2，超声波传感元件接收所述第一激励信号，产生超声波、发射超声波和接收超声波回波，并将接收到的超声波回波信号发送至信号处理单元；
步骤3，信号处理单元接收品质传感元件发送的超声波回波信号，根据超声波回波信号计算尿素溶液品质和液位，所述尿素溶液品质包括尿素溶液的尿素浓度。
进一步地，步骤2中所述超声波回波包括第一超声波回波和第二超声波回波，步骤3中根据超声波回波信号计算尿素溶液品质和液位包括：
记超声波收发单元和第垂直反射板之间的距离为d177，超声波收发单元和倾斜反射板之间的距离为d175，
超声波收发单元从发送超声波至接收第一超声波回波的时间间隔Tq表示为：
Tq＝2*d177/Cs      (1)
其中，Cs表示超声波传播速度；超声波在尿素溶液中传播时，超声波传播速度Cs由该尿素溶液的体积模量K和密度ρ决定：
Figure BDA0004045346450000041
其中，体积模量K和密度ρ的值均随尿素溶液浓度和温度的变化而变化；
由于超声波传播距离2*d177为固定值，超声波传播速度Cs是时间间隔Tq的函数，因此，尿素溶液的尿素浓度γs由时间间隔Tq和尿素溶液温度Ts计算获得，时间间隔Tq由信号处理单元根据发送的第一激励信号和接收的第一超声波回波信号计算获得；
记超声波收发单元从发送超声波至接收第二超声波回波的时间间隔为Tl，倾斜反射板上超声反射点距离尿素箱底部的高度为h175，则尿素溶液液位ld：
ld ＝ (h175-d175)+d177*Tl/Tq      (3)。
进一步地，还包括步骤4，计算尿素溶液中杂质离子浓度，包括：
记第一电极和第二电极之间的阻抗为Zs，阻抗Zs由信号处理单元根据第一阻抗感测信号计算获得，计算阻抗Zs的阻抗变化值dZs，阻抗变化值dZs定义如下：
dZs ＝ (Zs(γi) - Zs(0))/Zs(0)      (4)
其中，Zs(γi)是在杂质离子浓度为γi的尿素溶液中测得的第一电极和第二电极之间的阻抗，Zs(0)为符合ISO 22241标准的尿素溶液中测得的第一电极和第二电极之间的阻抗；通过查表获得杂质离子浓度γi：
γi＝Tbl(dZs)。
进一步地，还包括步骤5，当超声波传感元件不可用，使用第一阻抗感测信号计算尿素溶液的尿素浓度，使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位。
进一步地，步骤5中，所述超声波传感元件不可用包括超声波传感元件存在第一类异常，检测超声波传感元件是否存在第一类异常包括：测量第二超声波回波信号的幅度值Lvl，并将该幅度值与第五阈值Thd_Lvll进行比较，如果其高于第五阈值Thd_Lvll，则判定所述超声波传感元件不存在第一类异常，否则，判定所述超声波传感元件存在第一类异常。
进一步地，步骤5中，所述超声波传感元件不可用包括超声波传感元件存在第二类异常，检测超声波传感元件是否存在第二类异常包括：记第一超声波回波信号的高度值为S_amp，将第一超声波回波信号的高度值S_amp与第一阈值Thd_samp进行比较，如果S_amp不高于Thd_samp，则判定所述超声波传感元件存在第二类异常；
如果S_amp值高于Thd_samp，则第一超声波回波信号的峰值时刻的变化T_sft通过计算峰值时间Tpk与正常值Tpk0的差获得：T_sft＝Tpk-Tpk0
将第一超声波回波信号的峰值时刻的变化T_sft与第二阈值Thd_Tsft进行比较，如果T_sft不高于Thd_Tsft，则判定所述超声波传感元件存在第二类异常；如果T_sft高于Thd_Tsft，则判定所述超声波传感元件不存在第二类异常。
进一步地，步骤5中，所述超声波传感元件不可用包括尿素溶液存在晃动导致的超声波传感元件不可用，检测尿素溶液是否存在晃动包括：计算第一阻抗感测信号对应的阻抗值Zs的变化率Zr，如果Zr值高于第四阈值Thd_zrl，则判定尿素溶液存在晃动，否则判定尿素溶液不存在晃动。
进一步地，步骤5中，使用第一阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度，包括：第一阻抗感测信号对应的阻抗Zs是尿素溶液温度Ts和尿素溶液的尿素浓度γs的函数：
Zs＝f(Ts,γs)      (5)
因此，尿素溶液的尿素浓度γs由阻抗Zs和尿素溶液温度Ts计算获得。
进一步地，步骤5中，使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位包括计算两个阻抗值之间的比率Rz：
Rz＝Zsl/Zs      (6)
其中，Zsl表示第二阻抗感测信号对应的阻抗值。
进一步地，步骤5中，使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位ld包括使用查表计算以补偿非线性影响：
ld＝Tbl(Rz)      (7)
公式(7)中，Tbl()表示查表计算，查表计算中的表值通过在不同尿素溶液浓度下实验得到的测试数据来标定。
进一步地，步骤5中，使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位ld包括使用二维查表计算以补偿尿素溶液温度引起的非线性影响：
ld＝Tbl(Rz，T227)      (8)
其中，T227是通过第二温度传感元件获得的尿素溶液温度，Tbl()表示查表计算，查表计算中的表值通过在不同尿素溶液浓度和温度下实验得到的测试数据来标定。
进一步地，所述尿素溶液温度Ts通过测量第一电极的电阻Re获得，或者通过第一温度传感元件测量获得。
进一步地，还包括步骤6，判断用于测量尿素溶液品质和液位的传感器是否发生IR故障。
进一步地，步骤6包括：
步骤6.1，信号处理单元判断品质传感元件和液位传感单元在阻抗检测中是否存在OOR故障，以及品质传感元件中的超声波传感元件是否存在第一类异常和第二类异常；
步骤6.2，若判断品质传感元件和液位传感单元在阻抗检测中不存在所述OOR故障，以及品质传感元件中的超声波传感元件不存在所述第一类异常和第二类异常时，根据尿素溶液的尿素浓度或者液位判断传感器是否发生IR故障。
为避免传感器问题触发尿素浓度的误报警，传感器自身也需要诊断。传感器的诊断除了需要检查出导致读数值超出有效范围的所谓OOR(Out-Of-Range)问题外，步骤6还可以诊断传感器感测值在正常范围内但不准确值的所谓IR(In-Range)问题。
进一步地，步骤6.2中根据尿素溶液的尿素浓度判断传感器是否发生IR故障包括：
计算步骤3中根据超声波回波信号获得的尿素浓度与步骤5中使用第一阻抗感测信号获得的尿素浓度之间的差值绝对值DEF_Diff；
如果DEF_Diff值高于第三阈值Thd_Ddiff，则判定传感器IR故障报警，否则判定传感器未发生IR故障。
进一步地，步骤6.2中根据尿素溶液的液位判断传感器是否发生IR故障包括：
计算步骤3中根据超声波回波信号获得的尿素溶液液位与步骤5中使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号获得的尿素溶液液位之间的差值绝对值DLvl_Diff；
如果DLvl_Diff值高于第六阈值Thd_Ldiff，则判定传感器发生IR故障，否则判定传感器未发生IR故障。
进一步地，步骤6.1中信号处理单元判断品质传感元件和液位传感单元在阻抗检测中是否存在OOR故障包括：
获取品质传感元件的第一阻抗感测信号，如果第一阻抗感测信号值大于第一最大量测值，或小于第一最小量测值，则判断品质传感元件存在OOR故障；
获取液位传感单元的第二阻抗感测信号，如果第二阻抗感测信号值大于第二最大量测值，或小于第二最小量测值，则判断液位传感单元存在OOR故障。
有益效果：本申请提供了一种可用单一超声波发射接收单元同时测量尿素溶液品质和液位的传感器，设计紧凑且经济。
在尾气处理系统中，杂质离子会留在SCR催化剂里并在其中积聚，降低其活性和脱硝效率，甚至使催化剂失效。本申请传感器的品质传感元件包含了阻抗传感元件，阻抗传感元件的高灵敏度使其能够检测尿素溶液中的低浓度杂质，避免损坏SCR催化剂。
由于品质传感元件中的超声波传感元件对溶液中的杂质、零件间的变化和尿素溶液温度不敏感，品质传感元件和液位传感单元中的阻抗传感元件对尿素溶液中的气泡、流体晃动、局部污染甚至部分冻结的尿素溶液不敏感，因此，将超声波传感元件和阻抗传感元件结合在一起可以得到准确而可靠的尿素溶液品质和液位。
本申请用于测量尿素溶液品质和液位的方法能够诊断传感器感测值在正常范围内但不准确值的IR问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器的品质传感元件结构示意图。
图3为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器的品质传感元件中第二电极的结构示意图。
图4为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器的品质传感元件又一结构示意图。
图5为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器的品质传感元件另一结构示意图。
图6为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器的信号处理单元结构示意图。
图7为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器又一结构示意图。
图8为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器的液位传感单元结构示意图。
图9为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器的液位传感单元又一结构示意图。
图10为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法超声波传感元件发射超声波、接收到的第一超声波回波和第二超声波回波示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
本申请提供的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器及方法可以应用于选择性催化还原场景中，尿素溶液作为柴油机尾气处理液(DEF)时使用所述传感器进行尿素溶液品质和液位的测量以及传感器本身故障检测。
本申请第一实施例公开一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器，如图1所示，包括品质传感元件100和信号处理单元120，所述品质传感元件100完全被尿素溶液覆盖，所述信号处理单元120与所述品质传感元件100通过电气连接；
所述品质传感元件100，用于接收信号处理单元120产生的第一激励信号，产生超声波、发射超声波和接收超声波回波，并将接收到的超声波回波信号发送至信号处理单元120；
所述信号处理单元120，用于产生第一激励信号并将所述第一激励信号发送至品质传感元件100，接收品质传感元件100发送的超声波回波信号，根据超声波回波信号计算尿素溶液品质和液位，所述尿素溶液品质包括尿素溶液的尿素浓度。
如图1所示，具体实施时，所述传感器可以设置胶头80和底座70，通过胶头80，发动机冷却液流经带有进口51和出口52的冷却液管50，来加热尿素箱中的尿素溶液，信号处理单元120可设置在胶头80顶部，通过电缆管60连接至底座70，品质传感元件100与底座70连接。
本实施例中，如图2和图3所示，所述品质传感元件100包括反射组合体125和超声波传感元件，所述反射组合体125包括垂直反射板177和倾斜反射板175，垂直反射板177和倾斜反射板175之间存在倾斜夹角，倾斜夹角优选45°；
所述超声波传感元件包括超声波收发单元112，所述超声波收发单元112与垂直反射板177平行，两者之间存在尿素溶液；超声波收发单元112用于向垂直反射板177和倾斜反射板175发射超声波，垂直反射板177表面形成第一反射面179，用于接收超声波收发单元112发送的超声波，产生第一超声波回波，再将第一超声波回波反射至超声波收发单元112；倾斜反射板175表面形成第二反射面178，用于接收超声波收发单元112发送的超声波并反射至尿素溶液表面，尿素溶液表面向第二反射面178反射第二超声波回波，第二反射面178再将第二超声波回波反射至超声波收发单元112；超声波收发单元112通过第五信号线115电气连接至信号处理单元120，将接收到的第一超声波回波和第二超声波回波信号发送至信号处理单元120。
本实施例中，如图6所示，所述信号处理单元120包括中央处理单元230和超声信号处理子单元240，所述中央处理单元230用于向超声信号处理子单元240发送第一命令，接收经过超声信号处理子单元240处理后的超声波回波信号，根据超声波回波信号计算尿素溶液品质和液位；所述超声波回波信号包括第一超声波回波和第二超声波回波信号；
所述超声信号处理子单元240用于接收中央处理单元230发送的第一命令，产生第一激励信号，将第一激励信号发送至超声波传感元件，接收超声波传感元件发送的超声波回波信号，处理后发送至中央处理单元230；超声波传感元件通过第五信号线115电气连接至超声信号处理子单元240。所述超声信号处理子单元240包括第一波形生成模块242(WGM，Waveform Generation Module)、脉冲发生器244(PM，Pulse generator Module)、第一放大器245、整流器243和包络检测模块241(EDM，Envelope Detection Module)，这些部件及之间的关系属于现有技术，本实施例在此不做限定。
本实施例中，如图4所示，所述品质传感元件100还包括第一电极130，所述反射组合体125还包括第二电极176，作为一种实施方式，垂直反射板177与第二电极176垂直，倾斜反射板175向远离第二电极176的一端倾斜，所述第一电极130和第二电极176之间存在尿素溶液，所述尿素溶液，与超声波收发单元112和反射组合体125之间的尿素溶液连通；
如图6所示，所述信号处理单元120还包括阻抗信号处理子单元250，所述阻抗信号处理子单元250和第一电极130的一端通过第一信号线128电气连接，和第二电极176的一端通过第二信号线123电气连接；所述尿素溶液品质还包括尿素溶液的杂质离子浓度，所述中央处理单元230还用于向阻抗信号处理子单元250发送第二命令以及接收经过阻抗信号处理子单元250处理后的第一阻抗感测信号，根据第一阻抗感测信号计算尿素溶液的杂质离子浓度；阻抗信号处理子单元250用于接收中央处理单元230发送的第二命令，产生第二激励信号，并将第二激励信号分别发送至第一电极130和第二电极176，接收第一电极130发送的第一阻抗感测信号，处理后发送至中央处理单元230。所述阻抗信号处理子单元250包括第二波形生成模块251、驱动器253、多路开关255(MUX，Multiplex switch)、第二放大器254和信号处理模块252，这些部件及之间的关系属于现有技术，本实施例在此不做限定。
在一种可选的实现方式中，第一电极130和第二电极176的阻抗随温度变化，具体的，第一电极130和第二电极176可以使用不锈钢(比如304,304L,316,316L)、哈斯特合金(镍钼铬钨合金)等材料。如图6所示，所述信号处理单元120还包括电阻测量模块260，所述电阻测量模块260和第一电极130的另一端通过第六信号线126电气连接，用于测量第一电极130的电阻，并将电阻值发送至中央处理单元230。
在另一种可选的实现方式中，所述信号处理单元120还包括电阻测量模块260，如图5所示，所述品质传感元件100还包括第一温度传感元件135，所述第一温度传感元件135用于测量第一电极130和第二电极176之间的尿素溶液温度，通过第八信号线127与电阻测量模块260电气连接，电阻测量模块260用于测量第一温度传感元件135的电阻，并将电阻值发送至中央处理单元230。
本实施例中，如图7所示，所述传感器还包括液位传感单元200，如图8所示，所述液位传感单元200包括第三电极220和第四电极205，所述第三电极220和第四电极205之间的尿素溶液，与第一电极130和第二电极176之间的尿素溶液连通，第三电极220通过第三信号线222电气连接至阻抗信号处理子单元250，第四电极205通过第四信号线223电气连接至阻抗信号处理子单元250；第三电极220和第四电极205的位置本实施例不做具体限定，只需要两个电极不存在电气短路即可。第三电极220和第四电极205的阻抗可以随温度变化，具体的，第三电极220和第四电极205可以使用不锈钢(比如304,304L,316,316L)、哈斯特合金(镍钼铬钨合金)等材料。第四电极205接地。中央处理单元230还用于向阻抗信号处理子单元250发送第三命令以及接收经过阻抗信号处理子单元250处理后的第二阻抗感测信号，根据第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位；阻抗信号处理子单元250还用于接收中央处理单元230发送的第三命令，产生第三激励信号，并将第三激励信号分别发送至第三电极220和第四电极205，接收第三电极220发送的第二阻抗感测信号，处理后发送至中央处理单元230。
如图9所示，所述液位传感单元200还包括第二温度传感元件227，所述第二温度传感元件227用于测量第三电极220和第四电极205之间的尿素溶液温度，通过第七信号线226与电阻测量模块260电气连接；电阻测量模块260还用于测量第二温度传感元件227的电阻，并将电阻值发送至中央处理单元230。
本申请第二实施例公开一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，包括以下步骤：
步骤1，信号处理单元120向超声波传感元件发送第一激励信号；
步骤2，超声波传感元件接收所述第一激励信号，产生超声波、发射超声波和接收超声波回波，并将接收到的超声波回波信号发送至信号处理单元120；
步骤3，信号处理单元120接收品质传感元件100发送的超声波回波信号，根据超声波回波信号计算尿素溶液品质和液位，所述尿素溶液品质包括尿素溶液的尿素浓度。
本实施例中，步骤2中所述超声波回波包括第一超声波回波和第二超声波回波，步骤3中根据超声波回波信号计算尿素溶液品质和液位包括：
记超声波收发单元112和垂直反射板177之间的距离为d177，超声波收发单元112和倾斜反射板175上超声波反射点之间的距离为d175，倾斜反射板175和尿素溶液表面之间的距离为l175，
超声波收发单元112从发送超声波至接收第一超声波回波的时间间隔Tq表示为：
Tq＝2*d177/Cs      (1)
其中，Cs表示超声波传播速度；超声波在尿素溶液中传播时，超声波传播速度Cs由该尿素溶液的体积模量K和密度ρ决定：
Figure BDA0004045346450000121
其中，体积模量K和密度ρ的值均随尿素溶液浓度和温度的变化而变化；
由于超声波传播距离2*d177为固定值，超声波传播速度Cs是时间间隔Tq的函数，因此，尿素溶液的尿素浓度γs由时间间隔Tq和尿素溶液温度Ts计算获得，时间间隔Tq由信号处理单元120根据发送的第一激励信号和接收的第一超声波回波信号计算获得；
记超声波收发单元112从发送超声波至接收第二超声波回波的时间间隔为Tl，由信号处理单元120根据发送的第一激励信号和接收的第二超声波回波信号计算获得。
表示为：
Tl＝(2*d175+2*l175)/Cs      (3)
则有Tl/Tq＝(d175+l175)/d177，l175＝d177*Tl/Tq-d175
倾斜反射板175上超声波反射点距离尿素箱底部的高度为h175，则尿素溶液液位ld是Tl与Tq之比的函数：
ld ＝ h175+l175＝ (h175-d175)+d177*Tl/Tq      (3)。
本实施例中，还包括步骤4，计算尿素溶液中杂质离子浓度，包括：
记第一电极130和第二电极176之间的阻抗为Zs，阻抗Zs由信号处理单元120根据第一阻抗感测信号计算获得，计算阻抗Zs的阻抗变化值dZs，阻抗变化值dZs定义如下：
dZs ＝ (Zs(γi) - Zs(0))/Zs(0)      (4)
其中，Zs(γi)是在杂质离子浓度为γi的尿素溶液中测得的第一电极130和第二电极176之间的阻抗，Zs(0)为符合ISO 22241标准的尿素溶液中测得的第一电极130和第二电极176之间的阻抗；通过查表获得杂质离子浓度γi：
γi＝Tbl(dZs)。
本实施例中，还包括步骤5，当超声波传感元件不可用，使用第一阻抗感测信号计算尿素溶液的尿素浓度，使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位。
步骤5中，所述超声波传感元件不可用包括超声波传感元件存在第一类异常，检测超声波传感元件是否存在第一类异常包括：如图10所示，测量第二超声波回波信号183的幅度值Lvl，并将该幅度值与第五阈值Thd_Lvll进行比较，如果其高于第五阈值Thd_Lvll，则判定所述超声波传感元件不存在第一类异常，否则，判定所述超声波传感元件存在第一类异常。第五阈值Thd_Lvll可根据正常使用时的信号幅度范围进行设置。
步骤5中，所述超声波传感元件不可用包括超声波传感元件存在第二类异常，检测超声波传感元件是否存在第二类异常包括：如图10所示，记第一超声波回波信号182的高度值为S_amp，将第一超声波回波信号的高度值S_amp与第一阈值Thd_samp进行比较，如果S_amp不高于Thd_samp，则判定所述超声波传感元件存在第二类异常；第一阈值Thd_samp可设为稍高于工作温度区间(比如-11℃～-85℃)内S_amp的最大值。
如果S_amp值高于Thd_samp，则第一超声波回波信号的峰值时刻的变化T_sft通过计算峰值时间Tpk与正常值Tpk0的差获得：T_sft＝Tpk-Tpk0
将第一超声波回波信号的峰值时刻的变化T_sft与第二阈值Thd_Tsft进行比较，如果T_sft不高于Thd_Tsft，则判定所述超声波传感元件存在第二类异常；如果T_sft高于Thd_Tsft，则判定所述超声波传感元件不存在第二类异常。式中正常值Tpk0由超声波激励信号的脉宽所决定，可设置为激励信号脉宽值的一半。第二阈值Thd_Tsft可设置为一个或几个载波脉冲的宽度。
步骤5中，所述超声波传感元件不可用包括尿素溶液存在晃动导致的超声波传感元件不可用，检测尿素溶液是否存在晃动包括：计算第一阻抗感测信号对应的阻抗值Zs的变化率Zr，如果Zr值高于第四阈值Thd_zrl，则判定尿素溶液存在晃动，否则判定尿素溶液不存在晃动。第四阈值Thd_zrl可根据正常使用时的信号幅度范围进行设置。
步骤5中，使用第一阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度，包括：第一阻抗感测信号对应的阻抗Zs是尿素溶液温度Ts和尿素溶液的尿素浓度γs的函数：
Zs＝f(Ts,γs)      (5)
因此，尿素溶液的尿素浓度γs由阻抗Zs和尿素溶液温度Ts计算获得。
步骤5中，使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位包括计算两个阻抗值之间的比率Rz：
Rz＝Zsl/Zs     (6)
其中，Zsl表示第二阻抗感测信号对应的阻抗值。
在一种可选的实现方式中，步骤5中，使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位ld包括使用查表计算以补偿非线性影响：
ld＝Tbl(Rz)      (7)
公式(7)中，Tbl()表示查表计算，查表计算中的表值通过在不同尿素溶液浓度下实验得到的测试数据来标定。
在另一种可选的实现方式中，步骤5中，使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位ld包括使用二维查表计算以补偿尿素溶液温度引起的非线性影响：
ld＝Tbl(Rz，T227)      (8)
其中，T227是通过第二温度传感元件227获得的尿素溶液温度，Tbl()表示查表计算，查表计算中的表值通过在不同尿素溶液浓度和温度下实验得到的测试数据来标定。
本实施例中，所述尿素溶液温度Ts通过测量第一电极130的电阻Re获得，或者通过第一温度传感元件135测量获得。
本实施例中，还包括步骤6，判断用于测量尿素溶液品质和液位的传感器是否发生IR故障，包括：
步骤6.1，信号处理单元120判断品质传感元件100和液位传感单元200在阻抗检测中是否存在OOR故障，以及品质传感元件100中的超声波传感元件是否存在第一类异常和第二类异常；信号处理单元120判断品质传感元件100和液位传感单元200在阻抗检测中是否存在OOR故障包括：
获取品质传感元件100的第一阻抗感测信号，如果第一阻抗感测信号值大于第一最大量测值，或小于第一最小量测值，则判断品质传感元件100存在OOR故障；
获取液位传感单元200的第二阻抗感测信号，如果第二阻抗感测信号值大于第二最大量测值，或小于第二最小量测值，则判断液位传感单元200存在OOR故障。
步骤6.2，若判断品质传感元件100和液位传感单元200在阻抗检测中不存在所述OOR故障，以及品质传感元件100中的超声波传感元件不存在所述第一类异常和第二类异常时，根据尿素溶液的尿素浓度或者液位判断传感器是否发生IR故障。
根据尿素溶液的尿素浓度判断传感器是否发生IR故障包括：
计算步骤3中根据超声波回波信号获得的尿素浓度与步骤5中使用第一阻抗感测信号获得的尿素浓度之间的差值绝对值DEF_Diff；
如果DEF_Diff值高于第三阈值Thd_Ddiff，则判定传感器IR故障报警，否则判定传感器未发生IR故障。第三阈值Thd_Ddiff可根据OBD(On-Board Diagnostics，车载自动诊断系统)或设计规范所要求的误差限定范围进行设置。
根据尿素溶液的液位判断传感器是否发生IR故障包括：
计算步骤3中根据超声波回波信号获得的尿素溶液液位与步骤5中使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号获得的尿素溶液液位之间的差值绝对值DLvl_Diff；
如果DLvl_Diff值高于第六阈值Thd_Ldiff，则判定传感器发生IR故障，否则判定传感器未发生IR故障。第六阈值Thd_Ldiff可根据OBD或设计规范所要求的误差限定范围进行设置。
具体实现中，本申请提供计算机存储介质以及对应的数据处理单元，其中，该计算机存储介质能够存储计算机程序，所述计算机程序通过数据处理单元执行时可运行本发明提供的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法的发明内容以及各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，ROM)或随机存储记忆体(random access memory，RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术方案可借助计算机程序以及其对应的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机程序即软件产品的形式体现出来，该计算机程序软件产品可以存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台包含数据处理单元的设备(可以是个人计算机，服务器，单片机，MUU或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本发明提供了一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (25)

1.一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器，其特征在于，包括品质传感元件(100)和信号处理单元(120)，所述品质传感元件(100)完全被尿素溶液覆盖，所述信号处理单元(120)与所述品质传感元件(100)通过电气连接；
所述品质传感元件(100)，用于接收信号处理单元(120)产生的第一激励信号，产生超声波、发射超声波和接收超声波回波，并将接收到的超声波回波信号发送至信号处理单元(120)；
所述信号处理单元(120)，用于产生第一激励信号并将所述第一激励信号发送至品质传感元件(100)，接收品质传感元件(100)发送的超声波回波信号，根据超声波回波信号计算尿素溶液品质和液位，所述尿素溶液品质包括尿素溶液的尿素浓度。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器，其特征在于，所述品质传感元件(100)包括反射组合体(125)和超声波传感元件，所述反射组合体(125)包括垂直反射板(177)和倾斜反射板(175)，所述倾斜反射板(175)与所述垂直反射板(177)之间存在倾斜夹角；
所述超声波传感元件包括超声波收发单元(112)，所述超声波收发单元(112)与垂直反射板(177)平行，两者之间存在尿素溶液；超声波收发单元(112)用于向垂直反射板(177)和倾斜反射板(175)发射超声波，垂直反射板(177)用于接收超声波收发单元(112)发送的超声波，产生第一超声波回波，再将第一超声波回波反射至超声波收发单元(112)；倾斜反射板板(175)用于接收超声波收发单元(112)发送的超声波并反射至尿素溶液表面，尿素溶液表面向倾斜反射板(175)反射第二超声波回波，而后再将第二超声波回波反射至超声波收发单元(112)；超声波收发单元(112)通过第五信号线(115)电气连接至信号处理单元(120)，将接收到的第一超声波回波和第二超声波回波信号发送至信号处理单元(120)。
3.根据权利要求2所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器，其特征在于，所述信号处理单元(120)包括中央处理单元(230)和超声信号处理子单元(240)，所述中央处理单元(230)用于向超声信号处理子单元(240)发送第一命令，接收经过超声信号处理子单元(240)处理后的超声波回波信号，根据超声波回波信号计算尿素溶液品质和液位；所述超声波回波信号包括第一超声波回波和第二超声波回波信号；
所述超声信号处理子单元(240)用于接收中央处理单元(230)发送的第一命令，产生第一激励信号，将第一激励信号发送至超声波传感元件，接收超声波传感元件发送的超声波回波信号，处理后发送至中央处理单元(230)；超声波传感元件通过第五信号线(115)电气连接至超声信号处理子单元(240)。
4.根据权利要求3所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器，其特征在于，所述品质传感元件(100)还包括第一电极(130)，所述反射组合体(125)还包括第二电极(176)，并且所述第一电极(130)和第二电极(176)之间存在尿素溶液，所述尿素溶液，与超声波收发单元(112)和反射组合体(125)之间的尿素溶液连通；
所述信号处理单元(120)还包括阻抗信号处理子单元(250)，所述阻抗信号处理子单元(250)和第一电极(130)的一端通过第一信号线(128)电气连接，和第二电极(176)的一端通过第二信号线(123)电气连接；所述尿素溶液品质还包括尿素溶液的杂质离子浓度，所述中央处理单元(230)还用于向阻抗信号处理子单元(250)发送第二命令以及接收经过阻抗信号处理子单元(250)处理后的第一阻抗感测信号，根据第一阻抗感测信号计算尿素溶液的杂质离子浓度；阻抗信号处理子单元(250)用于接收中央处理单元(230)发送的第二命令，产生第二激励信号，并将第二激励信号分别发送至第一电极(130)和第二电极(176)，测量第一阻抗感测信号，处理后发送至中央处理单元(230)。
5.根据权利要求4所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器，其特征在于，所述信号处理单元(120)还包括电阻测量模块(260)，所述电阻测量模块(260)和第一电极(130)的另一端通过第六信号线(126)电气连接，用于测量第一电极(130)的电阻，并将电阻值发送至中央处理单元(230)。
6.根据权利要求4所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器，其特征在于，所述信号处理单元(120)还包括电阻测量模块(260)，所述品质传感元件(100)还包括第一温度传感元件(135)，所述第一温度传感元件(135)用于测量第一电极(130)和第二电极(176)之间的尿素溶液温度，通过第八信号线(127)与电阻测量模块(260)电气连接，电阻测量模块(260)用于测量第一温度传感元件(135)的电阻，并将电阻值发送至中央处理单元(230)。
7.根据权利要求5或6所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器，其特征在于，还包括液位传感单元(200)，所述液位传感单元(200)包括第三电极(220)和第四电极(205)，所述第三电极(220)和第四电极(205)之间的尿素溶液，与第一电极(130)和第二电极(176)之间的尿素溶液连通，第三电极(220)通过第三信号线(222)电气连接至阻抗信号处理子单元(250)，第四电极(205)通过第四信号线(223)电气连接至阻抗信号处理子单元(250)；中央处理单元(230)还用于向阻抗信号处理子单元(250)发送第三命令以及接收经过阻抗信号处理子单元(250)处理后的第二阻抗感测信号，根据第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位；阻抗信号处理子单元(250)还用于接收中央处理单元(230)发送的第三命令，产生第三激励信号，并将第三激励信号分别发送至第三电极(220)和第四电极(205)，测量第二阻抗感测信号，处理后发送至中央处理单元(230)。
8.根据权利要求7所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的传感器，其特征在于，所述液位传感单元(200)还包括第二温度传感元件(227)，所述第二温度传感元件(227)用于测量第三电极(220)和第四电极(205)之间的尿素溶液温度，通过第七信号线(226)与电阻测量模块(260)电气连接；电阻测量模块(260)还用于测量第二温度传感元件(227)的电阻，并将电阻值发送至中央处理单元(230)。
9.一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，信号处理单元(120)向超声波传感元件发送第一激励信号；
步骤2，超声波传感元件接收所述第一激励信号，产生超声波、发射超声波和接收超声波回波，并将接收到的超声波回波信号发送至信号处理单元(120)；
步骤3，信号处理单元(120)接收品质传感元件(100)发送的超声波回波信号，根据超声波回波信号计算尿素溶液品质和液位，所述尿素溶液品质包括尿素溶液的尿素浓度。
10.根据权利要求9所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，步骤2中所述超声波回波包括第一超声波回波和第二超声波回波，步骤3中根据超声波回波信号计算尿素溶液品质和液位包括：
记超声波收发单元(112)和垂直反射板(177)之间的距离为d177，超声波收发单元(112)和倾斜反射板(175)上超声波反射点之间的距离为d175，
超声波收发单元(112)从发送超声波至接收第一超声波回波的时间间隔Tq表示为：
Tq＝2*d177/Cs      (1)
其中，Cs表示超声波传播速度；超声波在尿素溶液中传播时，超声波传播速度Cs由该尿素溶液的体积模量K和密度ρ决定：
Figure FDA0004045346440000041
其中，体积模量K和密度ρ的值均随尿素溶液浓度和温度的变化而变化；
由于超声波传播距离2*d177为固定值，超声波传播速度Cs是时间间隔Tq的函数，因此，尿素溶液的尿素浓度γs由时间间隔Tq和尿素溶液温度Ts计算获得，时间间隔Tq由信号处理单元(120)根据发送的第一激励信号和接收的第一超声波回波信号计算获得；
记超声波收发单元(112)从发送超声波至接收第二超声波回波的时间间隔为Tl，倾斜反射板(175)上超声波反射点距离尿素箱底部的高度为h175，则尿素溶液液位ld：
ld ＝ (h175-d175)+d177*Tl/Tq      (3)。
11.根据权利要求10所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，还包括步骤4，计算尿素溶液中杂质离子浓度，包括：
记第一电极(130)和第二电极(176)之间的阻抗为Zs，阻抗Zs由信号处理单元(120)根据第一阻抗感测信号计算获得，计算阻抗Zs的阻抗变化值dZs，阻抗变化值dZs定义如下：
dZs ＝ (Zs(γi) - Zs(0))/Zs(0)      (4)
其中，Zs(γi)是在杂质离子浓度为γi的尿素溶液中测得的第一电极(130)和第二电极(176)之间的阻抗，Zs(0)为符合ISO 22241标准的尿素溶液中测得的第一电极(130)和第二电极(176)之间的阻抗；通过查表获得杂质离子浓度γi：
γi＝Tbl(dZs)。
12.根据权利要求11所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，还包括步骤5，当超声波传感元件不可用，使用第一阻抗感测信号计算尿素溶液的尿素浓度，使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位。
13.根据权利要求12所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，步骤5中，所述超声波传感元件不可用包括超声波传感元件存在第一类异常，检测超声波传感元件是否存在第一类异常包括：测量第二超声波回波信号的幅度值Lvl，并将该幅度值与第五阈值Thd_Lvll进行比较，如果其高于第五阈值Thd_Lvll，则判定所述超声波传感元件不存在第一类异常，否则，判定所述超声波传感元件存在第一类异常。
14.根据权利要求12所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，步骤5中，所述超声波传感元件不可用包括超声波传感元件存在第二类异常，检测超声波传感元件是否存在第二类异常包括：记第一超声波回波信号的高度值为S_amp，将第一超声波回波信号的高度值S_amp与第一阈值Thd_samp进行比较，如果S_amp不高于Thd_samp，则判定所述超声波传感元件存在第二类异常；
如果S_amp值高于Thd_samp，则第一超声波回波信号的峰值时刻的变化T_sft通过计算峰值时间Tpk与正常值Tpk0的差获得：T_sft＝Tpk-Tpk0
将第一超声波回波信号的峰值时刻的变化T_sft与第二阈值Thd_Tsft进行比较，如果T_sft不高于Thd_Tsft，则判定所述超声波传感元件存在第二类异常；如果T_sft高于Thd_Tsft，则判定所述超声波传感元件不存在第二类异常。
15.根据权利要求12所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，步骤5中，所述超声波传感元件不可用包括尿素溶液存在晃动导致的超声波传感元件不可用，检测尿素溶液是否存在晃动包括：计算第一阻抗感测信号对应的阻抗值Zs的变化率Zr，如果Zr值高于第四阈值Thd_zrl，则判定尿素溶液存在晃动，否则判定尿素溶液不存在晃动。
16.根据权利要求13、14或15任一项所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，步骤5中，使用第一阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度，包括：第一阻抗感测信号对应的阻抗Zs是尿素溶液温度Ts和尿素溶液的尿素浓度γs的函数：
Zs＝f(Ts,γs)      (5)
因此，尿素溶液的尿素浓度γs由阻抗Zs和尿素溶液温度Ts计算获得。
17.根据权利要求16所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，步骤5中，使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位包括计算两个阻抗值之间的比率Rz：
Rz＝Zsl/Zs      (6)
其中，Zsl表示第二阻抗感测信号对应的阻抗值。
18.根据权利要求17所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，步骤5中，使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位ld包括使用查表计算以补偿非线性影响：
ld ＝ Tbl(Rz)      (7)
公式(7)中，Tbl()表示查表计算，查表计算中的表值通过在不同尿素溶液浓度下实验得到的测试数据来标定。
19.根据权利要求17所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，步骤5中，使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号计算尿素溶液液位ld包括使用二维查表计算以补偿尿素溶液温度引起的非线性影响：
ld ＝ Tbl(Rz，T227)      (8)
其中，T227是通过第二温度传感元件(227)获得的尿素溶液温度，Tbl()表示查表计算，查表计算中的表值通过在不同尿素溶液浓度和温度下实验得到的测试数据来标定。
20.根据权利要求16所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，所述尿素溶液温度Ts通过测量第一电极(130)的电阻Re获得，或者通过第一温度传感元件(135)测量获得。
21.根据权利要求18或19任一项所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，还包括步骤6，判断用于测量尿素溶液品质和液位的传感器是否发生IR故障。
22.根据权利要求21项所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，步骤6包括：
步骤6.1，信号处理单元(120)判断品质传感元件(100)和液位传感单元(200)在阻抗检测中是否存在OOR故障，以及品质传感元件(100)中的超声波传感元件是否存在第一类异常和第二类异常；
步骤6.2，若判断品质传感元件(100)和液位传感单元(200)在阻抗检测中不存在所述OOR故障，以及品质传感元件(100)中的超声波传感元件不存在所述第一类异常和第二类异常时，根据尿素溶液的尿素浓度或者液位判断传感器是否发生IR故障。
23.根据权利要求22所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，步骤6.2中根据尿素溶液的尿素浓度判断传感器是否发生IR故障包括：
计算步骤3中根据超声波回波信号获得的尿素浓度与步骤5中使用第一阻抗感测信号获得的尿素浓度之间的差值绝对值DEF_Diff；
如果DEF_Diff值高于第三阈值Thd_Ddiff，则判定传感器IR故障报警，否则判定传感器未发生IR故障。
24.根据权利要求22所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，步骤6.2中根据尿素溶液的液位判断传感器是否发生IR故障包括：
计算步骤3中根据超声波回波信号获得的尿素溶液液位与步骤5中使用第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号获得的尿素溶液液位之间的差值绝对值DLvl_Diff；
如果DLvl_Diff值高于第六阈值Thd_Ldiff，则判定传感器发生IR故障，否则判定传感器未发生IR故障。
25.根据权利要求23或24任一项所述的一种用于测量尿素溶液品质和液位的方法，其特征在于，步骤6.1中信号处理单元(120)判断品质传感元件(100)和液位传感单元(200)在阻抗检测中是否存在OOR故障包括：
获取品质传感元件(100)的第一阻抗感测信号，如果第一阻抗感测信号值大于第一最大量测值，或小于第一最小量测值，则判断品质传感元件(100)存在OOR故障；
获取液位传感单元(200)的第二阻抗感测信号，如果第二阻抗感测信号值大于第二最大量测值，或小于第二最小量测值，则判断液位传感单元(200)存在OOR故障。
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