尿素濃度傳感器的制造方法
【專利說明】尿素濃度傳感器
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求2014年4月23日遞交的美國臨時專利申請N0.61/983，028的優(yōu)先權(quán)，這里通過引用將該申請全部并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開概括而言涉及液體條件感測的領(lǐng)域，具體而言涉及感測尿素箱中的尿素溶液(例如用在機動車輛中的尿素)的特性。
【背景技術(shù)】
[0004]尿素或者基于尿素的溶液經(jīng)常被用在汽車應(yīng)用中來減少排放。例如，一些柴油動力機動車輛包括與燃料箱分離的尿素箱，該尿素箱用于攜帶諸如汽車尿素溶液之類的工作液。尿素溶液被存儲在尿素箱中并且被噴射到車輛的尾氣中以便將氮的氧化物轉(zhuǎn)換成基本氮元素和水。因此，減少了車輛的有害排放。將會明白，世界上的各種國家規(guī)定了一些車輛包括基于尿素的排放系統(tǒng)以便遵守排放標準。這些系統(tǒng)有時被稱為選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduct1n，SCR)系統(tǒng)或 SCR 車輛。
[0005]為了使得SCR車輛適當?shù)匾?guī)制并減少尾氣排放，與尿素溶液的構(gòu)成有關(guān)的信息被用于適當?shù)卣{(diào)整某些車輛參數(shù)并且優(yōu)化車輛性能。具體地，這種信息被用于排放系統(tǒng)的控制。對于操作有用的關(guān)于尿素溶液的一個特性是尿素的“品質(zhì)”。將會明白，污染物、尿素與溶液中的其他成分的比率的變化、溫度變動以及其他變化可影響尿素溶液的預期壽命和有效性。
[0006]—種已知的傳感器提出了使用射頻(rad1 frequency，RF)波來測量尿素的品質(zhì)和濃度。此傳感器在2010年6月24日遞交的標題為“Liquid level and qualitysensing apparatus, systems and methods using EMF wave propagat1n，，的美國專利申請N0.12/803,331中更詳細說明，這里通過引用將該申請全部并入。另一種示例傳感器提出了通過尿素溶液傳輸光來測量尿素的品質(zhì)和濃度。此傳感器在2012年6月4日遞交的標題為 “Device for measuring urea concentrat1n” 的 PCT 申請 N0.EP2012/063055 中更詳細說明，這里通過引用將該申請全部并入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個實施例中，一種測量液體的傳感器可包括:可操作地耦合到布置在液體溶液中的內(nèi)腔的光源，該光源被配置為發(fā)出光并且將該光傳輸?shù)絻?nèi)腔。該傳感器還可包括:可操作地耦合到內(nèi)腔的光檢測器，該光檢測器被配置為從內(nèi)腔接收光的至少一部分；以及控制器，被配置為基于由光源發(fā)出的光和由光檢測器接收到的光的該部分來確定液體溶液的濃度或品質(zhì)。
[0008]在另一實施例中，一種測量尿素溶液的傳感器可包括可操作地耦合到布置在尿素溶液中的內(nèi)腔的光源，該光源被配置為發(fā)出光并且將該光傳輸?shù)絻?nèi)腔。該傳感器還可包括:可操作地耦合到內(nèi)腔的光檢測器，該光檢測器被配置為從內(nèi)腔接收光的至少一部分；控制器，被配置為基于與光源發(fā)出的光相對應(yīng)的第一光幅度和與光檢測器接收到的光的該部分相對應(yīng)的第二光幅度的比率來確定尿素溶液的濃度或品質(zhì)。
[0009]在另一實施例中，一種測量液體的方法包括:從附著到布置在液體溶液中的內(nèi)腔的光源發(fā)出第一量的光；通過內(nèi)腔傳輸?shù)谝涣康墓?；在附著到?nèi)腔的光檢測器處接收第二量的光；以及基于第一量的光和第二量的光來確定液體溶液的濃度或品質(zhì)。
【附圖說明】
[0010]作為示例，現(xiàn)在將參考附圖描述公開的裝置的具體實施例，附圖中:
[0011]圖1是用于測量尿素的濃度和/或品質(zhì)的系統(tǒng)的框圖；
[0012]圖2-4是可在圖1的系統(tǒng)中實現(xiàn)的傳感器的框圖；
[0013]圖5是根據(jù)本公開的至少一些實施例布置的用于測量尿素溶液的濃度和/或品質(zhì)的邏輯流程的框圖。
【具體實施方式】
[0014]圖1是根據(jù)本公開的實施例的用于測量尿素品質(zhì)和/或濃度的系統(tǒng)100的框圖。如圖所示，系統(tǒng)100包括其中布置有尿素溶液120的箱110。箱110可由各種材料制成，例如塑料、復合材料、金屬等等。一般而言，箱110將是非導電材料。尿素溶液可以是各種尿素溶液。另外，雖然本公開與測量尿素的品質(zhì)和濃度有關(guān)，但其可被應(yīng)用到其他液體，例如測量汽車燃料中的酒精含量，等等。
[0015]傳感器130也被布置在箱110內(nèi)并且可操作地耦合到控制器140。傳感器130的各種示例實施例在下文參考圖2-4來描述。一般而言，傳感器130包括光源132和光檢測器134，兩者經(jīng)由內(nèi)腔(lumen) 136與彼此光學連接。一般而言，傳感器130用于基于尿素溶液120的折射率來測量尿素溶液120的濃度和/或品質(zhì)。更具體而言，光被從光源132經(jīng)由內(nèi)腔136傳遞到光檢測器134。隨著光從光源132傳播到光檢測器134，一些光將從內(nèi)腔136漏出。具體地，內(nèi)腔136的至少一部分可被直接浸沒在尿素溶液120中。
[0016]如上文提到的，對于某些應(yīng)用，例如在車輛排氣系統(tǒng)中，關(guān)于尿素溶液中的尿素的濃度的信息對于適當?shù)牟僮骺赡苁怯杏玫摹＠?，溶液的目標?gòu)成可能是某一濃度的尿素溶解在水中，例如大約33%的尿素和67%的水。實施例不限于此情境中。
[0017]在當前的實施例中，可以應(yīng)用技術(shù)和裝置來確定液體溶液的屬性，其中折射率可根據(jù)液體溶液中的物質(zhì)的濃度而變化。例如，隨著尿素溶液120的濃度和/或品質(zhì)變化，尿素溶液120的折射率也可變化。如此，從內(nèi)腔136漏出的光的量可相應(yīng)地變化。這是因為行經(jīng)內(nèi)腔136并撞擊內(nèi)腔136與尿素溶液120之間的界面的光的內(nèi)反射的角度隨著尿素溶液120的折射率而變化。隨著內(nèi)反射的角度對于內(nèi)腔136中的給定量的光變化，未被內(nèi)反射而是漏出內(nèi)腔136的光的量變化。因此，通過測量漏出內(nèi)腔136的光的量，或者被光檢測器134接收的光的量，可以確定尿素溶液120的折射率的變化。因此，基于關(guān)于折射率與溶液的尿素濃度或品質(zhì)之間的關(guān)系的知識，傳感器130聯(lián)合控制器140可基于在光檢測器134處接收到的光的量或者基于漏出的光的量來測量尿素溶液120的濃度和/或品質(zhì)。因為尿素溶液的折射率可能是容易知道或測量的，所以當前的實施例提供了用于監(jiān)視尿素溶液的變化以及控制采用這種溶液的系統(tǒng)的有用方式。
[0018]一般而言，光源132可以是各種類型的光源中的任何一種，并且光檢測器134可以是各種類型的光檢測器中的任何一種。例如，光源132可以是發(fā)光二極管(LED)。光檢測器134可以是光電探測器、光電二極管等等。內(nèi)腔136可以是各種攜帶光的內(nèi)腔中的任何一種。例如，內(nèi)腔136可以是光纜。另外，內(nèi)腔136可以是無涂層的和/或多孔的。
[0019]控制器140可包括處理器142和存儲器144。一般而言，處理器142可被配置為執(zhí)行一個或多個指令以使得傳感器130操作并測試尿素溶液120的濃度和/或品質(zhì)。例如，處理器可被配置為執(zhí)行指令以使得光源132發(fā)出第一量的光并且從光檢測器134接收指示與光檢測器134接收的光量相對應(yīng)的第二量的光的信號(例如，電信號)。
[0020]處理器142還可被配置為基于光源132發(fā)出的光量和光檢測器134接收的光量來確定尿素溶液120的濃度和/或品質(zhì)。換句話說，控制器140可被配置為基于第一量的光(例如，所述源發(fā)出的光)和第二量的光(例如，檢測器接收的光)來確定尿素溶液120的品質(zhì)和/或濃度。按照本文使用的，術(shù)語“尿素的濃度”可以指包括諸如水之類的另一液體的液體溶液內(nèi)的尿素的濃度。
[0021]作為一些示例，處理器142可以是通用處理器、微處理器、FPGA、ASIC或者一般而言可以是被配置為執(zhí)行指令的任何計算設(shè)備。存儲器144可以是計算機可讀介質(zhì)，包括非易失性計算機可讀介質(zhì)和/或非暫態(tài)計算機可讀介質(zhì)，其被配置為存儲計算機可執(zhí)行指令，這些指令當被處理器142執(zhí)行時使得處理器執(zhí)行一個或多個操作。
[0022]圖2-4是根據(jù)本公開的示例尿素品質(zhì)和/或濃度傳感器的框圖。具體地，這些圖描繪了圖1的傳感器130的示例。注意，針對圖2-4描述的傳感器是參考圖1的系統(tǒng)100描述的。這并不打算進行限定，而是本文描繪和描述的傳感器可在與圖1所示的相比具有更多、更少或不同配置的系統(tǒng)中實現(xiàn)。
[0023]更具體地參考圖2，示出了傳感器200。傳感器200包括光源232、光檢測器234和內(nèi)腔236。具體地，光源232和光檢測器234通過內(nèi)腔236可操作地耦合。如圖所示，內(nèi)腔236是直的。在一些示例中，內(nèi)腔236可以是無涂層的光纜，或者無涂層的光纖。在操作期間，控制器140可使得光源232發(fā)出光，該光沿著內(nèi)腔236行進并且被光檢測器234接收。與圖1的實施例一樣并且在圖3和圖4的實施例中也類似，內(nèi)腔236的至少一部分可被直接浸沒在尿素溶液120中。測量接收到的光的幅度，并且可基于接收到的幅度來測量尿素溶液120的品質(zhì)和/或濃度。更具體而言，光發(fā)出某一量(例如，幅度、功率、頻率等等)的光235-a。隨著光235-a傳播經(jīng)過內(nèi)腔236，光的一部分作為光損耗235-c