柴油机专用尿素液浓度传感器的研制

摘要

随着人们对环境问题的不断重视以及各国政府对环境法规的不断严格，各种针对减少污染物排放的新技术得以研制和实际应用。在柴油机车领域，人们发明了选择性催化还原法（selective catalytic reduction），简称SCR，去减小柴油机尾气中的氮氧化物及微颗粒。而采用此方法进行尾气处理的系统称为SCR系统。SCR技术是通过车用尿素溶液和柴油机尾气中的氮氧化物发生氧化还原反应来消除尾气中的氮氧化物。而在此反应中，车用尿素溶液的浓度是保证反应充分进行的相当重要的一个参数。本文就是要研制出一款可集成于柴油机SCR系统中的车用尿素液浓度传感器，以达到对车用尿素溶液浓度的实时检测。
　　针对该车用尿素液浓度传感器的研制，本文采用近红外光分析技术来检测车用尿素液的浓度，并具体讲述了该款传感器光路系统中元件的组成与光路设计，电路系统的组成与电路设计，最后介绍了这两部分系统的集成与封装，从而构造出整个系统的雏形。本文主要从以下四个方面进行了研究：
　　首先，通过近红外吸收定量分析方法中工作曲线法的实施步骤，实际配制了标准集溶液及测试集溶液，并通过对溶液实际测试，建立了溶液浓度与输出电压之间的关系，即实际工作曲线，也即是本传感器的软件系统。
　　其次在光路设计方面，选择了红外LED作为该传感器的近红外光源、滤光片作为分光装置及以InGaAs为材料的检测器作为检测装置。并以常用的光路设计理论为基础，结合合理巧妙的光路设计，建立起本设计的光路系统。
　　再次在电路设计方面，分别从LED光源的驱动电路，检测器检测电路及辅助电路三方面进行设计。根据具体应用选择了合适的功能芯片，实现了LED的稳定控制，检测信号的准确检测，及尿素液温度的检测。并在专业的电路绘制软件中绘制了电路的原理图及电路板图。
　　最后在结构设计方面，从该传感器的总体结构及该传感器与SCR系统尿素罐的集成两方面进行了设计。说明了传感器中各个元件的设计方案，集成与固定方式，并介绍了传感器系统中各个元件材料的筛选方法。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 概述

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源，研究内容及论文安排

2 近红外光吸收定量分析方法

2.1 近红外分析技术简介

2.2 朗伯—比尔定律

2.3 工作曲线法

2.4 建立工作曲线

2.5 本章小结

3 车用尿素液浓度传感器的光路设计

3.1 光源

3.2 分光系统

3.3 检测器

3.4 测样附件

3.5 车用尿素液浓度传感器的光路设计

3.6 本章小结

4 车用尿素液浓度传感器的电路设计

4.1 电路设计简介

4.2 LED光源驱动电路的设计

4.3 检测器检测电路的设计

4.4 车用尿素液浓度传感器电路绘制

4.5 本章小结

5 车用尿素液浓度传感器的结构设计与集成方式

5.1 结构装配与集成简介

5.2 传感器的总体结构设计

5.3 传感器结构材料的选择

5.4 传感器与SCR系统的集成

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利目录

C. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目