CN115822764A - 一种用于测量尿素溶液品质的传感器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量尿素溶液品质的传感器及方法，包括品质传感元件和信号处理单元，所述品质传感元件被尿素溶液覆盖，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激励信号，产生感测信号，并向信号处理单元发送感测信号；所述信号处理单元，用于产生激励信号并发送至品质传感元件，接收品质传感元件发送的感测信号，根据感测信号计算尿素溶液品质感测值，所述尿素溶液品质感测值包括尿素溶液中的尿素浓度和杂质离子浓度。所述传感器能够检测杂质离子并准确测量尿素浓度，还能够诊断传感器感测值在正常范围内但不准确值的所谓IR问题。
Description
技术领域
本发明属于尿素溶液品质检测领域，尤其涉及一种用于测量尿素溶液品质的传感器及方法。
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，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ISO22241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)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***故障。比如，当DEF被稀释时，溶液中的低浓度尿素可能会导致排放问题，而溶液中的杂质，例如一些在自来水中所含有的金属离子(钙、锌、镁、铁、铬、镍、钠和钾等)，或非尿素溶液(比如燃油被错误地加入尿素箱中)，则可能会损坏SCR催化剂。为了避免引起排放问题，需要监测DEF中的尿素浓度，同时也需要监测DEF中的杂质以免不合规溶液进入SCR***。
大多数DEF传感器需要安装在尿素箱中，但是，为避免真空导致DEF供应问题，尿素箱必须有通向周围环境的开口并且通过该开口空气与DEF接触。在很多条件下，比如晃动、压力变化、由DEF泵的抽吸或返回运动引起的搅动等，DEF中会产生气泡。而这些气泡则会降低DEF传感器性能，甚至会暂时使其失能。当气泡附着在传感器探头表面时(这些气泡很难自己消失)，这些气泡可能会导致DEF传感器长时间失能。
另外，现有技术中出现因为DEF传感器问题触发DEF浓度的误报警，无法对DEF传感器自身进行诊断。
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激励信号，产生感测信号，并向信号处理单元发送感测信号；
所述信号处理单元，用于产生激励信号并发送至品质传感元件，接收品质传感元件发送的感测信号，根据感测信号计算尿素溶液品质感测值，所述尿素溶液品质感测值包括尿素溶液中的尿素浓度和杂质离子浓度。
进一步地，所述品质传感元件包括阻抗传感元件和超声波传感元件，所述阻抗传感元件包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极之间的尿素溶液与超声波传感元件中的尿素溶液连通，第二电极的一端通过第二信号线电气连接至信号处理单元；第一电极的一端通过第一信号线电气连接至信号处理单元；所述超声波传感元件通过第五信号线电气连接至信号处理单元，用于根据信号处理单元发送的激励信号产生超声波，发射和接收超声波，并将接收到的超声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、超声信号处理子单元和阻抗信号处理子单元，
所述中央处理单元，用于向超声信号处理子单元和阻抗信号处理子单元发送命令，接收经过超声信号处理子单元和阻抗信号处理子单元处理后的感测信号，根据感测信号计算尿素溶液品质感测值；
所述超声信号处理子单元，和超声波传感元件通过第五信号线电气连接，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信号，处理后发送至中央处理单元；
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，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，接收第一电极发送的阻抗感测信号，处理后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，所述阻抗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。
第二方面公开了一种用于测量尿素溶液品质的方法，包括以下步骤：
步骤1，信号处理单元向品质传感元件发送激励信号，所述激励信号包括发送至超声波传感元件的第一激励信号，以及发送至第一电极和第二电极的第二激励信号；
步骤2，品质传感元件接收信号处理单元产生的激励信号，产生感测信号，并向信号处理单元发送感测信号；所述感测信号包括超声波信号和阻抗感测信号；
步骤3，信号处理单元接收品质传感元件发送的感测信号，根据感测信号计算尿素溶液品质感测值，所述计算尿素溶液品质感测值包括计算尿素溶液中的尿素浓度和计算尿素溶液中的杂质离子浓度。
进一步地，步骤3中计算尿素溶液的尿素浓度包括：
步骤3.1，判断超声波传感元件是否可用；
步骤3.2，当超声波传感元件可用，使用超声波信号计算获得尿素溶液的尿素浓度；
步骤3.3，当超声波传感元件不可用，使用阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度。
超声波信号对杂质离子不敏感，对尿素浓度敏感，因此能够准确测量尿素溶液中的尿素浓度；阻抗感测信号对杂质离子敏感，但选择性不佳，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。当超声波传感元件可用的时候，则使用超声波信号计算获得尿素溶液的尿素浓度；当超声波传感元件不可用，例如汽车在行驶过程中，尿素溶液可能会产生气泡，这些气泡则会降低超声波传感元件性能，甚至会暂时使其失能，当气泡附着在超声波传感元件探头表面时(这些气泡很难自己消失)，这些气泡可能会导致超声波传感元件长时间失能。汽车行使过程中不会添加杂质，用阻抗感测信号测量的尿素浓度不会受到离子杂质的影响，此时可以使用阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度。
进一步地，步骤3.1包括：记感测信号中的超声波信号的高度值为S_amp，将超声波信号的高度值S_amp与第一阈值Thd_samp进行比较，如果S_amp不高于Thd_samp，则超声波传感元件不可用，使用状态标志Stat_QU＝1表示；
如果S_amp值高于Thd_samp，则超声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
将超声波信号的峰值时刻的变化T_sft与第二阈值Thd_sft进行比较，如果T_sft不高于Thd_Tsft，则超声波传感元件不可用，使用状态标志Stat_QU＝1表示；如果T_sft高于Thd_Tsft，则超声波传感元件可用，使用状态标志Stat_QU＝0表示。
通过检测超声波信号的失真，包括超声波信号高度变化和峰值波的移动，可以检测出超声波传感元件是否可用，从而避免因为超声波传感元件失能导致尿素溶液中的尿素浓度无法准确测量的问题。
进一步地，步骤3.2中使用超声波信号计算获得尿素溶液的尿素浓度包括：
记超声波在尿素溶液中的传播时间为Tr，超声波传播距离为Ds，传播时间Tr由信号处理单元根据发送的第一激励信号和接收的超声波信号计算获得，传播时间Tr值与超声波传播速度Cs的关系满足以下公式：
Cs＝Ds/Tr (1)
超声波在尿素溶液中传播时，声速Cs由该尿素溶液的体积模量K和密度ρ决定：
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Ds为固定值，超声波传播速度Cs是超声波传播时间Tr的函数，因此，尿素溶液的尿素浓度γs由超声波传播时间Tr和尿素溶液温度Ts计算获得。
进一步地，步骤3.3中使用阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度包括：
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所述阻抗感测信号计算获得，也是尿素溶液温度Ts和尿素溶液的尿素浓度γs的函数：
Zs＝f(Ts,γs) (3)
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3中计算尿素溶液中杂质离子浓度时，超声波传感元件可用，使用阻抗感测信号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所述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) (5)
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)。
在尾气处理***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。当尿素溶液中存在杂质离子时，超声波信号对杂质离子不敏感，无法检测杂质离子浓度；而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。
进一步地，步骤3.2中使用超声波信号计算获得尿素溶液的尿素浓度时，尿素溶液温度Ts是第一电极的电阻Re的函数，第一电极的电阻Re由信号处理单元测量获得，通过二维查表获得尿素溶液的尿素浓度γs：
γs＝Qu＝Tbl(Re,Tr)
其中，Qu表示尿素溶液的尿素浓度γs由超声波计算获得。
进一步地，步骤3.2中使用超声波信号计算获得尿素溶液的尿素浓度时，尿素溶液温度Ts通过第一温度传感元件测量获得，通过二维查表获得尿素溶液的尿素浓度γs：
γs＝Qu＝Tbl(T135,Tr)
其中，T135表示由第一温度传感元件测量获得的尿素溶液温度，Qu表示尿素溶液的尿素浓度γs由超声波计算获得。
进一步地，步骤3.3中使用阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度时，尿素溶液温度Ts是第一电极的电阻Re的函数，第一电极的电阻Re由信号处理单元测量获得；阻抗Zs是第一电极的电阻Re和尿素溶液的尿素浓度γs的函数：
Zs＝g(Re,γs) (4)
通过二维查表获得尿素溶液的尿素浓度γs：
γs＝Qi＝Tbl(Re,Zs)
其中，Qi表示尿素溶液的尿素浓度γs由阻抗计算获得。
进一步地，步骤3.3中使用阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度时，尿素溶液温度Ts通过第一温度传感元件测量获得，通过二维查表获得尿素溶液的尿素浓度γs：
γs＝Qi＝Tbl(T135,Zs)
其中，T135表示由第一温度传感元件测量获得的尿素溶液温度，Qi表示尿素溶液的尿素浓度γs由阻抗计算获得。
第三方面公开了一种用于测量尿素溶液品质的传感器的故障检测方法，包括以下步骤：
步骤1，信号处理单元接收品质传感元件发送的感测信号，判断超声波传感元件和阻抗传感元件是否可用；
步骤2，若超声波传感元件和阻抗传感元件均可用，使用超声波和阻抗分别计算尿素溶液的尿素浓度，根据两者之间的差值判断传感器是否发生IR故障。
进一步地，步骤1包括：
记感测信号中的超声波信号的高度值为S_amp，将超声波信号的高度值S_amp与第一阈值Thd_samp进行比较，如果S_amp不高于Thd_samp，则超声波传感元件不可用；
如果S_amp值高于Thd_samp，则超声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
将超声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，则超声波传感元件不可用；如果T_sft高于Thd_Tsft，则超声波传感元件可用；
阻抗传感元件可用性的判断条件包括对阻抗感测信号是否超出其最大或最小边界量测值的检测：如果阻抗感测信号大于最大边界量测值，或小于最小边界量测值，则阻抗传感器元件不可用，否则为可用。
进一步地，步骤2包括：记使用超声波计算尿素溶液的尿素浓度为QU_conc，使用阻抗计算尿素溶液的尿素浓度为QI_conc，计算两者之间的差值DEF_Diff：
DEF_Diff＝abs(QI_conc-QU_conc)
abs()是绝对值的计算，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。
有益效果：
本申请提供一种能够检测杂质离子并准确测量尿素浓度的传感器，所述传感器对尿素溶液的状态不敏感，包括对尿素溶液中的气泡不敏感，以避免所述传感器在气泡的作用下失效。所述传感器计紧凑且成本低廉。
为避免因为传感器问题触发尿素浓度的误报警，本申请提供的传感器的故障检测方法除了能够检查出导致读数值超出有效范围的所谓OOR(Out-Of-Range，范围外)问题外，还能够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，范围内)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地具体说明，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的传感器的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质的传感器中品质传感元件的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质的传感器中品质传感元件的又一结构示意图。
图4为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质的方法中分别使用超声波传感元件和阻抗传感元件获得的超声波传播时间测量值和阻抗测量值随尿素溶液中杂质离子浓度的变化曲线。
图5为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质的方法中超声波传感元件收到的第一激励信号和产生的超声波信号的信号图。
图6为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质的传感器中信号处理单元的结构示意图。
图7为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质的方法中计算尿素溶液的尿素浓度的流程示意图。
图8为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液品质的传感器的故障检测方法的流程示意图。
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，Diesel Exhaust Fluid)时使用所述传感器进行尿素溶液品质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的传感器，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产生的激励信号，产生感测信号，并向信号处理单元120发送感测信号；
所述信号处理单元120，用于产生激励信号并发送至品质传感元件100，接收品质传感元件100发送的感测信号，根据感测信号计算尿素溶液品质感测值，所述尿素溶液品质感测值包括尿素溶液中的尿素浓度和杂质离子浓度。
如图1所示，具体实施时，所述用于测量尿素溶液品质的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，所述品质传感元件100包括阻抗传感元件和超声波传感元件，所述阻抗传感元件包括第一电极130和第二电极125，所述第一电极130和第二电极125之间的尿素溶液与超声波传感元件中的尿素溶液连通，第二电极125的一端通过第二信号线123电气连接至信号处理单元120；第一电极130的一端通过第一信号线128电气连接至信号处理单元120；所述超声波传感元件通过第五信号线115电气连接至信号处理单元120，用于根据信号处理单元120发送的激励信号产生超声波，发射和接收超声波，并将接收到的超声波信号发送至信号处理单元120。
在一种可选的实现方式中，如图2所示，第一电极130和第二电极125的阻抗随温度变化，具体的，第一电极130和第二电极125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。
所述第二电极125包括水平部分和垂直部分，水平部分远离垂直部分的一端通过第二信号线123电气连接至信号处理单元120；第一电极130与第二电极125无接触，且第一电极130与第二电极125的水平部分之间存在尿素溶液，第一电极130远离第二电极125垂直部分的一端通过第一信号线128电气连接至信号处理单元120。
可选的，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包括超声波发射器和接收器，所述发射器和接收器平行，两者之间存在尿素溶液，该尿素溶液和第一电极130与第二电极125的水平部分之间的尿素溶液连通，发射器和接收器均电气连接至信号处理单元120。示例性的，所述第二电极125的水平部分远离垂直部分的一端上方设置有安装面110，超声波发射器紧贴安装面110设置，接收器紧贴第二电极125的垂直部分设置。
可选的，所述超声波传感元件包括超声波收发单元112和反射器122，所述超声波收发单元112与反射器122平行，两者之间存在尿素溶液，该尿素溶液和第一电极130与第二电极125的水平部分之间的尿素溶液连通；示例性的，超声波收发单元112可位于第二电极125的水平部分远离垂直部分的一端上方，反射器122紧贴第二电极125的垂直部分；或者，示例性的，直接使用第二电极125的垂直部分作为反射器122；所述超声波收发单元112用于发射超声波和接收反射器122反射的超声回波信号，可选的，超声波收发单元112包括超声波换能器和接收器(TR，Transducer and Receiver)；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。
在另一些实施方式中，第二电极125也可以设计为其他形状，如和第一电极130形状相同，且和第一电极130平行放置，当超声波传感元件仅包括超声波收发单元112，所述超声波收发单元112包括超声波发射器和接收器时，可以将超声波发射器紧贴第一电极130或第二电极125任一电极内侧设置，则接收器紧贴另一个电极内侧设置，所述内侧指第一电极130和第二电极125平行相对的部分；当超声波传感元件包括超声波收发单元112和反射器122时，可以将超声波收发单元112紧贴第一电极130或第二电极125任一电极内侧设置，则反射器122紧贴另一个电极内侧设置，示例性的，还可以直接将另一个电极内侧作为反射器122。
上述这些实施方式中，第二电极125设计为L形，或者第二电极125和第一电极130平行，阻抗传感元件均能够被超声波传感元件共用，使得品质传感元件100的设计紧凑且成本低廉。
在又一些实施方式中，不考虑阻抗传感元件和超声波传感元件共用，只要确保第一电极130和第二电极125之间的尿素溶液和超声波传感元件中的尿素溶液连通，阻抗传感元件和超声波传感元件的位置关系可以不做其他限定。
在另一种可选的实现方式中，如图3所示，第一电极130的阻抗不随温度变化，阻抗传感元件和超声波传感元件的结构以及连接关系和上述一种可选的实现方式类似，所述阻抗传感元件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125之间的尿素溶液温度，通过第八信号线127与信号处理单元120电气连接。示例性的，第一温度传感元件135可以紧邻第一电极130放置。
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(CPU，Central Processing Unit)、超声信号处理子单元240(USPSU，Ultrasonic SignalProcessing Sub Unit)和阻抗信号处理子单元250(ISPSU，Impedance Signal ProcessingSub Unit)，
所述中央处理单元230，包括MCU231(微控制器单元，Microcontroller unit)和内存232，用于向超声信号处理子单元240和阻抗信号处理子单元250发送命令，接收经过超声信号处理子单元240和阻抗信号处理子单元250处理后的感测信号，根据感测信号计算尿素溶液品质感测值；
所述超声信号处理子单元240，和超声波传感元件通过第五信号线115电气连接，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信号，处理后发送至中央处理单元230；
超声信号处理子单元240包括第一波形生成模块242(WGM，Waveform GenerationModule)、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)，中央处理单元230生成第一命令，发送到第一波形生成模块242；第一波形生成模块242根据这些命令，生成脉冲信号，发送至脉冲发生器模块244；脉冲发生器模块244根据所述脉冲信号生成第一激励信号，通过第五信号线115发送至超声波收发单元112；
超声波收发单元112根据所述第一激励信号生成超声波，并将所述超声波信号发送至第一放大器245；
第一放大器245放大所述超声波信号，将放大后的超声波信号发送至整流器243；整流器243去掉负电压信号后发送至包络检测模块241；包络检测模块241将高频“载波”信号滤除，将脉冲包络信号发送中央处理单元230。
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125的一端通过第二信号线123电气连接，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125，接收第一电极130发送的阻抗感测信号，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(SPM，SignalProcessing Module)，中央处理单元230生成第二命令，发送至第二波形生成模块251；第二波形生成模块251根据所述第二命令，生成设定频率或频率段的激励信号(正弦单频激励信号或扫频激励信号)，发送至驱动器253；驱动器253生成功率激励信号，发送至多路开关255；多路开关255根据MCU发出的设定指令选择将功率激励信号通过第一信号线128发送至第一电极130，或通过第二信号线123发送至第二电极125；
第一电极130通过第一信号线128向第二放大器254发送阻抗感测信号；第二放大器254放大所述阻抗感测信号，将放大后的阻抗感测信号发送至信号处理模块252；信号处理模块252对放大后的阻抗感测信号进行处理，将处理后的信号发送至中央处理单元230。
在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(RMM，Resistance Measurement Module)，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，所述第一温度传感元件135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。
本申请第二实施例公开一种用于测量尿素溶液品质的方法，包括以下步骤：
步骤1，信号处理单元120向品质传感元件100发送激励信号，所述激励信号包括发送至超声波传感元件的第一激励信号，以及发送至第一电极130和第二电极125的第二激励信号；
步骤2，品质传感元件100接收信号处理单元120产生的激励信号，产生感测信号，并向信号处理单元120发送感测信号；所述感测信号包括超声波信号和阻抗感测信号；
步骤3，信号处理单元120接收品质传感元件100发送的感测信号，根据感测信号计算尿素溶液品质感测值，所述计算尿素溶液品质感测值包括计算尿素溶液中的尿素浓度和计算尿素溶液中的杂质离子浓度。
在一种可选的实现方式中，步骤2包括：超声波收发单元112中的超声波发射器接收所述第一激励信号，生成超声波，并发送至接收器；接收器将接收到的超声波信号发送至信号处理单元120；第一电极130向信号处理单元120发送阻抗感测信号。
在另一种可选的实现方式中，步骤2包括：超声波收发单元112接收所述第一激励信号，生成超声波；所述超声波穿过超声波收发单元112和第二电极125的垂直部分之间的尿素溶液，在第二电极125的垂直部分处反射，生成超声回波信号，再回传至超声波收发单元112；超声波收发单元112将所述超声回波信号发送至信号处理单元120；步骤2中所述感测信号包括超声波信号和阻抗感测信号中的所述超声波信号即所述的超声回波信号。第一电极130向信号处理单元120发送阻抗感测信号。
本实施例中，步骤3中计算尿素溶液的尿素浓度包括：
步骤3.1，判断超声波传感元件是否可用；
步骤3.2，当超声波传感元件可用，使用超声波信号计算获得尿素溶液的尿素浓度；
步骤3.3，当超声波传感元件不可用，使用阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度。
如图5和图7所示，第一激励信号181和感测信号中的超声波信号182，步骤3.1包括：记感测信号中的超声波信号的高度值为S_amp，将超声波信号的高度值S_amp与第一阈值Thd_samp进行比较，如果S_amp不高于Thd_samp，则超声波传感元件不可用，使用状态标志Stat_QU＝1表示；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，则超声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，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。
将超声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，则超声波传感元件不可用，使用状态标志Stat_QU＝1表示；如果T_sft高于Thd_Tsft，则超声波传感元件可用，使用状态标志Stat_QU＝0表示。其中第二阈值Thd_Tsft可设置为一个或几个载波脉冲的宽度。
步骤3.2中使用超声波信号计算获得尿素溶液的尿素浓度包括：
记超声波在尿素溶液中的传播时间为Tr，超声波传播距离为Ds，传播时间Tr由信号处理单元120根据发送的第一激励信号和接收的超声波信号计算获得，
在一种可选的实现方式中，超声波传播距离Ds为超声波收发单元112中的超声波发射器和接收器之间的距离，传播时间Tr为超声波发射器获得的第一激励信号与接收器接收到的超声波信号之间的时间间隔计算得到。
在另一种可选的实现方式中，超声波传播距离Ds为超声波收发单元112和反射器122之间距离的两倍，传播时间Tr为超声波收发单元112获得的第一激励信号与接收到的通过超声波反射器产生的超声回波信号之间的时间间隔计算得到。
传播时间Tr值与超声波传播速度Cs的关系满足以下公式：
Cs＝Ds/Tr (1)
超声波在尿素溶液中传播时，声速Cs由该尿素溶液的体积模量K和密度ρ决定：
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Ds为固定值，超声波传播速度Cs是超声波传播时间Tr的函数，因此，尿素溶液的尿素浓度γs由超声波传播时间Tr和尿素溶液温度Ts计算获得。
步骤3.3中使用阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度包括：
记第一电极130和第二电极125之间的阻抗为Zs，阻抗Zs由信号处理单元120根据所述阻抗感测信号计算获得，也是尿素溶液温度Ts和尿素溶液的尿素浓度γs的函数：
Zs＝f(Ts,γs) (3)
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。
在一种可选的实现方式中，第一电极130的阻抗随温度变化，步骤3.2中使用超声波信号计算获得尿素溶液的尿素浓度时，尿素溶液温度Ts是第一电极130的电阻Re的函数，第一电极130的电阻Re由信号处理单元120测量获得，通过二维查表获得尿素溶液的尿素浓度γs：
γs＝Qu＝Tbl(Re,Tr)
其中，Qu表示尿素溶液的尿素浓度γs由超声波计算获得。
步骤3.3中使用阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度时，尿素溶液温度Ts是第一电极130的电阻Re的函数，第一电极130的电阻Re由信号处理单元120测量获得；阻抗Zs是第一电极130的电阻Re和尿素溶液的尿素浓度γs的函数：
Zs＝g(Re,γs) (4)
通过二维查表获得尿素溶液的尿素浓度γs：
γs＝Qi＝Tbl(Re,Zs)
其中，Qi表示尿素溶液的尿素浓度γs由阻抗计算获得。
在另一种可选的实现方式中，第一电极130的阻抗不随温度变化，阻抗传感元件还包括第一温度传感元件135，步骤3.2中使用超声波信号计算获得尿素溶液的尿素浓度时，尿素溶液温度Ts通过第一温度传感元件135测量获得，通过二维查表获得尿素溶液的尿素浓度γs：
γs＝Qu＝Tbl(T135,Tr)
其中，T135表示由第一温度传感元件135测量获得的尿素溶液温度，由信号处理单元120通过获得第一温度传感元件135的电阻计算获得；Qu表示尿素溶液的尿素浓度γs由超声波计算获得。
步骤3.3中使用阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度时，通过二维查表获得尿素溶液的尿素浓度γs：
γs＝Qi＝Tbl(T135,Zs)
其中，T135表示由第一温度传感元件135测量获得的尿素溶液温度，Qi表示尿素溶液的尿素浓度γs由阻抗计算获得。
本实施例中，步骤3中计算尿素溶液中杂质离子浓度时，超声波传感元件可用，使用阻抗感测信号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125之间的阻抗为Zs，阻抗Zs由信号处理单元120根据所述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) (5)
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125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125之间的阻抗；通过查表获得杂质离子浓度γi：
γi＝Tbl(dZs)。
由图4所示，第一曲线270是加入氯化钙(CaCl2)杂质后尿素溶液中测得的阻抗值Zs的变化，第二曲线271是从超声波传感元件获得的超声波传播时间Tr的变化，如第一曲线270和第二曲线271所示，与超声波信号相比，阻抗感测信号对尿素溶液中的离子杂质浓度更加敏感。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。在尾气处理***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。这也是为什么标准ISO22241将杂质离子限制在非常低的水平。事实上，不合规尿素溶液存在两类问题，一类是尿素浓度错误，这可能会导致排放不达标，另一类是会损坏SCR的杂质离子问题。OBD(On-Board Diagnostics，车载诊断***)标准只要求检测第一类问题，即导致排放问题的错误尿素浓度，但如果尿素溶液的浓度在允许范围内，OBD并不要求检测杂质离子浓度。
由于杂质离子对SCR的影响是一种长期效应，即杂质离子的累积而不是当前浓度导致SCR劣化，因此缺乏对离子杂质的直接检测(检测杂质离子所造成的排放后果而不是杂质离子本身)会导致当检测到杂质离子的影响时，SCR已经不可逆地失能了，SCR***制造商会面临严重的保修问题。含有杂质离子的尿素溶液并不罕见，因为在制造尿素溶液时，净化是一个成本高昂的步骤，而运输和储存溶液以满足标准ISO22241规定的要求需要额外成本，一些变通做法，比如使用纯度较低的溶剂(比如自来水)以及不合标操作(比如使用被污染的容器)等则可显著降低成本，但会引入大量杂质离子。为了降低质量索赔，直接检测杂质离子浓度是必要的。
在本发明中，如图2和图3所示，品质传感单元既检测尿素溶液的尿素浓度，也同时检测杂质离子浓度：从超声波传感元件获得的超声波信号用于检测尿素溶液的尿素浓度以避免尿素浓度低导致排放问题，同时用第一电极130和第二电极125产生的阻抗感测信号进一步检测尿素溶液中的杂质离子浓度。由于目前OBD并不要求检测杂质离子浓度，测量得到的杂质离子浓度可记录在信号处理单元120中，以作为以后的索赔依据。
本申请第三实施例公开一种用于测量尿素溶液品质的传感器的故障检测方法，包括以下步骤：
步骤1，信号处理单元120接收品质传感元件100发送的感测信号，判断超声波传感元件和阻抗传感元件是否可用；
如图5和图7所示，步骤1包括：
记感测信号中的超声波信号的高度值为S_amp，将超声波信号的高度值S_amp与第一阈值Thd_samp进行比较，如果S_amp不高于Thd_samp，则超声波传感元件不可用，使用状态标志Stat_QU＝1表示，表示使用超声波计算尿素溶液的尿素浓度QU_conc不可用；
如果S_amp值高于Thd_samp，则超声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
将超声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，则超声波传感元件不可用，使用状态标志Stat_QU＝1表示；如果T_sft高于Thd_Tsft，则超声波传感元件可用，使用状态标志Stat_QU＝0表示，这表示使用超声波计算尿素溶液的尿素浓度QU_conc值可用，然后DEF报告值DEF_conc值置为QU_conc，DEF感应标志DEF_flag设置为0，这表示DEF浓度值是超声波感测值，例程结束；
阻抗传感元件可用性的判断条件包括对阻抗感测信号是否超出其最大或最小边界量测值的检测：如果阻抗感测信号大于最大边界量测值(比如断路时测得的信号值)，或小于最小边界量测值(比如短路时测得的信号值)，则阻抗传感器元件不可用，使用状态标志Stat_QI＝1，否则为可用，使用状态标志Stat_QI＝0表示。状态标志Stat_QI＝0时，表示使用阻抗计算尿素溶液的尿素浓度QI_conc可用，则DEF报告值DEF_conc设置为使用阻抗计算尿素溶液的尿素浓度QI_conc，同时DEF感应标志DEF_flag设置为1，这表示DEF浓度感应值是阻抗感测值，例程结束；状态标志Stat_QI＝1时，DEF感应标志DEF_flag设置为2，这表示所有DEF浓度感测值都不可用，例程结束。
步骤2，若超声波传感元件和阻抗传感元件均可用，使用超声波和阻抗分别计算尿素溶液的尿素浓度，根据两者之间的差值判断传感器是否发生IR故障。
步骤2包括：记使用超声波计算尿素溶液的尿素浓度为QU_conc，使用阻抗计算尿素溶液的尿素浓度为QI_conc，计算两者之间的差值DEF_Diff：
DEF_Diff＝abs(QI_conc-QU_conc)
abs()是绝对值的计算，如图8所示，如果DEF_Diff值高于第三阈值Thd_Ddiff，则判定传感器IR故障报警，使用故障标志Fault_QR＝1表示，否则判定传感器未发生IR故障，使用故障标志Fault_QR＝0表示。
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的方法和一种用于测量尿素溶液品质的传感器的故障检测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 (18)
1.一种用于测量尿素溶液品质的传感器，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)产生的激励信号，产生感测信号，并向信号处理单元(120)发送感测信号；
所述信号处理单元(120)，用于产生激励信号并发送至品质传感元件(100)，接收品质传感元件(100)发送的感测信号，根据感测信号计算尿素溶液品质感测值，所述尿素溶液品质感测值包括尿素溶液中的尿素浓度和杂质离子浓度。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量尿素溶液品质的传感器，其特征在于，所述品质传感元件(100)包括阻抗传感元件和超声波传感元件，所述阻抗传感元件包括第一电极(130)和第二电极(125)，所述第一电极(130)和第二电极(125)之间的尿素溶液与超声波传感元件中的尿素溶液连通，第二电极(125)的一端通过第二信号线(123)电气连接至信号处理单元(120)；第一电极(130)的一端通过第一信号线(128)电气连接至信号处理单元(120)；所述超声波传感元件通过第五信号线(115)电气连接至信号处理单元(120)，用于根据信号处理单元(120)发送的激励信号产生超声波，发射和接收超声波，并将接收到的超声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)、超声信号处理子单元(240)和阻抗信号处理子单元(250)，
所述中央处理单元(230)，用于向超声信号处理子单元(240)和阻抗信号处理子单元(250)发送命令，接收经过超声信号处理子单元(240)和阻抗信号处理子单元(250)处理后的感测信号，根据感测信号计算尿素溶液品质感测值；
所述超声信号处理子单元(240)，和超声波传感元件通过第五信号线(115)电气连接，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)，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(125)的一端通过第二信号线(123)电气连接，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(125)，接收第一电极(130)发送的阻抗感测信号，处理后发送至中央处理单元(230)。
4.根据权利要求3所述的一种用于测量尿素溶液品质的传感器，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)。
5.根据权利要求3所述的一种用于测量尿素溶液品质的传感器，其特征在于，所述信号处理单元(120)还包括电阻测量模块(260)，所述阻抗传感元件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(125)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)。
6.一种用于测量尿素溶液品质的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，信号处理单元(120)向品质传感元件(100)发送激励信号，所述激励信号包括发送至超声波传感元件的第一激励信号，以及发送至第一电极(130)和第二电极(125)的第二激励信号；
步骤2，品质传感元件(100)接收信号处理单元(120)产生的激励信号，产生感测信号，并向信号处理单元(120)发送感测信号；所述感测信号包括超声波信号和阻抗感测信号；
步骤3，信号处理单元(120)接收品质传感元件(100)发送的感测信号，根据感测信号计算尿素溶液品质感测值，所述计算尿素溶液品质感测值包括计算尿素溶液中的尿素浓度和计算尿素溶液中的杂质离子浓度。
7.根据权利要求6所述的一种用于测量尿素溶液品质的方法，其特征在于，步骤3中计算尿素溶液的尿素浓度包括：
步骤3.1，判断超声波传感元件是否可用；
步骤3.2，当超声波传感元件可用，使用超声波信号计算获得尿素溶液的尿素浓度；
步骤3.3，当超声波传感元件不可用，使用阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度。
8.根据权利要求7所述的一种用于测量尿素溶液品质的方法，其特征在于，步骤3.1包括：记感测信号中的超声波信号的高度值为S_amp，将超声波信号的高度值S_amp与第一阈值Thd_samp进行比较，如果S_amp不高于Thd_samp，则超声波传感元件不可用；
如果S_amp值高于Thd_samp，则超声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
将超声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，则超声波传感元件不可用；如果T_sft高于Thd_Tsft，则超声波传感元件可用。
9.根据权利要求7所述的一种用于测量尿素溶液品质的方法，其特征在于，步骤3.2中使用超声波信号计算获得尿素溶液的尿素浓度包括：
记超声波在尿素溶液中的传播时间为Tr，超声波传播距离为Ds，传播时间Tr由信号处理单元(120)根据发送的第一激励信号和接收的超声波信号计算获得，传播时间Tr值与超声波传播速度Cs的关系满足以下公式：
Cs＝Ds/Tr (1)
超声波在尿素溶液中传播时，声速Cs由该尿素溶液的体积模量K和密度ρ决定：
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Ds为固定值，超声波传播速度Cs是超声波传播时间Tr的函数，因此，尿素溶液的尿素浓度γs由超声波传播时间Tr和尿素溶液温度Ts计算获得。
10.根据权利要求7所述的一种用于测量尿素溶液品质的方法，其特征在于，步骤3.3中使用阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度包括：
记第一电极(130)和第二电极(125)之间的阻抗为Zs，阻抗Zs由信号处理单元(120)根据所述阻抗感测信号计算获得，也是尿素溶液温度Ts和尿素溶液的尿素浓度γs的函数：
Zs＝f(Ts,γs) (3)
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。
11.根据权利要求9所述的一种用于测量尿素溶液品质的方法，其特征在于，步骤3中计算尿素溶液中杂质离子浓度时，超声波传感元件可用，使用阻抗感测信号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(125)之间的阻抗为Zs，阻抗Zs由信号处理单元(120)根据所述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) (5)
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(125)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(125)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9所述的一种用于测量尿素溶液品质的方法，其特征在于，步骤3.2中使用超声波信号计算获得尿素溶液的尿素浓度时，尿素溶液温度Ts是第一电极(130)的电阻Re的函数，第一电极(130)的电阻Re由信号处理单元(120)测量获得，通过二维查表获得尿素溶液的尿素浓度γs：
γs＝Qu＝Tbl(Re,Tr)
其中，Qu表示尿素溶液的尿素浓度γs由超声波计算获得。
13.根据权利要求9所述的一种用于测量尿素溶液品质的方法，其特征在于，步骤3.2中使用超声波信号计算获得尿素溶液的尿素浓度时，尿素溶液温度Ts通过第一温度传感元件(135)测量获得，通过二维查表获得尿素溶液的尿素浓度γs：
γs＝Qu＝Tbl(T135,Tr)
其中，T135表示由第一温度传感元件(135)测量获得的尿素溶液温度，Qu表示尿素溶液的尿素浓度γs由超声波计算获得。
14.根据权利要求10所述的一种用于测量尿素溶液品质的方法，其特征在于，步骤3.3中使用阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度时，尿素溶液温度Ts是第一电极(130)的电阻Re的函数，第一电极(130)的电阻Re由信号处理单元(120)测量获得；阻抗Zs是第一电极(130)的电阻Re和尿素溶液的尿素浓度γs的函数：
Zs＝g(Re,γs) (4)
通过二维查表获得尿素溶液的尿素浓度γs：
γs＝Qi＝Tbl(Re,Zs)
其中，Qi表示尿素溶液的尿素浓度γs由阻抗计算获得。
15.根据权利要求10所述的一种用于测量尿素溶液品质的方法，其特征在于，步骤3.3中使用阻抗感测信号计算获得尿素溶液的尿素浓度时，尿素溶液温度Ts通过第一温度传感元件(135)测量获得，通过二维查表获得尿素溶液的尿素浓度γs：
γs＝Qi＝Tbl(T135,Zs)
其中，T135表示由第一温度传感元件(135)测量获得的尿素溶液温度，Qi表示尿素溶液的尿素浓度γs由阻抗计算获得。
16.一种用于测量尿素溶液品质的传感器的故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，信号处理单元(120)接收品质传感元件(100)发送的感测信号，判断超声波传感元件和阻抗传感元件是否可用；
步骤2，若超声波传感元件和阻抗传感元件均可用，使用超声波和阻抗分别计算尿素溶液的尿素浓度，根据两者之间的差值判断传感器是否发生IR故障。
17.根据权利要求16所述的一种用于测量尿素溶液品质的传感器的故障检测方法，其特征在于，步骤1包括：
记感测信号中的超声波信号的高度值为S_amp，将超声波信号的高度值S_amp与第一阈值Thd_samp进行比较，如果S_amp不高于Thd_samp，则超声波传感元件不可用；
如果S_amp值高于Thd_samp，则超声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
将超声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，则超声波传感元件不可用；如果T_sft高于Thd_Tsft，则超声波传感元件可用；
阻抗传感元件可用性的判断条件包括对阻抗感测信号是否超出其最大或最小边界量测值的检测：如果阻抗感测信号大于最大边界量测值，或小于最小边界量测值，则阻抗传感器元件不可用，否则为可用。
18.根据权利要求16所述的一种用于测量尿素溶液品质的传感器的故障检测方法，其特征在于，步骤2包括：记使用超声波计算尿素溶液的尿素浓度为QU_conc，使用阻抗计算尿素溶液的尿素浓度为QI_conc，计算两者之间的差值DEF_Diff：
DEF_Diff＝abs(QI_conc-QU_conc)
abs()是绝对值的计算，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。
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