專利名稱：使用能切換的參考環(huán)回通路用于溫度補償來從柴油機微粒過濾器的射頻傳輸損失確定其負荷的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及補償由該傳感器的環(huán)境溫度改變引起的由傳感器進行的衰減測量中的變化。
背景技術：
在許多傳感器應用中，確定從傳送器傳遞到接收器的信號的衰減是必要的。ー個這樣的應用是使用跨柴油機微粒過濾器(DPF)的射頻(“RF”)信號的DPF傳感器。DPF是設計成當排氣傳遞通過DPF時從柴油機引擎的排氣捕獲并且去除柴油機微粒物質(zhì)(B卩，煙灰)的裝置。DPF可以用于減少排放并且提高內(nèi)燃機和后處理系統(tǒng)的效率。因為當DPF的煙灰負荷超出某ー閾值時必須定期清理DPF，可以采用DPF傳感器來監(jiān)測DPF的煙灰負荷。存在使用不同的技術來監(jiān)測DPF的煙灰負荷的不同類型的DPF傳感器，其包括RF技術。DPF傳感器可以提供涉及DPF的煙灰負荷的量的數(shù)據(jù)給引擎控制模塊(ECM)，其然后可以確定應該何時清理DPF。在使用RF信號的DPF傳感器中，將由位于DPF的一側(cè)上的天線傳送的RF信號的功率與由位于DPF的另ー側(cè)上的天線接收的RF信號的功率比較來測量由DPF引起的信號衰減。DPF傳感器或ECM然后可以使由DPF引起的衰減與DPF的煙灰負荷的量相關。例如，由DPF引起的特定衰減值聯(lián)合其他數(shù)據(jù)(例如，跨DPF的溫度)指示DPF的煙灰負荷的特定量?？梢栽谔囟ㄅ艢鉁囟仍谝幌盗蓄l率上從經(jīng)驗上確定將衰減與特定類型的DPF的煙灰負荷相關的轉(zhuǎn)移函數(shù)。例如，如果監(jiān)測DPF (其具有250°C的入口和出口排氣溫度)的RF信號DPF傳感器對700MHz信號測量了 IOdB衰減值(B卩，跨DPF損失了 10dB)，并且在那些條件下(例如，通過對DPF加權)測量DPF的實際煙灰負荷(I. Og/Ι )，特定排氣溫度(250°C )、衰減值(IOdB)和頻率(700MHz )的組合與該測量的煙灰負荷(I. Og/Ι)相關。保持排氣溫度恒定，該過程可以在一系列煙灰負荷以及一系列頻率上重復來在該特定溫度使每個衰減值與測量的煙灰負荷相關。則，該相同的過程可以在若干不同的排氣溫度重復(即，在不同煙灰負荷測量不同頻率的DPF的實際煙灰負荷)。典型地，對于RF信號DPF傳感器的該相關過程將在傳感器及其關聯(lián)的電子器件的環(huán)境溫度處于近似室溫(25°C)的環(huán)境中發(fā)生。然而，因為在該領域中，RF信號DPF傳感器可以暴露于廣泛的環(huán)境溫度(例如，_40°C至85°C)，其性能(例如，檢測器的靈敏度、傳送器的輸出功率)將在這些不同的環(huán)境溫度變化。例如，當處于25°C的環(huán)境溫度時，監(jiān)測具有250°C排氣溫度的DPF的RF信號DPF傳感器對于I. Og/Ι的煙灰負荷、對于700MHz的信號測量了IOdB的衰減值，在相同的準確過濾條件(排氣溫度、過濾煙灰負荷和RF信號頻率)下(但其中傳感器處于不同的環(huán)境溫度)，傳感器將測量不同的衰減值，這然后將導致基于在25°C的環(huán)境溫度進行的相關過程的與煙灰負荷的不準確相關。對該問題的ー個技術方案是在廣泛的可能環(huán)境溫度上的各個溫度進行在25V的環(huán)境溫度所進行的相同的相關過程。然而，這樣的努力將導致需要相關的每個傳感器的時間、資源和金錢的明顯耗費。因此，期望能夠補償由進行衰減測量的傳感器中的變化(該傳感器中的變化由環(huán)境溫度改變引起)所產(chǎn)生的衰減測量變化而不需要在除25°C以外的溫度的額外測量。

發(fā)明內(nèi)容
公開了用于確定由DPF在未知的或與用于DPF傳感器校準的溫度不同的環(huán)境溫度引起的RF信號的衰減的方法和設備。該方法和設備恰好在確定DPF衰減之前通過斷開天線以及確定環(huán)回通路的衰減來確定傳感器衰減。該傳感器衰減然后可以從包括由環(huán)回通路、電纜和DPF引起的衰減的對于正常通路確定的衰減中扣掉。該方法補償由傳感器的環(huán)境溫度改變弓I起的傳感器衰減的變化。通過確定額外因素來考慮由環(huán)境溫度改變弓I起的變化而實現(xiàn)進ー步的溫度補償。


因此提供了這樣的方式，采用該方式可以詳細理解本發(fā)明的上述特征，可通過參考某些實施例(其中一些在附圖中說明)來提供上文簡要描述的本發(fā)明的更特定說明。然而，要注意，附圖只圖示本發(fā)明的典型實施例并且因此不被視為對本發(fā)明范圍的限制，因為本發(fā)明的范圍可承認其他同等有效的實施例。圖不必按比例繪制，重點一般放在圖示本發(fā)明的某些實施例的原理上。從而，為了進ー步理解本發(fā)明的本質(zhì)和目的，可以參考連同圖閱讀的下列詳細描述，其中
圖I圖示本發(fā)明的一個示范性實施例中的DPF系統(tǒng)的框圖。圖2是幅度系數(shù)vs.初始確定的由DPF在特定頻率引起的衰減(dB)的標繪圖。
具體實施例方式圖I圖示本發(fā)明的一個示范性實施例中的DPF系統(tǒng)10的框圖。該DPF系統(tǒng)10可以包括DPF罐112，其包含用于監(jiān)測DPF的DPF 118和DPF傳感器100，其中DPF罐112和DPF傳感器100兩者都使用RF技術將數(shù)據(jù)傳送給ECM 124以確定DPF 118的煙灰負荷。盡管本發(fā)明的該示范性實施例牽涉確定RF信號140的衰減來監(jiān)測DPF 118的煙灰負荷的DPF系統(tǒng)10，本領域內(nèi)普通技術人員將理解本發(fā)明可以在確定信號衰減的多種其他應用(其包括不同的DPF系統(tǒng)10配置)中使用。DPF罐112具有入口側(cè)114和出口側(cè)116，排氣在傳遞通過DPF 118之前傳遞通過該入口側(cè)114并且排氣在傳遞通過DPF 118之后傳遞通過該出口側(cè)116。DPF 118可以由選擇成與由柴油機引擎產(chǎn)生的柴油機排氣和柴油機排氣微粒相容的材料構成。DPF罐112還可以包括用于測量入口側(cè)114溫度的入口溫度傳感器120和用于測量出口側(cè)116溫度的出ロ溫度傳感器122。入口側(cè)114和出ロ側(cè)116的溫度可以被傳送到ECM 124。為了使用RF技術確定DPF 118的煙灰負荷，傳送天線102可以安置在DPF 118的入口側(cè)114上并且接收天線104安置在DPF 118的出口側(cè)116上。DPF系統(tǒng)10可以被配置使得由傳送天線102傳送的RF信號140在由接收天線104接收之前被傳送通過DPF 118中的煙灰并且由煙灰衰減。RF信號140可以在由DPF 118中的煙灰衰減的ー個或多個頻率(例如，700MHz至大約900MHz的范圍)傳送。在這些頻率中的每個頻率的測量的RF信號140跨DPF 118的衰減連同排氣溫度然后可以用于確定DPF 118的煙灰負荷的量(例如，衰減越大，煙灰負荷越大)。DPF傳感器100可以包括傳送器108，其在一個或多個頻率(例如，700MHz至大約900MHz的范圍)生成被傳導到傳送天線102的RF信號140。為了確定由DPF 118引起的RF信號140的衰減，DPF傳感器100可以包括定向耦合器111和傳送檢測器109，其用于測量RF信號140在傳遞通過DPF 118之前的功率(dBm)，以及接收器檢測器110，其用于測量RF信號140在傳遞通過DPF 118之后的功率(dBm)。檢測器109、110可以是例如可以檢測RF信號140的功率水平(dBm)并且提供對應的輸出電壓水平(伏DC)的RF對數(shù)檢測器。這樣 的RF功率檢測器的不例是來自Analog Devices的AD8312和來自Linear Technology的LT5537。檢測器109、110可以向DPF傳感器控制器106提供這些功率測量，該DPF傳感器控制器106可以經(jīng)由接ロ電纜123將功率測量或相關數(shù)據(jù)(例如，由DPF 118引起的衰減)傳送到例如計算機、膝上型電腦和/或ECM 124。在圖I中圖示的實施例中，傳送檢測器109位于傳送器108附近并且在RF信號140傳遞通過包括傳送開關130的DPF傳感器100的內(nèi)部部件(例如，電子器件、電路等)和傳送電纜101并且由其衰減(在到達傳送天線102之前)之前測量其在特定頻率的功率。相似地，接收檢測器110測量由接收天線104接收的RF信號140在該RF信號140傳遞通過接收電纜103和DPF傳感器100的內(nèi)部部件(包括接收開關131)并且由其衰減之后的功率。因為由傳送檢測器109和接收檢測器110測量的特定頻率的RF信號140的功率之間的功率(dB)差包括由DPF 118引起的衰減以及由傳送電纜101、接收電纜103和DPF傳感器100的內(nèi)部部件(例如，傳送開關130和接收開關131)引起的衰減，為了確定僅由DPF118引起的衰減，確定由其他衰減源(即，電纜101、103、DPF傳感器100部件等)引起的衰減的量并且將其從由檢測器109、110測量的總衰減中扣除(如在示范性方程I中示出的)，這是必要的
) =I 為 Λ' (O —為.(/卜為び(/ )(O
其中，
i = RF信號140的頻率；
AlfPrdt =在頻率 由DPF 118引起的衰減(dB)；
JyWO=采用正常模式(在下文描述)在頻率I·由檢測器109、110測量的總衰減(dB)；
.も//.』=采用校準模式(在下文描述)在頻由電纜101、103引起的衰減(dB)；
Λ Μ =采用環(huán)回模式(在下文描述)在頻率i由DPF傳感器100的內(nèi)部部件引起的衰減(dB)。從方程I可以看到，為了使用DPF傳感器100確定由DPF 118引起的在特定頻率的RF信號140的衰減，可以校準傳感器100以確定在一系列頻率上的實際傳感器衰減し4 )和實際電纜裳減(為f(/)。再次參照圖1，為了在室溫(25°C)校準DPF傳感器100來確定由DPF傳感器100的內(nèi)部部件引起的衰減，傳送開關130和接收開關131可以設置到位置“B”以使DPF傳感器100處于環(huán)回模式。在環(huán)回模式中，電纜101、103和天線102、104從DPF傳感器100斷開，從而在RF傳送器108和接收檢測器110之間形成環(huán)回通路(其只包括DPF傳感器100的內(nèi)部部件)。在一個實施例中，該環(huán)回通路還可以包括與頻率無關的環(huán)回模式衰減器132(例如，IOdB電阻衰減器)(/!. . = IOdBX一旦采用環(huán)回模式配置，傳送器108可以采用IMHz步階以總共201個步階/掃描掃過從700MHz至900MHz的頻率范圍。對于那些步階中的每個(/ = 700MHz、701MHz··
900MHz )，傳送功率(dBm) (.PuP(if)可以由傳送檢測器109測量，而接收功率(dBm) (P削(i))可以由接收檢測器110測量。為了簡化該示范性實施例的說明的目的，假設不存在來自失配負載或傳送天線102的反射功率，并且因此由傳送檢測器109測量的功率(/V/i)是由傳送器108產(chǎn)生的功率。為了考慮任何反射功率，可以在DPF傳感器100中使用額外的檢測器(未示出)以通過從由傳送檢測器109測量的功率CPWV；!)中扣除反射功率而確定實際傳送到傳送天線102的功率。對于頻率(I)中的每個的傳送功率(Pr m) (dBm)和接收功率(PwWわ)(dBm)的測量功率然后可以提供給DPF傳感器控制器106，其然后可以使用示范性方程2確定在那些頻率中的每個的對應的環(huán)回模式傳感器衰減Uso沿)
為/..# (O = PriM (J) - PUH (i ) - η( 2 )
其中，
i = RF信號140的頻率；
.4,ν.Α· /=采用環(huán)回模式在頻率I由DPF傳感器100的內(nèi)部部件引起的衰減(dB)； Ρη,Β( )=采用環(huán)回模式在頻率I由傳送檢測器109測量的傳送功率(dBm)；
/ /イO =采用環(huán)回模式在頻率i由接收檢測器Iio測量的接收功率(dBm) (.PM)； 成#.5 =環(huán)回模式衰減器132的衰減(dB)。例如，對于用DPF傳感器100采用環(huán)回模式在25°C室溫以700MHz的頻率(/ = O)傳送的RF信號140，如果測量的傳送功率(Pmi(O))是I. 6dBm,測量的接收功率(PmjSli)是-13. 2 dBm，并且環(huán)回模式衰減器132具有IOdB的衰減(及,WJI= 10dB)，環(huán)回模式傳感器衰減USUifOf)將是4. 8dB。再次參照圖1，為了在室溫(25°C)校準DPF傳感器100來確定由電纜101、103引起的衰減，傳送開關130和接收開關131可以設置到位置“A”。另外，天線102、104從電纜101、103斷開并且具有與環(huán)回模式衰減器132相同的衰減值的與頻率無關的校準模式衰減器134 (例如，IOdB電阻衰減器)連接在電纜101、103之間。該配置(B卩，開關130、131設置到位置“A”，其中連接校準模式衰減器134)使DPF傳感器100處于校準模式。如可以在圖
I中看到的，假定校準模式衰減器(/Cf = IOdB)與環(huán)回模式衰減器(jIOdB)相同，
正常通路中引入的衰減與環(huán)回通路中的衰減的任何不同將能歸因于電纜101、103。一旦采用校準模式配置，傳送器108可以采用IMHz步階以總共201個步階/掃描掃過從700MHz至900MHz的頻率范圍。對于那些步階中的每個( = 700ΜΗζ、701ΜΗζ···
900MHz )，傳送功率(dBm) (Pn ..φ )可以由傳送檢測器109測量，而接收功率(dBm) (/ iij)
可以由接收檢測器110測量。對于頻率(I)中的每個的這些測量功率然后可以提供給DPF傳感器控制器106，其然后可以使用示范性方程3確定在那些頻率中的每個頻率對應的電
纜裳減Ο (-f/V)
權利要求
1.一種用于使用系統(tǒng)確定由柴油機微粒過濾器DPF引起的射頻RF信號的衰減的方法，所述系統(tǒng)包括RF傳送器，用于生成所述RF信號，所述RF傳送器經(jīng)由傳送電纜連接到安置在所述DPF的第一側(cè)上的傳送天線；傳送檢測器和接收檢測器，用于測量所述RF信號在傳遞通過所述DPF之前以及之后的功率；以及接收天線，其安置在所述DPF的第二側(cè)上，所述接收天線經(jīng)由接收電纜連接到所述接收檢測器， 所述方法包括以下步驟 Ca)使所述傳送電纜和所述傳送天線從所述RF傳送器斷開； (b)使所述接收電纜和所述接收天線從所述接收檢測器斷開； (c)在所述RF傳送器和所述接收檢測器之間形成第一通路，所述第一通路不包括所述傳送電纜、所述傳送天線、所述接收電纜和所述接收天線； Cd)在第一頻率生成所述RF信號； Ce)基于所述RF信號在行進通過所述第一通路之前的功率與所述RF信號在行進通過所述第一路徑之后的功率之間的差來確定在第一環(huán)境溫度、在所述第一頻率由所述第一通路引起的所述RF信號的衰減； Cf)將所述傳送天線經(jīng)由所述傳送電纜連接到所述RF傳送器； (g)將所述接收天線經(jīng)由所述接收電纜連接到所述接收檢測器； (h)在所述RF傳送器和所述接收檢測器之間形成第二通路，所述第二通路不包括所述傳送電纜、所述傳送天線、所述接收電纜和所述接收天線； (i)基于所述RF信號在行進通過所述第二通路之前的功率與所述RF信號在行進通過所述第二路徑之后的功率之間的差來確定在所述第一環(huán)境溫度、在所述第一頻率由所述第ニ通路引起的所述RF信號的衰減； (j)通過從由所述第二通路引起的所述衰減中扣除由所述第一通路中的也存在于所述第二通路中的源引起的衰減以及由所述傳送電纜和所述接收電纜引起的衰減而確定在所述第一環(huán)境溫度、在所述第一頻率由所述DPF引起的所述RF信號的衰減。
2.如權利要求I所述的方法，其進ー步包括在所述第一環(huán)境溫度對于所述RF信號的多個頻率重復步驟(a)至(j)的步驟。
3.如權利要求I所述的方法，其進ー步包括以下步驟 測量在校準環(huán)境溫度、在所述第一頻率所述RF信號在行進通過所述第一通路之前的功率; 測量在所述第一環(huán)境溫度、在所述第一頻率所述RF信號在行進通過所述第一通路之前的功率； 基于在所述校準溫度、在所述第一頻率的所述RF信號的所述功率與在所述第一環(huán)境溫度在所述第一頻率的所述RF信號的所述功率之間的差來確定溫度補償因子； 確定幅度標度因子來補償在所述第一頻率基于環(huán)境溫度的改變的所述接收檢測器的所述功率測量中的變化； 基于所述溫度補償因子和所述幅度標度因子確定在所述第一環(huán)境溫度、在所述第一頻率由所述DPF引起的所述RF信號的已補償?shù)乃p。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述幅度標度因子是基于從在不同的環(huán)境溫度操作所述系統(tǒng)而采集的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和不同的DPF衰減值。
5.ー種用于確定由柴油機微粒過濾器DPF引起的RF信號的衰減的系統(tǒng)，包括 RF傳送器，用于生成所述RF信號； 傳送檢測器，用于測量所述RF信號在傳遞通過所述DPF之前的功率； 接收檢測器，用于測量所述RF信號在傳遞通過所述DPF之后的功率； 傳送天線，其安置在所述DPF的第一側(cè)上； 接收天線，其按住在所述DPF的第二側(cè)上；傳送開關，其連接到所述RF傳送器，所述RF傳送器具有其中所述RF信號經(jīng)由傳送電纜被傳送到所述傳送天線的第一位置和其中所述RF信號被傳送到接收開關的第二位置；所述接收開關，連接到所述接收檢測器，所述接收檢測器具有其中經(jīng)由接收電纜從所述接收天線接收所述RF信號的第一位置和其中從所述傳送開關接收所述RF信號的第二位置；以及 通路，用于當兩個開關都處于所述第二位置時將所述RF信號從所述傳送開關傳送到所述接收開關。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中用于在所述傳送開關和所述接收開關之間傳送所述RF信號的所述通路進ー步包括與頻率無關的衰減器。
7.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其進ー步包括控制器，用于從所述傳送檢測器和所述接收檢測器接收所述功率測量并且計算考慮環(huán)境溫度的衰減。
全文摘要
公開了用于確定由DPF在未知的或與用于DPF傳感器校準的溫度不同的環(huán)境溫度引起的RF信號的衰減的方法和設備。該方法和設備恰好在確定DPF衰減之前通過斷開天線以及確定環(huán)回通路的衰減來確定傳感器衰減。該傳感器衰減然后可以從包括由環(huán)回通路、電纜和DPF引起的衰減的對正常通路確定的衰減中扣除。該方法補償由傳感器的環(huán)境溫度改變引起的傳感器的衰減的變化。通過確定額外因素來考慮由環(huán)境溫度改變引起的變化而實現(xiàn)進一步的溫度補償。
文檔編號G01N22/00GK102667089SQ201080053943
公開日2012年9月12日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權日2009年9月29日
發(fā)明者D.M.達文波特, J.羅夫格倫 申請人:通用電氣公司