射频过程感测、控制以及诊断网络和系统技术方案

一种射频感测、控制和微粒物诊断网络和系统和方法，并且更具体地，一种射频微粒过滤器诊断系统，其包括：外壳108，所述外壳包括连接到微粒物源的入口；微粒过滤器114，所述微粒过滤器位于所述外壳中并且适用于过滤所述微粒物；以及射频传感器，所述射频传感器适于检测异常微粒过滤器或系统操作的状况，并且包括至少一个射频探针124，所述射频探针被配置来与所述微粒过滤器的所述外壳接触并且适于接收射频信号；以及射频控制单元，所述射频控制单元与所述射频探针通信。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】射频过程感测、控制以及诊断网络和系统相关申请的交叉参考本专利申请要求2015年6月8日提交的美国专利申请序列号14/733,525以及2015年6月8日提交的美国专利申请序列号14/733,486的提交日期的优先权和权益并且是所述申请的部分继续申请，所述申请的公开和内容通过引用的方式全部明确并入本文。本专利申请还要求2016年3月21日提交的美国临时专利申请序列号62/311,020的提交日期的优先权和权益，所述申请的公开和内容通过引用的方式全部明确并入本文。政府赞助本专利技术是在政府支持下在国家科学基金会授予的基金号IIP1330313下进行的。政府享有本专利技术的某些权利。专利
本专利技术总体上涉及一种射频过程感测、控制以及诊断网络和系统和方法，并且更具体地，涉及一种射频微粒过滤器诊断网络和系统和方法。专利技术背景本专利技术涉及一种射频过程感测、控制以及诊断网络和系统，并且更具体地，涉及于2015年12月10日公布的美国专利申请公开US2015/0358091A1和US2015/0355110A1中公开的类型的一种射频微粒过滤器诊断网络和系统，所述申请的公开和内容通过引用的方式全部并入本文，如同完整在本文阐述一样，并且所述申请已适用于感测、控制和诊断异常过滤器或系统操作的状况。作为背景，微粒过滤器故障最经常由微粒过滤器上游的其他发动机或车辆部件的失灵或故障所引起。这种上游失灵或故障的示例包括但不限于喷油器故障、涡轮增压器故障、冷却剂泄漏、漏油、使用不正确的燃料或润滑剂、发动机维护不良、空气过滤器缺少或脏污、进气流量受限等等。在一个示例中，上述上游失灵可能导致微粒过滤器的过量烟灰或微粒物(PM)填塞或者水、燃料、油或冷却剂收集在过滤器上。通常，在问题变得恶化到排放微粒过滤器本身也发生故障或其性能严重下降的程度之前，可能检测不到这些上游故障模式的早期警告标志。因此，需要在微粒过滤器不可逆地受到影响之前检测潜在的上游系统失灵或故障的标志。微粒过滤器的损坏可能导致微粒物逸出或穿过过滤器，所述损坏包括通道壁的破裂、一个或多个通道端塞的损失或者过滤材料的熔化。诸如使用直管或旁路系统从排气系统中移除全部或部分微粒过滤器也可能导致过量的PM排放。因此，需要检测可能导致过量PM水平通过微粒过滤器的状况。用于检测异常过滤器或系统操作状况的压力传感器和基于模型的方法具有以下缺陷：压力测量缺乏检测故障状况的分辨率，从而导致PM在规定的车载诊断(OBD)限制下从过滤器逸出。这种缺陷已在技术文献中有详细记载，并且这也是所述系统目前未用于OBD的原因；所述方法仅提供了一种估算过滤器上的PM负荷水平的间接方法；差压传感器直接测量过滤器两端的压降(不是PM负荷水平)，这会由大量参数混淆，所述参数诸如排气流量、温度、粉尘负荷水平、烟灰分布、过滤器设计等；所述系统仅在有限的操作条件范围下工作并且不能用作连续监测器；在低排放气流条件下(怠速或发动机关闭)、在再生期间、在频繁的瞬态操作期间以及一旦在过滤器中积聚灰尘而使得过滤器老化之后，压降测量是不可靠的；并且模型(虚拟传感器)依赖于一组已知的操作条件来精确地估计过滤器负荷水平；并且所述系统按照定义在错误状况或异常操作(诸如过滤器失灵或故障)期间无法正常运行，因为这些状况超出了模型的能力范围。烟灰传感器存在以下缺陷：烟灰传感器监测过滤器下游的一部分废气中的烟灰浓度，并且因此，传感器不能监测过滤器上游的任何发动机或系统失灵，并且因此不能提供潜在故障状况的预先警告；烟灰传感器不直接监测过滤器的状态，并且更具体地，仅监测过滤器下游的排气中的烟灰，即所述传感器仅可在过滤器已发生故障并且烟灰排放已超过阈值限度之后提供过滤器故障的指示；烟灰传感器精度也受到排气流速、排气管中传感元件的位置(因为它仅对可能不代表总流量的较小体积的流量进行采样)、温度、微粒形态和成分以及随着传感器老化沉积物(灰分、催化剂/修补基面涂层微粒)的积聚的影响；积聚型烟灰传感器不提供连续监测，而是从测量状态循环到再生状态，并且再生状态通常需要额外的能量输入以烧掉传感元件上的任何积聚的烟灰；积聚型烟灰传感器不直接监测排放气流中的烟灰微粒数量或质量，而是直接监测足够的烟灰积聚在传感元件上的时间，从而仅提供排气中的烟灰水平的间接指示；烟灰传感器遭受较差的耐久性、污染物(诸如灰分)积聚以及热冲击(排气中的水)，这限制了传感器的使用寿命以及传感器在其使用寿命内的精度；并且为了进一步提高测量精度，许多利用烟灰传感器的OBD方法仍然需要预测模型来估计发动机排放烟灰水平，以便与下游烟灰传感器测量值进行比较。本专利技术的RF传感器网络和系统以及感测、控制和诊断的方法有利地提供了改进微粒过滤器的控制和操作以及诊断用于OBD应用的过滤器的状态并且检测发动机系统失灵的双重功能和益处。仍然更具体地，本专利技术的RF传感器网络和系统以及感测、控制和诊断方法解决和克服了如上所述的当前途径和方法的问题和缺陷，并且至少提供了以下益处：与当前采用的间接方法不同，本专利技术的RF传感器提供了微粒过滤器负荷状态的直接测量；在微粒过滤器不可逆地损坏之前，RF感测使得能够及早检测到上游发动机或系统失灵或故障的标志；RF感测可用于监测烟灰泄漏或从微粒过滤器中逸出；RF感测对整个过滤器进行采样，并且因此对穿过它的整个体积的排气进行采样；RF感测可连续监测微粒过滤器的整体运行状况，包括发动机关闭状况；RF感测元件(导电杆状天线)是无源元件，其与积聚型烟灰传感器不同，它不需要主动清洁或再生；RF感测元件相对于烟灰传感器提供增加的耐久性，因为感测元件由于结垢、水或冷凝暴露、温度效应等而不经受相同的故障模式；并且与压力传感器或烟灰传感器不同，RF感测方法完全不受排气流量的影响。
技术实现思路
本专利技术涉及一种射频感测、控制和微粒物诊断系统，其包括：外壳，所述外壳包括连接到微粒物源的入口；微粒过滤器，所述微粒过滤器位于所述外壳中、，适用于过滤所述微粒物；射频传感器，所述射频传感器适于检测异常微粒过滤器或系统操作的状况，所述射频传感器包括至少一个射频探针，所述射频探针与所述微粒过滤器的所述外壳接触并且适于接收射频信号；以及射频控制单元，所述射频控制单元与所述射频探针通信。在一个实施方案中，所述射频传感器适于监测所述射频传感器的响应的时间变化率，以检测所述微粒过滤器中的微粒物积聚的速率高于或低于阈值。在一个实施方案中，所述微粒物源是发动机，并且所述微粒物积聚是烟灰、灰分、水、冷却剂、油或燃料。在一个实施方案中，所述射频传感器监测所述射频信号的幅值、频率或相位的时间变化率。在一个实施方案中，所述射频传感器检测不存在所述微粒过滤器或所述过滤器的一部分。在一个实施方案中，通过在所述微粒过滤器存在于所述系统中的情况下感测所述射频信号的所述幅值、频率或相位的变化超出所述射频信号的所述幅值、频率或相位的阈值范围来检测所述外壳中不存在所述微粒过滤器或其一部分。在一个实施方案中，所述射频传感器适于经由将在限定的时间段内在所述微粒过滤器中积聚的微粒物的速率与在正常过滤操作期间微粒物积聚的已知速率进行比较来检测微粒物的积聚速率低于阈值速率。在一个实施方案中，所述射频传感器适于监测所述系统的温度响应的变化。在一个实施方案中，所述微粒物源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种射频感测、控制和微粒物诊断系统，其包括：外壳，所述外壳包括连接到微粒物源的入口；微粒过滤器，所述微粒过滤器位于所述外壳中，适用于过滤所述微粒物；射频传感器，所述射频传感器适于检测异常微粒过滤器或系统操作的状况，所述射频传感器包括至少一个射频探针，所述射频探针与所述微粒过滤器的所述外壳接触并且适于接收射频信号；以及射频控制单元，所述射频控制单元与所述射频探针通信。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.21 US 62/311020;2017.03.16 US 15/4611281.一种射频感测、控制和微粒物诊断系统，其包括：外壳，所述外壳包括连接到微粒物源的入口；微粒过滤器，所述微粒过滤器位于所述外壳中，适用于过滤所述微粒物；射频传感器，所述射频传感器适于检测异常微粒过滤器或系统操作的状况，所述射频传感器包括至少一个射频探针，所述射频探针与所述微粒过滤器的所述外壳接触并且适于接收射频信号；以及射频控制单元，所述射频控制单元与所述射频探针通信。2.如权利要求1所述的系统，其中所述射频传感器适于监测所述射频传感器的响应的时间变化率，以检测所述微粒过滤器中的微粒物积聚的速率高于或低于阈值。3.如权利要求2所述的系统，其中所述微粒物源是发动机，并且所述微粒物积聚是烟灰、灰分、水、冷却剂、油或燃料。4.如权利要求2所述的系统，其中所述射频传感器监测所述射频信号的幅值、频率或相位的时间变化率。5.如权利要求1所述的系统，其中所述射频传感器检测不存在所述微粒过滤器或所述过滤器的一部分。6.如权利要求5所述的系统，其中通过在所述微粒过滤器存在于所述系统中的情况下感测所述射频信号的所述幅值、所述频率或所述相位的变化超出所述射频信号的所述幅值、所述频率或所述相位的阈值范围来检测所述外壳中不存在所述微粒过滤器或其一部分。7.如权利要求1所述的系统，其中所述射频传感器适于经由将在限定的时间段内在所述微粒过滤器中积聚的微粒物的速率与在正常过滤操作期间微粒物积聚的已知速率进行比较来检测微粒物的积聚速率低于阈值速率。8.如权利要求1所述的系统，其中所述射频传感器适于监测所述系统的所述温度响应的变化。9.如权利要求8所述的系统，其中所述微粒物源是发动机，并且所述射频传感器适于监测发...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·G·塞博克，P·A·瑞格勒尔，L·布朗伯格，A·D·赫曼，
申请(专利权)人：CTS公司，
类型：发明
国别省市：美国,US