一种用于测量尿素溶液液位的传感器及方法

技术领域

本发明属于尿素溶液检测领域，尤其涉及一种用于测量尿素溶液液位的传感器及方法。

背景技术

大多数尿素溶液传感器需要安装在尿素箱中，为避免真空导致尿素溶液供应问题，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尿素溶液接触。在很多条件下，尿素溶液会产生晃动和气泡，晃动和气泡会降低传感器性能，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传感器长时间失能。另外，为避免传感器问题触发尿素溶液液位的误报警，传感器自身也需要诊断。传感器的诊断除了需要检查出导致读数值超出有效范围的所谓OOR(Out-Of-Range)问题外，还需要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)问题。

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液位的传感器及方法。

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液位的传感器，包括综合传感元件、液位传感单元和信号处理单元，所述综合传感元件完全被尿素溶液覆盖，所述液位传感单元部分被尿素溶液覆盖，所述信号处理单元分别与所述综合传感元件和液位传感单元通过电气连接；

所述综合传感元件，用于接收信号处理单元产生的第二激励信号，产生第一阻抗感测信号，并向信号处理单元发送第一阻抗感测信号；

所述液位传感单元，用于接收信号处理单元产生的第三激励信号，产生第二阻抗感测信号，并向信号处理单元发送第二阻抗感测信号；

所述信号处理单元，用于产生第二激励信号和第三激励信号并分别发送至综合传感元件和液位传感单元，接收综合传感元件和液位传感单元发送的阻抗感测信号，根据阻抗感测信号计算尿素溶液液位。

进一步地，所述液位传感单元包括第三电极和第四电极，所述第三电极和第四电极之间的尿素溶液与综合传感元件中的尿素溶液连通，第三电极通过第三信号线电气连接至信号处理单元,第四电极通过第四信号线电气连接至信号处理单元。

进一步地，所述综合传感元件包括第一电极和第二电极，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。

进一步地，所述信号处理单元包括中央处理单元和阻抗信号处理子单元，所述中央处理单元，用于向阻抗信号处理子单元发送命令，接收经过阻抗信号处理子单元处理后的阻抗感测信号，根据阻抗感测信号计算尿素溶液液位；

所述阻抗信号处理子单元，和第三电极通过第三信号线电气连接，和第四电极通过第四信号线电气连接，用于接收中央处理单元发送的第三命令，产生第三激励信号，并将第三激励信号发送至第三电极；接收由第三激励信号通过第三电极和第四电极产生的第二阻抗感测信号，处理后发送至中央处理单元；

所述阻抗信号处理子单元，还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，并将第二激励信号发送至第一电极，接收由第二激励信号通过第一电极和第二电极产生的第一阻抗感测信号，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，所述液位传感单元还包括第二温度传感元件，所述第二温度传感元件用于测量第三电极和第四电极之间的尿素溶液温度，通过第七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二温度传感元件的电阻，并将电阻值发送至中央处理单元。

进一步地，所述传感器还包括超声波传感元件，所述超声波传感元件完全被尿素溶液覆盖，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；所述信号处理单元还包括超声信号处理子单元，所述超声波传感元件通过第五信号线电气连接至超声信号处理子单元；超声信号处理子单元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，并接收超声波传感元件产生的感测信号，处理后发送至中央处理单元。

进一步地，所述超声波传感元件包括超声波收发单元、第一反射器和第二反射器，超声波收发单元与第一反射器平行，两者之间存在尿素溶液；所述超声波收发单元与第二反射器之间存在尿素溶液，两者的延长线形成夹角，所述夹角使得第二反射器接收超声波收发单元发送的超声波并反射至尿素溶液表面，尿素溶液表面向第二反射器反射第二超声波回波，第二反射器再将第二超声波回波反射至超声波收发单元；第一反射器接收超声波收发单元发送的超声波，产生第一超声波回波，再将第一超声波回波反射至超声波收发单元；超声波收发单元将由第一超声波回波和第二超声波回波信号产生的感测信号发送至超声信号处理子单元。

进一步地，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，所述综合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测量尿素溶液液位的方法，包括以下步骤：

步骤1，信号处理单元产生激励信号并发送至综合传感元件和液位传感单元；

步骤2，综合传感元件和液位传感单元接收信号处理单元产生的激励信号，分别产生第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号，并发送至信号处理单元；

步骤3，信号处理单元接收所述第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号，计算尿素溶液液位。

进一步地，记步骤2中第一阻抗感测信号对应的阻抗值为Zsi，第二阻抗感测信号对应的阻抗值为Zsl；步骤3包括：计算两个阻抗值之间的比率Rz：

Rz＝Zsi/Zsl (1)

进一步地，步骤3中计算尿素溶液液位时，使用查表计算以补偿非线性影响：

ld ＝ Tbl(Rz) (2)

公式(2)中，ld为由步骤3所计算得到的尿素溶液液位值，Tbl()表示查表计算，查表计算中的表值通过在不同尿素溶液浓度下实验得到的测试数据来标定。

在尿素溶液晃动、压力变化和搅动等环境下，使用液位传感单元和综合传感元件获得的阻抗感测值能够精确测量尿素溶液液位。

进一步地，步骤3中计算尿素溶液液位时，使用二维查表计算以补偿尿素溶液温度引起的非线性影响：

ld ＝ Tbl(Rz，T227) (3)

其中，T227是通过第二温度传感元件获得的尿素溶液温度，ld为由步骤3所计算得到的尿素溶液液位值，Tbl()表示查表计算，查表计算中的表值通过在不同尿素溶液浓度和温度下实验得到的测试数据来标定。

进一步地，所述方法还包括步骤4，使用超声波回波信号计算尿素溶液液位，包括：测量从超声波收发单元经第一反射器反射后回到超声波收发单元的超声波的第一传播时间T

lu ＝ ＝(h

式中，lu是由步骤4计算的尿素溶液液位，d

使用超声波传感元件测量的尿素溶液液位不受非线性和电极变化的影响，可用于校准通过阻抗感测值获得的尿素溶液液位。

进一步地，还包括步骤5，检测超声波传感元件是否存在第一类异常，如果存在所述第一类异常，则输出步骤3计算获得的尿素溶液液位值ld；如不存在所述第一类异常，则输出步骤4计算获得的尿素溶液液位值lu。

进一步地，所述检测超声波传感元件是否存在第一类异常，包括：测量从超声波收发单元经第二反射器第一次反射，经尿素溶液表面第二次反射，并又经过第二反射器第三次反射后回到超声波收发单元的第二超声波回波信号的幅度值Lvl，并将该幅度值与第五阈值Thd_Lvll进行比较，如果其高于第五阈值Thd_Lvll，则判定所述超声波传感元件不存在第一类异常，否则，判定所述超声波传感元件存在第一类异常。

通过检测第二超声波回波信号的失真，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液位无法准确测量的问题。

进一步地，还包括步骤5，检测尿素溶液是否存在晃动，如果存在晃动，则执行步骤3计算获得的尿素溶液液位；如果不存在晃动，则执行步骤4计算获得的尿素溶液液位；

所述检测尿素溶液是否存在晃动包括：计算第一阻抗感测信号对应的阻抗值Zsi的变化率Zr，如果Zr值高于第四阈值Thd_zrl，则判定尿素溶液存在晃动，否则判定尿素溶液不存在晃动。

进一步地，还包括步骤5，检测超声波传感元件是否存在第二类异常，如果存在第二类异常，则输出步骤3计算获得的尿素溶液液位值ld；如不存在第二类异常，则输出步骤4计算获得的尿素溶液液位值lu。

进一步地，步骤5包括：测量从超声波收发单元经第一反射器反射后回到超声波收发单元的第一超声波回波的信号幅度值S_amp，并将其与第一阈值Thd_samp进行比较，如果所述S_amp值不高于Thd_samp，则判定所述超声波传感元件存在第二类异常；

如果S_amp值高于Thd_samp，则测量从超声波收发单元经第一反射器反射后回到超声波收发单元的第一超声波回波的信号峰值时间Tpk，并计算其与预期值Tpk0的差T_sft：

T_sft＝Tpk-Tpk0

得到T_sft值之后将其与第二阈值Thd_Tsft进行比较，如果T_sft值不高于第二阈值Thd_Tsft，则判定所述超声波传感元件存在第二类异常；如果T_sft高于Thd_Tsft，则判定所述超声波传感元件不存在第二类异常。

通过检测第一超声波回波信号的失真，包括超声波回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，在判定所述超声波传感元件不存在第二类异常时，测量尿素溶液温度Ts，并通过所述超声波的第一传播时间Tq值和所述尿素溶液温度Ts值计算尿素溶液的尿素浓度γ

进一步地，在判定所述超声波传感元件存在第二类异常时，测量尿素溶液温度Ts，并通过所述第一阻抗感测信号对应的阻抗值Zsi和所述尿素溶液温度Ts值计算尿素溶液的尿素浓度γ

进一步地，所述尿素溶液温度Ts通过测量第一电极的电阻Re获得，或者通过第一温度传感元件测量获得。

进一步地，还包括步骤6，在判断所述超声波传感元件不存在第二类异常时，使用所述第一阻抗感测信号计算尿素溶液中杂质离子浓度，包括：

计算所述第一阻抗感测信号对应的阻抗Zsi的变化值dZsi，其定义如下：

dZsi ＝ (Zsi(γ

其中，Zsi(γi)是在杂质离子浓度为γi的尿素溶液中测得的所述第一电极和第二电极之间的阻抗，Zsi(0)为在符合ISO 22241标准的尿素溶液中测得的所述第一电极和第二电极之间的阻抗；并通过查表获得杂质离子浓度γi：

γi＝Tbl(dZsi)

上式中Tbl()表示查表计算，查表计算中的表值通过测量不同离子浓度下的阻抗变化值获得。

在尾气处理系统中，杂质离子会留在SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原)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。

第三方面公开了一种用于测量尿素溶液液位的传感器的故障检测方法，包括以下步骤：

步骤1，信号处理单元判断综合传感元件、液位传感单元和超声波传感元件是否在阻抗检测中存在OOR故障以及在超声波检测中存在第一类异常和第二类异常；

步骤2，若判断综合传感元件、液位传感单元和超声波传感元件不存在所述OOR故障以及所述第一类异常和第二类异常时，使用阻抗和超声波分别计算尿素溶液液位，并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：

获取综合传感元件的第一阻抗感测信号，如果第一阻抗感测信号值大于第一最大量测值，或小于第一最小量测值，则判断综合传感元件存在OOR故障；

获取液位传感单元的第二阻抗感测信号，如果第二阻抗感测信号值大于第二最大量测值，或小于第二最小量测值，则判断综合液位传感单元存在OOR故障；

测量从超声波收发单元获取的第二超声波回波信号的幅度值Lvl，并将该幅度值与第五阈值Thd_Lvll进行比较，如果其高于第五阈值Thd_Lvll，则判定所述超声波传感元件不存在第一类异常，否则，判定所述超声波传感元件存在第一类异常；

测量从超声波收发单元获取的第一超声波回波信号的幅度值S_amp，并将该幅度值S_amp与第一阈值Thd_samp进行比较，如果S_amp不高于Thd_samp，则判定超声波传感元件存在第二类异常；

如果S_amp值高于Thd_samp，则测量第一超声波回波信号的峰值时刻Tpk，计算该峰值时间与预期值Tpk0的差T_sft：

T_sft＝Tpk-Tpk0

并将T_sft值与第二阈值Thd_Tsft进行比较，如果T_sft不高于第二阈值Thd_Tsft，则判定超声波传感元件存在第二类异常；如果T_sft高于Thd_Tsft，则判定超声波传感元件不存在第二类异常。

进一步地，步骤2包括：记Ld为通过综合传感元件和液位传感单元计算获得的尿素溶液液位值，Lu为通过超声波传感元件计算获得的尿素溶液液位值，计算两者之间的差值DLvl_Diff：

DLvl_Diff＝abs(Li-Lu)

式中，abs()是绝对值的计算，如果DLvl_Diff值高于第三阈值Thd_Ldiff，则判定传感器发生IR故障，否则判定传感器未发生IR故障。

有益效果：本申请提供了一种用于测量尿素溶液液位的传感器，设计紧凑且成本低廉，即使在尿素溶液晃动、压力变化和搅动等环境下，也能准确测量尿素溶液液位，同时实现了传感器自身异常诊断，包括导致读数值超出有效范围的OOR问题和传感器感测值在正常范围内但不准确值的IR问题。所述传感器设计紧凑且成本低廉。

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的具体说明，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液位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液位的传感器的液位传感单元的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液液位的传感器的液位传感单元的又一结构示意图。

图4为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液液位的传感器的综合传感元件和超声波传感元件的结构示意图。

图5为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液液位的传感器的综合传感元件和超声波传感元件的又一结构示意图。

图6为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液液位的传感器的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测量尿素溶液液位的方法中超声波传感元件发射超声波、接收到的第一超声波回波和第二超声波回波示意图。

图8为本申请实施例提供的一种用于测量尿素溶液液位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。

本申请第一实施例公开一种用于测量尿素溶液液位的传感器，包括综合传感元件100、液位传感单元200和信号处理单元(SPU，Signal Processing Unit)120，所述综合传感元件100完全被尿素溶液覆盖，所述液位传感单元200部分被尿素溶液覆盖，所述信号处理单元120分别与所述综合传感元件100和液位传感单元200通过电气连接；

所述综合传感元件100，用于接收信号处理单元120产生的第二激励信号，产生第一阻抗感测信号，并向信号处理单元120发送第一阻抗感测信号；

所述液位传感单元200，用于接收信号处理单元120产生的第三激励信号，产生第二阻抗感测信号，并向信号处理单元120发送第二阻抗感测信号；

所述信号处理单元120，用于产生第二激励信号和第三激励信号并分别发送至综合传感元件100和液位传感单元200，接收综合传感元件100和液位传感单元200发送的阻抗感测信号，根据阻抗感测信号计算尿素溶液液位。

如图1所示，具体实施时，所述用于测量尿素溶液液位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，综合传感元件100与底座70连接。

本实施例中，如图2所示，所述液位传感单元200包括第三电极220和第四电极205，所述第三电极220和第四电极205之间的尿素溶液与综合传感元件100中的尿素溶液连通，第三电极220通过第三信号线222电气连接至信号处理单元120，第四电极205通过第四信号线223电气连接至信号处理单元120。第三电极220和第四电极205的位置本实施例不做具体限定，只需要两个电极不存在电气短路即可。第三电极220和第四电极205的阻抗可以随温度变化，具体的，第三电极220和第四电极205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。

本实施例中，如图4所示，所述综合传感元件100包括第一电极130和第二电极125，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。

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和阻抗信号处理子单元250，所述中央处理单元230，用于向阻抗信号处理子单元250发送命令，接收经过阻抗信号处理子单元250处理后的阻抗感测信号，根据阻抗感测信号计算尿素溶液液位；

所述阻抗信号处理子单元250，和第三电极220通过第三信号线222电气连接，和第四电极205通过第四信号线223电气连接，用于接收中央处理单元230发送的第三命令，产生第三激励信号，并将第三激励信号发送至第三电极220；接收由第三激励信号通过第三电极220和第四电极205产生的第二阻抗感测信号，处理后发送至中央处理单元230；第四电极205接地。

所述阻抗信号处理子单元250，还和第一电极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，并将第二激励信号发送至第一电极130，接收由第二激励信号通过第一电极130和第二电极125产生的第一阻抗感测信号，处理后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，如图3所示，所述液位传感单元200还包括第二温度传感元件227，所述第二温度传感元件227用于测量第三电极220和第四电极205之间的尿素溶液温度，通过第七信号线226与电阻测量模块260电气连接；电阻测量模块260用于测量第二温度传感元件227的电阻，并将电阻值发送至中央处理单元230。

本实施例中，所述传感器还包括超声波传感元件，所述超声波传感元件完全被尿素溶液覆盖，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；所述信号处理单元120还包括超声信号处理子单元240，所述超声波传感元件通过第五信号线115电气连接至超声信号处理子单元240；超声信号处理子单元240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，并接收超声波传感元件产生的感测信号，处理后发送至中央处理单元230。

本实施例中，如图4所示，所述超声波传感元件包括超声波收发单元112、第一反射器122和第二反射器129，超声波收发单元112与第一反射器122平行，两者之间存在尿素溶液；所述超声波收发单元112与第二反射器129之间存在尿素溶液，两者的延长线形成夹角，所述夹角使得第二反射器129接收超声波收发单元112发送的超声波并反射至尿素溶液表面，尿素溶液表面向第二反射器129反射第二超声波回波，第二反射器129再将第二超声波回波反射至超声波收发单元112；第一反射器122接收超声波收发单元112发送的超声波，产生第一超声波回波，再将第一超声波回波反射至超声波收发单元112；超声波收发单元112将由第一超声波回波和第二超声波回波信号产生的感测信号发送至超声信号处理子单元240。示例性的，所述第二电极125包括水平部分和倾斜部分，所述第二电极125的水平部分远离倾斜部分的一端上方设置有安装面110，超声波收发单元112紧贴安装面110设置，第一反射器122可以设置在第二电极125的水平部分靠近倾斜部分的一端，第二反射器129紧贴第二电极125的倾斜部分设置。

在一种可选的实现方式中，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。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，如图5所示，所述综合传感元件100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。

本申请第二实施例公开一种测量尿素溶液液位的方法，包括以下步骤：

步骤1，信号处理单元120产生激励信号并发送至综合传感元件100和液位传感单元200；

步骤2，综合传感元件100和液位传感单元200接收信号处理单元120产生的激励信号，分别产生第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号，并发送至信号处理单元120；

步骤3，信号处理单元120接收所述第一阻抗感测信号和第二阻抗感测信号，计算尿素溶液液位。

本实施例中，记步骤2中第一阻抗感测信号对应的阻抗值为Zsi，第二阻抗感测信号对应的阻抗值为Zsl；步骤3包括：计算两个阻抗值之间的比率Rz：

Rz＝Zsi/Zsl (1)。

在一种可选的实现方式中，步骤3中计算尿素溶液液位时，使用查表计算以补偿非线性影响：

ld ＝ Tbl(Rz) (2)

公式(2)中，ld为由步骤3所计算得到的尿素溶液液位值，Tbl()表示查表计算，查表计算中的表值通过在不同尿素溶液浓度下实验得到的测试数据来标定。

在另一种可选的实现方式中，步骤3中计算尿素溶液液位时，使用二维查表计算以补偿尿素溶液温度引起的非线性影响：

ld ＝ Tbl(Rz，T227) (3)

其中，T227是通过第二温度传感元件227获得的尿素溶液温度，由信号处理单元120通过获得第二温度传感元件227的电阻计算获得，ld为由步骤3所计算得到的尿素溶液液位值，Tbl()表示查表计算，查表计算中的表值通过在不同尿素溶液浓度和温度下实验得到的测试数据来标定。

本实施例中，还包括步骤4，使用超声波回波信号计算尿素溶液液位，包括：测量从超声波收发单元112经第一反射器122反射后回到超声波收发单元112的超声波的第一传播时间T

lu ＝ ＝(h

式中，lu是由步骤4计算的尿素溶液液位，d

在一种可选的实现方式中，还包括步骤5，检测超声波传感元件是否存在第一类异常，如果存在所述第一类异常，则输出步骤3计算获得的尿素溶液液位值ld；如不存在所述第一类异常，则输出步骤4计算获得的尿素溶液液位值lu。

所述检测超声波传感元件是否存在第一类异常，包括：测量从超声波收发单元112经第二反射器129第一次反射，经尿素溶液表面第二次反射，并又经过第二反射器129第三次反射后回到超声波收发单元112的第二超声波回波信号183的幅度值Lvl，如图7所示，并将该幅度值与第五阈值Thd_Lvll进行比较，如果其高于第五阈值Thd_Lvll，则判定所述超声波传感元件不存在第一类异常，否则，判定所述超声波传感元件存在第一类异常。第五阈值Thd_Lvll可根据正常使用时的信号幅度范围进行设置。

在另一种可选的实现方式中，还包括步骤5，检测尿素溶液是否存在晃动，如果存在晃动，则执行步骤3计算获得的尿素溶液液位；如果不存在晃动，则执行步骤4计算获得的尿素溶液液位；

所述检测尿素溶液是否存在晃动包括：计算第一阻抗感测信号对应的阻抗值Zsi的变化率Zr，如果Zr值高于第四阈值Thd_zrl，则判定尿素溶液存在晃动，否则判定尿素溶液不存在晃动。第四阈值Thd_zrl可根据正常使用时的信号幅度范围进行设置。

在又一种可选的实现方式中，还包括步骤5，检测超声波传感元件是否存在第二类异常，如果存在第二类异常，则输出步骤3计算获得的尿素溶液液位值ld；如不存在第二类异常，则输出步骤4计算获得的尿素溶液液位值lu。

步骤5包括：测量从超声波收发单元112经第一反射器122反射后回到超声波收发单元112的第一超声波回波信号182的幅度值S_amp，如图7所示，并将其与第一阈值Thd_samp进行比较，如果所述S_amp值不高于Thd_samp，则判定所述超声波传感元件存在第二类异常；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，则测量从超声波收发单元112经第一反射器122反射后回到超声波收发单元112的第一超声波回波的信号峰值时间Tpk，并计算其与预期值Tpk0的差T_sft：

T_sft＝Tpk-Tpk0

得到T_sft值之后将其与第二阈值Thd_Tsft进行比较，如果T_sft值不高于第二阈值Thd_Tsft，则判定所述超声波传感元件存在第二类异常；如果T_sft高于Thd_Tsft，则判定所述超声波传感元件不存在第二类异常。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。第二阈值Thd_Tsft可设置为一个或几个载波脉冲的宽度。

在一些实施例中，在判定所述超声波传感元件不存在第二类异常时，测量尿素溶液温度Ts，并通过所述超声波的第一传播时间Tq值和所述尿素溶液温度Ts值计算尿素溶液的尿素浓度γ

在另一些实施例中，在判定所述超声波传感元件存在第二类异常时，测量尿素溶液温度Ts，并通过所述第一阻抗感测信号对应的阻抗值Zsi和所述尿素溶液温度Ts值计算尿素溶液的尿素浓度γ

所述尿素溶液温度Ts通过测量第一电极130的电阻Re获得，或者通过第一温度传感元件135测量获得。

本实施例中，还包括步骤6，在判断所述超声波传感元件不存在第二类异常时，使用所述第一阻抗感测信号计算尿素溶液中杂质离子浓度，包括：

计算所述第一阻抗感测信号对应的阻抗Zsi的变化值dZsi，其定义如下：

dZsi ＝ (Zsi(γ

其中，Zsi(γi)是在杂质离子浓度为γi的尿素溶液中测得的所述第一电极130和第二电极125之间的阻抗，Zsi(0)为在符合ISO 22241标准的尿素溶液中测得的所述第一电极130和第二电极125之间的阻抗；并通过查表获得杂质离子浓度γi：

γi＝Tbl(dZsi)

上式中Tbl()表示查表计算，查表计算中的表值通过测量不同离子浓度下的阻抗变化值获得。

本申请第三实施例公开一种用于测量尿素溶液液位的传感器的故障检测方法，如图8所示，包括以下步骤：

步骤1，信号处理单元120判断综合传感元件100、液位传感单元200和超声波传感元件是否在阻抗检测中存在OOR故障以及在超声波检测中存在第一类异常和第二类异常；

步骤2，若判断综合传感元件100、液位传感单元200和超声波传感元件不存在所述OOR故障以及所述第一类异常和第二类异常时，使用阻抗和超声波分别计算尿素溶液液位，并根据两者之间的差值判断传感器是否发生IR故障。

本实施例中，步骤1包括：

获取综合传感元件100的第一阻抗感测信号，如果第一阻抗感测信号值大于第一最大量测值(比如断路时测得的信号值)，或小于第一最小量测值(比如短路时测得的信号值)，则判定综合传感元件100存在OOR故障；

获取液位传感单元200的第二阻抗感测信号，如果第二阻抗感测信号值大于第二最大量测值(比如断路时测得的信号值)，或小于第二最小量测值(比如短路时测得的信号值)，则判定综合液位传感单元200存在OOR故障；

当综合传感元件100存在OOR故障或综合液位传感单元200存在OOR故障时，可以使用状态标志Stat_LI＝1表示，当综合传感元件100和综合液位传感单元200均不存在OOR故障时，可以使用状态标志Stat_LI＝0表示。

测量从超声波收发单元112获取的第二超声波回波信号的幅度值Lvl，并将该幅度值与第五阈值Thd_Lvll进行比较，如果其高于第五阈值Thd_Lvll，则判定所述超声波传感元件不存在第一类异常，否则，判定所述超声波传感元件存在第一类异常；第五阈值Thd_Lvll可根据正常使用时的信号幅度范围进行设置。

测量从超声波收发单元112获取的第一超声波回波信号的幅度值S_amp，并将该幅度值S_amp与第一阈值Thd_samp进行比较，如果S_amp不高于Thd_samp，则判定超声波传感元件存在第二类异常；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，则测量第一超声波回波信号的峰值时刻Tpk，计算该峰值时间与预期值Tpk0的差T_sft：

T_sft＝Tpk-Tpk0

并将T_sft值与第二阈值Thd_Tsft进行比较，如果T_sft不高于第二阈值Thd_Tsft，则判定超声波传感元件存在第二类异常；如果T_sft高于Thd_Tsft，则判定超声波传感元件不存在第二类异常。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。第二阈值Thd_Tsft可设置为一个或几个载波脉冲的宽度。

当超声波传感元件存在第一类异常或第二类异常时，可以使用状态标志Stat_LU＝1表示，否则使用状态标志Stat_LU＝0表示。

本实施例中，步骤2包括：记Ld为通过综合传感元件100和液位传感单元200计算获得的尿素溶液液位值，Lu为通过超声波传感元件计算获得的尿素溶液液位值，计算两者之间的差值DLvl_Diff：

DLvl_Diff＝abs(Li-Lu)

式中，abs()是绝对值的计算，如果DLvl_Diff值高于第三阈值Thd_Ldiff，则判定传感器发生IR故障，可以使用故障标志Fault_LR＝1表示；否则判定传感器未发生IR故障，可以使用故障标志Fault_LR＝0表示。第三阈值Thd_Ldiff可根据OBD或设计规范所要求的误差限定范围进行设置。

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测量尿素溶液液位的方法和用于测量尿素溶液液位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液位的传感器及方法，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。