CN101762288B - 微功耗光电式可逆智能传感器 - Google Patents
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Abstract
微功耗光电式可逆智能传感器，包括一个支撑体，支撑体中部通过中心轴、孔装有一个旋转遮光体，固定在旋转遮光体上的遮光板为弧形，夹角90°，在旋转遮光体的圆周上，遮光板对称的分布有两片，两个相同的光电耦合器安装于电路板之上，和电路板电连接，电路板安装在支撑体的盒式结构内，光电耦合器的发光器和光接受器分别位于旋转遮光体的内外两侧。支撑体的盒式结构内灌有灌封胶，用于电路板的密封防潮。本发明的优点是遮光体采用轴向伸出的对称结构，便于安装，有利于动力平衡；采用光电式传感器，完全不受磁干扰；采用自适应采样周期调整法，最大限度地延长采样周期，既降低了电源消耗而又不会丢失数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种水表流量计量的传感器，更具体的说，是涉及一种采用光电形式的可逆向计数的具有极低功耗的智能式传感器。
背景技术
目前用于机电式电子水表的计量传感器主要采用脉冲计数方式，而脉冲信号的获取方式主要有：磁性传感器、机械触点式传感器和光电式传感器。由于磁性传感器易受外部磁攻击，且不易实现水流方向的鉴别，在受到磁干扰或逆向水流时，就会出现错误信号或丢掉信号。机械触点式传感器由于结构上的原因只能用于干式水表中。典型的光电式传感器由于电源功耗的限制，采样周期不能取得太短，电池的容量不能取得太小，不适用于高速运动部位和内部空间较小的小口径水表。
发明内容
为了克服传统的光电式传感器由于电源功耗的限制，采样周期不能取得太短，电池的容量不能取得太小，不适用于高速运动部位和内部空间较小的小口径水表等缺点，本发明的目的在于提供一种可逆向计数的、完全不受磁干扰的，具有动力平衡结构的、极低功耗的智能式传感器。
这种微功耗光电式可逆智能传感器，包括一个支撑体，其特征在于，支撑体中部通过中心轴、孔装有一个旋转遮光体，固定在旋转遮光体上的遮光板为弧形，夹角90°，在旋转遮光体的圆周上，遮光板对称的分布有两片，两个相同的光电耦合器安装于电路板之上，和电路板电连接，电路板安装在支撑体的盒式结构内，光电耦合器的发光器和光接受器分别位于旋转遮光体的内外两侧。
支撑体的盒式结构内灌有灌封胶，用于电路板的密封防潮。
本发明的优点是遮光体采用轴向伸出的对称结构，便于安装，有利于动力平衡；采用光电式传感器，完全不受磁干扰；采用自适应采样周期调整法，最大限度地延长采样周期，既降低了电源消耗而又不会丢失数据。
附图说明
附图1是主体结构示意图。
附图2是A-A剖视图。
附图3-1、3-2、3-3、3-4是传感器旋转遮光体动态位置示意图。
附图4-1是结合图3-1至3-4给出的正方向旋转的波形和2位数据编码图。
附图4-2是结合图3-1至3-4给出的反方向旋转的波形和2位数据编码图。
附图5-1是运动体加速曲线图。
附图5-2是运动体加速过程信号分析图。
附图5-3是运动体加速过程信号分析图。
附图中的序号：1、旋转遮光体(又称“运动体”)，2、光电耦合器，3、支撑体，4、光电耦合器，5、电路板，6、灌封胶。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
附图1是主体结构示意图。包括一个支撑体3，支撑体3中部通过中心轴、孔装有旋转遮光体1，两个相同的光电耦合器2和光电耦合器4安装于电路板5之上，和电路板5电连接，电路板5安装在支撑体1的盒式结构内，光电耦合器2和光电耦合器4的发光器和光接受器分别位于旋转遮光体1的内外两侧。
支撑体3的盒式结构内灌有灌封胶6，用于电路板5的密封防潮。
如附图2所示，旋转遮光体1的遮光板为弧形，夹角90°，在旋转遮光体1的圆周上对称的分布有两片。旋转遮光体1每旋转1周，光电耦合器2和光电耦合器4各自产生2个周期方波信号，两个光电耦合器的光束夹角为135°。
现结合图3-1、3-2、3-3、3-4与图4-1、4-2对传感器的正反向识别原理加以说明，我们以光电耦合器的光束通过为逻辑电平“1”，光束隔断为逻辑电平“0”，2位数据编码的前一位为光电耦合器2的状态，后一位为光电耦合器4的状态。旋转遮光体每转过45°改变一个状态，一个信号周期为4个状态即0°、45°、90°、135°(见图3-1、3-2、3-3、3-4)，在正转状态时传感器的2位数据编码为00、01、11、10，反转状态时传感器的2位数据编码为00、10、11、01，只有在产生了一个完整的4个状态编码后才能进行一次计数，并根据编码顺序来确定正反转方向。
本发明采用的自适应采样周期调整法是根据运动体的转速自动调整采样周期，可最大限度的延长采样周期，延长采样周期即可降低电源消耗。下面的公式可以证明采样周期与电源消耗的关系：
W＝Wg×tg+Wk×tk/tg+tk
式中：W＝平均消耗的功率，Wg＝采样工作期间的消耗功率，
Wk＝采样空闲期间的消耗功率，tg＝采样工作时间，tk＝采样空闲时间，
tg+tk＝采样周期期间。
由于Wk远远小于Wg，tk又远远大于tg，当电路设计好后Wg基本不变，所以减小tg增大tk就可以降低平均功率消耗。
下面通过附图5-1、5-2、5-3来分析一下采样周期的自适应调整过程：
图5-1是运动体加速曲线图。运动体每旋转一个状态的转角是相等的，并代表一定的体积流量，体积流量是时间t与流体速度v的积分，在图5-1中封闭体a、b、c……f的封闭面积是相等的，是序列状态的时间与流体速度积分量，一个封闭面积代表一个状态的体积流量。
图5-2和图5-3的“流量信号”中的状态a、b、c……f在时间上对应于图5-1中的a、b、c……f(“流量信号”中波形的幅度变化并不是电平的变化，只是状态的变化)。
自适应采样周期调整法中的最大采样周期必须小于最大加速情况下第2个状态b的持续时间，以保证在任何情况下都能采集到第2个状态b。
图5-2是以最大采样周期的固定采样时间采样点的描述图，虽然采集到了第2状态b，但是随着流体速度的增加，后续状态的时间越来越短，到了后面e状态就没有被采样，再往后去还会丢掉更多的状态数据。
自适应采样周期调整法的周期改变原则是：
1.当每个状态的采样次数少于3次时将采样时间缩短3倍；
2.当每个状态的采样次数大于18次时将采样时间延长3倍，直到等于最大采样周期。
图5-3是以自适应采样周期调整法的可变采样时间采样点的描述图，从图中可以看出a状态的采样次数是2次，并在b状态的第一次采样时被确认，所以在b状态的第一次采样后采样时间缩短了3倍，而b状态的采样次数也是2次，因此在c状态的第一次采样后采样时间又缩短了3倍，往后的几个状态的采样次数均大于3次，所以采样时间不变，如果流体速度进一步增加，当采样次数少于3次时，采样时间将再缩短3倍；随着流体速度降低采样次数就会增加，当前一个状态的采样次数大于18次时，随后的采样时间则延长3倍。由于大部分水表的工作时间都远远小于停滞时间，因此传感器的采样周期主要处于最大采样周期，这样就可以大大地降低电路的电源消耗。
Claims (4)
1.微功耗光电式可逆智能传感器，包括一个支撑体，其特征在于，支撑体中部通过中心轴、孔装有一个旋转遮光体，固定在旋转遮光体上的遮光板为弧形，夹角90°，旋转遮光体每旋转1周，光电耦合器(2)和光电耦合器(4)各自产生2个周期方波信号，两个光电耦合器的光束夹角为135°，旋转遮光体每旋转45°改变一个状态，一个信号周期为4个状态，在旋转遮光体的圆周上，遮光板对称的分布有两片，两个相同的光电耦合器安装于电路板之上，和电路板电连接，电路板安装在支撑体的盒式结构内，光电耦合器的发光器和光接受器分别位于旋转遮光体的内外两侧。
2.根据权利要求1所述的微功耗光电式可逆智能传感器，其特征是：支撑体的盒式结构内灌有灌封胶。
3.根据权利要求1或2所述的微功耗光电式可逆智能传感器，其特征是：根据旋转遮光体的转速自动调整采样周期，最大限度的延长采样周期，延长采样周期即可降低电源消耗，下面的公式可以证明采样周期与电源消耗的关系：
W＝(Wg×tg+Wk×tk)/(tg+tk)，
式中：W＝平均消耗的功率，Wg＝采样工作期间的消耗功率，
Wk＝采样空闲期间的消耗功率，tg＝采样工作时间，tk＝采样空闲时间，
tg+tk＝采样周期时间；
由于Wk远远小于Wg，tk又远远大于tg，当电路设计好后Wg基本不变，所以减小tg增大tk就可以降低平均功率消耗。
4.根据权利要求3所述的微功耗光电式可逆智能传感器，其特征是采样周期调整的周期改变原则是：
一、当每个状态的采样次数少于3次时将采样时间缩短为原来采样时间的1/3；
二、当每个状态的采样次数大于18次时将采样时间延长为原采样时间来的3倍，直到等于最大采样周期。
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