CN101893453A - 直读光电传感器及其计量仪表 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一种直读光电传感器及其计量仪表，其采用光电式原理，使得字轮转动与信号采集装置没有任何接触，对气表的计量不产生任何影响；同时也会避免接触式产生的器件疲劳和损伤现象。而直读式抄表系统平时不用电，大大节约了电能消耗。所述直读光电传感器包括：多个光电板，两面分别具有对称的光发射管与光接收管，且相邻两个光电板的光发射管与光接收管相对；多个字轮，分别设置于两相邻光电板之间，其中每个字轮的轮盘上开设有与该轮盘同心的弧形透光槽；多个进位齿轮，分别设置于两相邻字轮之间，且与其两侧字轮轮缘啮合；主控板，与所述多个光电板信号连接。

Description

直读光电传感器及其计量仪表

技术领域

本发明涉及计量仪表领域，特别是涉及一种直读光电传感器及其计量仪表。

背景技术

随着科技的发展，自动化在人们的生活中已经随处可见，然而与人们生活息息相关的水、电、气、热的管理仍然处于人工阶段，例如手工抄表入户难、劳动强度大、效率低，且准确性和及时性得不到可靠的保障，给用户和公共事业管理部门双方面都造成了很大困扰。为此，自动抄表技术日益得到人们的重视，与之相关的计量仪表如何将计量值以数字信号的方式送出，便显得尤为重要。

现有的计量仪表为脉冲发讯式计量仪表，其在内部转动位置安装传感器(例如，霍尔器件、光电器件等)将机械转动转换成电脉冲信号发送出去。这种脉冲发讯式计量仪表存在以下缺点，制约着自动抄表技术的发展。

1.管道或其它方面引起的表具抖动会导致误脉冲的产生，引起远传数据与计量仪表读数值之间的误差；

2.脉冲在传输过程中容易受到外界电磁波的干扰，或对别的弱电系统产生干扰；

3.必须保持长期不间断供电，一旦掉电，将导致系统瘫痪，因为这种方式的计量依据是脉冲，需要实时累计脉冲个数，将其换算成计量仪表的计量值。这势必造成能源的浪费，而且计量仪表往往都利用干电池加以供电，这种不间断供电，将使得电池的使用时间急剧缩短，给用户使用带来很多不便，且容易因断电导致抄表数据错误。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是改善现有计量仪表的数据传送准确性，提高整个抄表系统的稳定性，并节约电能消耗，提高设备使用寿命。

为解决以上技术问题，本发明提供一种直读光电传感器，包括：多个光电板，两面分别具有对称的光发射管与光接收管，且相邻两个光电板的光发射管与光接收管相对；多个字轮，分别设置于两相邻光电板之间，其中每个字轮的轮盘上开设有与该轮盘同心的弧形透光槽；多个进位齿轮，分别设置于两相邻字轮之间，且与其两侧字轮轮缘啮合；主控板，与所述多个光电板信号连接。

进一步的，所述字轮的弧形透光槽的弧长度数为π；且所述光电板的光发射管和光接收管的个数均为5个。

进一步的，所述主控板包括数据处理模块，其采用5位循环码二进制编码对所述光电板所产生的信号进行编码。

进一步的，所述弧形透光槽包括：第一弧段与第二弧段，且第一弧段的弧长度数为1/6π到1/3π，第二弧段的弧长度数为5/6π到2/3π。

进一步的，所述光发射管和光接收管成弧形等间距排列，且所述间距为1/6π至1/4π。

进一步的，所述弧形透光槽所在圆周的半径大于所述轮盘半径的一半。

进一步的，所述直读光电传感器还包括：框架，其内部中空，一面具有多个槽口；第一转轴与第二转轴，连接于所述框架内部两端；所述主控板设置于所述框架具有槽口的一面，且所述主控板上具有与所述框架槽口对应的多个槽口；所述光电板设置于所述框架内部，其一端的两侧具有接脚，且该端插入所述框架与主控板上的槽口，通过所述接脚与主控板信号连接；所述第一转轴穿过所述字轮的中心，将所述字轮设置于所述框架的内部；所述第二转轴穿过所述进位齿轮的中心，将所述进位齿轮设置于两相邻字轮之间。

进一步的，所述光发射管和光接收管分别为红外发射管和红外接收管。

本发明另提供一种计量仪表，包括：供电装置；无线模块，包括天线、供电接口、直读光电传感器接口以及连接天线与供电接口、直读光电传感器接口的接口电路，且无线模块通过供电接口与供电装置连接；直读光电传感器，设置于所述计量仪表的计量室内，通过直读光电传感器接口与所述无线模块连接，该直读光电传感器包括：多个光电板，两面分别具有对称的光发射管与光接收管，且相邻两个光电板的光发射管与光接收管相对；多个字轮，分别设置于两相邻光电板之间，其中每个字轮的轮盘上开设有与该轮盘同心的弧形透光槽；多个进位齿轮，分别设置于两相邻字轮之间，且与其两侧字轮轮缘啮合；主控板，与所述多个光电板信号连接。

进一步的，所述字轮的弧形透光槽的弧长度数为π；且所述光电板的光发射管和光接收管的个数均为5个。

进一步的，所述主控板包括数据处理模块，其采用5位循环码二进制编码对所述光电板所产生的信号进行编码。

进一步的，所述弧形透光槽包括：第一弧段与第二弧段，且第一弧段的弧长度数为1/6π到1/3π，第二弧段的弧长度数为5/6π到2/3π。

进一步的，所述光发射管和光接收管成弧形等间距排列，且所述间距为1/6π至1/4π。

进一步的，所述弧形透光槽所在圆周的半径大于所述轮盘半径的一半。

进一步的，所述直读光电传感器还包括：框架，其内部中空，一面具有多个槽口；第一转轴与第二转轴，连接于所述框架内部两端；所述主控板设置于所述框架具有槽口的一面，且所述主控板上具有与所述框架槽口对应的多个槽口；所述光电板设置于所述框架内部，其一端的两侧具有接脚，且该端插入所述框架与主控板上的槽口，通过所述接脚与主控板信号连接；所述第一转轴穿过所述字轮的中心，将所述字轮设置于所述框架的内部；所述第二转轴穿过所述进位齿轮的中心，将所述进位齿轮设置于两相邻字轮之间。

进一步的，所述光发射管和光接收管分别为红外发射管和红外接收管。

综上所述，以上直读光电传感器以及相应的计量仪表具有以下优点：

(1)字轮转动与信号采集装置没有任何接触，对计量仪表的计量不产生任何影响，特别是始动流量。同时也会避免接触式产生的器件疲劳和损伤现象。

(2)直读式抄表系统平时不用电，每月只抄一次或几次，工作时间较短，器件使用寿命较长。

(3)由于采用二进制五位编码单片机前后位进位数学换算方式，字轮在任何位置的情况下抄表都不会出现盲点，使窗口数值与远传数据终身误差大大减小。

(4)平时不用电，无功耗，节省能源，维护成本大大降低，抗电磁干扰，安全性能极高。

附图说明

图1为本发明一实施例所提供的直读光电传感器的结构示意图；

图2为图1中光电板两面示意图；

图3为图1中字轮的两面示意图；

图4为本发明一较佳实施例所提供的直读光电传感器的结构示意图；

图5为本发明一实施例所提供的计量仪表的功能方块图。

具体实施方式

为使本实用新型的技术特征更明显易懂，下面结合具体实施例，对本实用新型做进一步的描述。

请参考图1，其为本发明一实施例所提供的直读光电传感器的结构示意图。如图所示，该直读光电传感器10包括多个光电板11、字轮12与进位齿轮13，其中光电板11与字轮12交错设置，进位齿轮13分别设置于两相邻字轮12之间，且与其两侧字轮12轮缘啮合。请继续参考图2与图3，其分别为图1中光电板11与字轮12的两面示意图。如图2所示，光电板11的两面111与112分别具有对称的光发射管1110与光接收管1120，且相邻两个光电板的光发射管1110与光接收管1120相对。如图3所示，字轮12的轮盘121上开设有与该轮盘同心的弧形透光槽122。继续参考图1，该直读光电传感器10还包括主控板14，其与光电板11信号连接。

在以上直读光电传感器10中，在字轮12上开有编码透光槽122，且在每个字轮两侧装有光电板11，当字轮12走到某个位置时，字轮12一侧的光发射管1110所发出的光通过透光槽122被光接收管1120所接收，且接收到光信号的就产生高电平，传送给主控板14进行处理。如此，便可以将字轮12位置信息(对应一定的计量数值)转换为数字信号传送出去。

为了提高计量数值传递的准确性，主控板14上往往设置由微处理器构成的数据处理模块，其采用一定的编码方式，将光电板11所产生的信号进行编码，产生与字轮读数值对应的数字信号。通常字轮上具有0到9十个数字，要对这十个数字进行编码，4位二进制数D₀D₁D₂D₃便已经足够。但是，由于制造装配误差，在进位时往往会产生错误，故本发明增加一位进位矫正代码D4，以代表冗余信息，通过逻辑判断，就能将错误纠正过来。

为此，字轮12上需开设五位编码透光槽，在一较佳实施例中，其上的五位编码透光槽(弧形透光槽122)的弧长度数为π，且弧形透光槽122所在圆周的半径大于字轮12轮盘半径的一半。另外，光电板11的光发射管1110和光接收管1120的个数均为5个。较佳的，该弧形透光槽122可由两个弧段1221和1222构成(如图3)，且弧段1221的弧长度数为5/6π到2/3π，弧段1222的弧长度数为1/6π到1/3π，如此，更加有利于计量仪表半位读数的位置判断。另外，光电板11上的光发射管1110和光接收管1120成弧形等间距排列，且间距为1/6π至1/4π，且光接收管1110和光发射管1120的位置绝对统一。通常，光接收管1110和光发射管1120可以为红外接收管和红外发射管。

另外，普通二进制编码方法存在一定的弱点，例如，码盘转到二进制数0111(相当于十进制数7)与1000(相当于十进制数8)两个代码的边界上，由于装配安装误差，，使最高位收(发)超前或滞后，超前误为1111(相当于十进制数15)，滞后误为0000(相当于十进制数0)，这样误差太大，是不能允许的。产生误差原因是各位代码同时都会发生变化。为克服普通二进制编码存在的弱点，本发明一实施例采取了以下措施：

(1)采用5位循环码二进制编码：它的特点是，代码从任何数转变到相邻的数时，代码的各位数中仅有一位发生变化，即循环码表示的任何数加1或减1时，只有一个二进制数字发生变化。若用循环码来编制码盘，即使制作安装有误差，产生的误差也不会超过1，这样就可以通过软件方法来纠正。

(2)增加一位矫正代码D4，虽然4位二进制数就可以代表10个十进制数，但是，由于制造装配误差，在进位时往往会产生错误，增加一位进位矫正代码D4，能产生多余的信息，通过软件逻辑判断，就能将错误纠正过来。

请参考图4，其为本发明一较佳实施例所提供的直读光电传感器的结构示意图。如图所示，在本实施例中，光电板11与字轮12通过框架定位，不易移位变形。具体结构如图所示，该直读光电传感器包括框架15，其内部150中空，下侧面151具有多个槽口S1；主控板11便设置于框架15的下侧面151上，且主控板11上具有与框架槽口S1对应的多个槽口S2。光电板11设置在框架内部，且其一端110插入槽口S1和S2。为了实现光电板11与主控板14的信号连接，光电板11的端部110上两侧均具有接脚。继续参考图2，其一侧111具有多个接脚113，另一侧112具有多个接脚114。通常，两侧接脚可以一样多，例如均为12个。但是，为了减少对于槽口S1与S2的尺寸要求，提高信号连接稳定性，在本实施例中，将一侧112的每多个接脚连接在一起，构成一个大接脚114，例如每4个接脚连接在一起，共构成3个大接脚114。于是，在安装时，便可以将光电板11的侧面111靠近槽口S1和S2的边缘，插入槽口S1和S2，通过在每个接脚113上形成细焊点，在每个接脚114上形成粗焊点，实现与主控板14之间的信号连接。字轮12通过转轴16设置于框架15的内部150，转轴16穿过每个字轮12的中心，且连接于框架内部150的两端。进位齿轮13可以通过另一转轴(由于被框架15遮住，故图中未示)设置于相邻两字轮12之间，同样的，此转轴穿过进位齿轮的中心。请合并参考图3，通常，字轮轮盘121的一侧具有均匀分布的二十个进位从动齿123，另一侧具有两个进位主动齿124，且进位主动齿124的位置与其中两个相邻的进位从动齿123相对应。于是，，当低位的字轮12达到最高显示位并需要进位时，便带动进位齿轮13转动，进位齿轮13进一步带动高位的字轮12转动，实现进位。

按照以上直读光电传感器改进现有的计量仪表，并在计量仪表内安装无线模块，便可以得到一种无线智能计量仪表，具体方法是：在计量仪表的个、十、百、千、万位字轮上开设五位编码透光槽；且在每个字轮两侧安装光电板，一侧光电板上为光发射管，另一侧光电板上为光接收管，且光发射管与光接收管的位置绝对统一；光电板固定在计量仪表的框架槽口内，不易移位变形。主控板固定在框架的一侧面上，且在主控板上预留无线模块接口，以连接无线模块。具体，如图5所示，其为本发明一实施例所提供的计量仪表的功能方块图。

该计量仪表包括直读光电传感器10、无线模块20与供电装置30。无线模块20用于无线接收/发送通讯命令(包括抄表指令)以及读取并传输直读光电传感器10的数据；直读光电传感器10的主要功能是通过光电管读取字轮的数据并传给无线模块20；供电装置30用于给无线模块20和直读光电传感器10提供能量，常常利用电池来实现。无线模块20往往包括天线21、供电接口22、直读光电传感器接口23以及连接天线21与供电接口22、直读光电传感器接口23的接口电路24，且无线模块通过供电接口22与供电装置30连接；直读光电传感器10设置于计量仪表的计量室内，通过直读光电传感器接口23与无线模块20连接。从而，当无线模块20接收到抄表指令时，便可以通过接口电路22传递给直读光电传感器10，直读光电传感器10读取字轮的数据并进行编码传给无线模块20，通过天线21发送出去，从而将计量值以数字信号的方式送出。

这种计量仪表由于采用光电式原理而具有以下优点：

(1)字轮转动与信号采集装置没有任何接触，对计量仪表的计量不产生任何影响，特别是始动流量。同时也会避免接触式产生的器件疲劳和损伤现象。

(2)直读式抄表系统平时不用电，每月只抄一次或几次，工作时间较短，器件使用寿命较长。

(3)由于采用二进制五位编码单片机前后位进位数学换算方式，字轮在任何位置的情况下抄表都不会出现盲点，使窗口数值与远传数据终身误差大大减小。

(4)平时不用电，无功耗，节省能源，维护成本大大降低，抗电磁干扰，安全性能极高。

具体，请参照表1，其为传统脉冲发讯式计量仪表与本发明的光电直读式计量仪表的性能对比：

以上仅为举例，并非用以限定本实用新型，本实用新型的保护范围应当以权利要求书所涵盖的范围为准。

表1

Claims (16)

1.一种直读光电传感器，其特征是，包括：

多个光电板，两面分别具有对称的光发射管与光接收管，且相邻两个光电板的光发射管与光接收管相对；

多个字轮，分别设置于两相邻光电板之间，其中每个字轮的轮盘上开设有与该轮盘同心的弧形透光槽；

多个进位齿轮，分别设置于两相邻字轮之间，且与其两侧字轮轮缘啮合；

主控板，与所述多个光电板信号连接。

2.根据权利要求1所述的直读光电传感器，其特征是：

所述字轮的弧形透光槽的弧长度数为π；且

所述光电板的光发射管和光接收管的个数均为5个。

3.根据权利要求2所述的直读光电传感器，其特征是，所述主控板包括数据处理模块，其采用5位循环码二进制编码对所述光电板所产生的信号进行编码。

4.根据权利要求2所述的直读光电传感器，其特征是，所述弧形透光槽包括：

第一弧段与第二弧段，且第一弧段的弧长度数为1/6π到1/3π，第二弧段的弧长度数为5/6π到2/3π。

5.根据权利要求2所述的直读光电传感器，其特征是，所述光发射管和光接收管成弧形等间距排列，且所述间距为1/6π至1/4π。

6.根据权利要求1所述的直读光电传感器，其特征是，所述弧形透光槽所在圆周的半径大于所述轮盘半径的一半。

7.根据权利要求1所述的直读光电传感器，其特征是，还包括：

框架，其内部中空，一面具有多个槽口；

第一转轴与第二转轴，连接于所述框架内部两端；

所述主控板设置于所述框架具有槽口的一面，且所述主控板上具有与所述框架槽口对应的多个槽口；

所述光电板设置于所述框架内部，其一端的两侧具有接脚，且该端插入所述框架与主控板上的槽口，通过所述接脚与主控板信号连接；

所述第一转轴穿过所述字轮的中心，将所述字轮设置于所述框架的内部；

所述第二转轴穿过所述进位齿轮的中心，将所述进位齿轮设置于两相邻字轮之间。

8.根据权利要求1所述的直读光电传感器，其特征是，所述光发射管和光接收管分别为红外发射管和红外接收管。

9.一种计量仪表，其特征是，包括：

供电装置；

无线模块，包括天线、供电接口、直读光电传感器接口以及连接天线与供电接口、直读光电传感器接口的接口电路，且无线模块通过供电接口与供电装置连接；

直读光电传感器，设置于所述计量仪表的计量室内，通过直读光电传感器接口与所述无线模块连接，该直读光电传感器包括：

多个光电板，两面分别具有对称的光发射管与光接收管，且相邻两个光电板的光发射管与光接收管相对；

多个字轮，分别设置于两相邻光电板之间，其中每个字轮的轮盘上开设有与该轮盘同心的弧形透光槽；

多个进位齿轮，分别设置于两相邻字轮之间，且与其两侧字轮轮缘啮合；

主控板，与所述多个光电板信号连接。

10.根据权利要求9所述的计量仪表，其特征是：

所述字轮的弧形透光槽的弧长度数为π；且

所述光电板的光发射管和光接收管的个数均为5个。

11.根据权利要求10所述的直读光电传感器，其特征是，所述主控板包括数据处理模块，其采用5位循环码二进制编码对所述光电板所产生的信号进行编码。

12.根据权利要求10所述的直读光电传感器，其特征是，所述弧形透光槽包括：

第一弧段与第二弧段，且第一弧段的弧长度数为1/6π到1/3π，第二弧段的弧长度数为5/6π到2/3π。

13.根据权利要求10所述的直读光电传感器，其特征是，所述光发射管和光接收管成弧形等间距排列，且所述间距为1/6π至1/4π。

14.根据权利要求9所述的直读光电传感器，其特征是，所述弧形透光槽所在圆周的半径大于所述轮盘半径的一半。

15.根据权利要求9所述的直读光电传感器，其特征是，还包括：

框架，其内部中空，一面具有多个槽口；

第一转轴与第二转轴，连接于所述框架内部两端；

所述主控板设置于所述框架具有槽口的一面，且所述主控板上具有与所述框架槽口对应的多个槽口；

所述光电板设置于所述框架内部，其一端的两侧具有接脚，且该端插入所述框架与主控板上的槽口，通过所述接脚与主控板信号连接；

所述第一转轴穿过所述字轮的中心，将所述字轮设置于所述框架的内部；

所述第二转轴穿过所述进位齿轮的中心，将所述进位齿轮设置于两相邻字轮之间。

16.根据权利要求9所述的直读光电传感器，其特征是，所述光发射管和光接收管分别为红外发射管和红外接收管。

Images