CN102768295A - 计量仪表计度器信息处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计量仪表计度器信息处理装置，包括设有字轮的机械计度器、字轮位置信息转换结构、电子信息处理模块、供电单元和输入输出端口，所述供电单元连接至电子信息处理模块并为之提供工作电源，所述电子信息处理模块分别通信连接至字轮位置信息转换结构和输入输出端口，所述机械计度器与字轮位置信息转换结构连接，所述字轮位置信息转换结构将所述计度器字轮的位置信息转换成标准数字信息，所述电子信息处理模块处理该标准数字信息并通过输入输出端口输出至公用事业仪表自动抄表系统的终端设备。本发明不需要电子存储器也不需要长时期不间断工作电源支持，仪表的使用成本大大降低；可以达到低碳环保和节能的效果。

Description

计量仪表计度器信息处理装置

技术领域

本发明涉及计量仪表技术领域，尤其涉及智能电网无源仪表计量信息传输技术领域。

背景技术

信息化技术的发展促进公用事业的计量收费进入自动化抄表的时代。目前发展迅速的家庭用计量仪表自动抄表系统，除电度表是可以直接采集得到用户使用的电压、电流、功率因数等用电计量信息，取自计量对象自身提供的电力能源进行数据处理和信息的传送。对于水表、气表、热表这类无源计量仪表的计量信息进行自动抄表时，一般情况都必须在这类无源计量仪表上配置与该类仪表的转盘或代表仪表计量运行的转轮与之相匹配的光电脉冲转换传感器装置和电子储存器，控制模块将光电脉冲转换装置获取的仪表的计量读数信息累计记录到电子储存器中，在自动抄表系统需要读取计量信息的时候，控制模块将电子储存器中的累计计量信息通过输出端口发送到自动抄表终端设备上，输出端口一般是采用RS-232、RS-485、USB、PLC、Zigbee、GPRS、CDMA等形式（见图1）。

目前用于家庭自动抄表系统的无源计量仪表，通常采用被计量介质的机械能驱动仪表的机械计度器进行计量信息的存储。在将机械计度器模拟信息转换为数字信息时，需要保留无源计量仪表原有的机械计度器，通常采用光电脉冲转换传感器装置和电子储存器，控制模块将脉冲转换装置获取的仪表的计量读数信息累计记录到电子储存器中，在自动抄表系统需要读取计量信息的时候，控制模块将电子储存器中的累计计量信息通过输出端口发送到自动抄表终端设备上。在一般情况下采用这种技术的主要缺陷是：1）采用光电脉冲转换传感器装置容易受到环境因数的影响和干扰，脉冲转换时会发生丢脉冲或误记录脉冲最后导致电子储存器记录的计量数据和机械计度器现实的计量数据不统一，在自动抄表系统中出现这种计量数据不统一的情况是不允许的，因为这涉及到计量收费和贸易结算的纠纷问题；2）光电脉冲转换传感器、控制模块和电子储存器的工作状态是需要全天候工作的，在无源仪表没有廉价电源的支持的条件下，这种电子信息的处理则需要依靠干电池长期提供电力能源的消耗，如果电池能源故障或中断，电子储存器内的计量信息与无源仪表机械计度器的计量信息就会不一致。3）干电池的消耗使得由无源计量仪表组成的家庭自动抄表系统的运行费用提高，用完和报废的干电池处理又会给日益严重的环境保护问题增加新的压力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种不需要电子存储器和不需要长时期不间断工作电源支持的无源计量仪表计度信息转换装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：计量仪表计度器信息处理装置，用于处理无源仪表计度器所记录的计量数据信息并将这些数据信息传输至公用事业仪表自动抄表系统的终端设备，其特征在于：包括设有字轮的机械计度器、字轮位置信息转换结构、电子信息处理模块、供电单元和输入输出端口，所述供电单元连接至电子信息处理模块并为之提供工作电源，所述电子信息处理模块分别通信连接至字轮位置信息转换结构和输入输出端口，所述机械计度器与字轮位置信息转换结构连接，所述字轮位置信息转换结构将所述计度器字轮的位置信息转换成标准数字信息，所述电子信息处理模块处理该标准数字信息并通过输入输出端口输出至公用事业仪表自动抄表系统的终端设备。

作为优选，所述字轮位置信息转换结构对机械计度器的每一个计度器字轮对应设置至少一个发光元件、至少一个遮透光轮和至少四个光敏元件，所述遮透光轮与计度器字轮传动，所述光敏原件将发光元件通过遮透光轮透过的光信号转换为电平信号输出。

作为优选，所述电子信息处理模块用于供给发光元件所需的电源，并读取至少四个光敏元件上输出的电平信号。

作为优选，所述遮透光轮与计度器字轮之间是通过在字轮上设置的一个遮透光片结构加以传动。

作为优选，所述遮透光轮与字轮之间是通过一个圆柱齿形传动的遮透光轮结构加以传动。

作为优选，所述遮透光轮与字轮之间是通过一个链轮齿形传动的遮透光轮结构加以传动。

作为优选，在所述遮透光轮上设置透光孔，所述透光孔包括弧向宽度为36°的一个小通孔和弧向宽度为144°的一个大通孔，所述小通孔与大通孔之间弧向相隔36°。

作为优选，所述透光孔的基本形状特征为一个独立孔与四个并排孔，其中所述独立孔的弧向宽度为36°，所述四个并排孔的总弧向宽度为144°，所述独立孔与四个并排孔之间弧向间隔36°。

作为优选，所述透光孔的基本形状特征为一个独立腰圆小孔与一个圆弧状长腰圆孔，其中所述独立腰圆小孔的弧向宽度为36°，所述圆弧状长腰圆孔的弧向宽度为144°，所述独立腰圆小孔与圆弧状长腰圆孔之间弧向间隔36°。

作为优选，所述透光孔的基本形状特征为一个小扇形孔与一个大扇形孔，其中所述小扇形孔的弧向宽度为36°，所述大扇形孔的弧向宽度为144°，所述小扇形孔与大扇形孔之间弧向间隔36°。

本发明采用无源仪表机械计度器字轮位置信息转换装置，与现有技术比较，一是可以利用无源仪表机械计度器作为计量仪表的累计计量的数据源，仪表向抄表系统传输的电子信息直接取自于机械计度器，不会存在机械计度器和电子计度器数据上的差异；二是本发明中电子信息处理不需要电子存储器，节省了一个比较贵重的电子元器件成本，并且不存在电子信息丢失的问题；三是本发明电子线路不需要连续的工作，在一个抄表周期内电子线路只需在抄表的过程工作几秒钟时间，其余的时间电子线路均不需工作，因此本发明电子线路的耗电量相对于传统的光电脉冲转换处理电路来说是非常之少，干电池能源消耗仅仅只有传统的光电脉冲转换处理电路的千分之几，仪表的使用成本大大降低；四是由于节省了无源仪表计量信息处理所需要干电池能源的消耗，可以达到低碳环保和节能的效果。

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描述：

图1是无源仪表应用传统的光电脉冲转换技术的工作示意图；

图2是本发明无源仪表计度器字轮位置信息转换装置工作原理图；

图3是安装了计度器字轮位置信息转换装置的无源仪表外型结构示意图；

图4是安装在无源仪表中的计度器字轮位置信息转换装置结构示意图；

图5是采用字轮直接添加遮透光片的字轮位置信息转换结构方案示意图；

图6是采用圆柱齿形遮透光轮结构的字轮位置信息转换结构方案示意图；

图7是采用链轮齿形遮透光轮结构的字轮位置信息转换结构方案示意图；

图8是遮透光轮上遮透光孔的基本几何要素设计方案示意图；

图9a为一个独立孔与四个并排孔的透光孔设计方案；

图9b为一个独立腰圆小孔与一个圆弧状长腰圆孔的透光孔设计方案；

图9c为一个小扇形孔与一个大扇形孔的透光孔设计方案。

具体实施方式

下面结合图2、图3、图4、图5、图8、图9a具体说明本发明的实施例1，计量仪表计度器信息处理装置，用于处理无源仪表计度器所记录的计量数据信息并将这些数据信息传输至公用事业仪表自动抄表系统的终端设备，包括设有字轮251的机械计度器250、字轮位置信息转换结构240、电子信息处理模块230、供电单元220和输入输出端口210，所述供电单元220连接至电子信息处理模块230并为之提供工作电源，所述电子信息处理模块230分别通信连接至字轮位置信息转换结构240和输入输出端口210，所述机械计度器250与字轮位置信息转换结构240连接，所述字轮位置信息转换结构240将所述计度器字轮的位置信息转换成标准数字信息，所述电子信息处理模块230处理该标准数字信息并通过输入输出端口210输出至公用事业仪表自动抄表系统的终端设备。

所述字轮位置信息转换结构240对机械计度器250的每一个计度器字轮对应设置至少一个发光元件241、至少一个遮透光轮242和至少四个光敏元件243，所述遮透光轮242与计度器字轮传动，所述光敏原件将发光元件241通过遮透光轮242透过的光信号转换为电平信号输出。所述电子信息处理模块230用于供给发光元件241所需的电源，并读取至少四个光敏元件243上输出的电平信号。所述遮透光轮242与计度器字轮之间是通过在字轮上设置的一个遮透光片结构510加以传动。

字轮位置信息转换结构的工作原理是：机械计度器字轮的位置信息—即计度器字轮的读数信息，通过遮透光轮的透光孔位置的移动使四个光敏元件上分别有感光或无感光获得与计度器字轮的位置信息相对应的电平信号组成一组权码，该组权码通过电子信息处理模块的处理根据译码方案编译成与计度器字轮的位置信息相对应数字信息。电子信息处理模块平时不需要工作，仅在自动抄表系统需要读取无源仪表上的计量信息的时候，电子信息处理模块通过点亮计度器字轮位置信息转换结构的发光元件，并接受四个光敏元件上获得计度器字轮的位置信息，转换成标准的数字信息后再通过输出端口发送到自动抄表系统的终端设备上，输出端口可以是常规的RS-232、RS-485、USB、PLC、Zigbee、GPRS、CDMA等形式。

在所述遮透光轮242上设置透光孔，所述透光孔包括弧向宽度为36°的一个小通孔和弧向宽度为144°的一个大通孔，所述小通孔与大通孔之间弧向相隔36°。其中所述透光孔的基本形状特征为一个独立孔与四个并排孔910，其中所述独立孔的弧向宽度为36°，所述四个并排孔连续形成一个大透光孔的结构，且其总弧向宽度为144°，所述独立孔与四个并排孔之间弧向间隔36°。5个孔的径向尺寸是一致的。

本方案将遮透光片直接设计在字轮上，是将字轮和遮透光轮合二为一的设计方案，本方案的优点是可以省掉一个独立的遮透光轮，不足之处是字轮的旋转直径会增大，对计度器的读数的外观会有一些影响。

下面结合图2、图3、图4、图6、图8、图9b具体说明本发明的实施例2，其与实施例1的不同在于，所述遮透光轮242与字轮之间是通过一个圆柱齿形传动的遮透光轮结构610加以传动。所述透光孔的基本形状特征为一个独立腰圆小孔与一个圆弧状长腰圆孔920，其中所述独立腰圆小孔的弧向宽度为36°，所述圆弧状长腰圆孔的弧向宽度为144°，所述独立腰圆小孔与圆弧状长腰圆孔920之间弧向间隔36°。2个腰圆孔的径向尺寸是一致的。

本方案是利用机械计度器字轮上现有的20个圆柱齿形，遮透光轮也设计成与其一样的20个圆柱齿形，将当字轮转动时遮透光轮也会1:1的转动。本方案的优点是机械计度器字轮的外观和原有的设计要素不改变，不足之处是遮透光轮会有一定的有效厚度，发光元件与光敏元件之间的距离需要稍大些。

下面结合图2、图3、图4、图7、图8、图9c具体说明本发明的实施例3，其与实施例1的不同在于，所述遮透光轮242与字轮之间是通过一个链轮齿形传动的遮透光轮结构710加以传动。所述透光孔的基本形状特征为一个小扇形孔与一个大扇形孔930，其中所述小扇形孔的弧向宽度为36°，所述大扇形孔的弧向宽度为144°，所述小扇形孔与大扇形孔930之间弧向间隔36°。2个扇形孔的径向尺寸是一致的。

本方案也是利用机械计度器字轮上现有的20个圆柱齿形，与方案二不同的是遮透光轮设计成20个链轮齿形，当字轮转动时圆柱齿带动遮透光轮上的链轮齿也会1:1的转动。本方案的优点一是机械计度器字轮的外观和原有的设计要素也不改变，优点二是遮透光轮的有效厚度可以做的很薄，发光元件与光敏元件之间的距离可以做的更小，对发光元件和光敏元件的各项技术参数的要求可以降低。

本发明计度器信息处理装置中电子信息处理模块对计度器字轮的位置信息权码的编译共计有10组译码方案，选择哪组译码方案是根据遮透光轮与计度器字轮之间的实际的装配位置来确定的，具体的说当观测者肉眼看到计度器字轮的数字是N（N表示0、1、2、3、4、5、6、7、8、9），那么要求电子信息处理模块对计度器字轮的位置信息权码的编译结果也应该是N，本发明字轮的位置信息权码编译方案的使用方法是：通过观测到字轮的数字→遮透光轮的位置→光敏元件获得电平权码→查找与字轮数字一致的译码→确定选用的方案。方案选择的必要条件是：观测到字轮的数字=译码。本发明10组译码方案分别是：

方案1由表1所示，

方案2由表2所示，

方案3由表3所示，

方案4由表4所示，

方案5由表5所示，

方案6由表6所示，

方案7由表7所示，

方案8由表8所示，

方案9由表9所示，

方案10由表10所示。

表1（译码方案1）

表2（译码方案2）

表3（译码方案3）

表4（译码方案4）

表5（译码方案5）

表6（译码方案6）

表7（译码方案7）

表8（译码方案8）

表9（译码方案9）

表10（译码方案10）

Claims (10)

1.计量仪表计度器信息处理装置，用于处理无源仪表计度器所记录的计量数据信息并将这些数据信息传输至公用事业仪表自动抄表系统的终端设备，其特征在于：包括设有字轮（251）的机械计度器（250）、字轮位置信息转换结构（240）、电子信息处理模块（230）、供电单元（220）和输入输出端口（210），所述供电单元（220）连接至电子信息处理模块（230）并为之提供工作电源，所述电子信息处理模块（230）分别通信连接至字轮位置信息转换结构（240）和输入输出端口（210），所述机械计度器（250）与字轮位置信息转换结构（240）连接，所述字轮位置信息转换结构（240）将所述计度器字轮（251）的位置信息转换成标准数字信息，所述电子信息处理模块（230）处理该标准数字信息并通过输入输出端口（210）输出至公用事业仪表自动抄表系统的终端设备。

2.根据权利要求1所述的计量仪表计度器信息处理装置，其特征在于：所述字轮位置信息转换结构（240）对机械计度器（250）的每一个计度器字轮对应设置至少一个发光元件（241）、至少一个遮透光轮（242）和至少四个光敏元件（243），所述遮透光轮（242）与计度器字轮（251）传动，所述光敏原件将发光元件（241）通过遮透光轮（242）透过的光信号转换为电平信号输出。

3.根据权利要求2所述的计量仪表计度器信息处理装置，其特征在于：所述电子信息处理模块（230）用于供给发光元件（241）所需的电源，并读取至少四个光敏元件（243）上输出的电平信号。

4.根据权利要求3所述的计量仪表计度器信息处理装置，其特征在于：所述遮透光轮（242）与计度器字轮（251）之间是通过在字轮上设置的一个遮透光片结构(510)加以传动。

5.根据权利要求3所述的计量仪表计度器信息处理装置，其特征在于：所述遮透光轮（242）与字轮之间是通过一个圆柱齿形传动的遮透光轮结构(610)加以传动。

6.根据权利要求3所述的计量仪表计度器信息处理装置，其特征在于：所述遮透光轮（242）与字轮（251）之间是通过一个链轮齿形传动的遮透光轮结构(710)加以传动。

7.根据权利要求2至6任一项所述的计量仪表计度器信息处理装置，其特征在于：在所述遮透光轮（242）上设置透光孔，所述透光孔包括弧向宽度为36°的一个小通孔和弧向宽度为144°的一个大通孔，所述小通孔与大通孔之间弧向相隔36°。

8.根据权利要求7所述的计量仪表计度器信息处理装置，其特征在于：所述透光孔的基本形状特征为一个独立孔与四个并排孔（910），其中所述独立孔的弧向宽度为36°，所述四个并排孔的总弧向宽度为144°，所述独立孔与四个并排孔之间弧向间隔36°。

9.根据权利要求7所述的计量仪表计度器信息处理装置，其特征在于：所述透光孔的基本形状特征为一个独立腰圆小孔与一个圆弧状长腰圆孔（920），其中所述独立腰圆小孔的弧向宽度为36°，所述圆弧状长腰圆孔的弧向宽度为144°，所述独立腰圆小孔与圆弧状长腰圆孔（920）之间弧向间隔36°。

10.根据权利要求7所述的计量仪表计度器信息处理装置，其特征在于：所述透光孔的基本形状特征为一个小扇形孔与一个大扇形孔（930），其中所述小扇形孔的弧向宽度为36°，所述大扇形孔的弧向宽度为144°，所述小扇形孔与大扇形孔（930）之间弧向间隔36°。

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