CN103499357B - 远传仪表用电信号计数光电直读装置 - Google Patents

Abstract

一种远传仪表用电信号计数光电直读装置，解决了现有光电直读装置存在的元件数量多、抗干扰能力差、误码率大等问题，其包括带有解码器的导光组件、通过发光轴组件组装在导光组件上的编码字轮组，其技术要点是：编码字轮组中各编码字轮由左、右遮光轮体及透明轮体拼装成整体，透明轮体的透光辐板凹槽与左、右遮光轮体的侧置凸台相吻合拼接，导光组件的导光孔内的光接收管，将发光轴组件的发光管传播过来的光信号转换为电信号，由解码芯片进行解码，形成从发光轴组件开始，到编码字轮，再到导光组件，最后到达解码器的径向光线传播路径。其结构设计合理，测量精度高，误码率低，抗干扰能力强，适用各种环境，适合批量加工生产，生产成本低。

Description

远传仪表用电信号计数光电直读装置

技术领域

本发明涉及一种应用于光电装置的远传计量水表、电表、煤气表等仪表的以电信号形式表示计数结果的计数机构，特别是一种远传仪表用电信号计数光电直读装置。

背景技术

目前，水表、电表、煤气表等表计的传统的机械结构随着电子数字化技术的迅速发展，其十进制机械转轮式计数器正在逐渐被机电一体化的应用于远传表计的编码字轮光电直读装置所替代，国内、外现有的表计光电直读装置按其编码和光路结构形式主要分为以下类型：即轴向透射型、径向反射型和径向透射型。

据相关专利文献介绍，轴向透射型为光传播的路径方向与轴平行，发光管和光接收管在字轮两侧，如公开号为CN101592500A“一种四位角编码器”、公告号为CN2689175Y“直读式数字计数表”等文献中，都公开了一种轴向透射型光电直读装置，其结构简单，适合批量生产，但是轴向透射型光传播路径长，传播路径中各介质间的折射现象严重，抗干扰能力差，受环境影响大，在水中时光路上光线散射现象严重，无法准确读取数据。

径向反射型为光传播的路径方向与轴垂直，并且发光管和接收管在字轮圆柱面一侧，发光管照射字轮圆柱面上的反光区，将光线返回给光接收管进行测量，如公开号为CN101377830A“远传表计二维编码字轮光电直读装置”，公开号为CN101482939A“远传表计二维编码数字轮及其集成传感器读码装置”，公开号为CN1835002A“一种机械字轮计数器非接触读数传感器及设计方法”等文献中，都公开了一种径向反射型光电直读装置，但是其存在测量精度差，现有生产工艺生产成本高，难以实现等缺点。

径向透射型为光传播的路径方向与轴垂直，其发光管在字轮轴内，光接收管在字轮圆柱面一侧，通过字轮上的透光区，将光线传播到光接收管。公开号为CN101308550A“远传表计数字轮径向透射光电直读装置”，公开了一种径向透射光电直读装置。该装置其包括表计支架和固定其上的字轮轴、读码器和多位编码数字轮，其技术要点是：字轮轴采用带透光窗的剖分式柱形遮光轴，在其内置电路板上排列发光二极管，编码数字轮分别由透光轮体和遮光轮体拼装而成，读码器由封闭罩及封装其内的有光导狭缝的光导框架、带有三极管的接收电路板、译码器组成，各发光二极管的中心与透光轮体的透光辐板中心线、光导狭缝的中心线相重合。其优点为径向发光，发光二极管在字轮轴内顺序排列，通过编码字轮的透光轮体和光导框架内的光导板将光传播到光接收管，字轮轴、编码字轮和光导框架的间隙小，光在不同环境中传播受环境影响小，抗干扰能力较强。但是，因其透光轮体和遮光轮体分段吻合拼装后，透光轮体另一侧无遮挡，故当发光二极管照射透光轮体时，易使透光轮体形成二次光源，误码率高，造成干扰。由于字轮间配合要求间隙，发光二极管可能透过字轮间的间隙直接照射到光导板，无法正常测量，其光导框架的遮光隔离板、遮光支撑板和光导板结构过于复杂，使生产加工工艺繁琐，生产成本增加，由于采用四个光导狭缝，所以精度偏低。

发明内容

本发明的目的是提供一种远传仪表用电信号计数光电直读装置，解决了现有光电直读装置存在的元件数量多、抗干扰能力差、误码率大等问题，其结构设计合理，测量精度高，误码率低，抗干扰能力强，具有适用各种环境，适合批量加工生产，生产成本低等优点。

本发明所采用的技术方案是：该远传仪表用电信号计数光电直读装置包括带有解码器的导光组件、通过发光轴组件组装在导光组件上的编码字轮组，其技术要点是：所述编码字轮组中各编码字轮均由左遮光轮体、右遮光轮体及夹在两轮体之间的透明轮体拼装成整体结构，编码字轮的左遮光轮体设有左挡光圈，右遮光轮体设有右挡光圈，相邻两个编码字轮相互配合时左、右挡光圈交叠，透明轮体的透光辐板凹槽与左、右遮光轮体的侧置凸台相吻合拼接，拼装后的编码字轮外圆周形成透光区域和遮光区域；发光轴组件的内置发光轴电路板的发光轴轴体上对应各编码字轮的透明轮体透光辐板内周设置透光窗，发光轴电路板上沿轴向排列与编码字轮数量相同的发光管，发光管中心对应各编码字轮的透光窗中心；导光组件的导光支架与编码字轮外圆周紧密配合的上弧面沿轴向排列与编码字轮数量相同的导光孔组，每组中的各导光孔顶端沿弧面的周向排列对准编码字轮的透明轮体透光辐板外周，各导光孔底端分别组装有光接收管，各光接收管分别固定在导光支架下平面的解码器的同一解码电路板上，解码器与发光轴电路板连接；各导光孔内的相互隔开的光接收管，将发光管传播过来的光信号经透光窗、导光孔转换为电信号，由控制发光管发光的解码芯片进行解码，判断出当前编码字轮转动的角度，形成从发光轴组件开始，到编码字轮，再到导光组件，最后到达解码器的径向光线传播路径。

所述编码字轮组中右侧编码字轮的右遮光轮体采用传动遮光轮体。

所述导光孔组中的各导光孔内填充导光介质。

所述固定在导光支架下平面的解码器由解码电路板、解码芯片、光接收管和外围元件组成。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明采用结构独特的从发光轴组件开始，到编码字轮，再到导光组件，最后到达解码器的径向光线传播路径，发光轴组件内发光管发出特定波长的光线，照射到对应的编码字轮，通过编码字轮内的透明轮体，将光线传播到导光组件的导光孔，通过导光孔内的相互隔开的光接收管，将发光管传播过来的光信号经透光窗、导光孔转换为电信号，由控制发光管发光的解码芯片进行解码，判断出当前编码字轮转动的角度，在光线传播的路径上，所有光线传播的介质，发光轴组件、编码字轮和导光组件间的间隙很小，所以其结构设计合理，测量精度高，误码率低，抗干扰能力强。因此，光线在从一种介质到另一种介质时的折射影响小，并且发光轴组件内的发光管由于编码字轮上的遮光轮体和挡光圈的作用，避免了透明轮体成为二次光源和光线直接从编码字轮之间的间隙照射到导光组件上造成的干扰等装置内的干扰因素。导光组件的导光支架和导光孔可以使用模具一次注塑加工完成，结构简单，使用可靠，生产加工方便、快捷，生产成本低。因导光孔尺寸可做的很小，在有限的空间范围内能设计多个导光孔，将透明轮体传播的光线再传播给多个光接收管，故具有适用各种环境，适合批量加工生产等优点，进一步增加测量的位数，提高测量的精度，降低误码率。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种立体结构分体示意图；

图2是图1中编码字轮的一种立体结构分体示意图；

图3是本发明的一种沿发光轴组件中心的纵向剖视图；

图4是图3沿Ａ－Ａ线的剖视图；

图5是图2中左遮光轮体的一种主视图；

图6是图5的后视图；

图7是图2中透明轮体的一种主视图；

图8是图7的后视图；

图9是图2中右遮光轮体的一种主视图；

图10是图9的后视图；

图11是图3中传动遮光轮体的一种主视图；

图12是图11的后视图；

图13是图11沿B－B线的剖视图。

图中序号说明： 1编码字轮、2导光组件、3发光轴组件、4解码器、5左遮光轮体、6透明轮体、7右遮光轮体、8导光支架、9导光孔、10解码电路板、11解码芯片、12光接收管、13透光窗、14发光管、15发光轴电路板、16发光轴轴体、17左挡光圈、18右挡光圈、19传动遮光轮体。

具体实施方式

根据图1～13详细说明本发明的具体结构。该远传仪表用电信号计数光电直读装置包括带有解码器4的导光组件2、通过发光轴组件3组装在导光组件2上的多位编码字轮1搭配在一起的编码字轮组等部件。其中编码字轮组中，除右侧编码字轮的右遮光轮体采用传动遮光轮体19外，其余各编码字轮1由左遮光轮体5、右遮光轮体7及夹在两轮体之间的透明轮体6拼装成整体结构，或通过二次注塑方式将透明轮体6置于左遮光轮体5和右遮光轮体7中间。编码字轮1的左遮光轮体5设有左挡光圈17和牙轮匹配零件，右遮光轮体7设有右挡光圈18和牙轮匹配零件，相邻两个编码字轮1之间通过牙轮匹配零件相互配合时，左、右挡光圈交叠，将编码字轮1间的间隙遮挡，防止发光管14可能通过编码字轮1间的间隙直接照射到导光孔9。透明轮体6的透光辐板凹槽与左、右遮光轮体的侧置凸台相吻合拼接，拼装后的编码字轮1外圆周形成带有不同弧长的透光区域和遮光区域。在编码字轮组中最右侧的编码字轮的结构基本上与由左遮光轮体5、右遮光轮体7及透明轮体6拼装的编码字轮1的结构相同。该右侧编码字轮采用变型的右遮光轮体，即传动遮光轮体19。该传动遮光轮体19的左侧结构，与上述右遮光轮体7的左侧结构完全相同；传动遮光轮体19的右侧结构是将右遮光轮体7的右挡光圈18和牙轮匹配零件均与传动轮体相结合，制成一体式带有传动轮的右遮光轮体结构。因此，编码字轮组中右侧的编码字轮除具有由左遮光轮体5、右遮光轮体7及透明轮体6拼装的编码字轮1的作用外，同时具有传动的功能，以便于与上一级传动齿轮相啮合。当上一级传动齿轮带动传动遮光轮体19转动时，传动遮光轮体19转动一周，由其组成的编码字轮也同步转动一周，通过其与相邻的编码字轮1之间的牙轮匹配零件，带动编码字轮1转动相应的角度，周而复始，即能一级一级向下传动。

发光轴组件3由发光轴轴体16和发光轴电路板15组成，发光轴组件3的内置发光轴电路板15的发光轴轴体16上对应各编码字轮1的透明轮体6透光辐板内周设置透光窗13。发光轴电路板15上沿轴向排列与编码字轮1数量相同的发光管14。发光轴组件3从编码字轮1内孔穿过，透明轮体6正对发光管14和透光窗13，对应每个透光窗13有一个发光管14，发光管14中心对应各编码字轮1的透光区域中心。

导光组件2的导光支架8与编码字轮1外圆周紧密配合的上弧面沿轴向排列与编码字轮1数量相同的导光孔组，每组中的各导光孔9顶端沿弧面的周向排列对准编码字轮1的透明轮体6透光辐板外周，各导光孔9底端分别组装有光接收管12。在导光支架8的下平面有一个凹槽，用来放置解码电路板10，各光接收管12分别固定在解码器4的同一解码电路板10上，解码器4由解码电路板10、解码芯片11、光接收管12和外围元件组成，解码器4与发光轴电路板15连接。导光孔组中的各导光孔9内填充导光介质，填充的导光介质可以为透明塑料或透明胶等。各导光孔9内的相互隔开的光接收管12，将发光管14传播过来的光信号经透光窗13、导光孔9转换为电信号，由控制发光管14发光的解码芯片11进行解码，判断出当前编码字轮1转动的角度，形成从发光轴组件3开始，到编码字轮1，再到导光组件2，最后到达解码器4的径向光线传播路径。

实际操作时，对应每个导光孔9，解码电路板10上有一个光接收管12，光接收管12用于将导光孔9内传播过来的光信号转换为电信号，以供解码电路板10上的解码芯片11进行AD（模拟信号到数字信号）转换，测量出光接收管12上接收到的光信号的强度，如在解码芯片11中初始设置一个阀值，当检测到光信号的强度大于阀值时，说明光是从透明轮体6传播到导光孔9的，否则说明光是被左遮光轮体5和右遮光轮体7遮挡，没有传播到导光孔9。例如，二进制数字“1”表示光信号强度大于阀值时的状态，二进制数字“0”表示光信号强度小于阀值时的状态，这样就能由多组导光孔9和光接收管12编码出一个由“0”和“1”组成的二进制数，这个二进制数表示编码字轮1转动的角度，进而计算出编码字轮1当前所表示的数字。

以图4为例说明一种实施方式，图中左侧导光孔9定义为二进制数的最低位，依照图中所示情况，当发光管14发光时，光线穿过透光窗13照射到透明轮体6上，通过透明轮体6再传播到图中从左侧开始的多个导光孔9上，右侧第三个导光孔9由于左遮光轮体5和右遮光轮体7的遮挡，没有光线照射，导光孔9对应的光接收管12将导光孔9传播过来的光线信号转换为电信号，由解码芯片11测量光线强度，有光线照射的光接收管12转换的光线强度大于阀值，二进制数为“1”，没有光线照射的光接收管12转换的光线强度小于阀值，二进制数为“0”，所以组成一组多位的二进制数为110…111B，即解码芯片11测量出当前编码字轮1转动的角度（即字轮当前显示的数字）。

如图3所示，发光轴组件3有多个发光管14和透光窗13，对应多个编码字轮1，当该装置工作时，依次按上述过程读取每个编码字轮1转动的角度，识别字轮所显示的数字。

由于本发明的这种径向透射光线传播方式，发光轴组件3、编码字轮1和导光组件2的间隙非常小，在光线传播过程中限制光线的传播路径，所以绝对避免了光线在不同介质中传播所产生的折射和在水中传播所产生的散射现象，能够显著提高抗干扰能力。

Claims (4)

1.一种远传仪表用电信号计数光电直读装置，包括带有解码器的导光组件、通过发光轴组件组装在导光组件上的编码字轮组，其特征在于：所述编码字轮组中各编码字轮由左遮光轮体、右遮光轮体及夹在两轮体之间的透明轮体拼装成整体结构，编码字轮的左遮光轮体设有左挡光圈，右遮光轮体设有右挡光圈，相邻两个编码字轮相互配合时左、右挡光圈交叠，透明轮体的透光辐板凹槽与左、右遮光轮体的侧置凸台相吻合拼接，拼装后的编码字轮外圆周形成透光区域和遮光区域；发光轴组件的内置发光轴电路板的发光轴轴体上对应各编码字轮的透明轮体透光辐板内周设置透光窗，发光轴电路板上沿轴向排列与编码字轮数量相同的发光管，发光管中心对应各编码字轮的透光窗中心；导光组件的导光支架与编码字轮外圆周紧密配合的上弧面沿轴向排列与编码字轮数量相同的导光孔组，每组中的各导光孔顶端沿弧面的周向排列对准编码字轮的透明轮体透光辐板外周，各导光孔底端分别组装有光接收管，各光接收管分别固定在导光支架下平面的解码器的同一解码电路板上，解码器与发光轴电路板连接；各导光孔内的相互隔开的光接收管，将发光管传播过来的光信号经透光窗、导光孔转换为电信号，由控制发光管发光的解码芯片进行解码，判断出当前编码字轮转动的角度，形成从发光轴组件开始，到编码字轮，再到导光组件，最后到达解码器的径向光线传播路径。

2.根据权利要求1所述的远传仪表用电信号计数光电直读装置，其特征在于：所述编码字轮组中右侧编码字轮的右遮光轮体采用传动遮光轮体。

3.根据权利要求1所述的远传仪表用电信号计数光电直读装置，其特征在于：所述导光孔组中的各导光孔内填充导光介质。

4.根据权利要求1所述的远传仪表用电信号计数光电直读装置，其特征在于：所述固定在导光支架下平面的解码器由解码电路板、解码芯片、光接收管和外围元件组成。