CN103608852B - 燃料分配器流量计欺诈检测和预防 - Google Patents

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Abstract

一种燃料流量计组件，用于检测因篡改所导致的欺诈。燃料流量计组件包含：燃料流量计，所述燃料流量计包括一轴；以及位移传感器，所述位移传感器可操作地连接到燃料流量计轴，用于产生代表通过燃料流量计输送的燃料量的信息。至少一个应答器与燃料流量计轴和位移传感器之一联接。至少一个询问器电子元件与燃料流量计轴和位移传感器中的另一个联接。至少一个询问器电子元件被构造为与至少一个应答器进行远程电子通信。

Description

燃料分配器流量计欺诈检测和预防
优先权声明
本申请要求2011年4月20日提交的美国临时申请序列号61/477,308的优先权，该申请依靠于此并通过引用并入本文用于所有目的。
技术领域
本发明总体涉及燃料分配器。更具体地，本发明涉及检测和防止因篡改与燃料分配器相关联的燃料流量计而导致的欺诈。
背景技术
在零售服务站的环境中，燃料分配器包含流量计，流量计在它进行分配时测量燃料的体积流速。这样的流量计通常须遵守强制较高精度水平的度量衡监管要求。这针对燃料采购确保既不会多收顾客也不会少收顾客。通常，无论是容积式流量计或推导式流量计已被用于此目的。
在现代服务站燃料分配器中，控制系统处理由位移传感器产生的信号，以监控输送到顾客的车辆的燃料量。各种类型的位移传感器已被用于感测各种流体的流速，包含磁传感器和光学传感器。一个这样的位移传感器被称为脉冲发生器。脉冲发生器是可操作地连接到流量计来测量流量计轴的旋转的传感器。当燃料进行分配时，导致轴旋转，脉冲发生器产生脉冲串。每个脉冲代表通过流量计的燃料的已知量(例如，0.001加仑)。
已经试图在燃料流量计上与位移传感器干涉，以便修改所分配燃料的计算体积。例如，不诚实的消费者可能在加注燃料交易之前从燃料流量计断开位移传感器(或它的部件之一)。还有，不诚实的消费者可能会禁用燃料分配器或位移传感器电子元件之一或两者，并迫使燃料通过燃料流量计。
经常地，机械装置用于防止位移传感器从燃料流量计脱离。例如，Kinzie等人共同拥有的美国公布申请号2009/0314804--通过引用将其全部内容并入本文用于所有目的--公开了一种可锁定外壳，用于保护燃料分配器的脉冲发生器。可选地，在流量计和脉冲发生器上的锁和销已被用于这一目的。
发明内容
本发明认识到并解决了现有技术结构和方法的缺点。根据一个实施例，本发明提供了一种燃料流量计组件，用于检测因篡改所导致的欺诈。燃料流量计组件包含：燃料流量计，所述燃料流量计包括一轴；以及位移传感器，所述位移传感器可操作地连接到燃料流量计轴，用于产生代表通过燃料流量计输送的燃料量的信息。至少一个应答器与燃料流量计轴和位移传感器之一联接。至少一个询问器电子元件与燃料流量计轴和位移传感器中的另一个联接。至少一个询问器电子元件被构造为与至少一个应答器进行远程电子通信。
根据另一实施例，本发明提供了一种燃料流量计组件，包括：燃料流量计，所述燃料流量计包括一轴；以及电容式位移传感器，所述电容式位移传感器可操作地连接到燃料流量计轴。电容式位移传感器产生代表通过燃料流量计输送的燃料量的信息。燃料流量计组件还包括与电容式位移传感器进行通信的电容式感测电子元件。
在另一实施例中，本发明提供了一种燃料流量计组件，包括：燃料流量计，所述燃料流量计包括一轴；以及位移传感器，所述位移传感器可操作地连接到燃料流量计轴，用于产生代表通过燃料流量计输送的燃料量的信息。位移传感器包括：至少一个应答器，其可操作地联接为与燃料流量计轴一起旋转；以及至少一个询问器电子元件，其构造为与至少一个应答器进行远程电子通信。
根据另一实施例，本发明提供了一种燃料流量计组件，包括：燃料流量计，所述燃料流量计包括一轴；以及位移传感器，所述位移传感器可操作地连接到燃料流量计轴，用于产生代表通过燃料流量计输送的燃料量的信息。燃料流量计组件还包括电容式传感器，所述电容式传感器与位移传感器联接，以检测位移传感器的篡改。此外，燃料流量计组件包括与电容式传感器进行通信的电容式感测电子元件。
在阅读与附图相关联的优选实施例的以下详细描述之后，本领域技术人员将理解本发明的范围，并认识到其附加的方面。
附图说明
在本说明书中参考附图阐述了本发明的完整和能够实现的公开，包含其为本领域普通技术人员所关注的最佳模式，其中：
图1是示例性燃料分配器的透视图，其中可使用本发明的实施例。
图2是图1燃料分配器的内部燃料流量部件的示意图。
图3A是依据本发明实施例构成的应答器的示意图。
图3B是具有依据本发明实施例构成的集成电子元件的应答器的示意图。
图4是可构造用于本发明的示例性容积式流量计和脉冲发生器的正视图，所述计和脉冲发生器因说明的目的而分离。
图5是图4容积式流量计的前视图，包括与仪表轴联接的应答器。
图6是图4脉冲发生器的底视图，包括与脉冲发生器联接的询问器电子元件。
图7是示出用于检测根据本发明实施例的位移传感器或流量计的欺诈或篡改的示例性方法的流程图。
图8是示例性燃料流量计组件的侧视图，包括采用依据本发明实施例构成的应答器和询问器电子元件的位移传感器。
图9是采用多个根据本发明实施例的应答器的传感器盘的顶视图，其可用于图8的燃料流量计组件。
图10是采用根据本发明实施例的应答器的两个同心环的传感器盘的顶视图，其可用于图8的燃料流量计组件。
图11是依据本发明实施例构成的正交位移传感器的示意图，包括单个应答器。
图12是与依据本发明实施例的图11位移传感器联接的示例性容积式流量计的侧视图。
图13是包括依据本发明实施例构成的电容式位移传感器的示例性燃料流量计组件的侧视图。
图14A是读取器盘的底视图，其可用于根据本发明实施例的图12所示的电容式位移传感器。
图14B是编码器盘的顶视图，其可用于根据本发明实施例的图12所示的电容式位移传感器。
图15是示例性燃料流量计组件的侧视图，包括依据本发明另一实施例构成的电容式位移传感器。
图16是读取器盘的底视图，其可用于根据本发明实施例的图15所示的电容式位移传感器。
图17是示例性燃料流量计组件的侧视图，包括依据本发明另一实施例构成的电容式位移传感器。
图18是读取器盘的底视图，其可用于根据本发明实施例的图17所示的电容式位移传感器。
图19是依据本发明实施例的示例性燃料流量计组件的侧视图，采用电容式感测电子元件来检测欺诈。
图20是电容感测焊盘的横截面图，其可用于图19的燃料流量计组件。
图21是根据本发明实施例的燃料流量计组件的示意图，包括非接触式功率传递电子元件。
在本说明书和附图中重复使用的附图标记旨在代表本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明目前优选的实施例，其中的一个或多个示例在附图中示出。通过解释本发明的方式提供每个示例，而不是限制本发明。事实上，对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，在本发明中可以作出修改和变型。例如，图示或描述为一个实施例一部分的特征可用于另一实施例，以产生更进一步的实施例。因此，期望的是，本发明涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变型。
特此参考2010年2月2日提交的题目为“燃料分配器脉冲发生器布置(Fuel Dispenser Pulser Arrangement)”的共同受让的美国专利申请号12/698,441(即，'441申请)，其全部公开内容通过引用并入本文用于所有目的。本发明的一些方面涉及检测和防止因篡改联接到燃料分配器燃料流量计的位移传感器而导致的欺诈。通常，各实施例在与燃料流量计和位移传感器相关联的至少一个应答器和询问器电子元件之间采用无线通信。例如，某些射频识别(RFID)技术可有利地依据本发明进行使用。RFID系统通常包括追踪器、收发器以及处理器或控制器。收发器或询问器至少具有一个天线、微处理器以及其它的电子电路。追踪器或应答器常常具有应答器电子电路和天线。电子电路可包含非线性器件或半导体接头(诸如二极管)，其构造为产生询问频率的谐波，以指示应答器的存在。在一些更复杂的应答器中，电子电路包含集成电路或其它处理器件，用于存储和处理从询问器发射的信息并且调制返回信号给询问器。应答器的电子电路也可包含电容器和非易失性存储器。
无源应答器使用来自询问器的信号来提供能量，这激活应答器的电路，而有源应答器包含独立的能量源，如电池。电池辅助型无源应答器也是已知的。在一个熟悉的操作方式下，询问器以第一频率发送询问信号到应答器，应答器通过以第二频率发射编码信号而响应，并且询问器接收并处理该编码信号。询问器发送含在编码信号中的信息给控制器，用于处理。
可优选地，本发明的实施例可利用与位移传感器相关联的询问器电子元件，其可操作地联接到燃料流量计，并且至少一个应答器可以与燃料流量计的部件(诸如它的轴)联接或嵌入到其中。可优选地，询问器电子元件与燃料分配器控制系统或其它合适的控制系统进行电子通信。然而，如下面所讨论的，可设想至少一个应答器和询问器电子元件的其它构造。例如，询问器电子元件可与燃料流量计联接，而至少一个应答器可与脉冲发生器联接。
本发明的一些方面还提供了一些用于检测和防止欺诈的方法。如下面讨论的，例如，燃料流量计和位移传感器可经由应答器和询问器电子元件来无线“配对”。因此，燃料分配器控制系统可能不允许加注燃料，直到预期信号已经从应答器发射到位移传感器。其中，控制系统不会在交易开始时接收这样的信号，这可指示位移传感器已从流量计除去。
依据本发明的另一方面，在轴的每次旋转期间，与燃料流量计轴一起旋转的至少一个应答器可由询问器电子元件读取。燃料分配器控制系统可将应答器的每次“读取”与来自位移传感器的预期输出关联(例如，每个应答器信号100个脉冲)，以确保位移传感器还没有被篡改。在一些实施例中，例如，在单次旋转期间，询问器电子元件可多次接收来自应答器的信号。在这种情况下，由于追踪器的方位随仪表轴的旋转而发生改变，询问器电子元件和应答器的增益变化和/或所发射信号的相位可指示仪表轴的旋转。控制系统也可使用此有关旋转的信息，以验证位移传感器的操作。在最终示例中，询问器电子元件可用于存储代表燃料流量计的历史记录和与流量计联接的应答器的性能的信息。
为了简明和可读性起见，术语“应答器”在本文中将用于描述任何类型的能够与通信电子元件通信的远程通信器件。远程通信器件可包含单独或组合的接收器和发射器以及适于响应和/或修改原始信号以提供一发射信号的应答器电子元件。优选的通信方法包含通常用于RFID应用的无线电频率，但其它的RF、红外、声学或其它已知的远程通信方法也可在一些实施例中使用。本文定义的应答器可提供与固定位置的通信电子元件的或单向或双向的通信，并可能是有源的或无源的。同样，固定位置的通信电子元件也可称为“询问器电子元件”。询问器电子元件一般将包含能够与应答器进行通信的发射器和接收器。
图1是示例性燃料分配器10的透视图，其中可使用本发明的实施例。例如，燃料分配器10可以是由北卡罗来纳州格林斯博罗的Gilbarco公司出售的燃料分配器。然而，本领域技术人员将理解，本发明可使用任何燃料分配器中的流量计。
燃料分配器10包含壳体12，其具有从其延伸的至少一个柔性燃料软管14。燃料软管14终止于手动操作的喷嘴16，其适于插入到车辆燃料箱的填充颈部中。喷嘴16包含燃料阀。各种燃料处理部件诸如阀和仪表等也位于壳体12的内部。这些燃料处理部件允许从地下管道接收燃料，并通过软管14和喷嘴16输送到车辆的油箱，这是众所周知的。燃料分配器10具有顾客界面18。顾客界面18可包含信息显示装置20，其显示所分配燃料的量和所分配燃料的价格。此外，顾客界面18可包含媒体显示装置22，以给顾客提供除基本交易功能之外的广告、营销和多媒体展示。由分配器提供的图形用户界面可允许顾客购买除分配器处的燃料之外的商品和服务。可优选地，分配器还包含信用卡读取器和PIN焊盘，以允许顾客使用信用卡或借记卡支付分配器处的燃料。
图2是燃料分配器10的内部部件的示意图。在一般情况下，燃料可从地下存储罐(UST)经由主燃料管道24运送到燃料分配器10和喷嘴16以备输送，该管道可以如众所周知的那样是具有辅助容器的双壁管。示例性的地下燃料输送系统被示于White等人的美国专利号6,435,204中，通过引用将其全部内容并入本文用于所有目的。在许多情况下，与UST相关联的潜式涡轮泵(STP)用于泵送燃料到燃料分配器10。然而，一些燃料分配器可配备有位于壳体12内的泵和电机，从UST抽取燃料到燃料分配器10。
主燃料管道24可首先通过剪切阀26通入壳体12中。如众所周知的那样，剪切阀26设计成在发生碰撞燃料分配器10的情况下关闭燃料流动路径。Reid等人的美国专利申请公布号2006/0260680公开了一种适于在服务站环境中使用的示例性辅助自持式(secondarily-contained)剪切阀，其全部内容通过引用并入本文用于所有目的。剪切阀26含有内部燃料流动路径，从主燃料管道24携带燃料到达内部燃料管道28，它也可以是双壁的。
在燃料退出剪切阀26的出口并进入内部燃料管道28之后，它可能遇到位于流量计32上游的流量控制阀30。在一些燃料分配器中，阀30可定位在流量计32的下游。可优选地，阀30可以是比例电磁控制阀，如在Leatherman的美国专利号5,954,080中描述的，其全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
流量控制阀30经由流量控制阀信号线路36为控制系统34所控制。控制系统34可以是微处理器、微控制器或其它电子元件，具有相关联的存储器和在其上运行的软件程序。以这种方式，控制系统34可以控制流量控制阀30的开启和关闭，以允许燃料流过或不流过流量计32，并到达软管14和喷嘴16上。
流量控制阀30通常在下面含有蒸汽阻挡层38，其界定出燃料分配器10的液压室40。控制系统34通常位于燃料分配器10的电子元件室42中在蒸汽阻挡层38上方。在本实施例中，在燃料退出流量控制阀30之后，它流经仪表32，其测量燃料的量和/或流速。
流量计32可以是容积式流量计或推理式流量计，其具有在一个或多个轴上旋转的一个或多个转子。可修改以用于本发明的正位移流量计技术的一些示例提供于Tingleff等人的美国专利号6,250,151、Taivalkoski等人的6,397,686和等人的5,447,062中，每个专利的全部内容通过引用并入本文用于所有目的。同样地，可修改以用于本发明的推理式流量计技术的示例提供于Payne等人的美国专利号7,111,520和Ruffner等人的5,689,071以及Carapelli的美国专利申请公布号2010/0122990中，其中每个的全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
仪表32可操作地连接到位移传感器44，其产生表示燃料体积流量的信号，并且周期性地经由信号线路46向控制系统34发射该信号。以这种方式，控制系统34可以经由通信线路47在信息显示装置20上更新所分配的总加仑以及所分配的燃料价格。
术语“位移传感器”包括将轴角度位置转换为可以被检测并进一步处理的模拟或数字信号的任何合适的器件。该术语包含但不限于任何类型的非接触式旋转位置传感器或编码器。本发明的实施例可以以各种方式使用容积式和推导式燃料流量计两者。合适的位移传感器技术的进一步信息提供于共同拥有的美国申请序列号13/313,894中，其全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
在一个实施例中，位移传感器44可以是脉冲发生器。本领域普通技术人员熟悉脉冲发生器，其可被修改用于本发明。例如，位移传感器44可以是由Gilbarco公司提供的T18350-G6脉冲发生器。然而，在其它实施例中，位移传感器44可以是如上所述的另一种合适的位移传感器。
当燃料离开流量计32时，它进入流量开关48。流量开关48可优选地包含防止向后流经燃料分配器10的单向止回阀，该流量开关经由流量开关信号线路50向控制系统34提供流量开关通信信号。流量开关通信信号向控制系统34指示：燃料实际上在燃料输送路径中流动，并且来自流量计32的后续信号归因于实际燃料流。
在燃料离开流量开关48之后，它退出内部燃料管道28、输送过燃料软管14和喷嘴16，用于输送到顾客的车辆。
图3A示出了应答器52的一个实施例，它可构造用于本发明使用。通信电子元件54适于提供与各种远程源的远程通信，包含具有相关联的天线60和62的发射器56和接收器58。操作发射器56和接收器58，发射来自应答器52的数据以及向应答器52中接收数据。天线60和62可以是任何合适类型的天线，包含但不限于极天线或缝隙天线。另外，应答器52可仅以一个天线进行操作。通信电子元件54还可包含电源电路64和通信控制器66，其与具有任何软件(例如，固件)70的存储器68相关联，该软件有必要或可希望来操作通信电子元件54，并与控制电子元件72通信。由于应答器52可以是有源的、无源的或电池辅助无源的，电源电路64可以是电池或是当器件处于询问器信号的场内时由电磁能量充电的替代能量存储单元。
通信电子元件54能够通过天线60和62中至少一个接收远程通信信号，并解调这些信号。通信电子元件54和控制电子元件72之间的串行通信经由与各自电子元件相关联的输入/输出(I/O)端口74和76来提供。通信电子元件54提供时钟78，向控制电子元件72的I/O端口76发信号。控制电子元件72可包含总体控制器80、存储器82和软件84，用于提供远程处理。根据需要或适当地，存储器68和82可包含随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或两者的组合。此外，可优选地，存储器可以是非易失性存储器，其存储信息以传达给询问器电子元件。
值得注意的是，通信控制器66和总体控制器80可集成为一个控制器。类似地，通信和总体控制模块的软件和存储器可以合并。最后，根据需要或希望，控制电子元件72和通信电子元件54可以组合，并且也可包含加密的硬件或软件。关于某些应答器器件的部件的进一步细节披露于Freeze等人共同拥有的美国专利号6,313,737，其全部公开内容通过引用并入本文用于所有目的。
如图3B所示，通信和总体控制电子元件以及任何相关联的控制器可集成为单个控制器系统和/或集成电路。在这种情况下，单个控制器86与具有任何软件90的存储器88相关联，根据需要或可希望用于操作。在这样的集成系统中，控制器86将执行任何控制功能。
图4示出了容积式流量计100和脉冲发生器102(为说明目的，是分离的)，其可构造用于本发明。在图示的实施例中，仪表100可类似于由Gilbarco公司提供的C+计。如图所示，仪表100包括主体104，其限定了燃料入口106和燃料出口108。如上所述，燃料分配器内的燃料管道被联接到入口106和出口108。另外，仪表100包括从主体104延伸的轴110。将理解，响应于通过仪表100的燃料流量，轴110旋转。脉冲发生器102包括围绕轴113(图6)的套筒112，其构造为可操作地连接到轴110。本领域技术人员将理解，在一些实施例中脉冲发生器102可布置在蒸汽阻挡层上方。在这种情况下，脉冲发生器的轴通常延伸通过蒸汽阻挡层，用于与轴110可操作地连接。同样，将理解，脉冲发生器102还包括内部脉冲发生器电子元件，与燃料分配器控制系统(诸如上面描述的控制系统34)进行电子通信。除了产生表示流过仪表100的燃料量的脉冲串，脉冲发生器电子元件可电子调整脉冲串，以考虑测量误差。如众所周知的那样，脉冲串发射到燃料分配器控制系统，用于累计和/或附加处理。关于脉冲发生器电子元件和燃料分配器控制系统之间的通信的额外信息提供于'441申请中。然而，在一般情况下，脉冲发生器电子元件可包括非易失性存储器，与诸如微控制器、微处理器等处理器处于电子通信。可优选地，处理器包含必要的软件，以操作如下所述的询问器电子元件。
本发明的一些优选实施例提供了与燃料流量计和位移传感器相关联的至少一个应答器和询问器电子元件。询问器电子元件可与至少一个应答器处于周期性或连续性的远程电子通信，以检测和防止因篡改位移传感器而导致的欺诈。在这方面，图5示出了容积式流量计100，其中应答器114与仪表轴110联接。图6是脉冲发生器102的底视图，其中询问器电子元件116与脉冲发生器102联接。
更具体地，首先参考图5，应答器114(为方便说明，示意性地示出)可优选地构造为当燃料流过仪表100时与轴110一起旋转。可优选地，应答器114可类似于应答器52，如上所述。如图所示，应答器114可与仪表轴110的末端联接。然而，将理解，应答器114可沿轴110布置在任何适当位置，或者与仪表100的另一合适旋转部件联接。还有，在下面描述的其它实施例中，一个或多个应答器114可与可操作地连接到轴110并与其一起旋转的盘联接。在一个优选的实施例中，应答器114可永久地嵌入在轴110中，以防止被除去。在应答器114永久地附接至轴110的情况下，可取的是将应答器114形成为无源元件来排除更换电池的需要。另外，在本实施例中，单个应答器114与轴110联接，但应设想如下所述可提供多个应答器114的实施例。
还参照图6，询问器电子元件116可布置在脉冲发生器102上，这样询问器电子元件116可与应答器114进行通信。除其它因素之外，基于针对特定应用的通信要求、天线地形和极化以及最佳的功率传递，本领域技术人员可以选择用于询问器电子元件116的合适位置。如图所示，例如，询问器电子元件116可固定到脉冲发生器102的底表面，紧靠轴110、113之间的连接部。询问器电子元件116可通过任何合适的方法(包含粘合剂)与脉冲发生器102联接。在一些实施例中，询问器电子元件116可布置在脉冲发生器102内。在下面描述的其它实施例中，询问器电子元件116可不与脉冲发生器102联接，而是独立地定位在燃料分配器的电子元件室中蒸汽阻挡层上方。还有，在一些实施例中，询问器电子元件可定位在电子元件室内，而与询问器电子元件相关联的(多个)天线被定位在燃料分配器的液压室内，更紧靠应答器114。此外，在一些实施例中，可提供多于一个询问器电子元件116。在任何情况下，询问器电子元件116可优选地与脉冲发生器电子器件和/或燃料分配器控制系统处于电子通信。
询问器电子元件116适于提供与应答器114的无线通信。因此，询问器电子元件116可优选地包括具有相关联的天线的发射器118和接收器120。操作发射器118和接收器120，将数据发射到应答器114以及从应答器114接收数据。询问器电子元件116还可包含各种通信电子元件。例如，这样的通信电子元件可包括通信控制器，其与具有软件的存储器相关联，软件对操作询问器电子元件116以及与诸如上述控制系统34等燃料分配器控制系统进行通信是必要的。
基于上述内容，本发明的实施例提供了用于检测和防止欺诈的一些方法。根据一个实施例，燃料流量计100和脉冲发生器102可经由应答器114和询问器电子元件116而无线地配对。特别是，在安装之前，要传达给询问器电子元件116的诸如序列号或唯一的通信识别码等信息可存储在应答器114的存储器中。同样地，询问器电子元件116可被编程，以在启动加注燃料交易时要求这一响应信号中的信息。因此，询问器电子元件116可向燃料分配器控制系统“验证”：它联接到正确的燃料流量计。可优选地，燃料分配器控制系统可被编程，以在能够进行分配之前要求此验证。取决于在交易开始之后控制系统是否从询问器电子元件116接收到此验证，或者询问器电子元件116可通知控制系统涉嫌欺诈，或者控制系统可推断出涉嫌欺诈。
图7是示出根据本实施例的用于检测和防止欺诈的示例性方法的流程图。当顾客启动加注燃料交易时，该工艺开始(步骤130)。燃料分配器控制系统可检测到交易的开始(步骤132)，并命令询问器电子元件116(或者直接地或者经由上述脉冲发生器电子元件)来验证：脉冲发生器102联接到其相关联的燃料流量计(在此，为仪表100)(步骤134)。然后，控制系统可等待预定时间，以接收来自询问器电子元件116的响应(步骤136)。
在存在询问器电子元件116的情况下，它们可征求来自与燃料流量计相关联的应答器的响应(步骤138)。如果应答器响应，则询问器电子元件116可确定响应是否正确(步骤140)。如果响应是正确的，则控制系统可优选地使燃料分配(步骤142)，并且工艺结束(步骤144)。
如果询问器电子元件116从应答器114接收到不正确的响应(诸如不正确的序列号)，则询问器电子元件116可推断出：脉冲发生器102已从其相关联的仪表除去并将不同的应答器更换在仪表上；或者已经在燃料表100中更换了应答器114。还有，如果在预定的时间周期内询问器电子元件116没有从应答器接收到响应，则询问器电子元件116可推断出：脉冲发生器102已更换在仪表上，无应答器；或者应答器114已经从燃料表100除去。在任一情况下，询问器电子元件116可通知控制系统：涉嫌欺诈(步骤146)，这是因为脉冲发生器102或者连接到未知的仪表或者应答器114已被篡改。
另外，在顾客已经启动交易之后在控制系统未从询问器电子元件116接收到验证的情况下，该控制系统可推断出：脉冲发生器102已经从流量计100除去。因此，控制系统可推断出：欺诈或篡改已经发生(步骤148)。(将理解，控制系统或询问器电子元件116也可定期检查是否缺少来自应答器114的预期响应信号，同时交易正在进行中。)然后，燃料分配器控制系统可采取适当的行动，如通过防止加注燃料、提醒燃料站经营者和/或发出警报，以解决欺诈(步骤150)。然后，工艺结束(步骤144)。
在另一实施例中，询问器电子元件可用于在应答器上存储代表燃料流量计的历史记录和性能的信息。例如，询问器电子元件116可构造为既从应答器114读取又写入到应答器114。由此，燃料分配器控制系统可周期性地命令询问器电子元件116在应答器114上存储例如各种维护、错误和/或运行状态数据，供以后检索。此数据可包含通过仪表100的燃料总体积、燃料过滤器发生变更的次数或者校准因子。例如，在授权的维修人员变更与仪表100相关联的过滤器的情况下，人员可在燃料分配器上在“管理员的键区”中输入该信息。然后，控制系统可命令询问器电子元件将该信息写入到应答器114。另外，授权人员可使用管理员的键区和/或远程控制系统(如站点控制器)来请求存储在应答器114上的具体数据，以获取流量计100的操作历史记录。在特定数据度量存在差异的情况下，这可以指示已发生欺诈。
根据另一实施例，在至少一个应答器与燃料流量计联接并与至少一个询问器电子元件相关联的情况下，在燃料流量计的轴的旋转过程中，应答器和询问器电子元件之间的无线通信可用于“审核”位移传感器的输出，以确保还未发生篡改。例如，询问器电子元件116可构造为当应答器114旋转通过与询问器电子元件116相关联的(多个)天线场结构时，轴110每旋转一次，就从应答器114读取一次。然后，询问器电子元件116可将成功的读取结果传达到燃料分配器控制系统。还有，如上所述，脉冲发生器102可构造为向燃料分配器控制系统输出脉冲串，其中每个脉冲代表通过流量计100的燃料的已知量。因此，燃料分配器控制系统可构造为将它已接收到的脉冲数与询问器电子元件116已经从应答器114读取的次数进行比较。特别是，如果脉冲发生器102通常在轴110旋转一次期间输出100个脉冲，则燃料分配器控制系统可预期每持续100个脉冲应答器114读取一次。凡存在差异(例如，3次读取应答器114，但只接收到200个脉冲)，燃料分配器控制系统可推断出脉冲发生器102已被篡改，并可以采取适当的行动以防止欺诈。另外，本领域技术人员将理解，燃料分配器控制系统可将应答器的读取与上述任何兼容类型的位移传感器的输出关联。
根据另一实施例，多个应答器可以与流量计轴联接，使得询问器电子元件和应答器之间的无线通信可以编码流量计轴的旋转。这样的实施例可如上所述用于审核位移传感器的输出来检测篡改，或者用作位移传感器本身。更具体地，例如，多个应答器(其可优选地类似于应答器114)可布置或嵌入在轴110的圆周周围，使得轴110每旋转一次，每个应答器就通过与询问器电子元件116相关联的(多个)天线场结构一次。因此，询问器电子元件116可从多个应答器中的每个读取出来，以获取代表轴110的角度位置的信息。将理解，基于从应答器发射的信息，本实施例可用作绝对编码器或增量编码器之一。询问器电子元件116可将该信息传达给燃料分配器控制系统，以便进一步处理。
本领域技术人员可以基于需要或希望用于燃料流量测量的分辨率而选择与流量计轴可操作地连接的应答器的合适数量和构造。另外，在多个应答器和询问器电子元件之间的通信用作位移传感器的情况下，根据现有技术的位移传感器(诸如脉冲发生器或其它编码器)在一些实施例中可能没有提供。在这样的情况下，从多个应答器读取的询问器电子元件和/或它们相关联的(多个)天线可与流量计联接或布置在另一合适位置中，用于从应答器进行读取。
例如，在基于一个或多个应答器和询问器电子元件之间无线通信的位移传感器的一个实施例中，多个应答器可定位在盘的周界周围。在这方面，图8是示例性燃料流量计组件200的侧视图，包括采用依据本发明实施例构成的应答器和询问器电子元件的位移传感器202。图9是传感器盘204的顶视图，采用根据本发明实施例的多个应答器206，其可用于燃料流量计组件200。
更具体地，燃料流量计组件200可包括具有输出轴的燃料流量计208。可优选地，仪表208可类似于上述仪表100。可优选地，传感器盘204可操作地与仪表208的输出轴连接，使得盘在垂直于输出轴纵向轴线的平面中旋转。在图示的实施例中，传感器盘204经由齿轮箱210与输出轴联接，其可用于增加或减少盘204的旋转速度，以增大或减小每加仑所测量燃料的转数。例如，在一些实施例中，齿轮箱210可具有1:8的比例。然而，并非在所有的实施例中都需要齿轮箱210。如上所述，多个应答器26优选地与盘204联接。如图所示，八个应答器206绕盘204的周界布置。盘204可优选地限定孔212，其可用于将盘204与齿轮箱210的输出轴联接。
塑料盖214可与流量计208联接，并设置在传感器盘204和应答器206上，以提供对它们的保护。盖214可优选地抵靠燃料分配器的蒸汽阻挡层216，其可优选地是不导电的。在一些实施例中，蒸汽阻挡层216可由聚碳酸酯或另一合适的塑料材料形成。
多个应答器206可优选地与定位在电子元件室中的至少一个询问器电子元件218处于电子通信。与询问器电子元件218相关联的(多个)天线可优选定位，随着每个应答器206通过(多个)天线场结构，每旋转一次传感器盘204就从每个应答器206读取一次。询问器电子元件218可优选地与如上所述的燃料分配器的控制系统处于电子通信。
在只使用单个询问器电子元件218的情况下，位移传感器202可提供关于仪表208输出轴的转数的信息，因此提供关于所分配燃料的体积的信息，但它可能无法提供关于输出轴旋转方向的信息。因此，图10示出了位移传感器202的另一实施例，其中传感器盘220包含分别为应答器226、228的两个同心环222、224。可优选地在第一环222和第二环224两者之中提供相同数量的应答器226、228。可优选地具有比第一环222更小的半径的第二环224中的应答器228可优选地与第一环222中的应答器226未在径向上对准，而是从其偏移开来。例如，第二环224中的应答器228可从第一环222中的应答器226偏移一角度量，其多于或少于第一环222中每个应答器226之间的角度量的一半。
在本实施例中，与询问器电子元件218相关联的(多个)天线从第一环222中的应答器226读取出来。另外，可提供具有(多个)天线的第二询问器电子元件230，该天线定位为从第二环224中的应答器228读取。本领域技术人员可以定位与询问器电子元件218、230相关联的天线，以在其间提供足够的隔离，这样与特定询问器电子元件相关联的(多个)天线只读取对应于此询问器电子元件的环中的应答器。还有，在一些实施例中，只有一个询问器电子元件可用于构造为从两个环222、224中的应答器226、228读取的天线。在操作时，取决于在每个同心圆中从应答器226、228接收到的信号的定时或顺序，燃料分配器控制系统也可确定流量计208的输出轴的旋转方向。该实施例还可提高测量的分辨率，因为每次旋转仪表输出轴“读取”的数量将加倍。
根据另一实施例，与流量计轴联接的多个应答器可与两个或更多个询问器电子元件通信，以提供绝对位移传感器。例如，询问器电子元件可构造为输出唯一的数字式“字词”，用于流量计轴的每个角度位置。在这方面，本领域技术人员将理解，在提供n个询问器电子元件的情况下，流量计轴的2n个位置可被编码。如上所述，所提供的应答器的数量可对应于需要或希望的明显角度位置数量。还有，一个以上的应答器可设置在一些角度位置上。可优选地，在每个位置每个应答器中的天线的拓扑结构可如此构造，使得在流量计轴的每个角度位置上，只有预定数量的两个或更多个询问器电子元件能够从(多个)应答器读取出来。
例如，询问器电子元件在流量计轴的每个角度位置上的输出可表示为二进制数。在其中设置了两个询问器电子元件A和B的实施例中，流量计轴的四个角度位置可被编码。在第一角度位置上，没有应答器可与流量计轴联接，这样询问器电子元件A和B两者均不接收返回信号。这可表示为二进制值00。在第二角度位置上，应答器可设置有具有拓扑结构或取向的(多个)天线，这样只有询问器电子元件B可从应答器读取出来。这可表示为二进制值01。类似地，在第三角度位置上，可读取天线的拓扑结构或取向，以产生二进制值10(即，只有询问器电子元件A接收到返回信号)；而在第四角度位置上，可读取拓扑结构，以产生二进制值11(即，询问器电子元件A和B两者接收到返回信号)。由此，询问器电子元件可向燃料分配器控制系统传达代表流量计轴绝对位置的信息。
在另一实施例中，在旋转流量计轴期间从与流量计轴联接的至少一个应答器发射到询问器电子元件的信号的特性变化可用于获取关于轴旋转的信息。因此，本实施例可用于“审核”位移传感器的操作，和/或可用作正交位移传感器本身(即，它可提供仪表输出轴的相对位置和旋转方向)。而且，因为信号特性的变化被用来监控轴的旋转，所以该信号可伴随地向询问器电子元件传送存储在应答器上的信息(例如，如上所述的识别信息)。换言之，应答器和询问器电子元件之间的无线通信既可用作安全器件(例如，用于验证位移传感器与特定的流量计相联接)，也可用作位移传感器或编码器。在这方面，图11是依据本发明实施例构成的正交位移传感器250的示意图，包括单个应答器252。
更具体地，在流量计输出轴的旋转过程中，询问器电子元件和应答器252可多次通信。本领域技术人员将理解，当两个天线的极化一致时，它们之间的最佳功率传递会发生。在可以控制应答器和询问器电子元件的取向的情况下，常常以最佳性能使用线性极化的天线。然而，在安装要求应答器在各种不同的方向上取向的情况下，可优选的是，在询问器电子元件处提供圆形极化的(多个)天线，并在应答器处提供线性极化的天线。于是，应答器的极化可在许多不同的方位上与询问器电子元件的极化对准。
因此，在一个实施例中，与询问器电子元件相关联的(多个)天线可以是圆形极化的。本领域技术人员将能够提供与询问器电子元件相关联的(多个)天线的圆形极化。例如，如图11所示，天线可包括两个正交的偶极子254、256，它们由在电学上90度异相的馈送附接件258、260驱动。另外，由于应答器252的方位将随输出轴的旋转(在图11中由方向性箭头指示)而改变，应答器252中的(多个)天线可以是线性极化的。
图12是示例性容积式流量计262的侧面图，其与依据本发明实施例构成的位移传感器250联接。仪表262可优选地类似于上述仪表100，并包括可联接到应答器252的输出轴264。在本实施例中，可再次优选为不导电的蒸汽阻挡层266限定了突出的方形室268，应答器252在该方形室中旋转。如上所述，塑料盖270可再次抵靠蒸汽阻挡层266。图12中只示出了一个天线254，它可优选地安装在室268上并定位为与应答器252通信。类似地，另一天线256安装在室268上与天线254相同的平面中，但在垂直于页面的轴线上。
本领域技术人员还将理解，由于应答器和与询问器电子元件相关联的天线的相对取向有所改变，所以除其它信号特性之外，所传递的功率、天线的增益、信号的相位以及读取范围将改变。例如，Friis传输方程说明了一些这些变量之间的关系：
P T = P I G T ( θ I , φ I ) G T ( θ T , φ T ) λ 2 ( 4 πr ) 2 ( 1 - | Γ I | 2 ) ( 1 - | Γ T | 2 ) | p ^ I · p ^ T | 2
其中PT为应答器处接收的功率，PI为从询问器电子元件发射的功率，(θT,φT)为限定应答器取向的球面坐标，(θI,φI)为限定询问器电子元件取向的球面坐标，GT(θT,φT)为应答器的增益，GI(θI,φI)为询问器电子元件的增益，ΓT为应答器反射系数，ΓI为询问器电子元件反射系数，为应答器的极化矢量，为询问器电子元件的极化矢量，r为询问器电子元件和应答器之间的距离，以及λ是信号的波长。
在一个实施例中，询问器电子元件和应答器之一或两者可包括接收信号强度指示器(RSSI)，以测量输入到它们各自天线的功率。例如，在图11-12中与天线254、256相关联的询问器电子元件优选地包括RSSI电子元件，用于从应答器252读取接收到的信号的强度。在一些实施例中，询问器电子元件可优选地类似于由Texas Instruments公司提供的TRF7960HF读取器，其具有RSSI功能。本领域技术人员熟悉其它市售询问器电子元件和/或收发器，为此其包括合适的RSSI电子元件。如上所述，由于应答器252相对于天线254、256的相对方位有所改变，所以在特定的天线处天线增益以及因此的接收功率将改变。因此，从应答器252读取接收的信号强度并施加简单的几何形状会允许询问器电子元件计算流量计输出轴的角度位置。根据另一实施例，询问器电子元件可构造为在旋转输出轴期间检测从应答器252发射的信号的相位变化。
在任一情况下，询问器电子元件或燃料分配器控制系统中的任一个可使用信号特性的这些变化来监控旋转速度、方向和/或流量计262输出轴264的位置。在其它实施例中，其中位移传感器250结合现有技术位移传感器诸如脉冲发生器而使用，如通过将旋转与如上所述的预期数量的脉冲比较，该信息可用来验证现有技术位移传感器还没有被篡改。另外，将理解，本实施例可检测篡改，其中篡改者试图从它的安装处撬开仪表262。具体地，任何篡改将带动应答器252离开天线254、256的场结构，导致接触损失。因为应答器252通常可在正常操作期间与天线254、256中的至少一个接触，所以如果与两个天线254、256的接触持续缺失了预定的时间周期，则询问器电子元件和/或燃料分配器控制系统可指示篡改已经发生。
取决于输出轴264的旋转速度，可能在轴264旋转一次期间难以对应答器252询问希望的次数来以希望的分辨率获取其角度位置。因此，在一些实施例中，可希望通过提供两个以上的偶极子元件来增加轴位置测量的分辨率。这可在每次旋转轴的过程中使询问器电子元件从应答器252读取更多次。
根据另一实施例，电容式传感器可用于编码流量计输出轴的旋转并检测欺诈。本领域普通技术人员熟悉电容式感测电子元件，在检测到如因用户使手指靠近感测电极或移动手指远离感测电极而导致的电容的突然变化时，电容式感测电子元件激活预定事件。例如，电容式感测电子元件可包括专用集成电路或在微控制器上由内部硬件资源辅助的软件。另外，电容式感测电子元件通常能够处理在多个输入通道上接收的信号。
可优选地，这些实施例可结合位移传感器的实施例诸如针对图8-12的上述实施例一起使用，位移传感器的实施例使用应答器和询问器电子元件之间的无线通信，以编码流量计输出轴的旋转，但是这不是必需的。例如，燃料分配器控制系统可使用电容式传感器编码器的输出来审核应答器/询问器编码器的输出，以确保准确性以及没有发生欺诈。
在这方面，图13是示例性燃料流量计组件270的侧视图，包括依据本发明实施例构成的电容式位移传感器272。燃料流量计组件270还可包括燃料流量计274，其可优选地类似于上述的仪表100。电容式位移传感器272包括读取器盘276和编码器盘278。编码器盘278可优选地联接为与流量计274的输出轴一起旋转。塑料盖280可再次与流量计274联接，并围绕编码器盘278。可优选地，塑料盖280抵靠蒸汽阻挡层282，其可优选是不导电的。可优选静止的读取器盘276可优选地在燃料分配器电子元件室中与蒸汽阻挡层282上侧的编码器盘278同轴布置。因为在读取器盘276和编码器盘278的导电层之间的电容正比于导电层面积和介电常数，且反比于它们的分离距离，所以每个盘276和278的大小以及它们各自的导体层将部分取决于蒸汽阻挡层282的厚度和介电常数。
现在参考作为读取器盘276底视图的图14A以及作为编码器盘278顶视图的图14B，读取器盘276和编码器盘278可优选地各包括在其上限定有一个或多个导电层的印刷电路板。导电层可由各种合适的材料形成，包含铜、铟锡氧化物以及印刷油墨。特别是，读取器盘276的导电层可包括中央接地平面280以及绕编码器盘276圆周限定的多个径向段282。在图示的实施例中，示出了八个径向段282，但额外或更少的径向段可在其它实施例中提供。将理解，读取器盘276和编码器盘278不需要是圆形的，但可在替代实施例中限定其它形状。还有，在另一替代实施例中，读取器盘276的导电层可包括位于同心环上的感测段，并类似于格雷码轮(类似于在光学位移传感器中使用的那些)。值得注意的是，径向段282与中央接地平面280隔离均匀间隙284。电容式感测电子元件向每个径向段282施加电压，并且接地平面280被连接到地。由于与每个径向段282相关联的电场能量行进越过间隙284到达接地平面280，所以将在每个径向段282和接地平面280之间存在寄生电容。将理解，取决于间隙284的大小，一些能量越过间隙溢出到感测区域中，建立杂散电场。间隙284的大小会影响引导到接地平面280的场能量的量，因此影响每个径向段282和接地平面280之间的寄生电容。本领域技术人员可以基于希望的寄生电容而选择用于间隙284的合适大小，但在一个实施例中间隙大小可近似为0.5mm。
另外，编码器盘278可优选地包括单个导电层286。在图示的实施例中，导电层286可包括：圆形中央部288，具有与读取器盘276的接地平面280相同的直径；以及径向部290，在中央部288和编码器盘278周界之间延伸。可优选地，径向部290延伸通过比每个径向段282更大的角度，使得当读取器盘278定位在编码器盘276下方时，径向部290可重叠两个或更多个径向段282。这可允许电容式感测电子元件确定编码器盘278的旋转方向，并因此确定流量计274输出轴的旋转方向。
在操作时，当编码器盘278与流量计274的输出轴一起旋转时，导电层286依次通过接地平面280和每个径向段282的下方。导电层286向接地平面280和特定径向段282之间的电容性系统增加导电性表面积，因此增加额外的充电容量。与电容式位移传感器272电连通的电容式感测电子元件可监控跨过读取器盘276的每个径向段282和接地平面280的因旋转编码器盘278所导致的电容变化。因为电容式感测电子元件可处理在多个输入通道上接收的信号，所以电容式感测电子元件可优选地确定在给定的瞬间导电层286正在通过哪个径向段282。由此，电容式感测电子元件可确定流量计274输出轴的旋转速度、旋转方向和位置。如上所述，位移传感器272因此可用于使用应答器和询问器电子元件之间的无线通信来审核位移传感器的输出，以确保准确性以及没有发生欺诈。可替换地，位移传感器272可单独使用，以编码流量计274输出轴的旋转。
此外，电容式位移传感器272的实施例还可提供为用于近程感测或剥离检测，以防止欺诈。特别地，在任何给定的时间，电容式感测电子元件可以检测因靠近编码器盘278导电层286而导致的在读取器盘276特定径向段282处增加的电容。如果电容式感测电子元件在所有的径向段282处检测到电容较低，则电容式感测电子元件可确定编码器盘278未靠近读取器盘276，并采取适当的行动以防止欺诈。可替换地，电容式位移传感器272可与联接流量计274的应答器和联接读取器盘276的天线结合使用。该天线可与询问器电子元件相关联，如上所述后者可用于位移传感器272与流量计274的无线“配对”。因此，如果篡改者试图移动或除去流量计274，那么这样做会使应答器离开天线的范围。
接下来，参考图15和16来描述根据本发明另一实施例的电容式位移传感器。特别地，图15是燃料流量计组件300的侧视图，包括电容式位移传感器302。燃料流量计组件300可优选地在许多方面类似于燃料流量计组件270。因此，燃料流量计组件300可包括具有输出轴206的流量计304。此外，燃料流量计组件300可包括抵靠蒸汽阻挡层310的塑料盖308。然而，在本实施例中，电容式位移传感器302可优选地包括读取器盘312以及具有约等于读取器盘312半径的长度的臂314。再次可优选静止的读取器盘312可优选地在燃料分配器电子元件室中与蒸汽阻挡层310上侧的输出轴306同轴布置。臂314可优选地在其近端联接到输出轴306，使得臂314在垂直于输出轴306纵向轴线的平面中旋转。本领域技术人员将理解，在其它实施例中，臂314可以替代地限定盘或另一垂直于输出轴306纵向轴线旋转的合适形状。
现在参考作为读取器盘312底视图的图16，多个导电焊盘316可优选地与盘312联接。如图所示，8个导电焊盘316绕盘312周界布置。在一个实施例中，盘312可包括印刷电路板，并且导电焊盘316可由如上所述的各种合适导电材料形成。
在本实施例中可优选地由非导电材料形成的臂314可优选地包括定位在其末端的至少一个电容元件318。电容元件318可优选地类似于包括电容器和接收器的常规无源应答器，而不是构造为响应于询问器而发射射频信号，电容元件318可响应于询问来充电荷，并可向电容元件318中的电极施加电压。可优选地，电容元件318在离开输出轴306一定径向距离处与臂314联接，该距离对应于读取器盘312上导电焊盘316的径向距离。因此，当臂314与输出轴306一起旋转时，电容元件318可直接通过每个导电焊盘316的下方。电容元件318可优选地与定位在电子元件室中的至少一个询问器电子元件320处于电子通信。询问器电子元件218可优选地与如上所述的燃料分配器控制系统处于电子通信。
在操作时，在轴306的旋转期间，与询问器电子元件320相关联的(多个)天线可优选地定位为多次地“询问”电容元件318中的电容器或对其充电荷。另外，导电焊盘316可优选地与询问器电子元件320处于并联电连通，但是在一些实施例中导电焊盘316可串联连接。当通过从与询问器电子元件320相关联的(多个)天线接收信号而对电容元件318充电荷时，它将电压施加到如上文所述的电极。当电容元件318通过特定导电焊盘316的下方时，存储在电容元件318中的能量可从电极通向导电焊盘316，使得在电容元件318和导电焊盘316之间存在寄生电容。这个电容耦合完成了由询问器电子元件320监控的电路。当电容元件318被充电荷但不在导电焊盘316的下方时，其中存储的电能将不会具有接地的路径。
图17和图18示出了电容式位移传感器的另一实施例。图17是燃料流量计组件322的侧视图，包括电容式位移传感器324。图18是用于电容式位移传感器324的读取器盘312的底视图。燃料流量计组件322可优选地在许多方面类似于燃料流量计组件300，并且相同的附图标记用于图17和18中来表示相同的元件。
然而，在本实施例中，电容式位移传感器324不包含询问器电子元件320或电容元件318。相反，电容式位移传感器324包括具有中央信号环326的读取器盘312，其可优选地由类似于导电焊盘316的导电材料形成。另外，在本实施例中，臂314可优选地包括内导电元件328和外导体元件330。导电元件328、330可优选地沿着臂314诸如经由导电迹线等处于电连通。内导电元件328可优选地在离开输出轴306一定径向距离处与臂314联接，该距离相当于读取器盘312上信号环326的半径；而外导电元件330可优选地在离开输出轴306一定径向距离处与臂314联接，该距离相当于读取器盘312上导电焊盘316的径向距离。导电元件328、330可由各种合适导电材料形成，诸如上文指定的材料或以其它方式为本领域技术人员已知的材料。因此，当臂314与输出轴306一起旋转时，外导电元件330将直接通过每个导电焊盘316的下方，且内导电元件328将在信号环326的下方旋转。
在操作时，导电焊盘316可优选地与合适的电容式感测电子元件并联电连通。同样地，信号环326可与电容式感测电子元件电连通。电容式感测电子元件可优选地向信号环326施加电压，这如上所述可一直位于内导电元件328的正上方而不管臂314的位置如何。因此，可在信号环326和导电元件328之间存在寄生电容，并且电压将被施加到导电元件330。当导电元件330通过特定导电焊盘316的下方时，电能可从导电元件330通向导电焊盘316，使得其间存在寄生电容。这个电容耦合完成了由电容式感测电子元件监控的电路。当导电元件330不在导电焊盘316的下方时，施加到其上的电压将不会具有接地的路径。在其它实施例中，例如在读取器盘312定位在燃料分配器的液压室内的情况下，内导电元件328可与信号环326直接物理接触。还有，将理解，在其它实施例中，电容式感测电子设备可将电压施加到每个导电焊盘316而不是施加到信号环326，并以类似的方式进行操作。
因此，在图15-18所示的两个实施例中，当臂314旋转经过每个导电焊盘316时，询问器电子元件320或电容式感测电子元件可确定臂314的位置、旋转速度以及旋转方向。因此，位移传感器302、324同样可用于审核另一位移传感器的输出，或者燃料分配器控制系统可使用来自位移传感器302、324的信息以确定燃料经过流量计304所分配的量。另外，这两个实施例可提供用于近程感测或剥离检测以防止欺诈，这在上文相对于图13-14B所示的实施例有所描述。
此外，在两个实施例中，为了提供感测旋转方向的另一种方法，读取器盘312可具有导电焊盘的两个同心环，这在上文参考图10有所讨论。然后，在针对图15-16所描述的实施例中，臂314可包括附加电容元件，位于对应于导电焊盘316附加环的径向位置的径向位置。同样地，询问器电子元件320可与(多个)附加天线相关联，为臂314上的附加电容元件充电荷。还有，在针对图17-18所描述的实施例中，臂314可包括附加导电元件，其定位为与导电焊盘316的附加环电容耦合。
本发明的另一实施例提供了一种用于检测因使用电容式感测来剥离或除去脉冲发生器而导致的欺诈的方法。在这方面，图19是燃料流量计组件350的侧视图，包括具有与脉冲发生器354联接的输出轴的流量计352。流量计352和脉冲发生器354可优选地类似于上文详细描述的流量计100和脉冲发生器102。如图所示，脉冲发生器354布置在蒸汽阻挡层356的上方，在本实施例中蒸汽阻挡层可优选地由诸如金属的导电材料形成。蒸汽阻挡层356限定一孔358，脉冲发生器轴可延伸通过该孔。
在本实施例中，脉冲发生器354可优选地设置有一个或多个电容式感测焊盘。例如，在图19中，两个这样的电容式感测焊盘360布置在脉冲发生器354和蒸汽阻挡层356之间。还参考图20，这是与蒸汽阻挡层356联接的电容式感测焊盘360的横截面视图，电容式感测焊盘360可包括印刷电路板362，在其上限定有导电层。如上文所解释的，导电层可由各种合适材料形成，包含铜、铟锡氧化物以及印刷油墨。特别是，感测焊盘360的导电层可包括围绕电极366的接地平面364。如同上述的读取器盘276，接地平面364和电极366由间隙368分隔开。电容式感测电子元件可优选地向电极366施加电压，而接地平面364连接到地。由于与电极366相关联的电场能量行进越过间隙368到达接地平面364，所以将在接地平面364和电极366之间存在寄生电容。
第二印刷电路板370可使接地平面364、电极366和间隙368重叠。在一个实施例中，印刷电路板362、370可以是0.5mm厚的FR-4印刷电路板。如图19和20所示，电容式感测焊盘360可优选地与脉冲发生器354联接，然后在脉冲发生器354与仪表352联接时紧紧地压靠在金属蒸汽阻挡层356上。蒸汽阻挡层356向接地平面364和电极366之间的电容性系统增加导电性表面积，因此增加额外的充电容量。与电容式感测焊盘360处于电连通的电容式感测电子元件可监控接地平面364和电极366之间的电容变化。在操作时，凡篡改者试图从仪表352除去脉冲发生器354，则电容式感测焊盘360将远离蒸汽阻挡层356，导致电容减小。电容式感测电子元件感测到这个下降，并可采取适当的行动以防止欺诈。
图21是燃料流量计组件400的示意图，包括根据本发明一个实施例的非接触式功率传递电子元件402。如下所述，非接触式功率传递电子元件402可用来检测欺诈，并向位于燃料分配器蒸汽阻挡层下方的位移传感器提供功率。本领域普通技术人员熟悉市售的非接触式功率传递电子元件，诸如由Texas Instruments公司提供的无线充电解决方案。在一个实施例中，非接触式功率传递电子元件402可类似于依据由Wireless Power Consortium所定义的标准用于给无线器件再充电的电子元件。
更具体地，非接触式功率传递电子元件402可优选地包括发射器电子元件404和接收器电子元件406。发射器电子元件404可包括：功率激励级，诸如开关调整器或D类放大器；以及处理器，诸如微控制器等。功率激励级可以预定的频率来驱动环形天线，以经由电感耦合向接收器电子元件406传输功率。类似地，接收器电子元件406可包括环形天线，其输送功率到达整流器，并最终到达附接的负载。接收器电子元件406还可包括处理器，它监控此过程并发送数字数据回到低频链路，以向发射器电子元件404传送信息。
如上所述，仪表组件400可优选地包括塑料盖408，它包住位移传感器电子元件410。盖408可优选地抵靠燃料分配器的蒸汽阻挡层412，在本实施例中蒸汽阻挡层可优选是不导电的。如图21所示，发射器电子元件404可优选地设置在燃料分配器的电子元件室中，邻近蒸汽阻挡层412；而接收器电子元件406可优选地联接到盖408的表面，抵靠蒸汽阻挡层412，正对着发射器电子元件404。由此，发射器电子元件404可经由电感耦合跨过蒸汽阻挡层412并穿过盖408向接收器电子元件406输送功率。接收器电子元件406可向位移传感器电子元件410输送功率。
位移传感器电子元件410可优选地包括位移传感器414，其可操作地连接到燃料流量计、处理器416、具有天线420的收发器418，所有这些都处于电子通信。在一个实施例中，位移传感器414可以是常规的脉冲发生器。在其它实施例中，位移传感器414可与燃料流量计壳体集成在一起，例如包含探测器线圈或霍尔效应传感器。另外，在一些实施例中，位移传感器电子元件410的所有部件可与燃料流量计壳体形成一体。
为了传输从位移传感器414跨过蒸汽阻挡层412而输出的信息，收发器418可优选地与类似的收发器422处于远程电子通信，收发器422具有布置在燃料分配器电子元件室内的天线424。收发器418、422可优选地包括低功率UHF收发器，并且在一个实施例中它们可以以915MHz的频率传递数据。燃料分配器控制系统426可优选地与收发器422和发射器电子元件404处于电子通信。可优选地，处理器416可处理从位移传感器414提供的信息，并将之提供给收发器418。然后，收发器418可将该信息传输到收发器422，其将信息提供给燃料分配器控制系统426。在替代实施例中，来自位移传感器414的信息可提供给接收器电子元件406，其可将此信息经由感应链路传递到发射器电子元件404。值得注意的是，在一些实施例中，燃料分配器中的每个燃料流量计可包括收发器418，但燃料分配器可包括单个收发器422。换句话说，燃料分配器中的所有仪表可将加注燃料信息从它们各自的位移传感器414发射到单一收发器422。另外，在一些实施例中，燃料分配器控制系统426也可导致收发器422经由收发器418将信息写入到与燃料流量计相关联的处理器416。如上所述，收发器418、422之间的这种双向通信可用于通过将燃料流量计与特定燃料分配器无线“配对”来打击欺诈。
此外，功率传递电子元件402还可通过检测从燃料分配器液压室中除去燃料流量计组件400的尝试来防止欺诈。特别是，由于发射器电子元件404可从接收器电子元件406接收常量数据，发射器电子元件404知道什么时候链接已断开。移动或除去燃料流量计组件400的尝试将拉动组件400足够远离发射器电子元件404，使得发射器电子元件404标记为断开。因此，发射器电子元件404可向燃料分配器控制系统426指示：欺诈可能已经发生。
尽管上文已经描述了本发明的一个或多个优选实施例，但应当理解，本发明的任何和所有的等效实现方式应包含在本发明的范围和精神内。所描述的实施例仅通过示例的方式给出，并非旨在限制本发明。因此，本领域普通技术人员应理解，因为可以作出修改，所以本发明并不限于这些实施例。因此，应设想，任何和所有这样的实施例应包含在可落入其范围和精神内的本发明中。

Claims (33)

1.一种燃料流量计组件，用于检测因篡改所导致的欺诈，所述燃料流量计组件包括：
燃料流量计，所述燃料流量计包括一轴；
位移传感器，所述位移传感器可操作地连接到所述燃料流量计轴，用于产生代表通过所述燃料流量计输送的燃料量的信息；
至少一个应答器，所述至少一个应答器与所述燃料流量计轴和所述位移传感器之一联接；以及
至少一个询问器电子元件，所述至少一个询问器电子元件与所述燃料流量计轴和所述位移传感器中的另一个联接，所述至少一个询问器电子元件被构造为与所述至少一个应答器进行远程电子通信。
2.根据权利要求1所述的燃料流量计组件，其中，所述至少一个应答器嵌入在所述燃料流量计轴中。
3.根据权利要求1所述的燃料流量计组件，其中，所述至少一个应答器与一盘联接，所述盘被联接为与所述燃料流量计轴一起旋转。
4.根据权利要求1所述的燃料流量计组件，其中，唯一的识别码存储在所述至少一个应答器的存储器中。
5.根据权利要求4所述的燃料流量计组件，其中，所述至少一个询问器电子元件被构造为在启动加注燃料交易时，请求来自所述至少一个应答器的所述唯一的识别码。
6.根据权利要求1所述的燃料流量计组件，其中，所述至少一个询问器电子元件被构造为在每次旋转所述燃料流量计轴期间询问所述至少一个应答器。
7.根据权利要求6所述的燃料流量计组件，其中，所述至少一个询问器电子元件向燃料分配器控制系统发射代表来自所述应答器的响应信号的信息。
8.根据权利要求7所述的燃料流量计组件，其中，所述燃料分配器控制系统被构造为在加注燃料交易期间，将代表通过所述燃料流量计输送的燃料量的所述信息与所述至少一个询问器电子元件询问所述至少一个应答器的次数进行比较。
9.根据权利要求1所述的燃料流量计组件，其中，所述至少一个询问器电子元件被构造为在所述至少一个应答器上存储所述燃料流量计的历史记录和性能信息。
10.根据权利要求1所述的燃料流量计组件，其中，所述位移传感器是脉冲发生器。
11.一种燃料流量计组件，包括：
燃料流量计，所述燃料流量计包括一轴；
电容式位移传感器，所述电容式位移传感器可操作地连接到所述燃料流量计轴，用于产生代表通过所述燃料流量计输送的燃料量的信息；以及
电容式感测电子元件，所述电容式感测电子元件与所述电容式位移传感器进行通信。
12.根据权利要求11所述的燃料流量计组件，还包括位移传感器，所述位移传感器包括至少一个应答器以及询问器电子元件，所述询问器电子元件被构造为与所述至少一个应答器进行远程电子通信。
13.根据权利要求11所述的燃料流量计组件，其中，所述电容式位移传感器包括读取器和编码器。
14.根据权利要求13所述的燃料流量计组件，其中，所述编码器被联接为与所述燃料流量计轴一起旋转。
15.根据权利要求13所述的燃料流量计组件，其中，所述读取器和所述编码器各包括将一个或多个导电层限定在上面的印刷电路板。
16.根据权利要求15所述的燃料流量计组件，其中，所述读取器的所述一个或多个导电层包括接地平面和多个径向段，所述多个径向段由一间隙与所述接地平面隔离开。
17.根据权利要求16所述的燃料流量计组件，其中，所述电容式感测电子元件监控所述接地平面和每个所述多个径向段之间的电容变化。
18.根据权利要求13所述的燃料流量计组件，其中，所述读取器和所述编码器中的每个形成为盘的形状。
19.根据权利要求11所述的燃料流量计组件，其中，所述电容式位移传感器包括一读取器和一臂，所述读取器在其上限定有多个导电焊盘，所述臂被联接为与所述流量计轴一起旋转。
20.根据权利要求19所述的燃料流量计组件，还包括至少一个询问器电子元件。
21.根据权利要求20所述的燃料流量计组件，还包括与所述臂联接的至少一个电容元件。
22.根据权利要求19所述的燃料流量计组件，其中，所述电容式位移传感器还包括读取器盘，所述读取器盘还包括信号环。
23.根据权利要求22所述的燃料流量计组件，还包括与所述臂联接的至少两个导电元件。
24.一种燃料流量计组件，包括：
燃料流量计，所述燃料流量计包括一轴；以及
位移传感器，所述位移传感器可操作地连接到所述燃料流量计轴，用于产生代表通过所述燃料流量计输送的燃料量的信息；
所述位移传感器包括：
至少一个应答器，所述至少一个应答器可操作地联接为与所述燃料流量计轴一起旋转；和
至少一个询问器电子元件，所述至少一个询问器电子元件被构造为与所述至少一个应答器进行远程电子通信。
25.根据权利要求24所述的燃料流量计组件，其中，所述至少一个应答器与一盘联接，所述盘被联接为与所述燃料流量计轴一起旋转。
26.根据权利要求24所述的燃料流量计组件，其中，所述至少一个应答器包括多个应答器。
27.根据权利要求24所述的燃料流量计组件，其中，所述至少一个询问器电子元件被构造为在每次旋转所述燃料流量计轴期间询问所述至少一个应答器。
28.根据权利要求27所述的燃料流量计组件，其中，所述至少一个询问器电子元件向燃料分配器控制系统发射代表来自所述应答器的响应信号的信息。
29.根据权利要求28所述的燃料流量计组件，其中，所述燃料分配器控制系统被构造为确定所述燃料流量计轴的旋转速度、旋转方向和位置中的至少一个。
30.根据权利要求27所述的燃料流量计组件，还包括与所述至少一个询问器电子元件进行通信的第一天线和第二天线，所述第一天线正交于所述第二天线。
31.根据权利要求30所述的燃料流量计组件，其中，所述询问器电子元件包括接收信号强度指示器(RSSI)电子元件。
32.根据权利要求31所述的燃料流量计组件，其中，所述询问器电子元件被构造为基于从所述至少一个应答器接收的信号强度来确定所述燃料流量计轴的角度位置。
33.一种燃料流量计组件，包括：
燃料流量计，所述燃料流量计包括一轴；
位移传感器，所述位移传感器可操作地连接到所述燃料流量计轴，用于产生代表通过所述燃料流量计输送的燃料量的信息；
电容式传感器，所述电容式传感器与所述位移传感器联接，以检测所述位移传感器的篡改；以及
电容式感测电子元件，所述电容式感测电子元件与所述电容式传感器进行通信。
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