CN103791938B - 智能计量仪表的数据传感采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种性能稳定可靠、传感数据准确、制造简单、成本低的智能计量仪表的数据传感采集装置，包括字轮盒(1)、字轮轴(5)、头字轮(21)、若干个次字轮(22)、进位牙轮(3)、字轮支架(6)、若干组光电传感器(8)，字轮轴(5)与字轮支架(6)转动连接，头字轮(21)固定于字轮轴(5)上，次字轮(22)及头字轮(21)分别套接于字轮支架(6)上且可绕其转动，头字轮(21)及次字轮(22)的内侧壁设有阶梯弧形面，光电传感器(8)设置于字轮支架(6)的外表面，每组光电传感器(8)分别与一个字轮相对应，光电传感器(8)通过在阶梯弧形面上反射光产生的电流对字轮的位置进行编码，与预先设置的编码表比对，测定字轮的显示数字位置，获取字轮的读数信息。可应用于智能计量仪表领域。

Description

智能计量仪表的数据传感采集装置

技术领域

本发明涉及一种智能计量仪表的数据传感采集装置。

背景技术

随着城市智能化的发展和物联网的普及，目前出现了可数据远程传送并实现远程管控的智能水表、智能电表、智能煤气表和智能暖气表。这类智能计量仪表需要具备显示数据功能的数值采集器，并可将显示数据转换成数字信号，再将数据信号远传出去。

中国专利申请号为201110274440.2的文献公开了一种直读式水表计度器，其包括数字轮、壳体和进位轮，进位轮安装在数字轮的底部或侧边，数字轮每个相应镶嵌或涂有与感应器相对应的材料，在壳体内的下部安装2～3个对数字轮识别的传感器，电路板安装在壳体的底部，并通过引线将信号输出，其是在目前传统的数字轮式水表的基础上进行改进的。该直读式水表计度器在数字轮上涂有一种吸光的颜色，使光感应器发射和接受光量不同变化而感知数字轮的位置。其存在如下缺点和不足：所涂的颜色有衰减周期随着时间变化而变化，所涂的颜色长期泡在液体中容易脱落，从而影响到数据采集的准确性；另外在字轮上涂颜色，工艺复杂，制造成本高。

另外，目前还出现了对字轮面上的十个显示数字形成三种不同明暗反射面区，从而形成反射光不同的编码的数据采集方案，其定位准确，但是其工艺复杂，对字轮烫印工艺要求高，成本高，而且稳定性低，电子元件老化会影响到数据采集导致混乱，对电子元器件要求高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种性能稳定可靠、传感数据准确、制造简单、成本低的智能计量仪表的数据传感采集装置。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括字轮盒、字轮轴、头字轮、若干个次字轮、进位牙轮、牙轮轴，相邻的所述次字轮之间及相邻的所述头字轮与所述次字轮之间通过所述进位牙轮实现传动进位，所述智能计量仪表的数据传感采集装置还包括字轮支架、若干组光电传感器，所述字轮支架固定于所述字轮盒内，所述字轮轴与所述字轮支架相转动连接，所述头字轮固定于所述字轮轴上，若干个所述次字轮及所述头字轮分别套接于所述字轮支架上且可绕所述字轮支架转动，所述头字轮及所述次字轮的内侧壁设有至少两种不同径向尺寸的阶梯弧形面，所述光电传感器设置于所述字轮支架的外表面上，每组所述光电传感器分别与一个所述头字轮或所述次字轮相对应设置，每组所述光电传感器通过发射光在所述阶梯弧形面上反射回来的光产生的电流变化对所述头字轮及所述次字轮的位置进行编码，将所述编码与预先设置的编码表比对，测定所述头字轮及所述次字轮的显示数字位置，进而获取所述头字轮及所述次字轮的读数信息。

所述光电传感器通过柔性线路板固定于所述字轮支架的外表面。

所述字轮支架上于所述柔性线路板处固定有保护罩，所述保护罩将所述柔性线路板及所述光电传感器包罩固定，所述保护罩上于所述光电传感器处设有发射窗口，所述保护罩固定后与所述字轮支架的整体外表呈圆柱状。

每组所述光电传感器中传感器的数量至少有两个，每组中相邻的所述光电传感器与其对应的头字轮或所述次字轮的轴心之间形成的圆心角为α，α为36°的整数倍。

所述智能计量仪表为十进制进位，所述头字轮及所述次字轮的轮面上沿周向均布设有0～9共十个显示数字，所述头字轮及所述次字轮的内侧壁均设有三种不同径向尺寸的阶梯弧形面，对应于轮面上的十个显示数字的区域形成三种反射面区，通过三种反射面区形成三种不同编码，每组所述光电传感器中传感器的数量为三个，每组中三个所述光电传感器用于获取与其对应的三种不同径向尺寸的阶梯弧形面的光反射信息，形成该所述头字轮或所述次字轮所在位置的三位编码。

每组所述光电传感器中相邻的所述光电传感器与其对应的所述头字轮或所述次字轮的轴心之间形成的圆心角为α＝72°。

所述头字轮及所述次字轮的一个侧面设有进位拨齿、所述次字轮的另一个侧面设有若干个沿周向均布的换字拨齿，低数位的所述头字轮或所述次字轮的所述进位拨齿与比其高一数位的所述次字轮的所述换字拨齿相对设置，且二者间通过所述进位牙轮相啮合传动，低数位的所述头字轮或所述次字轮每转动一圈360°，其上的所述进位拨齿带动所述进位牙轮转动一次，并通过进位牙轮传动带动比其高一数位的所述次字轮转动一个进位角度，使其显示数字加一，从而实现进位。

所述进位角度为36°，低数位的所述头字轮或所述次字轮每转动一圈360°，比其高一数位的所述次字轮相应转动36°。

所述进位拨齿的数量为两个；所述换字拨齿、所述进位拨齿均为圆柱型齿。

所述字轮轴上设有滚花，所述头字轮的轴心设有固定孔，所述头字轮通过所述固定孔套于所述字轮轴上并通过所述滚花过盈配合固定。

本发明的有益效果是：由于本发明包括字轮支架、若干组光电传感器，所述字轮支架固定于所述字轮盒内，所述字轮轴与所述字轮支架相转动连接，所述头字轮固定于所述字轮轴上，若干个所述次字轮及所述头字轮分别套接于所述字轮支架上且可绕所述字轮支架转动，所述头字轮及所述次字轮的内侧壁设有至少两种不同径向尺寸的阶梯弧形面，所述光电传感器设置于所述字轮支架的外表面上，每组所述光电传感器分别与一个所述头字轮或所述次字轮相对应设置，每组所述光电传感器通过发射光在所述阶梯弧形面上反射回来的光产生的电流变化对所述头字轮及所述次字轮的位置进行编码，将所述编码与预先设置的编码表比对，测定所述头字轮及所述次字轮的显示数字位置，进而获取所述头字轮及所述次字轮的读数信息；本发明利用光电传感器与反射的物体距离的不同导致传感器的光电流值呈线性变化这一特性，在字轮上做出不同径向尺寸的阶梯弧形面，从而通过所述光电传感器获得不同的光电流值，即通过光电流值与阶梯尺寸及轮面的数字形成映射，通过阶梯弧形面与传感器匹配可得到多组编码，将所述编码与预先设置的编码表比对，测定所述头字轮及所述次字轮的显示数字位置，进而获取所述头字轮及所述次字轮的读数信息，字轮与传感器的配合阶梯面不需额外加工，不需涂敷光感材料，避免了光感材料老化、褪色引起的读数不准的问题，没有复杂的烫印工艺，字轮一次成型，光电传感器内置，还具有防尘，防水渗透作用，且制造工艺简便，数据采集可靠性提高，故本发明性能稳定可靠、传感数据准确、制造简单、成本低。

附图说明

图1是本发明实施例的智能计量仪表的数据传感采集装置的分解结构示意图；

图2是本发明实施例的智能计量仪表的数据传感采集装置的纵断面结构示意图；

图3是图2所示的智能计量仪表的数据传感采集装置的A-A横断面结构示意图；

图4是本发明实施例的字轮与进位牙轮、字轮支架的装配关系立体结构示意图；

图5是本发明实施例的字轮的阶梯弧形面与光电传感器及轮面上显示数字的对应关系的结构示意图。

具体实施方式

如图1～图5所示，本实施例的智能计量仪表的数据传感采集装置包括字轮盒1、字轮轴5、头字轮21、三个次字轮22、三个进位牙轮3、牙轮轴4、字轮支架6、四组光电传感器8，相邻的所述次字轮22之间及相邻的所述头字轮21与所述次字轮22之间通过所述进位牙轮3实现传动进位，所述字轮支架6固定于所述字轮盒1内，所述字轮轴5与所述字轮支架6相转动连接，所述头字轮21固定于所述字轮轴5上，本实施例中，所述字轮轴5上设有滚花50，所述头字轮21的轴心设有固定孔，所述头字轮21通过所述固定孔套于所述字轮轴5上并通过所述滚花50过盈配合固定，三个所述次字轮22及所述头字轮21分别套接于所述字轮支架6上且可绕所述字轮支架6转动，所述光电传感器8设置于所述字轮支架6的外表面上，本实施例中，所述光电传感器8通过柔性线路板7固定于所述字轮支架6的外表面，所述字轮支架6上于所述柔性线路板7处固定有保护罩9，所述保护罩9将所述柔性线路板7及所述光电传感器8包罩固定，所述保护罩9上于所述光电传感器8处设有发射窗口90，所述保护罩9固定后与所述字轮支架6的整体外表呈圆柱状，每组所述光电传感器8分别与一个所述头字轮21或所述次字轮22相对应设置，本实施例中，所述头字轮21及所述次字轮22的内侧壁均设有三种不同径向尺寸的阶梯弧形面201、202、203，每组所述光电传感器8通过发射光在所述阶梯弧形面上反射回来的光产生的电流变化对所述头字轮21及所述次字轮22的位置进行编码，将所述编码与预先设置的编码表比对，测定所述头字轮21及所述次字轮22的显示数字位置，进而获取所述头字轮21及所述次字轮22的读数信息。本实施例中，所述智能计量仪表为十进制进位，所述头字轮21及所述次字轮22的轮面上沿周向均布设有0～9共十个显示数字，所述阶梯弧形面201、202、203对应于轮面上的十个显示数字的区域形成三种反射面区，显示数字8、9、0、1、2的区域为A区、显示数字3、7的区域为B区、显示数字4、5、6的区域为C区，通过三种反射面区形成三种不同编码(A、B、C)，每组所述光电传感器8中传感器的数量为三个，每组中相邻的所述光电传感器8与其对应的所述头字轮21或所述次字轮22的轴心之间形成的圆心角为α＝72°，每组中三个所述光电传感器8用于获取与其对应的三种不同径向尺寸的阶梯弧形面201、202、203的光反射信息，形成该所述头字轮21或所述次字轮22所在位置的三位编码。

本实施例中，所述光电传感器8按照图2中从左至右的顺序进行编码形成编码序列，每个字轮读数为正上方的数字，则每个字轮读数与其编码序列的对应关系如下表所示：

字轮读数	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
											编码序列	AAA	AAB	AAC	ABC	ACC	BCB	CCA	CBA	CAA	BAA

所述头字轮21及所述次字轮22的一个侧面设有进位拨齿28、所述次字轮22的另一个侧面设有若干个沿周向均布的换字拨齿23，低数位的所述头字轮21或所述次字轮22的所述进位拨齿28与比其高一数位的所述次字轮22的所述换字拨齿23相对设置，且二者间通过所述进位牙轮3相啮合传动，本实施例中，所述进位拨齿28的数量为两个，所述换字拨齿23、所述进位拨齿28均为圆柱型齿，低数位的所述头字轮21或所述次字轮22每转动一圈360°，其上的所述进位拨齿28带动所述进位牙轮3转动一次，并通过进位牙轮3传动带动比其高一数位的所述次字轮22转动一个进位角度，使其显示数字加一，从而实现进位，本实施例中，所述进位角度为36°，即低数位的所述头字轮21或所述次字轮22每转动一圈360°，比其高一数位的所述次字轮22相应转动36°，从而实现十进制进位。

本发明的保护范围不限于实施中所述，所述智能计量仪表还可以为其他进制进位，相应的，所述头字轮21及所述次字轮22的轮面上的显示数字及所述进位角度进行相应变化即可，所述头字轮21及所述次字轮22的内侧壁不同径向尺寸的阶梯弧形面还可以为两个或多个，每组所述光电传感器8中传感器的数量最少可以有两个，所述光电传感器8的数量用于控制编码序列的位数，二者结合可形成多种编码序列位数和种类的编码；另外，每组中相邻的所述光电传感器8与其对应的头字轮21或所述次字轮22的轴心之间形成的圆心角α为36°的整数倍，以避免每组中的所述光电传感器8的数量过多。以上实施例中仅是为了举例说明本发明，并非是对本发明保护范围的限制。

本发明利用光电传感器与反射的物体距离的不同导致传感器的光电流值呈线性变化这一特性，在字轮上做出不同径向尺寸的阶梯弧形面，从而通过所述光电传感器8获得不同的光电流值，即通过光电流值与阶梯尺寸及轮面的数字形成映射，通过阶梯弧形面与传感器匹配可得到多组编码，将所述编码与预先设置的编码表比对，测定所述头字轮21及所述次字轮22的显示数字位置，进而获取所述头字轮21及所述次字轮22的读数信息，字轮与传感器的配合阶梯面不需额外加工，不需涂敷光感材料，避免了光感材料老化、褪色引起的读数不准的问题，没有复杂的烫印工艺，字轮一次成型，光电传感器内置，还具有防尘，防水渗透作用，且制造工艺简便，数据采集可靠性提高，因此本发明性能稳定可靠、传感数据准确、制造简单、成本低。

本发明可广泛应用于智能计量仪表领域。

Claims (10)

1.一种智能计量仪表的数据传感采集装置，包括字轮盒(1)、字轮轴(5)、头字轮(21)、若干个次字轮(22)、进位牙轮(3)、牙轮轴(4)，相邻的所述次字轮(22)之间及相邻的所述头字轮(21)与所述次字轮(22)之间通过所述进位牙轮(3)实现传动进位，其特征在于：所述智能计量仪表的数据传感采集装置还包括字轮支架(6)、若干组光电传感器(8)，所述字轮支架(6)固定于所述字轮盒(1)内，所述字轮轴(5)与所述字轮支架(6)相转动连接，所述头字轮(21)固定于所述字轮轴(5)上，若干个所述次字轮(22)及所述头字轮(21)分别套接于所述字轮支架(6)上且可绕所述字轮支架(6)转动，所述头字轮(21)及所述次字轮(22)的内侧壁设有至少两种不同径向尺寸的阶梯弧形面，所述光电传感器(8)设置于所述字轮支架(6)的外表面上，每组所述光电传感器(8)分别与一个所述头字轮(21)或所述次字轮(22)相对应设置，每组所述光电传感器(8)通过发射光在所述阶梯弧形面上反射回来的光产生的电流变化对所述头字轮(21)及所述次字轮(22)的位置进行编码，将所述编码与预先设置的编码表比对，测定所述头字轮(21)及所述次字轮(22)的显示数字位置，进而获取所述头字轮(21)及所述次字轮(22)的读数信息。

2.根据权利要求1所述的智能计量仪表的数据传感采集装置，其特征在于：所述光电传感器(8)通过柔性线路板(7)固定于所述字轮支架(6)的外表面。

3.根据权利要求2所述的智能计量仪表的数据传感采集装置，其特征在于：所述字轮支架(6)上于所述柔性线路板(7)处固定有保护罩(9)，所述保护罩(9)将所述柔性线路板(7)及所述光电传感器(8)包罩固定，所述保护罩(9)上于所述光电传感器(8)处设有发射窗口(90)，所述保护罩(9)固定后与所述字轮支架(6)的整体外表呈圆柱状。

4.根据权利要求1所述的智能计量仪表的数据传感采集装置，其特征在于：每组所述光电传感器(8)中传感器的数量至少有两个，每组中相邻的所述光电传感器(8)与其对应的头字轮(21)或所述次字轮(22)的轴心之间形成的圆心角为α，α为36°的整数倍。

5.根据权利要求4所述的智能计量仪表的数据传感采集装置，其特征在于：所述智能计量仪表为十进制进位，所述头字轮(21)及所述次字轮(22)的轮面上沿周向均布设有0～9共十个显示数字，所述头字轮(21)及所述次字轮(22)的内侧壁均设有三种不同径向尺寸的阶梯弧形面(201、202、203)，对应于轮面上的十个显示数字的区域形成三种反射面区，通过三种反射面区形成三种不同编码(A、B、C)，每组所述光电传感器(8)中传感器的数量为三个，每组中三个所述光电传感器(8)用于获取与其对应的三种不同径向尺寸的阶梯弧形面(201、202、203)的光反射信息，形成该所述头字轮(21)或所述次字轮(22)所在位置的三位编码。

6.根据权利要求5所述的智能计量仪表的数据传感采集装置，其特征在于：每组所述光电传感器(8)中相邻的所述光电传感器(8)与其对应的所述头字轮(21)或所述次字轮(22)的轴心之间形成的圆心角为α＝72°。

7.根据权利要求1所述的智能计量仪表的数据传感采集装置，其特征在于：所述头字轮(21)及所述次字轮(22)的一个侧面设有进位拨齿(28)、所述次字轮(22)的另一个侧面设有若干个沿周向均布的换字拨齿(23)，低数位的所述头字轮(21)或所述次字轮(22)的所述进位拨齿(28)与比其高一数位的所述次字轮(22)的所述换字拨齿(23)相对设置，且二者间通过所述进位牙轮(3)相啮合传动，低数位的所述头字轮(21)或所述次字轮(22)每转动一圈360°，其上的所述进位拨齿(28)带动所述进位牙轮(3)转动一次，并通过进位牙轮(3)传动带动比其高一数位的所述次字轮(22)转动一个进位角度，使其显示数字加一，从而实现进位。

8.根据权利要求7所述的智能计量仪表的数据传感采集装置，其特征在于：所述进位角度为36°，低数位的所述头字轮(21)或所述次字轮(22)每转动一圈360°，比其高一数位的所述次字轮(22)相应转动36°。

9.根据权利要求7所述的智能计量仪表的数据传感采集装置，其特征在于：所述进位拨齿(28)的数量为两个；所述换字拨齿(23)、所述进位拨齿(28)均为圆柱型齿。

10.根据权利要求1所述的智能计量仪表的数据传感采集装置，其特征在于：所述字轮轴(5)上设有滚花(50)，所述头字轮(21)的轴心设有固定孔，所述头字轮(21)通过所述固定孔套于所述字轮轴(5)上并通过所述滚花(50)过盈配合固定。