CN103824112B - 机械计数器的电磁感应线性读取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机械计数器电磁感应线性读取装置，包括计数字轮轴(1)、进位轮轴(2)、多个进位轮(3)、多个计数字轮(4)、多个电感传感器(5)、传感器组电路板(6)、电磁感应体(7)和参考电感传感器(8)，其中所述计数字轮(4)与进位轮(3)相连接；每个所述的计数字轮(4)外部设置多个电感传感器(5)，每个计数字轮(4)内设置多个电磁感应体，使得计数字轮在旋转一周，所述多个电磁感应体被检测的频率顺序增大或减小，从而对计数字轮实现多于360个编码数，提高了读数精度。
Description
技术领域
本发明属于计量领域，具体地，涉及一种使用电磁感应的频率测量技术实现传统机械计数器机电数字转换的直读式机械计数器；广泛适用于电表、水表、煤气表等表具的远程抄表。
背景技术
传统的机械计数器是通过肉眼看数而获取数据的，随着劳动力价格的高涨和实现节能降耗，国家推出了能源使用的阶梯价格和分时价格，要实现这一目标，必须对计量表具实行远传抄表，才能解决政策的执行问题。如何把机械读数转换为电子读数，特别是没有电也需要计量的水表、气表、暖气表，人们发挥了想象的空间，制作了光电传感器和电感传感器等各种将机械字轮数转为电子数的技术，可最终是由于人们往往是对一个字轮只设有限的编码，如CN1363912、CN102261940、CN202947769、CN101571410、CN2919201采用4到5个光电传感器黑白(0或1二进制)技术，最大只有32个编码，而2006100489494专利所述，三个电磁传感器有27个编码，而由于轮子是循环转动的，这些编码真正有效的就只有10多个，仅勉强能识别0到9的字轮数，可我们知道机械字轮转动是连续的，也就是说是有小数点的，肉眼是根据四舍五入约定进行小数点进位的，而计算机技术要能做到四舍五入，则一个数字至少需要10个编码，如数字1，需表达为：1.0、1.1、1.2……1.9等十组编码，0到9十个数字，则至少需要100个编码才能进行四舍五入，所以以往的技术，因为编码不够多(＜100)，造成字轮识别有差错，这对计量产品来说，是致命的，增加传感器固然能增加编码量，但往往受制于结构空间不够，难以实现。
发明内容
为了克服现有技术所存在的缺陷，本发明提供一种机械计数器的电磁感应线性读取装置，利用连续频率测量原理在非接触的条件下，用2个或3个电感传感器，就可以有足够的编码来精确读取机械计数器。
为实现上述目的，本发明采用以下方案：
提供一种机械计数器电磁感应线性读取装置，包括计数字轮轴、进位轮轴、多个进位轮、多个计数字轮、多个电感传感器、传感器组电路板和电磁感应体，其中所述计数字轮与进位轮相连接，所述的计数字轮内部嵌入有电磁感应体；每个所述的计数字轮外部设置三个沿圆周方向分布并呈36°角间隔的电感传感器，其特征在于：计数字轮圆周内部嵌入具有第一电磁感应体、第二电磁感应体和第三电磁感应体，所述第一、第二、第三电磁感应体在电感传感器中呈现顺序升高或降低的振荡频率，所述第一、第二、第三电磁感应体在圆周方向以36°角整数倍交替排布，且第一电磁感应体与第三电磁感应体不相邻。
进一步地，还包括参考电感传感器，所述参考电感传感器远离计数字轮。
进一步地，电感传感器由电感线圈L、电容C和二极管D构成，电感线圈L与电容C并联后连接二极管D正极，二极管D负极作为电磁传感器输出端。
进一步地，所述多个电感传感器和所述参考电传感器通过引线连接成阵列，然后接入传感器组电路板，所述传感器组电路板包括L-C振荡电路和单片机控制和处理电路。
进一步地，所述单片机控制和处理电路控制多个电感传感器和参考电传感器进行扫描，在每个计数字轮上获得三个频率值FA、FB和FC，与参考电感传感器的频率F8相减后，滤掉环境因数的影响，经过单片机处理后的频率差经整定后可以表示为：fa、fb和fc，整定后数值设为1到9，形成对计数字轮的编码，单个计数字轮编码数为9^3=729。
进一步地，在计数字轮内部圆周沿顺时针方向依次排布第一电磁感应体72度、第二电磁感应磁体108度、第三电磁感应体108度、第二电磁感应体72度。
此外，还提供一种机械计数器电磁感应线性读取装置，包括计数字轮轴、进位轮轴、多个进位轮、多个计数字轮、多个电感传感器、传感器组电路板和电磁感应体，其中所述计数字轮与进位轮相连接，所述的计数字轮内部嵌入有电磁感应体；每个所述的计数字轮外部设置两个沿圆周方向分布并呈36°角或72°角间隔的电感传感器，其特征在于：计数字轮圆周内部嵌入具有第一电磁感应体、第二电磁感应体第三电磁感应体和第四电磁感应体，所述第一、第二、第三、第四电磁感应体在电感传感器中呈现顺序升高或降低的振荡频率，所述第一、第二、第三电磁感应体在圆周方向以36°角整数倍交替排布，且第一电磁感应体与第三电磁感应体不相邻，第二电磁感应体与第四电磁感应体不相邻，第一电磁感应体与第四电磁感应体不相邻。
进一步地，还包括参考电感传感器，所述参考电感传感器远离计数字轮。
进一步地，电感传感器由电感线圈L、电容C和二极管D构成，电感线圈L与电容C并联后连接二极管D正极，二极管D负极作为电感传感器输出端。
进一步地，所述多个电感传感器和所述参考电传感器通过引线连接成阵列，然后接入传感器组电路板，所述传感器电路板包括L-C振荡电路和单片机控制和处理电路。
进一步地，所述单片机控制和处理电路控制多个电感传感器和参考电传感器进行扫描，在每个计数字轮上获得两个频率值FA和FB，与参考电感传感器的频率F8相减后，滤掉环境因数的影响，经过单片机处理后的频率差经整定后可以表示为：fa和fb，整定后数值设为1到21，形成对计数字轮的编码，单个计数字轮编码数为21^2=441。
进一步地，在计数字轮内部圆周沿顺时针方向依次排布第一电磁感应体72度、第二电磁感应磁体72度、第三电磁感应体72度、第四磁感应体72度、第三磁感应体36度、第二电磁感应体36度。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
1、有足够的编码，实现字轮的每一角度的位置识别，读数精确，方便远程抄表；
2、线路非常简单；
3、电感传感器线路板泡水能正常工作，可靠性高；
4、读数时用电，其它时间不用电。
本发明的优点是编码大于360个，可精确跟踪字轮的微小转动，使读取的数据没有差错，完全防水，无识别盲区，成本低廉，并能方便地安装在水表、电表、煤气表等一切原来采用机械计数字轮的表具上，实现远传抄表。
附图说明
图1为本发明的机械计数器的电磁感应线性读取装置结构示意图；
图2为第1实施例中字轮的剖面示意图；
图3为第1实施例中电感传感器组电路图；
图4为第1实施例中主板电路示意图；
图5为第2实施例中字轮的剖面示意图。
具体实施方式
第1实施例：
如图1至图3所示，机械计数器的电磁感应线性读取装置，包括带有计数字轮轴1、进位轮轴2、进位轮3、计数字轮4、电感传感器5，传感器组电路板6与所述的计数字轮4相连接的进位轮3，所述的计数字轮4内部嵌入有一定形 状的电感感应体7；所述的计数字轮4外部设置多个沿圆周方向分布并呈36度间隔的电感传感器5，电感传感器5由电感线圈L和与之并联的电容C及并联后的一端连接二极管D正极，另一端和二极管负极一起引出线组成，二极管D的作用为隔离各个电感传感器5相互之间的影响，另为消除环境的影响，外加一个远离计数字轮4的参考电感传感器8，各个电感传感器之间的连接如图3。
把各个电感传感器5组成一个阵列后，以最少的引线与主板连接。以方便传感器组电路板与主板分别放置在不同的环境，如水表里只放置传感器板(不需防水处理，可直接泡在水中工作)，水表外放置主板(无水环境)，这样大大提高电路的可靠性。主板设置有L-C振荡电路和单片机(MCU)控制和处理电路。
工作时：
如图1、图3所示，计数字轮有4个，每个轮子需3个电感传感器5，外加一个参考电感传感器5，总共13个电感传感器。
如图1，字轮表面嵌套电磁感应体选择非金属铁氧体，其宽度小于字轮的宽度，厚度的选择为：3种不同厚度的材料按一定规律排布，一种排布为：材料厚度如从薄到厚设为d1,d2,d3，则开始d1占72度，接着d2占108度，再接着d3占108度，然后接着d2占72度后成环型接回到开始的d1。为达到满足要求的编码，这轮子上嵌入的材料与传感器对应的规则是：使每个电感传感器的振荡频率沿字轮一个圆周转动所获得的频率值，必须是渐变的，不能跳变，即不能从小直接接到最大，只能小到中到大到中到小，或小到中到小，再中再大再中再接回小等等。
例如：字轮0、9位置的厚度可为0.3mm，字轮1、2、3、7、8位置的厚度为0.6mm，字轮4，5，6位置的厚度为0.9mm。这样，当每个电感L对应字轮 表面里不同厚度的铁氧体时，其振荡频率会发生变化，材料厚或面积大，则频率低，材料薄或面积小，则频率高。在厚度平稳区得到一个相对变化不大的频率，当电感L处在轮子的铁氧体厚度变化区(0.3mm到0.6mm到0.9mm处)时，可测得这一频率是在某个区域连续变化的，可判定轮子的位置，是处于进位状态。
如图4，主板上Q1,Q2,Q3组成电子开关，正常工作时，仅有一个可以导通，其余关闭；Q4,Q6组成正反馈电路，与电感传感器5形成L-C振荡电路。振荡信号经Q5整形后，输入单片机(MCU)，进行频率测量。
电路工作原理：由MCU控制PB0到PB4,PD5,PD6,PD7的工作状态，可选择哪一路电感传感器5处于工作状态，其余的处于关闭状态，如当PB0为输出高电平，其余的PB1,PB2,PB3,PB4处于输出低电平，则如图3的第一列的3个电感传感器5都处于准工作状态，这时，如PD7输出为高电平，其余两个PD5,PD6处于输出低电平，则只有第一行的第一列电感传感器5处于正常工作状态，产生振荡，振荡信号经Q3整形后，进入MCU的PD2脚，进行频率测量。同理，如果对第三行第一列进行测量，则置PD5为高电平，PD6,PD7为低电平即可。
同样如果PB1设为高电平输出，其余的PB0,PB2,PB3,PB4为低电平，则第二列电感传感器5处于准工作状态。其他几列不工作。所以通过MCU软件可分别控制哪一个电感传感器5工作，其余的不工作，全部扫描后，MCU得到了各个轮子的电感传感器5振荡频率和一个参考振荡频率，对某一个轮子，得到三个频率值(FA，FB，FC)，这三个频率值经MCU处理，整定后数值设为1到9，如电感传感器在最厚的地方整定值为9，中间为5，最薄值为1，最厚和中间之间过渡整定为8、7、6，中间和最薄之间过渡整定为4、3、2则一个轮子的编码数为9^3=729，满足对字轮每1°角度，可有一个编码的要求，不存在识别盲区， 保证了读数的100％准确。
更优选地方案是，对某一个轮子，得到三个频率值(FA，FB，FC)，与参考电感传感器的频率(F8)相减后，经过MCU处理后的频率差经整定后可以表示为：fa，fb，fc，这三个数据，数值选择范围为1到9，实现9^3=729个编码，此种方式可滤掉环境因数的影响，进一步提高了读取装置的可靠性。
第2实施例：
图5为第2实施例中字轮的剖面示意图，一个计数字轮对应2个电感传感器的结构如图5，它由4种不同厚度的材料按一定规律排布，一种排布为：材料厚度如从薄到厚设为d1,d2,d3,d4，则开始d1占72度，接着d2占72度，再接着d3占72度，再再接着d4占72度，然后接着d3占36度，再接着d2占36度后接回到开始的d1。对某一个轮子，得到2个频率值(FA，FB)，与参考电感传感器的频率(F8)相减后，可滤掉环境因数的影响，经过MCU处理后的频率差经整定后可以表示为：fa，fb，这2个数据，整定后如数值设为1到21，则一个轮子的编码数为21^2=441，如最厚d4整定为21，d3整定为14，d2整定为8，d1整定为1，则d4和d3之间过度整定为15、16、17、18、19、20，d3和d2之间整定为9、10、11、12、13，d2和d1之间整定为2、3、4、5、6、7，满足对字轮转动四舍五入的定位要求，不存在识别盲区，保证了读数的100％准确。
此时，采用的电路结构与图3和图4中类似，不同的是由于采用了2个电感传感器A和B，因此相对省略了图3中JP8对应的电感传感器行和图4中JP8对应的电子开关Q3电路。
上述实施例中在字轮内部设置不同厚度的电感材料，由此在电感传感器上获得不同的频率值，为了获得不同的频率值可以通过设置不同尺寸的同种电感 材料或设置相同尺寸的不同种电感材料来实现。
例如：所述的计数字轮内部嵌入的同种电感材料的形状可设置为厚度不等、面积不等、半径不同的扇形等各种形状，或者所述的计数字轮内部嵌入的不同种电感材料的形状设置为环形、圆形等。
电路中，电子开关和正反馈电路也可选用有此功能的IC芯片完成，或直接用多个LC振荡电路而不用电子开关和L-C-D电路中的D来完成，均视为本专利保护范围。
Claims (10)
1.一种机械计数器电磁感应线性读取装置，包括计数字轮轴(1)、进位轮轴(2)、多个进位轮(3)、多个计数字轮(4)、多个电感传感器(5)、传感器组电路板(6)和电磁感应体(7)，其中所述计数字轮(4)与进位轮(3)相连接，所述的计数字轮(4)内部嵌入有电磁感应体(7)；每个所述的计数字轮(4)外部设置三个沿圆周方向分布并呈36°角间隔的电感传感器(5)，其特征在于：计数字轮(4)圆周内部嵌入具有第一电磁感应体、第二电磁感应体和第三电磁感应体，所述第一、第二、第三电磁感应体在电感传感器(5)中呈现顺序升高或降低的振荡频率，所述第一、第二、第三电磁感应体在圆周方向以36°角整数倍交替排布，且第一电磁感应体与第三电磁感应体不相邻，还包括参考电感传感器(8)，所述参考电感传感器(8)远离计数字轮(4)。
2.如权利要求1所述的机械计数器电磁感应线性读取装置，其特征在于：电感传感器(5)由电感线圈L、电容C和二极管D构成，电感线圈L与电容C并联后连接二极管D正极，二极管D负极作为电磁传感器输出端。
3.如权利要求2所述的机械计数器电磁感应线性读取装置，其特征在于：所述多个电感传感器(5)和所述参考电传感器(8)通过引线连接成阵列，然后接入传感器组电路板(6)，所述传感器组电路板(6)包括L-C振荡电路和单片机控制和处理电路。
4.如权利要求3所述的机械计数器电磁感应线性读取装置，其特征在于：所述单片机控制和处理电路控制多个电感传感器(5)和参考电传感器(8)进行扫描，在每个计数字轮上获得三个频率值FA、FB和FC，与参考电感传感器的频率F8相减后，滤掉环境因数的影响，经过单片机处理后的频率差经整定后可以表示为：fa、fb和fc，整定后数值设为1到9，形成对计数字轮的编码，单个计数字轮编码数为9^3＝729。
5.如权利要求3所述的机械计数器电磁感应线性读取装置，其特征在于：在计数字轮内部圆周沿顺时针方向依次排布第一电磁感应体72度、第二电磁感应磁体108度、第三电磁感应体108度、第二电磁感应体72度。
6.一种机械计数器电磁感应线性读取装置，包括计数字轮轴(1)、进位轮轴(2)、多个进位轮(3)、多个计数字轮(4)、多个电感传感器(5)、传感器组电路板(6)和电磁感应体(7)，其中所述计数字轮(4)与进位轮(3)相连接，所述的计数字轮(4)内部嵌入有电磁感应体(7)；每个所述的计数字轮(4)外部设置两个沿圆周方向分布并呈36°角或72°角间隔的电感传感器(5)，其特征在于：计数字轮(4)圆周内部嵌入具有第一电磁感应体、第二电磁感应体第三电磁感应体和第四电磁感应体，所述第一、第二、第三、第四电磁感应体在电感传感器(5)中呈现顺序升高或降低的振荡频率，所述第一、第二、第三、第四电磁感应体在圆周方向以36°角整数倍交替排布，且第一电磁感应体与第三电磁感应体不相邻，第二电磁感应体与第四电磁感应体不相邻，第一电磁感应体与第四电磁感应体不相邻，还包括参考电感传感器(8)，所述参考电感传感器(8)远离计数字轮(4)。
7.如权利要求6所述的机械计数器电磁感应线性读取装置，其特征在于：电感传感器(5)由电感线圈L、电容C和二极管D构成，电感线圈L与电容C并联后连接二极管D正极，二极管D负极作为电感传感器输出端。
8.如权利要求7所述的机械计数器电磁感应线性读取装置，其特征在于：所述多个电感传感器(5)和所述参考电传感器(8)通过引线连接成阵列，然后接入传感器组电路板(6)，所述传感器组电路板包括L-C振荡电路和单片机控制和处理电路。
9.如权利要求8所述的机械计数器电磁感应线性读取装置，其特征在于：所述单片机控制和处理电路控制多个电感传感器(5)和参考电传感器(8)进行扫描，在每个计数字轮上获得两个频率值FA和FB，与参考电感传感器的频率F8相减后，滤掉环境因数的影响，经过单片机处理后的频率差经整定后可以表示为：fa和fb，整定后数值设为1到21，形成对计数字轮的编码，单个计数字轮编码数为21^2＝441。
10.如权利要求8所述的机械计数器电磁感应线性读取装置，其特征在于：在计数字轮内部圆周沿顺时针方向依次排布第一电磁感应体72度、第二电磁感应磁体72度、第三电磁感应体72度、第四磁感应体72度、第三磁感应体36度、第二电磁感应体36度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
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| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170419 Termination date: 20180903 |