CN105074390B - 远程仪表读取设备和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种远程读取设备(1)，用于挂接到仪表(C)上并且包括至少一个磁强计(2)和一组双稳态传感器(12a,12b,12c)，该组双稳态传感器(12a,12b,12c)用于对被集成到所述仪表的机械累加器(TM)的轮中的磁体(A)的旋转进行追踪，所述磁强计(2)和所述双稳态传感器(12a,12b,12c)被配置为确保对所述磁体(A)的旋转进行采样追踪。

Description

远程仪表读取设备和方法

技术领域

本发明涉及一种远程仪表读取设备和方法。本发明有利地应用于远程读取流量计(特别是气体流量计)的测量值，但是其他的应用(水表、热力表等)也是可能的。

背景技术

流量计，特别是用户端处的流量计，通常为壳体形式，该壳体包括一用于对具有刻度轮的数字累加器进行读取的透明窗口。

已经提出用远程读取系统来装备这样的仪表以用于远程传输消费记录。

如图1所示，这样的远程读取系统采用附接到仪表C上的壳体1的形式，将对该仪表C进行远程读取。

该壳体1集成了脉冲传感器2，该脉冲传感器2用于对固定到仪表C的机械累加器TM的“单元”轮上的小磁体A的旋转加以检测。

在壳体1的内部设置有电子装置3以对以此方式检测到的旋转进行计数并经由该壳体内或外的发射器4与远程服务器交换数据，不同的计数记录随时间被发送到远程服务器。

这样的脉冲传感器2例如为磁簧开关(ampoule Reed)或者甚至为具有霍尔效应的传感器或磁阻传感器，轮每新转一圈，传感器检测到磁体通过传感器的水平，该轮支承着磁体并触发一被电子装置3所记录的计数脉冲。

这样的传感器是被校准以响应于非常特别的压力的双稳态传感器。

当磁体A处于仪表的读数窗口的水平(正好位于读取设备的传感器的前方)时，传感器从一个状态切换到另一状态。

因此，传感器所允许的功能受到限制。

特别是，例如，在单元轮处于磁体与传感器径向相对的位置上的情况下，传感器无法检测到磁体A的存在。

发明内容

本发明的目的在于对远程读取仪表测量值的方法进行进一步改进。

出于此目的，本发明提出了一种远程读取设备，该远程读取设备用于附接到仪表上并且包括至少一个用于追踪磁体的旋转的传感器，该磁体被集成到所述仪表的机械累加器的轮中。传感器被配置为确保对磁体的旋转进行采样追踪。

在可能的实施例中，传感器为磁强计，例如3D磁强计。其灵敏度大约为微特斯拉或更小。

在另一实施例中，所述设备包括多个双稳态传感器，所述多个双稳态传感器被一起配置为确保对磁体的旋转进行追踪。

特别地，双稳态传感器可包括不同取向和/或不同切换阈值。

在另一变型中，所述设备可包括至少一个磁强计和至少一组双稳态传感器。

所述设备包括例如偶发性地唤醒磁强计的电子装置。

所述设备可包括电子装置壳体和与该电子装置壳体分离的形成传感器的部分，该形成传感器的部分集成有被配置为确保对磁体的旋转进行采样追踪的至少一个传感器。

形成传感器的部分也可包括专门用于不同于对仪表的磁体的旋转进行追踪的功能的传感器。

还为远程读取设备设置了由例如铁氧体型吸收材料制成的磁防护屏，该磁防护屏可被贴附到传感器上以使传感器免受外界磁寄生的影响。

本发明的另一目的在于一种远程仪表读取方法，按照该方法，通过从上述设备中的至少一个传感器的输出得到的采样信号，对被集成到仪表的机械累加器的轮中的磁体的旋转执行追踪处理。

特别地，当传感器为磁强计时，对从磁强计得到的信号进行补偿和滤波处理。

作为一种变型，所述采样信号的采样周期等于n*20+10毫秒，其中n为整数。

同样地，在另一实施例中，对采样信号进行至少一次一致性测试。

特别地，将所述采样信号或起源于该采样信号的信号与验证域相比较。

在一实施例中，验证域为预定的域，有利地为预定的验证环形曲面。

作为一种变型，验证域被以表格的形式存储。

在另一实施例中，所述验证域由自校准过程来确定，该自校准过程在磁化编码轮的至少一个完整旋转中对磁特性进行自学习。

在另一实施例中，所述验证域起初是预先确定的，然后通过执行自校准过程被精确化

作为一种变型，所述一致性测试包括：将所述采样信号的强度与阈值相比较，所述阈值是根据经自校准过程所得到的所述信号的最小值和最大值。

此外，在可能的实施例变型中，在需要时对所述采样信号或起源于该采样信号的信号进行分析以从所述信号的演进中推导出任何表征故障的特征(signature)。

此外，所述仪表可以是起初未设置有磁体的机械仪表，该起初未设置有磁体的机械仪表在安装之前被修正或者借助于合适的工具被就地添加一移动的磁片。

在可能的实施例变型中，至少一个操作余量被确定，该至少一个操作余量对应于至少一个双稳态传感器所经受的磁场的极值与所述至少一个双稳态传感器的切换阈值之间的差异。可在所述仪表的操作过程中根据所述磁强计所测量的值以及对所述切换阈值的测量来确定所述至少一个操作余量。可在所述仪表停止时根据所述磁强计所测量的至少一个值以及所述切换阈值的预定值来确定所述至少一个操作余量。

附图说明

通过以下描述，本发明的其他特征和优点将显现，描述是示例性和非限定性的，并且必须参考附图进行考虑，在附图中：

图1示意性地示出了配备有遥测设备的仪表；

图2A和图2B比较性地示出了在机械累加器的单元轮的磁体的旋转过程中由三维(3D)磁强计进行的测量以及双稳态传感器的切换；

图3示出了本发明示例性实施例的示例的不同处理步骤；

图4A至图4F示出了进行一致性测试的过程中可记录的不同类型的特征；

图5示出了通过平行六面体离散化的校准方法；

图6示出了“行程长度编码”型的压缩方法；

图7、8和9示出以球坐标表示的验证域的示例；

图10示出了根据本发明实施例的总体自校准过程；

图10A至图10D示出了根据本发明实施例的自校准过程的示例；

图11A至图11B示出了根据本发明实施例的计数过程的示例；

图12示出了根据本发明的远程读取设备的另一可能实施例；

图13示出了根据本发明的远程读取设备的又一可能实施例；

图14示出了根据本发明的远程读取设备的传感器的可能布置，该布置适于计算操作余量；

图15示出了根据本发明实施例计算操作余量的示例。

具体实施方式

根据可能实施例的遥测设备的总体结构可以是参考图1所述的结构类型。

然而，取代脉冲传感器2的传感器不是双稳态传感器而是磁强计，双稳态传感器发出切换脉冲，磁强计使得能够对磁场进行测量。

这样的传感器例如是灵敏度在微特斯拉或更小的量级上的3D磁强计传感器。

这样的传感器例如为通常被用来实现一些PDA中的罗盘功能的传感器(例如，智能电话中所使用的部件Asahi Kasei AK8975)。这样的传感器具有基于硅技术的结构并且通常对于1000微特斯拉的磁化偏移(excursions d'aimantations)具有0.3微特斯拉的灵敏度。

将会理解的是，这样的传感器2持久地测量磁体A的磁场。

在支承磁体A的轮旋转的过程中，磁强计传感器所进行的测量如图2a(三个轴上的分量以及模值)所示。

如与图2b的对比所示出的那样，该测量携带的信息比开/关双稳态传感器(磁阻传感器/磁簧开关)给出的信息多得多，开/关双稳态传感器被校准以检测磁体是否沿给定方向通过最接近于该传感器的点(在此情况下，传感器经在1000微特斯拉下的切换校准被取向为检测针对X轴的通过)。

以此方式得到的测量结果(图2a)被处理以从中推导出与远程读取设备和仪表的运行有关的各种信息。

为此，例如，壳体1的电子装置3包括微处理器，该微处理器在收到传感器2的信号时执行一定数量的处理事件。

特别地，如图3所示，电子装置3随时间对磁场进行采样(步骤5)。

得到的数字信号随后被压缩(步骤6)和滤波(步骤7)以补偿地磁场及消除寄生磁噪声。

随后对这些信号进行一致性测试(步骤8)。这些测试比较例如不同操作步骤的特征阈值下测量到的3D矢量。

在运行中并且如果磁体A与传感器2之间的耦合是令人满意的，则测量的矢量的端部在优选地环形曲面验证域(toric validation volume)中描绘出将机械累加器TM的单元轮的整个旋转的轨迹。可能的一致性测试包括验证该轨迹是否包括在验证域中，该验证域有利地为围绕表征正确操作和令人满意的测量品质的期望中间轨迹所限定的验证环形曲面(图4a)。

此外，在存在相对于验证域(或更一般地验证阈值)的偏移的情况下，所执行的处理事件通过识别采集到的场测量结果的演进中的以下各项来表征所确定的功能故障：代表例如操作故障9a(磁体故障、远程读取设备的电源故障等)的特征、或者甚至远程读取设备的移除9c或借助于靠近仪表C和远程读取设备的磁体所进行的欺诈尝试(tentative defraude)9b。例如，场测量信号的突然消失将被看作代表移除(图4b)；突然的增加将被看作代表通过将磁体靠近所进行的欺诈尝试(图4c)；或多或少超出验证域但在验证域上下限附近的变动将代表传感器的不良定位(不良角度定位、松动等)(图4d)；验证域中的固定测量结果代表系统正在工作，但仪表被停止(图4e)；所测量的信号相对于期望的验证域的下降可被看作代表远程读取设备的电源故障或者甚至被看作磁体的消磁(图4f)。

所检测到的这些故障被通过告警信号被发送到多个仪表及远程读取设备的管理中心。

当然，步骤6至8中的补偿、滤波和一致性测试等步骤可在远程读取设备的远程处理服务器(“云”)处实施。

在远程读取设备自主馈电的情况下，这保护了这些设备的电源因而确保远程读取设备的长期运行(长达几十年)。

电子装置3的微处理器主要确保对测量结果进行采样、存储测量值以及初始化测量值的远程传输。

采样频率例如为8Hz。

根据一种变型，磁场值被以周期T＝n*20+10毫秒进行采样，n为整数。这样的采样频率确保了由50Hz的交变电流所感生的磁场在两个连续采样中具有相反的相位。将两个连续采样值的平均值作为测量结果可消除50Hz的电流所引起的寄生磁场对测量值的影响。

远程服务器通过追踪所进行的3D测量的演进(上述环形轨迹)来推导出机械累加器TM的单元轮的转动圈数。

验证域可以是预定的域或者由自校准过程来确定。一旦仪表被启动，无需进行预先校准，预定的域的使用就可检验该仪表的运行，并且一旦仪表被启动，还可确定任何故障、可能的欺诈，比如远程读取设备的移除或使用磁体的欺诈尝试。自校准过程的使用使得能够自学习磁化编码轮在完整旋转中的磁特性，因而使得在仪表的轮的转动过程中能够确定出越来越精确的验证域。作为一种变型，起初可使用预定的域，然后在仪表的轮的转动过程中在执行自校准过程时调整该预定的域。例如针对同一类型的所有仪表，一旦该仪表被启动，就可使用预定的域，随后该预定的域可根据下述方法之一进行就地改进。该变型组合了以上所给出的优点。

一组测试结果曲线可被同等地用于对一系列仪表所公用的验证域加以确定，正如在自校准过程中确定这一验证域那样。这样的一组曲线可被用来将磁场测量结果的变异度考虑在内，该变异度是由于与传感器的定位和磁体的磁化有关的现有公差以及系统的其他机械公差而引起的。

在第一实施例中，验证域为预定的域，有利地为预定的验证环形曲面。有利地，验证域根据仪表的品牌和型号进行预先确定。这样的验证域可通过对同一型号的仪表应用下述自校准过程之一来进行确定。拥有PDA型或智能电话型的移动终端的仪表安装人员可在移动终端上输入待安装的仪表的品牌和型号。根据所输入的品牌和型号，与待安装的仪表相关的验证域被确定并且经由例如无线NFC型的链路被发送到远程读取设备。

所述验证域能够以表格(例如二进制表格)的形式进行发送，可选地，以经压缩的表格的形式进行发送。这样的表格T可由如图5所示在下文中被称为平行六面体离散化方法的方法来进行确定，根据该方法，空间被离散化为一组平行六面体c_i,j,k501,502。当立方体c_i,j,k与验证域503之间存在交点时，T_i,j,k系数等于“1”；否则，为“0”。作为一种变型，仅当立方体c_i,j,k被包含在验证域中时，系数T_i,j,k才等于1。立方体的最小尺寸受到总可用存储空间的限制。这样的表格可借助于真正的仪表上的测量结果来确定，或者通过模拟来确定，例如通过执行算法来确定，该算法比如为附件1中所述的算法1。

有利地，这样的二进制表格可通过例如图6中所示的“行程长度编码”型压缩方法来进行压缩。这样的算法将一连串相同的二进制符号替换为与该符号的重复次数相关联的该二进制符号的出现率。当在第一步骤E601和第二步骤E602中初始化之后，在第三步骤E603中读取当前符号。如果在步骤E604中确定当前符号与先前符号相等，并且如果在步骤E605中确定已经注意到的重复的次数尚未达到符号的最大可编码重复次数，则重复次数的计数(count number of repetitions)在第六步骤E606中被递增。如果当前符号不同于先前符号，或者如果已经到达最大可编程重复次数或者如果在第七步骤E607中到达一系列符号的末端，则在第八、第九、第十和第十一步骤E608、E609、E610和E611中写入记录到的重复次数以及重复的符号值。一旦这些值被写入，如果尚未到达一系列数据的末端，就在第十二步骤E612中存储当前值以及在第十三步骤E613中将重复次数的计数置零。

如图5所示，这样的表格使得在减小计算时间的情况下能够确定测量的磁场矢量504、505是否属于验证域。实际上，如果这样的矢量的端部属于表格中与等于1的系数相关联的立方体，则该矢量的端部属于验证域，并且该测量的磁场矢量通过了相关的一致性测试检验。可通过诸如附录1中所述的算法2之类的算法来测试这样的归属关系(belonging)。

这样的离散化可利用尺寸很小的平行六面体以用于提高对低强度磁场进行确定的可靠性。根据一种变型，所使用的平行六面体的尺寸可按照其坐标例如以对数方式变化，以将与最小的测量磁场所对应的坐标空间更精细地离散化。

根据第二实施例，验证域不是预先确定的，而是通过自校准过程来确定的。在仪表运行的第一阶段中，得到一组磁场矢量测量结果。有利地，该第一阶段对应于仪表转动一圈或多圈，以使得测量的矢量的端部沿闭合路径分布，从而产生一组将上述公差考虑在内的测量曲线。

为了获得一组其端部描绘出闭合轮廓线的测量矢量，可使用一种利用测量矢量的相位的方法，根据该方法以规则的相位间隔来获取测量结果直到仪表转动完整的一圈，即直到测量矢量的相位与对应于第一测量结果的矢量的相位之间的差异小于预定阈值，或者直到测量矢量与对应于第一测量结果的矢量之间的差异的模小于另一预定阈值。

根据第一变型，上述平行六面体离散化方法被应用到所述曲线组的所有测量点上。等于1的系数与至少一个测量矢量的端部所在的所有立方体相关联。

根据第二变型，根据测量点来确定所穿过的上述闭合轮廓线。这些测量点可属于上述曲线组中的所有曲线以将上述所有公差考虑在内。有利地，新的附加测量点被用来描绘轮廓线直到每个测量点与其相邻的测量点的距离小于最小ε距离。ε可被固定为例如期望误差二分之一的值。对于每个新的测量点，可通过以下方式来形成用于描绘轮廓线的点的表格：将该新的点与表格中所有其他点的矢量距离包括在该表格内。在每次将新的点添加到表格中时，该表格的所有点中两个相邻点之间的最大距离被计算并与ε相比较。

随后根据这一闭合轮廓线来限定验证域，所述验证域包围该轮廓线以使得该域包围经预定测量不确定性增广得到的测量磁场矢量的每个端部。这样的包围域可以是各自包围测量点的局部域的联合。这样的各自包围测量点的局部域可以是球形域。局部域的半径可被调整以使得局部域的联合组成全域。

随后通过以下方式来确定磁场测量结果是否被包括在验证域之内。描绘验证轮廓线的点的表格中最接近于测量的矢量的端部的点被确定。为此，确定测量的点与表格的点中每一个之间的距离，并使用表格中具有最小距离的点。所确定的最小距离被保留并与包围的局部域的半径相比较，包围的局部域构成了围绕闭合轮廓线的验证域。如果最小距离小于包围的局部域的半径，则测量矢量属于验证域。

作为一种变型，这样的包围域以一组曲线中所有曲线的闭合轮廓线中线的形式被存储，以及局部球形包围域的包围域联合又包围整组曲线。

根据第三变型，自校准过程将验证域确定为球体或者确定为球心为磁场的所有测量点的对称中心的球体的一部分。这样的处理首先根据靠近传感器的坐标系的三个坐标轴x，y和z来确定所有测量点的坐标的最大值和最小值。接下来，将其坐标为上述根据每个坐标轴所确定的最小值和最大值的平均值的点确定为测量点的对称中心(记为O)。随后在以点O为中心的球坐标系中计算测量点中每一个的坐标。有利地，新的坐标系的轴z被选择为使得磁场的路径尽可能地围绕以O为球心的球体的赤道。如图7所示，验证域被限定为所有测量点的坐标ρ、θ和δ的最小值和最大值所界定的验证域，所有测量点在以O为中心的球坐标系中进行表示。图8示出了一个示例，根据该示例，ρ_min＝0,θ在0至2π内变化，以及δ在δA与δB之间变化。

通过计算在以O为中心的新坐标系中表示的矢量的坐标然后确定这些坐标是否被包括在限定出验证域的坐标ρ、θ和δ的最小值与最大值的区间之内，来确定测量矢量是否被包括在验证域中。

作为一种变型，所使用的验证域围绕点O关于θ和δ对称。该验证域是以O为球心、半径为ρ_min与ρ_max的两个球体之间所包含的域。自校准过程仅确定了在以O为中心的新坐标系中表示的测量矢量的所有模的最小值和最大值。这样的被称为“空心球”的验证域构成了针对对由移除和使用附加的磁场所引起的欺诈进行检测的最简洁描述之一。测试测量点与验证域的归属关系仅在于确定以O为中心的新坐标系中的坐标、确定这些坐标的矢量的模以及检验所述模是否介于ρ_min与ρ_max之间。

根据另一变型，所利用的验证域既不是环形曲面也不是球体的一部分。在平行六面体域的情况下，自校准过程简单地确定测量的磁场矢量的分量的最小值和最大值以限定一包围的平行六面体域。

如上所示，可在先使用通过在同一类型的仪表上应用上述自校准过程中的一种所得到的预定域，随后通过在仪表引起的轮转动过程中执行自校准过程来改进该预定域。例如，有可能先使用由上述相应的处理得到的“空心球”所构成的验证域，然后借助于上述平行六面体离散化处理来改进验证域，或者通过将包围域所填充的闭合轮廓线确定为验证域来改进验证域。

根据第三实施例，并不对验证域进行确定或预先确定。执行自校准过程，该自校准过程在磁化编码轮的完整旋转中对磁特性进行自学习。在这样的自校准过程中，在仪表的单元轮的第一次转动中，测量的磁场矢量的分量的模的最大值被记录。还记录了测量的磁场强度的最小值和最大值(分别为Bmin和Bmax)以及磁场在其上取最小的最大模的轴(被称为低轴)，测量的磁场强度可被表示为

其中，Bxn、Byn和Bzn为在三个轴x、y和z上所采样的磁场的测量结果。磁场矢量的强度的最小值和最大值的平均值被称为校准平均值。根据磁场的模的上升或下降变化的方向来确定仪表的移动的不同阶段以检测该仪表是否完成完整的旋转。根据一种变型，根据经滤波的采样值来进行自校准，经滤波的采样值例如是借助于一阶巴特沃斯滤波器优选地对测量的磁场分量的每一个进行滤波而得到的。

有利地，在自校准过程的过程中对测量值进行不同的一致性测试以检测任何磁异常并在需要时触发告警。

整个自校准过程如图10所示。该处理开始于初始化步骤100，在初始化步骤100处仪表的支承磁体C的编码轮处于第0转，然后继续执行循环，该循环包括在步骤101中执行的自校准过程以及在步骤102中执行的计数处理。有利地，外部控制器可控制这些处理中每一个的休眠和唤醒。在不同处理的不同阶段的每个阶段等待新的采样的过程中验证通过休眠命令。

根据图10a至图10d中所述的实施例，自校准过程被细分为四个连续阶段。阶段1开始于初始化步骤1001，其后为步骤1002。其他的阶段均开始于步骤1002。在这些阶段的每一个中，在完成步骤1002时，在针对阶段1、阶段2、阶段3和阶段4分别被标记为1003、1004、1005和1006的步骤中进行附加的测试，在附加的测试中，确定代表磁场矢量的当前采样强度的变量Bn是否为磁场的新的最小值或最大值以及确定变量Bn是否满足条件以使得处理进入下一阶段。

更具体地，在步骤1001中，获得了磁场在三个轴上的第一采样。该第一采样的模Bo被记录。变量Bmin和Bmax被初始化为Bo，以及代表磁场矢量的当前采样强度的变量Bn同样被初始化为Bo。变量Extreme(极限)、S、xyz和Bx_max、By_max以及Bz_max被初始化为0。变量Extreme(极限)在下文中被用于表征检测到磁异常，在该磁异常中，两个连续的模测量结果中的一个对应于新的最小值而另一个对应于新的最大值。变量S在下文中被用于表征检测到磁异常，在该磁异常中，模曲线经历不规则变化，例如模曲线沿一个方向与校准平均值相交且沿另一方向与该校准平均值相交，但是在该曲线处于上升阶段并未接近最大值且在下降阶段时并未最小值。xyz用于存储三个轴x、y或z中的低轴。变量Bx_max、By_max和Bz_max用于存储三个轴中每个轴的测量结果的绝对值的最大值。

每当步骤1002被执行时，按照三个轴x、y和z对磁场采样以及执行以下处理事件：

前一当前值Bn被存储在变量Bn-1中，以及得到Bn的新值。

如果变量Bn小于被记为阈值_缺失的阈值,则报告磁体的缺失并且自校准过程被重新初始化。

如果变量Bn大于被记为阈值_欺诈的阈值或者如果分量|Bx|、|By|或|Bz|之一的模大于被记为阈值_欺诈_2的阈值，则报告对欺诈的怀疑，并且自校准过程被重新初始化。

如果模|Bn-Bn-1|大于被记为阈值_异常的阈值,则报告磁异常并且自校准过程被重新初始化。

如果未检测到缺失、欺诈或异常，则检验每个轴上所测量的磁场的分量是否具有大于针对相应轴所记录的最大值的模。

此外，如果模|Bx|大于变量Bx_max，则模|Bx|被存储在变量Bx_max中；

如果模|By|大于变量By_max，则模|By|被存储在变量By_max中；以及

如果模|Bz|大于变量Bz_max，则模|Bz|被存储在变量Bz_max中。

在步骤1003中：

当变量Bn小于变量Bmin时，变量Bn被存储在变量Bmin中，并且变量Direction(方向)被初始化为值D以表明下降方向。

当变量Bn大于变量Bmax时，变量Bn被存储在变量Bmax中，并且变量Direction(方向)被初始化为M以表明上升方向。

当Bmax-Bmin大于被记为阈值_1的阈值时，处理从阶段1转移到阶段2的步骤1002。因此，仪表的单元轮必然已经进行了足够的移动以使得自校准过程离开阶段1并进入阶段2。此外，表明得到的最近极值是否为最小值或最大值的变量Direction(方向)给出了场的模的变化方向。

步骤1003完成时，如果处理不离开阶段1，则其返回阶段1的步骤1002。

在阶段2的步骤1004中：

当变量Bn小于变量Bmin时，变量Bn被存储在变量Bmin中。

当变量Bn大于变量Bmax时，变量Bn被存储在变量Bmax中。

如果变量Direction(方向)等于M(即如果在阶段1的过程中处于上升方向)，则当Bmax-Bn大于被记为阈值_2的阈值时，处理从阶段2转移至阶段3；或者如果变量Direction(方向)等于D(即如果在阶段1的过程中处于下降方向)，则当Bn-Bmin大于被记为阈值_3的阈值时，处理从阶段2转移至阶段3。因此，为了转移到阶段3的步骤1002，如果在阶段1中时处于上升方向，则磁场的模的曲线必须足够远离最大值，在这种情况下，磁场的模因而已经改变了变化方向；或者，为了转移到阶段3的步骤1002，如果在阶段1中时处于下降方向，则磁场的模的曲线必须足够远离最小值，在这种情况下，磁场的模因而同样地已经改变了变化方向。

步骤1004完成时，如果处理不离开阶段2，则其返回阶段2的步骤1002。

在阶段3的步骤1005中：

当变量Bn小于变量Bmin时，变量Bn被存储在变量Bmin中。

当变量Bn大于变量Bmax时，变量Bn被存储在变量Bmax中。

如果变量Direction(方向)等于D(即如果在阶段1中时处于下降方向)，则当Bmax-Bn小于被记为阈值_4的阈值时，处理从阶段3转移至阶段4的步骤1002；或者如果变量Direction(方向)等于M(即如果在阶段1中时处于上升方向)，则当Bn-Bmin小于被记为阈值_5的阈值时，处理从阶段3转移至阶段4的步骤1002。因此，为了转移到阶段4，如果在阶段1中时处于下降方向，则磁场的模的曲线必须足够接近最大值；或者，为了转移到阶段4，如果在阶段1中时处于上升方向，则磁场的模的曲线必须足够接近最小值。

步骤1005完成时，如果处理不离开阶段3，则其返回阶段3的步骤1002。

在阶段4的步骤1006中：

当变量Bn小于变量Bmin时，变量Bn被存储在变量Bmin中，并且变量Extreme(极限)被初始化为1。

当变量Bn大于变量Bmax时，变量Bn被存储在变量Bmax中，并且变量Extreme(极限)被初始化为2。

当变量Bn大于变量Bmin且小于变量Bmax时，变量Extreme(极限)被初始化为0。

如果在阶段1中时处于上升方向，则当Bmax-Bn小于被记为阈值_6的阈值时，该过程从阶段4退出并完成；或者如果在阶段1中时处于下降方向，则当Bn–Bmin小于被记为阈值_7的阈值时，该过程从阶段4退出并完成。因此，如果在阶段1中时处于下降方向，则磁场的模的曲线必须足够接近最小值；或者，如果在阶段1中时处于上升方向，则磁场的模的曲线必须足够接近最大值。在这样的情况下，仪表的单元轮已经描绘出完整的旋转，并且自校准过程通过以下方式而结束：将仪表C的转动递增一个单位，并且当x为低轴时将值x存储在变量xyz中、当y为低轴时将值y存储在变量xyz中或当z为低轴时将值z存储在变量xyz中.

步骤1006完成时，该过程不离开阶段4，而是返回阶段4的步骤1002。

自校准过程之后为计数处理,在计数处理过程中,测量的磁场矢量的强度与根据在自校准过程中所确定的最小值Bmin和最大值Bmax而定义的不同阈值相比较以确定仪表的单元轮的旋转相位并因而用于对该单元轮的转动的次数进行计数。

有利地，在计数处理的过程中对测量值进行不同的一致性测试以检测任何磁异常并在需要时触发告警。

根据图11a和图11b中所示的实施例，计数处理被细分为记为阶段5和阶段6的两个连续阶段。阶段中的每一个开始于步骤1101，在该步骤1101进行与上述步骤1002中的测试相似的测试。在阶段中的每一个中，在步骤1101完成时，在针对阶段5和阶段6分别被标记为1102和1103的步骤中进行附加的测试，在附加的测试中，确定Bn是否满足条件以使得处理进入下一阶段。

更具体地，每当按照三个轴x、y和z进行磁场采样时，在步骤1101的过程中执行以下处理事件：

前一当前值Bn被存储在变量Bn-1中，以及得到Bn的新值。

如果变量Bn小于被记为阈值_缺失的阈值,则报告磁体的缺失，计数处理停止，并且自校准过程被重新启动。

如果变量Bn大于被记为阈值_欺诈的阈值或者如果分量|Bx|、|By|或|Bz|之一的模(优选地对应于低轴的分量的模)大于被记为阈值_欺诈_3的阈值，则报告对欺诈的怀疑，计数处理停止，并且自校准过程被重新启动。

如果模|Bn-Bn-1|大于被记为阈值_异常的阈值,则报告磁异常，计数处理停止，并且自校准过程被重新启动。

在步骤1102和1103中：

如果未检测到缺失、欺诈或异常：

如果变量Bn小于变量Bmin：

-如果变量Extreme(极限)等于2，则报告磁异常，计数处理停止，并且自校准过程被重新启动。

-否则，变量Bn被存储在变量Bmin中，并且变量Extreme(极限)被初始化为1。

如果变量Bn大于变量Bmax：

-如果变量Extreme(极限)等于1，则报告磁异常，计数处理停止，并且自校准过程被重新启动。

-否则，变量Bn被存储在变量Bmax中，并且变量Extreme(极限)被初始化为2。

否则，变量Extreme(极限)被初始化为0。

在阶段5的步骤1102中：

如果变量Direction(方向)等于M：

如果变量Bn小于第一阈值(比如0.4x Bmax+0.6x Bmin，其为校准平均值减去测量强度的最大值与最小值之差的10％得到的值)，则变量S被初始化为1，然后，如果Bn-Bmin小于被记为阈值_8的阈值，则处理将变量S初始化为0之后进入阶段6的步骤1101。

否则，如果变量Bn大于第二阈值(比如0.6x Bmax+0.4x Bmin，其为校准平均值加上测量强度的最大值与最小值之差的10％得到的值)并且如果S等于1，则报告磁异常，计数处理停止，并且自校准过程被重新启动，否则如果S等于0，则处理进入阶段5的步骤1101。

否则如果变量Bn小于第二阈值，则处理进入阶段5的步骤1101。

如果变量Direction(方向)等于D：

如果变量Bn大于第三阈值(比如0.6x Bmax+0.4x Bmin，其为校准平均值加上测量强度的最大值与最小值之差的10％得到的值)，则变量S被初始化为1，然后，如果Bmax-Bn小于被记为阈值_9的阈值，则处理在将变量S被初始化为0之后进入阶段6的步骤1101。

否则，如果变量Bn小于第四阈值(比如0.4x Bmax+0.6x Bmin，其为校准平均值减去测量强度的最大值与最小值之差的10％得到的值)并且如果S等于1，则报告磁异常，计数处理停止，并且自校准过程被重新启动。否则如果S等于0，则处理进入阶段5的步骤1101。

否则，如果变量Bn大于第四阈值，则处理进入阶段5的步骤1101。

在阶段6的步骤1103中：

如果变量Direction(方向)等于M：

如果变量Bn大于第五阈值(比如0.6x Bmax+0.4x Bmin)，则变量S被初始化为1，然后，如果Bmax-Bn小于被记为阈值_10的阈值，则处理在将变量S初始化为0并且将仪表C的转动增加一个单位后重复阶段5的步骤1101。

否则，如果变量Bn小于第六阈值(比如0.4x Bmax+0.6x Bmin)并且如果S等于1，则报告磁异常，计数处理停止，并且自校准过程被重新启动。否则如果S等于0，则处理进入阶段6的步骤1101。

否则如果变量Bn大于第六阈值，则处理进入阶段6的步骤1101。

如果变量Direction(方向)等于D：

如果变量Bn小于第七阈值(比如0.4x Bmax+0.6x Bmin)，则变量S被初始化为1，然后，如果Bn-Bmin小于被记为阈值_11的阈值，则处理在将变量S初始化为0并且将仪表C的转动增加一个单位后重复阶段5的步骤1101。

否则，如果变量Bn大于第八阈值(比如0.6x Bmax+0.4x Bmin)并且如果S等于1，则报告磁异常，计数处理停止，并且自校准过程被重新启动。否则如果S等于0，则处理进入阶段6的步骤1101。

否则如果变量Bn小于第八阈值，则处理进入阶段6的步骤1101。

有利地，第一、第四、第六和第七阈值相同，以及第二、第三、第五和第八阈值相同。

有利地，阈值_1至阈值_11可以等于400微特斯拉(μT)。有利地，阈值_异常可以等于2000μT。有利地，阈值_缺失可以等于200μT，以及阈值_欺诈、阈值_欺诈_2或阈值_欺诈_3可以等于3000至5000μT。

执行自校准过程避免存储和载入根据仪表的品牌和型号所预先确定的表格。

但是与第一实施例不同，使用该处理不能检测到远程读取设备激活之前所犯下的任何欺诈，比如在仪表附近安装磁体，除非所述欺诈导致完全反常的磁场值。

一旦远程读取设备安装后，就可以进行这样的自校准以使功耗最小化，或者(可选地，定期地)进行多次自校准以更新验证域或强度的最小值和最大值以及测量的矢量的分量的模。

另外明显的是，针对给定远程读取设备所使用的环形曲面或验证阈值可根据发送到多个仪表及远程读取设备的远程服务器的测量结果随时间进行改进。

如图12所示，传感器2可与壳体1的其余部分分离，并且例如通过导线连接10被连接至壳体1的其余部分。有可能将小尺寸(通常对于1mm的宽度每侧长度为2mm)的传感器靠近单元轮设置，因为形成与壳体分离的传感器的部分可被贴附在轮的前方或者被集成到读数窗口或者由于机械接口装置而紧邻读数窗口。

例如，在可能的实施例中，传感器2被集成到由塑料材料制成的透明标签11中，该透明标签11被附接和贴附到仪表C的读数窗口上。

另外明显的是，使用3D磁强计传感器的优点之一在于无需非常精确地对该传感器进行定位，因此并不必须在磁体旋转的平面中进行测量而是可以有所偏移。

作为另一种变型，与壳体的其余部分分离的传感器部分可包括不同的双稳态传感器(霍尔效应传感器、磁簧开关等)，这些双稳态传感器一起被配置为以采样的方式来追踪磁体A的旋转。

这些双稳态传感器例如具有不同的取向和/或切换阈值以使得他们可在支承磁体A的累加器TM的轮的旋转周期的不同时刻进行切换，双稳态传感器所递送的一连串脉冲使得电子装置3能够以采样的方式追踪所述磁体A的旋转。

所引起的功耗将低于使用3D磁测量传感器的情况下的功耗。

通过追踪和分析一连串阈值切换事件有可能进行防欺诈测试。例如，当在不对应于根据单次轮转动所预期的切换顺序的情况下某些双稳态传感器的切换事件意外出现时，有可能据此推导出磁欺诈尝试。当被触发的双稳态传感器沿与预期的顺序相反的方向进行切换时同样适用，可据此推导出传感器的移除或未贴附。

特别地，在图13所示的可能实施例变型中，远程读取设备包括彼此分离的传感器部分13与壳体部分1，并且形成传感器的部分13同时包括：

-沿三个方向取向以使得能够进行3D追踪的双稳态传感器12a、12b、12c，该三个方向例如为三个垂直方向；

-为3D磁强计的传感器2。

针对相同取向的传感器，设置具有不同阈值的多个传感器。

这些双稳态传感器12a、12b、12c被配置为从一个状态切换到另一状态以及在机械累加器TM的单元轮和磁体A的旋转周期的不同时刻触发脉冲。

以很高的频率报告双稳态传感器12a、12b、12c的状态以精确追踪机械累加器的单元轮的转动(或部分转动)。功耗较大的磁强计2仅偶发性地被远程读取设备的电子装置3所唤醒以对测量结果进行一致性，该一致性特别地对远程读取设备的正确操作加以检验。

特别地，当根据双稳态传感器的状态(例如，长时间未进行更改)发现可疑操作时，电子装置3可唤醒传感器2。也可以在操作数据的控制时段内(例如在仪表C的“激活”周期中)周期性地唤醒传感器2。传感器可被用来在控制时段内对单元轮的转动圈数进行计数并且将得到的转动圈数与在相同时间间隔内借助于双稳态传感器所确定的转动圈数相比较。

传感器2在将远程读取设备放置到仪表C上的过程中也被唤醒以验证形成该传感器的部分13是否被正确定位与仪表C之上以及远程读取设备是否工作。

使用两种不同类型的传感器(磁强计2及双稳态传感器12a、12b、12c)的另一优点在于其实现了冗余因而更好地保障了运行。

磁强计2还可被用来确定远程读取设备的至少一个操作余量，该至少一个操作余量对应于至少一个双稳态传感器12所经受的磁场的极值与所述至少一个双稳态传感器的切换阈值之间的差异。仪表操作过程中一个或多个双稳态传感器所经受的磁场的最大值和最小值与所述一个或多个双稳态传感器的高切换阈值和低切换阈值相比较以确定至少一个余量，磁体A的旋转所产生的磁场变化可以所述至少一个余量产生所述一个或多个双稳态传感器的一连串状态切换事件。

这样的双稳态传感器通常对磁体A关于优选轴所产生的磁场敏感。磁强计2被用来确定双稳态传感器关于该优选轴所经受的磁场的一个或多个值。这些值随后与双稳态传感器的切换阈值相比较。为了使磁强计确定这些值时误差最小，优选地磁强计和双稳态传感器尽可能地相互靠近。出于这一原因，如图14所示，磁强计2和双稳态传感器12可被分别布置在印刷电路14的两侧。

另一方面，这样的操作余量可在仪表的操作过程中(例如在仪表的单元轮的第一次转动过程中进行初始化时)根据磁强计所测量的值和所述切换阈值的测量结果来进行确定。图15示出了轮转动过程中关于三个轴X、Y和Z所测量的磁场值的示例，假设该示例中的双稳态传感器对关于Z轴的磁场敏感。图15中所示的高操作余量M1可由电子装置15根据磁强计2所测量的值和双稳态传感器12的响应来进行确定。这样的余量对应于磁强计2在轮转动的过程中所测量的双稳态传感器12关于优选轴的磁场的最大值与测量的双稳态传感器的高切换阈值H之间的差异，该高切换阈值H为在双稳态传感器切换至高态(图15中记为1)的时刻由磁强计所测量的同一磁场的值。相似地，电子装置3可确定低操作余量M2，该低操作余量对应于磁强计在轮转动的过程中所测量的双稳态传感器关于优选轴的磁场的最小值与测量的双稳态传感器的低切换阈值B之间的差异，该低切换阈值B即为在双稳态传感器切换至低态(图15中记为0)的时刻由磁强计所测量的该磁场的值。电子装置3可最终确定总操作余量，该总操作余量等于高操作余量M1与低操作余量M2之间的最小值。

这样的对操作余量的确定可在仪表的操作过程中定期(比如每周一次)进行以定期追踪仪表的正确操作并限制所用的资源的数量。

另一方面，这样的操作余量可在仪表停止时进行确定，例如在技术人员安装远程读取设备的过程中进行，以使得技术人员能够根据磁强计测量的至少一个值和所述切换阈值的预定值来检验该设备的正确操作。3D磁强计2被用来以测量的磁场矢量的形式测量关于其三个测量轴的磁场强度。该测量结果对应于磁体A的任何未知位置。电子装置3或技术人员所用的外部处理装置利用该测量结果以估计磁场关于优选轴的最小值和最大值，该优选轴随后将在仪表运行时单元轮转动一圈的过程中被双稳态传感器所感测到。

为此，电子装置3或处理装置根据3D磁强计的测量结果和预先记录的信息来估计单元轮的转动过程中测量的磁场矢量的端部的轨迹。例如，可假设测量的磁场矢量的端部属于该端部在仪表的单元轮的旋转过程中所描绘的圆或环形曲面，以及电子装置或处理装置可根据测量的磁场矢量以及该圆或该环形曲面的中心在磁强计2的坐标系中的坐标来在该坐标系中表征该圆或该环形曲面。可在工厂中针对每种型号的仪表通过测试仪表和多个测量结果来确定这样的预先记录信息。根据单元轮转动一圈的过程中测量的磁场矢量的估计轨迹，电子装置或处理装置将磁场关于优选轴(将在单元轮的转动过程中被双稳态传感器所感测到)的最小值和最大值估计为描绘出估计轨迹的点关于该优选轴的最小坐标和最大坐标。

这些估计的最小值和最大值随后与双稳态传感器的高切换阈值和低切换阈值相比较以确定相应的高操作余量和低操作余量以及总操作余量。在仪表不操作因而双稳态传感器不切换的情况下，不可能测量到这些切换阈值。预定阈值被用于比较。这些预定阈值由双稳态传感器的制造商提供，或者在制造远程读取设备的过程中在工厂中测得并且被存储在该远程读取设备的存储器中。

所确定的操作余量的值可由发射器4发送至远程服务器，例如燃气和电力提供商的服务器。服务器可追踪仪表的正确操作并且在操作余量下降并接近一过低值时进行干预以确保仪表的正确操作。

所确定的余量值也可被显示在仪表上以使得能够对双稳态传感器或仪表的正确操作进行现场及时检验。

每个确定的余量值可以以余量等级的形式被专门显示或发送，该余量等级例如对应于以针对该型号的仪表所确定的理论余量的百分比形式表示的确定余量。这样的余量等级也可以以图形形式进行显示，例如以竖条形式进行显示，所显示的竖条的数量总是比较多的，因为确定的余量相当大，这类似于以接收条的形式表示移动电话GSM网络的接收品质。所显示的条的数量最多等于可显示的条的最大数量，该最大数量例如为5。

形成传感器的部分13也可包括各种其他传感器：温度传感器和压力传感器甚至加速度计(加速度计例如对仪表C的壳体的可能膨胀进行检测)。

在上述不同示例中，可设置保护性吸收网板以使磁强计2或一组双稳态传感器与外界磁噪声隔离。

在上文中，在仪表已装备有磁体A的情况下对远程读取设备及处理的示例进行了描述。

在这些示例中所提及的原理通过以下方式也可在未设置移动磁体的(任何类型的)已有机械仪表中使用：在安装前进行修正或者借助于适当的工具将移动磁片就地添加到仪表上。

在这方面，明显的是，特别是在磁强计传感器的情况下，磁函数的校准约束潜在地少于现有技术中使用单个二进制传感器的情况下的约束。

采样处理通过被发送到云并被专用服务器处理的测量结果来执行学习事件，该专用服务器随后将计数标准发送回传感器。

附录1

算法1

令测量值为Bx、By、Bz

并且令Bxmin、Bxmax、Bymin、Bymax、Bzmin、Bzmax为一组平行六面体关于轴x、y和z的最小坐标和最大坐标。

For all the sets of curves

For all the points of the curve

Cube(int((Bx–Bxmin)/(Bxmax–Bxmin)*n),int((By–Bymin)/(Bymax–Bymin)*n),int((Bz–Bzmin)/(Bzmax–Bzmin)*n)＝1

End for

End for

算法2

令测量值为Bx、By、Bz

并且令Bxmin、Bxmax、Bymin、Bymax、Bzmin、Bzmax为一组平行六面体关于轴x、y和z的最小坐标和最大坐标。

Cube(int((Bx–Bxmin)/(Bxmax–Bxmin)*n),int((By–Bymin)/(Bymax–Bymin)*n),int((Bz–Bzmin)/(Bzmax–Bzmin)*n)＝1

Then OK

if not KO

Claims (19)

1.一种远程读取设备，用于附接到仪表(C)上并且包括至少一个磁强计以及一组双稳态传感器，该组双稳态传感器用于对被集成到所述仪表的机械累加器(TM)的轮中的磁体(A)的旋转进行追踪，其特征在于，所述磁强计和所述双稳态传感器被配置为确保对所述磁体(A)的旋转进行采样追踪。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述双稳态传感器包括不同取向和/或不同切换阈值。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括偶发性地唤醒所述磁强计的电子装置。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括电子装置壳体，所述电子装置壳体与传感器部分分离，所述传感器部分集成有被配置为确保对所述磁体(A)的旋转进行采样追踪的所述磁强计以及所述双稳态传感器。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括由吸收材料制成的磁防护屏，该磁防护屏的功能为使所述磁强计以及所述双稳态传感器免受外界磁寄生的影响。

6.一种远程仪表读取方法，按照该方法，通过从根据前述权利要求中任一项所述的设备中的至少一个磁强计以及一组双稳态传感器的输出得到的采样信号，对被集成到仪表的机械累加器的轮中的磁体的旋转执行追踪处理。

7.根据权利要求6所述的远程仪表读取方法，其特征在于，对从所述磁强计得到的采样信号执行补偿和滤波处理。

8.根据权利要求6所述的远程仪表读取方法，其特征在于，所述采样信号的采样周期等于n*20+10毫秒，其中n为整数。

9.根据权利要求6所述的远程仪表读取方法，其特征在于，对所述采样信号进行至少一次一致性测试。

10.根据权利要求6所述的远程仪表读取方法，其特征在于，将所述采样信号或起源于该采样信号的信号与验证域相比较。

11.根据权利要求10所述的远程仪表读取方法，其特征在于，所述验证域为预定域。

12.根据权利要求10所述的远程仪表读取方法，其特征在于，所述验证域由自校准过程来确定，该自校准过程在磁化编码轮的至少一个完整旋转中对磁特性进行自学习。

13.根据权利要求10所述的远程仪表读取方法，其特征在于，所述验证域起初是预先确定的，然后通过执行自校准过程被精确化。

14.根据权利要求9所述的远程仪表读取方法，其特征在于，所述一致性测试包括：将所述采样信号的强度与阈值相比较，所述阈值是根据经自校准过程所得到的所述信号的最小值和最大值定义的。

15.根据权利要求6所述的远程仪表读取方法，其特征在于，在需要时对所述采样信号或起源于该采样信号的信号进行分析以从所述信号的演进中推导出任何表征故障的特征。

16.根据权利要求6所述的远程仪表读取方法，其特征在于，所述仪表是起初未设置有磁体的机械仪表，该起初未设置有磁体的机械仪表在安装之前被修正或者借助于合适的工具被就地添加一移动的磁片。

17.根据权利要求6所述的远程仪表读取方法，其特征在于，至少一个操作余量被确定，该至少一个操作余量对应于至少一个双稳态传感器所经受的磁场的极值与所述至少一个双稳态传感器的切换阈值之间的差异。

18.根据权利要求17所述的远程仪表读取方法，按照该方法，在所述仪表的操作过程中根据所述磁强计所测量的值以及对所述切换阈值的测量来确定所述至少一个操作余量。

19.根据权利要求17所述的远程仪表读取方法，按照该方法，在所述仪表停止时根据所述磁强计所测量的至少一个值以及所述切换阈值的预定值来确定所述至少一个操作余量。