CN106650908B - 轴向反射式光电直读装置 - Google Patents

Abstract

一种轴向反射式光电直读装置，解决了现有光电直读装置存在的抗干扰能力差、无法准确读取数据、生产成本高、难以实施等问题，其包括壳体、通过传动轴组装在壳体内的由字轮组件和光电组件构成的多位编码单元以及解码器，其技术要点是：每位编码单元中的光电组件由光电电路板、光栅及防护罩组成，字轮组件由反光字轮体、导光体及遮光体组成，字轮组件与光电组件通过光栅的挡光凸台插接在遮光体的固定凹槽构成一位编码单元，由解码器进行解码，形成轴向反射式光线传播路径。其设计合理，结构紧凑，部件少，适合标准化批量加工生产，易于组装维护，使用可靠，抗干扰能力强，数据读取准确，显著提高测量精度和降低成本，易于推广应用。

Description

轴向反射式光电直读装置

技术领域

本发明涉及一种智能表计使用的光电直读装置，特别是一种在光线传播的路径上，收光元件不受发光元件产生的干扰光源及外界光源干扰的轴向反射式光电直读装置。

背景技术

随着物联网的不断发展，水表、电表、煤气表等表计正在逐渐被使用光电直读装置的智能表计所替代，现有国内、外智能表计使用的光电直读装置，按其光路结构形式主要分为以下三种类型：即轴向透射型、径向反射型和径向透射型。

其中轴向透射型光电直读装置的结构为光传播的路径方向与轴平行，发光元件和收光元件在字轮两侧。如专利公开号为CN101592500A的“一种四位角编码器”、专利公告号为CN2689175Y的“直读式数字计数表”等文献中，都公开的是轴向透射型光电直读装置。尽管其结构简单，适合批量生产，但是，因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，故抗干扰能力差，受环境影响大。因此，在水中有气泡或有外界强光等干扰情况下，无法准确读取数据。

径向反射型光电直读装置的结构为光传播的路径方向与轴垂直，并且发光元件和收光元件在字轮圆柱面一侧，发光元件照射字轮圆柱面上的反光区，将光线返回给收光元件进行测量。如专利公开号为CN101377830A的“远传表计二维编码字轮光电直读装置”，专利公开号为CN101482939A的“远传表计二维编码数字轮及其集成传感器读码装置”，专利公开号为CN1835002A的“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，由于其测量精度差，现有生产工艺生产成本高，所以存在难以实施等缺陷。

径向透射型光电直读装置的结构为光传播的路径方向与轴垂直，其发光元件在字轮轴内，收光元件在字轮圆柱面一侧，通过字轮上的透光区，将光线传播到收光元件。专利公开号为CN101308550A的“远传表计数字轮径向透射光电直读装置”，公开的结构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。专利公开号为CN 103499357的 A“远传仪表用电信号计数光电直读装置”，其记载的技术方案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，其中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。上述文献中，都公开了一种径向透射光电直读装置。其优点为测量准确，但是，仍存在结构复杂，元部件多、难以实施等问题，并且受零件结构的限制，生产工艺较繁琐，无法适应标准化批量生产的要求，生产成本较高，影响推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种轴向反射式光电直读装置，解决了现有光电直读装置存在的抗干扰能力差、无法准确读取数据、生产成本高、难以实施等问题，其设计合理，结构紧凑，部件少，适合标准化批量生产，易于组装维护，使用可靠，抗干扰能力强，数据读取准确，显著提高测量精度和降低成本，易于推广应用。

本发明所采用的技术方案是：该轴向反射式光电直读装置包括壳体、通过传动轴组装在壳体内的由字轮组件和光电组件构成的多位编码单元以及解码器，其技术要点是：每一位编码单元中的所述光电组件由光电电路板、光栅及防护罩组成，并使排列在光电电路板内周的各发光元件分别对应地插接在光栅的各内光栅孔，排列在光电电路板外周的各收光元件分别对应地插接在光栅的各外光栅孔；字轮组件由反光字轮体、导光体及遮光体组成，导光体的内凸台插接在遮光体的内透光孔，导光体的外凸台插接在遮光体的外透光孔；字轮组件与光电组件通过光栅的挡光凸台插接在遮光体的固定凹槽构成一位编码单元，并使遮光体的内透光孔对应光电电路板的发光元件，遮光体的外透光孔对应光电电路板的收光元件；解码器的解码电路板固定在光电组件光电电路板的下方，解码器的解码芯片控制光电电路板的发光元件发光，当解码器控制发光元件发光时，光线透过字轮组件遮光体的内透光孔照射到导光体，并通过反光字轮体反射到遮光体的外透光孔，外透光孔射出的光线照射到光电电路板的收光元件上，收光元件将光信号转换为电信号，由解码器进行解码，判断出当前字轮组件反光字轮体上转动的数字，形成从光电组件的发光元件开始，光线透过轴向一侧的字轮组件，再反射回光电组件的收光元件的轴向反射式光线传播路径。

所述光电组件包括相互结合在一起的设置有发光元件及收光元件的光电电路板、设置有内、外光栅孔和挡光凸台的光栅及防护罩。

所述字轮组件包括相互结合在一起的外周均布十个数字0～9的反光字轮体、设置有内、外凸台的导光体及设置有内、外透光孔和固定凹槽的遮光体。

所述解码器包括与光电组件的光电电路板固定在一起的解码电路板以及解码芯片和外围元件。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明通过传动轴组装在壳体内的采用结构独特的字轮组件与光电组件构成的每一位编码单元，都是通过光电组件光栅的挡光凸台插接在字轮组件遮光体的固定凹槽形成轴向反射式光线传播路径，利用光栅隔离遮挡各个发光元件及收光元件，发光元件及收光元件之间不会相互干扰，所以其设计合理，结构紧凑，易于组装维护，使用可靠。因这种轴向反射式光线传播的路径是从光电组件的发光元件开始，光线能透过轴向一侧的字轮组件遮光体的内透光孔和导光体，传播到反光字轮体，并将光线反射出字轮组件遮光体的外透光孔，再将光线传播到光电组件的收光元件，故抗干扰能力强。光电组件的发光元件发出特定波长的光线，通过相互隔开的收光元件将光信号转换为电信号，由控制发光元件发光的解码器判断出当前对应信号的字轮转动的数字，在光线传播的路径上，光线传播的介质少，距离短，字轮组件和光电组件间的间隙小，受光线在从一种介质传播到另一种介质时的折射影响小，能够增强抗干扰能力，因此，数据读取准确，显著提高测量精度。由于该装置使用部件少，并且主要部件的结构简单，加工容易，通用性好，所以显著降低成本，更适合标准化批量生产，易于推广应用。

基于上述原因，致使本发明从根本上解决了现有光电直读装置存在的抗干扰能力差、无法准确读取数据、生产成本高、难以实施等问题。

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中光电组件和字轮组件的一种立体结构分体示意图；

图3是本发明的一种沿字轮组件中心的纵向剖视图；

图4是图2中光栅的后视图；

图5是图4沿A-A线的剖视图；

图6是图2中遮光体的后视图；

图7是图6沿Ｂ-Ｂ线的剖视图；

图8是图2中导光体的后视图；

图9是图8沿Ｃ-Ｃ线的剖视图；

图10是图2中反光字轮体的后视图；

图11是图10沿Ｄ-Ｄ线的剖视图。

图中序号说明： 1光电组件、2字轮组件、3壳体、4传动轴、5解码器、6防护罩、7光电电路板、8光栅、9遮光体、10导光体、11反光字轮体、12发光元件、13收光元件、14解码芯片、15解码电路板、16内光栅孔、17外光栅孔、18挡光凸台、19内透光孔、20外透光孔、21固定凹槽、22内凸台、23外凸台、24进位齿、25传动齿。

具体实施方式

根据图1～11详细说明本发明的具体结构。该轴向反射式光电直读装置包括壳体3、通过传动轴4组装在壳体3内的由字轮组件2和光电组件1构成的多位编码单元以及解码器5等零部件。其中每一位编码单元中的光电组件1由光电电路板7、光栅8及防护罩6等件组成。字轮组件2由反光字轮体11、导光体10及遮光体9等件组成。组装在壳体3内的编码单元的位数应根据实际需要确定。以下详细说明一位编码单元中各件的结构特征。

光电组件1包括相互结合在一起的设置有发光元件12及收光元件13的光电电路板7、设置有内光栅孔16、外光栅孔17和挡光凸台18的光栅8及防护罩6等件。各件相互结合时，使排列在光电电路板7内周的各发光元件12分别对应地插接在光栅8的各内光栅孔16中，排列在光电电路板7外周的各收光元件13分别对应地插接在光栅8的各外光栅孔17中，利用光栅8分别对发光元件12和收光元件13进行隔离遮挡。防护罩6用于保护光电电路板7及其上的电子元件。

字轮组件2包括相互结合在一起的外周均布十个数字0～9的反光字轮体11、设置有内凸台22、外凸台23的导光体10及设置有内透光孔19、外透光孔20和固定凹槽21的遮光体9等件。各件相互结合时，导光体10的内凸台22插接在遮光体9的内透光孔19中，导光体10的外凸台23插接在遮光体9的外透光孔20中。反光字轮体11两侧设置有进位齿24和传动齿25，相邻两个字轮组件2通过进位齿24和传动齿25与传动齿轮（图中未示出）配合传动。

上述结构的字轮组件2与光电组件1通过光栅8的挡光凸台18插接在遮光体9的固定凹槽21中构成整体的一位编码单元，并使遮光体9的内透光孔19对应光电电路板7的发光元件12的发光面，遮光体9的外透光孔20对应光电电路板7的收光元件13的收光面。本实施例的每一位编码单元中，字轮组件2中遮光体9的外透光孔20只对应一个反光字轮体11的数字和只对应一个光电电路板7的收光元件13。

将光栅8与光电电路板7粘结在一起，光栅8的挡光凸台18与遮光体9上的固定凹槽21相配合，利用光栅8隔离遮挡发光元件12及收光元件13，可使各个发光元件12及收光元件13之间不产生相互干扰，从而避免发光元件12产生的干扰光源照射到收光元件13上造成的干扰因素。

解码器5包括与光电组件1的光电电路板7固定在一起的解码电路板15以及解码芯片14和外围元件。解码电路板15固定在光电组件1光电电路板7的下方，解码芯片14控制光电电路板7的发光元件12发光。当解码器5控制发光元件12发光时，光线透过遮光体9的内透光孔19照射到导光体10的内凸台22上，光线继续传播到反光字轮体11，并通过反光字轮体11将光线反射到导光体10的外凸台23上，从遮光体9的外透光孔20射出的光线照射到光电电路板7的收光元件13。收光元件13将光信号转换为电信号，由解码器5进行解码，解码芯片14读取收光元件13的电信号，判断出当前字轮组件1反光字轮体11上转动的数字，形成从光电组件1的发光元件12开始，光线透过轴向一侧的字轮组件2，再反射回光电组件1的收光元件13的轴向反射式光线传播路径。

实际操作时，收光元件13将外透光孔20传播过来的光信号转换为电信号，以供解码器5进行AD（模拟信号到数字信号）转换，测量出收光元件13上接收到的光信号的强度，根据编码单元的结构，可以使用一位编码方式或多位编码方式，来判断当前字轮组件2的读数。具体编码方式说明如下：

使用一位编码方式时，如图2所示。设置在90°位置的收光元件13编号为0号，逆时针顺序依次编号直到9号，固定遮光体9的外透光孔20对应在反光字轮体11的数字0的位置。当字轮组件2进行转动，使外透光孔20转动到编号为0号收光元件13所在位置时，解码器5控制发光元件12发光，光线透过遮光体9的内透光孔19照射到导光体10的内凸台22上。光线继续传播到反光字轮体11，并由反光字轮体11将光线反射到导光体10的外凸台23上，从遮光体9的外透光孔20传播到0号编号的收光元件13，解码器5进行AD转换，将光信号转换为电信号，测量出0号编号收光元件13有光照，其他收光元件13没有光照，判断出当前字轮组件2的读数为“0”，字轮组件2继续顺时针转动，外透光孔20转动到9号编号收光元件13所在位置时，测量出9号编号收光元件13有光照，判断当前字轮组件2的读数为“1”，依次类推。

使用多位编码方式时，设置收光元件13没有光照时表示为“0”，收光元件13有光照时表示为“1”，遮光体9设有多个不同弧长的外透光孔20，当解码器5控制发光元件12发光时，光线透过遮光体9的内透光孔19和外透光孔20反射传播到收光元件13，多个收光元件13有亮有暗，分别表示“1”和“0”，解码器5根据多个收光元件13的光照状态组成一个多位二进制编码，对应0到9十个数字中的一个，从而读取字轮组件2的数字。 如二进制编码“0001”对应数字“1”等。

由于本发明采用的这种轴向反射式光线传播方式，光电组件1和字轮组件2的结构紧凑，间隙非常小，所以光线在从一种介质传播到另一种介质时的折射影响小，增强抗干扰能力，数据读取准确，显著提高测量精度。各部件结构通用性好，适合标准化批量加工生产。

Claims (4)

1.一种轴向反射式光电直读装置，包括壳体、通过传动轴组装在壳体内的由字轮组件和光电组件构成的多位编码单元以及解码器，其特征在于：每位编码单元中的所述光电组件由光电电路板、光栅及防护罩组成，并使排列在光电电路板内周的各发光元件分别对应地插接在光栅的各内光栅孔，排列在光电电路板外周的各收光元件分别对应地插接在光栅的各外光栅孔；字轮组件由反光字轮体、导光体及遮光体组成，导光体的内凸台插接在遮光体的内透光孔，导光体的外凸台插接在遮光体的外透光孔；字轮组件与光电组件通过光栅的挡光凸台插接在遮光体的固定凹槽构成一位编码单元，并使遮光体的内透光孔对应光电电路板的发光元件，遮光体的外透光孔对应光电电路板的收光元件；解码器的解码电路板固定在光电组件光电电路板的下方，解码器的解码芯片控制光电电路板的发光元件发光，当解码器控制发光元件发光时，光线透过字轮组件遮光体的内透光孔照射到导光体，并通过反光字轮体反射到遮光体的外透光孔，外透光孔射出的光线照射到光电电路板的收光元件上，收光元件将光信号转换为电信号，由解码器进行解码，判断出当前字轮组件反光字轮体上转动的数字，形成从光电组件的发光元件开始，光线透过轴向一侧的字轮组件，再反射回光电组件的收光元件的轴向反射式光线传播路径。

2.根据权利要求1所述的光电直读装置，其特征在于：所述光电组件包括相互结合在一起的设置有发光元件及收光元件的光电电路板、设置有内、外光栅孔和挡光凸台的光栅及防护罩。

3.根据权利要求1所述的光电直读装置，其特征在于：所述字轮组件包括相互结合在一起的外周均布十个数字0～9的反光字轮体、设置有内、外凸台的导光体及设置有内、外透光孔和固定凹槽的遮光体。

4.根据权利要求1所述的光电直读装置，其特征在于：所述解码器包括与光电组件的光电电路板固定在一起的解码电路板以及解码芯片和外围元件。

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