CN109060053A - 一种无磁采样传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气表及水表采样技术领域，特别涉及一种无磁采样传感器，包括：测量线圈以及连接测量线圈的测量电路，所述测量线圈下设有反射钢片，测量线圈包括有主线圈和若干副线圈，副线圈成中心对称设置在主线圈的内部，主线圈用于产生磁场，副线圈接收主线圈产生的磁场，测量电路包括有电源、LCD显示器、微控制器、信号整形器、反相器和阻抗驱动变换器，所述微控制器包括信号检测模块，所述信号整形器连接有所述信号检测模块、阻抗驱动变换器和所述微控制器。无磁采样传感器的采样方式不受各类环境影响，具有功耗低、测量流量范围宽、精度高、稳定性和一致性好的优点，在小流量下，亦能保持较高的测量精度。

Description

一种无磁采样传感器

技术领域

本发明涉及燃气表及水表采样技术领域，特别涉及一种无磁采样传感器。

背景技术

现在燃气表及水表的机械转电子采样主要使用干簧管及电子只读的方式进行机械读数转电子读数的方式，干簧管的触点和簧片是相当小而精致的，所以它们难以承受高压或大电流，电流过大时，簧片会因过热失去弹性。即开关容量小，接点易产生抖动以及接点接触电阻大，从而造成测量得到的数据不精确。

干簧管有电压和电流额定值，虽然功率W＝电压I*电流U，同样的功率可能由不同的电压和电流组合得到。但是不可超过额定电流，例如，10V*1A＝10W，同时1V*10A＝10W，在第2种情况下，电流会太大，如果要使用大电流，由继电器线圈与磁簧开关组成的继电器电路是更合适的选择。

故障排查工序多，故障干簧管需要用专用仪器(如AT值测试器、绝缘耐压测试器、内阻测试器等)检测。

不适合误差范围小的产品设计：AT值范围大，从成本角度考虑不能保证批量产品的AT值都相同，并且配套磁石也不尽相同，另外由于磁簧开关是相当脆弱的，如果引出线焊接到较厚器件上，很容易破损玻璃和密封件。如果你需要弯曲引出线，需要恰当选择引出线的弯曲点。

目前市面上机械式脉冲水表，燃气表，是采用磁钢吸合干簧管触发脉冲，此类脉冲输出是无法判断是正向还是反向流量触发的脉冲，所以很多现场情况是脉冲发出的数据要大于基表的数据，造成收费方与用户的收费争议及用户的投诉。

综上，现有的燃气表及水表的机械转电子采样方式存在易受各类环境影响的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种无磁采样传感器，用以解决现有的燃气表及水表的机械转电子采样方式存在的易受各类环境影响的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种无磁采样传感器，包括：测量线圈以及连接测量线圈的测量电路，所述测量线圈下设有反射钢片；

测量线圈包括有主线圈和若干副线圈，副线圈成中心对称设置在主线圈的内部，主线圈用于产生磁场，副线圈接收主线圈产生的磁场；

测量电路包括有电源、LCD显示器、微控制器、信号整形器、反相器和阻抗驱动变换器，所述微控制器包括信号检测模块，所述信号整形器连接有所述信号检测模块、阻抗驱动变换器和所述微控制器；

所述反射钢片为半圆形结构，反射钢片可根据气体或液体的流动发生转动，当反射钢片转动时会对副线圈的磁场产生周期性影响，此时副线圈内部会产生电流变化，测量电路可检测副线圈内部的电流变化，测量电路连接有外部控制器，测量电路可将电流变化反馈给外部控制器。

作为优选，所述副线圈包括有线圈1、线圈2、线圈3和线圈4，线圈1、线圈2、线圈3、线圈4成中心对称设置，且相互连接。

作为优选，所述信号整形器包括有信号整形器1、信号整形器2、信号整形器3、信号整形器4，所述阻抗驱动变换器包括阻抗驱动变换器1、阻抗驱动变换器2、阻抗驱动变换器3、阻抗驱动变换器4。

作为优选，所述信号整形器通过阻抗驱动变换器连接副线圈，其中，所述信号整形器1和信号整形器2并联至信号检测模块，所述信号整形器3和和信号整形器4并联至信号检测模块，所述信号整形器1和信号整形器3并联至微控制器，所述信号整形器2和信号整形器4通过反相器并联至微控制器。

作为优选，所述微控制器还连接有LCD显示器和供电电源。

作为优选，所述主线圈通过主线圈驱动器连接所述微控制器。

本发明的有益效果：

1.无磁采样传感器的采样方式不受各类环境影响；

2.具有功耗低、测量流量范围宽、精度高、稳定性和一致性好的优点；

3.在小流量下，亦能保持较高的测量精度。

附图说明

图1为测量线圈结构示意图；

图2为反射钢片结构示意图；

图3为测量电路示意图；

其中：1、线圈1；2、线圈2；3、线圈3；4、线圈4；5、主线圈；6、反射钢片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合具体情况说明本发明的示例性实施例：

请参考图1，一种无磁采样传感器，包括：测量线圈以及连接测量线圈的测量电路，测量线圈下设有反射钢片；

测量线圈包括有主线圈和若干副线圈，副线圈成中心对称设置在主线圈的内部，主线圈用于产生磁场，副线圈接收主线圈产生的磁场；

测量电路包括有电源、LCD显示器、微控制器、信号整形器、反相器和阻抗驱动变换器，微控制器包括信号检测模块，信号检测模块用于检测线圈内部的微电流，阻抗驱动变换器用于将线圈的低阻变换成高阻输入经信号整形器输入到微控制器内。

信号整形器连接有所述信号检测模块、阻抗驱动变换器和所述微控制器，微控制器还连接有LCD显示器和供电电源，主线圈通过主线圈驱动器连接所述微控制器。

请参考图2，反射钢片为半圆形结构，反射钢片可根据气体或液体的流动发生转动，当反射钢片转动时会对副线圈的磁场产生周期性影响，此时副线圈内部会产生电流变化，测量电路可检测副线圈内部的电流变化，测量电路连接有外部控制器，测量电路可将电流变化反馈给外部控制器。

请参考图1，副线圈包括有线圈1、线圈2、线圈3和线圈4，线圈1、线圈2、线圈3、线圈4成中心对称设置，且相互连接。

请参考图3，信号整形器包括有信号整形器1、信号整形器2、信号整形器3、信号整形器4，阻抗驱动变换器包括阻抗驱动变换器1、阻抗驱动变换器2、阻抗驱动变换器3、阻抗驱动变换器4，信号整形器通过阻抗驱动变换器连接副线圈，其中，信号整形器1和信号整形器2并联至信号检测模块，信号整形器3和和信号整形器4并联至信号检测模块，信号整形器1和信号整形器3并联至微控制器，信号整形器2和信号整形器4通过反相器并联至微控制器。

无磁采样传感器工作理论依据：传感器工作频率为每秒16次的心跳检测，当检测到信号发生变化时增加到每秒64次，这样兼顾了低功耗和实时性。

主线圈在一个工作周期中发一次脉冲，四个线圈中间相连，呈中心对称式设置在主线圈内部，在电路中呈现为桥状结构，因反射钢片是半圆形结构，处在不同位置时四个线圈感应到的信号是不同的，阻抗驱动变换器两两相连通过一个反相器连接到在一起，生成一个阻抗变换驱动信号传输给微控制器，信号整形器通过阻抗驱动变换器连接副线圈，其中，信号整形器1和信号整形器2并联至信号检测模块，信号整形器3和和信号整形器4并联至信号检测模块，信号整形器1和信号整形器3并联至微控制器，信号整形器2和信号整形器4通过反相器并联至微控制器，通过这样的连接关系可将一个检测周期划分成四个检测时间段，最终进入信号检测模块的微电流信号可以有效反应钢片所在的位置信息。

对抗磁场干扰的理论依据：即如何实现无磁采样，强磁分为静磁和交变电磁场，静磁场不在线圈和钢片上产生电流，因此不会干扰整个系统，交变电磁场可以在线圈中产生电流，因四路线圈同向一端是相连的并且浮空的，因此在每个线圈中产生的电流是互相抵消的，因此不对线圈产生干扰，对主线圈的干扰因主线圈和内部电路是通过电容驱动的，因此也可以说是隔离的，不会对内部电路产生影响。

无磁采样传感器具体工作流程：主线圈作用是产生磁场。在主线圈的内部有4个小型的副线圈，这四个副线圈的作用不是通电产生磁场，而是接受产自线圈5的磁场，4个副线圈都有对应的磁通量(理想状态下，4个线圈的磁通量是一样的)。当下面的反射钢片跟随气体或液体的流动发生转动时，反射钢片会依次经过这四个副线圈，由于反射钢片具有吸收磁场的功能，所以这4个副线圈的磁通量会依次改变，最终成为周期性的变化。

微控制器通过阻抗驱动变换器、信号整形器，对这四个副线圈进行持续采样，并逻辑处理，可得到对应的脉冲周期变化；同理，当反转时，4个副线圈的磁通量也同样发生着周期性反向变化，进而能够测量反向流量，最终在微控制器内部完成累积，累积体积随着正向流量加、反向流量减时时变化，所以使用该无磁感应传感器的这种采样方式便可保证即使是在受各类环境影响的情况下，也能保证基表数据与电子脉冲的一一对应，同时具有低功耗、测量流量范围宽、精度高、稳定性强、一致性好的优点，即使，在小流量的情况下，亦能保持较高的测量精度。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的具体实施方式进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种无磁采样传感器，其特征在于，包括：测量线圈以及连接测量线圈的测量电路，所述测量线圈下设有反射钢片；

测量线圈包括有主线圈和若干副线圈，副线圈成中心对称设置在主线圈的内部，主线圈用于产生磁场，副线圈接收主线圈产生的磁场；

测量电路包括有电源、LCD显示器、微控制器、信号整形器、反相器和阻抗驱动变换器，所述微控制器包括信号检测模块，所述信号整形器连接有所述信号检测模块、阻抗驱动变换器和所述微控制器；

所述反射钢片为半圆形结构，反射钢片可根据气体或液体的流动发生转动，当反射钢片转动时会对副线圈的磁场产生周期性影响，此时副线圈内部会产生电流变化，测量电路可检测副线圈内部的电流变化并将电流变化反馈给微控制器。

2.根据权利要求1所述的一种无磁采样传感器，其特征在于，所述副线圈包括有线圈1、线圈2、线圈3和线圈4，线圈1、线圈2、线圈3、线圈4成中心对称设置，且相互连接。

3.根据权利要求1所述的一种无磁采样传感器，其特征在于，所述信号整形器包括有信号整形器1、信号整形器2、信号整形器3、信号整形器4，所述阻抗驱动变换器包括阻抗驱动变换器1、阻抗驱动变换器2、阻抗驱动变换器3、阻抗驱动变换器4。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种无磁采样传感器，其特征在于，所述信号整形器通过阻抗驱动变换器连接副线圈，其中，所述信号整形器1和信号整形器2并联至信号检测模块，所述信号整形器3和和信号整形器4并联至信号检测模块，所述信号整形器1和信号整形器3并联至微控制器，所述信号整形器2和信号整形器4通过反相器并联至微控制器。

5.根据权利要求1所述的一种无磁采样传感器，其特征在于，所述微控制器还连接有LCD显示器和供电电源。

6.根据权利要求1所述的一种无磁采样传感器，其特征在于，所述主线圈通过主线圈驱动器连接所述微控制器。