CN110095139B - 一种用于天燃气远程计费的装置及其使用方法 - Google Patents

一种用于天燃气远程计费的装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于天燃气远程计费的装置及其使用方法，它包括用于发射宽谱光源的光发射装置,用于接收宽谱光源并反射出光信号的平面反射镜转盘，与平面反射镜转盘同轴心转动的用于显示燃气表的读数变化的读数转盘,用于将光信号准直入第一传输光纤的光纤准直器，用于将接收到的光信号传输给光电信号转换装置的第一传输光纤，用于将光信号转换为电信号的光电信号转换装置。本发明的有益效果为：它既能省时省力，又能定时地监控天燃气的使用量。

Description

一种用于天燃气远程计费的装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种用于天燃气远程计费的装置及其使用方法的技术领域。
背景技术
天然气管道是指将天然气从开采地或处理厂输送到城市配气中心或工业企业用户的管道，又称输气管道。利用天然气管道输送天然气，是陆地上大量输送天然气的方式。在世界管道总长中，天然气管道约占一半。
由于在天燃气管道周围引入电线很危险，所以目前天燃气计费无法像电费和水费那样实现远程计费，仍然需要人工上门采集天燃气表上的数据计费的方法。这样的方法费时费力，不能定时地监控燃气的使用量。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种既能省时省力，又能定时地监控燃气的使用量的用于天燃气远程计费的装置及其使用方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于天燃气远程计费的装置，包括用于发射宽谱光源的光发射装置,用于接收宽谱光源并反射出光信号的平面反射镜转盘，与平面反射镜转盘同轴心转动的用于显示燃气表的读数变化的读数转盘，用于将光信号准直入第一传输光纤的光纤准直器，用于将接收到的光信号传输给光电信号转换装置的第一传输光纤，用于将光信号转换为电信号的光电信号转换装置。
进一步地，本发明的平面反射镜转盘是安装于读数转盘内部的双面平面反射镜转盘，且平面反射镜转盘与读数转盘转动比例为1:2。
进一步地，本发明的光纤准直器包括光纤头、外套管、金属管和接收平面反射镜转盘反射的光信号的准直透镜，金属管安装于外套管内部，金属管内部一端安装准直透镜，另一端与光纤头一端连接，光纤头另一端与第一传输光纤连接。
进一步地，本发明的光电信号转换装置包括若干路第一光纤光栅、合束器、第二传输光纤、分光器、与若干路第一光纤光栅结构一一对应的若干路第二光纤光栅、光电探测器、单片机和信号转变设备，每路第一光纤光栅一端均通过一条第一传输光纤与一个光纤准直器连接，另一端依次连接在合束器上，合束器远离第一光纤光栅的一端通过第二传输光纤与分光器一端连接，分光器另一端与若干路第二光纤光栅连接，每路第二光纤光栅远离分光器的一端均通过一个光电探测器与单片机一端连接，单片机另一端与信号转变设备连接。
一种用于天燃气远程计费的装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：燃气表的读数框中的读数变化显示在读数转盘中；
步骤二：将宽谱光源安放在远处，光由大孔径光纤传入，光发射装置将入射光线定时地射到与读数转盘同轴心转动的平面反射镜转盘上；
步骤三：平面反射镜转盘反射出不同波长的光信号；
步骤四：步骤三中不同波长的光信号分别进入与其相匹配的光纤准直器中；
步骤五：步骤四中接收到光信号的光纤准直器将接收到的光信号准直进与其相连的第一传输光纤中；
步骤六：步骤五中接收到光信号的第一传输光纤将接收到的光信号传送到与其相连的第一光纤光栅中；
步骤七：步骤六中接收到光信号的第一光纤光栅将接收到的光信号传送到合束器中；
步骤八：合束器将接收到的不同波长的光信号合入第二传输光纤，并通过第二传输光纤将光信号传送到分光器中；
步骤九：分光器将接收到的不同波长的光信号均分到若干路第二光纤光栅中；
步骤十：与光信号相匹配的那路第二光纤光栅将光信号反射到与其相连接的光电探测器中；
步骤十一：步骤十中接收到光信号的光电探测器将探测到的光信号转换成电信号；
步骤十二：单片机对步骤十一中的电信号进行处理编码，转变成相应的燃气表的读数框中的数字信息输出；
步骤十三：信号转变设备将步骤十二中输出的数字信息转变为无线信号；
步骤十四:将步骤十三中转变为的无线信号传输到远程控制设备。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)光发射装置将远处宽谱光源的入射光线定时地射到与读数转盘同轴心转动的平面反射镜转盘上，可以定时地监控燃气的使用量；
(2)单片机对光电探测器转换的电信号进行处理编码，转变成相应的燃气表的读数框中的数字信息输出，信号转变设备将输出的数字信息转变为无线信号，实现天燃气远程计费，省时省力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是天燃气远程计费的装置的结构示意图；
图2是图1的使用方法的示意图；
图3是本发明的平面反射镜转盘的工作原理示意图；
图4是图3的旋转特性原理示意图；
图5是本发明的单片机的原理示意图；
图6是本发明的光纤准直器的结构示意图
附图标记说明：A-读数转盘、B-平面反射镜转盘、C-光发射装置、E-第一光纤光栅、F-合束器、G-第二传输光纤、H-分光器、I-第二光纤光栅、J-光电探测器、K-单片机、L-信号转变设备、1-光纤头、2-外套管、3-金属管、4-准直透镜、α-旋转角度、2α-改变角度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
如图1所示，一种用于天燃气远程计费的装置，包括用于发射宽谱光源的光发射装置C,用于接收宽谱光源并反射出光信号的平面反射镜转盘B，与平面反射镜转盘B同轴心转动的用于显示燃气表的读数变化的读数转盘A,用于将光信号准直入第一传输光纤的光纤准直器，用于将接收到的光信号传输给光电信号转换装置的第一传输光纤，用于将光信号转换为电信号的光电信号转换装置。
如图3所示，本发明的平面反射镜转盘B是安装于读数转盘A内部的双面平面反射镜转盘，且平面反射镜转盘B与读数转盘A转动比例为1:2。
如图6所示，本发明的光纤准直器包括光纤头1、外套管2、金属管3和接收平面反射镜转盘B反射的光信号的准直透镜4，金属管3安装于外套管2内部，金属管3内部一端安装准直透镜4，另一端与光纤头1一端连接，光纤头1另一端与第一传输光纤连接。
如图1所示，本发明的光电信号转换装置包括九路第一光纤光栅E、合束器F、第二传输光纤G、分光器H、与九路第一光纤光栅结构一一对应的九路第二光纤光栅I、光电探测器J、单片机K和信号转变设备L，每路第一光纤光栅E一端均通过一条第一传输光纤与一个光纤准直器连接，另一端依次连接在合束器F上，合束器F远离第一光纤光栅E的一端通过第二传输光纤G与分光器H一端连接，分光器H另一端与九路第二光纤光栅I一端连接，每路第二光纤光栅I远离分光器H的一端均通过一个光电探测器J与单片机K一端连接，单片机K另一端与信号转变设备L连接。
如图2所示，一种用于天燃气远程计费的装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：燃气表的读数框中的读数变化显示在读数转盘A中；
步骤二：将宽谱光源安放在远处，光由大孔径光纤传入，光发射装置C将入射光线定时地射到与读数转盘A同轴心转动的平面反射镜转盘B上；
步骤三：平面反射镜转盘B反射出不同波长的光信号；
步骤四：步骤三中不同波长的光信号分别进入与其相匹配的光纤准直器中；
步骤五：步骤四中接收到光信号的光纤准直器将接收到的光信号准直进与其相连的第一传输光纤中；
步骤六：步骤五中接收到光信号的第一传输光纤将接收到的光信号传送到与其相连的第一光纤光栅E中；
步骤七：步骤六中接收到光信号的第一光纤光栅E将接收到的光信号传送到合束器F中；
步骤八：合束器F将接收到的不同波长的光信号合入第二传输光纤G，并通过第二传输光纤G将光信号传送到分光器H中；
步骤九：分光器H将接收到的不同波长的光信号均分到九路第二光纤光栅I中；
步骤十：与光信号相匹配的那路第二光纤光栅I将光信号反射到与其相连接的光电探测器J中；
步骤十一：步骤十中接收到光信号的光电探测器J将探测到的光信号转换成电信号；
步骤十二：单片机K对步骤十一中的电信号进行处理编码，转变成相应的燃气表的读数框中的数字信息输出；
步骤十三：信号转变设备L将步骤十二输出的数字信息转变为无线信号；
步骤十四:将步骤十三中转变为的无线信号传输到远程控制设备。
如图3、图4所示，平面反射镜转盘B的工作原理为：当入射光线方向不变而转动平面镜时，反射光线的方向将发生改变，根据反射定律，平面反射镜转盘B转动角度为α时，反射光线的方向改变角度为2α。依据这个规律，在读数转盘A外等角度(间隔36度)放置9个光纤准直器，这些光纤准直器分别用于接收读数转盘A的读数从1变化9的反射光束，当宽谱光源发出的光线经过平面反射镜转盘B反射后进入光纤准直器中，不同的读数对应不同的平面反射镜转盘B旋转角度，也就对应反射光线的方向不同的改变角度以及不同的光纤准直器。
读数转盘A中的数字与对应的平面反射镜转盘B的旋转角度α、反射光与入射光夹角以及对应的光纤准直器如下表所示：
数字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
平面反射镜转盘B的旋转角度α(°) 90 108 126 144 162 0 18 36 54 72
反射光与入射光夹角(°) 0 36 72 108 144 180 -144 -108 -72 -36
光纤准直器 无 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9
第一光纤光栅E的工作原理为：当入射光波的波长满足λ＝2Λneff时(式中Λ为光栅周期，neff为纤芯的有效折射率)，这一波长的光波能够接近100％反射，E1到E9的第一光纤光栅具有不同的光栅周期，能反射不同波长的光信号，每个光纤准直器后都连接一个第一光纤光栅E，第一光纤光栅E反射端输出的光信号具有不同波长，这样就使得对应读数转盘A上的每个数字都对应某一波长的光信号。
第二光纤光栅I的工作原理为：I1到I9的第二光线光栅结构与E1到E9的第一光纤光栅结构一一对应，能探测到光纤中的光波长信号，识别波长所对应的数字，最后使得从平面反射镜转盘B反射的光只能从九条第二光纤光栅中I的其中一条反射出来，其他的第二光纤光栅I没有反射光。
如图5所示,单片机的工作原理为:单片机的P1.0-P1.7和P2.0共计九个端口与九路光纤光栅I相连接的光电探测器J相连，测量时，读取这九个端口上是否有信号，由于光纤光栅的滤波作用，只有一个端口上有信号,实现确定的端口上有信号就代表某一读数值,所有端口都没有信号表示数字0。9个端口及其对应的读数值如下表所示：
端口 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P2.0
读数值 1 2 3 4 5 6 7 8 9
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：
(1)光发射装置将远处宽谱光源的入射光线定时地射到与读数转盘同步转动的反射光栅转盘上，可以定时地监控燃气的使用量；
(2)单片机对光电探测器转换的电信号进行处理编码，转变成相应的燃气表的读数框中的数字信息输出，信号转变设备将输出的数字信息转变为无线信号，实现天燃气远程计费，省时省力。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种用于天燃气远程计费的装置，其特征在于：包括用于发射宽谱光源的光发射装置（C）,用于接收宽谱光源并反射出光信号的平面反射镜转盘（B），与平面反射镜转盘（B）同轴心转动的用于显示燃气表的读数变化的读数转盘（A）,用于将光信号准直入若干路第一传输光纤中的若干个光纤准直器，用于将光信号转换为电信号的光电信号转换装置，所述光电信号转换装置包括若干路第一光纤光栅（E）、合束器(F)、第二传输光纤(G)、分光器(H)、与若干路第一光纤光栅（E）结构一一对应的若干路第二光纤光栅（I）、光电探测器（J）、单片机（K）和信号转变设备（L），每路第一光纤光栅（E）一端均通过一条第一传输光纤与一个光纤准直器连接，另一端依次连接在合束器(F)上，合束器(F)远离第一光纤光栅（E）的一端通过第二传输光纤(G)与分光器(H)一端连接，分光器(H)另一端与若干路第二光纤光栅（I）连接，每路第二光纤光栅（I）远离分光器(H)的一端均通过一个光电探测器（J）与单片机（K）一端连接，单片机（K）另一端与信号转变设备（L）连接，光电信号转换装置中的第一光纤光栅（E）反射光纤准直器中的光线，反射后的光线具有不同波长，每种波长的光线用于对应读数转盘（A）上的每个数字。
2.根据权利要求1所述的用于天燃气远程计费的装置，其特征在于：所述平面反射镜转盘（B）是双面平面反射镜转盘，且平面反射镜转盘（B）与读数转盘(A)转动比例为1:2。
3.根据权利要求1所述的用于天燃气远程计费的装置，其特征在于：所述光纤准直器包括光纤头（1）、外套管（2）、金属管（3）和接收平面反射镜转盘（B）反射的光信号的准直透镜（4），金属管（3）安装于外套管（2）内部，金属管（3）内部一端安装准直透镜（4），另一端与光纤头（1）一端连接，光纤头（1）另一端与第一传输光纤连接。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的用于天燃气远程计费的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：燃气表的读数框中的读数变化显示在读数转盘（A）中；
步骤二：将宽谱光源安放在远处，光由大孔径光纤传入，光发射装置（C）将入射光线定时地射到与读数转盘(A)同轴心转动的平面反射镜转盘（B）上；
步骤三：平面反射镜转盘（B）反射出不同波长的光信号；
步骤四：步骤三中不同波长的光信号分别进入与其相匹配的光纤准直器中；
步骤五：步骤四中接收到光信号的光纤准直器将接收到的光信号准直进与其相连的第一传输光纤中；
步骤六：步骤五中接收到光信号的第一传输光纤将接收到的光信号传送到与其相连的第一光纤光栅（E）中；
步骤七：步骤六中接收到光信号的第一光纤光栅（E）将接收到的光信号传送到合束器(F)中；
步骤八：合束器(F)将接收到的不同波长的光信号合入第二传输光纤(G)，并通过第二传输光纤(G)将光信号传送到分光器(H)中；
步骤九：分光器(H)将接收到的不同波长的光信号均分到若干路第二光纤光栅（I）中；
步骤十：与光信号相匹配的那路第二光纤光栅（I）将光信号反射到与其相连接的光电探测器（J）中；
步骤十一：步骤十中接收到光信号的光电探测器（J）将探测到的光信号转换成电信号；
步骤十二：单片机（K）对步骤十一中的电信号进行处理编码，转变成相应的燃气表的读数框中的数字信息输出；
步骤十三：信号转变设备（L）将步骤十二中输出的数字信息转变为无线信号;
步骤十四:将步骤十三中转变为的无线信号传输到远程控制设备。
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