CN111024174A - 一种仪表机电结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及仪表读数采集技术领域，具体为一种仪表机电结构，其原理清晰，结构简单，成本低，读数精确，包括转轴与安装于所述转轴的至少两个字轮，其特征在于，每个所述字轮一侧面安装有金属片，每个所述金属片旁设置有对应的传感器，所述传感器包括PCB板，所述PCB板上设置有电控连接的采集模块和电感线圈，所述金属片转动时与所述电感线圈形成电涡流，所述采集模块采集所述线圈的感应电动势，经过信号处理后得出所述金属片当前的角度。
Description
技术领域
本发明涉及仪表读数采集技术领域，具体为一种仪表机电结构。
背景技术
在人们生活中，水电气是必不可少的三个部分，，都需要通过安装仪表来来了解用户实际的使用数，以水表为例，在采集水表读数时，目前一般采用以下几种方式：
一是使用磁铁及磁传感器的方式，其还包括采用磁开关传感器计脉冲方式和采用磁角度传感器测磁铁位置方式。采用磁开关传感器计脉冲方式下通过磁传感器测量磁铁转过的圈数，再乘以一定的倍率就是仪表读数，这种方式的缺点一是存在机电误差，二是计数时容易受到外部磁场的干扰，三是如果磁铁放在水中，容易吸附杂质导致叶轮转动受阻；采用磁角度传感器测磁铁位置是测量的磁场方向，并以模拟信号的方式输出，其缺点在于磁铁尺寸相对于字轮来说，占了不小的位置，这直接会带来角度上的误差。由于每个码盘与磁铁、传感器一一对应，而多个码盘之间，磁铁与相邻传感器也存在相互干扰，要解决这些原理上就存在的问题，势必会增加系统的复杂度，以及增加成本。
二是光栅编码方式，其中光电管作为这种采集方法的核心部件，对不良率要求极高，因为一个字轮上面就需要5对，5位整数就需要25对光电管，每对光电管由一个发射管和一个接收管组成，一旦其中一个光电管出现故障，就有可能导致整个读数异常。而且这个方案生产工艺复杂，5位整数的仪表，需要6块信号采集板，而且6块采集板的焊接元件还不完全一样。另外，透光孔堵塞，传感器表面有污垢，气泡干扰，外部光线等对模块读数都有影响。
三是摄像方式，其是直接在码盘显示窗的上面加装一个摄像头，图像的解析是以昂贵的电子硬件为基础的，还要加上复杂的图像识别技术。目前抄表系统中所采用的摄像硬件和软件，由于成本的原因，误码率远远达不到实际的需求。另外，摄像方式的原理，也是基于光线传感器的，因此不可避免的存在怕污垢，怕光线等问题。
发明内容
为了解决现有抄表方式采用的结构成本高，读数不精准的问题，本发明提供了一种仪表机电结构，其原理清晰，结构简单，成本低，读数精确。
其技术方案是这样的：一种仪表机电结构，其包括转轴与安装于所述转轴的至少两个字轮，其特征在于，每个所述字轮一侧面安装有金属片，每个所述金属片旁设置有对应的传感器，所述传感器包括PCB板，所述PCB板上设置有电控连接的采集模块和电感线圈，所述金属片转动时与所述电感线圈形成电涡流，所述采集模块采集所述线圈的感应电动势，经过信号处理后得出所述金属片当前的角度。
采用本发明后，只需要在字轮上增加金属片配合对应的传感器即可实现非接触式仪表读数采集，结构简单，成本低，而且不存在磁场干扰，确保读数精确。
附图说明
图1为字轮结构示意图；
图2为字轮与传感器布置示意图；
图3为本发明金属片第一种结构示意图；
图4为本发明金属片第二种结构示意图；
图5为本发明金属片第三种结构示意图；
图6为采集模块电路原理图；
图7为电感线圈示意图。
具体实施方式
见图所示，一种仪表结构，其包括转轴1与安装于转轴1的五个字轮2，每个字轮2一侧面安装有金属片3，每个金属片3旁设置有对应的传感器4，传感器4包括PCB板5，PCB板5上设置有电控连接的采集模块6和电感线圈7，金属片3转动时与电感线圈7形成电涡流，采集模块6采集电涡流得到电流信号处理后得出金属片3当前的角度，当前角度除以36即为码盘显示的度数。PCB板5上开设有用于转轴1穿过的通孔，转轴1转动时不会对PCB板5有影响。
金属片3可以选择铜或者不锈钢。
在实际使用时，金属片可以根据需要做成不同的形状，下面具体列举常见的三种结构：
第一种结构是将金属片做成半圆板，可以直接测量0-360°；
第二种结构是将360°分成两个180°来测量，可以将金属片做成两个中心对称的四分之一圆板；
第三种结构是将360°分成三个120°来测量，可以将金属片做成三个小角度的扇形板。
电感线圈包括两个RX线圈和TX线圈，其中RX线圈用于接收，TX线圈用于将电涡流产生的电流信号发送出去。电感线圈的具体形状可以根据需要做调整。另外，RX线圈和TX线圈可以分别设置在PCB板的不同层，两者之间通过敷铜来屏蔽外部干扰。
其中采集模块6可以直接采用ASIC芯片，具体原理图见图所示，振荡器将高频电流注入初级线圈（TX线圈），这产生了随时间变化的磁场，该磁场被耦合到次级线圈（RX线圈）中。初级线圈和次级线圈之间的耦合，通过耦合元件，即金属片进行调制。由次级线圈（RX线圈）产生的差分信号利用振荡器的载波频率被放大并被同步解调，经过低通滤波后，转换为正弦信号和余弦信号的形式，由三角函数公式：
tan θ =sin θ/cos θ 即可求出字轮的角度θ。
本发明的采集模块不参与计量，也不会影响计量精度，其工作精度完全由表计本身决定。而且成本低廉，适合大批量使用。
本发明的仪表使用过程中不需要磁场，能够有效抗磁场干扰，也不需要记脉冲的方式进行实时工作，在读表时送电到传感器即可，平时不通电，降低了功耗。
在自动抄读仪表读数中，水表，气表在这方面走得最早，经过20年的发展，读数采集技术层出不穷，可以说是百花齐放，这直接导致了远程抄表系统质量参差不齐，有计数不准，导致纠纷不断的;有用磁铁舞弊的;最严重的是整个抄表系统因读数异常而瘫痪，导致人们谈光电表色变。抄表行业，对“完美的”抄读仪表读数的方法期待已久，采用电感式传感器“拍照”方式抄读仪表读数，正是在这么一个复杂的环境下应运而生，必将成为下一个新的发展方向。
Claims (1)
1.一种仪表机电结构，其包括转轴与安装于所述转轴的至少两个字轮，其特征在于，每个所述字轮一侧面安装有金属片，每个所述金属片旁设置有对应的传感器，所述传感器包括PCB板，所述PCB板上设置有电控连接的采集模块和电感线圈，所述金属片转动时与所述电感线圈形成电涡流，所述采集模块采集所述线圈的感应电动势，经过信号处理后得出所述金属片当前的角度。
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