CN111854877B - 一种膜式燃气表的光信号采样装置及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种膜式燃气表的光信号采样装置及处理方法，所述的光信号采样装置包括第一光接收管、第二光接收管、光发射管和黑白转盘，所述的黑白转盘为黑白相间的六等分转盘，连接膜式燃气表的主传动轴，所述光接收管及光发射管安装在燃气表的硬件线路板上，光接收管分别位于对应黑白转盘六分之一扇区两个边界的中间位置，光发射管在两个光接收管的中间位位置。本发明装置结构简单，方法稳定可靠，能够检测到反向流及避免抖动引起的计量误差。计量检测精度达到0.1L，满足国家标准对计量精度的要求。在原有的膜式表上取消字轮、取消校准齿轮，节省产品成本；简化生产工艺，减少物料管理，节省人力成本。

Description

一种膜式燃气表的光信号采样装置及处理方法
技术领域
本发明属于智能仪表控制领域，具体涉及一种膜式燃气表的光信号采样装置及处理方法。
背景技术
近年随着膜式燃气表采样计数的改进升级，目前现有的采样方式有磁采样、光采样，而光采样计量方式具有计量精确高、功耗低的技术特点。但无论磁采样还是光采样，其最终均是通过单脉冲计数的方式进行燃气量的计量。而单脉冲信号的计数方法不能判断反向流，也不能判断由于抖动引起的误计量。
由于智能燃气表的迅速发展，功能愈加复杂，多数燃气表采用字轮与电子显示屏同在的方式显示计量数据、通信数据、异常数据等信息。其中电子显示屏的计量精度无法达到标准要求的0.2L以下，而字轮的计量精度为10L，估算刻度值为0.2L，也无法做到准确的计量精度0.2L。
以往的膜式表校准，主传动轴安装校准齿轮实现字轮每转1圈为一定量体积。校准齿轮是根据不同的燃气表具有不同的传动比的齿轮的组合。每个燃气表具有不同的校准系数，对应不同的校准齿轮。不同传动比的齿轮种类繁多，增加生产环节的复杂性，给企业的生产管理以及成本增加了压力。
发明内容
本发明专利的目的在于解决的现有问题，提供一种膜式燃气表的光信号采样装置及处理方法，双脉冲信号采样，采用电子屏显示累积量，计量精度及稳定性符合标准要求。同时能够判断反向流，及抖动引起的计量误差。取消计数字轮、取消校准齿轮，从而降低产品成本，简化产品的装置结构，简化生产工艺。
为实现上述发明内容，本发明采用如下技术方案：
一种膜式燃气表的光信号采样装置，包括第一光接收管、第二光接收管、光发射管和黑白转盘，所述的黑白转盘为黑白相间的六等分转盘，连接膜式燃气表的主传动轴，所述光接收管及光发射管安装在燃气表的硬件线路板即PCB板上，光接收管分别位于对应黑白转盘六分之一扇区两个边界的中间位置，光发射管在两个光接收管的中间位位置。硬件线路板上的光发射管、光接收管与黑白转盘之间的距离小于10mm；
一种膜式燃气表的光信号采样处理方法
步骤1、利用光反射原理实现计量功能；
燃气表的主传动轴回转1周的的回转体积为1.2L，同时开启光发射管和光接收管，当光发射管的发射光照射在黑色面时，光被吸收，光接收管端的回路反馈到控制芯片的电平为低,当光发射管的发射光照射在白色面时，光被反射，光接收管端的回路反馈到控制芯片的电平为高,形成双脉冲信号,当走气时，六等分的黑白转盘转动1圈，第一光接收管与第二光接收管形成有序的12组高低电平信号，通过燃气表控制芯片每间隔一定的时间对信号进行扫描，当扫描到变化的电平时，累计气量累加0.1L，通过燃气电子屏准确的显示精度为0.1L的累积量。
步骤2、反向通气的处理；
当燃气表反向通气时，第一光接收管、第二光接收管的回路反馈到控制芯片的电平信号顺序与正向通气时不同，反向顺序的电平信号为正向顺序的倒序，当检测到超过M个反向顺序变化的信号时，通过燃气表控制芯片判断反向走气异常，控制芯片执行相应动作，所述的相应动作包括关阀、异常显示报警。所述的M为设定的反向走气阈值。
步骤3、针对抖动可能引起计数误差的处理；
未通气的情况下膜式燃气表的主传动轴不旋转，但是膜式燃气表跌落或者晃动时，可能会有轻微转动；燃气表的抖动分为正向抖动和反向抖动。为了防止抖动时的误计量，正向走气时，当在一定时间内检测到连续N个顺序变化的信号时，判断是有效的走气，此时燃气表正常计量。当在一定时间内检测到低于N个顺序变化的信号时，认为是抖动引起的信号变化，不进行计量，且将变化的信号计数值清零。反向抖动时不进行计量，且将变化的信号计数值清零。
步骤4、膜式燃气表的校准方案，取消校准齿轮，校准系数通过串口通信的方式设置入燃气表的控制芯片中。
由于每个燃气表的回转体积都存在误差，默认的校准系数为1，使用音速喷嘴设备，给燃气表通规定量的气体，通过串口通信指令读取燃气表的累积量Q测与实际通气量Q实，根据公式：Q实/Q测，即可得出校表系数。将校表系数通过串口通信设置入燃气表控制芯片中。通气时燃气表以0.1L乘以校准系数的气量进行累计，以此校准燃气表的误差。
进一步的，所述的光信号采样装置还包括传动齿轮，所述的传动齿轮安装在黑白转盘和燃气表主传动轴之间，通过控制传动比，以调控光信号采样装置的精度。
本发明有益效果如下：
与现有的膜式表计量方式比较，本发明装置结构简单，方法稳定可靠，能够检测到反向流及避免抖动引起的计量误差。计量检测精度达到0.1L，满足国家标准对计量精度的要求。在原有的膜式表上取消字轮、取消校准齿轮，节省产品成本；简化生产工艺，减少物料管理，节省人力成本。
附图说明
图1为光标取信原理图；
图2为黑白转盘旋转时顺序输出的电平信号图。
图3为黑白转盘的安装图及与光发射管、光接收管的相对位置；
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明进行进一步描述；
如图3所示，一种膜式燃气表的光信号采样装置，包括第一光接收管、第二光接收管、光发射管和黑白转盘，所述的黑白转盘为黑白相间的六等分转盘，连接膜式燃气表的主传动轴，所述的光接收管及光发射管安装在燃气表的硬件线路板即PCB板上，光接收管分别位于对应黑白转盘六分之一扇区两个边界的中间位置，光发射管在两个光接收管的中间位位置。硬件线路板上的光发射管、光接收管与黑白转盘之间的距离小于10mm；
一种膜式燃气表的光信号采样处理方法
步骤1、利用光反射原理实现计量功能；
燃气表的主传动轴回转1周的的回转体积为1.2L，同时开启光发射管和光接收管，当光发射管的发射光照射在黑色面时，光被吸收，光接收管端的回路反馈到控制芯片的电平为低,当光发射管的发射光照射在白色面时，光被反射，光接收管端的回路反馈到控制芯片的电平为高,形成双脉冲信号,当走气时，六等分的黑白转盘转动1圈，第一光接收管与第二光接收管形成有序的12组高低电平信号，通过燃气表控制芯片每间隔一定的时间对信号进行扫描，当扫描到变化的电平时，累计气量累加0.1L，通过燃气电子屏准确的显示精度为0.1L的累积量。
如图1，IR1与IR3为光接收管，IR2为光发射管，黑白转盘连接主传动轴，利用光反射检测黑白相间六等分黑白转盘，同时开启IR1、IR2、IR3，发射光照射在黑色面时，光被吸收，接收管的回路反馈到控制芯片的电平为低,发射光照射在白色面时，光被反射，接收管的回路反馈到控制芯片的电平为高,形成双脉冲信号,当走气时，黑白转盘转动1圈，IR1与IR3形成有序的12组高低电平信号，如图2，10->11->01->00->10->11->01->00->10->11->01->00,程序每间隔一定的时间对信号进行扫描，当扫描到变化的电平时，累计气量累加0.1L，通过电子屏准确的显示精度为0.1L的累积量，满足国家标准对精度的要求。因此可以取消字轮，降低产品成本。
步骤2、反向通气的处理；
当燃气表反向通气时，第一光接收管IR1与第二光接收管IR3的回路反馈到控制芯片的电平信号顺序与正向通气时不同，反向顺序的电平信号为正向顺序的倒序，当检测到超过M个反向顺序变化的信号时，通过燃气表控制芯片判断反向走气异常，控制芯片执行相应动作，所述的相应动作包括关阀、异常显示报警。所述的M为设定的反向走气阈值。
步骤3、针对抖动可能引起计数误差的处理；
未通气的情况下膜式燃气表的主传动轴不旋转，但是膜式燃气表跌落或者晃动时，可能会有轻微转动；燃气表的抖动分为正向抖动和反向抖动。为了防止抖动时的误计量，正向走气时，当在一定时间内检测到连续N个顺序变化的信号时，判断是有效的走气，此时燃气表正常计量。当在一定时间内检测到低于N个顺序变化的信号时，认为是抖动引起的信号变化，不进行计量，且将变化的信号计数值清零。反向抖动时不进行计量，且将变化的信号计数值清零。
步骤4、膜式燃气表的校准方案，取消校准齿轮，校准系数通过串口通信的方式设置入燃气表的控制芯片中。
由于每个燃气表的回转体积都存在误差，默认的校准系数为1，使用音速喷嘴设备，给燃气表通规定量的气体，通过串口通信指令读取燃气表的累积量Q测与实际通气量Q实，根据公式：Q实/Q测，即可得出校表系数。将校表系数通过串口通信设置入燃气表控制芯片中。通气时燃气表以0.1L乘以校准系数的气量进行累计，以此校准燃气表的误差。
该方案简化了生产工艺，无需校准齿轮的管理和维护，降低了产品成本。
进一步的，所述的光信号采样装置还包括传动齿轮，所述的传动齿轮安装在黑白转盘和燃气表主传动轴之间，通过控制传动比，以调控光信号采样装置的精度。

Claims (2)

1.一种膜式燃气表的光信号采样装置，其特征在于，包括第一光接收管、第二光接收管、光发射管和黑白转盘，所述的黑白转盘为黑白相间的六等分转盘，连接膜式燃气表的主传动轴，所述光接收管及光发射管安装在燃气表的硬件线路板即PCB板上，光接收管分别位于对应黑白转盘六分之一扇区两个边界的中间位置，光发射管在两个光接收管的中间位位置；硬件线路板上的光发射管、光接收管与黑白转盘之间的距离小于10mm；
处理方法步骤如下：
步骤1、利用光反射原理实现计量功能；
燃气表的主传动轴回转1周的的回转体积为1.2L，同时开启光发射管和光接收管，当光发射管的发射光照射在黑色面时，光被吸收，光接收管端的回路反馈到控制芯片的电平为低,当光发射管的发射光照射在白色面时，光被反射，光接收管端的回路反馈到控制芯片的电平为高,形成双脉冲信号,当走气时，六等分的黑白转盘转动1圈，第一光接收管与第二光接收管形成有序的12组高低电平信号，通过燃气表控制芯片每间隔一定的时间对信号进行扫描，当扫描到变化的电平时，累计气量累加0.1L，通过燃气电子屏准确的显示精度为0.1L的累积量；
步骤2、反向通气的处理；
当燃气表反向通气时，第一光接收管、第二光接收管的回路反馈到控制芯片的电平信号顺序与正向通气时不同，反向顺序的电平信号为正向顺序的倒序，当检测到超过M个反向顺序变化的信号时，通过燃气表控制芯片判断反向走气异常，控制芯片执行相应动作，所述的相应动作包括关阀、异常显示报警；所述的M为设定的反向走气阈值；
步骤3、针对抖动可能引起计数误差的处理；
未通气的情况下膜式燃气表的主传动轴不旋转，但是膜式燃气表跌落或者晃动时，可能会有轻微转动；燃气表的抖动分为正向抖动和反向抖动；为了防止抖动时的误计量，正向走气时，当在一定时间内检测到连续N个顺序变化的信号时，判断是有效的走气，此时燃气表正常计量；当在一定时间内检测到低于N个顺序变化的信号时，认为是抖动引起的信号变化，不进行计量，且将变化的信号计数值清零；反向抖动时不进行计量，且将变化的信号计数值清零；
步骤4、膜式燃气表的校准方案，取消校准齿轮，校准系数通过串口通信的方式设置入燃气表的控制芯片中；
由于每个燃气表的回转体积都存在误差，默认的校准系数为1，使用音速喷嘴设备，给燃气表通规定量的气体，通过串口通信指令读取燃气表的累积量Q测与实际通气量Q实，根据公式：Q实/Q测，即可得出校表系数；将校表系数通过串口通信设置入燃气表控制芯片中；通气时燃气表以0.1L乘以校准系数的气量进行累计，以此校准燃气表的误差。
2.根据权利要求1所述的一种膜式燃气表的光信号采样装置，其特征在于，进一步的，所述的光信号采样装置还包括传动齿轮，所述的传动齿轮安装在黑白转盘和燃气表主传动轴之间，通过控制传动比，以调控光信号采样装置的精度。
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