CN112212949B - 一种基于激光传感器的机械式水表检定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光传感器的机械式水表检定方法及装置，待检定水表依次串连通过夹表器设置在检测台上，调节流量采集装置使得主激光传感器和辅激光传感器的光源发射到待检定水表末位指针转动一圈扫过的圆形区域任一固定点并保持稳定；控制器控制水泵、进水阀、出水阀、流量监控器同时工作，流量监控器检测水流量状态；待检定水表末位指针转动，主激光传感器产生第一个脉冲，开始记录起始时间T0；同时流量标准器开始记录水流量情况；当检定结果超过设定阈值，检定结束，计算待检定水表在该检定点的示值误差。本发明利用激光传感器组对机械式水表末位指针转动圈数进行记录，实现水表的流量自动读取和自动检定，提高了检定效率。

Description

一种基于激光传感器的机械式水表检定方法及装置

技术领域

本发明涉及计量技术领域，具体的，涉及一种基于激光传感器的机械式水表检定方法及装置。

背景技术

水表是在测量条件下用于连续测量、记录和显示流经测量传感器的水体积的仪表，分为机械式水表、带电子装置的机械式水表和电子式水表，民用领域以机械式水表为主。进出用水单位的水表是供用水双方贸易结算的计量器具，其计量准确度和可靠性是衡量水表质量优劣的关键指标。水表的检定工作是检查水表计量准确性是否合格的基本手段，包括4个检定项目，即外观、标志和封印，电子装置功能，密封性以及示值误差。水表示值误差检定项目主要采用比较法开展，即基于连续性方程，流过水表的累计流量与通过主标准器的体积量相等，从而确定水表的准确度和重复性。示值误差检定一般检定常用流量、分界流量、最小流量三个流量点。

目前，国内法定计量检定机构和水表生产企业的水表检定装置还未实现全自动化，主要以手动方式或半自动方式开展检定，检定过程中被检水表读数大多无法自动采集，需要人工读数、记录、计算，原始记录、证书容易出错，检定过程耗时长，检定能力不足，人力成本高。

目前机械式水表自动检定研究主要集中于以下三种自动读数方法，一是采用摄像机对水表表盘拍照，采集机械字轮图像并识别、转换成流量读数，或（且）采集检定前、后各指针的静态位置，并分析其角度，进而识别其显示的流量；该方法涉及拍照及图像识别，对数据采集系统运行速度和内存要求比较高；检定过程中机械计数器字轮不停转动，拍摄的字轮数字可能是相邻2个半字符而不是一个完整的字符（表盘跳表间隙上下数字不全），对字轮的图像识别带来很大的困难；对多位指针进行角度分析、计算流量示值则非常考验自动采集方法的稳定性，一旦一位指针识别错误则整个读数都错误。

二是利用高速摄像采样和动态图像处理技术，摄像头记忆检定起始时刻梅花轮的图像，每当梅花轮转到记忆的位置时发一脉冲，记录检定过程脉冲数从而算出水表的流量示值；该方法对数据采集系统运行速度和内存要求比较高，而且非常容易受到噪声的干扰，如光线变化、表盘气泡和灰尘、震动等都非常影响摄像质量从而影响自动读数。

三是利用激光传感器（霍尔传感器或电磁传感器）采集始动元件梅花轮的行程齿数，每转过一齿输出一个脉冲，记录检定过程脉冲数并转换成累计流量读数；该方法非常容易受到噪声的干扰，如光线变化、表盘气泡和灰尘、震动等会对传感器的信号产生干扰，容易丢失信号，而且梅花轮体型太小，传感器光源容易偏离感应区域。

第二种和第三种读数方法中梅花轮行程齿数、圈数或转动速率与水表流量示值之间的转换比值对每种规格型号的表都可能不同，需要相应的水表生产厂家提供，给检定带来了不便，降低了检定效率。因此，以上3种自动检定方法在水表检定行业尚未大范围推广使用，还在试点和试验阶段，甚至有些检定机构在采购了相应的检定装置后因使用效果不理想而弃用。

发明内容

本发明的目的是解决传统水表检定方法面临的检定不准确的问题，提出了一种基于激光传感器的机械式水表检定方法及装置，利用激光传感器对机械式水表末位指针转动圈数进行记录，使用高精度电子秤或/和标准表作为主标准器，实现水表的流量自动读取和自动检定，有效减少差错率，提高检定效率，解放检定人员，节省时间成本。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，

一种基于激光传感器的机械式水表检定方法及装置，包括有：蓄水槽、调压稳流槽、水泵、进水阀、夹表器、出水阀、检测台、待检定串联水表、流量监控器以及流量标准器，

所述蓄水槽用于存储水体，一端口通过输水管与进水阀的出水口连接，另一端口通过输水管与水泵的进水口连接；

所述水泵用于抽出蓄水槽的水体，通过输水管与调压稳流槽连接；

所述调压稳流槽用于提供稳定压力的水流量，通过输水管与出水阀连接；

所述出水阀将调压稳流槽内的水体导入待检定串联水表，通过输水管与夹表器连接；

所述夹表器安装在检测台上用于固定待检定串联水表，与待检定串联水表的一端连接；

所述检测台用于安装流量采集装置，流量采集装置设置在待检定串联水表的上端；

所述待检定串联水表作为被检定工件，由单个待检定水表通过连接管依次设置成串组成，与流量监控器连接；

所述流量监控器用于检测检定过程中的水流量是达到检定流量点以及水流量是否稳定，用于发出检定的起始信号；通过输水管与流量标准器连接；

所述流量标准器用于测量检定时间内的水流总量，通过输水管与进水阀连接；

所述进水阀用于将水体重新导入蓄水槽实现水循环，通过输水管与蓄水槽连接。

本方案中，采用可编程控制器（单片机或者PLC控制系统）对带电控制的水泵、进水阀、出水阀、流量监控器以及流量标准器进行有序控制，使用高精度电子秤、标准表作为主标准器自动采集流经水表的实际体积；将激光传感器光源发射到机械式水表末位，指针转动一圈扫过的圆形区域任一固定点并返回漫反射光信号、再将漫反射光信号转换成电信号，在指针转动过程中因指针颜色和所在区域底色不同导致光电元件检测到的电信号也不同，因此可在指针转到激光光源所在点处时发送一个脉冲，即指针每转动一圈（一圈代表一个固定的流量值，）发送一个脉冲，根据记录的脉冲数转换成该表的累积流量示值，结合标准器测得的实际体积计算出被检水表的示值误差，实现检定全过程自动监测控制。

作为优选，所述流量标准器包括有电子容量秤和标准流量表的一种或多种组合。

本方案中为了避免误差，可以使用电子容量秤和标准流量表组合的方式对待检定水表的误差进行计算，提高检定精度。

作为优选，所述检测台包括有基座、垂直于基座的支杆、与支杆顶端固定连接的横臂以及若干个设置在横臂下端的流量采集装置。

本方案中，流量采集装置根据串联的待检定水表的个数和位置进行适应性调节，可以同时采集多个待检定水表的末位指针的转动信息。

作为优选，所述横臂的上端设置有槽口，所述槽口上设置有固定流量采集装置的螺钉，所述横臂的下端设置有滑动槽，所述流量采集装置与滑动槽滑动连接。

本方案中，当流量采集装置调节至待检定水表的正上部位时，通过螺钉固定流量采集装置的位置。

作为优选，所述流量采集装置包括有与滑动槽滑动连接的滑块、与滑块垂直连接的连接杆、与连接杆低端固定连接的底盘以及与底盘转动连接的转动盘，所述转动盘内嵌有激光传感器组。

本方案中，转动盘相对底盘转动，更易调节激光器组的初始位置。

作为优选，所述激光传感器组包括有主激光传感器以及辅激光传感器，所述主激光传感器和辅激光传感器的光源发射到水表末位指针转动一圈扫过的圆形区域任一固定点。

本方案中，激光传感器光源发射到待检定水表末位指针转动一圈扫过的圆形区域任一固定点并返回漫反射光信号、再将漫反射光信号转换成电信号，在指针转动过程中因指针颜色和所在区域底色不同导致光电元件检测到的电信号也不同，因此可在指针转到激光光源所在点处时发送一个脉冲，即指针每转动一圈（一圈代表一个固定的流量值，）发送一个脉冲，在实际计算脉冲信息时，防止信号丢失，采取主激光传感器和辅激光传感器采集的最大脉冲数作为最终脉冲数。

作为优选，所述底盘的截面为工形，转动盘内设有容纳工形部的槽口，底盘的底端径向设置有若干柱形槽，若干所述柱形槽内均设置有弹性卡件，所述转动盘设置有若干匹配弹性卡件的弧形槽。

本方案中，转动盘相对底盘转动，转动的精度根据柱形槽的径向分布个数进行确定，方便调节激光器组的初始位置。

作为优选，所述弹性卡件包括有弹簧和钢珠，所述弹簧的一端与柱形槽的底面固定连接，所述弹簧的另一端与钢珠连接，所述钢珠截面直径的三分之一落入所述弧形槽内。

本方案中，钢珠截面直径的三分之一落入所述弧形槽内便于转动和固定，使得检定过程中不会因为机械振动导致的激光传感器组的移位。

一种基于激光传感器的机械式水表检定方法，包括如下步骤：

待检定水表依次串连通过夹表器设置在检测台上，调节流量采集装置使得主激光传感器和辅激光传感器的光源发射到待检定水表末位指针转动一圈扫过的圆形区域任一固定点并保持稳定；

控制器控制水泵、进水阀、出水阀、流量监控器同时工作，流量监控器检测水流量状态，当水流量到达流量检定点并稳定后，控制器控制主激光传感器和辅激光传感器开始工作；

待检定水表末位指针转动，当末位指针达到固定点后主激光传感器产生第一个脉冲，开始记录起始时间T0；同时流量标准器开始记录水流量情况；

设定检定阈值，检定阈值包括人工设定的时间阈值T和水流量阈值L的一种，当检定结果超过设定阈值，检定预结束，当末位指针达到固定点后，控制器采集结束时刻的激光传感器的脉冲数和流量标准器的水流量值，记录结束时间Tn；

计算待检定水表在该检定点的示值误差。

本发明的有益效果：本发明设计的一种基于激光传感器的机械式水表检定方法及装置只需感应机械式水表末位指针的转动，将传感器光源发射到末位指针转动一圈扫过的圆形区域任一固定点即可，而且指针的长度大于梅花轮的直径，从而大大增强了本发明抗光线变化、表盘水泡、灰尘和振动等噪声干扰的能力，信号丢失的概率很低，可以根据待检定水表的个数，对激光传感器的个数和位置进行适应性调整，为了避免干扰导致的脉冲信号的丢失，设置两个激光传感器记录末位指针转动的圈数，取圈数最大为最终脉冲数，有效避免了信号丢失的问题，该装置结构简单易安装，检定方式高效、稳定、可靠、成本低，值得大力推广应用。

附图说明

图1为本发明的一种基于激光传感器的机械式水表检定装置的结构示意图一。

图2为本发明的一种基于激光传感器的机械式水表检定装置的结构示意图二。

图3为本发明的一种基于激光传感器的机械式水表检定装置的结构示意图三。

图4为本发明的一种基于激光传感器的机械式水表检定装置的结构示意图四。

图5为本发明的检测台结构示意图。

图6为本发明的流量采集装置结构示意图。

图7为本发明的流量采集装置的截面结构示意图。

图中标记说明：1-蓄水槽、2-调压稳流槽、3-水泵、4-进水阀、5-夹表器、6-检测台、61-基座、62-支杆、63-横臂、64-流量采集装置、641-滑块、642-连接杆、643-底盘、644-转动盘、645-弹性卡件、646-激光传感器组、7-待检定串联水表、8-流量监控器、91-电子容量秤、92-标准流量表、93-换向阀、10-出水阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，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。

实施例1：

一种基于激光传感器的机械式水表检定方法，包括如下步骤：待检定水表依次串连通过夹表器设置在检测台上，调节流量采集装置使得主激光传感器和辅激光传感器的光源发射到待检定水表末位指针转动一圈扫过的圆形区域任一固定点并保持稳定；

控制器控制水泵、进水阀、出水阀、流量监控器同时工作，流量监控器检测水流量状态，当水流量稳定到检定流量点后，控制器控制主激光传感器和辅激光传感器开始工作；

待检定水表末位指针转动，当末位指针达到固定点后主激光传感器产生第一个脉冲，开始记录起始时间T0；同时流量标准器开始记录水流量情况；

设定检定阈值，检定阈值包括人工设定的时间阈值T和水流量阈值L的一种，当检定结果超过设定阈值，检定预结束，当末位指针达到固定点后，控制器采集结束时刻的激光传感器的脉冲数和流量标准器的水流量值，记录结束时间Tn；

计算待检定水表在该检定点的示值误差。其中，激光脉冲数目检测的是末位指针的转数，末位指针的转数可以根据水表的度数规范读取水流量的值，经过转换 ，脉冲数目可以具体的表示对应的检定水表的水流量值。

如图1所示，一种基于激光传感器的机械式水表检定方法及装置由蓄水槽1、调压稳流槽2、水泵3、进水阀4、夹表器5、出水阀10、检测台6、待检定串联水表7、流量监控器8以及流量标准器组成，蓄水槽1的上端开口通过输水管与进水阀4连接，下端开口通过输水管与水泵3的进水端连接，水泵3的输出水端通过水管与调压稳流槽的进水端连接，调压稳流槽的出水端通过输水管与出水阀10的一端连接，出水阀10的另一端与夹表器5连接，夹表器5设置在检测台6的支杆62上，夹表器5的另一端设置有若干个串联的待检定水表（本实施例中是四个待检定水表串联），串联的待检定水表的另一端通过输水管与流量监控器8一端连接 ，流量监控器8的另一端与流量标准器连接，本实施例中，流量标准器为电子容量秤91和换向阀93，换向阀93有一个进水端和两个出水端，进水端通过输水管与流量监控器连接，一个出水端通过输水管与进水阀4连接 ，另一个出水端与电子容量秤91的进水端连接。

本实施例中，采用可编程控制器（单片机或者PLC控制系统）对带电控制的水泵3、进水阀4、出水阀10、流量监控器8以及流量标准器进行有序控制，使用高精度电子秤、标准表作为主标准器自动采集流经水表的实际体积；将激光传感器光源发射到机械式水表末位指针转动一圈扫过的圆形区域任一固定点并返回漫反射光信号、再将漫反射光信号转换成电信号，在指针转动过程中因指针颜色和所在区域底色不同导致光电元件检测到的电信号也不同，因此可在指针转到激光光源所在点处时发送一个脉冲，即指针每转动一圈（一圈代表一个固定的流量值，）发送一个脉冲，根据记录的脉冲数转换成该表的累积流量示值，结合标准器测得的实际体积计算出被检水表的示值误差，实现检定全过程自动监测控制。

如图5所示，检测台6由基座61、垂直于基座61的支杆62、与支杆62顶端固定连接的横臂63以及若干个设置在横臂63下端的流量采集装置64组成，横臂63的上端设置有槽口，槽口上设置有固定流量采集装置64的螺钉，横臂63的下端设置有滑动槽，所述流量采集装置64与滑动槽滑动连接，如图6所示，流量采集装置64由与滑动槽滑动连接的滑块641、与滑块641垂直连接的连接杆642、与连接杆642低端固定连接的底盘643以及与底盘643转动连接的转动盘644组成，转动盘644内嵌有激光传感器组646，激光传感器组646由主激光传感器以及辅激光传感器组成，主激光传感器和辅激光传感器的光源发射到水表末位指针转动一圈扫过的圆形区域任一固定点，本实施例中，流量采集装置64有四个，当流量采集装置64调节至待检定水表的正上部位时，通过螺钉固定流量采集装置64的位置，激光传感器光源发射到待检定水表末位指针转动一圈扫过的圆形区域任一固定点并返回漫反射光信号、再将漫反射光信号转换成电信号，在指针转动过程中因指针颜色和所在区域底色不同导致光电元件检测到的电信号也不同，因此可在指针转到激光光源所在点处时发送一个脉冲，即指针每转动一圈（一圈代表一个固定的流量值，）发送一个脉冲，在实际计算脉冲信息时，防止信号丢失，采取主激光传感器和辅激光传感器采集的最大脉冲数作为最终脉冲数。

如图7所示，底盘643的截面为工形，转动盘644内设有容纳工形部的槽口，底盘643的底端径向设置有若干柱形槽（未示出），若干所述柱形槽内均设置有弹性卡件645，弹性卡件645包括有弹簧和钢珠，所述弹簧的一端与柱形槽的底面固定连接，所述弹簧的另一端与钢珠连接，所述钢珠截面直径的三分之一落入所述弧形槽内，所述转动盘644设置有若干匹配弹性卡件645的弧形槽（未示出）；转动盘644相对底盘643转动，转动的精度根据柱形槽的径向分布个数进行确定，方便调节激光器组的初始位置，钢珠截面直径的三分之一落入所述弧形槽内便于转动和固定，使得检定过程中不会因为机械振动导致的传感器组的移位。

实施例2：

如图2所示，实施例2与实施例1的结构大体相同，不同之处在于，流量标准器为标准流量表92，标准流量表92通过输水管设置在进水阀4和流量监控器8之间。

实施例3：

如图3所示，实施例3与实施例1的结构大体相同，不同之处在于，流量标准器为电子容量秤91和标准流量表92的组合，电子容量秤91搭配一个换向阀93，标准流量表92通过输水管设置在换向阀93和流量监控器8之间，换向阀93的一个出水端通过输水管与进水阀4连接 ，另一个出水端与电子容量秤91的进水端连接，一种情况时是将设定时间T作为检定时间，当检定时长达到设定时长后，检定过程停止，取电子容量秤91和标准流量表92的单位时间T水流量的平均值作为单位检定时间内的水流量的标准值，将标准值与采集的待检定水表的检测值进行比对计算，得到待检定水表的精度；另一种情况时将设定的流量值L作为检定的停止条件，当电子容量秤检测到的水流量体积达到设定的流量体积阈值后，检定停止。

实施例4：

如图4所示，实施例4与实施例1的结构大体相同，不同之处在于，流量标准器为电子容量秤91和标准流量表92的组合，电子容量秤91搭配一个换向阀93，标准流量表92通过输水管设置在换向阀93和进水阀4之间，换向阀93的进水口通过输水管与流量监控器8连接，出水端与电子容量秤91的进水端连接，检定时间T内，通过换向阀93的控制作用，首先，标准流量表92检定T1时间，T1时间人工设定，其后电子容量秤91检定T2时间，T=T1+T2，检定停止，取标准流量表92和电子容量秤91检测水流量的总和作为单位检定时间T内的水流量的标准值，将标准值与采集的待检定水表的检测值进行比对计算，得到待检定水表的示值误差；另一种检定方法是，首先，标准流量表92检定T1时间，T1时间人工设定，其后，电子容量秤91检定水流量，当水流量到达设定阈值L，即停止，此时，分别计算取标准流量表92和电子容量秤91检测水流量并将其总和作为单位检定时间T内的水流量的标准值，将标准值与采集的待检定水表的检测值进行比对计算，得到待检定水表的示值误差；

以上所述之具体实施方式为本发明一种基于激光传感器的机械式水表检定方法及装置的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于激光传感器的机械式水表检定方法，其特征在于：包括如下步骤：

待检定水表依次串连通过夹表器设置在检测台上，调节流量采集装置使得主激光传感器和辅激光传感器的光源发射到待检定水表末位指针转动一圈扫过的圆形区域任一固定点并保持稳定，返回漫反射光信号、再将漫反射光信号转换成电信号；

控制器控制水泵、进水阀、出水阀、流量监控器同时工作，流量监控器检测水流量状态，当水流量到达流量检定点并稳定后，控制器控制主激光传感器和辅激光传感器开始工作；

待检定水表末位指针转动，在指针转动过程中因指针颜色和所在区域底色不同导致光电元件检测到的电信号也不同，因此可在指针转到激光光源所在点处时发送一个脉冲，即指针每转动一圈发送一个脉冲；当末位指针达到固定点后主激光传感器产生第一个脉冲，开始记录起始时间T0；同时流量标准器开始记录水流量情况；

设定检定阈值，检定阈值包括人工设定的时间阈值T和水流量阈值L的一种，当检定结果超过设定阈值，检定预结束，当末位指针达到固定点后，控制器采集结束时刻的激光传感器的脉冲数和流量标准器的水流量值，记录结束时间Tn；采取主激光传感器和辅激光传感器采集的最大脉冲数作为最终脉冲数；

流量标准器为电子容量秤和标准流量表的组合时，一种情况时是将设定时间T作为检定时间，当检定时长达到设定时长后，检定过程停止，取电子容量秤和标准流量表的单位时间T水流量的平均值作为单位检定时间内的水流量的标准值；一种情况时是标准流量表检定T1时间，T1时间人工设定，其后电子容量秤检定T2时间，T=T1+T2，检定停止，取标准流量表和电子容量秤检测水流量的总和作为单位检定时间T内的水流量的标准值；

将标准值与采集的待检定水表的检测值进行比对计算，计算待检定水表在该检定点的示值误差。

2.一种基于激光传感器的机械式水表检定装置，利用如权利要求1所述的一种基于激光传感器的机械式水表检定方法，其特征在于，包括有：蓄水槽、调压稳流槽、水泵、进水阀、夹表器、出水阀、检测台、待检定串联水表、流量监控器以及流量标准器，

所述蓄水槽用于存储水体，一端口通过输水管与进水阀的出水口连接，另一端口通过输水管与水泵的进水口连接；

所述水泵用于抽出蓄水槽的水体，通过输水管与调压稳流槽连接；

所述调压稳流槽用于提供稳定压力的水流量，通过输水管与出水阀连接；

所述出水阀将调压稳流槽内的水体导入待检定串联水表，通过输水管与夹表器连接；

所述夹表器安装在检测台上用于固定待检定串联水表，与待检定串联水表的一端连接；

所述检测台用于安装流量采集装置，流量采集装置设置在待检定串联水表的上端；

所述待检定串联水表作为被检定工件，由单个待检定水表通过连接管依次设置成串组成，与流量监控器连接；

所述流量监控器用于检测检定过程中的水流量是否稳定，用于发出检定的起始信号；通过输水管与流量标准器连接；

所述流量标准器用于测量检定时间内的水流总量，通过输水管与进水阀连接；

所述进水阀用于将水体重新导入蓄水槽实现水循环，通过输水管与蓄水槽连接；

所述流量标准器包括有电子容量秤和标准流量表的一种或多种组合。

3.根据权利要求2所述的一种基于激光传感器的机械式水表检定装置，其特征在于，所述检测台包括有基座、垂直于基座的支杆、与支杆顶端固定连接的横臂以及若干个设置在横臂下端的流量采集装置。

4.根据权利要求3所述的一种基于激光传感器的机械式水表检定装置，其特征在于，所述横臂的上端设置有槽口，所述槽口上设置有固定流量采集装置的螺钉，所述横臂的下端设置有滑动槽，所述流量采集装置与滑动槽滑动连接。

5.根据权利要求2所述的一种基于激光传感器的机械式水表检定装置，其特征在于，所述流量采集装置包括有与滑动槽滑动连接的滑块、与滑块垂直连接的连接杆、与连接杆低端固定连接的底盘以及与底盘转动连接的转动盘，所述转动盘内嵌有激光传感器组；所述激光传感器组包括有主激光传感器以及辅激光传感器，所述主激光传感器和辅激光传感器的光源发射到水表末位指针转动一圈扫过的圆形区域任一固定点。

6.根据权利要求5所述的一种基于激光传感器的机械式水表检定装置，其特征在于，所述底盘的截面为工形，转动盘内设有容纳工形部的槽口，底盘的底端径向设置有若干柱形槽，若干所述柱形槽内均设置有弹性卡件，所述转动盘设置有若干匹配弹性卡件的弧形槽。

7.根据权利要求6所述的一种基于激光传感器的机械式水表检定装置，其特征在于，所述弹性卡件包括有弹簧和钢珠，所述弹簧的一端与柱形槽的底面固定连接，所述弹簧的另一端与钢珠连接，所述钢珠截面直径的三分之一落入所述弧形槽内。