CN113503932A - 一种光电采样装置、计量表和光电采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电装置、计量表和光电采样方法，光电采样装置包括光发射器；至少三个光接收器，用于采集光发射器发出的光信号；设置于光接收器之前的遮光部，遮光部上设有遮光区域和对应光接收器的连续透光区域；当遮光部绕其自身中心轴旋转时，透光区域和遮光区域交替经过光接收器，且保持至少一个光接收器能够通过透光区域采集到光发射器发出的光信号；计量表，包括光电采样装置，其基表齿轮带动遮光部绕其自身旋转；光电采样方法基于预设周期采集出光面的信号，并基于采集的编码值确定基表字轮转动的圈数；本申请通过设置的连续的透光区域至少可以采集到一个光发射器发出的光信号，采集准确的编码值实现精确的光电采样，并可实现故障检测。

Description

一种光电采样装置、计量表和光电采样方法

技术领域

本发明涉及智能仪表计量领域，尤其涉及一种光电采样装置、计量表和光电采样方法。

背景技术

随着智能燃气表的普及，对智能燃气表读数的准确性以及燃气表的性能都提出来更高要求，现有的智能膜式燃气需要获取基表计数器的读数值，其中基表计数器的滚轮根据使用的气量进行加操作，每使用一个单位量，滚轮计数加一，从而实现气量的计量。对基表计数器的读数一般有霍尔取信，干簧管取信或光电直读计数器取信三种方式。

其中，采用霍尔取信和干簧管取信都需要在基表计数器上设置一个磁钢，然后再采样的主控电路板上还需要对应设置2组霍尔接收器或干簧管，当基表计数器末尾字轮转动1圈时，主控板能够通过霍尔接收器或干簧管检测到磁钢经过的信号，从而实现计数值的转换。但是上述两种方式很容易受到外界磁场的干扰，导致主控电路版多计数或者漏计数，从而造成用电纠纷。

而采用光电直读计数器取信的方式，主要要考虑的是环境光对光接收端干扰的问题。

中国发明专利CN201911239332.4公开了《一种计量表的光电采样装置、光电采样方法及计量表》，通过计量表的基表计数器带动转盘旋转，转盘上设置遮光部和透光部，光接收器通过旋转的转盘接收或者接收不到光发射器发出的光，其中光接收器和光发射器采用的是相对设置的方式。

但是采用该方案的光环境并不是封闭的，并没有考虑光接收器在有环境光干扰的问题。光电采样的方法是通过接收器输出的第一信号和第二信号确认转盘的旋转圈数，这样就需要精确的知道起始点，不利于计量和检测，并且对于出现燃气表的主控板被拆掉的情况，无法检测异常。采用相对设置的光接收器和光发射器，需要光发射器和光接收器就需要分别配套外围器件，例如需配置两个电路板或者分别通过单独的电源信号线连接，使整个计量表的安装、走线均带来难度，维修不变，成本也随之提高。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种光电采样装置、计量表和光电采样方法，通过设置的连续的透光区域至少可以采集到一个光发射器发出的光信号，采集准确的编码值实现精确的光电采样，并可实现故障检测。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的第一方面提出了一种光电采样装置，至少包括光发射器；光接收器，其配置为至少三个，用于直接或经导光件采集光发射器发出的光信号；遮光部，设置于所述光接收器之前，所述遮光部上设有遮光区域和对应所述光接收器的连续的透光区域；当遮光部绕其自身中心轴旋转时，所述透光区域和遮光区域交替经过光接收器，且保持至少一个光接收器能够通过透光区域采集到光发射器发出的光信号。

进一步的，所述光接收器设置为3个，呈等腰三角形分布，且透光区域相对于等腰三角形外心的开设角度为187.5°-262.5°。

光接收器设置为3个，对应透光区域的最优角度为225°。

进一步的，所述光接收器设置为4个，呈四边形分布，且透光区域相对于四边形外接圆的圆心开设角度为97.5°-172.5°。

光接收器设置为4个，对应透光区域的最优角度为135°。

进一步的，所述透光区域设置为以遮光部自身轴为中心的弧形长孔或扇形透光区，所述遮光部绕其自身中心轴旋转时，在特定位置时仅有一个光接收器能够通过透光区域采集到光发射器发出的光信号。

光接收器的分布和透光区域相对于光接收器分布图形的外切圆的角度设置，保证光接收器至少能采集到一个光信号，遮光区域则要保证任何角度不能同时遮挡所有光接收器，特定的角度可以遮挡2颗光接收器。

进一步的，所述遮光部设置为转盘，底部设有带动其自身旋转的传动杆。

进一步的，还包括导光件，所述导光件设置有对应所述光发射器的光导入部和对应所述光接收器的光导出部，所述光导入部和光导出部的入光面位于导光件的同一侧。

导光件使入光面和出光面均在同一侧，保证了装配的可靠性。

进一步的，所述导光件包括第一导光部，所述第一导光部的一端设有入光面，另一端耦接第二导光部的近端，所述第二导光部的远端呈射线状分叉为若干支路，并于每个支路的末端设有导光柱，所述导光柱的自由端端面为出光面。

将一路进光转换为多路出光。

进一步的，所述光发射器和光接收器集成于同一个线路板上。

进一步的，还包括用于固定和连接导光件和遮光部的支撑部，所述支撑部对应第一导光部、导光柱以及传动杆的位置设有通孔。

支撑部可以为一个独立的部件，还可以采用和计量表基表字轮外壳一体固定连接。

进一步的，还包括遮光罩，所述遮光罩包覆于所述支撑部上，并设有对应光发射器和光接收器的光通孔，环绕所述光通孔设有环形凸缘，当所述遮光罩与线路板组装时，所述环形凸缘环绕并遮蔽所述光发射器和光接收器。

遮光罩保证光发射器和光接收器的光不相互干扰，同时也保证不受外部环境光干扰。也可以防止长时间使用后外界环境的灰尘等对发光接收管沉积导致的功能失效，封闭暗室环境可降低发光管发光强度，从而降低功耗。

本发明的第二个方面提出了一种计量表，配置上述光电采样装置，计量表的基表计数输出齿轮带动所述光电采样装置的遮光部绕其自身旋转。

本发明的第三个方面提出了光电采样方法，具体包括：光发射器发送光源至出光面；光接收器基于预设周期采集出光面的输出信号；基于采集的出光面的输出信号的编码变化确定基表字轮转动的圈数。

进一步的，所述预设周期小于基表末尾字轮转动90°所需时间。

进一步的，所述编码变化顺序确定基表字轮转动方向。

进一步的，还包括基于预设周期内无法采集光信号得到的编码值判断故障。

本发明的有益效果是：

1、通过设置的连续的透光区域至少可以采集到一个出光面的发光，与采样的编码和方法相结合，可实现故障检测，并且不需要精确的知道计量表的基表数值位置，只需要在每次编码发生变化时能够准确读取到变化值即可，利于计量和检测，当主控板被拆除时，接收管都不导通，可以用来判断主控板是否被异常拆除。

2、光路采用全封闭设计，不受外界环境光线影响，也可使光接收器不受光发射器发出的光线的影响，同时可降低发射灯功率，降低功耗。

3、采用同一侧设置的出光面和入光面，安装维修简单，减少故障频率，减低成本；

4、采用对射式光采样结构，采样灵敏度，精度更高。

5、采用分叉式导光结构实现一个进光多个出光的光通路，节省光源，降低成本。

6、通过光信号采样进行计量表读书，可有效减少磁干扰问题；

附图说明

图1为本发明光电采样装置实施例的结构示意图；

图2为本发明光电采样装置的遮光部实施例的结构示意图；

图3为本发明光电采样装置的电路板实施例的结构示意图；

图4为本发明光电采样装置的分叉导光件实施例的结构示意图；

图5为本发明光电采样装置的遮光罩实施例的结构示意图；

图6为本发明光电采样装置的连接部实施例的结构示意图；

图7为本发明光电采样装置实施例的部分结构安装示意图；

图8为本发明光电采样装置实施例的局部结构剖视图；

图9为本发明实施例的光电采样方法流程图；

图中，1-电路板；11-光发射器；12-光接收器；2-遮光罩；23-遮光面；24-环形围襟；25-环形凸缘；3-分叉导光件；31-第一导光部；32-第二导光部；33-导光柱；4-遮光部；41-透光区域；42-传动杆；5-连接部；51-圆形平面；52-台阶延伸面；6-计数器；7-齿轮。

具体实施方式

为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。

如图1所示，为本实用的光电采样装置的实施例的结构示意图，包括光发射器11；至少三个光接收器12，用于直接或经导光件采集光发射器发出的光信号。其中，光发射器11，与所述入光面对应设置，用于发出光源至入光面；光接收器12，与所述出光面对应设置，用于采集出光面的光信号。

在本发明的一个实施例中，还包括如图2所示的遮光部4，设置于所述光接收器12之前，所述遮光部4上设有遮光区域和对应所述光接收器的连续的透光区域41；当遮光部绕其自身中心轴旋转时，透光区域41和遮光区域交替经过光接收器12，且保持至少一个光接收器12能够通过透光区域41采集到光发射器发出的光信号。

在本发明的一个实施例中，光发射器11和光接收器12如图3所示的同侧设置于电路板1上。光接收器12设置为3个，呈等腰直角三角形分布，且透光区域41相对于该等腰直角三角形的外心的开设角度为187.5°-262.5°，优选角度为225°。

在一些实施方式中，光接收器12设置为4个，呈四边形分布，且透光区域相对于四边形外接圆的圆心的开设角度为97.5°-172.5°，优选角度为135°。

从而保证光接收器12在任一时刻至少可以采集到1个出光面的光信号。

在本发明的一个实施例中，透光区域设置为遮光部自身轴为中心的弧形区域，开设角度为225°。当遮光部绕其自身中心轴旋转时，在特定位置时仅有一个光接收器能够通过透光区域采集到光发射器发出的光信号。

在一些实施方式中，遮光部设置为转盘，底部设有带动其自身旋转的传动杆。传动杆的位置和中心轴的位置重合。

还包括如图4所示的分叉导光件3，包括第一导光部31，所述第一导光部31的一端设有入光面，另一端耦接第二导光部32的近端，所述第二导光部32的远端呈射线状分叉为若干支路，并于每个支路的末端设有导光柱33，所述导光柱33的自由端端面为出光面。

在本发明的一个实施例中，导光柱33设置为3个，呈等腰直角三角形分布。

在本发明的一个优选实施例中，还包括遮光罩2，如图5所示，遮光罩2包括遮光面23及自遮光面23边缘向一侧延伸出的环形围襟24，所述遮光面23上设有至少一个光通孔，并对应光发射器11和光接收器12设有通孔，环绕通孔设有环形凸缘25。遮光罩2与电路板1安装时，环形凸缘完全遮蔽光发射器11和光接收器12。

在本发明的一些实施方式中，还可以采用隔板的形式，将光发射器和光接收器的光隔离开，从而不使其相互关涉。

在一些实施例中，还包括如图6所示的连接部5，用于固定和连接分叉导光件3和遮光部4，连接部5对应第一导光部31、导光柱33以及传动杆42的位置设有通孔，其外形的至少一部分与遮光罩2的环形围襟24相适配。连接部5包括与遮光部4适配的圆形平面51以及与所述圆形平面51边缘一部分连接的台阶延伸面52。圆形平面51上设有与导光柱33和传动杆42位置相对应的通孔，台阶延伸面52上设有与出光面位置相对应的通孔。

在一些实施方式中，支撑部可以采用和计量表的基表字轮外壳一体成型制作。为了使导光件传递的光路更加稳定，导光件和支撑部之间安装尽量不留缝隙，可以通过胶或其他材质填充，或者支撑部和导光件之间固定连接，不能拆分。

如图7和如图8所示，分别为本发明的光电采样装置实施例的部分结构安装示意图和局部结构剖视图，遮光罩与电路板的接触安装，遮光罩内腔依次设置遮光部，连接部5和分叉导光件3。传动杆42由上至下贯穿连接部5对应传动杆42的通孔，分叉导光件3的第一导光部31由下至上贯穿连接部6对应第一导光部31的通孔，分叉导光件3的导光柱33由下至上贯穿连接部5对应的导光柱33的通孔，但是贯穿后的导光柱33的高度不超过遮光部的高度。

当图1中计量表的基表计数器的末尾字轮转动1圈时，输出齿轮带动对应的如图8所示的齿轮7转动，从而带动传动杆42转动。从而带动遮光部4转动。遮光部4转动的过程中使至少可以采集到导光柱33中任意一个的光，计量表主控板包括光发射器11和光接收器12，其中，光发射器11为发光二极管，光接收器12为光电接收管。计量表主控板的MCU每间隔一定频率控制发光二极管发光，并通过计量表主控板对导光柱33进行光电采样，因为导光柱33的发光面会被遮光部4遮挡，或者是透光区域41不遮挡。主控板的MCU通过采集3个导光柱33的编码，对计量表的读数进行读取。

本发明的实施例仅以膜式燃气表为例，本方案还可以应用到燃气表、水表、热量表等任一种计量表中。

如图9所示，为本发明的基于光电采样装置的光电采样方法的流程示意图，包括如下步骤：光发射器发送光源至入光面；光接收器基于预设周期采集出光面的输出信号；基于采集的出光面的输出信号的编码变化确定基表字轮转动的圈数。

在本发明的一个实施例中，光发射器即发光二极管设置为1个，光接收器即光电接收管设置为3个，电路板上的MCU控制发光二极管导通，从而发射光源至入光面。遮光部的遮光区域和透光区域在计数器的末尾字轮带动下交替经过3个导光部上方，因此，光电接收管对应的出光面被遮光部遮住或者是通过透光区域透光。出光面被遮挡的情况下，光电接收管采集的出光面的光信号编码为0，在出光面不被遮挡的情况下，光电接收管采集的出光面的光信号编码为1。在本发明的一个实施例中，3个导光管对应3个出光面，透光区域是以传动杆为圆心的225°圆弧形，对应设置在出光面上方。计数器的末尾字轮旋转一周，则每间隔预设后期采集的编码值为100->101->001->011->111->110。通过编码的变化值，可以判断末尾字轮的转动方向。

在本发明的一个实施例中，如果正常工作的情况下，不会出现编码值为000的情况，如果出现此种情况，可认为计量表的主控板被拆下，所有光电接收管都无法接受到发光二极管发出的光线，因此判断光电采样装置出现的故障。

以民用膜式燃气表为例，其最大流量6方每小时，因此末位字轮每转1圈需要6秒钟，则末尾字轮每个数字出现的时间为600ms，所以将扫描周期设定小于600ms，即可以读取到每一个数字的编码。但是由于计数方式并不需要准确的知道数值位置，只需要在每次编码发生变化时能够准确读取到变化值即可，也就是扫描周期小于字轮转动90°需要的时间即可。所以最大预设间隔时间可以设置为1.5秒，即预设周期最大值为1.5s。

以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种光电采样装置，其特征在于，至少包括：

光发射器；

光接收器，其配置为至少三个，用于直接或经导光件采集光发射器发出的光信号；

遮光部，设置于所述光接收器之前，所述遮光部上设有遮光区域和对应所述光接收器的连续的透光区域；当遮光部绕其自身中心轴旋转时，所述透光区域和遮光区域交替经过光接收器，且保持至少一个光接收器能够通过透光区域采集到光发射器发出的光信号。

2.根据权利要求1所述的光电采样装置，其特征在于，所述光接收器设置为3个，呈等腰三角形分布，且透光区域相对于等腰三角形外心开设的角度为187.5°-262.5°。

3.根据权利要求1所述的光电采样装置，其特征在于，所述光接收器设置为4个，呈四边形分布，且透光区域相对于四边形外接圆的圆心开设角度为97.5°-172.5°。

4.根据权利要求1-3任一项所述的光电采样装置，其特征在于，所述透光区域设置为以遮光部自身轴为中心的弧形长孔或扇形透光区，所述遮光部绕其自身中心轴旋转时，在特定位置时仅有一个光接收器能够通过透光区域采集到光发射器发出的光信号。

5.根据权利要求1所述的光电采样装置，其特征在于，所述遮光部设置为转盘，底部设有带动其自身旋转的传动杆。

6.根据权利要求1所述的光电采样装置，其特征在于，还包括导光件，所述导光件设置有对应所述光发射器的光导入部和对应所述光接收器的光导出部，所述光导入部和光导出部的入光面位于导光件的同一侧。

7.根据权利要求6所述的光电采样装置，其特征在于，所述导光件包括第一导光部，所述第一导光部的一端设有入光面，另一端耦接第二导光部的近端，所述第二导光部的远端呈射线状分叉为若干支路，并于每个支路的末端设有导光柱，所述导光柱的自由端端面为出光面。

8.根据权利要求6所述的光电采样装置，其特征在于，所述光发射器和光接收器集成于同一个线路板上。

9.根据权利要求6-8任一项所述的光电采样装置，其特征在于，还包括用于固定和连接导光件和遮光部的支撑部，所述支撑部对应第一导光部、导光柱以及传动杆的位置设有通孔。

10.根据权利要求9所述的光电采样装置，其特征在于，还包括遮光罩，所述遮光罩包覆于所述支撑部上，并设有对应光发射器和光接收器的光通孔，环绕所述光通孔设有环形凸缘，当所述遮光罩与线路板组装时，所述环形凸缘环绕并遮蔽所述光发射器和光接收器。

11.一种计量表，其特征在于，配置权利要求1-10任一项所述的光电采样装置，计量表的基表计数输出齿轮带动所述光电采样装置的遮光部绕其自身旋转。

12.一种基于权利要求11所述的计量表的光电采样方法，其特征在于，具体包括：

光发射器发送光源至出光面；

光接收器基于预设周期采集出光面的输出信号；

基于采集的出光面的输出信号的编码变化确定基表字轮转动的圈数。

13.根据权利要求12所述的光电采样方法，其特征在于，所述预设周期小于基表末尾字轮转动90°所需时间。

14.根据权利要求12所述的光电采样方法，其特征在于，所述编码变化顺序确定基表字轮转动方向。

15.根据权利要求12所述的光电采样方法，其特征在于，还包括基于预设周期内无法采集光信号得到的编码值判断故障。

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