CN114279624A - 一种指针转换数字远程传输信号的表盘装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种指针转换数字远程传输信号的表盘装置，该装置主要应用于压力表中，包括光栅角位移传感器、信号放大器、数字显示器、通信电路和远程接收单元。该装置通过在表盘内部装设光栅角位移传感器，不改变表盘的结构，由光栅角位移传感器测量出的指针的转动角度，继而通过信号放大器和数字显示器将指针的角度信息转换为读数信息并进行显示，再通过通信电路和远程接收单元将读数信息发送至远程操作终端，以便运维人员远程掌握压力表的状态。本发明由于采用了光栅角位移传感器测量读数，测量精度高、抗干扰能力强，消除了人为读数误差，并且将表盘指针读数进行远程传输，便于操作员实时掌握压力表的读数状态，及时消除表盘显示的故障。

Description

一种指针转换数字远程传输信号的表盘装置

技术领域

本发明属于仪表示数技术领域，具体涉及一种指针转换数字远程传输信号的表盘装置。

背景技术

压力表(英文名称：pressure gauge)是指以弹性元件为敏感元件，测量并指示高于环境压力的仪表，应用极为普遍，几乎遍及所有的工业流程和科研领域，在热力管网、油气传输、供水供气系统、车辆维修保养厂店等领域随处可见。尤其在工业过程控制与技术测量过程中，由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性，使得机械式压力表得到越来越广泛的应用。但是，普通的压力表只能显示对其所测压力的参数数据，无法实时在线向运维人员显示、提供所测的压力参数，且出现压力异常情况时，不能及时向运维人员提供预警信息。目前，解决上述缺陷方法是靠人为实时观察、报告，这就容易出现误差、偏差，甚至是操作失误等意外情况。变电站六氟化硫表、绕组温度表、油温温度表等各种指针读数表，这些表盘主要靠人工进行检查维护，人工检查维护主观意识较强，可能存在检查不到位、甚至误判情况，也不能实时掌握表盘运行情况，不能及时发现超过临界值、气压过低情况，不能及时消除表盘显示的故障。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在解决现有人工巡检过程中压力读数容易出现误差且不能实时掌握表盘运行情况的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种指针转换数字远程传输信号的表盘装置，装设于压力表中，包括：光栅角位移传感器、信号放大器、数字显示器、通信电路和远程接收单元；

光栅角位移传感器用于测量压力表的表盘的指针角度；

信号放大器用于将指针角度转换为指针读数并按设定比例进行放大处理；

数字显示器用于对指针角度和/或指针读数进行显示；

通信电路用于将经过放大处理的指针读数传输至远程接收单元；

远程接收单元用于将经过放大处理的指针读数传输至远程终端机。

进一步地，光栅角位移传感器具体包括：指示光栅和标尺光栅；

指示光栅设置在压力表的表盘刻度的零点位置，与表盘刻度的零点位置相重合；

标尺光栅设置在压力表的指针上，跟随指针转动。

进一步地，信号放大器中存储有转换对照表，转换对照表存储有光栅角位移传感器测量得到的指针角度与对应的指针读数之间的对应关系，信号放大器根据转换对照表中的对应关系将指针角度转换为指针读数。

进一步地，还包括：弹性凸出金属触头和报警单元；

弹性凸出金属触头、报警单元、标尺光栅和通信电路组成报警回路；

弹性凸出金属触头设置在表盘的设定刻度位置，标尺光栅转动至与弹性凸出金属触头接触时，报警回路接通；

报警单元在报警回路接通时通过通信电路发出告警闭锁信号。

进一步地，数字显示器具体包括：第一数字显示器和第二数字显示器；

第一数字显示器用于显示指针角度；

第二数字显示器用于显示指针读数。

进一步地，还包括：存储介质和信息读取模块；

存储介质用于存储经过放大处理的指针读数；

信息读取模块用于通过存储介质获取经过放大处理的指针读数。

进一步地，还包括：湿度传感器；

湿度传感器用于检测压力表内部的湿度并在湿度超过设定限值时将湿度信息通过通信电路和远程接收单元发送至远程终端机。

进一步地，通信电路具体为：

蓝牙通信电路、RFID通信电路、WIFI通信电路或ZigBee通信电路。

进一步地，还包括：弧形黑色遮阳罩电池板和内部电池；

弧形黑色遮阳罩电池板设置在表盘表面，用于将太阳能转换为电能并存储在内部电池中；

内部电池用于为通信电路和光栅角位移传感器供电。

综上，本发明提供了一种指针转换数字远程传输信号的表盘装置，该装置主要应用于压力表中，包括光栅角位移传感器、信号放大器、数字显示器、通信电路和远程接收单元。该装置通过在表盘内部装设光栅角位移传感器，不改变表盘的结构，由光栅角位移传感器测量出的指针的转动角度，继而通过信号放大器和数字显示器将指针的角度信息转换为读数信息并进行显示，再通过通信电路和远程接收单元将读数信息发送至远程操作终端，以便运维人员远程掌握压力表的状态。本发明由于采用了光栅角位移传感器测量读数，测量精度高、抗干扰能力强，消除了人为读数误差，并且将表盘指针读数进行远程传输，便于操作员实时掌握压力表的读数状态，及时消除表盘显示的故障。

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它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种指针转换数字远程传输信号的表盘装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的报警回路的结构示意图。

附图中：1-指示光栅，2-弹性凸出金属触头，3-标尺光栅，4-指针，5-表盘，6-压力表，7-二维码。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

压力表(英文名称：pressure gauge)是指以弹性元件为敏感元件，测量并指示高于环境压力的仪表，应用极为普遍，几乎遍及所有的工业流程和科研领域，在热力管网、油气传输、供水供气系统、车辆维修保养厂店等领域随处可见。尤其在工业过程控制与技术测量过程中，由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性，使得机械式压力表得到越来越广泛的应用。但是，普通的压力表只能显示对其所测压力的参数数据，无法实时在线向运维人员显示、提供所测的压力参数，且出现压力异常情况时，不能及时向运维人员提供预警信息。目前，解决上述缺陷方法是靠人为实时观察、报告，这就容易出现误差、偏差，甚至是操作失误等意外情况。变电站六氟化硫表、绕组温度表、油温温度表等各种指针读数表，这些表盘主要靠人工进行检查维护，人工检查维护主观意识较强，可能存在检查不到位、甚至误判情况，也不能实时掌握表盘运行情况，不能及时发现超过临界值、气压过低情况，不能及时消除表盘显示的故障。

基于此，本发明提供一种指针转换数字远程传输信号的表盘装置。

以下是对本发明的一种指针转换数字远程传输信号的表盘装置的实施例进行的详细介绍。

请参阅图1，本实施例提供一种指针转换数字远程传输信号的表盘装置，应用于压力表，包括：光栅角位移传感器、信号放大器、数字显示器、通信电路和远程接收单元。

在本实施例中，光栅角位移传感器用于测量压力表的表盘的指针角度。

需要说明的是，光栅角位移传感器是通过光栅副产生光信号的原理感受角位移量的。利用光栅角位移传感器测量指针角度具有很多优势，具体包括电磁兼容能力强，受干扰时测量值不大于一个脉冲数；可靠性高，平均无故障工作时间不少于3000h；精度高抗干扰能力较强，油污和灰尘不会影响它的可靠性。

在一些优选的实施例中，光栅角位移传感器具体设置为指示光栅1和标尺光栅3。指示光栅1设置在压力表6的表盘5刻度的零点位置，与表盘5刻度的零点位置相重合；标尺光栅3设置在压力表6的指针4上，跟随指针4转动。指示光栅1和标尺光栅3组成的光栅角位移传感器将测得的角度传输至后级模块进行处理。

在本实施例中，信号放大器用于将指针角度转换为指针读数并按设定比例进行放大处理。

需要说明的是，指针显示的读数与指针的角度成正比例关系。信号放大器根据这个确定的正比例关系即可将角度转换为指针读数。

在一些优选的实施例中，在信号放大器中存储转换对照表，转换对照表存储有光栅角位移传感器测量得到的指针角度与对应的指针读数之间的对应关系，信号放大器根据转换对照表中的对应关系将指针角度转换为指针读数。

具体的，该转换对照表运用Hough直线检测原理进行建立。Hough直线检测的核心思想是将在图像空间中的直线检测问题转换到参数空间中对点的检测问题，通过在参数空间里寻找峰值来确定直线。即，对于图像上的任意一点，计算经过该点的直线的可能的斜率k和截距b，当遍历完所有图像上的点后，对k-b进行统计，选出出现次数最多的k-b，有了斜率和截距后就可以确定一条直线。但是由于直角坐标系中垂直x轴方向的直线的斜率不存在，因此需要转化为极坐标系来计算。

其原理具体为：对于直角坐标系中的任意一点A(x,y)，经过点A的直线满足：y＝kx+b，那么在X-Y平面过点A(x_0,y_0)的直线簇可以表示为：y_0＝kx_0+b。则为了确定唯一的k值和b值，将其转化为参数空间ρ-θ，在极坐标系中表示为ρ＝x_0×cosθ+y_0×sinθ。则经过点(x_0,y_0)的所有可能直线在ρ-θ平面内可用一条曲线表示，图像上的每一个点对应ρ-θ平面上，这样定位到了表盘和指针，那么最后一步就是计算读数了，读数的计算利用夹角和量程算比例。

仪表的最终读数，取决于表盘圆心、指针偏移起始刻度的角度以及量程。在确定表盘圆心、指针方向以及量程后，才可以通过指针偏移角度来计算示数。那这里很重要的一点就是计算起始/终止刻度的位置。起始/终止刻度的确定可以根据刻度的位置关系来确定起始/终止刻度，在有了起始刻度，量程、圆心以及指针后，就可以计算读数了。计算公式如下：

式中：data表示指针读数，R为量程，α为刻度起点和终点与圆心所成的夹角，β为指针偏移刻度起点的角度。

对于不同的压力表，其量程R以及夹角α均是确定的。将不同的指针偏移刻度起点的角度β代入上式中即可得到对应的指针读数。利用该原理，对于不同压力表，信号放大器均能根据这种对应关系将指针角度转换为指针读数。

在本实施例中，数字显示器用于对指针角度和/或指针读数进行显示。

需要说明的是，数字显示器可以设置为包括第一数字显示器和第二数字显示器。其中第一数字显示器用于显示指针角度；第二数字显示器用于显示指针读数。

在本实施例中，通信电路用于将经过放大处理的指针读数传输至远程接收单元。

需要说明的是，通信电路可以为蓝牙通信电路、RFID通信电路、WIFI通信电路或ZigBee通信电路。

在本实施例中，远程接收单元用于将经过放大处理的指针读数传输至远程终端机。

在本实施例中，表盘装置还包括弹性凸出金属触头和报警单元。如图2所示，弹性凸出金属触头2、报警单元、标尺光栅3和通信电路组成报警回路。

弹性凸出金属触头2设置在表盘的设定刻度位置，标尺光栅3转动至与弹性凸出金属触头2接触时，报警回路接通；报警单元在报警回路接通时通过通信电路发出告警闭锁信号。具体的，根据设定的压力过低告警的压力过高告警的限制，将弹性凸出金属触头2设置在对应的刻度位置。当标尺光栅3转动到不同的位置与弹性凸出金属触头2接触时，报警单元根据该位置的对应设置发出对应的低压告警信号或高压告警信号，同时对于压力表在SF6断路器中应用时，报警单元还需负责发送断路器的闭锁信号。此外，报警单元可以设置为在发出对应告警信号的同时在现场发出声光报警信号。

在本实施例中，表盘装置还包括存储介质和信息读取模块。存储介质用于存储经过放大处理的指针读数；信息读取模块用于通过存储介质获取经过放大处理的指针读数。信息读取模块可以为二维码7等，存储介质与二维码7进行信息共享，信息共享方式可采用现有熟知技术。当通信电路或远程接收单元故障时，可以派巡检机器人巡检现场，通过扫描二维码获取压力表6的读数信息。

在本实施例中，表盘装置还包括湿度传感器。湿度传感器用于检测压力表内部的湿度并在湿度超过设定限值(该设定限值包括限时阀值和湿度检查值)时，将湿度信息通过通信电路和远程接收单元发送至远程终端机。当仪表盘内部持续出现水珠、凝露等水汽重的情况时，通过湿度传感器可以快速通知到运维人员，及时消除压力表的潮湿问题。

在本实施例中，表盘装置还包括弧形黑色遮阳罩电池板和内部电池。

弧形黑色遮阳罩电池板设置在表盘表面，用于将太阳能转换为电能并存储在内部电池中；内部电池用于为通信电路和光栅角位移传感器供电。

本实施例提供了一种指针转换数字远程传输信号的表盘装置，排除了物理干扰和天气干扰。通过在表盘内部指针装设光栅角位移传感器，不改变表盘的结构，纽扣电池给光栅位移传感器供电，检测输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。光栅角位移传感器将位移量和位移方向通过信号输出的方式反馈出来，但它不能直接显示出来，它还需要一个显示装置，简称它为数显显示箱，也称数显表，光栅角位移传感器和数显表连接在一起将数值反应给每一个操作者，光栅角位移传感器易实现数字化、精度高(分辨率最高的可达纳米级)、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点。利用光栅副产生光信号的原理由光栅角位移传感器感受角位移量并用光栅数显表显示其值的角度测量系统具有三大特性：一、电磁兼容能力，受干扰时示值变化量应不大于一个脉冲数；二、可靠性测量系统的平均无故障工作时间不少于3000h；三、精度高较强抗干扰能力，油污和灰尘不会影响它的可靠性。光栅角位移传感器转换的数据用蓝牙通信电路、RFID通信电路、WIFI通信电路或ZigBee通信电路传输到远程终端，实现巡视无人化。

另外，通过将光栅角位移传感器测量的角度转换为读数存储在存储介质中，数显显示器的数字显示于表盘上，巡检机器人巡检扫码识别数字读数，在远程传输信号失灵的情况下，可以用巡检机器人现场识读。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种指针转换数字远程传输信号的表盘装置，装设于压力表中，其特征在于，包括：光栅角位移传感器、信号放大器、数字显示器、通信电路和远程接收单元；

所述光栅角位移传感器用于测量所述压力表的表盘的指针角度；

所述信号放大器用于将所述指针角度转换为指针读数并按设定比例进行放大处理；

所述数字显示器用于对所述指针角度和/或所述指针读数进行显示；

所述通信电路用于将经过放大处理的所述指针读数传输至所述远程接收单元；

所述远程接收单元用于将所述经过放大处理的所述指针读数传输至远程终端机。

2.根据权利要求1所述的指针转换数字远程传输信号的表盘装置，其特征在于，所述光栅角位移传感器具体包括：指示光栅和标尺光栅；

所述指示光栅设置在所述压力表的表盘刻度的零点位置，与所述表盘刻度的零点位置相重合；

所述标尺光栅设置在所述压力表的指针上，跟随所述指针转动。

3.根据权利要求2所述的指针转换数字远程传输信号的表盘装置，其特征在于，所述信号放大器中存储有转换对照表，所述转换对照表存储有所述光栅角位移传感器测量得到的所述指针角度与对应的指针读数之间的对应关系，所述信号放大器根据所述转换对照表中的对应关系将所述指针角度转换为指针读数。

4.根据权利要求2所述的指针转换数字远程传输信号的表盘装置，其特征在于，还包括：弹性凸出金属触头和报警单元；

所述弹性凸出金属触头、报警单元、所述标尺光栅和所述通信电路组成报警回路；

所述弹性凸出金属触头设置在所述表盘的设定刻度位置，所述标尺光栅转动至与所述弹性凸出金属触头接触时，所述报警回路接通；

所述报警单元在所述报警回路接通时通过所述通信电路发出告警闭锁信号。

5.根据权利要求1所述的指针转换数字远程传输信号的表盘装置，其特征在于，所述数字显示器具体包括：第一数字显示器和第二数字显示器；

所述第一数字显示器用于显示所述指针角度；

所述第二数字显示器用于显示所述指针读数。

6.根据权利要求1所述的指针转换数字远程传输信号的表盘装置，其特征在于，还包括：存储介质和信息读取模块；

所述存储介质用于存储所述经过放大处理的所述指针读数；

所述信息读取模块用于通过所述存储介质获取所述经过放大处理的所述指针读数。

7.根据权利要求1所述的指针转换数字远程传输信号的表盘装置，其特征在于，还包括：湿度传感器；

所述湿度传感器用于检测所述压力表内部的湿度并在所述湿度超过设定限值时将湿度信息通过所述通信电路和所述远程接收单元发送至所述远程终端机。

8.根据权利要求1所述的指针转换数字远程传输信号的表盘装置，其特征在于，所述通信电路具体为：

蓝牙通信电路、RFID通信电路、WIFI通信电路或ZigBee通信电路。

9.根据权利要求1所述的指针转换数字远程传输信号的表盘装置，其特征在于，还包括：弧形黑色遮阳罩电池板和内部电池；

所述弧形黑色遮阳罩电池板设置在所述表盘表面，用于将太阳能转换为电能并存储在所述内部电池中；

所述内部电池用于为所述通信电路和所述光栅角位移传感器供电。

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