CN116295693A - 一种通过光电转换的无磁传感器及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过光电转换的无磁传感器及其测量方法，包括水表本体、以及设置在水表本体上检测水表指针转动圈数和方向的监测机构，监测机构包括两个相互平行设置在水表本体上的转盘、一端固定连接设置在水表本体内的转盘端面中心位置另一端连接水表本体指针的转轴、以及设置在两个转盘相邻端面上的监测组件；两个转盘至少一个设置在水表本体内；监测组件包括分别设置在两个转盘相邻一端端面上的检测件和反射件，检测件用于发射光源到反射件上，并采集经反射件发射的光线；本发明可以便捷的对水流进行计量，实现了水流正反转的计量，也避免了外部磁场的干扰。

Description

一种通过光电转换的无磁传感器及其测量方法

技术领域

本发明涉及计量器具技术领域，具体为一种通过光电转换的无磁传感器及其测量方法。

背景技术

远传水表是普通机械水表加上电子采集发讯模块而组成，电子模块完成信号采集、数据处理、存储并将数据通过通信线路上传给中继器、或手持式抄表器；表体采用一体设计，它可以实时的将用户用水量记录并保存，或者直接读取当前累计数，每块水表都有唯一的代码，当智能水表接收到抄表指令后可即时将水表数据上传给管理系统；

现有技术中，远程水表的计量方式包括脉冲计量方式和光电感应计量方式，脉冲计量方式是采用无磁感应原理将机械表齿轮转动或指针的转动转化为电脉冲信号，其在工作的过程均是通过在水表的叶轮上设置半圆形抗磁不锈钢片以及多个电感，不锈钢片转动的过程中，电感产生的阻尼波形不同，通过多个电感阻尼波形的不同，通过电感产生的阻尼波形的周期性变化进而实现对水表叶片转数的检测，最终实现水量检测；这种方式存在着一定的缺陷，一方面，电感等原件的工作容易受到外部磁场的干扰，另一方面，电感等原件的工作同样会产生磁场，进而使远传水表的测量数据存在一定的误差；其中光电感应计量方式的水表是在普通水表的计数器字轮印刷0-9位置的外缘印刷特定标记，在其外围固定光电传感器及相关电路。外部供电读表时，通过光电传感器判断特定标记“有”和“无”的状态，通过组合编码判断以获得字轮的读数(表计的窗口值)，仅可以对水量进行检测，并不可以对水流的正反转进行计量。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种通过光电转换的无磁传感器及其测量方法，可以便捷的对水流进行计量，实现了水流正反转的计量，也避免了外部磁场的干扰。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种通过光电转换的无磁传感器及其测量方法，包括水表本体、以及设置在水表本体上检测水表指针转动圈数和方向的监测机构，监测机构包括两个相互平行设置在水表本体上的转盘、一端固定连接设置在水表本体内的转盘端面中心位置另一端连接水表本体指针的转轴、以及设置在两个转盘相邻端面上的监测组件；两个转盘至少一个设置在水表本体内；

监测组件包括分别设置在两个转盘相邻一端端面上的检测件和反射件，检测件用于发射光源到反射件上，并采集经反射件发射的光线。

优选的，检测件包括设置在两个转盘相邻一端端面其中一个端面上的发光源和光敏传感器，发光源位于转盘端面中心位置，且至少三个光敏传感器呈圆周阵列围绕发光源设置在转盘端面上。

优选的，反射件包括设置在另一个转盘临近发光源一端端面上与光敏传感器相对应位置的反光块，反光块临近转盘一端端面上设置有反光材料，且两个转盘至少一个相邻端面上设置有吸光材料。

优选的，设置发光源和光敏传感器的转盘通过固定装置安装水表本体上，且转盘位于水表表盖的上端面上；设置在水表本体内且通过转轴连接指针的转盘位于表盖上端面上设置转盘的下方。

优选的，检测件包括设置在两个转盘相邻一端端面其中一个端面上的发光源和光敏传感器，发光源位于转盘端面中心位置，且光敏传感器位于转盘端面的一侧位置。

优选的，反射件包括设置在另一个转盘临近发光源一端端面上的反光块，至少三个反光块呈圆周阵列设置在转盘端面上，且反光块临近转盘一端端面上设置有反光材料；每个反光材料的反射系数各不相同；两个转盘至少一个相邻端面上设置有吸光材料。

优选的，水表本体包括内部开设表槽的表头、以及设置在表头上的表盖，表槽内设置的指针通过传动件与设置在表槽内设置桨叶的转动杆连接；表槽位于转动杆的下方设置有密封板，且密封板与表槽形成密封空间内设置两个转盘，位于上方的转盘上端面通过活动贯穿密封板的转轴连接转动杆。

优选的，光敏传感器设置在转盘临近另一个转盘端面开设透光槽的底壁上。

优选的，第一步：在两个转盘相邻一端端面其中一个端面上设置发光源和光敏传感器，另一个转盘临近发光源的端面上设置有一个反光块，至少三个光敏传感器围绕发光源呈圆周阵列设置；

第二步：将两个转盘相互平行设置在表槽内，且其中一个通过转轴与指针连接另一个固定设置在表槽内；

第三步：将光敏传感器采集到的数据经过ADC传递到MCU上；

第四步：MCU通过获取的数据判断指针转动的圈数及方向。

优选的，指针转动的圈数及方向的判定过程如下：

步骤一：将至少三个光敏传感器分别进行标记为光敏传感器一、光敏传感器二、光敏传感器三、……光敏传感器n；

步骤二：在两个转盘之间发生转动，光敏传感器检测到经过反光块上反光材料反射的光线时，光敏传感器将数据经过ADC传输到MCU；

步骤三：MCU获取数据，在光敏传感器一、光敏传感器二、光敏传感器三依次检测到信号，并随后再检测到光敏传感器一的信号则判定转盘沿顺时针转动一圈；在光敏传感器三、光敏传感器二、光敏传感器一依次检测到信号，并随后再检测到光敏传感器三的信号则判定转盘沿逆时针转动一圈。

本发明的有益效果：其中直接将两个转盘平行设置在表槽内，且将其中一个转盘通过转轴与水表本体内指针连接诶，从而便于使其中一个转盘与指针进行同步转动，从而便于使两个转盘之间进行相对转动，且两个转盘相邻端面上设置有检测件和反射件，其中检测件通过发射光线经过反射件反射再被检测件获取，从而便于对两个转盘之间的相对转动的圈数以及转动的方向进行监测，可以便捷的对水表内经过的水流进行计量，实现了水流正反转的计量，也避免了外部磁场的干扰。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明提出的通过光电转换的无磁传感器安装于水表本体内部结构示意图。

图2为本发明提出的通过光电转换的无磁传感器安装于水表本体内部截面结构示意图。

图3为本发明的监测机构第一种情况结构示意图。

图4为本发明的监测机构第二种情况结构示意图。

图5为本发明的电子模块组成结构示意图。

图中：1、表头；2、表盖；3、表槽；4、转动杆；5、桨叶；6、密封板；7、转轴；8、转盘；9、光敏传感器；10、发光源；11、反光块。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。

请参阅图1-4，一种通过光电转换的无磁传感器及其测量方法，包括水表本体、以及设置在水表本体上检测水表指针转动圈数和方向的监测机构，监测机构包括两个相互平行设置在水表本体上的转盘8、一端固定连接设置在水表本体内的转盘8端面中心位置另一端连接水表本体指针的转轴7、以及设置在两个转盘8相邻端面上的监测组件；两个转盘8至少一个设置在水表本体内；

监测组件包括分别设置在两个转盘8相邻一端端面上的检测件和反射件，检测件用于发射光源到反射件上，并采集经反射件发射的光线。

如图1-4所示，其中直接将一个转盘8安装于水表本体表槽内，避免了对水表本体内部的结构进行改变，提高了装置的实用性，且其中一个转盘8通过转轴7与水表本体内的指针连接，从而便于使转盘8与指针进行同步转动，从而便于使两个转盘8之间进行相对转动，且两个转盘8相邻一端端面上分别设置有检测件和反射件，检测件发射的光线经过设置在另一个转盘8上的反射件将光线反射到检测件上，通过检测件便于获取光线的信号数据，从而便于对两个转盘8之间转动的圈数以及转动的方向数据进行记录，即便于对水表本体内指针的转动方向即圈数进行获取，可以便捷的对水表本体内水流进行计量，实现了水流正反转的计量，也避免了外部磁场的干扰。

检测件包括设置在两个转盘8相邻一端端面其中一个端面上的发光源10和光敏传感器9，发光源10位于转盘8端面中心位置，且至少三个光敏传感器9呈圆周阵列围绕发光源10设置在转盘8端面上。

如图3所示，所示，其中发光源10采用点光源，例如直接可以采用LED灯。

反射件包括设置在另一个转盘8临近发光源10一端端面上与光敏传感器9相对应位置的反光块11，反光块11临近转盘8一端端面上设置有反光材料，且两个转盘8至少一个相邻端面上设置有吸光材料。

如图1-3所示，其中发光源10发出的光线经过设置在另一个转盘8上的反光块11端面上设置的反光材料进行反射再被设置在转盘8上的光敏传感器9采集到，从而在设置在转盘8上的三个光敏传感器9均采集到反射的光线后，此时连接指针的转盘8转动一圈，从而便于对指针转动的圈数进行采集，将三个光敏传感器9进行标号例如光敏传感器一、光敏传感器二和光敏传感器三，当光敏传感器一、光敏传感器二和光敏传感器三依次采集到反光块11反射的光线时，此时指针转动按顺时针转动一圈；当光敏传感器三、光敏传感器二和光敏传感器一依次采集到反光块11反射的光线时，此时指针转动按逆时针转动一圈，可以便捷的对水表本体内水流进行计量，实现了水流正反转的计量，也避免了外部磁场的干扰。

设置发光源10和光敏传感器9的转盘8通过固定装置安装水表本体上，且转盘8位于水表表盖2的上端面上；设置在水表本体内且通过转轴7连接指针的转盘8位于表盖2上端面上设置转盘8的下方。

其中直接将设置发光源10和光敏传感器9的转盘8通过固定装置直接安装在水表本体上，便于直接通过两个转盘8之间的转动，从而便于检测水流的方向和流速。

光敏传感器9设置在转盘8临近另一个转盘8端面开设透光槽的底壁上。

其中开设的透光槽具有聚光作用，便于反光块11反射的光线通过透光槽进入到光敏传感器9上，便于光敏传感器9采集到反射的光线。

其中转盘8端面上围绕发光源10呈圆周阵列设置至少三个光敏传感器9时，测量方法包括以下步骤：

第一步：在两个转盘8相邻一端端面其中一个端面上设置发光源10和光敏传感器9，另一个转盘8临近发光源10的端面上设置有一个反光块11，至少三个光敏传感器9围绕发光源10呈圆周阵列设置；

第二步：将两个转盘8相互平行设置在表槽3内，且其中一个通过转轴7与指针连接另一个固定设置在表槽3内；

第三步：将光敏传感器9采集到的数据经过ADC传递到MCU上；

第四步：MCU通过获取的数据判断指针转动的圈数及方向。

指针转动的圈数及方向的判定过程如下：

步骤一：将至少三个光敏传感器9分别进行标记为光敏传感器一、光敏传感器二、光敏传感器三、……光敏传感器n；

步骤二：在两个转盘8之间发生转动，光敏传感器9检测到经过反光块上反光材料反射的光线时，光敏传感器9将数据经过ADC传输到MCU；

步骤三：MCU获取数据，在光敏传感器一、光敏传感器二、光敏传感器三依次检测到信号，并随后再检测到光敏传感器一的信号则判定转盘8沿顺时针转动一圈；在光敏传感器三、光敏传感器二、光敏传感器一依次检测到信号，并随后再检测到光敏传感器三的信号则判定转盘8沿逆时针转动一圈。

检测件包括设置在两个转盘8相邻一端端面其中一个端面上的发光源10和光敏传感器9，发光源10位于转盘8端面中心位置，且光敏传感器9位于转盘8端面的一侧位置。反射件包括设置在另一个转盘8临近发光源10一端端面上的反光块11，至少三个反光块11呈圆周阵列设置在转盘8端面上，且反光块11临近转盘8一端端面上设置有反光材料；每个反光材料的反射系数各不相同；两个转盘8至少一个相邻端面上设置有吸光材料。

如图4所示，其中仅仅设置一个光敏传感器9，在发光源10发出光线在反光块11的作用先将光线反射到光敏传感器9上时，光敏传感器9在依次检测到三个反光块11反射的光线时，此时指针转动一圈，其中三个反光块11上设置在反光材料反射系数逐渐减小，例如三个反光材料依次使用黑色、黄色和白色的反光材料时，将发光源10发出的光线反射到光敏传感器9上的光线不同，因此在依次检测到反光块11上由大到小反光系数反射的光线时，此时转盘8顺时针转动一圈，即指针顺时针转动一圈；光敏传感器9依次检测到反光块11上由小到大反光系数反射的光线时，此时转盘8逆时针转动一圈，即指针逆时针转动一圈；可以便捷的对水表本体内水流进行计量，实现了水流正反转的计量，也避免了外部磁场的干扰；相比于通过三个光敏传感器9对经过一个反光块11检测光线减少了能耗。

水表本体包括内部开设表槽3的表头1、以及设置在表头1上的表盖2，表槽3内设置的指针通过传动件与设置在表槽3内设置桨叶5的转动杆4连接；表槽3位于转动杆4的下方设置有密封板6，且密封板6与表槽3形成密封空间内设置两个转盘8，位于上方的转盘8上端面通过活动贯穿密封板6的转轴7连接转动杆4。

如图2所示，其中转盘8也可以通过转轴7与设置桨叶5的转动杆4进行连接，从而在水流经过水表带动设置桨叶5的转动杆4进行转动时，从而便于直接通过两个转盘8之间的转动方向和转动圈数直接检测转动杆4的转动方向和圈数，可以便捷的对水表本体内水流进行计量，实现了水流正反转的计量，也避免了外部磁场的干扰。

其中装置内的电子模块是光敏传感器9通过ADC连接MCU，光敏传感器9在工作时检测反射块11反射光的模拟量通过ADC转换为数字量，MCU记录转换后的数据并进行算法计算；MCU可通过光敏传感器感知到转盘转动的圈数和转动方向。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种通过光电转换的无磁传感器，包括水表本体、以及设置在水表本体上检测水表指针转动圈数和方向的监测机构，其特征在于，监测机构包括两个相互平行设置在水表本体上的转盘(8)、一端固定连接设置在水表本体内的转盘(8)端面中心位置另一端连接水表本体指针的转轴(7)、以及设置在两个转盘(8)相邻端面上的监测组件；两个转盘(8)至少一个设置在水表本体内；

监测组件包括分别设置在两个转盘(8)相邻一端端面上的检测件和反射件，检测件用于发射光源到反射件上，并采集经反射件发射的光线。

2.根据权利要求1的一种通过光电转换的无磁传感器，其特征在于：检测件包括设置在两个转盘(8)相邻一端端面其中一个端面上的发光源(10)和光敏传感器(9)，发光源(10)位于转盘(8)端面中心位置，且至少三个光敏传感器(9)呈圆周阵列围绕发光源(10)设置在转盘(8)端面上。

3.根据权利要求2的一种通过光电转换的无磁传感器，其特征在于：反射件包括设置在另一个转盘(8)临近发光源(10)一端端面上与光敏传感器(9)相对应位置的反光块(11)，反光块(11)临近转盘(8)一端端面上设置有反光材料，且两个转盘(8)至少一个相邻端面上设置有吸光材料。

4.根据权利要求3的一种通过光电转换的无磁传感器，其特征在于：设置发光源(10)和光敏传感器(9)的转盘(8)通过固定装置安装水表本体上，且转盘(8)位于水表表盖(2)的上端面上；设置在水表本体内且通过转轴(7)连接指针的转盘(8)位于表盖(2)上端面上设置转盘(8)的下方。

5.根据权利要求1的一种通过光电转换的无磁传感器，其特征在于：检测件包括设置在两个转盘(8)相邻一端端面其中一个端面上的发光源(10)和光敏传感器(9)，发光源(10)位于转盘(8)端面中心位置，且光敏传感器(9)位于转盘(8)端面的一侧位置。

6.根据权利要求5的一种通过光电转换的无磁传感器，其特征在于：反射件包括设置在另一个转盘(8)临近发光源(10)一端端面上的反光块(11)，至少三个反光块(11)呈圆周阵列设置在转盘(8)端面上，且反光块(11)临近转盘(8)一端端面上设置有反光材料；每个反光材料的反射系数各不相同；两个转盘(8)至少一个相邻端面上设置有吸光材料。

7.根据权利要求2至6中任意一项的一种通过光电转换的无磁传感器，其特征在于：水表本体包括内部开设表槽(3)的表头(1)、以及设置在表头(1)上的表盖(2)，表槽(3)内设置的指针通过传动件与设置在表槽(3)内设置桨叶(5)的转动杆(4)连接；表槽(3)位于转动杆(4)的下方设置有密封板(6)，且密封板(6)与表槽(3)形成密封空间内设置两个转盘(8)，位于上方的转盘(8)上端面通过活动贯穿密封板(6)的转轴(7)连接转动杆(4)。

8.根据权利要求7的一种通过光电转换的无磁传感器，其特征在于：光敏传感器(9)设置在转盘(8)临近另一个转盘(8)端面开设透光槽的底壁上。

9.一种通过光电转换的无磁传感器测量方法，其特征在于：根据权利要求1至4中任意一项的一种通过光电转换的无磁传感器，测量方法包括以下步骤：

第一步：在两个转盘(8)相邻一端端面其中一个端面上设置发光源(10)和光敏传感器(9)，另一个转盘(8)临近发光源(10)的端面上设置有一个反光块(11)，至少三个光敏传感器(9)围绕发光源(10)呈圆周阵列设置；

第二步：将两个转盘(8)相互平行设置在表槽(3)内，且其中一个通过转轴(7)与指针连接另一个固定设置在表槽(3)内；

第三步：将光敏传感器(9)采集到的数据经过ADC传递到MCU上；

第四步：MCU通过获取的数据判断指针转动的圈数及方向。

10.根据权利要求9的一种通过光电转换的无磁传感器测量方法，其特征在于：指针转动的圈数及方向的判定过程如下：

步骤一：将至少三个光敏传感器(9)分别进行标记为光敏传感器一、光敏传感器二、光敏传感器三、……光敏传感器n；

步骤二：在两个转盘8之间发生转动，光敏传感器(9)检测到经过反光块上反光材料反射的光线时，光敏传感器(9)将数据经过ADC传输到MCU；

步骤三：MCU获取数据，在光敏传感器一、光敏传感器二、光敏传感器三依次检测到信号，并随后再检测到光敏传感器一的信号则判定转盘(8)沿顺时针转动一圈；在光敏传感器三、光敏传感器二、光敏传感器一依次检测到信号，并随后再检测到光敏传感器三的信号则判定转盘(8)沿逆时针转动一圈。

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