CN207317874U - 一种识别磁场干扰的智能采样计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种识别磁场干扰的智能采样计量装置，属于燃气表技术领域，解决了现有技术中外界磁场干扰识别不准确技术问题，本实用新型中智能采样计量装置，包括计量装置和采样装置，所述计量装置包括计量码盘和安装在计量码盘上的磁体，采样装置包括控制板和设在控制板的传感器组，传感器组包括分布在两个同心圆上的第一传感器组和第二传感器组，第一传感器组和第二传感器组分别包括分布在同一圆周上的若干传感器，磁体在控制板上的投影位于两个同心圆之间的区域内，计量码盘带动磁体转动，磁体转动引起传感器组内磁信号状态变化，通过传感器组磁信号状态变化以实现外界干扰磁场的判断。

Description

一种识别磁场干扰的智能采样计量装置

【技术领域】

本实用新型涉及燃气表技术领域，尤其涉及一种智能采样计量装置。

【背景技术】

现有技术中智能采样计量装置一般通过控制器判断磁传感器发送的磁信号来进行流量计量，这样一来，智能采样计量装置便会面对外界磁场干扰的问题，那么如何能够在任意磁场干扰情况下识别出有外界磁场干扰，就成为流量计量设备的关键。

以燃气表为例，目前使用磁传感器件作为计量信号来源的燃气表基本都是使用两个磁传感器或者三个磁传感器实现的。其检测外界磁场攻击的方式有分为两种，一种是特定磁传感器用于检测外界磁场攻击，其余磁传感器作为计量传感器。另一种方式是所有的磁传感器既作为计量传感器，同时又作为外部磁攻击检测器件使用，其实现方式是当多个磁传感器同时检测到磁信号时，判定设备受到外界磁场攻击。这些方案中用于计量的磁传感器大多以均匀间隔或对称排列的。

具体的，第一种检测外界磁场攻击的方式为采用两个磁传感器计量，两个磁传感器包括A磁传感器和B磁传感器，在受到外界磁场干扰时，当外界磁场强度达到一定程度后，其磁场覆盖范围内的A磁传感器始终处于激活状态，即使计量磁钢转动到A磁传感器附近时，计量磁钢的磁场会抵消一部分外界磁场，但衰减后的外界磁场仍然能够激活A磁传感器。而在B磁传感器处，由于距离外界磁场源较远，磁场强度减弱，当计量磁钢转动到B磁传感器附近时，其磁场抵消外界磁场后的剩余场强不足以激活B磁传感器，即会导致流量计量设备误以为目前没有流量产生，而实际上流量却存在，从而造成计量误差。

为了能够容易识别外界磁场干扰，因此增加了额外专门用于检测外界磁场攻击的磁传感器。此磁传感器要不受计量磁钢磁场的影响，只检测外界磁场，因此这种方式只能够识别某个方向的外界磁场干扰，而其他方向引入的外界磁场仍然能够干扰计量。

第二种检测外界磁场攻击的方式为三磁阻计量方案，三个磁传感器既作为计量使用，同时也用于检测外界磁场干扰，三个磁传感器互呈120°夹角放置，正常情况下，计量磁钢转动，三个磁传感器依次被激活，当受到外界磁场干扰时，任意两个及以上磁传感器同时处于激活状态，判定受到外界磁场干扰。按照三个磁传感器围成的等边三角形，取任意一角对应做中垂线，并将之延长，在其延长线上加载一定强度的外界磁场，在这种情况下便无法达到识别外界磁场干扰的目的，导致漏检。

综上所述，在目前使用的各种计量方案中，常规的两个计量磁传感器的方案极易受到外界磁场干扰计量失效，两个计量磁传感器配合一个检测磁传感器的设计有一个面无法准确识别外部磁干扰，三个磁传感器方案，在几个特殊位置无法准确识别磁干扰。因此上述方式都不能完全可靠的识别外界磁场干扰，从而有一定的风险导致计量误差。

【实用新型内容】

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种识别磁场干扰的智能采样计量装置及识别方法，能够有效提高外界磁场干扰的识别准确度。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种识别磁场干扰的智能采样计量装置，包括计量装置和采样装置，所述计量装置包括计量码盘和安装在计量码盘上的磁体，所述采样装置包括控制板和设在控制板的传感器组，所述传感器组包括分布在两个同心圆上的第一传感器组和第二传感器组，所述第一传感器组和第二传感器组分别包括分布在同一圆周上的若干传感器，所述磁体在所述控制板上的投影位于两个同心圆之间的区域内，计量码盘带动磁体转动，磁体转动引起传感器组内磁信号状态变化，通过传感器组磁信号状态变化以实现外界干扰磁场的判断。

进一步的，所述第一传感器组所在圆周的半径为R1，所述第二传感器组所在圆周的半径为R2，所述磁体在所述控制板上的投影与圆心的距离为R，满足R2＜R＜R1，且R1-R＜R-R2。

更进一步的，所述计量码盘带动磁体转动时，所述磁体的转动轨迹为与所述两个同心圆同心设置的圆形。

更进一步的，所述第一传感器组包括两个周向均匀分布的传感器，所述第二传感器组包括两个周向均匀分布的传感器。

更进一步的，所述第一传感器组中的两个传感器和第二传感器组中的两个传感器位于同一直线上。

更进一步的，所述第一传感器组包括两个周向均匀分布的传感器，所述第二传感器组包括两个传感器，第二传感器组内的两个传感器对称分布在第一传感器组中任一一个传感器的两侧。

进一步的，所述传感器为干簧管或霍尔元件或磁阻，所述磁体为磁铁或磁钢。

本实用新型的有益效果：

本实用新型中的传感器器组包括分布在两个同心圆上的第一传感器组和第二传感器组，第一传感器组和第二传感器组分别包括分布在同一圆周上的若干传感器，磁体在控制板上的投影位于两个同心圆之间的区域内。如此设计，可使第一传感器组与外界磁场的距离不同于第二传感器组与外界磁场的距离，从而使外界磁场在第一传感器组和第二传感器组处产生的磁场强度不同，尤其是在外界磁场与磁体所产生的磁场极性相反的情况下，由于外界磁场会对磁体产生的磁场进行不同的抵消，因此可以保证两个传感器组所处位置经磁场抵消后具有不同的磁场强度，以便于在第一传感器组或第二传感器组中的一个磁传感器在磁信号状态不变的情况下，其他的磁传感器变化仍然能够感受到磁信号的状态变化，以此判断磁场干扰，避免误判；同时，由于每个传感器组均包括分布在同一圆周上的若干传感器，因此可以进行多方向的外界磁场识别，避免设置单一传感器造成只能识别某一方向外界磁场干扰的问题，从而达到提高外界磁场干扰的识别准确度的效果。

第一传感器组所在圆周的半径为R1，第二传感器组所在圆周的半径为R2，磁体在控制板上的投影与圆心的距离为R，满足R2＜R＜R1，且R1-R＜R-R2。如此一来，能够使磁体对两个同心圆上相邻的两个传感器产生不同的磁场强度，以使两个传感器在磁体转动时能够依次感应到磁信号，避免了两个传感器同时感应到磁信号，而剩余所有传感器始终感受不到信号状态的情况下，控制器无法判断是有外界磁场干扰或是磁体静止在两个传感器之间，由此可知，通过两个传感器在磁体转动时能够依次感应到磁信号可以排除磁体静止在两个传感器之间的状况，从而可以判断存在外界磁场干扰，进一步提高了外界磁场干扰的识别准确度。

第一传感器组包括两个周向均匀分布的传感器，第二传感器组包括两个周向均匀分布的传感器。如此设计，既能够减少传感器的数量，又能够避免集中分布时造成只能识别某一方向上的外界磁场干扰或者误判的现象。

第一传感器组中的两个传感器和第二传感器组中的两个传感器位于同一直线上。如此设计，便于组装人员的装配，同时也不妨碍控制板上其他结构的布置和设计。

第一传感器组包括两个周向均匀分布的传感器，第二传感器组包括两个传感器，第二传感器组内的两个传感器对称分布在第一传感器组中任一一个传感器的两侧。如此设计，可以满足器件不同的安装布局和性能要求。

本实用新型的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

图1为本实用新型实施例一中智能采样计量装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一中传感器和磁体的分布示意图；

图3为本实用新型实施例一中外界磁场中心处于D区域内时的示意图；

图4为本实用新型实施例一中外界磁场中心位于x轴上时的示意图；

图5为本实用新型实施例二中传感器和磁体的分布示意图；

图6为本实用新型实施例三中传感器和磁体的分布示意图。

【具体实施方式】

下面结合本实用新型实施例的附图对本实用新型实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅仅为本实用新型的优选实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型公开了一种识别磁场干扰的智能采样计量装置，包括计量装置和采样装置，所述计量装置包括计量码盘和安装在计量码盘上的磁体，所述采样装置包括控制板和设在控制板的传感器组，所述传感器组包括分布在两个同心圆上的第一传感器组和第二传感器组，所述第一传感器组和第二传感器组分别包括分布在同一圆周上的若干传感器，所述磁体在所述控制板上的投影位于两个同心圆之间的区域内，计量码盘带动磁体转动，磁体转动引起传感器组内磁信号状态变化，通过传感器组磁信号状态变化以实现外界干扰磁场的判断。如此设计，可使第一传感器组与外界磁场的距离不同于第二传感器组与外界磁场的距离，从而使外界磁场在第一传感器组和第二传感器组处产生的磁场强度不同，尤其是在外界磁场与磁体所产生的磁场极性相反的情况下，由于外界磁场会对磁体产生的磁场进行不同的抵消，因此可以保证两个传感器组所处位置经磁场抵消后具有不同的磁场强度，以便于在第一传感器组或第二传感器组中的一个磁传感器在磁信号状态不变的情况下，其他的磁传感器变化仍然能够感受到磁信号的状态变化，以此判断磁场干扰，避免误判；同时，由于每个传感器组均包括分布在同一圆周上的若干传感器，因此可以进行多方向的外界磁场识别，避免设置单一传感器造成只能识别某一方向外界磁场干扰的问题，从而达到提高外界磁场干扰的识别准确度的效果。

实施例一、

如图1至2所示，本实施例中的智能采样计量装置可为燃气表或计量表，包括计量装置和采样装置，计量装置包括计量码盘11和安装在计量码盘11上的磁体10，磁体10为磁铁或磁钢，本实施例中优选磁钢，采样装置包括控制板(图中未示出)和设在控制板上的传感器组，传感器组安装在控制板与计量码盘11相对的侧面上，本优选实施例中的传感器组包括分布在两个同心圆上的第一传感器组和第二传感器组，第一传感器组和第二传感器组分别包括分布在同一圆周上的若干传感器，磁钢在控制板上的投影位于两个同心圆之间的区域内，计量码盘11带动磁钢转动，磁钢转动引起传感器组内磁信号状态变化，通过传感器组磁信号状态变化以实现外界干扰磁场的判断。计量装置和采样装置的其他结构可参照现有技术设计，在此不再详述。

本实施例中若干是指大于等于2的正整数，为了减少传感器的数量和降低成本，本实施例中的第一传感器组和第二传感器组各包括两个传感器，两组中的四个传感器为同型号且磁感应特性相同，传感器可为干簧管或霍尔元件或磁阻，本实施例中的传感器优选干簧管，当干簧管所处位置的磁场强度|B|大于等于X时，干簧管感应到磁信号，若干簧管所处位置的磁场强度|B|小于X时，则干簧管感应不到磁信号，控制板上设有控制器，控制器实时接收干簧管发送的磁信号，并根据两个传感器组磁信号状态变化以实现外界干扰磁场的判断。

第一传感器组内的两个传感器周向间隔均匀分布，第二传感器组内的两个传感器周向间隔均匀分布，且四个传感器位于同一直线上，以此便于组装人员的装配，同时也不妨碍控制板上其他结构的布置和设计。四个传感器在图2中自上而下分别为传感器a、传感器b、传感器c和传感器d。

本实施例中的第一组磁传感器所在的圆周半径为R1，第二传感器组所在圆周的半径为R2，磁钢在控制板上的投影与圆心的距离为R，磁钢的转动轨迹为与两个同心圆同心设置的圆形，满足R2＜R＜R1，且R1-R＜R-R2。如此一来，能够使磁钢对传感器a和传感器b产生不同的磁场强度，以使两个传感器在磁钢转动时能够依次感应到磁信号，避免了两个传感器同时感应到磁信号，而剩余所有传感器始终感受不到信号状态的情况下，控制器无法判断是有外界磁场干扰或是磁钢静止在两个传感器之间，由此可知，通过两个传感器在磁钢转动时能够依次感应到磁信号可以排除磁钢静止在两个传感器之间的状况，从而可以判断存在外界磁场干扰，进一步提高了外界磁场干扰的识别准确度。

由于R1-R＜R-R2，因此传感器a和传感器d的激活圆心角α大于传感器b和传感器c的激活圆心角β，也就是在无外界磁场干扰时，磁钢运动至激活圆心角α范围内时即可使干簧管感应到磁信号；同理，磁钢运动至激活圆心角β范围内时即可使干簧管感应到磁信号。

本实用新型还公开了一种智能采样计量装置磁场干扰的识别方法，所述智能采样计量装置包括上述优选技术方案所述的智能采样计量装置，识别方法包括：若第一传感器组或第二传感器组中至少有两个传感器同时感应到磁信号，则判断存在磁场干扰；若第一传感器组和/或第二传感器组中只有一个传感器始终感应到磁信号，而剩余所有传感器中至少有一个传感器能够感应到磁信号状态变化，则判断存在磁场干扰；若第一传感器组或第二传感器组中所有传感器均未感应到磁信号，另一传感器组中至少有一个传感器能够感应到磁信号状态变化，则判断存在磁场干扰。

由此可知，本实用新型的识别方法包括三种识别机制：

第一种识别机制：若第一传感器组或第二传感器组中至少有两个传感器同时感应到磁信号，则判断存在磁场干扰。

第二种识别机制：若第一传感器组和/或第二传感器组中只有一个传感器始终感应到磁信号，而剩余所有传感器中至少有一个传感器能够感应到磁信号状态变化，则判断存在磁场干扰。

第三种识别机制：若第一传感器组或第二传感器组中所有传感器均未感应到磁信号，另一传感器组中至少有一个传感器能够感应到磁信号状态变化，则判断存在磁场干扰。

下面将以具体的实施例对三种识别机制进行详细介绍：

如图3所示，按照x，y轴将圆分为ABCD四个区域，AB与CD对称。

在没有外界磁场干扰情况下，磁钢绕圆心旋转的过程中，当磁钢靠近干簧管，即磁钢转动到激活圆心角α范围内时，磁钢在干簧管处产生的磁场强度|B|大于等于X，干簧管感应到磁信号，当磁钢继续转动至远离干簧管的其他位置时，即位于活圆心角α范围外，磁钢在干簧管处产生的磁场强度|B|小于X，此时干簧管感应不到磁信号。由此可知，在磁钢正常转动时，若不存在外界磁场干扰，则第一传感器组内的传感器a和传感器d依次感应到磁信号，且当传感器a和传感器d其中之一感应到磁信号时，另一个感应不到磁信号；第二传感器组内的传感器b和传感器c依次感应到磁信号，且当传感器b和传感器c其中之一感应到磁信号时，另一个感应不到磁信号。

当存在外界磁场5干扰时，假如外界磁场5的中心处于D区域内，且外界磁场5的磁场极性与磁钢产生的磁场极性相同，此时如果外界磁场的磁场强度极强，以致传感器c和传感器d在外界磁场5的作用下均能感应到磁信号，而此时若传感器b和/或传感器a也能感应到磁信号，则符合第一种识别机制，控制器判定有外界磁场干扰。

若外界磁场5的磁场强度只能使传感器d感应到磁信号，由于传感器a、传感器b和传感器c相比传感器d距离外界磁场5的中心较远，因此传感器a、传感器b和传感器c感应不到磁信号。由于当无外界磁场干扰时，如果磁钢静止在激活圆心角α与激活圆心角β之间的位置时，也会存在传感器d感应到磁信号，而其余三个传感器始终感应不到磁信号的状况，因此无法判断是否存在外界磁场干扰还是磁钢静止。此时，若传感器a、传感器b和传感器c中至少有一个能够在感应到磁信号和感应不到磁信号两个状态之间变化，则排除磁钢静止的状况，控制器判断存在外界磁场干扰，符合第二种识别机制，因为磁钢在转动至靠近传感器a、传感器b或传感器c的位置处，由于磁钢的磁场极性与外界磁场5的极性相同，因此磁钢产生的磁场会与外界磁场5的磁场强度相叠加，以增大传感器a、传感器b和传感器c的磁场强度，使传感器a、传感器b和传感器c中至少有一个传感器能够感应到磁信号，当磁钢转动至远离感应到磁信号的传感器后，该传感器感应不到磁信号，因此在此种情况下，传感器a、传感器b和传感器c中至少有一个传感器能够感应到磁信号状态的变化，以此可以判断磁钢处于非静止状态，且存在外界磁场干扰。

当外界磁场5的中心处于D区域内且外界磁场5的磁场极性与磁钢产生的磁场极性相反，如果外界磁场5的磁场强度极强，会出现下述情况，即外界磁场5使传感器c和传感器d能感应到磁信号，而传感器a和传感器b由于距离外界磁场5的中心较远出现无法感应到磁信号的现象，若磁钢在转动至传感器c和传感器d之间时，虽然磁钢产生的磁场会抵消一部分外界磁场5，但由于抵消程度较弱，因此传感器c和传感器d仍能感应到磁信号，而当磁钢旋转到传感器b附近时，由于外界磁场5的存在抵消了磁钢所产生的磁场，此时传感器b仍然感应不到磁信号。

由于磁钢静止在传感器c和传感器d之间时，也会存在传感器c和传感器d始终感应到磁信号，而传感器a和传感器b感应不到磁信号的现象，因此无法判断是否存在外界磁场干扰还是磁钢静止。然而由于传感器a相比传感器b距离外界磁场5的中心较远，加之激活圆心角α大于激活圆心角β，因此外界磁场5在传感器a处所产生磁场不足以完全抵消磁钢产生的磁场，因此当磁钢转动至传感器a附近时，传感器a仍然能够感应到磁信号，而当磁钢转动至远离传感器a后，传感器a感应不到磁信号，也就是剩余的传感器中存在一个传感器能够感应到磁信号状态变化时，控制器判断存在磁场干扰，符合第二识别机制。

如图4所示，当外界磁场5的中心位于x轴上且极性与磁钢所产生磁场的极性相反时，此时外界磁场5在传感器b和传感器c处的磁场强度相同，若外界磁场5的磁场强度极小，此时传感器b和传感器c均未感应到磁信号，并且在磁钢转动至靠近传感器b和传感器c附近时，由于外界磁场5抵消了磁钢所产生的磁场，因此传感器b和传感器c仍未感应到磁信号。由于磁钢静止在x轴上时，此时也会存在传感器b和传感器c始终保持未感应到磁信号的状态，因此无法判断是否存在外界磁场干扰还是磁钢静止。而此时由于传感器a和传感器d与外界磁场5的距离大于传感器b和传感器c与外界磁场5的距离，因此外界磁场5对运动至传感器a和传感器d附近时磁钢产生磁场的抵消作用小于对运动至传感器b和传感器c附近时磁钢产生磁场的抵消作用，加之激活圆心角α大于激活圆心角β，因此磁钢旋转至传感器a和传感器d附近时，传感器a和传感器d能够感应到磁信号，此时控制器判断外界磁场干扰，符合第三识别机制。

需要说明的是，本实施例中的外界磁场为单个磁场源产生的磁场，由此可知，通过本实用新型的识别方法，可以能够准确识别外部磁干扰，避免智能采样计量装置在受到外界磁场干扰时无法识别出来而导致计量异常，当智能采样计量装置识别外界磁场干扰后，控制器可以控制智能采样计量装置切换其他计量方式或者执行关阀等操作，保证计量准确性。

可以理解的是，在本实用新型的其他实施例中，第一传感器组和第二传感器组还可包括三个或者三个以上周向间隔分布的传感器，此时第一传感器组包括至少两对由相邻两个传感器构成的传感器单元，第二传感器组中至少有两个传感器分别位于不同的传感器单元所对应的圆心角内。

实施例二、

如图5所示，与实施例一相比，本实施例的不同之处在于，传感器a和传感器d的连线为过圆心的直线，传感器b和传感器c的连线为过圆心的直线，两个直线之间的夹角为γ，满足0°＜γ＜180°，如此设计，可以满足器件不同的安装布局和性能要求，其也能达到本实施例的效果，在此不再详述。

实施例三、

如图6所示，与实施例一相比，本实施例的不同之处在于，本实施例中第二传感器组包括传感器b和传感器c，传感器b和传感器c对称分布在传感器a或传感器d的两侧，也就是，传感器b和传感器c以传感器a和传感器d的连线y轴为对称轴，对称分布在y轴的两侧，如此设计，可以满足器件不同的安装布局和性能要求，其也能达到本实施例的效果，在此不再详述。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (7)

1.一种识别磁场干扰的智能采样计量装置，包括计量装置和采样装置，所述计量装置包括计量码盘和安装在计量码盘上的磁体，其特征在于，所述采样装置包括控制板和设在控制板的传感器组，所述传感器组包括分布在两个同心圆上的第一传感器组和第二传感器组，所述第一传感器组和第二传感器组分别包括分布在同一圆周上的若干传感器，所述磁体在所述控制板上的投影位于两个同心圆之间的区域内，计量码盘带动磁体转动，磁体转动引起传感器组内磁信号状态变化，通过传感器组磁信号状态变化以实现外界干扰磁场的判断。

2.根据权利要求1所述的智能采样计量装置，其特征在于，所述第一传感器组所在圆周的半径为R1，所述第二传感器组所在圆周的半径为R2，所述磁体在所述控制板上的投影与圆心的距离为R，满足R2＜R＜R1，且R1-R＜R-R2。

3.根据权利要求2所述的智能采样计量装置，其特征在于，所述计量码盘带动磁体转动时，所述磁体的转动轨迹为与所述两个同心圆同心设置的圆形。

4.根据权利要求3所述的智能采样计量装置，其特征在于，所述第一传感器组包括两个周向均匀分布的传感器，所述第二传感器组包括两个周向均匀分布的传感器。

5.根据权利要求4所述的智能采样计量装置，其特征在于，所述第一传感器组中的两个传感器和第二传感器组中的两个传感器位于同一直线上。

6.根据权利要求3所述的智能采样计量装置，其特征在于，所述第一传感器组包括两个周向均匀分布的传感器，所述第二传感器组包括两个传感器，第二传感器组内的两个传感器对称分布在第一传感器组中任一一个传感器的两侧。

7.根据权利要求1所述的智能采样计量装置，其特征在于，所述传感器为干簧管或霍尔元件或磁阻，所述磁体为磁铁或磁钢。