CN218381153U - 一种智能水表无磁计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能水表无磁计量装置，一种智能水表无磁计量装置，包括旋转组件、金属片和检测组件，所述旋转组件设置在所述金属片的下方，用于带动金属片进行旋转，所述检测组件设置在所述金属片的上方，所述检测组件用于测量金属片的位置信息和转动信息，所述检测组件由元件层和线圈层组成，所述线圈层包括激励线圈和感应线圈，所述元件层直接设置在所述线圈层上，电器元件布置在所述元件层上处于线圈层的激励线圈正投影区外侧的区域。本实用新型通过将元件布置在激励线圈投影区之外，保证元件层不影响所有的感应线圈的感应接收，可以在不加屏蔽层的同时保证元件层不影响所有的感应线圈的感应接收，检测距离提升且功耗降低。

Description

一种智能水表无磁计量装置

技术领域

本实用新型涉及水表技术领域，具体为一种智能水表无磁计量装置。

背景技术

如图1所示，为目前市面上的无磁模块设计方案，该方案中PCB由至少三层PCB构成，该三层PCB分为功能为：元件层、屏蔽层、线圈层等。专利号为CN216081515U的实用新型专利公开了一种异面设置的无磁传感器线圈，其记载了将线圈层设置到两个不同层的设计方案，将感应线圈组放置到多个平面，增加单个感应线圈在激励线圈内的面积，接收更多的磁通量变化，达到了增加检测距离的目的；但是在这种设计中，为了避免元件层对线圈层的干扰，因此不得不设置了屏蔽层。

作为检测金属旋转的控制电路，其原理为线圈测量距离时是通过外层线圈发出激励信号，而内层线圈检测这个激励信号，当旋转的金属转动到对应内层线圈下方时，由于磁场中金属导体的涡流原理，导致该内层线圈接收到的激励信号减弱，而另外其他的线圈由于没有该金属转子的影响或影响较少，可以在这几个不同线圈上得到不同的信号值，该信号值被控制单元上的微控制器检测到并通过判断不同线圈上信号变化的顺序，可以识别出金属转子的转动方向和转动圈数。

从上述原理可以看出，当该线圈层周围有金属物时，该金属物均会产生涡流，进而导出内圈感应线圈检测到不同的信号值。而元件层位于线圈层的正上方，距离只有1-2mm，该层由大量的金属走线和金属器件构成，且该金属走线和金属器件是不可能做到非常均衡的，因此如果不设置中间屏蔽层，则线圈层将被严重干扰，导致产品不能正常功能。而起到屏蔽的屏蔽层也是由金属构成的，该层金属面积大，距离近(1-2mm)，他也会产生很大的涡流，这将严重影响次级感应线圈的接收效率(该接收效率也导致检测距离的缩短)，同时也会造成额外的功耗，造成功耗的增大。

从PCB的制程工艺来讲，基本板材都是双面板，而制作多层板需要在双面板的基础上一层一层粘接新的PCB，且如果有埋盲孔时工艺会更加复杂，不良率也会更高，因此从产品价格上面多层板价格远高于双面板，同时加工周期也比双面板制作周期长很多。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型提供了一种应用于智能水表无磁计量装置，通过将元件布置在激励线圈投影区之外，保证元件层不影响所有的感应线圈的感应接收，可以在不加屏蔽层的同时保证元件层不影响所有的感应线圈的感应接收，检测距离提升且功耗降低。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种智能水表无磁计量装置，包括旋转组件、金属片和检测组件，所述旋转组件设置在所述金属片的下方，用于带动金属片进行旋转，所述检测组件设置在所述金属片的上方，所述检测组件用于测量金属片的位置信息和转动信息，所述检测组件由元件层和线圈层组成，所述线圈层包括激励线圈和感应线圈，所述元件层直接设置在所述线圈层上，电器元件布置在所述元件层上处于线圈层的激励线圈正投影区外侧的区域。

优选的，所述激励线圈和感应线圈均设置在基板上，所述激励线圈呈环状排布，所述感应线圈均匀分布在所述激励线圈的内部。

优选的，所述激励线圈和感应线圈的外形结构均设置为圆形。

优选的，元件层上的所有电器元件均设置在所述元件层的一侧边。

优选的，所述元件层上没有设置电器元件的一侧的外形设置为与线圈层的外形结构相对应的圆弧形，元件层上设置有电器元件的一侧的外形设置为矩形。

优选的，所述元件层包括信号发射电路、采样电路和控制器，所述信号发射电路包括发射线圈和驱动器，所述控制器与所述信号发射电路之间设置有无源高通滤波电路，所述无源高通滤波电路与驱动器相连，用于滤除低频干扰信号，所述采样电路包括三套感应线圈和三个电平开关管，三套所述感应线圈用于接收发射线圈的激励信号，并利用感应出的电压信号分别控制相应电平开关管的打开程度；

所述采样电路和控制器之间设有无源滤波电路，所述无源滤波电路包括三个分别和电平开关管集电极相连接的电容器，所述电容器的另一端接地；三个所述电容器与电平开关管集电极相连接的一端还分别与控制器的不同信号输出端相连接，用于通过控制器向电容器充电，所述采样电路还包括与三个电平开关管发射极均相连接的放电电阻。

优选的，所述无源高通滤波电路采用RC滤波电路，所述驱动器的输出端与发射线圈相连接，所述发射线圈的另一端接地。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的智能水表无磁计量装置通过将元件布置在激励线圈投影区之外，保证元件层不影响所有的感应线圈的感应接收，可以在不加屏蔽层的同时保证元件层不影响所有的感应线圈的感应接收，检测距离提升且功耗降低。

附图说明

图1为现有技术无磁模块采用三层PCB板的结构示意图；

图2为本实用新型一种智能水表无磁计量装置中检测组件的正视结构示意图；

图3为本实用新型一种智能水表无磁计量装置中元件层的结构示意图；

图4为本实用新型一种智能水表无磁计量装置中线圈层的结构示意图；

图5为本实用新型一种智能水表无磁计量装置中元件层的电路原理图。

图中：1、电路基板；2、采样电路；3、信号发射电路；4、无源滤波电路；5、无源高通滤波电路；6、控制器；7、元件层；8、线圈层；801、激励线圈；802、感应线圈；9、电器元件。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2-图4所示，本实用新型提供的第一种实施例，一种智能水表无磁计量装置，包括旋转组件、金属片和检测组件，所述旋转组件设置在所述金属片的下方，用于带动金属片进行旋转，所述检测组件设置在所述金属片的上方，所述检测组件用于测量金属片的位置信息和转动信息，所述检测组件由元件层7和线圈层8组成，所述线圈层8包括激励线圈801和感应线圈802，所述元件层7直接设置在所述线圈层8上，电器元件9布置在所述元件层7上处于线圈层8的激励线圈801正投影区外侧的区域。其中，所述激励线圈801和感应线圈802均设置在基板上，所述激励线圈801呈环状排布，所述感应线圈802均匀分布在所述激励线圈801的内部，所述激励线圈801和感应线圈802的外形结构均设置为圆形，且在该实施例下的感应线圈802数量设置有三个，元件层7上的所有电器元件9均设置在所述元件层7的一侧边，这样能最大程度避免对感应线圈802的影响。

该无磁计量装置的检测组件采用双面板结构设计，能够减少制作工艺，为了避免前述元件层7对线圈层8的影响，将元件层7采用非圆形外形方式，即所述元件层7上没有设置电器元件9的一侧的外形设置为与线圈层8的外形结构相对应的圆弧形，元件层7上设置有电器元件9的一侧的外形设置为矩形，线圈仍采用圆形外形，元件布置在激励线圈801投影区外，保证元件层7不影响所有的感应线圈802的感应接收，这样就不需要中间屏蔽层也能达到很好的屏蔽效果。

如图5所示，所述元件层7包括信号发射电路3、采样电路2和控制器6，所述信号发射电路3包括发射线圈和驱动器，所述信号发射电路3和采样电路2均设置在电路基板1上，所述控制器6与所述信号发射电路3之间设置有无源高通滤波电路5，所述无源高通滤波电路5与驱动器相连，用于滤除低频干扰信号，所述采样电路2包括三套感应线圈802和三个电平开关管，三套所述感应线圈802用于接收发射线圈的激励信号，并利用感应出的电压信号分别控制相应电平开关管的打开程度；

所述采样电路2和控制器6之间设有无源滤波电路4，所述无源滤波电路4包括三个分别和电平开关管集电极相连接的电容器，所述电容器的另一端接地；三个所述电容器与电平开关管集电极相连接的一端还分别与控制器6的不同信号输出端相连接，用于通过控制器6向电容器充电，所述采样电路2还包括与三个电平开关管发射极均相连接的放电电阻；所述无源高通滤波电路5采用RC滤波电路，所述驱动器的输出端与发射线圈相连接，所述发射线圈的另一端接地。

激励信号在输入到信号发射电路3驱动器前配置了一套无源高通滤波器，可以滤除低频干扰分量，保证激励效果，采样电路2中的感应线圈802(A)(B)(C)将被检测空间中的衰减后的激励信号接收后，感应出电压信号直接控制电平开关管的打开程度，经过无源滤波电路4滤除高频干扰信号后直接送入控制器6进行信号解算。其中，感应线圈802、电平开关管、滤波电容器和电平开关管发射极连接的电阻构成放电回路，控制器6控制向滤波电容器充电，电平开关管的打开程度关乎到放电速度的快慢。当基表半金属片旋转到相应感应线圈802下方时，该接收电路的电平开关管集电极电压下降速度变慢，电压明显高于另外两路，当基表半金属片旋转到距离感应线圈802最远距离时，该接收电路的电平开关管集电极电压下降速度最快。故在半金属片的旋转过程中，可以在这三个不同线圈上得到不同的信号值，该信号值被控制器6检测到并通过判断不同线圈上信号变化的顺序，可以识别出半金属片的转动方向、转动圈数和转动速度。该检测电路利用每一个感应线圈802通道的检测电压都可以单独实现被测物的旋转方向检测、旋转速度检测和位置检测，三组计算数据之间也可以进行相互校准，计算量小且准确度高。

工作原理：一方面，智能水表无磁计量装置通过将元件布置在激励线圈801投影区外，保证元件层7不影响所有的感应线圈802的感应接收，可以在不加屏蔽层的同时保证元件层7不影响所有的感应线圈802的感应接收，检测距离提升且功耗降低。另一方面，通过元件层7设计的信号发射电路3、采样电路2和控制器6，当发射线圈发出激励信号后，感应线圈802能接收该信号，并放大后使该回路上的电容放电，最终通过控制器6检测该电容电压值计算出该线圈上激励信号的大小，进而分析出被测旋转金属体的位置和旋转方向；该检测电路利用每一个感应线圈802通道的检测电压都可以单独实现被测物的旋转方向检测、旋转速度检测和位置检测，三组计算数据之间也可以进行相互校准，计算量小且准确度高。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种智能水表无磁计量装置，包括旋转组件、金属片和检测组件，所述旋转组件设置在所述金属片的下方，用于带动金属片进行旋转，所述检测组件设置在所述金属片的上方，其特征在于，所述检测组件用于测量金属片的位置信息和转动信息，所述检测组件由元件层(7)和线圈层(8)组成，所述线圈层(8)包括激励线圈(801)和感应线圈(802)，所述元件层(7)直接设置在所述线圈层(8)上，电器元件(9)布置在所述元件层(7)上处于线圈层(8)的激励线圈(801)正投影区外侧的区域。

2.根据权利要求1所述的智能水表无磁计量装置，其特征在于，所述激励线圈(801)和感应线圈(802)均设置在基板上，所述激励线圈(801)呈环状排布，所述感应线圈(802)均匀分布在所述激励线圈(801)的内部。

3.根据权利要求2所述的智能水表无磁计量装置，其特征在于，所述激励线圈(801)和感应线圈(802)的外形结构均设置为圆形。

4.根据权利要求3所述的智能水表无磁计量装置，其特征在于，元件层(7)上的所有电器元件(9)均设置在所述元件层(7)的一侧边。

5.根据权利要求4所述的智能水表无磁计量装置，其特征在于，所述元件层(7)上没有设置电器元件(9)的一侧的外形设置为与线圈层(8)的外形结构相对应的圆弧形，元件层(7)上设置有电器元件(9)的一侧的外形设置为矩形。

6.根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的智能水表无磁计量装置，其特征在于，所述元件层(7)包括信号发射电路(3)、采样电路(2)和控制器(6)，所述信号发射电路(3)包括发射线圈和驱动器，所述控制器(6)与所述信号发射电路(3)之间设置有无源高通滤波电路(5)，所述无源高通滤波电路(5)与驱动器相连，用于滤除低频干扰信号，所述采样电路(2)包括三套感应线圈(802)和三个电平开关管，三套所述感应线圈(802)用于接收发射线圈的激励信号，并利用感应出的电压信号分别控制相应电平开关管的打开程度；

所述采样电路(2)和控制器(6)之间设有无源滤波电路(4)，所述无源滤波电路(4)包括三个分别和电平开关管集电极相连接的电容器，所述电容器的另一端接地；三个所述电容器与电平开关管集电极相连接的一端还分别与控制器(6)的不同信号输出端相连接，用于通过控制器(6)向电容器充电，所述采样电路(2)还包括与三个电平开关管发射极均相连接的放电电阻。

7.根据权利要求6所述的智能水表无磁计量装置，其特征在于，所述无源高通滤波电路(5)采用RC滤波电路，所述驱动器的输出端与发射线圈相连接，所述发射线圈的另一端接地。

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