CN218937469U - 光电式流量计电路及光电式流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光电式流量计电路及光电式流量计。光电式流量计电路包括：发光元件、光敏三极管、以及隔直电路，电路电源端分别与所述发光元件的一端、以及所述光敏三极管的集电极电连接，所述发光元件的另一端以及所述光敏三极管的发射极接地，所述光敏三极管的集电极通过所述隔直电路与电路输出端电连接。本实用新型通过增加隔直电路，将直流偏置电压消去，从而在流量计壳体附着水垢或者光电发射管长期工作导致发光强度逐渐变弱时，仍然能够输出标准的电平信号，可承受更严重的水垢附着，流量计使用寿命提高。

Description

光电式流量计电路及光电式流量计

技术领域

本实用新型涉及测量设备相关技术领域，特别是一种光电式流量计电路及光电式流量计。

背景技术

现有光电式流量计，通过发光二极管发光，由光敏三极管接收光线。发光二极管与光敏三极管之间设有叶轮，叶轮受液体推动，间断性遮挡发光二极管与光敏三极管之间的光路，使得光敏三极管输出相应信号。其电路原理图如图1和图2所示。

现有的一种光电式流量计电路如图1所示，电路电源端1'分别通过电阻R1'和电阻R2'与发光二极管D1'以及光敏三极管Q1'的集电极电连接，发光二极管D1'的另一端以及光敏三极管Q1'的发射极与地VSS连接，电阻R2'作为上拉电阻，信号输出由光敏三极管Q1'集电极通过接线头2'直接引出，并由微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)采集输出信号。

现有的另一种光电式流量计电路如图2所示，电路电源端1'分别通过电阻R1'和电阻R2'与发光二极管D1'以及光敏三极管Q1'的集电极电连接，发光二极管D1'的另一端以及光敏三极管Q1'的发射极与地VSS连接，电阻R2'作为上拉电阻，光敏三极管Q1'集电极通过电阻R3'和电阻R4'分压后连接三极管Q2'的基极，电路电源端1'通过电阻R5'连接三极管Q2'的集电极，由三极管Q2'的集电极通过接线头2'引出输出信号，并由微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)采集输出信号。

然而，由于水质问题或者光电发射管长期工作导致发光强度逐渐变弱，现有技术的光电式流量计，当流量计壳体通光部位因水垢附着光电发射管长期工作导致发光强度逐渐变弱，导致信号波谷提高而失效。

如图3所示为现有技术的壳体无水垢输出波形。其输出的为TTL波形的脉冲信号，其中，高电平为2-5V,低电平为0-0.8V。现有的微控制单元，输入端采用施密特触发。对于TTL电平判断的规则为：小于0.8V为低电平，大于2V为高电平。然而，施密特触发方式为：当电平高于2V(触发高门限)时，此时为高电平。此后除非电平低于0.8V，触发低门限电压，变为低电平。否则一直为高电平，因此，对于施密特触发方式，0.8-5是高电平。反之，当处于低电平时，当电压提高>2V，触发高电平门限，才会变为高电平，即0-2V为低电平。因此，当遮光转子初始位置刚好使输入电压为0.5V(低电平)，水流注入，转子继续转动，当光完全遮住后，接收管截止，由于上拉电阻，输出5V(高电平),转子继续转动，接收管收到的光渐渐变强，即渐渐导通，但由于水垢使波谷最低点为>0.8V，无法触发施密特低门限，微控制单元检测到的输出电压依然为高电平。

因此，当微控制单元检测到输出电压为1.2V以上，则判断为高电平。然而，如图4所示为现有技术的壳体有水垢输出波形。由于水垢附着，将导致产生直流偏置电压，当直流偏置电压大于1.2V，则输出波形的波谷将大于1.2V。此时微控制单元将会误将低电平视作高电平，从而失效。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有技术的光电式流量计，当流量计壳体通光部位因水垢附着或者光电发射管长期工作导致发光强度逐渐变弱，导致信号波谷提高而失效的技术问题，提供一种光电式流量计电路及光电式流量计。

本实用新型提供一种光电式流量计电路，包括：发光元件、光敏三极管、以及隔直电路，电路电源端分别与所述发光元件的一端、以及所述光敏三极管的集电极电连接，所述发光元件的另一端以及所述光敏三极管的发射极接地，所述光敏三极管的集电极通过所述隔直电路与电路输出端电连接。

进一步地，所述隔直电路包括：高通滤波电路，所述高通滤波电路的一端与所述光敏三极管的集电极电连接，所述高通滤波电路的另一端与所述电路输出端电连接。

更进一步地，所述高通滤波电路包括滤波电容以及滤波电阻，所述滤波电容一端与所述光敏三极管的集电极电连接，另一端通过所述滤波电阻接地，所述滤波电容与所述滤波电阻的连接点与所述电路输出端电连接。

更进一步地，所述隔直电路还包括钳位二极管，所述钳位二极管一端与所述电路输出端电连接，另一端接地。

进一步地，还包括放大电路，所述隔直电路通过所述放大电路与所述电路输出端电连接。

更进一步地，所述放大电路包括信号输出三极管，所述隔直电路一端与所述光敏三极管的集电极电连接，另一端与所述信号输出三极管的基极电连接，所述信号输出三极管的集电极与所述电路输出端电连接。

再进一步地，所述放大电路还包括第一电阻以及第二电阻，所述电路电源端通过所述第一电阻与所述信号输出三极管的集电极电连接，所述隔直电路的另一端通过所述第二电阻与所述信号输出三极管的基极电连接。

再进一步地，所述电路电源端通过第三电阻与所述光敏三极管的集电极电连接，所述电路电源端通过第四电阻与所述发光元件电连接。

再进一步地，所述发光元件为发光二极管。

本实用新型提供一种光电式流量计，包括流量计壳体以及如前所述的光电式流量计电路，所述光电式流量计电路容置在所述流量计壳体内。

本实用新型通过增加隔直电路，将直流偏置电压消去，从而在流量计壳体附着水垢时，或者光电发射管长期工作导致发光强度逐渐变弱时，仍然能够输出标准的电平信号，可承受更严重的水垢附着，流量计使用寿命提高。

附图说明

图1为现有的一种光电式流量计电路；

图2为现有的另一种光电式流量计电路；

图3为现有技术的壳体无水垢输出波形示意图；

图4为现有技术的壳体有水垢输出波形示意图；

图5为本实用新型一实施例一种光电式流量计电路的电路原理图；

图6为本实用新型再一实施例一种光电式流量计电路的电路原理图；

图7为本实用新型一实施例在有水垢时，未经过隔直电路前的波形示意图；

图8为本实用新型一实施例在有水垢时，经过隔直电路后的波形示意图；

图9为本实用新型一实施例在有水垢时，经过放大电路后的波形示意图；

图10为本实用新型一种光电式流量计的结构示意图；

图11为本实用新型一种光电式流量计的前视图；

图12为本实用新型一种光电式流量计的剖面图。

标记说明

1-发光元件；11-第四电阻；2-光敏三极管；21-第三电阻；3-隔直电路；31-高通滤波电路；311-滤波电容；312-滤波电阻；32-钳位二极管；4-电路电源端；5-电路输出端；6-放大电路；61-信号输出三极管；62-第一电阻；63-第二电阻；7-光电式流量计；71-发射头；72-接收头；73-叶轮转子；74-流量计壳体74；75-管道。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本实用新型的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图5所示为本实用新型一实施例一种光电式流量计电路的结构示意图，包括：发光元件1、光敏三极管2、以及隔直电路3，电路电源端4分别与所述发光元件1的一端、以及所述光敏三极管2的集电极电连接，所述发光元件1的另一端以及所述光敏三极管2的发射极接地，所述光敏三极管2的集电极通过所述隔直电路3与电路输出端5电连接。

具体来说，电路电源端4分别与所述发光元件1的一端、以及所述光敏三极管2的集电极电连接，所述发光元件1的另一端以及所述光敏三极管2的发射极与地VSS电连接接地。电路电源端4优选为5V电源。其中，电路电源端4向发光元件1供电，使得发光元件1发光。光敏三极管2接收到光线后导通，光敏三极管2的集电极输出信号。光敏三极管2输出信号仍然为TTL波形的脉冲信号。优选地，高电平为1.2-5V,低电平为0-0.8V。信号经由隔直电路3将直流偏置电压消去，并从作为电路输出端5的接线头输出。

在水垢附着或者光电发射管长期工作导致发光强度逐渐变弱后，接受光变弱，由于接收管是光电式接收管，即导通截止受光强控制，均会导致信号波谷提高。

后续以水垢附着进行说明，光电发射管长期工作导致发光强度逐渐变弱也是相同的问题。

当没有水垢时，由于水流带动转子，接收管最终会有完全遮光和完全同光的状态，即饱和导通(即接收管be端电阻值极小)和截止。当有水垢后，完全同光时光强达不到使接收管完全导通的光强，即不饱和导通(即接收管be端电阻值变大，)，此时与上拉电阻分压，信号的波谷即是此时的分压值。

如图7所示为本实施例在有水垢时，未经过隔直电路3前的波形示意图。如图8所示，本实施例在有水垢时，经过隔直电路3消去直流偏置电压后，将波形的波谷下降至0V，从而避免波谷被误判为高电平。

本实用新型通过增加隔直电路，将直流偏置电压消去，从而在流量计壳体附着水垢时，仍然能够输出标准的电平信号，可承受更严重的水垢附着，流量计使用寿命提高。

如图5所示为本实用新型另一实施例中一种光电式流量计电路的电路原理图，包括：发光元件1、光敏三极管2、以及隔直电路3，电路电源端4分别通过第四电阻11与所述发光元件1的一端电连接、以及通过第三电阻21与所述光敏三极管2的集电极电连接，所述发光元件1的另一端以及所述光敏三极管2的发射极接地，所述光敏三极管2的集电极通过所述隔直电路3与电路输出端5电连接，所述发光元件1为发光二极管；

所述隔直电路3包括：高通滤波电路31、以及钳位二极管32，所述高通滤波电路31的一端与所述光敏三极管2的集电极电连接，所述高通滤波电路31的另一端与所述电路输出端5电连接，所述高通滤波电路31包括滤波电容311以及滤波电阻312，所述滤波电容311一端与所述光敏三极管2的集电极电连接，另一端通过所述滤波电阻312接地，所述滤波电容311与所述滤波电阻312的连接点与所述电路输出端5电连接，所述钳位二极管32一端与所述电路输出端5电连接，另一端接地。

具体来说，电路电源端4分别通过第四电阻11与所述发光元件1的一端电连接、以及通过第三电阻21与所述光敏三极管2的集电极电连接，所述发光元件1的另一端以及所述光敏三极管2的发射极与地VSS电连接接地。电路电源端4优选为5V电源。其中，发光元件1为发光二极管，电路电源端4向发光元件1供电，使得发光元件1发光。光敏三极管2接收到光线后导通，电路电源端4通过作为上拉电阻的第三电阻21与光敏三极管2的集电极电连接，光敏三极管2的集电极输出信号。光敏三极管2输出信号仍然为TTL信号。优选地，高电平为1.2-5V,低电平为0-0.8V。信号经由隔直电路3将直流偏置电压消去，并从作为电路输出端5的接线头输出。

其中，隔直电路3包括高通滤波电路31，高通滤波电路31消去光敏三极管2的集电极输出信号中的直流偏置电压。光敏三极管2的集电极输出信号经过滤波电容311和滤波电阻312组成的高通滤波电路31，高通滤波电路31将直流偏置电压消去，再经过钳位二极管32钳位反向电压。在有水垢时A点波形如图7所示，经过高通滤波电路31之后，B点波形如图8所示。本实施例在有水垢时，经过隔直电路3消去直流偏置电压后，将波形的波谷下降至0V，从而避免波谷被误判为高电平。

本实施例通过隔直电路的高通滤波电路，将直流偏置电压消去，同时通过钳位二极管钳位反向电压，从而在流量计壳体附着水垢时，或者光电发射管长期工作导致发光强度逐渐变弱时，仍然能够输出标准的电平信号。本实施例电路简单，所需电子元器件较少，无需对流量计结构进行更改。本实施例的电路可承受更严重的水垢附着，流量计使用寿命提高。

如图6所示为本实用新型再一实施例中一种光电式流量计电路，包括：发光元件1、光敏三极管2、隔直电路3以及放大电路6，电路电源端4分别通过第四电阻11与所述发光元件1的一端电连接、以及通过第三电阻21与所述光敏三极管2的集电极电连接，所述发光元件1的另一端以及所述光敏三极管2的发射极接地，所述光敏三极管2的集电极依次通过所述隔直电路3、所述放大电路6与电路输出端5电连接，所述发光元件1为发光二极管；

所述隔直电路3包括：高通滤波电路31、以及钳位二极管32，所述高通滤波电路31的一端与所述光敏三极管2的集电极电连接，所述高通滤波电路31的另一端与所述电路输出端5电连接，所述高通滤波电路31包括滤波电容311以及滤波电阻312，所述滤波电容311一端与所述光敏三极管2的集电极电连接，另一端通过所述滤波电阻312接地，所述滤波电容311与所述滤波电阻312的连接点与所述电路输出端5电连接，所述钳位二极管32一端与所述电路输出端5电连接，另一端接地；

所述放大电路6包括信号输出三极管61，所述隔直电路3一端与所述光敏三极管2的集电极电连接，另一端通过第二电阻63与所述信号输出三极管61的基极电连接，所述电路电源端4通过所述第一电阻62与所述信号输出三极管61的集电极电连接，所述信号输出三极管61的集电极与所述电路输出端5电连接。

具体来说，电路电源端4分别通过第四电阻11与所述发光元件1的一端电连接、以及通过第三电阻21与所述光敏三极管2的集电极电连接，所述发光元件1的另一端以及所述光敏三极管2的发射极与地VSS电连接接地。电路电源端4优选为5V电源。其中，发光元件1为发光二极管，电路电源端4向发光元件1供电，使得发光元件1发光。光敏三极管2接收到光线后导通，电路电源端4通过作为上拉电阻的第三电阻21与光敏三极管2的集电极电连接，光敏三极管2的集电极输出信号。光敏三极管2输出信号仍然为TTL波形的脉冲信号。优选地，高电平为1.2-5V,低电平为0-0.8V。信号经由隔直电路3将直流偏置电压消去，并经过放大电路6放大后，从作为电路输出端5的接线头输出。

其中，隔直电路3包括高通滤波电路31，高通滤波电路31消去光敏三极管2的集电极输出信号中的直流偏置电压。光敏三极管2的集电极输出信号经过滤波电容311和滤波电阻312组成的高通滤波电路31，高通滤波电路31将直流偏置电压消去，再经过钳位二极管32钳位反向电压。在有水垢时A点波形如图7所示，经过高通滤波电路31之后，B点波形如图8所示。本实施例在有水垢时，经过隔直电路3消去直流偏置电压后，将波形的波谷下降至0V，从而避免波谷被误判为高电平；

最后输出标准的TTL电平，如图9所示。放大电路6包括信号输出三极管61，在水垢附着下，本实施例的信号输出三极管61只放大脉冲信号。

本实施例通过隔直电路的高通滤波电路，将直流偏置电压消去，同时通过钳位二极管钳位反向电压，从而在流量计壳体附着水垢时，仍然能够输出标准的电平信号，通过放大电路放大脉冲信号，便于后续微控制单元检测。本实施例电路简单，所需电子元器件较少，无需对流量计结构进行更改。本实施例的电路可承受更严重的水垢附着，流量计使用寿命提高。

如图10至图12所示，本实用新型一实施例一种光电式流量计，包括流量计壳体以及如前所述的光电式流量计电路，所述光电式流量计电路容置在所述流量计壳体内。

具体来说，如图10至图12所示的光电式流量计7包括为流量计壳体74，流量计壳体74内设置有叶轮转子73以及管道75。流量计壳体74设置发射头71和接收头72。发射头71内容置所述发光元件1，接收头72内容置所述光敏三极管2。发射头71内的发光元件1发出红外光,接收头72内的光敏三极管2接收到光后输出低电平,未收到光时输出高电平。

当水流从管道75注入后,带动叶轮转子73转动，此时输出近似方波信号。

当水垢附着在发射头71和接收头72的中间位置时，接收头72收到的的光变弱，此时电压波谷被抬高。

本实用新型通过增加隔直电路，将直流偏置电压消去，从而在流量计壳体附着水垢时，或者光电发射管长期工作导致发光强度逐渐变弱时，仍然能够输出标准的电平信号，可承受更严重的水垢附着，流量计使用寿命提高。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光电式流量计电路，其特征在于，包括：发光元件(1)、光敏三极管(2)、以及隔直电路(3)，电路电源端(4)分别与所述发光元件(1)的一端、以及所述光敏三极管(2)的集电极电连接，所述发光元件(1)的另一端以及所述光敏三极管(2)的发射极接地，所述光敏三极管(2)的集电极通过所述隔直电路(3)与电路输出端(5)电连接。

2.根据权利要求1所述的光电式流量计电路，其特征在于，所述隔直电路(3)包括：高通滤波电路(31)，所述高通滤波电路(31)的一端与所述光敏三极管(2)的集电极电连接，所述高通滤波电路(31)的另一端与所述电路输出端(5)电连接。

3.根据权利要求2所述的光电式流量计电路，其特征在于，所述高通滤波电路(31)包括滤波电容(311)以及滤波电阻(312)，所述滤波电容(311)一端与所述光敏三极管(2)的集电极电连接，另一端通过所述滤波电阻(312)接地，所述滤波电容(311)与所述滤波电阻(312)的连接点与所述电路输出端(5)电连接。

4.根据权利要求2所述的光电式流量计电路，其特征在于，所述隔直电路(3)还包括钳位二极管(32)，所述钳位二极管(32)一端与所述电路输出端(5)电连接，另一端接地。

5.根据权利要求1所述的光电式流量计电路，其特征在于，还包括放大电路(6)，所述隔直电路(3)通过所述放大电路(6)与所述电路输出端(5)电连接。

6.根据权利要求5所述的光电式流量计电路，其特征在于，所述放大电路(6)包括信号输出三极管(61)，所述隔直电路(3)一端与所述光敏三极管(2)的集电极电连接，另一端与所述信号输出三极管(61)的基极电连接，所述信号输出三极管(61)的集电极与所述电路输出端(5)电连接。

7.根据权利要求6所述的光电式流量计电路，其特征在于，所述放大电路(6)还包括第一电阻(62)以及第二电阻(63)，所述电路电源端(4)通过所述第一电阻(62)与所述信号输出三极管(61)的集电极电连接，所述隔直电路(3)的另一端通过所述第二电阻(63)与所述信号输出三极管(61)的基极电连接。

8.根据权利要求1至7任一项所述的光电式流量计电路，其特征在于，所述电路电源端(4)通过第三电阻(21)与所述光敏三极管(2)的集电极电连接，所述电路电源端(4)通过第四电阻(11)与所述发光元件(1)电连接。

9.根据权利要求1至7任一项所述的光电式流量计电路，其特征在于，所述发光元件(1)为发光二极管。

10.一种光电式流量计，其特征在于，包括流量计壳体以及如权利要求1至9任一项所述的光电式流量计电路，所述光电式流量计电路容置在所述流量计壳体内。

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