CZ2009338A3

CZ2009338A3 - Measuring device optical speed sensor, particularly water meter speed sensor

Info

Publication number: CZ2009338A3
Application number: CZ20090338A
Authority: CZ
Inventors: Kocí@Stanislav
Original assignee: Metra Šumperk s. r. o.
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2010-12-08

Abstract

Optický snímac otácek merícího zarízení, zejména vodomeru, obsahující sadu optických prvku (41, 42) rozmístených proti ploše rotacního disku (1) merícího zarízení, která je rozdelena na opticky aktivní zónu (11) a opticky neaktivní zónu (12) vytvorené ve forme kruhových výsecí, kde podstata vynálezu spocívá v tom, že sada optických prvku (41, 42) je tvorena jedním optickým prvkem (41) typu emitor umísteným protilehle ose otácení rotacního disku (1) a alespon tremi v kruhu optického prvku (41) typu emitor pravidelne rozmístenými optickými prvky (42) typu detektor, které jsou napojeny na procesor (43) merícího a vyhodnocovacího obvodu (4), pricemž velikost aktivní zóny (11) rotacního disku (1) je dána stredovým úhlem (.alfa.), jehož velikosti se pohybuje v rozmezí hodnot .alfa. = 230.degree. až 260.degree..Optical speed sensor of a measuring device, in particular a water meter, comprising a set of optical elements (41, 42) spaced against the surface of the rotating disk (1) of the measuring device, which is divided into an optically active zone (11) and an optically inactive zone (12) formed in the form of circular a planting, wherein the essence of the invention is that the set of optical elements (41, 42) is formed by one optical element (41) of the emitter type located opposite the rotational axis of the rotating disk (1) and at least three in the circle of the optical element (41) of the emitter type regularly spaced detector optical elements (42) connected to the processor (43) of the measuring and evaluation circuit (4), wherein the size of the core (11) of the rotating disk (1) is given by the center angle (.alpha.) ranges between .alfa. = 230.degree. to 260.degree ..

Description

Optický snímač otáček měřícího zařízení, zejména vodoměruOptical speed sensor of measuring device, especially of water meter

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká nové konstrukce optického snímače otáček měřícího zařízení, zejména bytového vodoměru, určeného pro indikaci neoprávněné manipulace s tímto měřícím zařízením.The invention relates to a new construction of an optical speed sensor of a measuring device, in particular a housing water meter, intended to indicate tampering with the measuring device.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Ve snaze zvýšit komfort používání měřících zařízení různých typů, například bytových vodoměrů, se jejich konstrukce doplňují různými přídavnými moduly obsahujícími snímače, indikující jejich činnost, případně je nějakým způsobem indikována i snaha o narušení správné činnosti takového modulu. Většina konstrukci těchto snímačů využívá snímání otáček prostřednictvím rotujícího disku opatřeného aktivním sektorem, který je nedílnou součástí vlastního měřícího zařízení. V řešení popsaném ve spisu DE 4301966 se u rotujícího disku, který je vyroben z vodivého materiálu, využívá pro indikaci otáček principu útlumu oscilací vybuzených ve snímací cívce pomocí klopného obvodu při průchodu aktivního sektoru rotačního disku magnetickým polem snímací cívky. Nevýhodou tohoto řešení je velká citlivost snímacích cívek na vzdálenost od rotujícího disku. Další nevýhodou řešení je obtížné dosažení spolehlivosti funkce v nepříznivých podmínkách, například za vlhka či v prašném prostředí.In order to increase the comfort of use of measuring devices of various types, such as residential water meters, their construction is complemented by various additional modules containing sensors indicating their operation, or in some way an attempt to disrupt the correct operation of such a module is indicated. Most of the design of these sensors utilizes speed sensing by means of a rotating disk provided with an active sector, which is an integral part of the measuring device itself. In the solution described in DE 4301966, a rotating disk made of conductive material uses the principle of attenuation of oscillations excited in the pick-up coil by the flip-flop as the active sector of the rotating disk passes the magnetic field of the pick-up coil. The disadvantage of this solution is the high sensitivity of the sensing coils to the distance from the rotating disc. Another disadvantage of the solution is that it is difficult to achieve reliability of the function in adverse conditions, such as in wet or dusty environments.

Existuje skupina snímačů, využívajících k detekci otáček měřících zařízení světla, jejichž příkladem je například řešení dle spisu W02004079301, které využívá k detekci otáček indikátor složený z otáčejícího se disku, který je opatřen na svém povrchu třemi segmenty s vrcholovým úhlem 120°. Každý jeden z těchto aktivních sektorů je opatřen jinou barvou. Proti rotačnímu disku je pak umístěn optický prvek typu emitor, který vysílá světlo vhodných vlnových délek ve viditelném světelném spektru. Toto světlo se pak od disku odráží s určitou intenzitou, která je závislá na jeho vlnové délce a na barvě · « «·♦There is a group of sensors using light measuring devices to detect the speed, an example of which is disclosed in WO2004079301, which uses an indicator consisting of a rotating disc which has three segments on its surface with a 120 ° apex angle to detect the speed. Each of these active sectors has a different color. An emitter-like optical element is then disposed opposite the rotating disk, which emits light of appropriate wavelengths in the visible light spectrum. This light then reflects off the disk with a certain intensity, which depends on its wavelength and color · «« · ♦

-2příslušného aktivního sektoru, do oblasti, kde je umístěn detektor. Úroveň zaznamenané intenzity odraženého světla je uložena v paměti snímače a ze zaznamenaných hodnot je pak vyhodnocen počet otáček a směr otáčeni. Řešení snímače otáček s využitím světelných paprsků činí snímač méně náchylný na drobné změny vzdálenosti optických prvků od snímacího disku. Nevýhodou tohoto řešení je potřeba dokonalého stínění okolního světla, které by jinak vážně ovlivňovalo funkci popsaného snímače.-2the relevant active sector, to the area where the detector is located. The level of the reflected light intensity is stored in the sensor memory and the recorded values are then used to evaluate the number of revolutions and the direction of rotation. The light beam speed sensor solution makes the sensor less susceptible to slight changes in the distance between the optical elements and the scanning disc. The disadvantage of this solution is the need for perfect shielding of the ambient light, which would otherwise seriously affect the function of the described sensor.

V dalším známém typu řešení, popsaném například ve spisu GB 2230629, se pro snímání otáček vodoměrů využívá infračervených optických prvků, s využitím reflexního disku, který je opatřen aktivní oblastí, která reflexní není. Zařízení vyhodnocuje změnu intenzity odraženého světla, a z ní pak vyhodnocuje počet otáček disku, případně i směr otáčení disku Je rovněž známo technická řešení indikace neoprávněné manipulace či snahy o ovlivnění správné funkce vodoměru popsané ve spisu US 2002189343, které je založeno na mechanických prvcích. Tyto prvky pň snaze o ovlivnění otáček určitým způsobem zablokují chod mechanizmu, který převádí průtok vody na mechanické počítadlo. Výhodou tohoto řešení je jednoduchost, nevýhodou pak použitelnost pouze proti omezené množině možných způsobů ovlivnění vodoměru.In another known type of solution, described, for example, in GB 2230629, infrared optical elements are used for sensing the revolutions of the water meters using a reflective disk having a non-reflective active area. The device evaluates the change in the intensity of the reflected light and then evaluates the number of revolutions of the disc and possibly the direction of rotation of the disc. Technical solutions for indication of tampering or attempts to influence the correct functioning of the water meter described in US 2002189343 are based. These elements, in an attempt to influence the speed, in some way block the operation of the mechanism that converts the water flow to a mechanical counter. The advantage of this solution is simplicity, the disadvantage is the applicability only against a limited set of possible ways of influencing the water meter.

Kombinace použití rotujícího disku s aktivní oblastí ve tvaru kruhové výseče a detekce otáček pomocí infračervených optických prvků je popsáno v řešení, které popisuje například spis FR 2650748 a jeho analogy. Konstrukčně je tento snímač otáček řešen tak, že optické elementy typů vysílač a přijímač jsou umístěny proti rotujícímu disku s aktivní oblastí vymezenou ve tvaru kruhové výseče, jejíž velikost se pohybuje v rozmezí středových úhlů 45° až 225°, optimálně o velikosti středového úhlu 180°. Zařízení obsahuje minimálně jednu dvojici optických prvků typu vysilač a jeden optický prvek typu přijímač, když ve výhodném provedení jsou symetricky kolem osy procházející rotačním diskem rozmístěny tři páry optických elementů po 120°. Přestože použití infračervených optických prvků dává solidní základ odolnosti proti rušení měření světlem z viditelného spektra a je zajištěna minimálně možná vzájemnou vzdálenost mezi detektorem a rotujícím diskem s aktivní oblastí, je nevýhodou tohoto řešení poměrně složitá konstrukce s velkým množstvím součástek s nutnosti vzájemného nastavené polohy.The combination of the use of a rotating disk with an active region in the form of a sector of a circle and the detection of speed by means of infrared optical elements is described in a solution which is described, for example, in FR 2650748 and its analogues. Structurally, this rotary encoder is designed so that the optical elements of the transmitter and receiver types are placed against a rotating disk with an active region defined in the shape of a circular sector, the size of which ranges from 45 ° to 225 ° center angles, preferably 180 ° center angle. . The apparatus comprises at least one pair of transceiver-type optical elements and one receiver-type optical element when in a preferred embodiment three pairs of optical elements are spaced at 120 ° symmetrically about an axis passing through the rotary disk. Although the use of infrared optical elements provides a solid basis of immunity to light interference from the visible spectrum and provides at least possible distances between the detector and the rotating disk with the active region, the disadvantage of this solution is a relatively complex design with a large number of components.

·· ··♦* • · · · • φ· ··· ·· ♦ * •

-3Cílem předkládaného řešeni je předložit k užívání novou poměrné jednoduchou konstrukci optického snímače otáček, zejména bytových vodoměrů, které by odstranilo nedostatky známých řešeni a s využitím infračervených optických prvků zajistilo vysokou funkční spolehlivost i ne ve zcela optimálních provozních podmínkách.The aim of the present solution is to present for use a relatively simple simple design of an optical speed sensor, especially of residential water meters, which would eliminate the shortcomings of known solutions and by using infrared optical elements ensure high functional reliability even in not optimal operating conditions.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedeného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je optický snímač otáček měřicího zařízení, zejména vodoměru, obsahující sadu optických prvků rozmístěných proti ploše rotačního disku měřicího zařízení, která je rozdělena na opticky aktivní zónu a opticky neaktivní zónu vytvořené ve formě kruhových výsečí, jehož podstata spočívá v tom, že sada optických prvků je tvořena jedním optickým prvkem typu emitor umístěným protilehle ose otáčení rotačního disku a alespoň třemi v kruhu kolem optického prvku typu emitor pravidelné rozmístěnými optickými prvky typu detektor, které jsou napojeny na procesor měřícího a vyhodnocovacího obvodu, přičemž velikost aktivní zóny rotačního disku je dána středovým úhlem (a), jehož velikost se pohybuje v rozmezí hodnot a = 230° až 260°.This object is achieved by the invention which is an optical speed sensor of a measuring device, in particular a water meter, comprising a set of optical elements disposed against the surface of a rotating disk of the measuring device divided into an optically active zone and optically inactive zone formed as circular sectors. characterized in that the set of optical elements comprises one emitter optical element disposed opposite the rotation axis of the rotary disk and at least three in a circle around the emitter optical element with periodically spaced detector optical elements connected to the processor of the measuring and evaluation circuit, the rotating disk is given by the center angle (α), which is in the range of a = 230 ° to 260 °.

Ve výhodném provedeni optického snímače otáček je aktivní zóna rotačního disku vytvořena pod středovým úhlem a = 235*.In a preferred embodiment of the optical speed sensor, the active zone of the rotary disk is formed at a central angle α = 235 *.

Popis obrázků na připojených výkresechDescription of the figures in the attached drawings

Konkrétní přiklad konstrukčního provedení vynálezu je schématicky znázorněn na připojených výkresech, kde obr. 1 je celkový pohled na vodoměr se zabudovaným optickým snímačem otáček znázorněným v částečném řezu, obr.2 je explodovaný pohled na optický snímač otáček a rotační disk měřícího zařízeni, obr.3 je detailní pohled na sestavu rotačního disku a měřícího a vyhodnocovacího bloku optického snímače otáček, obr.4 je blokové schéma zapojeni optických prvků a procesoru měřicího a vyhodnocovacího obvodu,A specific example of a construction of the invention is schematically shown in the accompanying drawings, wherein Fig. 1 is an overall view of a water meter with an integrated optical speed sensor shown in partial section; Fig. 2 is an exploded view of an optical speed sensor and rotary disk measuring device; Fig. 4 is a block diagram of the optical elements and the processor of the measuring and evaluation circuit,

-4obr.5 je detailní čelní pohled na rotační disk se znázorněním rozmístění optických prvků vzhledem k vyznačené jeho aktivní oblasti.5 is a detailed front view of a rotary disk showing the location of the optical elements relative to the indicated active region thereof.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Optický snímač otáček měřícího zařízení, na obr.1 představovaného bytovým vodoměrem, obsahujícího rotační disk 1 spražený s neznázorněným indikátorem spotřeby vody, sestává z tvarovaného dvoudílného dutého pouzdra 2 s půdorysným průřezem ve tvaru půlkruhu, které je upraveno pro nasunutí na víko 3 tohoto měřícího zařízení. Horní plocha rotačního disku 1 rozdělena, například povrchy s různou světelnou odrazivostí, na opticky aktivní zónu 11 a opticky neaktivní zónu 12, které jsou vymezeny kruhovými výsečemi, kde velikost aktivní zóny 11 je dána středovým úhlem a, jehož velikost se pohybuje v rozmezí hodnot a = 230’ až 260°, přičemž v optimálním případě je hodnota středového úhlu a = 235’.The optical speed sensor of the measuring device, represented by a housing meter in FIG. 1, comprising a rotating disc 1 coupled with a water consumption indicator (not shown), consists of a shaped two-piece hollow housing 2 with a semicircular cross-section. . The upper surface of the rotary disk 1 is divided, for example, by surfaces with different light reflectance, into an optically active zone 11 and an optically inactive zone 12, which are delimited by circular sectors, where the size of the active zone 11 is given by = 230 'to 260 °, preferably at an angle of α = 235'.

Víko 3 měřícího zařízení překrývající jeho indikační část je pro umožnění čtení naměřených hodnot vyrobeno z průhledného materiálu. Nad úrovní umístění rotačního disku 1 je víko 3 opatřeno zvýšeným krytem 31, jehož boční stěny tvoří vodící plochy pro nasunutí pouzdra 2. Ve vnitřním prostoru pouzdra 2 tvořeného rozebíratelně spojenými horním dílem 22 a spodním dílem 21 je uložen měřící a vyhodnocovací obvod 4. Ve spodním dílu 21 pouzdra 2 je v části protilehlé umístění rotačního disku 1 vytvořen výřez 211 velikostně odpovídající rozměrům krytu 31 víka 3. Výřez 211 je pak opatřený průhledným průzorem 212.The cover 3 of the measuring device overlapping its display part is made of transparent material to allow reading of the measured values. Above the position of the rotary disk 1, the cover 3 is provided with a raised cover 31, the side walls of which form guide surfaces for sliding the housing 2. In the inner space of the housing 2 formed by the detachably connected upper part 22 and lower part 21 there is a measuring and evaluation circuit 4. In the part 21 of the housing 2, a slot 211 corresponding to the dimensions of the cover 31 of the lid 3 is formed in the part opposite to the location of the rotary disk 1. The slot 211 is then provided with a transparent viewing window 212.

Měřící a vyhodnocovací obvod 4 je tvořen deskou plošných spojů, na niž je protilehle průzoru 212, a tedy i protilehle rotačnímu disku 1, umístěna sada optických prvků 41, 42. Sada je tvořena jedním optickým prvkem 41 typu emitor umístěným protilehle ose otáčení rotačního disku 1 a třemi optickými prvky 42 typu detektor umístěných pravidelné v kruhu kolem optického prvku 41 typu emitor, jak je názorně patrné z obr.5, které jsou napojeny na procesor 43 měřícího a vyhodnocovacího obvodu 4, což je znázorněno na obr.4.The measuring and evaluation circuit 4 is formed by a printed circuit board on which a set of optical elements 41, 42 is located opposite the viewing window 212 and hence opposite the rotating disc 1. The set consists of one emitter-type optical element 41 opposite the rotational axis 1 and three detector-type optical elements 42 arranged regularly in a circle around the emitter-type optical element 41, as shown in FIG. 5, which are coupled to the processor 43 of the measurement and evaluation circuit 4, as shown in FIG.

-5Při činnosti optického snímače otáček vysílá optický prvek 41 typu emitor záření, které dopadá na otáčející se rotační disk 1. Optické prvky 42 typu detektor pak vyhodnocují světlo odražené od rotujícího disku 1, kdy kvantita světla odraženého od rotujícího disku 1 je závislá na tom jestli se světlo do optického prvku 42 typu detektor odrazilo od opticky aktivní zóny 11 nebo opticky neaktivní zóny 12, což procesor 43 vyhodnocuje jako logickou 1 nebo jako logickou 0. Detekované úrovně jsou poté procesorem 43 zaznamenány do jeho paměti a je z nich vyhodnocen počet otáček a správná vzájemná poloha optických prvků 41, 42 a rotačního disku 1 a tedy i vzájemná poloha snímače a vodoměru.In operation, the optical speed sensor emits a radiation emitter 41 which impinges on the rotating rotary disk 1. The detector optics 42 then evaluate the light reflected from the rotating disk 1, where the quantity of light reflected from the rotating disk 1 is dependent on whether the light into the detector optical element 42 is reflected from the optically active zone 11 or optically inactive zone 12, which the processor 43 evaluates as logical 1 or logical 0. The detected levels are then recorded by the processor 43 in its memory and the speed is evaluated and the correct relative position of the optical elements 41, 42 and the rotary disk 1 and thus the relative position of the sensor and the water meter.

Popsané provedení není jediným možným řešením podle vynálezu, ale optické prvky 41, 42 mohou být typu SMD i vývodové, aktivní zóna 11 rotačního disku 1 může být vytvořena kromě rozdílné odrazivostí povrchu rovněž vytvořením mezery v ploše rotačního disku 1 mimo aktivní zónu 11 nebo odkloněním emitovaného světla mimo oblast kde je možná detekce odraženého paprsku. Rovněž počet optických prvků 42 typu detektor může být větší jak tři. Indikace neoprávněné manipulace může být rozšířena o snímání a záznam intenzity magnetického pole v okolí vodoměru. Dále je možný přenos informací □ spotřebě i o stavu ovlivnění vodoměru pomocí vodiče či bezdrátovým způsobem.The described embodiment is not the only possible solution according to the invention, but the optical elements 41, 42 can be of the SMD type as well as the lead, the active zone 11 of the rotary disk 1 can be created in addition to different surface reflectivity light outside the area where reflected beam detection is possible. Also, the number of detector-type optical elements 42 may be greater than three. Indication of tampering can be extended by sensing and recording the magnetic field intensity around the water meter. It is also possible to transmit information i to the consumption as well as to the status of the water meter's influence by means of a wire or wireless way.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Optický snímač otáček měřícího zařízeni podle vynálezu je určen pro indikaci neoprávněné manipulace s tímto měřícím zařízením, především je využitelný pro využití u bytových vodoměrů. Při nepatrných úpravách je pak jej možno použít například i pro plynoměry, stojany čerpacích stanic pohonných hmot a jiná zařízení, kde je možno očekávat snahy o neoprávněné ovlivnění správné funkce měřidla.The optical speed sensor of the measuring device according to the invention is intended for the indication of unauthorized manipulation with this measuring device, in particular it is useful for use in residential water meters. With slight modifications, it can be used, for example, for gas meters, fuel filling stations and other equipment, where efforts can be expected to interfere with the correct functioning of the meter.

Claims

An optical speed sensor of a measuring device, in particular a water meter, comprising a set of optical elements (41, 42) disposed against a surface of a rotating disk (1) of the measuring device which is divided into an optically active zone (11) and optically inactive zone (12) formed in in the form of circular sectors, characterized in that the set of optical elements (41, 42) is formed by one emitter-type optical element (41) located opposite the rotation axis of the rotary disk (1) and at least three in a circle around the emitter-optical element (41) distributed detector-type optical elements (42) connected to a processor (43) of the measuring and evaluation circuit (4), the core (11) of the rotating disk (1) being determined by the center angle (α) of range of α = 230 ° to 260 °.

Optical speed sensor according to claim 1, characterized in that the core (11) of the rotary disk (1) is formed at a central angle α = 235 °.