DE102011009676A1

DE102011009676A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung einer Drehbewegung

Info

Publication number: DE102011009676A1
Application number: DE201110009676
Authority: DE
Inventors: Werner Neumann; Horst Töpfer
Original assignee: Neumann & Co Wasserzaehler Glaubitz GmbH; Neumann & Co Wasserzahler Glaubitz GmbH
Current assignee: Neumann & Co Wasserzaehler Glaubitz GmbH; Neumann & Co Wasserzahler Glaubitz GmbH
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: DE102011009676B4

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung einer Drehbewegung mittels optischer Impulse, insbesondere für Verbrauchsmessgeräte, mit einem rotierenden Reflektor (2, 2', 2''), einem aus einem optischen Emitter (10) und einem optischen Sensor (11) bestehendes optisches Emitter-Sensor-Element (6) und einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (8), wobei das optische Emitter-Sensor-Element (6), das dem rotierenden Reflektor (2, 2', 2'') gegenüber angeordnet und zu diesem hin ausgerichtet ist, auf einer von diesem überstrichenen Kreisringfläche einen rotierenden Überwachungsbereich (19, 19') bildet, die Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) mit dem optischen Sensor (11) und dem optischen Emitter (10) schaltswerteeinrichtung (8) für eine selbsttätige Anpassung der Emission und Detektion der Strahlungsimpulse (5, 5') an veränderte Reflexionseigenschaften der Reflexionsflächen (13, 14) und/oder Reflexionsfelder (17, 18) ausgeführt ist und/oder die Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) für eine selbsttätige Anpassung der Abtastimpulsfrequenz (42) an die Signalfrequenz (43) ausgeführt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung einer Drehbewegung mittels optischer Impulse, insbesondere für Verbrauchsmessgeräte, mit einem rotierenden Reflektor, einem aus einem optischen Emitter und einem optischen Sensor bestehenden optischen Emitter-Sensor-Element und einer Steuer- und Auswerteeinrichtung.
Vorrichtungen und Verfahren der vorstehend beschriebenen Gattung dienen zur Erfassung von Drehbewegungen, wie sie beispielsweise bei Verbrauchsmessgeräten auftreten und dort Abbild der Menge des Mediums sind, dessen Verbrauch zu messen ist. Die Erfassung der Drehbewegungen erfolgt nach dem Stand der Technik vorteilhaft durch optische Impulse, wodurch nachteilige Beeinflussungen des Messeergebnisses, beispielsweise durch Magnetfelder, wenn es sich um ein nach dem Stand der Technik ebenfalls bekanntes magnetisches Abtastverfahren handelt, vermieden werden.
Die DD 271 747 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur berührungslosen optoelektronischen Impulserfassung an einem Wasserzähler. Möglichkeiten zur Reaktion auf veränderte Bedingungen, beispielsweise durch Verschmutzung, bestehen jedoch nicht. Ebenso wenig sind energiesparende Abtastverfahren eingesetzt, mit denen eine lange Laufzeit gesichert werden könnte. Zwar ist der Ausgang eines variablen Taktgenerators auf den Eingang einer monostabilen Kippstufe, dessen Ausgang mit einer optoelektronischen Sendediode verbunden ist, und der Ausgang eines Fototransistors über ein Komparator auf ein retriggerbares Monoflop geschaltet. Diese Maßnahmen reichen jedoch keineswegs aus, um eine akzeptable Laufzeit von mehreren Jahren, wie dies beim praktischen Einsatz erforderlich ist, bei minimalem Platzbedarf für die Energieversorgung zu erreichen.
Die GB 2 230 629 A offenbart einen Verbrauchszähler mit rotierender Scheibe, die einen nicht reflektierenden Bereich aufweist. Die Ermittlung der Anzahl der Umdrehungen erfolgt durch eine Infrarrot-LED und einen Fototransistor. Die Sensoreinrichtung des Verbrauchszählers weist weiterhin einen Drehrichtungsdetektor für die Scheibe auf. Schaltungstechnische Maßnahmen, die eine besonders lange Laufzeit des Verbrauchszählers sichern könnten, sind nicht vorgesehen. Ebenso wenig erfolgt eine Kompensation sich ändernder Umgebungsbedingungen.
In der US 2006/0124843 A1 wird eine optische Detektionseinrichtung für einen Zähler beschrieben, deren Einsatz vor allem in einem Wasserzähler vorgesehen ist. Dabei beleuchtet eine Lichtquelle eine Scheibe, die wenigstens drei Sektoren unterschiedlicher Farben aufweist. Ein Sensor nimmt das von der Scheibe reflektierte Licht auf, das von einer Lichtquelle ausgesandt wird, die zumindest in zwei verschiedenen Lichtfarben strahlt. Die drei Sektoren der Scheibe, von denen jeder einen Winkel von 120° aufweist, sichert die Optimierung der Emissionsfrequenz der Lichtquelle in Bezug zum Verbrauch an Elektroenergie. Dadurch wird der Energieverbrauch minimiert. Jedoch wird diese optimale Emissionsfrequenz fest eingestellt und orientiert sich am Messbereich des mit der optischen Detektionseinrichtung ausgestatteten Zählers. Dadurch ist keine Anpassung der Abtastfrequenz in Echtzeit an die momentane Messung möglich. Deshalb sind die Möglichkeiten der Energieeinsparung sehr begrenzt. Eine Anordnung von Emitter und Sensor außerhalb des Zählergehäuses, montiert auf der Oberfläche, ist vorgesehen.
Der vorliegende Stand der Technik weist somit insbesondere Defizite hinsichtlich der Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Umgebungsbedingungen sowie der Anpassung des Energiebedarfs an momentane Erfordernisse auf. Bei Veränderungen der gemessenen Lichtintensität, beispielsweise durch Ausbildung einer Schmutzschicht auf der Lichtquelle oder dem Lichtsensor, sowie geänderten Reflexionseigenschaften, die durch Verschmutzung oder Korrosion der reflektierenden Oberflächen hervorgerufen werden können, ändert sich die Signalstärke. Daraus resultieren Ungenauigkeiten oder Fehlmessungen, die bis zum Ausfall der Messeinrichtung führen können. Diese Defizite des Standes der Technik verhinderten letztlich bislang den Praxiseinsatz der angebotenen Systeme.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Vorrichtung für eine optische Detektionseinrichtung vorzulegen, die insbesondere für Verbrauchsmesseinrichtungen wie Wasserzähler im Praxiseinsatz geeignet und dabei sich ändernde Umgebungsbedingungen zu kompensieren sowie Manipulationen zur Verfälschung der Messung zu verhindern in der Lage ist und zudem einen besonders niedrigen Energieverbrauch aufweist.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein sicheres Verfahren zur Erfassung einer Drehbewegung mittels optischer Impulse anzugeben, das insbesondere zur Verbrauchsmessung geeignet sein, sich verändernde Umgebungsbedingungen kompensieren und bei der der Energieverbrauch besonders niedrig sein soll.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff der Erfindung gelöst, wobei das optische Emitter-Sensor-Element dem rotierenden Reflektor gegenüber angeordnet und zu diesem hin ausgerichtet ist, auf einer von diesem überstrichenen Kreisringfläche einen rotierenden Überwachungsbereich bildet, die Steuer- und Auswerteeinrichtung mit dem optischen Sensor und dem optischen Emitter schaltungstechnisch verbunden ist und die Steuer- und Auswerteeinrichtung für eine selbsttätige Anpassung der Emission und Detektion der Strahlungsimpulse an veränderte Reflexionseigenschaften der Reflexionsflächen und/oder Reflexionsfelder ausgeführt ist und/oder die Steuer- und Auswerteeinrichtung für eine selbsttätige Anpassung der Abtastimpulsfrequenz an die Signalfrequenz ausgeführt ist.
Durch den Einsatz eines optischen Abtastverfahrens unter Einsatz des optischen Emitters und eines entsprechenden Sensors kann auf den Einsatz eines äußerlich leicht beeinflussbaren magnetischen Indikationssystems verzichtet werden. Vorteilhaft ist dabei eine besonders hohe Sicherheit gegen Manipulationen. Weitere Vorteile resultieren aus der Kompensation von Veränderungen der gemessenen Lichtintensität, beispielsweise durch Ausbildung einer Schmutz- oder Feuchtigkeitsschicht (Beschlag) auf der Lichtquelle, dem Lichtsensor oder den Reflexionsschichten sowie aus anderen Gründen geänderten Reflexionseigenschaften, die durch Verschmutzung oder Korrosion der reflektierenden Oberflächen hervorgerufen werden können, durch die selbsttätige Anpassung an diese veränderten Eigenschaften. Weiterhin wird durch die selbsttätige Kompensationen eine hohe Sicherheit gegen den Einfluss von einfallendem Fremdlicht erzielt. Wird zum Beispiel eine erhöhte Umgebungshelligkeit registriert, erfasst die Steuer- und Auswerteeinrichtung diese geänderten Bedingungen und berücksichtigt diese bei der Auswertung des am Lichtsensor eingehenden Lichtsignals. Weiterhin erfolgt in dem Fall, dass es sich bei der Verbrauchsmesseinrichtungen um einen Wasserzähler handelt, eine Anpassung an unterschiedliche Wasserqualität mit variierender Opazität, die beispielsweise durch Trübung infolge des Schwebstoffgehalts hervorgerufen wird. Damit können Ungenauigkeiten oder Fehlmessungen vermieden werden.
Alternativ oder in Ergänzung dazu erfolgt zusätzlich eine Anpassung der Abtastfrequenz, mit der das optische Emitter-Sensor-Element durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung angesteuert wird. Dadurch erfolgt die Anpassung der Abtastfrequenz in Echtzeit im Moment der Messung. Bei einem geringen Verbrauch und entsprechend niedriger Drehzahl des rotierenden Reflektors ist nur eine niedrige Abtastfrequenz erforderlich. Ist der Verbrauch und damit die Drehzahl und die Signalfrequenz entsprechend höher, erhöht sich auch die Abtastfrequenz. Dadurch wird in jedem Moment nur eine minimal notwendige Menge an elektrischer Energie für die Messung verbraucht, so dass die Batterielaufzeiten und entsprechend die Wartungsintervalle des Zählers stark verlängert werden bzw. wird die Baugröße der Vorrichtung wegen der kleineren Batterien minimiert. Daraus resultieren geringere Wartungskosten und deutlich erweiterte Einsatzmöglichkeiten von mit der Vorrichtung ausgestatteten Verbrauchszählern. Zudem ermöglicht die Anpassungsfähigkeit der Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung den Einsatz an eine große Vielzahl von unterschiedlichen Verbrauchsmesseinrichtungen und anderen drehenden Elementen ohne eine Änderung von Hardware oder Programmierung, da eine Anpassung an die unterschiedlichen Drehzahlbereiche selbsttätig und ohne Einbußen hinsichtlich Genauigkeit oder Energieeffizienz erfolgen kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Steuer- und Auswerteeinrichtung zur Ansteuerung des optischen Emitters zum Aussenden von Strahlung oder Strahlungsimpulsen, der optische Emitter als eine infrarotes Licht aussendende LED oder als eine sichtbares Licht aussendende LED und der optische Sensor für den Empfang von reflektierter Strahlung oder Strahlungsimpulsen als Optosensor ausgeführt.
Beim Einsatz von infraroter Strahlung oder Strahlungsimpulsen wird der Einfluss von Umgebungslicht im sichtbaren Bereich allein durch das gewählte Spektrum reduziert und die Beeinflussung des Messergebnisses weitgehend ausgeschlossen. Weiterhin lassen sich auf den Reflexionsflächen andere Kontraste erzielen als mit sichtbarem Licht, das sonst als Störlicht die Messung beeinflussen könnte.
Vorteile resultieren weiterhin aus dem Einsatz einer kombinierten Steuer- und Auswerteeinrichtung. Dadurch können alle Bauteile, die zur Ansteuerung der Strahlungsquelle und zum Auswerten der empfangenen Strahlung erforderlich sind, in einer Baueinheit zusammengefasst werden. Daraus resultieren Kostenvorteile bei der Herstellung der Vorrichtung und ein geringerer Energieverbrauch beim Betrieb. Kostenvorteile ergeben sich weiterhin aus dem Einsatz von handelsüblichen Elementen zur Erzeugung und Detektion von sichtbarem Licht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der rotierende Reflektor zwei Reflexionsfelder mit unterschiedlichen Reflexionseigenschaften oder eine etwa halbkreisförmige Außenkontur auf.
Vorteilhaft ist hierbei, dass der rotierende Reflektor rotationssymmetrisch ausgebildet ist und auch bei hohen Drehzahlen keine radialen Lasten auf dessen Mittelachse eingetragen werden. Zudem lassen sich die Reflexionseigenschaften beider Reflexionsfelder sehr variabel gestalten, ohne dass die Gefahr des Einfalls von Streulicht zum Gehäuseboden und dessen Reflexion zum optischen Sensor besteht. Diese alternative Ausführungsform mit einer etwa halbkreisförmige Außenkontur des rotierenden Reflektors ist sehr günstig hinsichtlich der Funktionssicherheit, da eine exakte Impulsform mit scharfer Abgrenzung und höchstem Kontrast darstellbar ist. Aus dieser ist die Winkelstellung des rotierenden Reflektors sicher ableitbar.
Nach einer besonders bevorzugten vorteilhaften Ausführungsform ist eine Grenzlinie zwischen den Reflexionsfeldern des rotierenden Reflektors angeordnet. Die Grenzlinie weist im Bereich einer ersten Teilfläche einen steileren radialen Konturverlauf und im Bereich einer zweiten Teilfläche einen flacheren radialen Konturverlauf auf. Alternativ weist eine Außenkontur an einer ersten Teilfläche des rotierenden Reflektors einen flacheren radialen Konturverlauf und eine Außenkontur einer zweiten, mit der ersten Teilfläche verbundenen Teilfläche einen steileren radialen Konturverlauf auf. Zudem ist die Steuer- und Auswerteeinrichtung zur Ermittlung eines Signaländerungsgradienten des Sensorsignals und daraus einer Drehrichtung des rotierenden Reflektors ausgeführt.
Besondere Vorteile hieraus resultieren beim Einsatz in einer Verbrauchsmesseinrichtung. Hierbei ist eine Rücklauferkennung besonders wichtig, um eine Manipulation, beispielsweise durch einen verkehrt herum in eine Wasserleitung eingebauten Wasserzähler hervorgerufen, somit leicht zu ermitteln, damit diese nicht zu einer Veränderung des Messergebnisses durch Rückwärtszählen führen kann.
Besondere Vorteile sind zu erzielen, wenn optischer Emitter, optischer Sensor sowie Steuer- und Auswerteeinrichtung nachrüstbar für eine Verbrauchsmessvorrichtung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt und im Einsatz ist, ausgeführt sind.
Dadurch wird in besonders vorteilhafter Weise eine Nachrüstung unterschiedlicher Verbrauchszähler zu beliebiger Zeit und sehr flexibel möglich. Damit können die Vorteile, die aus der Anwendung der Vorrichtung resultieren, nicht nur aus neuen Zählern gezogen werden, sondern auch aus entsprechend ergänzten Altgeräten, die nur eine entsprechende Vorbereitung für den Einsatz der Vorrichtung benötigen, beispielsweise einen geeigneten rotierenden Reflektor. Dadurch sind besonders hohe Kosteneinsparungen erreichbar. Weiterhin ist vorteilhaft, dass kein Ausbau des Zählers aus dem Verbrauchsnetz erfolgen muss, um die Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung zum Einsatz zu bringen.
Besondere Vorteile sind zu erreichen, wenn die Vorrichtung zur Verbrauchsmessung ein Wasserzähler, ein Gaszähler oder ein Zähler für Elektroenergie ist, denn dabei kommen die Vorzüge des Systems besonders zum Tragen. Darunter sind vor allem die langen Wartungsintervalle durch lange Batterielaufzeit und die selbsttätige Anpassung an Umgebungseinflüsse wie Fremdlichteinfall, Korrosion, Verschmutzung und sich ändernde Wasserqualität zu nennen. Zudem ist die Sicherheit gegen Manipulation besonders hoch.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung zur Verbrauchsmessung mit dem optischen Emitter, dem optischen Sensor, der Steuer- und Auswerteeinrichtung und einer Energieversorgung in einem von der Verbrauchsmessvorrichtung separaten Gehäuse zusammen montiert und vergossen. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte kompakte Bauweise erreicht werden und zugleich schädliche Einflüsse aus der Umgebung, insbesondere durch Feuchtigkeit, unterbunden werden. Durch die Abdichtung erreicht der Sensor eine hohe Dichtigkeit und kann auch unter Wasser (IP 68) eingesetzt werden. Die separate Unterbringung sichert eine flexible Nachrüstbarkeit bestehender Zähler, ohne diese ausbauen zu müssen. Weiterhin wird dadurch bei einer notwendigen Wartung das schnelle Auswechseln der Vorrichtung zur Verbrauchsmessung möglich, wiederum ohne den Zähler ausbauen zu müssen.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Erfassung einer Drehbewegung mittels optischer Impulse, insbesondere für Verbrauchsmessgeräte, mit einem rotierenden Reflektor, einem optischen Emitter, einem optischen Sensor und einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, wobei der von der Steuer- und Auswerteeinrichtung gesteuerte optische Emitter eine Strahlung auf einen Überwachungsbereich in Richtung des rotierenden Reflektors aussendet, der optische Sensor reflektierte Strahlung detektiert und ein Sensorsignal an die Steuer- und Auswerteeinrichtung sendet, die Steuer- und Auswerteeinrichtung eine selbsttätige Anpassung an veränderte Reflexionseigenschaften von Reflexionsflächen und/oder Reflexionsfeldern durchführt und/oder die Steuer- und Auswerteeinrichtung eine selbsttätige Anpassung einer Abtastimpulsfrequenz an eine Signalfrequenz durchführt.
Dadurch kann eine Messung, beispielsweise bei einem Wasserzähler, auch bei veränderten Wasserqualitäten erfolgen und eindeutige Messsignale erzielt werden. Weiterhin ist der Energieverbrauch sehr gering, da eine Anpassung der Abtastfrequenz an die maximal erforderliche Frequenz für die aktuelle Drehzahl des rotierenden Reflektors erfolgt.
In besonders bevorzugten Varianten des Verfahrens steuert die Steuer- und Auswerteeinrichtung den optischen Emitter an und dieser sendet Strahlung oder Strahlungsimpulse im infraroten oder im sichtbaren Spektralbereich aus und der optische Sensor empfängt die reflektierte Strahlung oder Strahlungsimpulse, erzeugt das Sensorsignal und dieses wird von der Steuer- und Auswerteeinrichtung verarbeitet.
Beim Einsatz von infraroter Strahlung oder Strahlungsimpulsen wird der Einfluss von Umgebungslicht im sichtbaren Bereich reduziert und die Beeinflussung des Messergebnisses mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen. Weiterhin lassen sich auf den Reflexionsflächen andere Kontraste erzielen als mit sichtbarem Licht, das sonst als Störlicht die Messung beeinflussen könnte.
Die Verwendung von Strahlung oder Strahlungsimpulsen im sichtbaren Spektralbereich ermöglicht den Einsatz einfacher, handelsüblicher Bauteile, wodurch eine sehr kostengünstige Vorrichtung herstellbar ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens strahlt ein Reflexionsfeld des rotierenden Reflektors Strahlung oder Strahlungsimpulse mit von einem anderen Reflexionsfeld abweichenden Reflexionseigenschaften zurück oder ein eine etwa halbkreisförmige Außenkontur aufweisender, rotierender Reflektor reflektiert mit dem einen, aus Teilflächen bestehenden Halbkreis Strahlung oder Strahlungsimpulse, während der andere Halbkreis nicht ausgebildet ist und die Strahlung passiert ungehindert die Ebene des rotierenden Reflektors.
Vorteilhaft ist bei der ersten Variante, dass der rotierende Reflektor rotationssymmetrisch ausgebildet ist und auch bei hohen Drehzahlen keine radialen Lasten in dessen Mittelachse eingetragen werden. Zudem ist die Fertigung einfacher und es lassen sich die Reflexionseigenschaften beider Reflexionsfelder sehr variabel gestalten, ohne dass die Gefahr des Einfalls von Streulicht durch Reflexionen vom Gehäuseboden her, wenn Strahlung oder Strahlungsimpulse auf diesen gelangen, besteht.
Die alternative Ausführungsform mit einer etwa halbkreisförmigen Außenkontur ist wiederum sehr günstig hinsichtlich der Funktionssicherheit, da eine exakte Impulsform mit scharfer Abgrenzung und höchstem Kontrast ohne Anforderungen an eine Beschichtung darstellbar ist. Aus dieser Impulsform sind die Winkelstellung des rotierenden Reflektors sowie der Gradient der Signaländerung sicher ableitbar. Ein deutlicher Kontrastunterschied ist selbst dann noch zu ermitteln, wenn die kontrastbildende Schicht beschädigt oder zerstört ist, z. B. durch Korrosion oder Abblättern einer Beschichtung.
Weiterhin ist eine sehr sichere Signalerkennung möglich, da für einen der beiden Signaltypen keine reflektierende Fläche vorhanden ist, sondern das Licht auf den Bereich unterhalb des lichtreflektierenden Elementes fällt und von da aus nicht oder zumindest nicht zum Lichtsensor hin reflektiert wird, wenn der Boden entsprechend gestaltet ist. Der Signaltyp „kein Licht” wird also sicher ermittelt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Grenzlinie zwischen Reflexionsfeldern des rotierenden Reflektors durch das Emitter-Sensor-Element detektiert. Im Bereich der ersten Teilfläche ruft die Grenzlinie mit einem steileren radialen Konturverlauf einen höheren Signaländerungsgradienten des Sensorsignals und im Bereich einer zweiten Teilfläche die Grenzlinie mit einem flacheren radialen Konturverlauf einen niedrigeren Signaländerungsgradienten des Sensorsignal hervor. Alternativ dazu ruft eine Außenkontur an einer ersten Teilfläche des rotierenden Reflektors mit einem steileren radialen Konturverlauf einen höheren Signaländerungsgradienten des Sensorsignals und eine Außenkontur einer zweiten, mit der ersten Teilfläche verbundenen Teilfläche mit einem flacheren radialen Konturverlauf einen niedrigeren Signaländerungsgradienten des Sensorsignal hervor. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung stellt den Signaländerungsgradienten des Sensorsignals fest und ermittelt daraus eine Drehrichtung des rotierenden Reflektors.
Mit der Erfassung der Änderung der Intensität der Reflexion unter Einbeziehung der aktuellen Drehzahl des rotierenden Reflektors kann die Drehrichtung des rotierenden Reflektors erfasst werden. Dadurch ist eine Vor-/Rücklauferkennung möglich und ein entsprechendes Signal, beispielsweise in digitaler Form als Binärsignal, für die Drehrichtung im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns erzeugbar. Auf diese Weise lässt sich insbesondere eine Manipulation durch den Einbau eines Zählers in geänderter Durchflussrichtung erkennen. Die angeschlossene Verbrauchsmesseinrichtung zählt dann nicht rückwärts, sondern misst weiterhin den Verbrauch und kann zudem ein Signal absetzen, das über das außergewöhnliche Betriebsverhalten informiert, woraus neben der Manipulation auch auf eine leerlaufende Leitung, beispielsweise bei Versorgungsunterbrechung oder Wasserrohrbruch, geschlossen werden kann. Diese Schlussfolgerung ist insbesondere dann zu ziehen, wenn bei mehreren Zählern eines Bereichs zugleich auftritt. Hieraus ergeben sich somit umfassende Vorteile hinsichtlich der Überwachung des betreffenden Abschnitts des Wasserleitungssystems.
Bei einer Verbrauchsmesseinrichtung für Elektroenergie können mittels Drehrichtungserkennung Abnahme und Einspeisung von Elektroenergie zur Abrechnung getrennt erfasst werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen.
1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung;
2 zeigt schematisch eine Seitenansicht der Strahlungsverläufe zwischen Emitter, Reflexionsfläche an der Grundplatte des Gehäuses und Sensor bei einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung;
3 zeigt schematisch eine Seitenansicht der Strahlungsverläufe zwischen Emitter, Reflexionsfläche am rotierenden Reflektor und Sensor bei einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung;
4 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines rotierenden Reflektors mit zwei Reflexionsfeldern;
5 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines rotierenden Reflektors mit halbkreisförmiger Außenkontur;
6 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines rotierenden Reflektors mit halbkreisförmiger Außenkontur und flachem radialem Konturverlauf;
7 zeigt schematisch eine geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung im Gehäuse;
8a und 8b zeigen schematisch ein Verfahrensfließbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung einer Drehbewegung.
1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erfassung einer Drehbewegung, wobei die gesamte Vorrichtung 1 bei der dargestellten Ausführungsform mit Wasser 9 angefüllt ist. Das Vorhandensein von Wasser 9 oder anderen Flüssigkeiten, dem zu messenden Verbrauchsgut, innerhalb des Gehäuses einer Verbrauchsmesseinrichtung 36, durch das Schwebstaub, Verschmutzungen oder korrosive Stoffe eingetragen werden können, ist gemäß der vorliegende Erfindung unproblematisch, da eine permanente automatische Anpassung an die durch einen derartigen Eintrag veränderten Bedingungen erfolgt.
Eine Grundplatte 4 stellt eine Trennwand zwischen dem zur eigentlichen Vorrichtung 1 gehörigen Bereich und dem in der Figur unterhalb der Grundplatte 4 gezeigten, zur Verbrauchsmessvorrichtung 36 gehörigen Bereich dar. Die Verbrauchsmessvorrichtung 36 ist in der Figur nicht näher ausgeführt und dargestellt. Es handelt sich dabei bevorzugt um einen Wasserzähler, somit eine Vorrichtung zur Feststellung des Wasserverbrauchs beziehungsweise des Wasserdurchflusses. Gleichwohl ist die Verbrauchsmesseinrichtung zur Feststellung von Verbrauch oder Durchfluss auch für andere Flüssigkeiten geeignet. In diesem Falle wäre anstelle von Wasser 9 eine andere Flüssigkeit im Inneren vorhanden. Weiterhin kann anstelle einer Flüssigkeitsmesseinrichtung auch eine andere Verbrauchsmesseinrichtung, beispielsweise zur Messung des Verbrauchs von Elektroenergie oder Gas, vorliegen.
Die Drehbewegung, die beispielsweise durch ein von der Wasserströmung angetriebenes rotierendes Flügelrad, wie es in herkömmlichen Wasserzählern zum Einsatz kommt, hervorrufen wird, bewegt die rotierende Achse 3. Die Drehbewegung kann aber auf andere Weise hervorgerufen werden, wie zum Beispiel durch einen Rotationskoben oder einen Motor, dessen Drehzahl mit der Vorrichtung 1 bestimmt werden soll. Die Grundplatte 4 verfügt über einen Durchbruch, der in einer bevorzugten Ausführungsform flüssigkeits- und/oder gasdicht ausgeführt ist. Damit wird die Drehbewegung durch die Grundplatte 4 hindurch zum rotierenden Reflektor 2, 2', 2'' übertragen. Der rotierende Reflektor 2, 2', 2'' ist zwischen der Grundplatte 4 und einer Glasscheibe 7 angeordnet.
Die Glasscheibe 7 dient in der bevorzugten Ausführungsform als Auflage und zur Montage zumindest des Emitter-Sensor-Elementes 6, bevorzugt aber auch der in 7 dargestellten Energieversorgung 32 und der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8. Das optische Emitter-Sensor-Element 6 weist einen optischen Emitter 10 und einen optischen Sensor 11 auf. Der optische Emitter 10 ist in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform als LED ausgeführt, die Infrarotstrahlung aussendet. Der optische Emitter 10 kann aber in weiteren Ausführungsformen anderen Funktionsprinzipien unterliegen. Beispielsweise kann er als LED, die sichtbares Licht aussendet, aber auch als eine andere Lichtquelle, wie beispielsweise eine Glühlampe, ausgeführt sein. Der optische Sensor 11 ist in der bevorzugten Ausführungsform als für Infrarotstrahlung empfindlicher Sensor, der das Vorhandensein von Strahlung detektiert und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein der Strahlungsstärke entsprechendes, die Strahlungsintensität abbildendes Signal abgibt, bevorzugt ein elektrisches Signal, ausgeführt. Er kann aber auch in alternativen Ausführungsformen für andere Strahlungen in anderen Spektralbereichen, wie beispielsweise für sichtbares Licht, empfindlich sein.
Die vom optischen Emitter 10 abgegebene Strahlung ist in der 1 als Strahlung oder Strahlungsimpuls 5 dargestellt. Nachdem die Strahlung oder der Strahlungsimpuls 5 den rotierenden Reflektor 2, 2', 2'' erreicht hat, erfolgt die Reflexion und die reflektierte Strahlung oder der Strahlungsimpuls 5' verlässt den rotierenden Reflektor 2, 2', 2''. Diese wird durch den optischen Sensor 11 detektiert. Das optische Emitter-Sensor-Element 6 gibt daraufhin ein Signal an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 ab. Dieses Signal ist in der bevorzugten Ausführungsform ein elektrisches Signal. Das Signal kann aber auch andere Weise abgegeben werden und beispielsweise als optisches Signal vorliegen, woraus sich eine erhöhte Sicherheit gegen Störeinflüsse oder Manipulationen, insbesondere in elektromagnetischer Form, in vorteilhafter Weise ergibt.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 ist mit dem optischen Emitter-Sensor-Element 6 steuerungstechnisch verbunden. Dadurch erfolgt in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 sowohl die Steuerung des optischen Emitters 10 zur Emission der Strahlung oder der Strahlungsimpulse 5, als auch die Auswertung der durch den optischen Sensor 11 aufgenommenen Strahlung oder Strahlungsimpulse 5'.
2 zeigt schematisch eine Seitenansicht der Strahlungsverläufe zwischen optischem Emitter 10, Reflexionsfläche 13 an der Grundplatte 4 des Gehäuses und optischem Sensor 11 bei einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erfassung einer Drehbewegung. Die Grundplatte 4 wird durchdrungen von der rotierenden Achse 3, die an ihrem distalen Ende mit dem rotierenden Reflektor 2, 2', 2'' verbunden ist. Dabei ist der rotierende Reflektor 2, 2', 2'' zwischen der Grundplatte 4 und einer Montageebene 12 angeordnet. Auf der Montageebene 12 sind der optische Emitter 10 und der optische Sensor 11 angeordnet. Da die 2 zur Veranschaulichung der Funktion der Vorrichtung 1 dient, wurde vereinfachend keine Glasscheibe dargestellt und diese stattdessen schematisch auf die Montageebene 12 reduziert.
Von der Montageebene 12 aus emittiert der optische Emitter 10 Strahlung oder einzeln oder gruppenweise ausgesandten Strahlungsimpulse 5 in Richtung der Grundplatte 4 und des rotierenden Reflektors 2, 2', 2''. Die Strahlung wird dabei gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform durch ein geeignetes optisches System in Richtung der vorgesehenen Auftreff- beziehungsweise Reflexionsstelle gerichtet sein. Ein solches optisches System kann als Linsensystem, jedoch auch auf andere Weise, wie beispielsweise als Spiegelsystem oder als Einrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls ausgeführt sein. Hieraus resultiert der Vorteil einer sehr sparsamen, energieeffizienten Abgabe von Strahlung, da Streustrahlung vermieden wird. Weiterhin werden Störeinflüsse durch unkontrolliert reflektierte Strahlung innerhalb des Gehäuses vermieden. Bei alternativen Ausführungsformen, die sich wiederum durch besondere Einfachheit in Konstruktion und Fertigung auszeichnen, wird auf ein solches System zur Bündelung verzichtet und die Strahlung oder einzeln oder gruppenweise ausgesandte Strahlungsimpulse 5, vorzugsweise im sichtbaren oder infraroten Spektrum, ungerichtet oder nur teilweise gerichtet, beispielsweise durch Nutzung der in einer LED integrierten Linse, in Richtung des rotierenden Reflektors 2', 2'' und der Grundplatte 4 ausgesandt.
Die 2 zeigt die Verläufe der Strahlung oder des Strahlungsimpuls 5 von optischen Emitter 10 aus zu den möglichen Auftreffstellen, wo eine Reflexion erfolgt, und die Verläufe der von der Reflexionsstelle aus reflektierten Strahlen oder Strahlungsimpulsen oder Gruppen von Strahlungsimpulsen 5', 5''. Die dargestellte Variante geht von einer wirksamen Reflexion an der Grundplatte 4, die eine Reflexionsfläche 13 aufweist, aus. Dabei wird die Strahlung oder der Strahlungsimpuls 5, der vom optischen Emitter 10 ausgehend die Reflexionsfläche 13 unter dem Winkel α erreicht, unter einem Winkel gleicher Größe als reflektierte Strahlung oder Strahlungsimpuls 5' zum optischen Sensor 11 zurückgeworfen. Der optische Sensor 11 und der optische Emitter 10 sind von einer Senkrechten S auf der Grundplatte 4 um den Abstand a gleichermaßen beabstandet. Erfolgt die Reflexion an der Reflexionsfläche 13 der Grundplatte 4, erreicht die reflektierte Strahlung oder Strahlungsimpuls 5' den Punkt X auf der Montageebene 12, wo zugleich der optische Sensor 11 angeordnet ist. Dadurch wird die Strahlung oder Strahlungsimpuls 5 durch den optischen Sensor 11 detektiert und ein Signal an die Steuer- und Auswerteeinrichtung abgegeben. Erfolgt hingegen die Reflexion am rotierenden Reflektor 2', 2'', wird durch die reflektierte Strahlung oder Strahlungsimpulse oder Gruppen von Strahlungsimpulsen 5'' der Punkt X' auf der Montageebene 12 erreicht. Ein Signal wird folglich nicht erzeugt, da dort keine Detektion erfolgen kann.
Der Vorteil dieser Variante liegt darin, dass allein die Reflexionsfläche 13 optimale bzw. definierte Reflexionseigenschaften aufweisen muss. Demgegenüber kommt es auf die Reflexionseigenschaften der Reflexionsfläche 14 des rotierenden Reflektors 2', 2'' nicht an, da von dort reflektierte Strahlung oder einzelne Strahlungsimpulse oder Gruppen von Strahlungsimpulsen 5'' den optischen Sensor 11 nicht erreichen. Jedoch darf die Reflexionsfläche 14 die Strahlung nicht in der Weise streuen oder ablenken, dass ein unbeabsichtigtes Auftreffen auf den Punkt X beziehungsweise den optischen Sensor 11 erfolgt. Voraussetzung für die sichere Funktion der Vorrichtung 1 nach der hier beschriebenen Ausführungsform ist weiterhin, dass es sich bei dem rotierenden Reflektor 2', 2'' um eine Variante mit symmetrischer oder unsymmetrischer Konturierung handelt. Nur unter dieser Voraussetzung ist es möglich, dass bei bestimmter Winkelstellung des rotierenden Reflektors 2', 2'' bezüglich der rotierenden Achse 3 die Strahlung oder Strahlungsimpuls 5 ohne Unterbrechung bis zur Grundplatte 4 gelangt und nicht bereits auf dem rotierenden Reflektor 2', 2'' reflektiert beziehungsweise absorbiert wird.
In einer alternativen Ausführungsform, wie unten in 3 dargestellt, kann jedoch umgekehrt die wirksame Reflexion auf der Reflexionsfläche 14 des rotierenden Reflektors 2', 2'' erfolgt, während die nicht detektierte, kein Signal erzeugende Reflexion auf der Reflexionsfläche 13 der Grundplatte 4 erfolgt.
3 zeigt schematisch eine Seitenansicht der Strahlungsverläufe zwischen dem optischen Emitter 10, der Reflexionsfläche 14 am rotierenden Reflektor 2', 2'' und dem optischen Sensor 11 bei einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erfassung einer Drehbewegung. Der optische Emitter 10 und der optische Sensor 11 sind an der Montageebene 12 angeordnet. Die Vorrichtung 1 weist so wie in 2 wiederum eine Grundplatte 4 mit einer Reflexionsfläche 13 auf, durch die hindurch die rotierende Achse 3 geführt ist. Mit der rotierenden Achse 3 fest verbunden ist der symmetrische oder unsymmetrisch konturierte rotierende Reflektor 2', 2'' mit seiner Reflexionsfläche 14.
Dabei erfolgt die wirksame Reflexion der vom optischen Emitter 10 abgegebenen Strahlung oder Strahlungsimpulsen 5 am rotierenden Reflektor 2', 2'', wobei es sich um einen symmetrisch oder unsymmetrisch konturierten rotierenden Reflektor 2', 2'' handelt. Die wirksam reflektierte Strahlung oder die Strahlungsimpulse 5' werden an den Punkt X auf der Montageebene, wo ebenfalls der optische Sensor 11 angeordnet ist, reflektiert. Dabei weist der optische Sensor 11 denselben Abstand a zur einer Senkrechten S' auf dem rotierenden Reflektor 2', 2'' auf, wie er zwischen der Senkrechten S' und dem optischen Emitter 10 besteht.
Erfolgt stattdessen, bedingt durch die Winkelstellung des symmetrisch oder unsymmetrisch konturierten rotierenden Reflektors 2', 2'', keine Reflexion an diesem, sondern an der Reflexionsfläche 13 der Grundfläche 4, fallen die Strahlung oder die Strahlungsimpulse 5'' auf den Punkt X' auf der Montageebene, wobei eine Detektion und eine Signalisierung unterbleiben. Auf die Reflexionseigenschaften der Reflexionsfläche 13 kommt es nicht an, jedoch darf sie die Strahlung nicht in der Weise streuen oder ablenken, dass ein unbeabsichtigtes Auftreffen auf den Punkt X beziehungsweise den optischen Sensor 11 erfolgt.
4 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines rotierenden Reflektors 2 mit seiner Reflexionsfläche 14, aufgeteilt auf zwei Reflexionsfelder 17 und 18. Dabei erfolgt eine Reflexion entsprechend der 2 und 3 ausschließlich am rotierenden Reflektor 2. Die Grundplatte 4 mit ihrer Reflexionsfläche 13 kommt nicht zur Wirkung, da die Strahlung 5 diese aufgrund der rotationssymmetrischen Gestalt des rotierenden Reflektors 2 nicht erreicht.
Die Reflexionsfelder 17, 18 unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Reflexionseigenschaften. So erfolgt in einer besonders bevorzugten Ausführungsform auf dem Reflexionsfeld 17 eine optimale Reflexion, während dessen auf dem Reflexionsfeld 18 die Strahlung oder die einzeln oder in Gruppen emittierten Strahlungsimpulse weitgehend absorbiert werden. Dadurch ist auch bei infolge Verschmutzung oder Korrosion sich verschlechternden Kontrastwerten zwischen beiden Reflexionsfeldern 17, 18 eine ausreichende Erkenngenauigkeit hinsichtlich der unterschiedlichen Reflexionseigenschaften bei der Detektion der reflektierten Strahlung oder Strahlungsimpulse durch den optischen Sensor gegeben.
Die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften der beiden Reflexionsfelder 17, 18 kann durch Beschichtung, wo eine galvanische Beschichtung besonders bevorzugt wird, erfolgen. Es sind aber auch andere Möglichkeiten zur Erzeugung dieser Eigenschaften möglich. So kann beispielsweise der rotierende Reflektor 2 aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt, unterschiedliche Materialien auf diesen aufgebracht oder die Oberfläche entsprechend bearbeitet, beispielweise aufgerauht werden.
Dreht sich der rotierende Reflektor 2 in die Drehrichtung 45, befindet sich der Überwachungsbereich 19 des Emitter-Sensor-Elementes im Bereich des gemäß dargestelltem Ausführungsbeispiel kaum reflektierenden bzw. Strahlung absorbierenden Reflexionsfelds 18. Der optische Sensor erhält keine reflektierte Strahlung oder Strahlungsimpulse und gibt somit kein Sensorsignal an die Steuer- und Auswerteinrichtung ab. Dreht sich der rotierende Reflektor 2 weiter in Drehrichtung 45, gelangt die Grenzlinie 23' in den Überwachungsbereich 19. Die Ermittlung der Intensität der reflektierten Strahlung erfolgt über die gesamte Fläche des Reflexionsfelds 19 hinweg. Das optische Emitter-Sensor-Element ist dabei so positioniert, dass der Überwachungsbereich 19 zwischen der inneren Koaxialgrenzbahn 47 und der äußeren Koaxialgrenzbahn 48 angeordnet ist und eine radial ausgerichtete längliche, bevorzugt ovale oder Linienform aufweist. Die Intensität der Reflexion wird über die gesamte Fläche des Überwachungsbereichs 19 ermittelt. Bevorzugt wird das durch Integration über die Fläche des Überwachungsbereich 19 realisiert. Die Ermittlung der Intensität der Reflexion kann aber auf andere Weise erfolgen, beispielsweise durch den Einsatz mehrerer, einzeln auslesbarer optischer Sensoren, von denen jeder einen Abschnitt des Überwachungsbereich 19 überwacht.
Gerät nun die Grenzlinie 23' in den Überwachungsbereich 19 und überstreicht den Überwachungsbereich 19, wird eine Zunahme der Reflexion durch Zunahme der Strahlungsintensität vom optischen Sensor 11 detektiert. Durch die besondere Form der Grenzlinie 23' überstreicht diese den Überwachungsbereich 19 von der inneren Koaxialgrenzbahn 47 aus bis hin zur äußeren Koaxialgrenzbahn 48. Daraus ergibt sich in der dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform ein stetiger Anstieg der Strahlungsintensität am optischen Sensor 11. Alternativ sind auch andere Gestaltungen der Grenzlinie 23' möglich, beispielsweise in Parabelform, woraus sich ein anderer als ein linearer, beispielsweise ein exponentieller, Anstieg der Strahlungsintensität am optischen Sensor einstellt.
Anstelle der besonderen Gestaltung der Grenzlinie 23' kann der Gradient der Reflexion auf andere Weise erzeugt werden. Beispielsweise kann ein teilweise reflektierender Bereich eingerichtet werden, in dem keine vollständige Reflexion, aber auch keine vollständige Absorption erfolgt. Besonders bevorzugt bei dieser Variante ist ein über den Grenzbereich hinweg gleichmäßigen ansteigender Reflexionskoeffizient.
Nachdem die Grenzlinie 23', die sich im Bereich der Teilfläche 21 befindet, passiert ist, gerät das Reflexionsfeld 18 in den Überwachungsbereich 19. Das Reflexionsfeld 18 zeichnet sich nach dem besonders bevorzugten, hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen niedrigen Reflexionskoeffizienten aus, wodurch am optischen Sensor 11 keine Strahlung oder Strahlungsimpulse detektiert und auch keine entsprechenden Signale an die Steuer- und Auswerteeinheit abgegeben werden. Dreht sich der rotierende Reflektor 2 weiter in Drehrichtung 45, gelangt die Teilfläche 20 zunächst mit dem Reflexionsfeld 18 in den Überwachungsbereich 19. Die Teilfläche 20 weist eine Grenzlinie 23 auf, die weit gehend radial ausgerichtet ist und dass Reflexionsfeld 18 von Reflexionsfeld 17 trennt. Wenn die Grenzlinie 23 zum Überwachungsbereich 19 gelangt, überstreicht sie wegen ihrer radialen Ausrichtung diesen sehr schnell, so dass ohne einen Übergangsbereich, mit sehr steilem Gradienten, wiederum das stark reflektierende Reflexionsfeld 17 in den Überwachungsbereich 19 gelangt. Der plötzliche Übergang von nicht oder gering reflektierenden zum stark reflektierenden Bereich, dem Übergang von Reflexionsfeld 18 zum Reflexionsfeld 17, erzeugt am optischen Sensor einen sehr steilem Gradienten hinsichtlich der Intensität der Strahlung oder der Strahlungsimpulse. Entsprechend gibt der optische Sensor 11 ein elektrisches Signal mit steilem Gradienten an die Steuer- und Auswerteeinheit ab.
In der hier dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform stehen die Schnittpunkte zwischen den Grenzlinien 23, 23' und der Koaxialmittelbahn 49 in einem Winkel deutlich abweichend von 180° zueinander. Dadurch ist gewährleistet, dass in der Abfolge von steilem und flachem Gradienten bei der Änderung der reflektierten Strahlungsintensität und umgekehrt unterschiedliche zeitliche Abstände bei konstanter Drehzahl zu verzeichnen sind. Wird der rotierende Reflektor im dargestellten Beispiel in Drehrichtung 45 gedreht, ist die Abfolge: flacher Gradient (Grenzline 23') – lange Pause (Reflexionsfeld 17) – steiler Gradient (Grenzlinie 23) – kurze Pause (Reflexionsfeld 18) – usw. Aufgrund dieser Abfolge ist durch die Steuer- und Auswerteeinheit die Drehrichtung ermittelbar.
5 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines symmetrisch konturierten rotierenden Reflektors 2' mit halbkreisförmiger Außenkontur. Der rotierende Reflektor 2' ist als in Annäherung halbe Kreisfläche ausgebildet, die ihrerseits zwei Teilflächen 20' und 21' besitzt. So wie bei den vorhergehenden Figuren sind die rotierende Achse 3 sowie Drehrichtung 45 gekennzeichnet. Der Überwachungsbereich 19' hat in der bevorzugten Ausführungsform dieser Ausgestaltung der Erfindung die Form einer besonders einfach zu erzeugenden Kreisfläche, kann aber auch eine andere Geometrie, wie zum Beispiel die eines Rechtecks oder wie bei den 4 und 6 eine ovale oder gestreckte Form aufweisen.
Als besonders günstig für die in 5 dargestellte Ausführungsvariante, bei der es auf die Erkennung eines Gradienten bei der Veränderung der Strahlungsintensität nicht ankommt, hat sich ein Überwachungsbereich 19 in Form einer Kreisfläche erwiesen, weil diese sehr einfach zu erzeugen ist und bei der Herstellung des hier nicht dargestellten optischen Emitter-Sensor-Elements handelsübliche Bauelemente, wie beispielsweise eine LED als Emitter, verwendet werden können, an die nur geringe Anforderungen hinsichtlich der optischen Qualitäten zu stellen sind.
Die Außenkontur 15 ist in der dargestellten Ausführungsform in einer Linie in etwa radialer Ausrichtung ausgeführt. Der dargestellte rotierende Reflektor 2' zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und eine ebenfalls einfache am optischen Sensor hervorgerufene Signalstruktur aus, da er nur über eine Außenkontur 15 mit beiderseits steilem radialem Konturverlauf verfügt.
6 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines rotierenden Reflektors 2'' mit halbkreisförmiger Außenkontur 22', wobei es sich hier um eine unsymmetrisch konturierte Außenkontur handelt. Neben der Außenkontur mit flacherem radialem Konturverlauf 16, der sich am Rand der Teilfläche 21'' befindet, weist der rotierende Reflektor 2'' zudem eine Außenkontur mit steilerem radialem Konturverlauf 15' an der Teilfläche 20'' auf.
Die Funktion der Außenkonturen 15', 16 entspricht der zu 4 beschriebenen. Demzufolge wird die Drehrichtung 45 im Zusammenwirken des in spezieller Weise geformten, in der bevorzugten Ausführungsform in Radialrichtung länglich ausgedehnten Überwachungsbereichs 19 mit dem optischen Emitter-Sensor-Element und der Steuer- und Auswerteeinrichtung erkannt. Der Überwachungsbereich 19 erstreckt sich zwischen der inneren Koaxialgrenzbahn 47 und äußeren Koaxialgrenzbahn 48. Die Strahlenverläufe der emittierten und der reflektierten Strahlung oder der Strahlungsimpulse entsprechen den bereits in den 2 und 3 beschriebenen, da die vom optischen Emitter ausgesandte Strahlung oder die Strahlungsimpulse wegen des nur teilweise ausgebildeten, radial unterbrochenen rotierenden Reflektors 2'' entweder den rotierenden Reflektor 2'' oder die hier nicht dargestellt Grundplatte erreichen.
7 zeigt schematisch eine geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erfassung einer Drehbewegung als montierte vergossene Vorrichtung 30 im Gehäuse 34. Das Gehäuse 34 dient, auch wenn es in einer alternativen Ausgestaltung nicht mit einer synthetischen Vergussmasse vergossen ist, dem Schutz der Vorrichtung 1 vor Umwelteinflüssen und sichert die langdauernde, stabile Funktion. Diese ist bei der vergossenen Ausführung sogar beim Einsatz unter Wasser gewährleistet.
Das Gehäuse 34 weist einen Deckel 31 auf und ist hermetisch abgeschlossen. Neben dem optischen Emitter-Sensor-Element 6 und der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 ist im Gehäuse 34 die Energieversorgung 32 der Vorrichtung 1 untergebracht und durch die Verbindungselemente 33 mit dem Gehäuse 34 fest verbunden. Die Energieversorgung 32 ist in der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als Batterie ausgeführt. Neben dem vorzugsweise angewendeten Batteriebetrieb sind auch andere Möglichkeiten der Energieversorgung vorgesehen. So kann beispielsweise eine Übertragung der Energie über ein magnetisches Wechselfeld oder über elektromagnetische Wellen von außen durch das Gehäuse 34 durch erfolgen. Wegen der hohen Energieeffizienz, die die Vorrichtung 1 aufweist, ist aber ein preisgünstiger Batteriebetrieb ausreichend und kann über viele Jahre hinweg die autonome, wartungsfreie Funktion der Vorrichtung 1 gewährleisten.
Das Gehäuse 34 kann an ebenfalls hermetisch abgeschlossenen Verbrauchsmessvorrichtungen 36, ohne diese öffnen zu müssen, eingesetzt werden. Dieses wird dadurch gewährleistet, dass das optische Emitter-Sensor-Element 6 hinter einem strahlungsdurchlässigen Element des Gehäuses 34, in der dargestellten Ausführungsform dem konkaven Bodenelement 35, angeordnet ist. Dadurch kann die vom optischen Emitter-Sensor-Element 6 ausgesandte Strahlung oder die Strahlungsimpulse das Gehäuse 34 verlassen und die reflektierte Strahlung oder Strahlungsimpulse wiederum in das Gehäuse 34 eintreten und den optischen Sensor 11 erreichen. Da der Aufbau auf der Verbrauchsmessvorrichtung 36 auf dessen eine Glasscheibe aufweisendem Deckel erfolgt, ist auch hierbei der ungehinderte Durchtritt von Strahlung oder Strahlungsimpulsen gewährleistet. Dadurch erreichen die Strahlung oder die Strahlungsimpulse den in dieser Figur nicht dargestellten rotierenden Reflektor bzw. dessen Reflexionsfläche bzw. die der Grundplatte und die reflektierte Strahlung reicht wiederum den optischen Sensor des optischen Emitter-Sensor-Element 6. Die genannten Elemente sind Teile der Verbrauchsmessvorrichtung 36 und in dieser fest eingebaut. Verbrauchsmesseinrichtungen können damit auf einfache Weise bereits für den Einsatz einer Vorrichtung 1 vorbereitet werden, auch wenn zum Zeitpunkt des Einbaus der Verbrauchsmesseinrichtungen 36 in das Leitungsnetz, im bevorzugten Anwendungsfall eine Wasserleitung, der Einsatz der vollständig funktionsfähigen Vorrichtung 1 nicht unmittelbar bevorsteht. Eine spätere Nachrüstung ist leicht möglich, indem das Gehäuse 34 nebst funktionsfähigen Einbauten und einem entsprechenden Anschluss zur Übergabe der ermittelten Daten erfolgt.
Die Übergabe von Daten kann über eine in das Gehäuse 34 eingeführte, hier nicht dargestellte Datenleitung erfolgen, aber auch auf andere Weise realisiert werden. So kann die Übertragung über Funk erfolgen, im Gehäuse kann aber auch ein Element zu magnetische Übertragung eingebaut sein, wobei das ablesende Aggregat gegen das Gehäuse zu halten ist, beziehungsweise kann eine Einrichtung nach dem Stand der Technik im Gehäuse 34 untergebracht sein, die eine Verbindung über das GSM-Netz mit einer Abrechnungszentrale herstellt.
Das Gehäuse 34 und der Deckel 31 bestehen in der bevorzugten Ausführungsform aus Metall, können aber auch aus anderen Materialien gefertigt sein. So kann auch ein Glasfaser verstärkter Kunststoff zum Einsatz kommen, aber auch ein thermoplastischer Kunststoff, der besonders vorteilhaft für die Herstellung in höheren Stückzahlen ist. Der Boden des Gehäuses 34 ist durch ein durchsichtiges Material gebildet, wofür Glas in Betracht kommt, aber auch ein anderes durchsichtiges Material, wie zum Beispiel ein Polycarbonat-Kunststoff.
8a und 8b zeigen schematisch ein Verfahrensfließbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens 40 zur Erfassung einer Drehbewegung. Dabei erfolgt im Verfahrensschritt 50 nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Emission eines Lichtimpulses 5. Es kann auch die Emission einer anderen Strahlung erfolgen, wie beispielsweise Infrarotstrahlung, ein infraroter Lichtimpuls oder eine Folge von zwei oder mehr Lichtimpulsen.
Die Strahlung oder der Strahlungsimpuls 5, im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Lichtimpuls emittiert, wird in Verfahrensschritt 51 an dem rotierenden Reflektor 2 reflektiert. In alternativen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Reflexion auch an einer anderen geeigneten Fläche erfolgen, so zum Beispiel an der Grundplatte des Gehäuses. Bei der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich jedoch um den rotierenden Reflektor 2 mit vollständiger Kreisfläche und ohne Konturierung. Der rotierende Reflektor 2 weist unterschiedliche Flächen auf, die sich in ihren Reflexionseigenschaften voneinander unterscheiden. Bei alternativen Ausführungsformen des Verfahrens kann jedoch auch ein anders gearteter rotierender Reflektor zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel ein symmetrisch oder ein unsymmetrisch konturierter rotierender Reflektor, insbesondere dann, wenn wie oben ausgeführt, eine Reflexion an der Grundfläche vorgesehen ist. Dabei ist es ohne Belang, ob als Reflexion von der Grundfläche die wirksame, das heißt diejenige, die den optischen Sensor 11 erreicht, oder die unwirksame Reflexion ausgeht.
Im Verfahrensschritt 52 erfolgt die Detektion der als Lichtimpuls vorliegenden reflektierten Strahlung oder der Strahlungsimpulse 5' durch den optischen Sensor 11. Dabei wird in der besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens, wie es das Ausführungsbeispiel beschreibt, nicht allein das Vorhandensein der Strahlung bzw. des oder der Lichtimpulse detektiert und in ein Sensorsignal 41 umgesetzt, sondern auch die Intensität der am optischen Sensor 11 eintreffenden Strahlung 5' ermittelt. Das Vorhandensein und die Intensität der Strahlung 5' wird am optischen Sensor 11 in ein Sensorsignal 41, wobei es sich in der bevorzugten Ausführungsform um ein elektrisches Signal handelt, umgesetzt. Dabei wird die als analoger Wert vorliegende Größe der Strahlungsintensität in der bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens in einem A/D-Wandler digitalisiert und als digitale Größe an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 übermittelt. Dadurch wird eine hohe Sicherheit gegen Störeinflüsse erreicht und die Signalverarbeitung vereinfacht. Eine alternative Lösung sieht jedoch vor, das analoge Sensorsignal ohne Umsetzung unmittelbar zu verarbeiten und dazu in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 eine analoge Schaltung vorzusehen.
Nach dem Eintritt des Sensorsignals 41 in die Steuer- und Auswerteeinrichtung 8, in der Verfahrensschritt 54, die Auswertung und Verarbeitung der Strahlung, der Strahlungsimpulse oder Gruppen von Strahlungsimpulsen 5', im Ausführungsbeispiel der Lichtimpulse, erfolgt, wird zunächst auf das Vorhandensein eines Sensorsignals 41 geprüft.
In Verfahrensschritt 60a ist kein Sensorsignal 41 empfangen worden. Daraus könnte geschlossen werden, dass sich der rotierende Reflektor 2 nicht dreht. In diesem Fall ist keine hohe Abtastfrequenz erforderlich. Um den Energieverbrauch der Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung zu minimieren, erfolgt in Verfahrensschritt 61a eine Anpassung der Abtastfrequenz. Diese wird beim Ausbleiben des Sensorsignals 41 deutlich abgesenkt, wobei insbesondere das Aussenden von Lichtimpulsen (Verfahrensschritt 50) als besonders energieaufwändiger Prozess einzueschränken ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Abtastfrequenz im Ruhestadium, ohne detektierte Drehbewegung des rotierenden Reflektors 2, zwischen 0,1 und 10 Hz, bevorzugt 5 Hz. Demgegenüber beträgt die Abtastfrequenz im Arbeitsstadium zwischen 100 Hz und 100 kHz und richtet sich nach der Drehzahl des rotierenden Reflektors 2, die äquivalent zur Signalfrequenz 43 ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt sich bei einer Drehzahl von 1 min^–1, entsprechend einer Signalfrequenz von 1/60 Hz, eine Abtastfrequenz von 700 Hz ein, in alternativen Ausgestaltungen liegt sie zwischen 100 Hz und 1 kHz. Beträgt die Drehzahl 100 min^–1, wird eine Abtastfrequenz von 10 kHz bis 100 kHz eingestellt, bevorzugt jedoch 70 kHz.
Besonders bevorzugte Abtastfrequenzen liegen je nach Zählergröße, das heißt Durchfluss Qn 2,5 bis Qn 15, zwischen 300 kHz und 2 MHz. Die Impulswertigkeit beträgt dabei 10 Liter pro Impuls (l/imp).
Zur Einschränkung des Aussendens von Lichtimpulsen erfolgt in Verfahrensschritt 62a die Erzeugung eines Korrektursignals 42 für die Steuerung des Impulsgebers, Verfahrensschritt 53, wobei die Frequenz für die Emission der Lichtimpulse festgelegt wird. Das Korrektursignal 42 nimmt die Anpassung der Abtastfrequenz vor und erreicht bei der Emission von Lichtimpulsen die Reduktion auf einen minimal erforderlichen Wert zwischen 0,1 und 10 Hz, der sicherstellt, dass das Anlaufen des rotierenden Reflektors 2 kurzfristig und sicher detektiert wird.
Im Fall des Anlaufens des rotierenden Reflektors 2 würde in Verfahrensschritt 60b ein Sensorsignal 41 empfangen werden. Dieses wird in der Folge verschiedenen Prüfungsschritten unterzogen. In der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind dies drei Prüfungsschritte, nämlich in Verfahrensschritt 61b die ermittelnde Signalfrequenz 43, in Verfahrensschritt 63 die zu ermittelnde Signalstärke und in Verfahrensschritt 65 die Ermittlung des Signaländerungsgradienten 46.
In Verfahrensschritt 61b wird aus dem empfangenen Sensorsignal 41 die Signalfrequenz 53 ermittelt. Diese wird im Verfahrensschritt 62b auf ihre Plausibilität überprüft. Das erfolgt insbesondere unter Berücksichtigung der Drehrichtung, aber auch unter Einbeziehung weiterer Parameter. Dazu gehört beispielsweise die Kontrastabweichung bei veränderten Kontrastbedingungen oder Lichteinfall. Nach der Prüfung der Plausibilität wird die ermittelte Signalfrequenz zur Erzeugung eines Korrektursignals für den Impulsgeber gemäß Verfahrensschritt 62b herangezogen. Im Sinne einer Iterationsschleife wird nun über die Steuerung des Impulsgebers 53 die Frequenz der Emission von Lichtimpulsen 50, die Abtastfrequenz, solange erhöht, bis eine Abtastfrequenz erreicht ist, die eine sichere Ermittlung der Signalfrequenz, die der Drehzahl des rotierenden Reflektors 2 entspricht, ermöglicht. Damit ist gesichert, dass nur die mindestens erforderliche Abtastfrequenz, unter Einbeziehung eines Sicherheitswertes, eingestellt wird und damit durch den optischen Emitter 10 so wenige Lichtimpulse wie möglich abgegeben werden, so dass die eingebaute Energiequelle eine maximal mögliche Laufzeit erreicht.
In Verfahrensschritt 63 erfolgt die Ermittlung der Signalstärke des empfangenen Sensorsignal 41. Dabei wird die Kontrastabweichung 44 festgestellt, der Unterschied der Reflektivität zwischen reflektierenden und nichtreflektierenden Bereichen, wenn es sich um eine rotierende Reflektor 2 handelt, oder um den Absolutwert der Reflexion auf einem konturierten rotierenden Reflektor beziehungsweise die Reflexionsfläche der Grundplatte handelt. Dabei finden veränderte Reflexionseigenschaften ebenso Berücksichtigung wie andere Einflüsse, beispielsweise einfallendes Fremdlicht.
Um eine stets sichere Unterscheidung zwischen reflektierenden und nichtreflektierenden Bereichen zu ermöglichen, wird die Kontrastabweichung 44 normiert. Das erfolgt in erster Linie über die Steuerung der Intensität bei der Emission des Lichtimpulses 50 durch den optischen Emitter 10. Dazu wird in Verfahrensschritt 64 aus der Kontrastabweichung 44 ein Korrektursignal für den Impulsgeber erzeugt, das in diesem Fall Auswirkungen auf die Intensität hat. Die Steuerung des Impulsgebers gemäß Verfahrensschritt 53 wirkt somit hinsichtlich der Intensität auf den optischen Emitter 10. Auch hierbei wird die Intensität unter dem Aspekt minimalen Energieverbrauchs optimiert. Alternativ zu diesem besonders bevorzugt Verfahren sind jedoch auch andere Verfahren vorgesehen. So erfolgt beispielsweise die Normierung der Kontrastabweichung 44 über eine Sensitivitätssteuerung, die auf den optischen Sensor 11 wirkt. Eine Beeinflussung des optischen Emitters 10 hinsichtlich der Intensität der Strahlung oder Strahlungsimpulse 5 ist dann nicht erforderlich, kann aber optional zusätzlich zur weiteren Stabilisierung der Funktionstüchtigkeit der Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung eingesetzt werden.
Der dritte Signalverarbeitungstrang, wie er in der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens angewandt wird, beginnt mit dem Verfahrensschritt 65, der Ermittlung des Signaländerungsgradienten 46. Dabei wird über eine Zeitkonstante, die sich aus der Signalfrequenz 43, wie sie in Verfahrensschritt 61b ermittelt wird, ergibt, ein Gradient errechnet. Dieser wird als Signaländerungsgradient 46, aus dem die Änderungsgeschwindigkeit der Intensität der reflektierten Lichtimpulse entnommen werden kann, in Verfahrensschritt 66 zur Ermittlung der Drehrichtung des rotierenden Reflektors 2 zusammen mit den relativen Zeitabständen zwischen beiden Signaländerungsgradienten 46 herangezogen. Im Ergebnis dessen wird eine Information über die Drehrichtung abgegeben und zur Prüfung der Plausibilität der ermittelten Signalfrequenz 43 aus Verfahrensschritt 61b in Verfahrensschritt 62b verwendet.
Damit kann beispielsweise bei einer Verbrauchsmessvorrichtung zwischen Vor- und Rücklauf unterschieden werden. Das ist insbesondere wichtig, wenn es darum geht, Manipulationen aufzudecken. Diese kann bei einem Wasserzähler darin bestehen, dass dieser entgegen seiner Messrichtung in das Wassernetz eingebaut wird, verbunden mit der Hoffnung, dass er rückwärts zählt und den Ablesewert verringert. Mit der Feststellung der Drehrichtung kann in einem solchen Fall beispielsweise ein Warnsignal an die Versorgungszentrale, die die Verbrauchsmessvorrichtung überwacht, übermittelt werden. Neben der Feststellung von Manipulationsversuchen kann aber die Feststellung der Drehrichtung auch von anderen Nutzen sein. Beispielsweise könnte eine Havarie erkannt werden, wenn bei einem Wasserrohrbruch oder einer sonstigen Unterbrechung der Wasserversorgung das Wassersystem im Haus leerläuft und sich durch den Leerlauf die als Verbrauchsmessvorrichtungen eingesetzten Wasserzähler gleich an mehreren Messstellen rückwärts drehen.
Ist nun in Verfahrensschritt 62b die Prüfung der Plausibilität mit positiven Ergebnis abgeschlossen worden, wird in Verfahrensschritt 67 die Ausgabe eines Zählimpulses vorbereitet. Aus dem Zählimpuls wird im Verfahrensschritt 70 ein in ein geeignetes Abgabeformat aufbereiteter Zählwert erstellt. Dieser kann auf geeignete Weise als Messwert genutzt werden, wobei alle nach dem Stand der Technik bekannten Möglichkeiten der leitungsgebundenen wie auch der Fernübertragung zum Einsatz kommen können. Beispielsweise kann die Leitung, die aus der Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung herausgeführt wird, bis zu einem Sammelzähler im Haus geführt sein, an dem die visuelle Ablesung erfolgt. Eine andere der zahlreichen möglichen Alternativen beinhaltet die Integration einer Sendeeinrichtung über das GSM-Netz (Mobiltelefon), wobei eine Übertragung unmittelbar in die Zentrale des Versorgers erfolgt, der mit den Daten die Abrechnung und eine anderweitige Auswertung vornehmen kann.
8b entspricht inhaltlich der 8a und dient mit verbal aufgeführten Verfahrensschritten dem leichteren Verständnis der Funktion.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: rotierender Reflektor
2': symmetrisch konturierter rotierender Reflektor
2'': unsymmetrisch konturierter rotierender Reflektor
3: rotierende Achse
4: Grundplatte
5: Strahlung/Strahlungsimpuls
5': Strahlung/Strahlungsimpuls; reflektiert und detektiert
5'': Strahlung/Strahlungsimpuls; reflektiert
6: optisches Emitter-Sensor-Element
7: Glasscheibe
8: Steuer- und Auswerteinrichtung
9: Wasser
10: optischer Emitter
11: optischer Sensor
12: Montageebene
13: Reflexionsfläche Grundplatte
14: Reflexionsfläche rotierender Reflektor
15, 15': Außenkontur mit steilerem radialem Konturverlauf
16: Außenkontur mit flacherem radialem Konturverlauf
17: Reflexionsfeld
18: Reflexionsfeld
19, 19': Überwachungsbereich Emitter-Sensor-Element
20, 20', 20'': Teilfläche
21, 21', 21'': Teilfläche
22, 22': halbkreisförmige Außenkontur
23, 23': Grenzlinie
30: montierte vergossene Vorrichtung
31: Deckel
32: Energieversorgung
33: Verbindungselement
34: Gehäuse
35: konkaves Bodenelement
36: Verbrauchsmessvorrichtung
40: Verfahren zur Erfassung einer Drehbewegung
41: Sensorsignal
42: Korrektursignal
43: Signalfrequenz
44: Kontrastabweichung
45: Drehrichtung
46: Signaländerungsgradient
47: innere Koaxialgrenzbahn
48: äußere Koaxialgrenzbahn
49: Koaxialmittelbahn
50: Emission Lichtimpuls
51: Reflexion an rotierendem Reflektor
52: Detektion Lichtimpuls
53: Steuerung Impulsgeber
54: Auswertung und Verarbeitung Lichtimpulse
60a: Signal nicht empfangen
60b: Signal empfangen
61a: Anpassung Abtastfrequenz
61b: Ermittlung Signalfrequenz
62a: Erzeugung Korrektursignal Impulsgeber (Frequenz)
62b: Prüfung Plausibilität
63: Ermittlung Signalstärke
64: Erzeugung Korrektursignal Impulsgeber (Intensität)
65: Ermittlung Signaländerungsgradient
66: Ermittlung Drehrichtung
67: Ausgabe Zählimpuls
70: Abgabe Zählwert
S: Symmetrieachse
a: Abstand Emitter-Sensor-Element-Symmetrieachse
h: Abstand Emitter-Sensor-Element-Reflexionsfläche Grundplatte
h': Abstand Emitter-Sensor-Element-rotierender Reflektor
α: Winkel Symmetrieachse-Strahlung/Strahlungsimpuls
x: Auftreffpunkt reflektierter Strahlung/Strahlungsimpuls auf Sensor
x': Auftreffpunkt des reflektierten Lichtstrahls auf Montageebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DD 271747 A1 [0003]
GB 2230629 A [0004]
US 2006/0124843 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung mittels optischer Impulse, insbesondere für Verbrauchsmessgeräte, mit einem rotierenden Reflektor (2, 2', 2''), einem aus einem optischen Emitter (10) und einem optischen Sensor (11) bestehenden optischen Emitter-Sensor-Element (6) und einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (8), dadurch gekennzeichnet, dass – das optische Emitter-Sensor-Element (6) dem rotierenden Reflektor (2, 2', 2'') gegenüber angeordnet und zu diesem hin ausgerichtet ist, auf einer von diesem überstrichenen Kreisringfläche einen rotierenden Überwachungsbereich (19, 19') bildet, die Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) mit dem optischen Sensor (11) und dem optischen Emitter (10) schaltungstechnisch verbunden ist und – die Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) für eine selbsttätige Anpassung der Emission und Detektion der Strahlungsimpulse (5, 5') an veränderte Reflexionseigenschaften der Reflexionsflächen (13, 14) und/oder Reflexionsfelder (17, 18) ausgeführt ist und/oder – die Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) für eine selbsttätige Anpassung der Abtastimpulsfrequenz (42) an die Signalfrequenz (43) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) zur Ansteuerung des optischen Emitters (10) zum Aussenden von Strahlung oder Strahlungsimpulsen (5), der optische Emitter (10) als eine infrarotes Licht aussendende LED oder als eine sichtbares Licht aussendende LED und der optische Sensor (11) für den Empfang von reflektierter Strahlung oder Strahlungsimpulsen (5') als Optosensor ausgeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Reflektor (2) zwei Reflexionsfelder (17, 18) mit unterschiedlichen Reflexionseigenschaften oder der rotierende Reflektor (2', 2'') eine etwa halbkreisförmige Außenkontur (22, 22') aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Grenzlinie (23, 23') zwischen den Reflexionsfeldern (17, 18) des rotierenden Reflektors (2) angeordnet ist und die Grenzlinie (23) im Bereich einer ersten Teilfläche (20) einen steileren radialen Konturverlauf und die Grenzlinie (23') im Bereich einer zweiten Teilfläche (21) einen flacheren radialen Konturverlauf aufweist oder – eine Außenkontur (15, 15') an einer ersten Teilfläche (20', 20'') des rotierenden Reflektors (2', 2'') eine steile Flanke mit steilerem radialem Konturverlauf und eine Außenkontur (16) einer zweiten, mit der ersten Teilfläche (20', 20'') verbundenen Teilfläche (21', 21'') eine flache Flanke mit flacherem radialem Konturverlauf aufweist und – die Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) zur Ermittlung eines Signaländerungsgradienten (46) des Sensorsignals (41) und daraus einer Drehrichtung (45) des rotierenden Reflektors (2, 2', 2'') ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass optischer Emitter (10), optischer Sensor (11), Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) an einer Verbrauchsmessvorrichtung (36) nachrüstbar ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchsmessvorrichtung (36) ein Wasserzähler, ein Gaszähler oder ein Zähler für Elektroenergie ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mit dem optischen Emitter (10), dem optischen Sensor (11), der Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) und einer Energieversorgung (32) in einem von der Verbrauchsmessvorrichtung (36) separaten Gehäuse (34) zusammen montiert und vergossen sind.
Verfahren zur Erfassung einer Drehbewegung mittels optischer Impulse, insbesondere für Verbrauchsmessgeräte, mit einem rotierenden Reflektor (2, 2', 2''), einem optischen Emitter (10), einem optischen Sensor (11) und einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (8), dadurch gekennzeichnet, dass – der von der Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) gesteuerte optische Emitter (10) eine Strahlung (5) auf einen Überwachungsbereich (19, 19') in Richtung des rotierenden Reflektors (2, 2', 2'') ausendet, der optische Sensor (11) reflektierte Strahlung (5') detektiert und ein Sensorsignal (41) an die Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) sendet, – die Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) eine selbsttätige Anpassung an veränderte Reflexionseigenschaften von Reflexionsflächen (13, 14) und/oder Reflexionsfeldern (17, 18) durchführt und/oder – die Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) eine selbsttätige Anpassung einer Abtastimpulsfrequenz (42) an eine Signalfrequenz (43) durchführt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) den optischen Emitter (10) ansteuert und dieser Strahlung oder Strahlungsimpulse (5) im infraroten oder im sichtbaren Spektralbereich aussendet und der optische Sensor (11) die reflektierte Strahlung oder Strahlungsimpulse (5') empfängt, das Sensorsignal (41) erzeugt und dieses von der Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reflexionsfeld (17) des rotierenden Reflektors (2) Strahlung oder Strahlungsimpulse (5) mit von einem anderen Reflexionsfeld (18) abweichenden Reflexionseigenschaften zurückstrahlt oder ein eine etwa halbkreisförmige Außenkontur (22, 22') aufweisender, rotierender Reflektor (2', 2'') mit dem einen, aus Teilflächen (20, 20', 21, 21') bestehenden Halbkreis Strahlung oder Strahlungsimpulse (5) reflektiert, während der andere Halbkreis nicht ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grenzlinie (23, 23') zwischen Reflexionsfeldern (17, 18) des rotierenden Reflektors (2) durch das Emitter-Sensor-Element (6) detektiert wird und im Bereich der ersten Teilfläche (20) die Grenzlinie (23) mit einem steileren radialen Konturverlauf einen höheren Signaländerungsgradienten (46) des Sensorsignals (41) und im Bereich einer zweiten Teilfläche (21) die Grenzlinie (23') mit einem flacheren radialen Konturverlauf einen niedrigeren Signaländerungsgradienten (46) des Sensorsignals (41) hervorruft oder eine Außenkontur (15, 15') an einer ersten Teilfläche (20', 20'') des rotierenden Reflektors (2', 2'') mit einem steileren radialen Konturverlauf einen höheren Signaländerungsgradienten (46) des Sensorsignals (41) und eine Außenkontur (16) einer zweiten, mit der ersten Teilfläche (20', 20'') verbundenen Teilfläche (21', 21'') mit einem flacheren radialen Konturverlauf einen niedrigeren Signaländerungsgradienten (46) des Sensorsignals (41) hervorruft und die Steuer- und Auswerteeinrichtung (8) den Signaländerungsgradienten (46) des Sensorsignals (41) und daraus eine Drehrichtung (45) des rotierenden Reflektors (2, 2', 2'') ermittelt.