DE2415638A1 - Optisches system zur automatischen messgeraeteanzeige - Google Patents

Description

Optisches System zur automatischen Meßgeräteanzeige

Die Erfindung bezieht sich auf Automatik- oder Fernablesegerate für Meßgeräte und insbesondere auf ein optisches System zum Ablesen von Meßgeräten, die kodierte, öffnungen aufweisende Scheiben enthalten.

In der Energieverteilung und Meßtechnik besteht ein Bedarf an einem aus der Ferne ablesbaren Meßgerät. In einem gegebenen Wohnbezirk beispielsweise kann jedes Haus ein Meßgerät zum überwachen des Elektrizitäts-, Gas- und Wasserverbrauchs haben. Keines dieser Meßgeräte ist möglicherweise Eigentum der gleichen korporativen Gesellschaft. Multipliziert man diese verschiedenen Meßgeräte mit der Anzahl der Wohnhäuser in dem Bezirk, so wird deutlich, daß die visuelle Ablesung jedes Meßgerätes wesentlich zu den allgemeinen Unkosten des die bestimmte Dienstleistung erbringenden Versorgungsbetriebes beiträgt.

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Betrachtet man als ein spezifisches Beispiel die elektrische Versorgungsindustrie und den üblichen Wattstundenzähler, so sind eine Anzahl von Mechanismen vorgeschlagen worden zum Fernablesen des elektrischen Energieverbrauchs. Beispielsweise wurden Lochscheiben mit einer Vielzahl von Lichtquellen und einer Vielzahl von Detektoren vorgeschlagen zum Ablesen der Drehstellung jeder Scheibe. Alternativ ist vorgeschlagen worden, daß der verbrauchten Leistung proportionale digitale Impulse erzeugt und an Ort und Stelle gezählt werden. Dann, auf einen geeigneten Befehl hin, wird die Zählung zu einer Zentralstation übertragen, was typischerweise über eine Telefonverbindung geschieht.

Eine Schwierigkeit für beide Vorschläge sind die Kosten. Eine weitere Schwierigkeit bei dem ersten Vorschlag ist die erforderliche Sorgfalt bei der Montage oder der Anordnung der optischen Elemente. Eine weitere Schwierigkeit bei dem zweiten Vorschlag besteht darin, daß die Information nicht visuell überprüft werden kann, d.h. das System ist nicht fehlersicher, wobei Fehlersicherheit nicht bedeutet, daß die Leistung abgeschaltet wird, sondern daß vielmehr die Information (die Meßgeräte-Ablesung) verloren geht.

Als Richtlinien haben die Versorgungsgesellschaften vorgeschlagen, daß die Fernablesegeräte billig sein, wenig Wartung erfordern und fehlersicher sein müssen. Darüber hinaus ist es wünschenswert, daß die Einheit nicht größer bzw. sperriger ist als bekannte Vorrichtungen .

In einer gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung

P der gleichen Anmelderin (ihr Zeichen: 267O-5D-3942)

wird ein fehlersicheres Meßgeräte-Fernablesesystem vorgeschlagen, das eine einzigartige kodierte ScheibeηanOrdnung zum Kodieren der Zählerablesung eines Wattstundenzählers aufweist. Die dort beschriebene, mit Löchern versehene Scheibenanordnung nimmt sehr wenig zusätzlichen Raum ein. Demgemäß ist es wünschenswert, daß die Ableseoptik vergleichsweise kompakt ist. . ·

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In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen ist es deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System zum Ab-.lesen einer Vielzahl von mit Öffnungen versehenen Scheiben zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kompaktes optisches System für eine Ablesung einer Vielzahl von Wellenstellungsanzeigern in einem einzelnen System zu schaffen.

Weiterhin beinhaltet die vorliegende Erfindung ein billiges optisches System zum Ablesen der Positionen von mit Löchern versehenen Scheiben zur Verwendung bei einem Meßgerät.

Ferner soll ein optisches System für ein Fernablesesystem geschaffen werden, das mit Löchern versehene Scheiben verwendet.

Schließlich besteht eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, ein optisches System mit großer Montagetoleranz für automatische Meßgeräte-Ablesegeräte zu schaffen.

Die vorgenannten Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine einzige Lichtquelle, die eine Glühlampe umfaßt, eine Kollimieroptik, die einen parabolischen Reflektor umfaßt, abgetastete Lochscheiben, eine Sammeloptik, die zwei Reflektoren umfaßt, welche ein optisches System mit gefaltetem Pfad bilden, und durch einen Fotodetektor.

Die Erfindung wird' nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des optischen Systems gemäß der Erfindung dar.

Fig. 2 stellt perspektivisch ein vollständiges Ablesesystem dar, das das optische System gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt.

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Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt ein optisches System 10 eine Lichtquelle 11 und eine kollimierende Optik 12, die durch einen Massivring 13 gebildet ist, auf der eine parabolische Oberfläche 14 ausgebildet ist. Die parabolische Oberfläche 14 ist geeigneterweise mit Silber oder Aluminium überzogen, um für das erforderliche Reflexionsvermögen zu sorgen.

Das optische System 10 enthält ferner eine Sammeloptik 15, die durch einen massiven Körper 16 mit ersten und zweiten reflektierenden Oberflächen 17 und 18 gebildet ist. Die Oberfläche 17 ist vorzugsweise ein parabolischer Reflektor und ist weiterhin auf geeignete Weise mit Silber oder Aluminium überzogen. Die Oberfläche l8 ist vorzugsweise hyperbolisch und dient zur Fokussierung des Bildes der Lichtquelle 11 auf den Fotodetektor 19, der vorzugsweise eine Halbleiter-Fotozelle 21 enthält. Die reflektierenden Oberflächen 17 und 18 bilden einen gefalteten bzw. geknickten optischen Pfad für das Lichtbild von der Lichtquelle 11. Die Zusammenfassung eines parabolischen und eines hyperbolischen Reflektors sorgt für ein Gebilde, das allgemein als Cassegrain-Optik bekannt ist. Es können aber auch andere Kombinationen von primären und sekundären reflektierenden Oberflächen verwendet werden, wie beispielsweise eine Dall-Kirkham-Optik, in der halbelliptische und kugelförmige Oberflächen als primäre und sekundäre Reflektoren verwendet werden, oder eine Newton-Optik, die einen parabolischen Reflektor und einen ebenen Reflektor verwendet.

Zwischen der kollimierenden Optik 12 und der Sammeloptik 15 sind zahlreiche Masken oder Platten angeordnet, die Löcher bzw. Öffnungen enthalten. Diese Platten, die die Kodierscheiben, wie die Scheibe 22, eine Abtastscheibe 23 und eine feststehende Lochmaske 24 umfassen,bilden die Kodierung der Rotationsposition der Zeiger auf dem Zähler. Die Kodierung der Rotationsposition der Zeiger auf dem Zähler ist in der eingangs bereits erwähnten

gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung P

(Zeichen der Anmelderin General Electric Company: 267O-5D-3942) eingehend angegeben. Die Offenbarung dieser Patentanmeldung wird

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durch diese Bezugnahme in die vorliegende Patentanmeldung einbezogen.

Kurz gesagt enthält jede Kodierplatte eine Vielzahl von bogenförmigen öffnungen, die der Reihe nach durch eine Abtastscheibe abgetastet werden. Die feststehende Platte 24 enthält eine Vielzahl von Schlitzen, und zwar einen für jede der Kodierplatten 22. Damit Licht durch die Platten 22, 23 und 24 hindurchtritt, müssen die darin befindlichen Löcher ausgerichtet sein, so daß das Licht von der Kollimieroptik 12 zur Sammeloptik 15 gelangen kann. Die Schlitze in der feststehenden Platte 24 dienen zu der Sicherstellung, daß nur eine der Scheiben 22 zur Zeit abgelesen wird. Die Anordnung der Schlitze in der Scheibe 22 sorgt für ein kodiertes Ausgangssignal, wenn sie durch die Löcher in der Abtastscheibe 23 abgetastet wird. Wenn die Abtastscheibe 23 an dem Bogen vorbeiläuft, den jede der Kodierscheiben 22 enthält, wird eine Vielzahl von Wellenpositionssignalen gleichzeitig erhalten, da das Licht von der Quelle 11 unterbrochen wird oder zu der Sammeloptik 15 und somit zum Fotodetektor 19 gelangt.

Somit ist ein kompaktes optisches System zum Ablesen einer Vielzahl von kodierten Scheiben geschaffen, um ein elektrisches Signal zu liefern, das ein Maß für die Drehstellung einer Vielzahl von Wellen ist. Dies wird durch ein einziges optisches System erreicht, das eine einzige Lichtquelle und einen einzigen Fotodetektor aufweist. Das optische System ist feststehend und in seiner Lage sicher gehaltert, und trotzdem kann eine Vielzahl von Kodierscheiben abgetastet werden, die vom Durchmesser der Kodierscheiben im Vergleich zum Durchmesser der Abtastscheibe abhängt.

Die Lichtquelle 11 ist vorzugsweise durch eine Glühwendellampe gebildet, die eine relativ große Glühwendel aufweist. Beispielsweise wurde eine Lampe der General Electric Type 3026 für geeignet befunden, die bei einem Leistungsbedarf von 3 Watt arbeitet. Die Lichtausbeute von dieser Lampe beträgt bei weitem mehr als es zum Ablesen der Scheiben erforderlich ist. Der große Glühfaden wird verwendet, um ein großes Bild auf der Detektorseite

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der Optik zu erhalten. Hierdurch werden Fluchttoleranzen stark
vergrößert (gelockert bzw. unabhängiger gemacht), so daß das
optische System einfach auf einer Massenproduktionsbasis hergestellt werden kann.

Wie bereits erwähnt wurde, sind die Reflektorelemente 12 und 15 aus einem klaren Kunststoff gebildet, wie beispielsweise Acrylglas (Methylmethacrylat) oder Polycarbonat (Handelsname Lexan), das auf geeignete Weise mit Silber oder Aluminium überzogene
Oberflächen aufweist, um für die erforderliche Reflexion zu sorgen. Die Krümmung der reflektierenden Oberflächen wird durch
Gießen oder Pressen des Kunststoffes in die gewünschte Form geschaffen, und dann werden die reflektierenden Oberflächen überzogen.

Der Detektor 19 kann irgendeinen geeigneten Fotodetektor aufweisen. Es ist jedoch bevorzugt, daß die fotoempfindliche Fläche des Detektors relativ klein ist, um einen Detektor hoher Empfindlichkeit und mit kleinem Rauschen zu schaffen. Ein kommerziell verfügbarer, für die vorliegende Erfindung für geeignet befundener Detektor ist eine Fotozelle Type 2N5777-8O, die ebenfalls von

der General Electric Company gefertigt wird. Diese besondere Foto-

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zelle hat einen aktiven Bereich von etwa 10 mm (0,015 Zoll ).

Theoretisch kann jede Fotozelle verwendet werden. In der Praxis ist jedoch ein aktives Element vorteilhaft, das einen kleineren Durchmesser als etwa 2,5 mm (0,10 Zoll) besitzt. Die Kombination einer Lichtquelle mit großem Glühfaden und einem kleinen Detektor ermöglicht eine breite Montagetoleranz, während ein Detektorsystem hoher Empfindlichkeit mit kleinem Rauschwert aufrechterhalten
bleibt, um ein fehlerfreies Ausgangssignal zu erzeugen.

Der Gesamtbetrieb des optischen Systems gemäß der Erfindung zusammen mit einer Vielzahl kodierter Scheiben kann am besten anhand von Fig. 2 erläutert werden, in der ein Wattstundenzähler
mit einer Vielzahl kodierter Scheiben 22a - e dargestellt ist,
die jeweils auf den Wellen angebracht sind, die mit einer Viel-

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zahl von Zeigern verbunden sind, die zur Erhaltung einer visuellen Zählerablesung verwendet werden. Wie bereits ausgeführt wurde, tastet die Abtastscheibe 23 zusammen mit den Schlitzen in der feststehenden Platte 24 jede der kodierten Scheiben 22 einzeln ab und liefert eine Serie von Ausgangsimpulsen, die der Drehposition von jedem der Zeiger neben der Frontplatte 25 proportional sind. Die Abtastscheibe 23 kann durch irgendeinen geeigneten Mechanismus gedreht werden, wie beispielsweise einen Synchronmotor 26. Das optische System gemäß der Erfindung weist einen Durchmesser auf, der gleich oder etwas größer ist als der Arbeitsdurchmesser der Abtastscheibe 23, d.h. der Durchmesser zur äußersten öffnung.

Im Betrieb wird bei einem Signal von der Zentralstation die Lichtquelle 11 eingeschaltet und der Synchronmotor 26 erregt. Aus einer Ruheposition beginnend tastet die Abtastscheibe 23 der Reihe nach die kodierten Scheiben ab, die an jedem der Zeiger neben der Platte 25 befestigt sind. Die Abtastscheibe 23 wird mit einer geeigneten Geschwindigkeit gedreht, beispielsweise mit einer Umdrehung pro Sekunde, um für eine Strahlunterbrechungsgeschwindigkeit zu sorgen, die gut innerhalb der Ansprechzeit des Fotodetektors 19 liegt, und trotzdem nicht so lang ist, daß der Ablesevorgang unnötig in die Länge gezogen wird.

Wenn Telefonübertragungsleitungen als Verbindung zwischen dem Zählerfernableser und der Zentralstation verwendet werden, ist es höchst wahrscheinlich, daß die Meßgeräte in der Nacht abgelesen werden, wenn die Telefonleitungen relativ unbenutzt sind, also beispielsweise von 0 Uhr bis 6 Uhr. Wenn man annimmt, daß die Ablesezeit pro Zähler 1 Sekunde beträgt, dann können 21 Zähler in dem Zeitraum von 6 Stunden abgelesen werden, wenn die Telefonleitungen relativ unbenutzt sind. Selbstverständlich kann jedoch, wenn es die Situation erfordert, der Zähler auch zu jeder anderen Zeit abgelesen werden.

Auch wenn es in den Figuren 1 und 2 nicht gezeigt ist, so kann eine Lichtabschirmung um das optische System herum vorgesehen sein, um fehlerhafte Ablesungen von außen angeordneten Zählern während der Tageszeit zu verhindern.

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Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein verbessertes optisches Pehlerablesesystem geschaffen, bei dem eine Vielzahl kodierter Scheiben durch eine einzelne Lichtquelle beleuchtet und im Effekt durch einen einzelnen Fotodetektor abgetastet werden. Weiterhin ist das optische System gemäß der Erfindung kompakt und paßt leicht zu der Zählerbewegung und den kodierten Scheiben, die zur Fernablesung verwendet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das gesamte optische System stationär bzw. feststehend, während eine Vielzahl rotierender kodierter Scheiben durch eine zusätzliche rotierende Abtastscheibe abgetastet wird.

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Claims (4)

1. Ansprüche

   Optisches System zur Fernablesung von Meßgeräten mit einer Vielzahl von Lochscheiben, gekennzei chnet durch eine Lichtquelle (11), eine kollimierende Optik (12), die das Licht von der Lichtquelle (11) etwa parallel durch die Löcher in den Scheiben (22 - 24) richtet, eine Sammeloptik (15), die wenigstens zwei Reflektoren (17, 18) zur Aufnahme des durch die Löcher hindurchtretenden Lichtes und zum Richten dieses Lichtes entlang einer geknickten Bahn zu einem Brennpunkt aufweist, und Potodetektormittel (19), die in dem Brennpunkt angeordnet sind, zum Umwandeln des durch die Löcher hindurchtretenden Lichtes in ein elektrisches Signal.
2. 2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtquelle (11) eine Glühlampe aufweist.
3. 3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die kollimierende Optik (12) einen parabolischen Reflektor (14) aufweist.
4. 4. Optisches System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die kollimierende Optik (12)'einen Cassegrain-Reflektor aufweist.

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