ES2311606T3 - Sensor optico contadores de uso general. - Google Patents

Abstract

Un método para proporcionar una salida eléctrica desde un contador que tiene un miembro (10) movible, dispuesto para moverse a través de un trayecto regular, dependiendo de una cantidad del consumo medido por el contador, en donde el método comprende: el suministro de una fuente luminosa (31) para dirigir un haz luminoso hacia una parte del trayecto (20) regular, seguido por el miembro (10) movible y un fotodetector (32) para recibir un haz reflejado desde la parte del trayecto (20) regular, en donde la fuente luminosa (31) está dirigida desde una parte del miembro movible (10) cuando se encuentra en dicha parte de su trayecto regular (20), teniendo el miembro movible (10) una reflectividad distinta con respecto a la parte del trayecto regular (20) en la cual se dirige la fuente luminosa (31); el muestreo (103) de una salida eléctrica del fotodetector (32) mientras que la fuente luminosa (31) está emitiendo luz; caracterizado porque se incluye el muestreo (101) de la salida eléctrica del fotodetector (32), mientras que la fuente luminosa (31) no está emitiendo luz; la generación (106) de una señal de salida eléctrica representativa de la diferencia entre las dos salidas eléctricas muestreadas, y la repetición (101-106) de las dos muestras y la producción de la señal de salida eléctrica en unos intervalos apropiados.

Description

Sensor óptico para contadores de uso general.

La presente invención está relacionada con un método y un aparato para proporcionar una salida eléctrica desde un contador, particularmente de un contador que tenga un miembro móvil, tal como un indicador giratorio, el cual esté dispuesto para moverse dependiendo de una magnitud del consumo medido por el contador.

El documento GB-A-2262602 expone un dispositivo de salida para un contador de consumo del tipo que tiene un indicador giratorio, el cual gira dependiendo de la cantidad del consumo medido por el contador. El dispositivo de salida comprende una carcasa adaptada para ser fijada al contador, y conteniendo un dispositivo emisor de luz, un par de fotodetectores y medios para producir una señal de salida. El dispositivo emisor de luz está dispuesto para dirigir un haz de luz hacia el miembro indicador giratorio para la modulación por el miembro indicador conforme gire y para la reflexión del haz de luz de retorno al par de fotodetectores que están adaptados en su rendimiento. Con el fin de cancelar la influencia de la iluminación ambiente, el par de fotodetectores está posicionado de forma tal que cuando el miembro indicador está modulando la parte del haz incidente sobre el primer fotodetector, no estará modulando la parte del haz incidente sobre el segundo fotodetector en la misma magnitud. Estos medios para generar una señal de salida
producen una señal representativa de la diferencia entre las salidas respectivas del par de fotodetectores adaptados.

El documento GB2192708 expone una configuración de sensor electro-óptico, que registra el número de revoluciones de una aguja índice del contador, que incluye un fototransductor que comprende un LED y un fototransistor, el cual recibe normalmente impulsos de luz reflejados desde un dial contador, para proporcionar una señal de entrada por impulsos hacia un circuito de procesado de la señal. El circuito de procesado comprende un disparador Schmitt, el cual recibe impulsos de puerta a cinco veces por segundo desde un temporizador, y un circuito biestable, cuya salida es normalmente de nivel alto, estando conectado por realimentación a través de un diodo y una resistencia a la entrada de datos del disparador Schmitt. La salida del biestable pasa a nivel alto solo cuando la aguja interrumpe la trayectoria de un haz IR, por lo que se alimenta un impulso a un registrador de datos por medio de un circuito monoestable y un conmutador. El biestable no se repone a cero hasta que substancialmente la aguja completa pasa a la parte de fuera del trayecto del haz.

El documento GB2101296 expone un sistema en donde los movimientos de una aguja de un contador pasan por un punto específico alrededor de una escala del contador, que se monitorizan por los medios de un haz pulsado de luz incidente desde una fuente emisora LED, y siendo detectados, después de la reflexión de la escala, por un fototransistor. Conforme la aguja se desplaza a través del haz de luz, la amplitud media de los impulsos recibidos por el transductor cae y se eleva, e iniciándose un impulso de disparo por un detector de nivel cuando la amplitud promedio alcanza un primer umbral durante la caída. El impulso de disparo termina cuando la amplitud promedio alcanza un segundo umbral durante la elevación subsiguiente.

Es un objeto de la presente invención el proporcionar un método fiable y un aparato para proporcionar una salida eléctrica desde un contador, que no requiera un par de fotodetectores adaptados, eliminando la necesidad de tener que estar adaptados en su rendimiento, manteniendo el numero de los componentes requeridos en un numero bajo, reduciendo así los costos, y reduciendo cualesquiera influencias de la iluminación ambiente, que pudieran hacer difícil la detección del haz de luz.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un método para proporcionar una salida eléctrica de un contador, teniendo un miembro movible dispuesto para moverse a través de un trayecto regular, dependiendo de una magnitud de un consumo medido por el contador, comprendiendo el método una fuente luminosa, para dirigir un haz de luz hacia una parte del trayecto regular seguido por el miembro movible, y un fotodetector para recibir un haz reflejado desde la parte del trayecto regular en donde la fuente de luz es dirigida hacia/desde una parte del miembro móvil cunado se encuentre en dicha parte de su trayecto regular, teniendo el miembro móvil una reflectividad distinta desde la parte del trayecto regular en el cual esté dirigida la fuente luminosa; muestreando la salida eléctrica del fotodetector, mientras que la fuente luminosa esté emitiendo luz; caracterizado porque incluye además el muestreo de la salida eléctrica del fotodetector, mientras que la fuente luminosa no emite luz; produciendo una señal de salida eléctrica representativa de la diferencia entre las dos muestras eléctricas muestreadas, y repitiendo los dos muestreos y la producción de una señal de salida eléctrica a intervalos apropiados.

Durante los periodos entre los dos muestreos y la producción de una señal de salida eléctrica, los componentes utilizados para ejecutar el método pueden estar en modo de "sueño" o espera para conservar la energía.

La señal de salida representativa de la diferencia entre las dos salidas eléctricas muestreadas es indicativa de la señal de la fuente luminosa reflejada del trayecto del miembro movible con cualquier influencia eliminada de la luz ambiente. La señal de salida se produce utilizando un único fotodetector, reduciendo el número de partes requeridas, y reduciendo así la complejidad, costos y el consumo de energía eléctrica. Además de ello, puesto que se utiliza un único fotodetector, se compensan cualesquiera efectos debidos a los cambios de temperatura o envejecimiento, determinando la diferencia entre dos lecturas del fotodetector.

La señal de salida será diferente dependiendo de si el miembro movible, que puede ser por ejemplo un brazo indicador giratorio, esté ocupando o no la parte del trayecto al cual esté dirigida la fuente luminosa. Mediante la repetición del muestreo a intervalos apropiados, se puede determinar el instante en que el miembro movible o brazo indicador giratorio pase por la parte de su trayecto reglar, el cual puede ser entonces monitorizado. Esto puede representarse por una señal eléctrica adecuada, tal como un impulso. Mediante la determinación del numero de veces que el miembro movible o brazo giratorio haya pasado por el punto de monitorización, puede determinarse la magnitud del consumo medido, y estando indicado convenientemente por una señal eléctrica. La señal eléctrica indicativa del numero de ciclos del miembro movible, tal como el numero de rotaciones de un brazo indicador movible, es indicativa de la magnitud del consumo medido por el contador, y disponible convenientemente como una señal eléctrica que puede utilizarse para muchas aplicaciones, tales como para una lectura del contador de tipo automático o remoto, utilizando un transmisor de radio por ejemplo, o bien una monitorización y control de la energía automática.

El método puede llevarse a cabo en un contador existente que tenga por ejemplo una aguja giratoria o un brazo indicador, que efectúe por ejemplo una rotación para la medida de una magnitud en particular del consumo medido por el contador. La aguja giratoria es frecuentemente de color rojo, y relativamente menos reflectante que el fondo hacia la aguja que es frecuentemente de color blanco, formando la parte del trayecto regular de la aguja al cual está dirigido el haz luminoso. Alternativamente, el método podría aplicarse a un contador mecánico que no tuviera aguja giratoria, ejecutando el método sobre una parte de los ejes o palancas móviles mecánicos dentro de un contador, tal como un contador de gas doméstico de desplazamiento positivo convencional del tipo disponible en el Reino Unido, bajo la designación U6. Una parte de uno de los ejes o palancas móviles mecánicos interiores puede estar provista con un indicador adecuado, capaz de reflejar un haz electromagnético más o menos bien que cuando el indicador no se encuentre en el trayecto del haz.

El haz de luz podría ser la luz de un diodo emisor de luz (LED), un haz de infrarrojos o bien cualquier haz apropiado.

Puesto que el miembro giratorio o brazo giratorio en general se mueve relativamente lento, puede existir un intervalo adecuado entre cada conjunto de dos muestras en fotodetector durante las cuales los componentes usados para ejecutar el método pueden estar inactivos para conservar la energía, de forma que puede suministrarse energía mediante una batería con una vida útil adecuada.

Está claro que las dos muestras de la salida eléctrica del fotodetector, en un instante en que la fuente luminosa esté emitiendo y en otro instante en que no esté emitiendo, podrían ejecutarse en cualquier orden.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para proporcionar una salida eléctrica a partir de un contador que tiene un miembro movible dispuesto para moverse a través de un trayecto regular, en dependencia de una magnitud de un consumo medido por el contador, comprendiendo el aparato una fuente luminosa para dirigir un haz de luz hacia una parte del trayecto regular seguido por el miembro movible, teniendo el miembro movible una reflectividad diferente desde la parte del trayecto regular en la cual esté dirigida la fuente luminosa, un único fotodetector para recibir un haz reflejado desde la parte del trayecto regular, en donde la fuente luminosa está dirigida o desde una parte del miembro movible en dicha parte de su trayecto regular, medios de control para muestrear una salida eléctrica desde el fotodetector mientras que la fuente luminosa esté emitiendo, caracterizado porque los medios de control son operativos además para muestrear una salida eléctrica del fotodetector mientras que la fuente luminosa no esté emitiendo, para producir una señal de salida eléctrica representativa de la diferencia entre las dos salidas eléctricas muestreadas, y repitiendo los dos muestreos y la producción de una señal eléctrica de salida a intervalos apropiados.

El aparato podría ser instalado en forma no invasiva en un contador existente de consumo, tal como para monitorizar el movimiento de un brazo indicador giratorio de un contador de gas U6. Alternativamente, podría estar incorporado dentro de un contador de consumo con unos medios de medida del consumo que se movieran mecánicamente, tales como con una configuración de fuelles.

Los medios de control podrían ejecutar los dos muestreos en cualquier orden.

Los distintos aspectos de la invención podrían realizarse de muchas formas, pero se describirán ahora algunas realizaciones específicas a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 ilustra esquemáticamente un aparato para proporcionar una salida eléctrica de un contador que tenga un miembro movible tal como un brazo indicador giratorio;

la figura 2 es un diagrama de flujo, que muestra las etapas tomadas durante la operación del aparato;

la figura 3 muestra el dispositivo de la figura 1 con más detalle, y

la figura 4 muestra una secuencia de tiempos operacionales del aparato mostrado en la figura 3.

Tal como se muestra en la figura 1, el contador está provisto con un miembro movible 10, el cual en este caso es un brazo indicador giratorio, que se muestra en la figura como una vista del extremo, frente a una placa 20 de fondo del contador. El brazo indicador giratorio 10 tiene una reflectividad diferente de la placa 20 del fondo del contador, en este caso por medio de dos colores distintos. En general, el brazo 10 indicador giratorio es rojo y la placa del fondo del contador es blanca. El brazo 10 indicador giratorio girará a una velocidad determinada por la cantidad de consumo medido por el contador.

Se proporciona un aparato 30 para detectar la rotación de un brazo 10 indicador giratorio, por la detección del paso del brazo 10 al pasar por la placa 20 del fondo, monitorizado tal como se muestra en la figura 1. El aparato 30 está dispuesto para proporcionar una salida eléctrica de cada una de las rotaciones o de varias rotaciones del brazo 10 indicador giratorio. El aparato 30 incluye una fuente luminosa 31, la cual en este caso en un LED, para dirigir la luz hacia una parte de la placa 20 del fondo, sobre la cual pasa el brazo 10. El aparato incluye también un fotodetector 32, el cual recibe un haz reflejado desde la placa 20 del fondo, o tal como se muestra en la figura 1, desde el brazo 10 que cubre dicha parte de la placa del fondo. Tal como puede verse en la figura 1, el fotodetector puede recibir también la luz ambiente desde otras fuentes que serán detectadas también por el fotodetector. El aparato 30 incluye también unos medios de control 33, en este caso un microcontrolador, el cual muestrea una salida eléctrica del fotodetector 32, cuando el LED 31 no esté emitiendo, y después de nuevo cuando esté emitiendo, o viceversa. Los medios de control 33 controlan el instante en que el LED 31 está emitiendo, utilizando la conexión 34, y muestreando la salida eléctrica del fotodetector 32, utilizando la conexión 35. Los medios de control 33 producen una señal de salida eléctrica, representativa de la diferencia entre las dos salidas eléctricas muestreadas. Los medios de control 33 pueden dar salida a esta señal de diferencia, pero en este caso los medios de control 33 repiten las dos muestras a intervalos adecuados, y monitorizan las señales de diferencia generadas, y producen un impulso en la línea 36 cuando cambie la señal de diferencia, lo cual es indicativo del paso del brazo 10 y por tanto de su rotación en una revolución. Los medios de control pueden almacenar datos para un análisis posterior o bien para la lectura mediante unos medios adecuados tales como por la transmisión mediante un transmisor de radio (no mostrado) hacia un punto adecuado tal como un lector de contador remoto.

La figura 2 muestra la secuencia de las etapas ejecutadas por los medios de control 33. Iniciándose en la etapa 100, los medios de control avanzan hasta la etapa 101 en donde muestrean la salida eléctrica del fotodetector 32, mientras que el LED 31 no esté emitiendo o bien que esté desactivado. En la etapa 102 los medios de control 33 activan el LED 31. En la etapa 103, los medios de control 33 realizan otra muestra de la salida eléctrica del fotodetector 32, mientras que el LED está emitiendo o está encendido. En la etapa 104, los medios de control desconectan el LED y detienen el muestreo de la salida del fotodetector 32. En la etapa 105, los medios de control determinan la diferencia entre las dos muestras y dan salida a esta información o bien la almacenan para las comparaciones con los valores diferentes previos y subsiguientes, para determinar cuando el brazo 10 pueda completar una revolución. Esta información puede producirse en la forma de un impulso o conmutación, indicando cada revolución del brazo 10 o bien que se almacene para la liberación y análisis subsiguiente. En la etapa 106, los medios de control esperan un pedido adecuado dependiente de la velocidad esperada de rotación del brazo, antes de proceder de retorno a la etapa 101 y repitiendo el proceso. Mediante la espera de un periodo adecuado antes de realizar la siguiente muestra e iluminando el LED, se ahorra una considerable cantidad de energía eléctrica, dando lugar a la posibilidad de alimentar el aparato con una batería que no necesitará cargarse durante muchos años, reduciendo considerablemente los
costos.

La figura 3 muestra el dispositivo de la figura 1 con más detalles. Tal como expuso previamente, el brazo 10 del indicador giratorio rojo y el fondo de la placa 20 del contador tienen una reflectividad óptica distinta, que generan distintos niveles de foto-corriente en el detector 32, el cual se muestra en la figura 3 como un fotodiodo. Los medios de control 33, en el caso de un microcomputador, muestrean el nivel de la luz a través de la patilla a. Las patillas b y c del microcontrolador se utilizan para suministrar corriente al LED y para alimentar el amplificador 37 de la fotocorriente, respectivamente. Las patillas b y c son solo activas cuando se precise la medida, para reducir el consumo de energía, de forma que el dispositivo pueda ser alimentado por una fuente de una batería. La patilla b puede consistir en múltiples patillas para suministrar una corriente suficiente al LED. La patilla d se utiliza para dar salida a una red 36 de lectura del contador. La salida puede ser un simple conmutador, un componente radioeléctrico o bien un componente de comunicaciones cableado.

Tal como se muestra en la figura 4, el microcontrolador muestrea el fotodiodo a dos veces por cada medida, mediante la alimentación del amplificador 37 de la fotocorriente durante un periodo adecuado de tiempo con la utilización de la patilla c. Durante el primer muestreo iniciándose desde el instante 11, la salida de la patilla b del microcontrolador es de nivel bajo, de forma que el LED no se excite. La patilla c es de nivel alto, lo cual alimenta el amplificador 37 de fotocorriente. La fotocorriente correspondiente a la luz ambiente se convierte en voltaje por la resistencia R de realimentación y se amplifica por el amplificador 37. El voltaje medido es enviado entonces al microcontrolador a través de la patilla a del canal analógico. Durante el segundo muestreo que se inicia desde el instante t2, el microcontrolador configura a nivel alto la patilla b, y se excita el LED y se miden la luz del LED conjuntamente con la luz ambiente. En el instante t3, tanto la patilla b y la patilla c se desconectan. En el procesamiento de datos, la primera muestra se resta de la segunda, y por tanto queda eliminada la influencia de la luz ambiente. Finalmente, el microcontrolador se sitúa en modo de sueño o espera para conservar la alimentación por batería hasta el siguiente periodo de medida.

El modo de sueño o espera puede durar cualquier periodo adecuado de tiempo, dependiendo de la velocidad de rotación del brazo 10 indicador giratorio, pero puede ser desde una fracción de un segundo hasta unos pocos segundos, dependiendo del tipo de contador y del consumo esperado del contador.

Se ha encontrado a través de las pruebas que la cantidad de corriente generada por el fotodetector 32 podrá variar, dependiendo de la posición del LED 31 del fotodetector 32, de la distancia entre la superficie reflectante 10, 20 y el LED 31 de la fuente y el fotodetector 32, de las condiciones de la luz ambiente, del envejecimiento del dispositivo, etc.

Existe una relación matemática entre la corriente del detector 32 que circula al tomar las medidas en la placa frontal 20 (fondo blanco) y las lecturas que se toman en el brazo giratorio 10.

La relación matemática es que la relación de la medida tomada bajo la placa frontal 20, en este caso con un fondo blanco, respecto a la medida tomada bajo el brazo giratorio 10 es casi fija o substancialmente constante.

Esta relación existe todavía bajo el estado variable tal como se ha descrito anteriormente.

El software que se ejecuta en el microcontrolador utiliza esta relación para solucionar todos los problemas anteriormente descritos.

Pueden realizarse muchas modificaciones en el ejemplo descrito anteriormente sin desviarse del texto expuesto de las reivindicaciones. Por ejemplo, las dos muestras del fotodetector, una con el LED activado y la otra con el LED desactivado, podrían realizarse en cualquier orden. Además de ello, el aparato puede ser configurado para ser instado in situ o montándose en un contador existente, o bien pudiéndose incluir dentro de un contador.

Claims (17)

1. Un método para proporcionar una salida eléctrica desde un contador que tiene un miembro (10) movible, dispuesto para moverse a través de un trayecto regular, dependiendo de una cantidad del consumo medido por el contador, en donde el método comprende:

el suministro de una fuente luminosa (31) para dirigir un haz luminoso hacia una parte del trayecto (20) regular, seguido por el miembro (10) movible y un fotodetector (32) para recibir un haz reflejado desde la parte del trayecto (20) regular, en donde la fuente luminosa (31) está dirigida desde una parte del miembro movible (10) cuando se encuentra en dicha parte de su trayecto regular (20), teniendo el miembro movible (10) una reflectividad distinta con respecto a la parte del trayecto regular (20) en la cual se dirige la fuente luminosa (31);

el muestreo (103) de una salida eléctrica del fotodetector (32) mientras que la fuente luminosa (31) está emitiendo luz;

caracterizado porque se incluye el muestreo (101) de la salida eléctrica del fotodetector (32), mientras que la fuente luminosa (31) no está emitiendo luz;

la generación (106) de una señal de salida eléctrica representativa de la diferencia entre las dos salidas eléctricas muestreadas, y

la repetición (101-106) de las dos muestras y la producción de la señal de salida eléctrica en unos intervalos apropiados.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la señal de salida eléctrica está monitorizada y cuando cambia de forma tal que sea indicativa del paso del miembro movible (10) por la parte del trayecto (20) regular, en la cual se dirige la fuente luminosa (31), generándose una señal de salida adicional.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la señal de salida adicional es un impulso.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, en donde las señales de salida adicionales se monitorizan de forma tal que la información de las señales de salida adicionales puede descargarse o transmitirse cuando sea preciso.

5. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos algunos de los componentes se sitúan en un estado en donde utilizan menos energía cuando no está ejecutando el muestreo.

6. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual una salida eléctrica del fotodetector (32) mientras que la fuente luminosa (31) está emitiendo luz, se está muestreando (103) antes de muestrear (101) una salida eléctrica del fotodetector (32) mientras que la fuente luminosa (31) no está emitiendo luz.

7. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde el método se ejecuta de forma no invasiva en un contador existente.

8. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el método se ejecuta por los componentes incluidos dentro de un contador.

9. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la relación de la salida eléctrica con respecto al fotodetector (32) mientras que se recibe un haz reflectado de la parte del trayecto regular o placa de fondo (20) respecto a la salida eléctrica del fotodetector (32) mientras que se recibe un haz reflejado desde el miembro movible (10) es substancialmente constante.

10. Un aparato para proporcionar una salida eléctrica de un contador, que tiene un miembro movible (10) dispuesto para moverse a través de un trayecto regular (10) en dependencia de una cantidad de consumo medido por el contador, en donde el contador comprende:

una fuente luminosa (31) para dirigir un haz de luz hacia una parte del trayecto regular (20) seguido por el miembro movible (10), en donde el miembro movible (10) tiene una reflectividad diferente de la parte del trayecto regular (20) en el cual está dirigida la fuente luminosa (31), un único fotodetector (32) para recibir un haz reflejado desde la parte del trayecto regular (20) en la cual está dirigida la fuente luminosa (31) o desde una parte del miembro movible en dicha parte de su trayecto regular.

medios de control (33) para muestrear (103) una salida eléctrica del fotodetector (32) mientras que la fuente luminosa (31) se encuentra emitiendo, caracterizado porque los medios de control (33) son operables además para muestrear (101) una salida eléctrica del fotodetector (32) mientras que la fuente luminosa (31) no esté emitiendo, para producir una señal de salida eléctrica representativa de la diferencia entre las dos salidas eléctricas, y para repetir (101-106) los dos muestreos y la producción de una señal de salida eléctrica a intervalos apropiados.

11. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 10, en donde los medios de control (33) están configurados para monitorizar la señal de salida eléctrica, de forma tal que cuando cambie de una forma indicativa del paso del miembro movible (10) por la parte del trayecto regular (20) en el cual se dirija la fuente luminosa, los medios de control (33) estén configurados para generar una señal de salida adicional.

12. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la señal de salida adicional es un impulso.

13. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, en donde los medios de control (33) están configurados para monitorizar la señal de salida adicional, de forma tal que pueda proporcionar información sobre la misma cuando sea preciso.

14. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en donde al menos algunos de los componentes del aparato están dispuestos para que sean capaces de situarse en un estado en el cual puedan utilizar menos energía cuando no se esté ejecutando el muestreo.

15. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en donde la fuente luminosa (31) es un diodo emisor de luz.

16. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, en donde el aparato está configurado para ser instalado en forma no invasiva en un contador de consumo existente.

17. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, en donde el aparato está dispuesto para estar incluido dentro de un contador de consumo.