FI64017C - Foerfarande och anordning foer omvandling av en raekneanordnings avlaesning till elektrisk form foer fjaerravlaesning - Google Patents

Description

1 6 4 C1 7

Menetelmä ja laite mekaanisen laskulaitteen lukeman muuttamiseksi sähköiseen muotoon etäisluentaa varten Förfarande och anordning för omvandling av en räkneanordnings avläsning till elektrisk form för fjärravläsning

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laite, joka muuttaa mekaanisen laskulaitteen lukeman sähköiseen muotoon etäisluentaa varten. Laitteen eräs käyttösovellutus on energiamittarien lukemien etäisluenta.

5 Sähkönjakelu- ja kaukolämpöverkon kautta kuluttajille siirrettävän energiamäärän mittaamiseen energialaitokset käyttävät kulutuskohteissa verkkoon liitettyjä sähkö-, vesi- ja lämpöenergian mittareita. Kulutus-kohteen kuluttamaa energiamäärää vastaava lukema talletetaan yleensä energiamittarien mekaanisiin laskulaitteisiin. Näiden lukemien perus-, 10 teella laskutetaan kuluttajia. Jotta mittarilukemat voitaisiin lukea kulutuskohteissa käymättä, on kehitetty mittarien etäisluentamenetel-miä, jotka siirtävät tiedot mittarilukemista energialaitokselle. Siirtoa varten laskulaitteiden lukemat on muutettava järjestelmälle sopivaan sähköiseen muotoon. Tähän on kehitetty erilaisilla menetelmillä 15 toimivia laitteita, jotka ovat tarkoitetut joko rumpulaskulaitteiden tai osoitintyyppisten laskulaitteiden luentaan.

Nykyiset menetelmät käyttävät antureina optisia tai induktiivisia antureita tai mekaanisia laahaimia. Yleensä koodataan erikseen jokaisen 20 osoittimien tai numeropyörän asento eri pituisiksi digitaalisiksi koodisanoiksi esimerkiksi binäärikoodiksi. Koodi on yleensä muodostettu siten, että koodisanasta saadaan seuraava koodisana yhtä koodibittiä muuttamalla. Tällaista koodaustapaa on menetelmissä käytetty estämään virheellinen luenta, joka saattaa tapahtua käytettäessä koodia, jossa 25 koodisanan muuttuessa toiseksi muuttuu useampi kuin yksi bitti. Useamman bitin muuttuessa virhe aiheutuu esimerkiksi anturien välisistä herkkyyseroista, antureiden kohdistusvirheistä tai mekaanisten anturien erilaisista kulumisista, jolloin yhtä aikaa muuttuvat bitit muuttuvatkin eri aikaan. Mikäli koodissa on jossain kohdassa kaksi peräk-30 käistä koodisanaa, jotka poikkeavat toisistaan useammalla kuin yhdellä bitillä, on tällaisten erityistapausten ilmaisemiseen käytetty esimer- 6 4 01 7 2 kiksi erityistä synkronointibittiä, joka ilmaisee kyseisen muutostilanteen ja samalla numeropyörän asennon.

Nykyisissä menetelmissä käytetään myös koodeja, joissa koodisanan pi-5 tuus on sama kuin ilmaistavien asentojen lukumäärä. Jokaista asentoa vastaa tietty bitti koodisanassa. Muutostilanteet on järjestetty niin, että seuraavaa asentoa vastaava bitti muuttuu ykköseksi ennen kuin edellinen nollautuu, joten välitilanteissakin saadaan asento ilmaistua. Koodin pituutta voidaan myös lyhentää lisäkoodauksen avulla, mutta 10 tämä ei vähennä tarvittavien anturien määrää.

Nykyisissä menetelmissä optiset ja induktiiviset menetelmät ovat tarkoitettu pääasiassa osoitintyyppisten laskulaitteiden luentaan. Osoi-tinakseleille on kiinnitetty erillinen koodipyörä, jonka laidoille 15 on sijoitettu anturit. Anturit sijaitsevat rivissä joko koodipyörän säteen suuntaisesti tai samalla ympyräkehällä. Rumpulaskulaitteiden luennasssa käytetään mekaanisten laahainten lisäksi myös menetelmiä, jotka koodaavat numeropyörien asennot numeropyörien ulkopintaan tehtyjen koodikohoumien avulla.

20

Nykyisissä menetelmissä on ongelmana suuri tilantarve. Useat menetelmät ovat koodirakenteeltaan sellaisia, että anturit eivät mahdu esimerkiksi energiamittarien laskulaitteissa käytettävissä olevaan tilaan. Mekaaniset laahaimet mahtuvat paremmin, mutta niiden aiheuttama 25 kitka lisää laskulaitteen kuormitusta yli useissa käyttösovellutuksissa sallittavan määrän. Lisäksi mekaanisten laahainten kulumisen vuoksi luennan luotettavuus on huono.

Nykyisten menetelmien luotettavuutta heikentää myös käytetty koodi, 30 jossa koodisanasta saadaan toinen hyväksyttävä koodisana vain yhtä bittiä muuttamalla. Yhdenkin anturin vioittuessa on mahdollista saada toinen koodisana, jolloin virhettä ei havaita, vaikka luentatulos on väärä. 1

Keksinnön päämääränä on aikaansaada parannus nykyisin tunnettuihin menetelmiin. Keksinnön yksityiskohtaisena päämääränä on aikaansaada menetelmä, joka mahdollistaa mahdollisimman luotettavan luennan. Vie- 3 6401 7 lä eräänä keksinnön päämääränä on aikaansaada menetelmä, joka soveltuu sekä osoitintyyppisiin että rumpulaskulaitteisiin. Vielä eräänä keksinnön päämääränä on aikaansaada menetelmä, jossa luentalaite ei kuormita laskulaitetta.

5

Keksinnön päämäärät saavutetaan menetelmällä, joka on tunnettu siitä, että jokaisen luennassa käytettävän anturin analogiatieto muutetaan yhdeksi kolmesta erilaisesta loogisesta tilasta, jotka ovat muodostuneet siten, että looginen nollatila vastaa anturin analogiatiedon alem-10 paa kyllästystilaa ja looginen ykköstila ylempää kyllästystilaa tai päinvastoin sekä kolmas looginen tila, joka ilmaisee anturin ana-logiatiedon olevan tilojen nolla ja yksi välissä siten, ja että näistä tiloista muodostettua kolmitilaista koodia käytettäessä voidaan koodisanat muodostaa niin, että jokaista numeropyörän numeroa vastaa 15 koodisana, joka on muodostunut loogisista nolla- ja ykköstiloista ja sisältää parillisen määrän ykköstiloja, että jokaista numeropyörän numeroiden välistä asentoa vastaa koodisana, jossa on parillinen määrä X-tiloja, että lukema voidaan määrittää riippumatta antureiden erilaisista herkkyyksistä ja kohdistusepätarkkuuksista aiheutuvista 20 loogisten nolla- ja ykköstilojen välisten muuttumishetkien välisistä aikaeroista, jotka aiheuttavat luentavirheitä sellaisissa koodeissa, joissa loogisia tiloja on kaksi ja joissa koodisanan vaihtuessa toiseksi muuttuu useampi kuin yksi bitti, ja että jokaisessa numeropyörässä yhden anturin vioittuminen voidaan aina luentatuloksen perusteella 25 ykköstilojen tai X-tilojen pariteettitarkastuksella havaita.

Keksinnön mukainen laite on tunnettu siitä, että mekaanisen lasku-laitteen osoittimien osoitinakseleihin kiinnitettyihin kiekkoihin tai numeropyörien akselia vastaan kohtisuorassa oleviin numeropyörien ta-30 sopintoihin on lävistetty koodirei'itys, että valolähteet ja valovas-taanottimet on sijoitettu vastakkain koodirei'ityksen molemmilla puolilla siten, että jokaista valovastaanotinta kohti on yksi valolähde tai että kaikki valovastaanottimet saavat valon yhdestä tai useammasta valolähteestä, ja että valovastaanottimet on sijoitettu yhdelle 35 tai useammalle ympyräkehälle siten, että valoantureiden jännitteistä muodostetussa digitaalikoodissa muuttuu koodisanan vaihtuessa toiseksi vähintään kaksi bittiä, jotta yhden anturin vioittumisesta aiheutuva 4 6 4 C1 7 virhe voidaan havaita laitteen lukiessa mekaanisen laskulaitteen osoittimien tai numeropyörien asentoja mainitun koodirei'ityksen avulla optisesti.

5 Keksinnössä on poistettu kolmitilaisen koodin avulla bittien eriaikaisesta vaihtumisesta aiheutuvat virheet, joten keksinnössä voidaan käyttää myös koodia, jossa kaksi tai useampia bittejä vaihtaa tilaansa koodisanan muuttuessa toiseksi. Tällaista koodia käytettäessä voidaan yhden anturin vioittumisesta aiheutuva luentavirhe aina havaita. Edellä 10 mainittuja bittien eriaikaisista vaihtumisista aiheutuvia virheitä voitaisiin vähentää myös virittämällä anturit niin, että muutosten välinen aikaero tulisi mahdollisimman pieneksi. Tämä viritystyö olisi kallista ja edellyttäisi komponenteilta hyvää stabiilisuutta ajan ja ympäristöolosuhteiden suhteen. Tämän keksinnön mukaista menetelmää käytettäessä 15 viritystä ei tarvita ja antureiden herkkyyksissä ja kohdistustarkkuuk-sissa sallitaan hajontaa.

Keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisien piirustuksien kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen edulliseen suoritusmuo-20 toon, johon keksintöä ei ole kuitenkaan tarkoitus yksinomaan rajoittaa.

Kuvio 1 on lohkokaavioesitys keksinnön mukaisella menetelmällä toteutetusta optisesta etäisluennasta.

25 Kuvio 2 esittää yhtä laskulaiteen koodirei'itettyä numeropyörää ja antureiden sijoittelua numeropyörän laidoille.

Kuviossa 3 on taulukoituna kuviota 2 vastaavat numeropyörän eri asentoja ilmaisevat koodisanat.

30

Kuvio 4 esittää eri anturiparien valolähettimiltä saatavan valotehon vaikutusta vastaanottimina toimivien valotransistorien jännitteisiin.

Keksinnön mukaista menetelmää käyttävä laitteisto muodostuu esimerkik-35 si optisia antureita käyttävästä kuvion 1 laitteistosta. Luettavan rumpulaskulaitteen 10 numeropyörien 11,12,13 ja 14 väliin on kiinnitetty valoanturiosa 15. Koko laitteen toimintaa ohjaa ja valvoo mik- 5 64017 roprosessori 16, joka valintaosan 17 avulla valitsee vuorotellen kulloinkin luettavan numeropyörän. Anturiosalta 15 tieto numeropyörän asennosta siirretään vertailuosalle 18, jossa ohjauksen 19 mukaan määritellään luettujen anturien loogiset tilat. Mikroprosessori 16 lukee 5 nämä tilat, tekee tilojen perusteella päätöksen kyseisen numeropyörän asennosta ja valitsee uuden numeropyörän. Kun kaikki numeropyörät on luettu, tieto mittarilukemasta lähetetään liitäntäkaapelia 20 pitkin etäisluentaj ärjestelmälle.

10 Kuviossa 2 on esitetty yksi laskulaitteen 10 numeropyörä 21, johon on lävistetty rei'itys 22. Jokaisessa laskulaitteen pyörässä on vastaava rei'itys. Pyörien väliin on sijoitettu anturilevyt 23 ja 24, joihin on kiinnitetty valolähteet 25,26,27,28 ja 29 sekä valovastaanottimet 30,31,32,33 ja 34. Valolähteet on sijoitettu vastakkain valovastaan-15 ottimien kanssa siten, että valovastaanottimille saadaan valoa koodi-rei'ityksen asennon mukaan. Valolähteiden säteilykeilojen leveyden aiheuttamien virheiden välttämiseksi suoritetaan luenta kahdessa vaiheessa. Ensin sytytetään esimerkiksi valolähteet 26 ja 28 ja luetaan valovastaanottimien 31 ja 33 tilat. Tämän jälkeen valolähteet 26 ja 28 20 sammutetaan ja valolähteet 25,27 ja 29 sytytetään, jonka jälkeen luetaan valovastaanottimien 30,32 ja 34 tilat.

Luetut valovastaanottimien 30-34 loogiset tilat muodostuvat kolmesta eri tilasta siten, että perinteisten loogisten "0"- ja "l"-tilan vä-25 Iissä on looginen tila x. Kuviossa 3 on esitetty yhden kierroksen aikana numeropyörien 21 eri asentoja kuvaavat viiden merkin koodisanat.

Kuvio 4 esittää valovastaanottimina 30-34 käytettyjen valotransisto-rien kollektori-emitteri-jännitteiden muuttumista vastaanotetun valo-30 tehon mukaan. Käyrä 35 esittää herkän valotransistorin ja käyrä 36 epäherkän valotransistorin herkkyyskäyrää. Eri valotransistorien herk-kyyskäyrät lähestyvät samoja jännitearvoja 37 ja 38 käyrien molemmissa päissä. Kaikkien valotransistorien jännitteet ovat valotehoa P suuremmilla arvoilla alle jännitetason ja valotehoa pi* lemmillä 35 arvoilla yli jännitetason Uq. Jännitetasot Uo ja on valittu niin, että jännite on lähellä valotransistorin alempaa kyllästysjännitettä ja jännite Uq lähellä valotransistorin ylempää kyllästysjännitettä eli tässä tapauksessa laitteen käyttöjännitettä.

6 64017

Muutettaessa valotransistoreilta saadut jännitteet loogisiksi tiloiksi määritellään loogiseksi ykköstilaksi jännite, joka ylittää arvon Uq ja loogiseksi nollatilaksi jännite, joka alittaa arvon U^. Näin valo-transistorien herkkyyksistä riippumatta voidaan riittävällä tarkkuu-5 della sanoa, että looginen ykköstila ilmaisee, että valotransisorille ei tule valoa. Vastaavasti looginen nollatila ilmaisee, että valolähteen ja valotransistorin välillä ei ole valon kulkua rajoittavaa estettä.

10 Kuviosta 4 nähdään, että edellä mainittujen nolla- ja ykköstilojen väliin jäävällä jännitevälillä (1^,10 eri valotransistorien herkkyyskäy-rät poikkeavat toisistaan huomattavasti. Tällä alueella valotransisto-reille tulevan valon määrää ei voi määrittää luetun jännitteen perusteella tuntematta kyseisen anturin herkkyyskäyrää. Menetelmän kan-15 naita riittävällä tarkkuudella voidaan kuitenkin sanoa, että valotran-sistorille tulee valoa, mutta koodipyörä rajoittaa osittain tulevan valon määrää. Valotransistorien jännitteet, jotka sijaitsevat välillä (U^,Uo>, määritellään kolmanneksi loogiseksi tilaksi x.

20 Nykyinen digitaalitekniikka käyttää vain kahta loogista tilaa nolla ja yksi, joten kolmatta tilaa x ei voi suoraan lukea esimerkiksi kuvion 1 mikroprosessorille 16. Tieto kolmannessa loogisessa tilassa x olevista antureista välitetään siten, että vertailuosa 18 muodostaa luettavista jännitearvoista kaksi binäärilukua A ja B. Luvun A loo-25 gisten tilojen välinen päätöksenteko tehdään vertailujännitteellä Uq ja luvun B vertailujännitteellä U^. Binääriluvut A ja B luetaan mikroprosessorille 16, joka muodostaa näiden lukujen eriarvoinen-funktion (exclusive-or-) C = Α0Β. Luvun C loogiset ykköstilat kuvaavat kolmitilaisen koodisanan niitä merkkejä, joiden looginen tila 30 on x.

Lukujen A, B ja C perusteella tehdään päätös numeropyörän asennosta.

Jos A * B, on numeropyörä tätä koodisanaa vastaavassa asennossa. Numero on kohdallaan, sillä jokaiselle valotransistorille joko ei tule oilen-35 kaan valoa tai valo pääsee esteettä. Yksikään valotransistoreista ei ole tilassa x (C 0), joten osittain peittyneitä valotransistoreja ei ole. Jos A Φ B niin tällöin myös C φ 0, joten yksi tai useampi va- 7 64017 lotransistori on vaihtamassa tilaansa nollasta ykköseen tai päinvastoin eli on tilassa x. Tällöin tiedetään, että normaalilla perinteisellä koodauksella antureiden herkkyyseroista johtuen luettu koodisana voi olla väärin riippumatta siitä, mitä vertailutasoa päätöksen-5 teossa on käytetty. Käytettävä koodi on suunniteltu niin, että tässäkin tapauksessa saadaan selville, minkä numeroiden välisessä asennossa numeropyörä on. Tähän käytetään luvuista A, B ja C saatavaa tietoa siitä, mitkä anturit pysyvät kyseisellä välillä ykkösinä tai nollina ja mitkä vaihtavat tilaansa eli ovat tilassa x. Tämä saatu tieto voidaan 10 ajatella kolmitilaiseksi koodiksi, joka sisältää tilat yksi, nolla ja x.

Keksintö ei rajoitu edellisen esimerkin mukaiseen optiseen valonanturi-sovellutukseen, vaan käsittää kaikki sellaiset anturityypit, joilla 15 jonkin tietyn mitattavan suureen muutokselle on luonteenomaista muutosalueiden päissä olevat kyllästystilat, jotka voidaan määrittää riittävällä tarkkuudella antureiden herkkyyskäyristä riippumatta.

Samoin kuvion 3 mukainen koodi on vain eräs esimerkki kolmitilaisesta 20 koodista. Keksintö käsittää kaikki erilaiset ja eripituiset koodit, joiden loogiset tilat muodostuvat anturin analogiatiedon muutosalueen kahdesta kyllästystilasta ja niiden väliin jäävästä kolmannesta alueesta siten, että tämän kolmannen tilan avulla voidaan poistaa antureiden herkkyyserojen ja kohdistusepätarkkuuksien aiheuttamat virheet 25 ilman viritystä käytettäessä koodia, jossa koodisanan muuttuessa toiseksi muuttuu vähintään kaksi bittiä siten, että yhden anturin vioittuminen voidaan aina havaita.

Mikäli keksinnön mukaisessa menetelmässä kukin anturi muodostuu kah-30 desta osasta, toisin sanoen lähetin- ja vastaanotinosasta, lähetin-anturit on yleensä vakiotilassa ja vastaanotinanturin mitattava suure muuttuu. Keksintö käsittää kuitenkin myös menetelmälle käänteiset sovellutukset, joissa lähetinanturin lähetyssuuretta muutetaan kunnes saadaan vastaanotinanturille vakiotila. Tämän jälkeen lähetinanturin 35 lähetyssuure mitataan keksinnön mukaista menetelmää käyttäen.

Claims (3)

8 6 4 C1 7

1- Menetelmä mekaanisen laskulaitteen (10) lukeman muuttamiseksi sähköiseen muotoon digitaalikoodiksi, tunnettu siitä, että jokaisen luennassa käytettävän anturin (30-34) analogiatieto muutetaan yhdeksi kolmesta erilaisesta loogisesta tilasta, jotka ovat muodostu-5 neet siten, että looginen nollatila vastaa anturin analogiatiedon alempaa kyllästystilaa ja looginen ykköstila ylempää kyllästystilaa tai päinvastoin sekä kolmas looginen tila (x), joka ilmaisee anturin analogiatiedon olevan tilojen nolla ja yksi välissä siten, ja että näistä tiloista muodostettua kolmitilaista koodia käytettäessä voidaan 10 koodisanat muodostaa niin, että jokaista numeropyörän numeroa vastaa koodisana, joka on muodostunut loogisista nolla- ja ykköstiloista ja sisältää parillisen määrän ykköstiloja, että jokaista numeropyörän numeroiden välistä asentoa vastaa koodisana, jossa on parillinen määrä X-tiloja, että lukema voidaan määrittää riippumatta antureiden (30-34) 15 erilaisista herkkyyksistä ja kohdistusepätarkkuuksista aiheutuvista loogisten nolla- ja ykköstilojen välisten muuttumishetkien välisistä aikaeroista, jotka aiheuttavat luentavirheitä sellaisissa koodeissa, joissa loogisia tiloja on kaksi ja joissa koodisanan vaihtuessa toiseksi muuttuu useampi kuin yksi bitti, ja että jokaisessa numeropyörässä 20 (11-14, 21) yhden anturin (30-34) vioittuminen voidaan aina luentatulok- sen perusteella ykköstilojen tai X-tilojen pariteettitarkastuksella havaita.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 25 että anturit (30-34) luetaan siten, että ensin luetaan tietyt anturit (31,33), jonka jälkeen luetaan muut anturit (30,32,34).

3. Laite mekaanisen laskulaitteen (10) lukeman muuttamiseksi sähköiseen muotoon digitaalikoodiksi, tunnettu siitä, että mekaa- 30 nisen laskulaitteen (10) osoittimien osoitinakseleihin kiinnitettyihin kiekkoihin tai numeropyörien (11,12,13,14,21) akselia vastaan kohtisuorassa olevaan tasopintaan on lävistetty koodirei'itys (22), että valolähteet (25-29) ja valovastaanottimet (30-34) on sijoitettu vastakk' j.n koodirei1ityksen (22) molemmilla puolilla siten, että jokaista vaLovas-35 taanotinta (30-34) kohti on yksi valolähde (25-29) tai että kaikki valovastaanottimet (30-34) saavat valon yhdestä tai useammasta valolähteestä. 6 4 01 7 ja että valovastaanottimet (30-34) on sijoitettu yhdelle tai useammalle ympyräkehälle siten, että valoantureiden jännitteistä muodostetussa digi-taalikoodissa muuttuu koodisanan vaihtuessa toiseksi vähintään kaksi bittiä, jotta yhden anturin vioittumisesta aiheutuva virhe voidaan ha-5 väitä laitteen lukiessa mekaanisen laskulaitteen (10) osoittimien tai numeropyörien (11,12,13,14,21) asentoja mainitun koodirei'ityksen (22) avulla optisesti. 10 64 G1 7