FR2653554A1 - Electronic water meter allowing remote measurement of consumption - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPTION TECHNIQUE
La présente invention concerne les compteurs a eau, et plus particulièrement les compteurs électroniques relevables à distance.TECHNICAL DESCRIPTION
The present invention relates to water meters, and more particularly to electronic meters that can be raised remotely.
Dans les systèmes connus de ce genre, tels que, par exemple, le système commercialisé sous le nom de MAYA, la transmission des informations s'effectue par un câble tiré entre le compteur et une unité d'enregistrement commune à un immeuble ou un lot de pavillons. In known systems of this kind, such as, for example, the system marketed under the name of MAYA, the transmission of information is carried out by a cable drawn between the meter and a recording unit common to a building or a lot. pavilions.
On connaît par ailleurs des compteurs électroniques qui comptent des impulsions générées par la rotation d'une roue ou d'une hélice. Cette technique est directement dérivée des compteurs mécaniques. En effet, le nombre de tours effectués par la roue ou l'hélice est compté électroniquement au lieu de l'être mécaniquement comme c'était le cas traditionnellement. Dans les compteurs relevables à distance, on a généralement une transmission des impulsions électriques délivrées par la roue, tandis que le comptage s'effectue dans l'unité centrale. Electronic counters are also known which count pulses generated by the rotation of a wheel or a propeller. This technique is directly derived from mechanical counters. In fact, the number of turns made by the wheel or the propeller is counted electronically instead of being counted mechanically as was traditionally the case. In meters that can be read remotely, there is generally a transmission of the electrical impulses delivered by the wheel, while the counting takes place in the central unit.
Tous ces dispositifs ont en commun le défaut de nécessiter un câblage électrique consistant à assurer une liaison entre l'unité central e et le compteur, ou à amener le secteur électrique pour alimenter les compteurs électroniques autonomes. Ces câblages sont très coûteux, ce qui limite l'intérêt de ces appareils. All these devices have in common the defect of requiring electrical wiring consisting in ensuring a connection between the central unit e and the meter, or in bringing the electrical sector to supply the autonomous electronic meters. These cables are very expensive, which limits the advantage of these devices.
Les compteurs électroniques sans transmission pourraient, certes, être alimentés par des piles, mais il faudrait les changer périodiquement. Electronic meters without transmission could certainly be powered by batteries, but they should be changed periodically.
Le dispositif suivant l'invention évite ces inconvénients, puisqu'il ne nécessite aucun câblage, ni l'entretien d'aucune pile. En outre, le coût de réalisation des compteurs est plus faible que celui des dispositifs connus. The device according to the invention avoids these drawbacks, since it requires no wiring or the maintenance of any battery. In addition, the cost of making the meters is lower than that of known devices.
L'invention concerne un compteur électronique d'eau, permettant d'effectuer un relevé des consommations à distance, comportant
- un compteur électronique d'abonne utilisant une technique
conventionnelle à hélice ou à roue (1), (6), (7).The invention relates to an electronic water meter, making it possible to record consumption remotely, comprising
- an electronic subscriber counter using a technique
conventional propeller or wheel (1), (6), (7).
- un compteur général (2), (8), (9), pouvant être placé à
l'entrée d'un immeuble, d'un lotissement ou de tout
ensemble d'abonnés, utilisant une technique analogue au
précédent.- a general counter (2), (8), (9), which can be placed at
the entrance to a building, subdivision or any
set of subscribers, using a technique analogous to
previous.
- des moyens (3), (5), permettant d'émettre des ultra-sons
capables de constituer le signal de lecture à distance,
par propagation dans l'eau.- means (3), (5), making it possible to emit ultrasound
capable of constituting the remote read signal,
by propagation in water.
- des moyens (4), (6), permettant la réception du signal
ultra-sonore.- means (4), (6), allowing reception of the signal
ultrasonic.
- une unité centrale (12) destinée à traiter les informations
de consommation.- a central unit (12) intended to process the information
of consumption.
Suivant une autre caractéristique, l'un au moins des compteurs électroniques (1) ou (2) est alimenté en énergie électrique par une roue à aubes ou une hélice (13) ou (14), entraînant un alter- nateur ou une dynamo (15) ou (16), convenable pour charger une batterie (17) ou (18). According to another characteristic, at least one of the electronic counters (1) or (2) is supplied with electrical energy by a paddle wheel or a propeller (13) or (14), driving an alternator or a dynamo ( 15) or (16), suitable for charging a battery (17) or (18).
Suivant une autre caractéristique, les moyens permettant d'emettre des ultra-sons ou ceux permettant de les recevoir utilisent des transducteurs piézo-électriques (3) ou (4), immerges dans l'eau ou fixés sur la paroi de la canalisation. According to another characteristic, the means making it possible to emit ultrasounds or those making it possible to receive them use piezoelectric transducers (3) or (4), immersed in water or fixed to the wall of the pipe.
Suivant une autre caractéristique, les instants d'émission du compteur d'abonné (1), tous différents les uns des autres, sont gérés temporellement au moyen d'une horloge (19) à quartz ou équivalent, l'instant d'émission permettant à l'unité centrale d'identifier le compteur d'abonné émetteur. According to another characteristic, the instants of transmission of the subscriber counter (1), all different from each other, are managed temporally by means of a clock (19) with quartz or equivalent, the instant of transmission allowing the central unit to identify the sending subscriber counter.
Suivant une autre caractéristique, l'unité centrale (12) est constituée essentiellement par un microprocesseur capable de gerer les consommations de chaque abonné, de comparer la somme des consommations à celle indiquée au compteur général (9), afin de détecter toute panne ou fuite, et enfin de transmettre les informations à un ordinateur central
Suivant une autre caractéristique, la procédure de transmission consiste à émettre le contenu binaire du compteur sous la forme d'une série d'impulsions bi-fréquence (une pour le zéro, l'autre pour le 1), l'instant d'émission permettant d'identifier l'émetteur.According to another characteristic, the central unit (12) consists essentially of a microprocessor capable of managing the consumption of each subscriber, of comparing the sum of consumption with that indicated on the general counter (9), in order to detect any failure or leak , and finally to transmit the information to a central computer
According to another characteristic, the transmission procedure consists in transmitting the binary content of the counter in the form of a series of dual-frequency pulses (one for zero, the other for 1), the instant of transmission to identify the issuer.
Suivant une autre caractéristique, les moyens de transmission ne sont pas utilisés, le compteur d'abonné devant être lu par un opérateur. According to another characteristic, the transmission means are not used, the subscriber counter having to be read by an operator.
Suivant une autre caractéristique, le récepteur (4) est utilisé comme émetteur, afin de recaler périodiquement l'horloge (19), (3) etant alors récepteur, lu par l'électronique (21). According to another characteristic, the receiver (4) is used as transmitter, in order to periodically readjust the clock (19), (3) then being receiver, read by the electronics (21).
Suivant une autre caractéristique, le compteur électronique ne comporte qu'une seule hélice ou roue à aubes, permettant à la fois de délivrer de l'énergie tout en autorisant le comptage. According to another characteristic, the electronic meter has only one propeller or impeller, allowing both to deliver energy while allowing metering.
Suivant une autre caractéristique, la procédure d'émission s'effectue en utilisant une seule fréquence. According to another characteristic, the transmission procedure is carried out using a single frequency.
Suivant une autre caractéristique, la liaison compteur d'abonné-compteur général est amplifiée périodiquement, quand les conditions de Sransmission l'imposent, au moyen d'un répéteur. According to another characteristic, the subscriber counter-general counter link is amplified periodically, when the transmission conditions so require, by means of a repeater.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 représente le synoptique général, permettant de
comprendre le fonctionnement général du compteur et de la
transmission d'informations
- la figure 2 représente une coupe d'un compteur
électronique.The characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, given with reference to the appended drawings, in which
- Figure 1 shows the general block diagram, allowing
understand the general operation of the counter and the
transmission of information
- Figure 2 shows a section of a counter
electronic.
- la figure 3 représente la procédure d'émission. - Figure 3 shows the transmission procedure.
- la figure 4 représente le circuit détaillé du compteur
d'abonné.- Figure 4 shows the detailed circuit of the counter
subscriber.
- la figure 5 représente un compteur électronique à hélice
unique, avec le circuit de comptage, ainsi que celui de
récupération d' énergie. - Figure 5 shows an electronic propeller counter
single, with the counting circuit, as well as that of
energy recovery.
- la figure 6 représente le circuit détaillé du compteur
général.- Figure 6 shows the detailed circuit of the counter
general.
Le fonctionnement du compteur peut être compris en se reportant a la figure 1. The operation of the counter can be understood by referring to FIG. 1.
On peut distinguer une canalisation principale (10), à partir de laquelle partent, plus ou moins directement, des piquages (11), conduisant aux compteurs d'abonnés (1). En amont de la canalisation (10) est placé un compteur général (2). On dispose ainsi de deux compteurs en série, ce qui permettra de contrôler le bon fonctionnement de l'ensemble de compteurs. On pourra ainsi, grâce a l'unité centrale (12) comportant un microprocesseur, effectuer diverses opérations, telles que :
- comparer la somme des indications de tous les compteurs
d'abonnés a la consommation débitée au compteur général. On
peut ainsi détecter un défaut de fonctionnement, aussi bien
du compteur général que de l'un des compteurs d'abonnés.We can distinguish a main pipe (10), from which more or less directly branch off (11), leading to subscriber counters (1). Upstream of the pipe (10) is placed a general counter (2). There are thus two meters in series, which will allow the proper functioning of the set of meters to be checked. It will thus be possible, thanks to the central unit (12) comprising a microprocessor, to carry out various operations, such as:
- compare the sum of the indications of all the counters
of consumption subscribers debited from the general meter. We
can thus detect a malfunction, as well
of the general counter as of one of the subscriber counters.
- détecter des fuites, en observant une brusque augmentation
de la consommation d'un abonné.- detect leaks, observing a sudden increase
consumption of a subscriber.
Le compteur d'abonné (1) comporte, dans sa version la plus générale
- une hélice ou roue (6) a palettes telles que celles
utilisées dans les compteurs mécaniques conventionnels, qui
effectue un nombre de tours proportionnel au volume d'eau
débité.The subscriber counter (1) comprises, in its most general version
- a propeller or wheel (6) with paddles such as those
used in conventional mechanical counters, which
performs a number of turns proportional to the volume of water
debited.
- une autre roue ou hélice, également mise en rotation par le
flux d'eau, dont la fonction est de charger un accumulateur
au cadmium-nickel, lequel alimente l'ensemble de
l'électronique du compteur, sans qu'il soit nécessaire de
s'en préoccuper.- another wheel or propeller, also rotated by the
water flow, the function of which is to charge an accumulator
cadmium-nickel, which powers all of
counter electronics, without the need to
worry about it.
- un transducteur piézo-électrique (3), capable d'émettre des
trains d'ultra-sons dans l'eau, mais aussi de fonctionner
en récepteur.- a piezoelectric transducer (3), capable of emitting
ultrasonic trains in the water but also to operate
as a receiver.
- une électronique, comportant elle-même différents éléments
.. une batterie d'accumulateurs (17), chargée par une
alimentation (15), elle-même recevant son énergie de
la roue (13).- electronics, itself comprising different elements
.. a storage battery (17), charged by a
food (15), itself receiving its energy from
the wheel (13).
.. un compteur électronique (7), qui compte les
impulsions issues de la roue (6) et les garde en
mémoire jusqu'a ce que l'horloge (19) donne le signal
d'émission. A ce moment, l'émetteur (5), qui comporte
un registre a décalage adressé par le compteur (7), va
émettre des trains d'impulsions a deux fréquences
distinctes f1 et f. Ces deux fréquences, qui
peuvent, par exemple, être 35 et 45 Hz, correspondent
aux "O" et aux "1" du chiffre binaire contenu dans le
compteur (7). Cette émission se fera par impulsions
relativement étroites (10 ms par exemple), espacées
d'un temps suffisamment long pour que tous les échos
d'une impulsion dans les différentes branches de la
canalisation aient le temps de s'atténuer avant
l'arrivée de l'impulsion suivante.On prendra, par exemple, une periode de 1 seconde. Ainsi, tous les
compteurs d'abonnés (1) émettront a la même
fréquence, la differenciation ne se faisant que par
l'instant d'émission, ainsi que nous le verrons plus loin. Dès que l'émission est terminée, l'horloge (19)
remet le compteur (7) a zéro. L'émission peut avoir
lieu une fois par jour... an electronic counter (7), which counts the
impulses from the wheel (6) and keeps them in
memory until the clock (19) gives the signal
resignation. At this time, the transmitter (5), which comprises
a shift register addressed by the counter (7), goes
emitting pulse trains at two frequencies
separate f1 and f. These two frequencies, which
can, for example, be 35 and 45 Hz, correspond
to "O" and "1" of the binary digit contained in the
counter (7). This emission will be done by pulses
relatively narrow (10 ms for example), spaced
long enough for all the echoes
of an impulse in the different branches of the
have time to ease before
the arrival of the next impulse. We will take, for example, a period of 1 second. So all
subscriber counters (1) will transmit to the same
frequency, the differentiation being done only by
the instant of emission, as we will see later. As soon as the transmission is finished, the clock (19)
resets the counter (7) to zero. The show may have
place once a day.
.. un circuit de réception (21), qui est attaqué par le
transducteur (3). Pour éviter une dérive des horloges
(19), le compteur général (2) peut émettre, au moyen
du transducteur (4), une fréquence f3 très
différente de f1 et f2 (20 kHz, par exemple). Le circuit (21), qul comporte un amplificateur suivi
d'un filtre a bande étroite calée sur f3 , peut
être activé par ce signal de recalage durant, par exemple, 5 secondes. Dès qu'un signal sort de (21),
il force l'horloge (19) a se recaler sur une heure
spécifique pour chaque abonné, et qui est affichée
par des interrupteurs mécaniques (22)... a reception circuit (21), which is attacked by the
transducer (3). To avoid clock drift
(19), the general counter (2) can transmit, by means
of the transducer (4), a frequency f3 very
different from f1 and f2 (20 kHz, for example). The circuit (21), which includes a monitored amplifier
of a narrow band filter set on f3, can
be activated by this readjustment signal for, for example, 5 seconds. As soon as a signal leaves (21),
it forces the clock (19) to reset to one hour
specific for each subscriber, and which is displayed
by mechanical switches (22).
Le compteur général (2) comporte des éléments analogues au précédent, a savoir
- une hélice (14), qui fournit de l'énergie a l'alimentation
(16), chargeant la batterie (18). Dans certains cas, il
pourra être plus simple de brancher le compteur général (2)
sur le secteur.
The general counter (2) includes elements similar to the previous one, namely
- a propeller (14), which supplies energy to the power supply
(16), charging the battery (18). In some cases,
may be easier to connect the general counter (2)
on the sector.
- une hélice ou roue de comptage volumétrique (8), analogue a
(6), attaquant le compteur électronique (9). Le contenu de
celui-ci est lu périodiquement par le microprocesseur
(12).- a propeller or volumetric counting wheel (8), similar to
(6), attacking the electronic counter (9). The content of
this is read periodically by the microprocessor
(12).
- un transducteur (4), qui attaque un circuit récepteur (6),
comportant un discriminateur de fréquence permettant de
reconstituer le mot transmis par ultra-sons. Celui-ci est
alors mis en mémoire dans le microprocesseur (12), qui
enregistre également l'instant d'émission. C'est en effet,
comme nous l'avons vu, ce qui va permettre d'identifier le
compte d'abonné sur lequel on devra ajouter la
consommation pour la dernière période de comptage, telle
qu'elle vient d'être transmise par le signal ultra-sonore. - a transducer (4), which drives a receiver circuit (6),
comprising a frequency discriminator making it possible to
reconstruct the word transmitted by ultrasound. It is
then stored in the microprocessor (12), which
also records the transmission time. It is indeed,
as we have seen, which will identify the
subscriber account to which the
consumption for the last counting period, such
that it has just been transmitted by the ultrasonic signal.
Le transducteur peut également être périodiquement attaqué
par le générateur émettant a la fréquence f (pendant une
durée assez longue, 5 secondes par exemple) a la suite
d'une commande effectuée par le microprocesseur (12). Le
circuit de réception (6) est protégé du signal d'emission
de (20) par un filtre convenable.The transducer can also be periodically attacked
by the generator emitting at frequency f (during a
fairly long duration (5 seconds for example) after
of a command carried out by the microprocessor (12). The
receiving circuit (6) is protected from transmission signal
of (20) by a suitable filter.
En se reportant a la figure 3, on peut voir une réalisation du compteur électronique, donnée a titre indicatif, et, bien entendu, nullement limitative. Le circuit est réalisé en technologie CMOS . Une horloge a quartz (23), est constituée par exemple par trois diviseurs binaires de 14 étages de type 4060 connectés en série. Si le quartz (26) qui pilote cette horloge a une fréquence de 7,27 MHz, on peut calculer que le compteur repassera a zéro toutes les semaines. Si on connecte les huit sorties de poids le plus fort du dernier diviseur aux entrées de deux comparateurs (24) de type 45858 de 4 bits chacun, connectés en série, on pourra obtenir un signal dès que l'heure affichée sur un codeur mécanique a interrupteur (25) sera atteinte.
Referring to Figure 3, we can see an embodiment of the electronic counter, given for information, and, of course, not limiting. The circuit is made in CMOS technology. A quartz clock (23), is constituted for example by three binary dividers of 14 stages of type 4060 connected in series. If the quartz (26) which drives this clock has a frequency of 7.27 MHz, we can calculate that the counter will reset to zero every week. If we connect the eight most significant outputs of the last divider to the inputs of two comparators (24) of type 45858 of 4 bits each, connected in series, we will be able to obtain a signal as soon as the time displayed on a mechanical encoder has switch (25) will be reached.
On affichera sur chaque compteur une heure différente, de façon a ce que les signaux d'émission se succèdent dans le temps, sans se superposer, afin d'éviter des interférences. Avec 8 bits, on peut donc gérer 256 compteurs, dont les instants d'émission seront espacés de 39 minutes. Ceci est suffisant pour s'afranchir des dérives des compteurs. En effet, deux compteurs contigus dérivant en sens inverse se superposeront après 19,5 minutes, soit 1170 secondes. Si on souhaite ne pas intervenir sur les compteurs plus souvent que tous les 10 ans, il faut une stabilité de frequence de 3,7.10-6, qui peut être obtenue en triant les quartz.La dérive due a la température ne doit pas être prise en compte, car, outre la relative stabilité de température du reseau d'eau, les fluctuations étant les mêmes pour tous les compteurs, les dérives se compensent. A different time will be displayed on each counter, so that the emission signals follow one another over time, without overlapping, in order to avoid interference. With 8 bits, we can therefore manage 256 counters, whose transmission times will be spaced 39 minutes apart. This is enough to get rid of the drifts of the meters. Indeed, two contiguous counters drifting in opposite directions will overlap after 19.5 minutes, or 1170 seconds. If you wish not to intervene on the meters more often than every 10 years, you need a frequency stability of 3.7.10-6, which can be obtained by sorting the quartz. The drift due to the temperature should not be taken account, because, in addition to the relative temperature stability of the water network, the fluctuations being the same for all meters, the drifts compensate for each other.
On peut également envisager l'utilisation de quartz de moins bonne stabilité, en effectuant périodiquement une remise zéro du compteur (23). Pour cela, l'entrée 12 des trois circuits 4060 reçoit chaque semaine une impulsion de remise a zero, issue d'un récepteur (27) a ultra-sons, fonctionnant a une fréquence différente de celle utilisée pour la transmission des données. Ce signal ultra-sonore est émis par l'unité centrale, via le compteur général (2). Tous les compteurs particuliers (1) reçoivent donc simultanément l'impulsion de recalage. Dans ces conditions, l'horloge (23) peut etre beaucoup moins précise, ce qui permet de remplacer le quartz par un circuit R-C fonctionnant a beaucoup plus basse fréquence. Si la fréquence est de 443 Hz, on peut supprimer un des trois diviseurs de fréquence 4060.
One can also consider the use of quartz of less good stability, by periodically carrying out a reset of the counter (23). For this, the input 12 of the three circuits 4060 receives each week a reset pulse, coming from an ultrasonic receiver (27), operating at a frequency different from that used for the transmission of the data. This ultrasonic signal is emitted by the central unit, via the general counter (2). All the individual counters (1) therefore simultaneously receive the readjustment pulse. Under these conditions, the clock (23) can be much less precise, which makes it possible to replace the quartz by an RC circuit operating at a much lower frequency. If the frequency is 443 Hz, one of the three 4060 frequency dividers can be deleted.
Le circuit de réception (27) comporte un transducteur piézo-électrique, pouvant éventuellement être le même que celui (28) utilisé pour l'émission, un amplificateur a bande étroite centrée sur la fréquence de recalage des horloges, et enfin un circuit de mise en forme du signal ultra-sonore redressé. Ce circuit est assez conventionnel pour n'avoir pas a être détaillé ici. The reception circuit (27) comprises a piezoelectric transducer, which may possibly be the same as that (28) used for transmission, a narrow band amplifier centered on the clock reset frequency, and finally a setting circuit. in the form of the rectified ultrasonic signal. This circuit is conventional enough not to have to be detailed here.
L'horloge (23) est aussi utilisée pour fixer la fréquence d'émission. On utilisera pour cela la sortie 14' du 4060 situé au milieu de la chaîne de diviseurs, dont la fréquence de sortie est de 1,73 Hz. Elle constitue la base de temps du séquenceur d'émission formé par les compteurs (29) et (30), la bascule (31) et le registre a décalage (32). The clock (23) is also used to fix the transmission frequency. We will use for this the output 14 'of the 4060 located in the middle of the chain of dividers, whose output frequency is 1.73 Hz. It constitutes the time base of the emission sequencer formed by the counters (29) and (30), the flip-flop (31) and the shift register (32).
Dès que la sortie (14) du comparateur (24) indique, en passant a l'état haut, qu'il y a identité entre le chiffre binaire de 8 bits disponible en sortie du compteur (23) et celui affiché sur le codeur (25), la séquence d'émission est initiée, en agissant
- sur la bascule (31), constituée par le circuit 4013, et
dont la sortie 2 passe a l'état bas.
As soon as the output (14) of the comparator (24) indicates, going high, that there is identity between the 8-bit binary digit available at the output of the counter (23) and that displayed on the encoder ( 25), the transmission sequence is initiated, by acting
- on the scale (31), constituted by the circuit 4013, and
whose output 2 goes low.
- sur le registre a décalage (32), constitue par le circuit
4021. L'entrée 9 est attaquée par un circuit
différenciateur R-C , ce qui charge dans le registre (32)
le contenu du compteur (30).- on the shift register (32), constituted by the circuit
4021. Entry 9 is attacked by a circuit
RC differentiator, which loads into the register (32)
the content of the counter (30).
Dès que l'entrée 2 de remise a zéro du compteur (29), constitué par un compteur binaire 4024, repasse a l'état bas, celui-ci est débloqué, et la sortie 12 du premier étage délivre une fréquence de 0,86 Hz, qui va constituer la fréquence d'horloge du registre a décalage (32). Dès que ce compteur atteint le nombre 26 = 64, la sortie 4 passe a l'état haut, ce qui ramène la sortie de la bascule (31) a l'état haut, d'ou la remise a zéro du compteur (29) et la fin de la séquence d'émission, puisque la sortie 12 donnant la fréquence horloge reste a zéro.
As soon as the counter reset input 2 (29), consisting of a binary counter 4024, returns to the low state, this is released, and the output 12 of the first stage delivers a frequency of 0.86 Hz, which will constitute the clock frequency of the shift register (32). As soon as this counter reaches the number 26 = 64, the output 4 goes to the high state, which brings back the output of the rocker (31) to the high state, from where the reset to the counter (29) and the end of the transmission sequence, since the output 12 giving the clock frequency remains at zero.
Le registre a décalage (32) est attaqué en parallèle par le compteur (30) sur 5 bits d'un poids convenable pour que, a la consommation maximum prévisible, le nombre en sortie de (30) ne dépasse pas 25 = 32 par semaine. La sortie série 3 attaque un circuit de mise en forme, constitué par un circuit R-C suivi d'un trigger de Schmitt. The shift register (32) is attacked in parallel by the counter (30) on 5 bits of suitable weight so that, at the maximum foreseeable consumption, the number at the output of (30) does not exceed 25 = 32 per week . The serial output 3 attacks a shaping circuit, consisting of an R-C circuit followed by a Schmitt trigger.
L'impulsion mise en forme est utilisée pour déclencher un multivibrateur, constitué par un autre trigger de Schmitt, lequel actionne le transistor de puissance (34), qui alimente le transducteur d'émission (28). Ces triggers (33) peuvent provenir d'un 4093.The shaped pulse is used to trigger a multivibrator, constituted by another Schmitt trigger, which actuates the power transistor (34), which supplies the emission transducer (28). These triggers (33) can come from a 4093.
Le signal a la sortie de (32) commence toujours par un bit de "start" a l'état haut, ce qui est indispensable pour déclencher l'horloge locale du récepteur. Ceci est obtenu en reliant au "plus" l'entrée 1 du registre a décalage (32). The signal at the output of (32) always begins with a high start bit, which is essential to trigger the local clock of the receiver. This is achieved by connecting input 1 of the shift register (32) to the "plus".
Le compteur (30), qui totalise la consommation de l'abonné, estattaqué par un amplificateur opérationnel (37), dont les entrées sont reliées a une bobine (35), qui détecte le passage d'un aimant fixé aux pales de l'hélice (36). Le nombre de tours effectué par cette hélice est en effet proportionnel a la consommation d'eau. The counter (30), which totals the subscriber's consumption, is attacked by an operational amplifier (37), the inputs of which are connected to a coil (35), which detects the passage of a magnet fixed to the blades of the propeller (36). The number of turns performed by this propeller is indeed proportional to the water consumption.
Le transducteur (28) est constitué par un disque de céramique piézo-électrique. Il a une capacité C et constitue avec l'inductance
L un circuit résonant série. Ceci permet d'obtenir une tension élevée aux bornes du transducteur, en dépit d'une faible tension d'alimentation continue du transistor de puissance. La durée de l'émission est de l'ordre de 0,3 s et les impulsions sont espacées de 0,86 s, ce qui est nécessaire pour que le signal ultra-sonore puisse suffisamment s'affaiblir avant l'arrivée de l'impulsion suivante, compte tenu des multiples échos que provoque la canalisation de distribution d'eau.The transducer (28) consists of a piezoelectric ceramic disc. It has a capacity C and constitutes with the inductance
L a series resonant circuit. This makes it possible to obtain a high voltage across the transducer, despite a low DC supply voltage of the power transistor. The duration of the emission is of the order of 0.3 s and the pulses are spaced by 0.86 s, which is necessary so that the ultrasonic signal can be sufficiently weakened before the arrival of the next impulse, given the multiple echoes that the water distribution pipe causes.
La figure 3 résume l'essentiel du fonctionnement
- la courbe a représente le signal de sortie du
comparateur(24), au moment ou l'heure d'émission vient
d'être atteinte.Figure 3 summarizes the essentials of operation
- curve a represents the output signal from
comparator (24), when the time of emission comes
to be reached.
- la courbe b représente ce même signal au point A
c'est-a-dire après différenciation par le condensateur C.- curve b represents this same signal at point A
that is to say after differentiation by capacitor C.
- la courbe c représente le signal d'horloge entrant dans
le registre (32).- curve c represents the clock signal entering
the register (32).
- la courbe d représente la sortie du registre (32), après
mise en forme par le circuit (33).- the curve d represents the output of the register (32), after
shaping by the circuit (33).
- la courbe e , qui représente le signal ultra-sonore reçu
par le transducteur du compteur général, illustre bien la
lente décroissance du signal, telle qu'elle résulte du fait
des multiples échos provenant de la structure complexe
d'une canalisation de distribution (coudes, piquages,
changements de sections, etc...). On comprend dès lors que
les signaux doivent être aussi espacés que possible. - curve e, which represents the ultrasonic signal received
by the general counter transducer, illustrates well the
slow signal decay, as a result of
multiple echoes from the complex structure
a distribution pipe (elbows, nozzles,
section changes, etc.). We therefore understand that
signals should be as far apart as possible.
La figure 4 représente un premier mode de réalisation de compteur d'abonné suivant l'invention. FIG. 4 represents a first embodiment of a subscriber counter according to the invention.
A l'intérieur du corps de compteur (1), qui peut être réalisé en inox par exemple, on trouve deux hélices axiales (13) et (6). Inside the meter body (1), which can be made of stainless steel for example, there are two axial propellers (13) and (6).
L'hélice (13) est consacrée a la production d'énergie électrique nécessaire a l'alimentation des circuits électroniques. Elle est supportée par un axe, lui-même maintenu dans l'axe de (1) par un croisillon fixé dans la bague (38). L'hélice (13) peut tourner librement autour de cet axe. Au cours de sa rotation, l'hélice (13), qui est constituée d'un matériau ferromagnétique (fer, nickel, ferrite, etc...), provoque une variation de la réluctance du circuit magnétique (39), (40). Celui-ci est constitué d'un noyau en fer feuilleté ou en ferrite (40), que polarise un aimant permanent en ferrite (39).Les variations de flux ainsi engendrées provoquent une induction dans les bobines (41), de façon analogue a ce qui est connu dans les alternateurs a réluctance variable. The propeller (13) is devoted to the production of electrical energy necessary for the supply of electronic circuits. It is supported by an axis, itself held in the axis of (1) by a spider fixed in the ring (38). The propeller (13) can rotate freely around this axis. During its rotation, the propeller (13), which is made of a ferromagnetic material (iron, nickel, ferrite, etc ...), causes a variation in the reluctance of the magnetic circuit (39), (40) . This consists of a laminated iron or ferrite core (40), which is polarized by a permanent ferrite magnet (39). The flux variations thus generated cause induction in the coils (41), similar to what is known in variable reluctance alternators.
La coupe a-a de la figure 2 représente le circuit magnétique. On notera que, pour obtenir une bonne efficacité, la paroi du corps (1) devra être aussi mince et aussi peu conductrice que possible. Par exemple, on pourra utiliser une paroi de 1 mm d'inox ou de 3 mm de plastique. Section a-a in Figure 2 shows the magnetic circuit. Note that, to obtain good efficiency, the wall of the body (1) must be as thin and as little conductive as possible. For example, we can use a wall of 1 mm of stainless steel or 3 mm of plastic.
La deuxième hélice (6) est mécaniquement et magnétiquement indépendante de la première. The second propeller (6) is mechanically and magnetically independent of the first.
Elle peut donc tourner librement autour de son axe, qui coincide avec celui du corps (1), et qui est supporté par un croisillon (42), lequel supporte également le transducteur a ultra-sons (3). Un circuit magnétique, analogue au précédent, permet d'obtenir des impulsions é1 ectri ques convenables pour attaquer le compteur électronique (30) (Figure 2). Les variations de réluctance provoquent une induction dans la bobine (35), et, finalement, des impulsions a chaque fois qu'une pale de (6) ferme le circuit (39), (40). Pour que le comptage d'eau soit le plus précis possible, il faut que (6) soit aussi libre que possible. Pour cela, l'aimant permanent (39) sera aussi faible que possible, et en tout cas juste suffisant pour que les impulsions issues de (35) soient utilisables, compte tenu de l'amplificateur (37). It can therefore rotate freely around its axis, which coincides with that of the body (1), and which is supported by a spider (42), which also supports the ultrasonic transducer (3). A magnetic circuit, similar to the previous one, makes it possible to obtain electrical pulses suitable for driving the electronic counter (30) (Figure 2). The variations in reluctance cause induction in the coil (35), and ultimately pulses each time a blade of (6) closes the circuit (39), (40). For the water count to be as precise as possible, (6) must be as free as possible. For this, the permanent magnet (39) will be as weak as possible, and in any case just sufficient for the pulses from (35) to be usable, taking into account the amplifier (37).
La figure 4 représente un autre mode de réalisation du compteur d'abonné. Figure 4 shows another embodiment of the subscriber counter.
Il comporte toujours deux hélices (6) et (13) indépendantes, dans le même souci de ne pas affecter la précision de la mesure par la résistance mécanique opposée par le générateur d'électricité. Cette fois, elles sont supportées par un axe unique (43), autour duquel elles peuvent tourner librement. Cet axe (43) est supporté par la bride (44), qui peut être démontée sans débrancher le compteur, aux fins de maintenance. It always has two independent propellers (6) and (13), with the same concern of not affecting the accuracy of the measurement by the mechanical resistance opposed by the electricity generator. This time, they are supported by a single axis (43), around which they can rotate freely. This axis (43) is supported by the flange (44), which can be removed without disconnecting the meter, for maintenance purposes.
La céramique piézo-électrique (3) est directement fixée sur la paroi du corps, de façon a émettre dans la direction du compteur genéral. Elle est fixée sur un adaptateur d'impédance (45), permettant d'adapter l'impédance de la céramique, Zc , a celle de l'eau, Ze
On utilise pour cela un milieu d'impedance VZ Ze' , et d'épaisseur égale a N/4. Divers plastiques, ainsi que 5'aluminium, ont une impédance convenable pour cette application. Les fréquences interessantes peuvent aller de 20 a 40 kHz. A 40 kHz, l'épaisseur de dans , dans du plexiglass par exemple, est de l'ordre de 1 cm. Pour simplifier la réalisation, il est avantageux d'utiliser directement la paroi du corps de compteur (1) comme adaptateur. Ceci impose d'utiliser comme matériaux de corps de compteur soit de l'aluminium moulé, soit du plastique (A.S., polystyrène, etc...).On pourra avantageusement donner une courbure a la face de (45) en contact avec l'eau, de façon a ce que les ondes acoustiques émergentes soient sensiblement parallèles.
The piezoelectric ceramic (3) is directly fixed to the wall of the body, so as to emit in the direction of the general counter. It is fixed on an impedance adapter (45), making it possible to adapt the impedance of ceramic, Zc, to that of water, Ze
One uses for this a medium of impedance VZ Ze ', and of thickness equal to N / 4. Various plastics, as well as aluminum, have a suitable impedance for this application. The interesting frequencies can go from 20 to 40 kHz. At 40 kHz, the thickness of dans, in plexiglass for example, is of the order of 1 cm. To simplify the implementation, it is advantageous to directly use the wall of the meter body (1) as an adapter. This requires the use of meter body materials either cast aluminum or plastic (AS, polystyrene, etc.). It is advantageous to give a curvature to the face of (45) in contact with the water, so that the emerging acoustic waves are substantially parallel.
On reconnaît sur la figure 4 le circuit magnétique (40) et la bobine (41), qui, placés en regard de (13), permettent d'extraire de l'énergie électrique a partir de l'énergie hydraulique de l'écoulement. We recognize in Figure 4 the magnetic circuit (40) and the coil (41), which, placed opposite (13), allow to extract electrical energy from the hydraulic energy of the flow.
L'ensemble de l'électronique est placé sur un circuit imprimé (46), logé dans une boite intégree au corps (1) du compteur, et fermée de façon étanche par une plaque (47). Le compteur peut ainsi être immergé dans une tranchée remplie d'eau sans que son fonctionnement en soit affecté. All of the electronics are placed on a printed circuit (46), housed in a box integrated into the body (1) of the meter, and sealed by a plate (47). The meter can thus be immersed in a trench filled with water without affecting its operation.
Par ailleurs, l'énergie électrique obtenue a partir de la rotation de l'hélice (13) sert a charger des accumulateurs (17), permettant de stocker cette énergie sur une très longue période.
Furthermore, the electrical energy obtained from the rotation of the propeller (13) is used to charge accumulators (17), making it possible to store this energy over a very long period.
Dans le cas ou le compteur ne serait pas utilisé pendant une période de l'ordre de un an, l'émission, limite au premier bit (de "start"), cesserait. Pour réactiver le compteur, il est alors nécessaire de consommer.quelques dizaines de litres d'eau, qui ne pourront pas être comptées. Toutefois, l'ordinateur central sera en mesure d'effectuer la correction. On voit donc que le compteur peut être oublié pendant de nombreuses années dans le sol. Toute defaillance sera, de toute façon, détectée par le compteur général. In the event that the counter is not used for a period of the order of one year, the transmission, limited to the first bit (of "start"), would cease. To reactivate the counter, it is then necessary to consume a few tens of liters of water, which cannot be counted. However, the central computer will be able to make the correction. So we see that the meter can be forgotten for many years in the ground. Any failure will, in any case, be detected by the general counter.
Ici, au lieu d'utiliser comme précédemment une transmission mono-fréquence avec bit de "start" et horloge locale située dans le récepteur, on utilise deux fréquences d'émission, l'une représentant les chiffres binaires 0 , et l'autre les chiffres binaires 1. Here, instead of using as before a single-frequency transmission with "start" bit and local clock located in the receiver, two transmission frequencies are used, one representing the binary digits 0, and the other the binary digits 1.
La figure 5 représente une version simplifiée du compteur d'abonné. Figure 5 shows a simplified version of the subscriber counter.
Le corps de compteur (1) est un simple tube en inox ou en plastique, dans lequel est emmanchée une hélice fixe (48), dont la partie centrale supporte un axe, autour duquel une autre hélice (49) peut tourner librement. Pour augmenter l'efficacité de l'entraînement par le fluide, l'inclinaison des pales de (49) est inverse par rapport a (48), de façon analogue a ce que l'on rencontre dans les turbines a gaz multi-étages. A l'opposé de l'hélice (49), l'hélice fixe (48) supporte sur son axe une céramique piézo-électrique (3), laquelle est prolongée, dans la direction amont du flux d'eau, par un adaptateur d'impédance (45), tandis que l'autre face de (3) est reliée a (48) par une couche de caoutchouc mousse. The meter body (1) is a simple stainless steel or plastic tube, in which is fitted a fixed propeller (48), the central part of which supports an axis, around which another propeller (49) can rotate freely. To increase the efficiency of the fluid drive, the inclination of the blades of (49) is opposite to (48), similar to what is encountered in multi-stage gas turbines. Opposite the propeller (49), the fixed propeller (48) supports on its axis a piezoelectric ceramic (3), which is extended, in the upstream direction of the water flow, by an adapter d impedance (45), while the other face of (3) is connected to (48) by a layer of foam rubber.
Le circuit magnétique est analogue a ce qui a été décrit précédemment. Il comporte deux aimants permanents (39) a ferrite, et un noyau (40) qui peut être réalisé en fer feuilleté ou en ferrite, et qui est entouré d'une bobine (41) jouant le double rôle de générateur d'énergie électrique et de générateur d'impulsion, grâce au circuit de la figure 5c.
The magnetic circuit is analogous to what has been described previously. It comprises two permanent magnets (39) with ferrite, and a core (40) which can be made of laminated iron or ferrite, and which is surrounded by a coil (41) playing the double role of generator of electrical energy and pulse generator, using the circuit in Figure 5c.
Les diodes D assurent la charge des batteries (17) Le courant de charge de ces batteries induit une impulsion aux bornes de la résistance R , laquelle est amplifiée par l'amplificateur opérationnel (37). Les diodes D' jouent le double rôle de limiter la charge de (17) et de fournir une impulsion aux bornes de R, même lorsque les batteries (17) sont complètement chargées. Diodes D charge the batteries (17) The charging current of these batteries induces a pulse across the resistor R, which is amplified by the operational amplifier (37). The diodes D 'play the dual role of limiting the charge of (17) and of providing a pulse across the terminals of R, even when the batteries (17) are fully charged.
Comme dans la réalisation précédente, l'électronique doit être logée dans un boîtier étanche, intégre au corps du compteur,et non représenté sur la figure 5. On pourra aussi, dans certains cas, avantageusement noyer l'électronique dans une imprégnation plastique. As in the previous embodiment, the electronics must be housed in a waterproof housing, integrated into the body of the meter, and not shown in FIG. 5. It will also be possible, in certain cases, to advantageously drown the electronics in a plastic impregnation.
La figure 6 représente un répéteur, qui, dans le cas d'une longue distance entre le compteur d'abonné et le compteur genéral, est placé de façon a relayer le signal ultra-sonore, qui, faute de quoi, serait trop affaibli. Il comporte essentiellement
- un récepteur (4), qui peut avantageusement être constitué
par une céramique piézo-électrique, adaptee par une
épaisseur /4 de plexiglass.FIG. 6 represents a repeater, which, in the case of a long distance between the subscriber counter and the general counter, is placed so as to relay the ultrasonic signal, which, otherwise, would be too weakened. It basically involves
- a receiver (4), which can advantageously be constituted
by a piezoelectric ceramic, adapted by a
thickness / 4 of plexiglass.
- un émetteur (3), qui peut, lui aussi, être constitué d'une
céramique piézo-électrique adaptée par une épaisseur X/4
de plexiglass. - an emitter (3), which can also consist of a
piezoelectric ceramic adapted by a thickness X / 4
of plexiglass.
- une hélice (13) qui, entrainée par le débit d'eau,
constitue avec le circuit magnétique (41) un générateur
d'énergie tout-a-fait comparable a ceux évoques plus haut.- a propeller (13) which, driven by the water flow,
constitutes with the magnetic circuit (41) a generator
of energy quite comparable to those mentioned above.
- un boîtier étanche (47), contenant l'ensemble de
l'électronique, qui, elle aussi, est analogue a celle
exposée ci-dessus. Elle comporte une batterie
d'accumulateurs, et un amplificateur de réception qui
déclenche un circuit d'émission temporisé dès qu'un signal
a été reçu par (4).- a waterproof case (47), containing all of
electronics, which is also analogous to that
set out above. It has a battery
accumulators, and a reception amplifier which
triggers a timed transmission circuit as soon as a signal
was received by (4).
La figure 7 représente un compteur général conforme au synoptique de la figure 1, mais sur lequel on n'a pas monté le récepteur d'énergie (8), (9), ce qui est en effet fréquent, car le compteur général peut être relié a une ligne téléphonique pour la transmission des informations, ainsi qu'a une ligne E.D.F. FIG. 7 represents a general counter conforming to the block diagram of FIG. 1, but on which the energy receiver (8), (9) has not been mounted, which is indeed frequent, because the general counter can be connected to a telephone line for the transmission of information, as well as to an EDF line
Le compteur général comporte
- un corps (1), qui est ici un modèle coudé. Il peut être en
fonte, en bronze, ou en plastique.The general counter includes
- a body (1), which is here a bent model. He can be in
cast iron, bronze, or plastic.
- une hélice de comptage volumétrique (13), placée dans l'axe
de la canalisation aval, supportée par la tige (43)
solidaire de la bride (44).- a volumetric counting propeller (13), placed in the axis
of the downstream pipe, supported by the rod (43)
secured to the flange (44).
- un transducteur (4), placé dans l'axe de l'hélice, capable
de détecter les signaux ultra-sonores émis par les
compteurs d'abonnés ou par des répéteurs. Il peut aussi
être utilisé pour émettre des signaux permettant de
synchroniser périodiquement les horloges des compteurs
d'abonnés.- a transducer (4), placed in the axis of the propeller, capable
to detect the ultrasonic signals emitted by the
subscriber counters or repeaters. He can too
be used to transmit signals to
periodically synchronize counter clocks
subscribers.
- un circuit magnétique (40) en fer doux feuilleté ou en
ferrite, polarisé par un aimant permanent en ferrite (39),
et entouré d'un bobinage (41), aux bornes duquel on peut
compter les impulsions provoquées par le passage des pales
de l'hélice (13) qui sont en matériau ferromagnétique
(ferrite, nickel, fer, etc...).- a magnetic circuit (40) made of laminated soft iron or
ferrite, polarized by a permanent ferrite magnet (39),
and surrounded by a winding (41), at the terminals of which one can
count the impulses caused by the passage of the blades
of the propeller (13) which are made of ferromagnetic material
(ferrite, nickel, iron, etc.).
Les fils du bobinage (41) et du transducteur (4) passent a l'intérieur du support (43) et sortent par une prise étanche (50), pour être acheminés jusqu'au boîtier électronique comportant un microprocesseur et un modem, pour transmission a l'ordinateur central. Cette électronique est classique, et n'appelle pas de commentairs particuliers. The wires of the winding (41) and of the transducer (4) pass inside the support (43) and exit by a sealed socket (50), to be routed to the electronic unit comprising a microprocessor and a modem, for transmission to the central computer. This electronics is classic, and does not call for particular comments.
Le traitement effectué par l'ordinateur consiste a faire en permanence les opérations suivantes
- comparer la consommation au compteur général avec la somme
des consommations indiquées par les compteurs d'abonnés.The processing carried out by the computer consists in continuously doing the following operations
- compare consumption on the general counter with the sum
consumption indicated by subscriber counters.
- vérifier que chaque compteur d'abonné envoi t périodiquement
son relevé. Sinon, avertir le dépanneur.- check that each subscriber counter sends t periodically
his statement. Otherwise, notify the convenience store.
- suivre la dérive des horloges de chaque compteur d'abonné,
et repositionner la plage de réception. Si deux compteurs
ont des dérives en sens inverses et qu'ils se croisent, on
continuera a les suivre. Si ils emettent simultanément au
moment de l'interception, les deux mesures seront
annulées.- follow the drift of the clocks of each subscriber counter,
and reposition the reception area. If two counters
have drifts in opposite directions and that they cross, we
will continue to follow them. If they simultaneously emit
time of interception, the two measures will be
canceled.
- vérifier que les consommations sont cohérentes. En cas de
consommation excessive, prévenir le dépanneur.- check that consumption is consistent. In case of
excessive consumption, notify the convenience store.
L'invention peut être installée dans les immeubles, les lotissements de pavillons, et, d'une façon générale, dans tous les habitats collectifs. The invention can be installed in buildings, housing estates, and, in general, in all collective dwellings.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8914089A FR2653554A1 (en) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | Electronic water meter allowing remote measurement of consumption |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8914089A FR2653554A1 (en) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | Electronic water meter allowing remote measurement of consumption |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2653554A1 true FR2653554A1 (en) | 1991-04-26 |
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ID=9386834
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR8914089A Withdrawn FR2653554A1 (en) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | Electronic water meter allowing remote measurement of consumption |
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FR (1) | FR2653554A1 (en) |
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