RU2010161C1

RU2010161C1 - Photoelectric converter for determining mark on disk of electric counter

Info

Publication number: RU2010161C1
Application number: RU92010997A
Authority: RU
Inventors: Л.Г. Оранский; А.С. Кокарев
Original assignee: Кооператив "ИН"
Priority date: 1992-12-07
Filing date: 1992-12-07
Publication date: 1994-03-30

Abstract

FIELD: test equipment. SUBSTANCE: converter has cylindric lens separated by non-transparent shutter, illuminator, photoreceiver, square pulse generator and signal processing unit which has ac amplifier connected in series with sync detector, d. c. amplifier and threshold unit. Noise immunity may be increased due to suppression of reflection from protective glass and board of electric counter as well as signals from external radiation sources. EFFECT: improved noise immunity; simplified optical circuit of the converter. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах для регулировки и поверки индукционных счетчиков электроэнергии, а также для дистанционного измерения потребления электроэнергии. The invention relates to a measurement technique and can be used in devices for adjusting and checking induction energy meters, as well as for remote measurement of electricity consumption.

Известен преобразователь для измерения числа оборотов диска счетчика электроэнергии, содержащий излучающие элементы со стабилизатором тока, приемные элементы, каждый из которых соединен с диодом Зенера, образуя делитель напряжения, разделительные конденсаторы, усилитель с регулируемой чувствительностью и светодиод для контроля работы преобразователя [1] . Приемные и излучающие элементы размещены в отверстиях втулки, устанавливаемой на корпусе счетчика вблизи диска, причем приемные элементы расположены в одном столбце друг под другом, а излучающие элементы - по обеим сторонам приемных элементов. Излучающие элементы подключаются к общему источнику тока. A known Converter for measuring the number of revolutions of the disk of an electricity meter, containing radiating elements with a current stabilizer, receiving elements, each of which is connected to a Zener diode, forming a voltage divider, isolation capacitors, an amplifier with adjustable sensitivity and an LED to control the operation of the converter [1]. The receiving and radiating elements are placed in the holes of the sleeve mounted on the counter housing near the disk, and the receiving elements are located in one column under each other, and the radiating elements are located on both sides of the receiving elements. The radiating elements are connected to a common current source.

Недостатком известного устройства является повышенная сложность конструкции. Кроме того, преобразователь неустойчиво работает при малой скорости вращения диска и при наличии изменяющихся во времени внешних источников излучения. A disadvantage of the known device is the increased complexity of the design. In addition, the converter is unstable at a low speed of rotation of the disk and in the presence of time-varying external radiation sources.

Известно оптическое сканирующее устройство для контроля потребляемой мощности путем подсчета числа оборотов диска счетчика, содержащее генератор прямоугольных импульсов, модулирующих два независимых источника света, два отдельных фотоэлектрических приемника, каждый из которых через последовательно соединенные усилитель и детектор метки подключен к мультивибратору, соединенному с выходным усилителем [2] . Источники света генерируют импульсы прямоугольной формы, возникающие при отражении от диска в фотоприемниках прямоугольные импульсы тока передаются на электронную схему, содержащую триггер и логические элементы. При прохождении индикаторной метки под модулированным световым пучком пауза между двумя последовательными импульсами тока возрастает в несколько раз, что приводит к срабатыванию триггера и появлению импульса на выходных зажимах схемы. Known optical scanning device for controlling power consumption by counting the number of revolutions of the counter disk, containing a rectangular pulse generator that modulates two independent light sources, two separate photoelectric receivers, each of which is connected through a series-connected amplifier and a tag detector to a multivibrator connected to the output amplifier [ 2]. The light sources generate rectangular pulses that occur when reflected from the disk in the photodetectors, rectangular current pulses are transmitted to an electronic circuit containing a trigger and logic elements. When the indicator mark passes under the modulated light beam, the pause between two consecutive current pulses increases several times, which leads to the triggering of the trigger and the appearance of a pulse at the output terminals of the circuit.

Недостатком данного устройства является чувствительность к отражениям несфокусированного модулированного света от защитного стекла и щитка электросчетчика. The disadvantage of this device is the sensitivity to reflections of unfocused modulated light from the protective glass and the shield of the meter.

Наиболее близким к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для распознавания метки на вращающемся диске, содержащее источник света, оптическую фокусирующую систему, состоящую из двух сферических линз и полупрозрачного зеркала, фотоприемник и блок обработки сигнала фотоприемника [3] . Световые лучи от источника света первой сферической линзой и полупрозрачным зеркалом направляются на боковую поверхность диска электросчетчика. Отраженный от диска световой поток, пройдя через полупрозрачное зеркало и вторую сферическую линзу, попадает на фотодетектор, выходной сигнал которого поступает в блок обработки сигнала. При отражении светового потока от метки, нанесенной на боковую поверхность диска, интенсивность отраженного потока изменяется, что и регистрируется блоком обработки сигнала. Closest to the claimed device is a prototype device for recognizing a mark on a rotating disk, comprising a light source, an optical focusing system consisting of two spherical lenses and a translucent mirror, a photodetector and a photodetector signal processing unit [3]. The light rays from the light source by the first spherical lens and a translucent mirror are directed to the side surface of the meter disk. The light flux reflected from the disk, passing through a translucent mirror and a second spherical lens, enters the photodetector, the output signal of which is fed to the signal processing unit. When the light flux is reflected from the mark applied to the side surface of the disk, the intensity of the reflected flux changes, which is recorded by the signal processing unit.

Для уменьшения помех в качестве фотоприемника используются два дифференциально включенных фотодетектора. При этом для повышения чувствительности ширина изображения метки на диске равна ширине обоих фотодетекторов. To reduce interference, two differentially included photodetectors are used as a photodetector. To increase the sensitivity, the width of the image of the mark on the disk is equal to the width of both photodetectors.

Недостатком данного устройства является то, что, вследствие неидентичности характеристик фотодетекторов и асимметрии их расположения относительно источников помех, не обеспечивается полная компенсация помех от внешних источников излучения и отражений от защитного стекла и щитка электросчетчика. The disadvantage of this device is that, due to the non-identical characteristics of the photodetectors and the asymmetry of their location relative to the sources of interference, complete compensation for interference from external sources of radiation and reflections from the protective glass and the shield of the electric meter is not provided.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и упрощение оптической системы преобразователя. The aim of the invention is to increase the noise immunity and simplification of the optical system of the Converter.

На фиг. 1 представлена схема фотоэлектрического преобразователя и расположение его относительно электросчетчика, вид сверху; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема, поясняющая подавление шторкой лучей, отраженных от защитного стекла. In FIG. 1 shows a diagram of a photoelectric converter and its location relative to the electric meter, top view; in FIG. 2 is a view A in FIG. 1; in FIG. 3 is a diagram for explaining the suppression by a curtain of rays reflected from a protective glass.

Фотоэлектрический преобразователь (фиг. 1) содержит цилиндрическую линзу 1 со шторкой 2, осветитель 3, фотоприемник 4, подключенный к блоку 5 обработки сигнала, состоящему из последовательно соединенных усилителя 6 переменного тока, синхронного детектора 7, усилителя 8 постоянного тока и порогового устройства 9, и генератор 10 прямоугольных импульсов, подключенный к осветителю 3 и второму входу синхронного детектора 7 блока 5 обработки сигнала. Выход блока 5 обработки сигнала является выходом преобразователя. Осветитель 3 и фотоприемник 4 установлены по одну сторону линзы 1 таким образом, что световой поток от осветителя 3, проходя через линзу 1 и отражаясь от диска 11 электросчетчика 12, вновь проходит через линзу 1 и попадает на фотоприемник 4. На боковую поверхность диска 11 нанесена контрастная метка 13. The photoelectric converter (Fig. 1) contains a cylindrical lens 1 with a shutter 2, a illuminator 3, a photodetector 4 connected to a signal processing unit 5, consisting of a series-connected AC amplifier 6, a synchronous detector 7, a DC amplifier 8 and a threshold device 9, and a rectangular pulse generator 10 connected to the illuminator 3 and the second input of the synchronous detector 7 of the signal processing unit 5. The output of the signal processing unit 5 is the output of the converter. The illuminator 3 and the photodetector 4 are mounted on one side of the lens 1 so that the light flux from the illuminator 3, passing through the lens 1 and reflected from the disk 11 of the meter 12, again passes through the lens 1 and enters the photodetector 4. On the side surface of the disk 11 is applied contrast mark 13.

Шторка 2 представляет собой пластину из непрозрачного материала и расположена перпендикулярно оси линзы 1. При этом осветитель 3 и фотоприемник 4 размещены симметрично относительно шторки 2. Цифрами 14 и 15 на фиг. 1 обозначены щиток и защитное стекло электросчетчика 12 соответственно. The shutter 2 is a plate of opaque material and is perpendicular to the axis of the lens 1. In this case, the illuminator 3 and the photodetector 4 are placed symmetrically with respect to the shutter 2. The numbers 14 and 15 in FIG. 1, the shield and protective glass of the electric meter 12 are indicated.

В качестве осветителя 3 использован светодиод, фотоприемника 4 - фотодиод, синхронного детектора 4 - аналоговое умножающее устройство с фильтром низких частот, пороговое устройство 9 реализовано на триггер Шмитта. As a illuminator 3, an LED was used, a photodetector 4 — a photodiode, a synchronous detector 4 — an analog multiplying device with a low-pass filter, and threshold device 9 was implemented with a Schmitt trigger.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Фотоэлектрический преобразователь устанавливается непосредственной близости относительно счетчика 12 электроэнергии так, что линза 1, осветитель 3 и фотоприемник 4 находятся в плоскости диска 11, а линзой 1 обеспечивается концентрация светового излучения в полосе несколько большей толщины диска 11, но меньшей ширины прорези в щитке 14. При этом шторка 2 может быть расположена вплотную или с некоторым зазором относительно защитного стекла 15. The photoelectric converter is installed in close proximity to the electricity meter 12 so that the lens 1, the illuminator 3, and the photodetector 4 are in the plane of the disk 11, and the lens 1 provides a concentration of light radiation in the strip of a slightly larger thickness of the disk 11, but a smaller slot width in the shield 14. When this shutter 2 can be located close to or with some clearance relative to the protective glass 15.

Прямоугольные импульсы высокой частоты (например 100 кГц) с выхода генератора 10 поступают на вход осветителя 3 и второй вход синхронного детектора 7. Импульсное излучение от осветителя 3, проходя через линзу 11 и защитное стекло 15, отражается боковой поверхностью диска 11 и, пройдя через стекло 15 и линзу 1, попадает на фотоприемник 4, преобразующий отраженный световой поток в электрический сигнал. Импульсный электрический сигнал с выхода фотоприемника 4 усиливается усилителем 6 переменного тока, детектируется синхронным детектором 7, усиливается усилителем 8 постоянного тока и поступает на вход порогового устройства 9. High-frequency rectangular pulses (for example, 100 kHz) from the output of the generator 10 are fed to the input of the illuminator 3 and the second input of the synchronous detector 7. The pulsed radiation from the illuminator 3, passing through the lens 11 and the protective glass 15, is reflected by the side surface of the disk 11 and passing through the glass 15 and the lens 1, falls on the photodetector 4, which converts the reflected light flux into an electrical signal. The pulsed electrical signal from the output of the photodetector 4 is amplified by an alternating current amplifier 6, detected by a synchronous detector 7, amplified by a direct current amplifier 8 and fed to the input of a threshold device 9.

Так как отражающая способность метки 13 отлична от отражающей способности остальной части диска 11, то при отражении светового потока от метки 13 уровень выходного напряжения усилителя 8 изменится, что вызовет срабатывание порогового устройства 9. Since the reflectivity of the mark 13 is different from the reflectivity of the rest of the disk 11, when the light stream is reflected from the mark 13, the output voltage level of the amplifier 8 will change, which will trigger the threshold device 9.

В существующих фотоэлектрических преобразователях, в том числе и в выбранном в качестве прототипа, на вход фотоприемника помимо излучения осветителя, отраженного от боковой поверхности диска счетчика, попадают сигналы от внешних источников излучения и излучения осветителя, отраженные от других частей электросчетчика, из которых наиболее значительными являются диффузное отражение от щитка и зеркальное отражение от защитного стекла электросчетчика. In existing photovoltaic converters, including the one selected as a prototype, in addition to the illuminator radiation reflected from the side surface of the meter’s counter, signals from external sources of radiation and illuminator radiation reflected from other parts of the electric meter, of which the most significant are diffuse reflection from the shield and mirror reflection from the protective glass of the meter.

В предлагаемом преобразователе цилиндрическая линза 1 собирает световой поток осветителя 3 в виде узкой полосы, ширина которой несколько меньше прорези в щитке 14, как показано на фиг. 2. Благодаря этому существенно уменьшается влияние диффузного отражения излучения осветителя 3 от щитка 14, так как он почти не освещен. In the proposed converter, the cylindrical lens 1 collects the luminous flux of the illuminator 3 in the form of a narrow strip, the width of which is slightly less than the slot in the shield 14, as shown in FIG. 2. Due to this, the effect of diffuse reflection of the radiation of the illuminator 3 from the shield 14 is significantly reduced, since it is almost not lit.

Для уменьшения влияния отражений от защитного стекла 15 электросчетчика цилиндрическая линза 1 легко может быть разделена (полностью или частично) непрозрачной шторкой 2, помещенной перпендикулярно оси линзы 1 между симметрично расположенными осветителем 3 и фотоприемником 4. При этом, если фотоэлектрически преобразователь установлен относительно электросчетчика так, что шторка 2 касается поверхности защитного стекла 15, полностью подавляется зеркальное отражение от защитного стекла 15, как это показано на фиг. 3, где лучи, отраженные от защитного стекла 15 и прерванные шторкой 2, изображены пунктирными линиями. To reduce the effect of reflections from the protective glass 15 of the meter, the cylindrical lens 1 can easily be separated (fully or partially) by an opaque curtain 2 placed perpendicular to the axis of the lens 1 between the symmetrically arranged illuminator 3 and the photodetector 4. Moreover, if the photoelectric converter is mounted relative to the meter so that the shutter 2 touches the surface of the protective glass 15, the specular reflection from the protective glass 15 is completely suppressed, as shown in FIG. 3, where the rays reflected from the protective glass 15 and interrupted by the shutter 2 are shown in dashed lines.

Благодаря применению в преобразователе усилителя 6 переменного тока и синхронного детектора 7 подавляются сигналы постоянного тока и сигналы, частота которых не совпадает с частотой генератора 10 прямоугольных импульсов. При достаточно высокой частоте генератора 10 (более 100 кГц) исключаются помехи от всех внешних источников излучения, которые, как правило, содержат составляющую с частотой, равной удвоенной частоте питающей сети. Due to the use of an alternating current amplifier 6 and a synchronous detector 7 in the converter, the direct current signals and signals whose frequency does not coincide with the frequency of the rectangular pulse generator 10 are suppressed. With a sufficiently high frequency of the generator 10 (more than 100 kHz), interference from all external radiation sources, which, as a rule, contain a component with a frequency equal to twice the frequency of the supply network, is eliminated.

Малая чувствительность фотоэлектрического преобразователя к помехам от внешних источников излучения позволяет применить в качестве осветителя 3 маломощный светодиод видимого излучения, что улучшает эксплуатационные свойства преобразователя, так как снижается потребляемая мощность и, благодаря использованию видимого света, упрощается установка преобразователя относительно диска электросчетчика. (56) 1. Авторское свидетельство ЧССР N 242901, кл. G 01 D 4/06, 1987. The low sensitivity of the photoelectric converter to interference from external radiation sources makes it possible to use a low-power visible-light LED as a illuminator 3, which improves the operational properties of the converter, since the power consumption is reduced and, thanks to the use of visible light, the installation of the converter relative to the meter’s disk is simplified. (56) 1. Copyright certificate of Czechoslovakia N 242901, cl. G 01 D 4/06, 1987.

2. Патент США N 4678907, кл. G 01 D 5/34, 1987. 2. US patent N 4678907, CL. G 01 D 5/34, 1987.

3. Выложенная заявка ФРГ N 3720102, кл. G 01 D 5/30, 1989. 3. The laid out application of Germany N 3720102, cl. G 01 D 5/30, 1989.

Claims

1. A PHOTOELECTRIC CONVERTER FOR DETERMINING THE LABELS ON THE DISK OF THE INDUCTION ELECTRIC METER, which contains a illuminator, a lens and a photodetector, the output of which is connected to a signal processing unit, characterized in that the lens is made of a cylindrical lamp and the illuminator has a lamp and deflecting from the meter’s disk, it passes through the lens again and enters the photodetector.

2. The transducer according to claim 1, characterized in that the cylindrical lens is separated by a translucent curtain placed perpendicular to the axis of the lens between the symmetrically located illuminator and the photodetector.

3. The converter according to claim 1 or 2, characterized in that the signal processing unit comprises a series-connected alternating current amplifier, a synchronous detector, a direct current amplifier and a threshold device, and a rectangular pulse generator connected to the connected input to the converter is additionally introduced into the converter signal processing unit detector.