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专利名称：用于公用表的低阻抗编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及编码器，特别是用于公用表并能承受公用表所处的苛刻环境的编码器。
至于准确性，公用表最重要的元件或许就是它的编码器，它产生客户付费的读数。因此，在开发和设计公用表编码器时，准确度是一个主要的因素。由于电池的寿命有限，公用表电子仪器的电流损耗也是设计公用表的重要因素。
考虑到这些因素，公用表的最直接的设计方法是保持表内线路的高阻抗值，其结果就是高阻抗编码器，这样来降低电流消耗。但是，各种类型的污染物质，包括水气，损害了高阻抗线路的工作，也就损害了表的工作。为了避免表的污染问题，从前的做法是对表的机械设计提出限制，使它有一个能减少表环境影响的表壳和表内可靠的机械元件。
但是，采用高阻抗编码电路的公有表仍然产生故障，由于机械故障而导致编码器计数出错一直存在和/或比正常电流高的电流导致表内电池的漏电。例如，参考

图1所示的现有技术气表或电表的高阻抗编码器技结构。该结构提供了全天候对开关的监视。当开关由于正常工作或由于污染不正常工作闭合时，其代表的是引起低电流的高阻抗和长电池寿命。但不正常的工作突际上是检测不到的，除非表的其它元件也出现故障。这样，为了在苛刻的环境下可靠工作，高阻抗编码器已成为非常需要的条件。
现有技术已了解公用表内高阻抗编码器的弱点，并通过按比例减小编码器阻抗来解决这个问题。一种着眼于公用表电子仪器电流损耗可控的方法是与传感器相联的线路阻抗缩尺相结合，使编码器传感器循环工作。这是保持编码器计数准确的一种合理的方法，但是，如果公用表的机械包装有泄漏，那么，公用表的电流消耗会很大，最终导致电池耗尽。
从上面的观点可见，需要一种通过低阻抗编码器而保持低电流的公用表，使它的工作基本上不受苛刻环境或污染的影响。
低阻抗编码器通常包括时钟源和开关。时钟源按预定的循环周期工作。开关有两个位置，第一位置闭合，第二位置断开。循环周期控制流过开关的电流。通过开关的高电流表明开关处于闭合状态，并且已经发生了公用表纪录的公用的消耗；开关在整个计量过程中继续开和关。流过开关的低(或无)电流表示开关处于开状态。
开关可放置在编码器内部或远离编码器。公用表可以是水表，气表或电表。但是在本发明的优选实施例中，公用表是水表，它远离编码器而用电缆相连。使用编码器内的循环周期工作基本上最小化了编码器的电流消耗，从而延长了供电编码器的电池寿命。
图2是本发明公用表的低阻抗编码器。
图3是本发明低阻抗编码器的公用表的方块图。
如图所示，低阻抗编码器10通常包括时钟12，它连在节点(地)1和节点2之间。电压源V1连在节点1和3之间，电阻R4连在节点2和3之间，而电阻R29连在节点2和晶体管Q13的基极之间，Q13的发射极在节点3连到电阻R4和电压源V1。收集极在节点4连到开关14的第一边，而开关14的第二边如节点5所示连到电阻R9和电容C1并联的接点6，它们又都连到节点1的地。电阻R10连在节点6和7之间，而电容C2连在节点7和地之间(节点1)。节点7又连到集成电路IC1，它是Itron另件号为ICS-0021-001的Itron ASIC，或等效用在Itron ERTS的集成电路(Itron，Inc.of Spokance，Washingfon)。
时钟源12包括脉冲产生器DSTMI，它连到MOSFET M7的栅极，其漏极通过电阻R1(10KΩ)连到节点2，其源极连到节点1。当然，在不违反本发明精神的范围内，可以使用其它时钟源。开关14可在编码电路内或远离编码电路，如图3中实线方块和虚线方块所示。图2所示的开关模型不仅包括具有端点1和2的开关本身，还包括代表大寄生电容的电容器C5，该寄生电容通常是在远距离应用时产生，因为那时需要长电缆来联接开关和编码器的其余电路。并联电阻R52代表开关的泄漏电阻。注意，开关14最好是簧片开关，但在不违反本发明的精神下，可以使用其它开关。
作为一个非限制的例子，表1给出了低阻抗元件表和它们的优选值，但是应注意到，在不违反本发明的精神下，可以使用其它元件值。
表1

在工作时，时钟源12产生持续时间为15微秒的脉冲，其周期为7.8毫秒，得到占空比为15微秒/7.8毫秒或0.0192。应注意到，，在不违反本发明的精神下，可以使用其它脉冲持续时间，脉冲周期和占空比。时钟源12的输出送到电阻R4和R29，它们作为正偏电阻，保证时钟脉冲以所需的电压电平送到晶体管Q13。当时钟脉冲高时，晶体管Q13接通。如果当晶体管Q13接通时开关14闭合，则电流通过开关14并给电容C1充电。如果晶体管Q13接通而开关14断开，则电流不通过开关14，而电阻R9给电容C1放电，其时间常数为方程(1)τ＝(R9)(C1)＝(2×106)(0.1×10-6)＝0.2秒注意时间常数，特别是C1的选择，应避免开关的反跳效应。当闭合时，簧式开关的触点会有最初的跳动或在达到稳定的闭合状态前的振动，因此，C1要选得足够大，使存储电荷的时间比开关可能发生跳动的周期长。
如果当晶体管Q13接通时开关14闭合，且电容C1已被充电，则电流通过由电阻R10和电容C2组成的低通滤波器，它与电阻R9和电容C1一起有效地滤除瞬间的和高阻抗的尖峰信号。于是通过低通滤波器的信号用来锁住集成电路IC1，而得到记数和公用表提供的测量。如果当晶体管13接通时开关14断开，且电容C1已被放电，则集成电路IC1并不在循环周期的末端被锁住。
与R9C1放电时间相组合的循环周期保证晶体管Q13在每一时间接通，电容C1有足够的放电，使有充分的电流流过开关给电容C1再次充电。这就保证，该开关取样的每一时间为连续的封闭观察提供比较低的阻抗。这一点对簧式开关特别重要，它能够机械闭合，但在高阻抗状态有电的扰动；电扰动引起高阻抗编码器出错。通过簧式开关的高电流脉冲用来对电容C1充电，该电流要求开关闭合时为低阻抗。借助于用高电流推动簧式开关，使簧式开关的不规则性实质性地减少，改善了簧式开关的性能。
为了进一步说明，在开关断开期间的高阻抗中，簧式开关在电开(很高阻抗)和电闭(高阻抗)之间振动，而仍机械闭合。借助于向簧式开关提供低阻抗循环周期或取样，在簧式开关经历电开(或者很高阻抗，或者高阻抗)之后的断开期间回到底阻抗电闭状态的可能性很小。这样，本发明的低阻抗编码器的操作大大减少了开关闭合计数出错的数目。
本发明的低阻抗编码器还提供附加优点，例如，当晶体管Q13接通，簧式开关14闭合时，其电路为“高”的低阻抗，但看端点2，由于电容C1，在高频时电路仍为比较低的阻抗，它与开关位置或晶体管状态无关。这一维持低阻抗的特点提供了有效的充分时间来清除瞬时的或静电放电(ESD)。此外，当从簧式开关14向晶体管Q13的集电极看时，该电路是高阻抗，除了当晶体管Q13接通时之外。在远距离开关14或编码器10的情况下，它提供了不想要的信号进入编码器10的阻挡层。
此外，低阻抗编码器的结构是这样，它提供了泄漏电阻R52，特别是，如果开关14正常地有一泄漏电阻R52，其有效电阻变为R52/占空比，或对于小的占空比很大。这就允许R52成为比较小而又呈现很大，使低阻抗编码器10能连续正确地计数。注意，电缆电容C5将影响电阻R52的有效值。
在不违反本发明的基本属性的精神下，本发明可以做成其它专门的形式，因此，所述明的实施例应被认为是图示的所有方面，但并不限制。所附权利要求而不是前面的描述表明了本发明的范围。
权利要求
1.一种用于公用表的低阻抗编码器，其中所述的编码器包括时钟源，所述时钟源按预定循环周期工作；开关，具有第一和第二位置，其中，所述循环周期控制流过所述开关的电流，其中，通过所述开关的高电流表示所述开关在第一位置，并产生作为公用表记录的表的消耗，通过所述开关的低电流表示开关在第二位置。
2.根据权利要求1所述的低阻抗编码器，其特征在于所述开关的位置分成编码器内和远离编码器两组。
3.根据权利要求1所述的低阻抗编码器，其特征在于公用表从水表、气表或电表中选择。
4.根据权利要求1所述的低阻抗编码器，其特征在于公用表包括水表。
5.根据权利要求4所述的低阻抗编码器，其特征在于水表远离低阻抗编码器。
6.根据权利要求1所述的低阻抗编码器，其特征在于循环周期工作显著地减少了低阻抗编码器消耗的电流。
7.一种用于公用表的数据收集单元，包括低阻抗编码器，所述低阻抗编码器包括时钟源，所述时钟源按预定的循环周期工作；开关，有第一和第二位置，其中，循环周期控制流过开关的电流，而通过开关的高电流表示开关在第一位置，且产生作为公用表记录的表的消耗，而通过开关的低电流表示开关在第二位置；计数器，其中，所述计数器计数开关在所述第一位置的次数。
8.根据权利要求7所述的低阻抗编码器，其特征在于所述开关的位置可在编码器内或远离编码器。
9.根据权利要求7所述的低阻抗编码器，其特征在于公用表从水表、气表和电表中选择。
10.根据权利要求7所述的低阻抗编码器，其特征在于公用表包括水表。
11.根据权利要求10所述的低阻抗编码器，其特征在于水表远离低阻抗编码器。
12.根据权利要求7所述的低阻抗编码器，其特征在于循环周期工作减小了低阻抗编码器的电流消耗。
13.一种用于公用表计量装置的低阻抗编码装置，其中，所述公用表计量装置用于记录表的传送量，其中，所述编码装置包括时钟装置，用于根据预定的循环周期产生时钟脉冲；开关装置，用于在第一位置和第二位置之间切换，所述循环周期控制流过开关装置的电流，而流过开关的高电流表示开关装置在第一位置，并产生作为公用表记录的表的消耗，而流过开关装置的低电流表示该开关装置在第二位置。
14.根据权利要求13所述的编码装置，其特征在于开关装置可在编码装置内或远离编码装置。
15.根据权利要求13所述的编码装置，其特征在于公用计量装置从记录水消耗量的水计量装置、记录气消耗量的气计量装置和记录电消耗量的电记录装置中选择。
16.根据权利要求13所述的编码装置，其特征在于公用计量装置为记录水消耗量的水计量装置。
17.根据权利要求16所述的编码装置，其特征在于水计量装置远离编码装置。
18.根据权利要求13所述的编码装置，其特征在于循环周期工作大大减小了编码装置的电流消耗。
19.一种公用表，包括记录器；数据收集单元，它与记录器通信，所述数据收集单元包括低阻抗编码器，所述低阻抗编码器包括时钟源，所述时钟源按预定循环周期工作；开关，有第一和第二位置，其中，循环周期控制流过开关的电流，流过开关的高电流表示开关在第一位置，并产生作为公用表的记录的表的消耗，而通过开关的低电流表示开关在第二位置；计数器，其中，所述计数器计数开关在所述第一位置的次数。
全文摘要
一种阻抗编码器一般由时钟源和开关组成,时钟源按预定的循环工作,开关有第一(闭合)和第二(断开)位置,循环工作控制流过开关的电流。流过开关的高电流表示开关为闭合状态,并作为公用表的记录产生表的消耗;开关在整个计量过程中继续开和关。通过开关的低电流表示该开关为断开状态。
文档编号G01F15/00GK1390296SQ00815597
公开日2003年1月8日 申请日期2000年11月13日 优先权日1999年11月12日
发明者阿龙·菲茨杰拉德, 加里·拉森 申请人:艾特龙公司