专利名称：光纤式直接读取机械计数器数字的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械计数器数字示值的读识装置，尤其涉及远程抄表系统中带有机械计数器的表具之数字示值的读识装置。
背景技术：
申请号为02241835.0的中国专利申请公开了一种光电式直接读取机械计数器数字的装置，其包括计数器字轮、四位二进制编码片、传感器板、数字信号处理电路板，其特征在于在计数器字轮的一侧装置编码片，两者同步转动，编码片上的编码条与装置于计数器支架上的传感器板上的4只反射型红外对管相对应，将计数器字轮上数字的几何位置变换成四位二进制编码信号，数字信号处理电路板对该编码信号进行译码和转换处理，并通过总线通信方式远程传输及显示，实现远程抄表的功能。上述机械计数器数字的读识装置存在如下缺点其一，在机械计数器字轮之间的缝隙中安装由编码片和传感器板组成的位置读取装置，对原表具的结构改动较大，制作及安装精度要求高，制作成本高，成品率低；其二，应用中一旦编码片和传感器板发生故障，需和表具一起拆卸，可维护性差；其三，传感器板的供电电路线引入机械计数器内，在有防爆性能的表具中应用要增加防爆结构，使结构变得更复杂。
发明内容
本发明为改进上述缺点，提供一种光纤式直接读取机械计数器数字的装置，其不但具有非接触的优点，而且基本不改变原机械计数器的结构，安装精度要求低，可维护性好。供电电路不引入机械计数器内，达到电隔离，安全防爆。
本发明的技术方案如下本发明包括机械计数器、光纤探针传感器、信号处理器，其中光纤探针传感器包括由成对的发射光入射光纤探针及反射光接收光纤探针构成的光纤探针组件以及将机械计数器字轮轮周面上的标记变换为二进制数码的变换构件，光纤探针组件的一端分别对应所述信号处理器中的光发射器及光接收器，另一端分别对应所述二进制数码的变换构件，其特征在于所述二进制数码的变换构件由附着于机械计数器字轮轮周面上的二进制数码的转换色标组成，信号处理器中的光发射器发射的调制光通过光纤探针组件中的发射光入射光纤探针到达所述转换色标，经转换色标的反射光通过光纤探针组件中的反射光接收光纤探针返回信号处理器中的光接收器，信号处理器对接收的反射光进行处理，将机械计数器字轮上的标记直接读取成二进制数码信号，所述二进制数码信号由数据通信口进行传输。
对于机械计数器的有效读数位字轮而言，所述二进制数码的变换构件由附着于机械计数器有效读数位字轮轮周面上的四位二进制编码色标组成，所述字轮上所示不同位置的数字对应设置不同的所述编码色标，信号处理器中的光发射器发射的调制光通过光纤探针组件中的发射光入射光纤探针到达所述编码色标，经所述编码色标的反射光通过光纤探针组件中的反射光接收光纤探针返回信号处理器中的光接收器，信号处理器对接收的反射光进行处理，将机械计数器字轮上的数字直接读取成四位二进制的编码信号，所述四位二进制编码信号由数据通信口进行传输；轮周面的数字及轮周面的底色色标分别为白(或黄)色字及红色底色色标，或者红色字及白(或黄)色底色色标。
以上所述四位二进制编码色标位于轮周面的数字之间。所述四位二进制编码色标为黑色与白(或红、黄色)色长条，条长方向沿字轮的旋转方向。
为防止字轮在进位时刻误读数字，将机械计数器有效读数最低位字轮的下一位字轮设置为防误读数轮，在防误读数轮的轮周面上于光纤探针对应数字2所占的区间设置防误读数黑色色标，在进位时刻，该色标区间随防误读数轮转动到对应光纤探针组件时，信号处理器在其上读取的二进制码为“0”，信号处理器停止读取计数器有效读数位字轮上的示值及延迟到有效读数位字轮进位状态结束后继续读数；在防误读数轮的轮周面上于所述防误读数黑色色标之外的区间，轮周面的数字及轮周面的底色色标分别设置为白(或黄)色字及红色底色色标，或者红色字及白(或黄)色底色色标，该色标区间随防误读数轮转动到对应光纤探针组件时，信号处理器在其上读取的二进制码为“1”，信号处理器对机械计数器多位有效读数位字轮上的示值读数。
为使防止误读更加可靠，采用一种防误读数补充方法，当机械计数器有效读数位字轮进位时刻，其相对应的光纤探针组件对应有效读数位字轮轮周面上编码色标之外的数字色标区，信号处理器在其上读取的四位二进制码的各位权值之和超过十进位数字9，信号处理器舍去该次读数，到有效读数位字轮进位状态结束后继续读数。
上述光纤探针组件的一端装置于盒体式光纤探针支架中，探针的端头与机械计数器字轮上的二进制数码色标对应，盒体式光纤探针支架位于机械计数器字轮的下部(或上部)，插入机械计数器外壳的插座中；光纤探针组件的另一端装置于电控盒中，与安装于电控盒中的信号处理器中的光发射器及光接收器对应，光纤探针支架与电控盒之间的光纤束装置有护套。
安装于光纤探针支架中的光纤探针组件的发射光入射光纤探针及反射光接收光纤探针上、下成对排列，两者纤芯的夹角小于30度，对应于机械计数器每位有效读数位字轮安装四对光纤探针，对应所述防误读数字轮安装一对光纤探针。
信号处理器中的光发射器和光接收器采用分组共用结构机械计数器同一有效读数位字轮上的四位二进制编码色标分别通过发射光入射光纤探针共用一个光发射器，不同有效读数位字轮上的四位二进制编码色标中的相同权值码色标通过反射光接收光纤探针共用一个光接收器。
本发明在机械计数器的字轮轮周面上印制二进制数码的转换色标条，通过塑料光纤探针组件及信号处理器来读识这些色标条码，直接得到字轮数字的四位二进制码，并通过数据通信口进行远传，完成字轮数字的读识。从上述技术方案看，本发明的显著技术效果在于1.对原表具不设专门编码轮，只是在原计数器字轮轮周面上印制色标条，结构简单，改动极�。子谥谱鳎煽啃愿撸善仿矢撸杀镜�。
2.计数器盒内无电路引入，只将光纤探针支架插入计数器盒内，信号处理器装于计数器盒外，实现电隔离，安全防爆。
3.采用顺着字轮转动方向设置条形编码色标，可降低安装的精度要求。
4.采用防误读数轮和有效读数位色标编码权值之和进行判别的技术方案，不但结构简单、易于制作、可靠性高、成本低，而且防误读数效果好。
5.本发明中光纤探针支架可插入式现场安装，装拆及施工极其方便，可靠性高。
6.可维护性好本发明中所有易损的有源器件都置于信号处理器中，信号处理器安装于表具外的电控盒中，维修或更换时不需拆卸表具，只要从表具机械计数器盒拔出光纤探针支架即可，方便实用，而且维修不影响表具的运行。
7.光纤使用寿命长。
8.抗电磁和外界光干扰，现场即插即用，无需调整。
本发明所读取数值与机械计数器可视窗口示值完全相同。在字轮发生进位之外的时间里，可以随时进行读数，不读数时无需供电。本发明适用于所有远程有线或无线抄表或IC卡抄表的机械计数器表具示值的读取。
图1为本发明装置的立体结构图(其中机械计数器盖子已拆卸)；图2为本发明装置结构的示意图(右视)；图3为本发明的表具中机械计数器有效读数位字轮及防误读数字轮的展开图；图4为本发明中探针支架的端面图；图5为本发明中探针支架的剖示图；图6为本发明读取数字及防误读数的工作原理图；图7为本发明中读取数字时信号处理电路的工作原理方框图；图8为本发明中防误读数时信号处理电路的工作原理方框图；图9为有效读数位字轮可视读数与探针读识值对照示意图；图10为有效读数位字轮可视读数——色标及色标编码——四位二进制色标编码读取值(十进制)的对照展开图；图11为防误读数字轮上的防误读数色标区间示意图；图12为防误读数字轮数字——防误读数色标——色标读取值(二进制码值)的对照展开图。
具体实施例方式见图1、图2，本发明包括机械计数器1、光纤探针支架4、信号处理器6，计数器1中于转轴8上装置多位字轮2，5为光纤束的护套管。见图2、图4、图7，光纤探针支架4中安装由发射光入射光纤探针9及反射光接收光纤探针10成对构成的光纤探针组件；见图2、图7，光纤探针组件的一端对应信号处理器6中的光发射器21及光接收器22，另一端分别对应位于机械计数器1中字轮2上的二进制数码的变换构件。上述光纤探针组件及变换构件构成光纤探针传感器。
见图1、图3，本发明中，对于机械计数器有效读数位字轮而言，所述变换构件是由印制在有效读数位字轮轮周面上的四位二进制码编码色标3组成，编码色标3的最佳实施例采用四位二进制码的8421码。当然也可以采用四位二进制的其他代码。编码色标3位于轮周面的各数字之间，字轮2上所示不同位置的数字对应设置不同的编码色标3。见图2及图9，本发明的光纤探针支架4位于字轮2的下部，人工可视读数窗口Y在字轮2的正前面，虽然两者的几何位置相差90度角度，但是通过光纤探针组件及信号处理器6对位于字轮下部的编码色标3读得的数值与人工读数窗口的可视数字值等值及对应，图9圆内表示字轮2上可视数字值，两数字之间有编码色标条3，圆内的分隔线示出各数字区及色标条区的分布情况，图9圆外为探针读识值(十进制)。本发明实施例采用红色方波调制光源，编码色标3为黑色与白色(或红色、黄色)长条，使各色标条码之间对红光反射具有较大反差。编码色标条横向排列，条长沿字轮2的旋转方向。当光纤探针指向编码色标3时，对应白色(或红、黄色)条码，信号处理器6读出四位二进制码值为“1”，对应黑色条码读出为“0”。对于编码色标之外的区域，例如机械计数器数字轮2轮周面的数字及底色，印制为对红色光具有较强反射及较大的视觉反差(以便于可视窗口直接读数)的白(或黄)色字及红色底色色标，或是红色字及白(或黄)色底色色标，光纤探针及信号处理器6对其读出都为“1”，该区域称为数字色标区。其有效读数位字轮可视读数——色标及色标编码——四位二进制色标编码读取值(十进制)的对照展开图见图10，图10沿图9A-A处展开。从图9及图10可以看出，当从机械计数器正前面的可视窗口Y读取字轮2的示值为9时，光纤探针组件对应字轮位置相差90度角度，应对准字轮下部数字的色标编码条3，读得的四位二进制码为1001，其各位权值和(十进制)为9，与可视窗口示值相同。随着字轮的旋转，光纤探针组件对字轮其他数字的色标编码条读得的数值与可视窗口示值也一一对应。如此使机械计数器1的数字轮2成为带有编码色标3的光反射编码读识轮，其与光纤探针组件及信号处理器6一起，实现机械计数器示值到四位二进制码的转换及读识。利用色标编码、光纤探针传感器以及信号处理器6来直接读取机械计数器1的数字示值，是本发明具有的突出的实质性特点。
本发明基于机械计数器字轮2是工作在步进进位状态，在不进位时其位置相对固定，使得有可能利用上述方法及装置读出字轮数字。但是当机械计数器字轮2处于进位状态时，光纤探针就不能对准编码色标3，会发生误读数现象。机械计数器的每一次进位都是发生在下一位转到9～0的位置，带动上一位进位。而发生误读都是在需要读数的最低有效位字轮的下一位字轮的可视读数从9向0的步进转动的期间，因此，为防止误读数，作为最佳实施例，见图3，将机械计数器1有效读数最低位字轮(如个位)的下一位字轮11(如十分位)设置为防误读数轮。见图11、图12，图11圆内数字为防误读数字轮上可视数字，图12沿图11B-B处展开，图中12为防误读色标。在防误读数轮的轮周面上于光纤探针对应于数字2的区间(对应于读数窗口于防误读数轮轮周面上可视数字9到0的区间之内)，设置弱反射光的黑色防误读数色标12，此时，防误读数轮11处于进位时刻，引起个位、十位、百位等有效读数轮中的一个或多个也处于进位状态，当色标12随防误读数轮转动到对应防误读数光纤探针组件时，防误读数光纤探针组件及信号处理器6在色标12上读取的二进制码为“0”，信号处理器6通过微处理器控制相关电路，停止读取计数器有效读数位字轮上的示值，并延迟到有效读数位进位状态结束，信号处理器6通过防误读光纤探针组件在色标12之外读取到二进制码值为“1”时，重新读取机械计数器有效位字轮的数字。在防误读数轮11的轮周面上于上述防误读数黑色色标12之外的区间，即光纤探针对应数字2之外的区间，轮周面的数字及轮周面的底色色标分别设置为白(或黄)色字及红色底色色标，或者红色字及白(或黄)色底色色标，皆为强光反射色标，该色标区间随防误读数轮11转动到对应防误读数光纤探针组件时，信号处理器6在该区间的色标上读取的二进制码值为“1”。每次读数，信号处理器6首先读取防误读数轮11的信号，只要读取的信号为“1”，光纤探针传感器9、10以及信号处理器6即对机械计数器各有效读数位字轮2上的示值读数。从上述可见，本发明中，对于防误读数轮而言，所述变换构件是由印制在防误读数轮11上的二进制码色标12构成。
为使防止误读数更加精确可靠，同时采取第二种补充防误读数的方法见图3及图7，机械计数器有效读数位字轮进位时刻，光纤探针组件对应有效读数位字轮轮周面上编码色标之外的数字色标区，即白(或黄)字红底或是红字白(或黄)底色色标区，信号处理器6对一位或多位字轮进行读数，对读取的四位二进制码中各位码权值之和超过十进位数字9的数字，通过微处理器控制相关电路，将此次读数全部舍去，等待有效位字轮进位状态结束，光纤探针组件重新对准轮周面上的编码色标后再进行读数。所述信号处理的方法及电路利用已有技术。
上述两种防误读数的结构及方法都是利用色标、防误读数光纤探针探测以及信号处理器读识的工作原理，简单又可靠，也是本发明突出的实质性特点。
见图1、图2、图5、图6，本发明中光纤探针组件的一端装置于盒体式光纤探针支架4中，探针支架4插入机械计数器外壳7下部(也可设置于上部)的插座中，探针的端头与机械计数器字轮上的四位二进制编码色标及二进制防误读色标对应，光纤探针组件的另一端装置于电控盒中，见图6、图7，与电控盒中装置的信号处理器6中的光发射器21及光接收器22对应，见图4、图7，在光纤探针支架4中，入射光纤探针9及反射光纤探针10上、下成对排列，两者端头部位纤芯的夹角小于30度，可以采用直径为0.25～0.5毫米的塑料光纤。上述插拔式探针支架4及外置式信号处理器6之结构特征的优异技术效果前已述及，也是本发明突出的实质性特点。
见图6，其图面上机械计数器字轮与探针支架的相对位置以及字轮的排列方向与图2、图5相反，取机械计数器1有效读数位字轮2为五位字轮(万、千、百、十和个位)，图中十分位字轮11为防误读数轮，12为其上的防误读数色标。见图3、图6，编码色标3最佳实施例采用四位二进制的8421码，每位有效读数位字轮2分别需4对读识光纤探针，分别对应四条色标，即分别对应一个四位二进制数，五位字轮共有20对读识光纤探针，对防误读数字轮11另外安装一对防误读数光纤探针13、14。21对光纤探针的一端从光纤探针支架4的端面穿出，如图4、图5、图6所示。见图6，每个字轮2上的四条色标3分别各有一对光纤探针9及10对应，防误读数光纤探针13及14与防误读数色标12对应。每一对探针9及10的另一端分别与信号处理器6中的光发射器21及光接收器22对应，采用分组共用结构从图6中可见，同一有效读数位字轮的四条四位二进制码色标3分别通过发射光入射光纤探针共用同一个光发射器，该光发射器是一只发光二极管，如此共有五个光发射器21；对于不同有效读数位字轮的四位二进制编码色标中的相同权值码色标共用一个光接收器，如此共有四个光接收器22，每个光接收器对应五根反射光接收光纤。光发射器21及光接收器22通过发射光入射光纤和反射光接收光纤构成图6信号处理器6中的光耦合器15，图6中其余编码表示的部件与图1、图2相同。
见图6、图7，信号处理器6产生光发射信号及对光接收信号进行处理。光发射信号由锁相环17生成方波信号，经过相位调整电路18、选择电路开关19、光信号驱动电路20，进入光发射器21，由光发射器21(如红色发光二极管)经发射光入射光纤探针9发出经调制的红色光波，到达各字轮的编码色标3；光信号接收器采用对(红)光敏感的光接收器22，通过反射光接收光纤探针10接收编码色标3上反射的光信号，然后通过稳定放大电路23、选择电路开关24，直接加至锁相环17，读取出编码色标3的四位二进制码。上位机的指令及读得的信号数据由微处理器25控制，通过数据通信口16完成传输。图7中的微处理器25控制选择开关19、24以及锁相环17、数据通信口16。
见图6、图8，由防误读数探针对13、14探测防误读数轮11上防误读色标12的信息，经信号处理器6读取防误读色标12的二进制码。图8图7为同一信号处理器6。其电路结构及光发射器21、光接收器22，皆采用已有技术设计及制作。
权利要求
1.光纤式直接读取机械计数器数字的装置，包括机械计数器、光纤探针传感器、信号处理器，其中光纤探针传感器包括由成对的发射光入射光纤探针及反射光接收光纤探针构成的光纤探针组件以及将机械计数器字轮轮周面上的标记变换为二进制数码的变换构件，光纤探针组件的一端分别对应所述信号处理器中的光发射器及光接收器，另一端分别对应所述二进制数码的变换构件，其特征在于所述二进制数码的变换构件由附着于机械计数器字轮轮周面上的二进制数码的转换色标组成，信号处理器中的光发射器发射的调制光通过光纤探针组件中的发射光入射光纤探针到达所述转换色标，经转换色标的反射光通过光纤探针组件中的反射光接收光纤探针返回信号处理器中的光接收器，信号处理器对接收的反射光进行处理，将机械计数器字轮上的标记直接读取成二进制数码信号，所述二进制数码信号由数据通信口进行传输。
2.按权利要求1所述的光纤式直接读取机械计数器数字的装置，其特征在于所述二进制数码的变换构件由附着于机械计数器有效读数位字轮轮周面上的四位二进制编码色标组成，所述字轮上所示不同位置的数字对应设置不同的所述编码色标，信号处理器中的光发射器发射的调制光通过光纤探针组件中的发射光入射光纤探针到达所述编码色标，经所述编码色标的反射光通过光纤探针组件中的反射光接收光纤探针返回信号处理器中的光接收器，信号处理器对接收的反射光进行处理，将机械计数器字轮上的数字直接读取成四位二进制编码信号，所述四位二进制编码信号由数据通信口进行传输；轮周面的数字及轮周面的底色色标分别为白(或黄)色字及红色底色色标，或者红色字及白(或黄)色底色色标。
3.按权利要求2所述光纤式直接读取机械计数器数字的装置，其特征在于所述四位二进制编码色标位于轮周面的数字之间。
4.按权利要求2或3所述光纤式直接读取机械计数器数字的装置，其特征在于所述四位二进制编码色标为黑色与白(或红、黄)色长条，条长方向沿字轮的旋转方向。
5.按权利要求1或2所述光纤式直接读取机械计数器数字的装置，其特征在于(1)将机械计数器有效读数最低位字轮的下一位字轮设置为防误读数轮，在防误读数轮的轮周面上于光纤探针对应数字2的区间，设置防误读数黑色色标，在进位时刻，该色标区间随防误读数轮转动到对应光纤探针组件时，信号处理器在其上读取的二进制码为“0”，信号处理器停止读取计数器有效读数位字轮上的示值及延迟到有效读数位字轮进位状态结束后继续读数；在防误读数轮的轮周面上于所述防误读数黑色色标之外的区间，轮周面的数字及轮周面的底色色标分别设置为白(或黄)色字及红色底色色标，或者红色字及白(或黄)色底色色标，该色标区间随防误读数轮转动到对应光纤探针组件时，信号处理器在其上读取的二进制码为“1”，信号处理器对机械计数器多位有效读数位字轮上的示值读数；(2)当机械计数器有效读数位字轮进位时刻，其相对应的光纤探针组件对应有效读数位字轮轮周面上编码色标之外的数字色标区，信号处理器在其上读取的四位二进制码的各位权值之和超过十进位数字9，信号处理器舍去该次读数，到有效读数位字轮进位状态结束后继续读数。
6.按权利要求1或2所述的光纤式直接读取机械计数器数字的装置，特征在于所述光纤探针组件的一端装置于盒体式光纤探针支架中，探针的端头与机械计数器字轮上的二进制数码色标对应，盒体式光纤探针支架位于机械计数器字轮的下部(或上部)，插入机械计数器外壳的插座中；光纤探针组件的另一端装置于电控盒中，与安装于电控盒中的信号处理器中的光发射器及光接收器对应，光纤探针支架与电控盒之间的光纤束装置有护套。
7.按权利要求2、5或6所述光纤式直接读取机械计数器数字的装置，其特征在于安装于光纤探针支架中的光纤探针组件的发射光入射光纤探针及反射光接收光纤探针上、下成对排列，两者纤芯的夹角小于30度，对应于机械计数器每位有效读数位字轮安装四对光纤探针，对应所述防误读数字轮安装一对光纤探针。
8.按权利要求2所述光纤式直接读取机械计数器数字的装置，其特征在于信号处理器中的光发射器和光接收器采用分组共用结构机械计数器同一有效读数位字轮上的四位二进制编码色标分别通过发射光入射光纤探针共用一个光发射器，不同有效读数位字轮上的四位二进制编码色标中的相同权值码色标通过反射光接收光纤探针共用一个光接收器。
全文摘要
光纤式直接读取机械计数器数字的装置，广泛适用于远程抄表的各类机械计数器表具示值的读取。其在机械计数器的各位有效读数位字轮的轮周面上印制与读数窗口可视数字等值对应的四位二进制编码色标，通过光纤探针及信号处理器来读识这些色标条码，直接得到字轮数字的四位二进制码，通过数据通信口进行远传，完成字轮数字的读识。为防止字轮进位时刻对数字的误读，专门设置防误读数轮及与之配套的防误读色标、防误读探针，结构简单，防误读效果好。本发明不设专门编码片，对原表具改动极�。子谥谱鳎煽啃愿�。表具内无电路引入，安全防爆。插入式光纤探针支架及外置式信号处理器，便于现场施工及维护。
文档编号G01D1/00GK1782674SQ200410066148
公开日2006年6月7日 申请日期2004年12月5日 优先权日2004年12月5日
发明者王灿忠, 顾纪明, 赵春生, 殷沛然, 蒋秀军, 孙东 申请人:无锡市路通电子技术有限公司
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