專利名稱：用于計算計量儀表的數字輪轉數的設備的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種用于各種計量儀表，例如電度表、燃氣表或水表的遠程檢查系統，更具體來說，涉及一種用于計算這類計量儀表的標示轉動數字輪的轉數的設備，以輸出一個電脈沖信號，從而將電能、燃氣或水的消耗量指示給這樣的遠程檢查系統。
電能、燃氣或者水的用戶必然為其使用定期地向供應商付費。在收集電能、燃氣或者水的使用費之前，供應商的代理人需要定期地檢查用戶的計量儀表。如本領域普通技術人員所熟知的，電能、燃氣或者水的消耗量是由在用戶計量儀表計錄器上的轉動的數字輪來指示的，因此，電能、燃氣或者水的供應商的代理人會訪問資源使用地點，以便直接讀取由計量儀表的數字輪所形成的數字，并且將電能、燃氣或者水的消耗量登記在其記錄上。
然而，這種慣用的計量儀表檢查方法迫使供應商消耗很多的勞力和時間。也就是說，這樣的計量儀表通常安裝在用戶的室內，因此，迫使供應商的代理人在直接檢查計量儀表以前要進入室內，或者在室外聽取用戶告訴其關于電能、燃氣或者水的消耗量的信息。當代理人初次訪問而用戶不在家時，供應商的代理人因此必須再次訪問用戶，這對代理人來說是非常不方便的。在試圖克服該問題的努力中，可能分別地請求用戶將表示電能、燃氣或者水的消耗量的數字寫在提供在其室外的紙條上，以便不管用戶在家或者不在家，都可以讓代理人在用戶的室外獲得關于電能、燃氣或者水的消耗量的信息。然而這種檢查方法迫使用戶定期地檢查它們的計量儀表，并將表示電能、燃氣或者水的消耗量的數字寫在所指示的紙條上，同時還要承受一定的不便。因此，該方法必然伴隨有用戶和供應商之間的協調問題。
為了解決上述由這種人工檢查系統所產生的問題，用于這種計量儀表的遠程檢查系統最近以來被給予了積極的研究并且已經被提出。然而，用于這種計量儀表的傳統遠程檢查系統存在著這樣的問題，即，該系統使現有的計量儀表在結構上有很大的改變，而且因為它們不是為節約電能而設計的，因此其將過多地消耗電能。
因此，考慮到現有技術中出現的上述問題而研制出了本發明。因而，本發明的目的是，提供一種用于計算一計量儀表的標示轉動數字輪的轉數的設備，其可以計算計量儀表的標示數字輪的轉數，并將指示電能、燃氣或者水的消耗量的數據信號輸出給一遠程檢查系統。
為了實現上述目的，本發明提供了一種用于計算一計量儀表的轉動數字輪的轉數的設備，它包括一個連接在至少一個標示數字輪的圓周表面上并且適于反射入射光的反射帶；一個輸出一基準脈沖信號的脈沖發生器；一個轉數檢測裝置，它根據來自脈沖發生器的基準脈沖信號發射所述的入射光，并將來自所述反射帶的反射光轉換成一個輸出脈沖信號；以及一個轉數計算裝置，用于檢測由轉數檢測裝置提供的輸出脈沖信號的脈沖和非脈沖間隔的迅速變換，并因此可計算出具有反射帶的標示數字輪的轉數。
根據本發明的另一個實施例，本發明提供了一種用于計算一計量儀表的轉動數字輪的轉數的設備，它包括一個連接在至少一個標示數字輪的圓周表面上并且適于反射入射光的反射帶；
一個轉數檢測裝置，它根據一基準脈沖信號來發射所述的入射光，并將來自所述的反射帶的反射光轉換成輸出脈沖信號；以及一個轉數計算裝置，用于將所述的基準脈沖信號輸送給轉數檢測裝置，并檢測由轉數檢測裝置提供的輸出脈沖信號的脈沖和非脈沖間隔的迅速變換，因此可計算出具有反射帶的標示數字輪的轉數。
該轉數檢測裝置可以包括一個光屏蔽件，它包括一個蓋子和一個底座，蓋子和底座組裝在一起而形成一個具有不透光的密封空腔的單件結構，所述的底座安裝在標示數字輪上方的一個位置處，其安裝方式使得，底座不與標示數字輪的轉動動作相干涉，同時，一個小孔形成在所述底座上與標示數字輪對齊的位置處，以及一個隔板從所述蓋子頂壁的內表面垂直地延伸，直至到達所述小孔附近的一個位置，其同時將光屏蔽件的密封空腔分成第一和第二部分；一個發光器，它安裝在蓋子的內表面上，位于所述分開的密封空腔的第一部分內，并且適于根據基準脈沖信號來發射入射光；和一個光傳感器，它安裝在所述的蓋子的內表面上，位于分開的密封空腔的第二部分內，并且適于感應來自反射帶的反射光和提供輸出脈沖信號。
該用于計算計量儀表的轉動數字輪轉數的設備還可以包括一個適于將由轉數檢測裝置提供的輸出脈沖信號放大的信號放大器。
所述的轉數計算裝置可以是一微型計算機或者一中央處理器，并且被設定得，當輸出脈沖信號的脈沖周期迅速增加兩倍或者更多時，或者迅速減少1/2倍或者更多時，便可確定出標示數字輪完成一個循環。
本發明的上述和其他目的、特征和其他優點，將從下面結合附圖的詳細描述中，更加清楚地了解，其中
圖1是設置有本發明的數字輪轉數計算設備的計量儀表的前視圖；圖2是計量儀表的數字輪裝置的透視圖，其中，一條反射帶連接在本發明的輪裝置的最低位數輪上；圖3示意性地示出了本發明的第一實施例的數字輪轉數計算設備的結構；圖4示意性地示出了本發明的第二實施例的數字輪轉數計算設備的結構；圖5a是一幅波形圖，示出了脈沖發生器施加給包括在本發明設備內的發光器的基準脈沖信號的波形；圖5b-5d是一些波形圖，示出了由包括在本發明設備內的光傳感器提供的輸出脈沖信號的各種波形。
圖1是設置有本發明的數字輪轉數計算設備的計量儀表的前視圖。圖2是計量儀表的數字輪裝置的透視圖，其帶有根據本發明連接在輪裝置的最低位數輪上的一條反射帶。
如圖所示，計量儀表10的數字輪裝置包括多個轉動數字輪30，這些數字輪按照慣用方式有規律地布置在輪裝置上。每個輪子30具有滾子形狀，同時十個數碼，0-9，印制在每個輪子的圓周面上。每個數字輪30標示一個位數。在上述的數字輪30中，標示一些較高位數或所謂的有效位數的某些輪子，被實際用來確定電能、燃氣或者水的消耗量。同時，標示一些較低位數或所謂的無效位數的其余輪子30，在確定電能、燃氣或者水的消耗量時是可忽略的。例如，在瓦特-小時表(電度表)的情況下，電能的消耗量用千瓦時的單位來確定，因此，標示出小數點后的位數的那些低位數字輪，在確定電能的消耗量時實際上是不用的。在慣用計量儀表中，例如瓦特-小時表、燃氣表、或者水表中，一個或者多個低位數字輪被包括在數字輪裝置中，以便能夠更精確地將電能、燃氣或者水的消耗量顯示在計錄器上。當用戶消耗電能、燃氣或者水時，計量儀表10的輪裝置的數字輪30分別地以與電能、燃氣或者水的消耗量成正比的不同速度轉動。也就是說，最低位數輪30a以最高的速度轉動，而最高位數輪以最低的速度轉動。在該情況下，每個數字輪與緊鄰的較高位數輪的轉速比是10∶1。例如，每當最低位數輪30a轉動十次時，則緊鄰的較高位數輪，或者說，放置在圖2中左方緊靠最低位數輪30a旁邊的位數輪，將轉動一次。
圖3示意性地示出了根據本發明的第一實施例的數字輪轉數計算設備的結構。如圖所示，該第一實施例的設備包括一個反射帶40，一個脈沖發生器100，一個輪轉數檢測裝置110，120和200，一個輸出信號放大器130A和一個微型計算機140A。
在上述的設備中，反射帶40必須讓設備可直接檢查電能、燃氣或者水的消耗量，因此，反射帶40必須連接在標示著低于小數點的無效位數的數字輪之一上，而不是連接在標示著高于小數點的有效位數的數字輪上。在圖2的實施例中，反射帶40連接在最低位數輪30a圓周面上所希望的位置上。為了使設備即使在電能、燃氣或者水的消耗量迅速變化時也能精確地計算指示輪30a的轉數，最好將反射帶40的長度設定為輪30a周長的1/10-1/3。另外，反射帶40在其光發射表面上最好是光滑的，以便完成希望的光學反射，而不會發生無規則的反射。
轉數檢測裝置包括一個發光器110，一個光傳感器120和一個光屏蔽件200。上述轉數檢測裝置設置在計量儀表上，其位置恰好在具有反射帶40的最低位數輪30a之上，如圖1所示。
光屏蔽件200包括一個蓋子202和一個底座206，蓋子202和底座206組裝在一起，形成一個具有不透光的密封空腔的單件結構。上述底座206固定地安裝在指示輪30a之上的一個位置處，其安裝成方式使得其不與輪30a的轉動動作相干涉。也就是說，底座206可以固定在計量儀表10的透明板20的外表面上，如圖3和4所示。或者，底座206可以固定在恰好處于指示輪30a之上的一個位置處，同時透明板20在與輪30a對應的位置處被局部去除。在底座206上形成一個小孔208，其位置恰好與指示輪30a對齊。一個隔板204從蓋子202的頂壁的內表面上垂直地伸出，直至其達到小孔208附近的位置。因此上述隔板204將光屏蔽件200的密封空腔分成兩部分，即第一和第二部分。
發光器110是一個用于將輸入的驅動電能轉變成光能的裝置。例如，可以優選采用隨著電激活而發光的LED(發光二極管)作為發光器110。上述的發光器110安裝在蓋子202的內表面上，并位于光屏蔽件200的分開密封空腔的一部分，或者說第一部分中，其安裝方式使得發光器110可以將入射光向底座206的小孔208發射。發光器110接收從脈沖發生器100輸出的一個驅動脈沖信號或者基準脈沖信號Pin。根據來自脈沖發生器100的基準脈沖信號Pin，發光器110間歇地向底座206的小孔208發射入射光。
光傳感器120的目的是將入射光轉換為電脈沖信號。光傳感器120安裝在蓋子202的頂壁的內表面上，并位于光屏蔽件200的分開密封空腔的一部分，或者說第二部分中，并且，當最小位數輪30a轉動到反射帶位于底座206的小孔208的位置時，接收由反射帶40反射的光。接收到反射光后，傳感器120將提供一個輸出電信號Pout。在本發明中，可以優選采用設計成可在輸出信號之前，將通過透鏡接收的光轉換為放大的電流信號的光電晶體管作為光傳感器120。在該情況下，來自用作光傳感器的光電晶體管的輸出信號為一脈沖信號。
脈沖發生器100可以包括一個振蕩器(未示出)和一個計算器(未示出)。在脈沖發生器100中，振蕩器以一定頻率振蕩的同時輸出脈沖信號，同時計算器將從振蕩器輸出的脈沖信號分頻，并輸出具有希望頻率的基準脈沖信號Pin。請注意，可以在脈沖發生器100中優先使用各種慣用振蕩器之一，并可以按照需要以各種方式使用所希望的分頻值。圖5a是一幅波形圖，示出了從脈沖發生器100施加給本發明的發光器110的一基準脈沖信號，或者一個輸入脈沖信號Pin的波形。
信號放大器130A連接在光傳感器120的一個輸出端子上，并且將來自光傳感器120的輸出信號Pout放大，然后將輸出一個放大的輸出信號P′out。上述的放大器130A特別是用于，當信號Pout是一低水平信號時，將該輸出信號Pout放大。因此，當來自光傳感器120的輸出信號Pout的強度足夠高，可以在不放大的情況下有效地用于連續的信號過程時，可不必單獨地放大該信號Pout。
微型計算機140A，或者該設備的一個轉數計算裝置，在設備設置有這樣一個放大器130A時，可以連接在該信號放大器130A的輸出端子上；或者，當設備未設置這樣的放大器130A時，可以連接在光傳感器120的輸出端子上。當然，在本發明中，可以采用一個中央處理器(CPU)來代替微型計算機140A。上述的微型計算機140A將來自光傳感器120的輸出脈沖信號Pout的脈沖間隔和非脈沖間隔與程序數據比較，因此可檢測非反射間隔→反射間隔→非反射間隔的變化，并確定具有反射帶40的最低位數輪30a是否完成了一圈(一個循環)。
圖4示意性地示出了本發明的第二實施例的數字輪轉數計算設備的結構。如圖所示，該第二實施例的設備包括一個反射帶40，一個輪轉數檢測裝置110，120和200，一個輸出信號放大器130B和一臺微型計算機140B。該第二實施例設備的總的結構與第一實施例所述設備的結構相同，但是用于將基準脈沖信號Pin輸出給發光器110的脈沖發生器100與微型計算機140B集成在一起。因此，第二實施例的微型計算機140B將圖5的基準脈沖信號Pin通過一個輸入/輸出口或者存儲線輸出給發光器110。當然，微型計算機140B也可以按照與對第一實施例的微型計算機140A所述的相同方式，利用來自光傳感器120的輸出脈沖信號Pout來計算最低位數輪30a的轉數。
在計算計量儀表10的數字輪裝置的最低位數輪30a的轉數的操作過程期間，本發明的設備按以下方式工作。
發光器110不斷地接收從脈沖發生器100或者從微型計算機140B輸出的圖5所示的基準脈沖信號Pin，從而周期性地發射脈沖入射光。來自發光器110的脈沖入射光通過底座206的小孔208而被發射到最低位數輪30a上。在該情況下，基準脈沖信號Pin的脈沖周期Tin與最低位數輪30a的轉速有關。首先，令反射帶40的長度與指示輪30a的周長的比為“A”(0∠A∠1)，并且設定最高轉速的輪30a的循環間隔/轉動周期為“B”(秒)。在該情況下，為了使光傳感器120可以檢測到輪30a的至少一個循環，必須使數字輪30a在旋轉過程中使反射帶40至少兩次反射脈沖光。因此，基準脈沖信號Pin的脈沖周期Tin被設定得滿足公式Tin＞2AB(秒)。此外，基準脈沖信號Pin的脈沖寬度Pd被設定得大于發光器110或者光傳感器120的響應速度，而小于基準脈沖信號Pin的脈沖周期Tin。在該情況下，發光器110或者光傳感器120的響應速度通常被設定為數微秒到幾十微秒。
上述的光傳感器120設計得，只有當其檢測到來自反射帶40的反射光時，才輸出脈沖信號Pout。也就是說，當輪30a的反射帶40或其所謂的“反射部分”未處在底座206的小孔208的位置時，來自發光器110的入射光幾乎完全由輪30a的無反射帶40的其余部分，即所謂的“非反射部分”所吸收，同時由該非反射部分局部地和無規律地反射。因此，在上述狀態下的光傳感器120不會輸出任何脈沖。
當用戶不斷地使用電能、燃氣或者水時，最低位數輪30a將不斷地轉動，因此，可使輪30a的反射部分重復性地位于底座206的小孔208處，即使反射部分在小孔處出現的間隔不規律時也是如此。也就是說，當輪30a轉動時，輪30a的反射部分和非反射部分交替地位于底座206的小孔208處。當輪30a的非反射部分完全通過小孔208，而輪30a的反射部分又一次到達小孔208時，如圖5b所示，于在先的非脈沖間隔之后，一個按照來自光傳感器120的輸出脈沖信號Pout的波形的脈沖間隔重新出現。相反，當輪30a的反射部分完全通過小孔208，并且輪30a的非反射部分重新到達小孔208時，如圖5c所示，在來自光傳感器120的輸出脈沖信號Pout波形的在先脈沖間隔之后，一個非脈沖間隔重新出現。簡要來說，當輪30a的圓周表面按照反射部分→非反射部分→反射部分的順序連續地通過底座206的小孔208時，光傳感器120以脈沖間隔→非脈沖間隔→脈沖間隔的形式輸出脈沖信號，如圖5d所示。
如圖5d所示，當輪30a的位于底座206的小孔208的部分從反射部分轉換成非反射部分，或者從非反射部分轉換成反射部分時，來自光傳感器120的輸出脈沖信號的脈沖周期迅速地增加或者減小。因此，本發明的微型計算機140A或者140B被設定得，每當來自光傳感器120的輸出脈沖信號Pout的脈沖周期迅速增加或者減小時，便可確定輪30a轉動一圈。
詳細來說，本發明的微型計算機140A或者140B接收一個來自信號放大器130A的放大的輸出脈沖信號P′out，或者接收一個來自光傳感器120的輸出脈沖信號Pout，并且按照下述兩種方法識別輸出脈沖信號P′out或者Pout。在第一種方法中，微型計算機140A或者140B通過一個中斷口接收輸出脈沖信號P′out或者Pout，因此可在不停地操作的同時識別出輸出脈沖信號P′out或者Pout，。在第二種方法中，微型計算機140A或者140B通過一個數據口接收輸出脈沖信號P′out或者Pout，同時定時地詢問數據口，以便識別出輸出脈沖信號P′out或者Pout。在該情況下，必須使數據口的詢問周期比基準脈沖信號Pin的脈沖周期足夠短。在第一種方法中，必須使基準脈沖信號Pin的脈沖寬度Pd比微型計算機140A的指令處理時間，或者處理三個命令所要求的時間長，并且因此，基準脈沖信號Pin的脈沖寬度Pd比第二種方法的長。微型計算機140A或者140B不斷地檢查和比較輸出脈沖信號P′out或者Pout的脈沖周期。也就是說，微型計算機140A或者140B比較在先間隔和現時間隔之間的脈沖周期與基準數據的差別，因此可識別非反射間隔→反射間隔→非反射間隔的變化，并確定具有反射帶40的輪30a是否完成了一圈。在本發明中，來自光傳感器120的輸出脈沖信號Pout的脈沖周期的迅速變換(其被用作可使微型計算機確定出輪30a的一個循環的參考計時)，最好是適當地根據反射帶40的長度、施加在發光器110上的基準脈沖信號Pin的脈沖周期、以及輪30a的轉圈間隔來設定。在通常情況下，最好是，將允許微型計算機確定出輪30a轉動一圈的參考計時設定為，當來自光傳感器120的輸出脈沖信號Pout的脈沖周期迅速增加兩倍或者更多、或者迅速減少1/2倍或者更多時的一個時間。簡要來說，在設定上述的參考計時時，下面兩項事項必須予以考慮。也就是說，首先，如上所述，有必要將反射帶40的長度設定為輪30a周長的1/10-1/3。其次，還必須將使微型計算機可確定出輪30a轉動一圈的參考計時設定為，當來自光傳感器120的輸出脈沖信號Pout的脈沖周期迅速增加兩倍或者更多、或者迅速減少1/2倍或者更多時的一個時間。
當用戶不使用電能、燃氣或者水時，輪30a不轉動，因此輪30a的反射部分或者非反射部分一直位于底座206的小孔208處。在該情況下，脈沖間隔或者非脈沖間隔可能連續處于輸出脈沖信號Pout的波形。因此，沒有輸出脈沖信號Pout的脈沖周期的迅速變換。這可使微型計算機140A或者140B可以確定出輪30a沒有轉動。
如上所述，本發明提供了一種用于計算計量儀表的標示轉動數字輪的轉數的設備。上述的設備包括一個反射帶，一個脈沖發生器，一個輪轉數檢測裝置，一個輸出信號放大器和一臺微型計算機。在該設備中，來自輪轉數檢測裝置的輸出脈沖信號可以多樣和優先地予以使用。例如，當輸出脈沖信號直接應用于供應商的主計算機系統時，供應商可以省卻必須由供應商的代理人所完成的慣用檢查方法，而采用這種慣用檢查方法時，代理人在訪問用戶住址的同時還要忍受諸多不便。另一方面，輸出脈沖信號可以用于，安裝在公寓大樓或者遠離各用戶住處的多住所單元的入口處的獨立的計算器上。在該情況下，計算器計算電能、燃氣或者水的消耗量，并將指示消耗量的數字顯示在LCD顯示器上，因此，可使供應商的代理人簡單、容易和迅速地檢查分別表示多個用戶的、顯示在多個LCD顯示器上的數字，而無需逐個地訪問用戶住處。
另外，本發明的設備可以容易和簡單地用于現有的計量儀表，而無需更換一個新的計量儀表，或者使計量儀表在結構上有所變化。這對供應商和用戶都是非常方便的。
再則，用于驅動該設備中的發光器的輸入信號是脈沖信號，因此，與慣用的遠程檢查系統相比，其可以有效地減少采用本發明設備的遠程檢查系統的電能消耗，并大大減少該系統的維修費用。
盡管為了解釋的目的公開了本發明的較佳實施例，但是，本技術領域中的普通技術人員將可以理解，在不脫離如在后附的權利要求中公開的本發明的范圍和精神的情況下，還可以作出各種改進，添加和替換。
權利要求
1.一種用于計算計量儀表的轉動數字輪轉數的設備，其特征在于，它包括一個連接在至少一個標示數字輪的圓周表面上并且適于反射入射光的反射帶；一個輸出一基準脈沖信號的脈沖發生器；一個轉數檢測裝置，它根據來自脈沖發生器的基準脈沖信號發射所述的入射光，并將來自所述反射帶的反射光轉換成一輸出脈沖信號；以及用于檢查由轉數檢測裝置提供的輸出脈沖信號的脈沖和非脈沖間隔的迅速變換的轉數計算裝置，從而可計算具有反射帶的標示數字輪的轉數。
2.一種用于計算計量儀表的轉動數字輪轉數的設備，其特征在于，它包括一個連接在至少一個標示數字輪的圓周表面上并且適于反射入射光的反射帶；一個轉數檢測裝置，它根據一基準脈沖信號發射所述的入射光，并將來自所述反射帶的反射光轉換成一輸出脈沖信號；以及一個轉數計算裝置，用于將所述基準脈沖信號輸送給轉數檢測裝置，并檢查由轉數檢測裝置提供的輸出脈沖信號的脈沖和非脈沖間隔的迅速變換，從而可計算具有反射帶的標示數字輪的轉數。
3.如權利要求1或者2所述的設備，其特征在于，所述的轉數檢測裝置包括一個光屏蔽件，它包括一個蓋子和一個底座，蓋子和底座組裝在一起形成一個具有不透光的密封空腔的單件結構，所述的底座安裝在標示數字輪上方的一個位置處，其安裝方式使得，底座不與標示數字輪的轉動動作相干涉，同時，一個小孔形成在所述底座上與標示數字輪對齊的位置處，以及一個隔板從所述蓋子的頂壁的內表面垂直地延伸，直至達到所述小孔附近的位置處，從而將光屏蔽件的密封空腔分隔成第一和第二部分；一個發光器，它安裝在蓋子的內表面上，位于所述的分開的密封空腔的第一部分內，并且適于根據基準脈沖信號發射入射光；以及一個光傳感器，它安裝在蓋子的內表面上，位于分開的密封空腔的第二部分內，并適于傳感來自反射帶的反射光和提供輸出脈沖信號。
4.如權利要求1或者3所述的設備，其特征在于，它還包括一個適于將由轉數檢測裝置提供的輸出脈沖信號放大的信號放大器。
5.如權利要求1或者3所述的設備，其特征在于，所述的轉數計算裝置是一微型計算機或者一中央處理器。
6.如權利要求1或者3所述的設備，其特征在于，所述的轉數計算裝置被設定得，每當輸出脈沖信號的脈沖周期迅速增加兩倍或者更多、或者迅速減少1/2倍或者更多時，可以確定出標示數字輪完成一個轉動循環。
全文摘要
一種計算計量儀表轉動數字輪轉數的設備。其中,一反射帶連接在標示數字輪的圓周表面上并反射入射光。一脈沖發生器輸出一基準脈沖信號,一轉數檢測裝置根據基準脈沖信號發射入射光,并將來自反射帶的反射光轉換成輸出脈沖信號。用作轉數計算裝置的微型計算機或中央處理器檢查轉數檢測裝置提供的輸出脈沖信號的脈沖和非脈沖間隔的迅速變換,因此可計算標示數字輪的轉數。由該設備提供的數據可在計量儀表的遠程檢查系統中有效地利用。
文檔編號G01P3/36GK1270313SQ00100460
公開日2000年10月18日 申請日期2000年1月31日 優先權日1999年4月14日
發明者李秉哲 申請人:李秉哲