專利名稱：光纖式直接讀取機械計數器數字的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機械計數器數字示值的讀識裝置，尤其涉及遠程抄表系統中帶有機械計數器的表具之數字示值的讀識裝置。
背景技術：
申請號為02241835.0的中國專利申請公開了一種光電式直接讀取機械計數器數字的裝置，其包括計數器字輪、四位二進制編碼片、傳感器板、數字信號處理電路板，其特征在于在計數器字輪的一側裝置編碼片，兩者同步轉動，編碼片上的編碼條與裝置于計數器支架上的傳感器板上的4只反射型紅外對管相對應，將計數器字輪上數字的幾何位置變換成四位二進制編碼信號，數字信號處理電路板對該編碼信號進行譯碼和轉換處理，并通過總線通信方式遠程傳輸及顯示，實現遠程抄表的功能。上述機械計數器數字的讀識裝置存在如下缺點其一，在機械計數器字輪之間的縫隙中安裝由編碼片和傳感器板組成的位置讀取裝置，對原表具的結構改動較大，制作及安裝精度要求高，制作成本高，成品率低；其二，應用中一旦編碼片和傳感器板發生故障，需和表具一起拆卸，可維護性差；其三，傳感器板的供電電路線引入機械計數器內，在有防爆性能的表具中應用要增加防爆結構，使結構變得更復雜。
(三)實用新型內容本實用新型為改進上述缺點，提供一種光纖式直接讀取機械計數器數字的裝置，其不但具有非接觸的優點，而且基本不改變原機械計數器的結構，安裝精度要求低，可維護性好。供電電路不引入機械計數器內，達到電隔離，安全防爆。
本實用新型的技術方案如下本實用新型包括機械計數器、光纖探針傳感器、信號處理器，其中光纖探針傳感器包括由成對的發射光入射光纖探針及反射光接收光纖探針構成的光纖探針組件以及將機械計數器字輪輪周面上的標記變換為二進制數碼的變換構件，光纖探針組件的一端分別對應所述信號處理器中的光發射器及光接收器，另一端分別對應所述二進制數碼的變換構件，其特征在于所述二進制數碼的變換構件由附著于機械計數器字輪輪周面上的二進制數碼的轉換色標組成，信號處理器中的光發射器發射的調制光通過光纖探針組件中的發射光入射光纖探針到達所述轉換色標，經轉換色標的反射光通過光纖探針組件中的反射光接收光纖探針返回信號處理器中的光接收器，信號處理器對接收的反射光進行處理，將機械計數器字輪上的標記直接讀取成二進制數碼信號，所述二進制數碼信號由數據通信口進行傳輸。
對于機械計數器的有效讀數位字輪而言，所述二進制數碼的變換構件由附著于機械計數器有效讀數位字輪輪周面上的四位二進制編碼色標組成，所述字輪上所示不同位置的數字對應設置不同的所述編碼色標，信號處理器中的光發射器發射的調制光通過光纖探針組件中的發射光入射光纖探針到達所述編碼色標，經所述編碼色標的反射光通過光纖探針組件中的反射光接收光纖探針返回信號處理器中的光接收器，信號處理器對接收的反射光進行處理，將機械計數器字輪上的數字直接讀取成四位二進制的編碼信號，所述四位二進制編碼信號由數據通信口進行傳輸；輪周面的數字及輪周面的底色色標分別為白(或黃)色字及紅色底色色標，或者紅色字及白(或黃)色底色色標。
以上所述四位二進制編碼色標位于輪周面的數字之間。所述四位二進制編碼色標為黑色與白(或紅、黃色)色長條，條長方向沿字輪的旋轉方向。
為防止字輪在進位時刻誤讀數字，將機械計數器有效讀數最低位字輪的下一位字輪設置為防誤讀數輪，在防誤讀數輪的輪周面上于光纖探針對應數字2所占的區間設置防誤讀數黑色色標，在進位時刻，該色標區間隨防誤讀數輪轉動到對應光纖探針組件時，信號處理器在其上讀取的二進制碼為“0”，信號處理器停止讀取計數器有效讀數位字輪上的示值及延遲到有效讀數位字輪進位狀態結束后繼續讀數；在防誤讀數輪的輪周面上于所述防誤讀數黑色色標之外的區間，輪周面的數字及輪周面的底色色標分別設置為白(或黃)色字及紅色底色色標，或者紅色字及白(或黃)色底色色標，該色標區間隨防誤讀數輪轉動到對應光纖探針組件時，信號處理器在其上讀取的二進制碼為“1”，信號處理器對機械計數器多位有效讀數位字輪上的示值讀數。
為使防止誤讀更加可靠，采用一種防誤讀數補充方法，當機械計數器有效讀數位字輪進位時刻，其相對應的光纖探針組件對應有效讀數位字輪輪周面上編碼色標之外的數字色標區，信號處理器在其上讀取的四位二進制碼的各位權值之和超過十進位數字9，信號處理器舍去該次讀數，到有效讀數位字輪進位狀態結束后繼續讀數。
上述光纖探針組件的一端裝置于盒體式光纖探針支架中，探針的端頭與機械計數器字輪上的二進制數碼色標對應，盒體式光纖探針支架位于機械計數器字輪的下部(或上部)，插入機械計數器外殼的插座中；光纖探針組件的另一端裝置于電控盒中，與安裝于電控盒中的信號處理器中的光發射器及光接收器對應，光纖探針支架與電控盒之間的光纖束裝置有護套。
安裝于光纖探針支架中的光纖探針組件的發射光入射光纖探針及反射光接收光纖探針上、下成對排列，兩者纖芯的夾角小于30度，對應于機械計數器每位有效讀數位字輪安裝四對光纖探針，對應所述防誤讀數字輪安裝一對光纖探針。
信號處理器中的光發射器和光接收器采用分組共用結構機械計數器同一有效讀數位字輪上的四位二進制編碼色標分別通過發射光入射光纖探針共用一個光發射器，不同有效讀數位字輪上的四位二進制編碼色標中的相同權值碼色標通過反射光接收光纖探針共用一個光接收器。
本實用新型在機械計數器的字輪輪周面上印制二進制數碼的轉換色標條，通過塑料光纖探針組件及信號處理器來讀識這些色標條碼，直接得到字輪數字的四位二進制碼，并通過數據通信口進行遠傳，完成字輪數字的讀識。從上述技術方案看，本實用新型的顯著技術效果在于1.對原表具不設專門編碼輪，只是在原計數器字輪輪周面上印制色標條，結構簡單，改動極小，易于制作，可靠性高，成品率高，成本低。
2.計數器盒內無電路引入，只將光纖探針支架插入計數器盒內，信號處理器裝于計數器盒外，實現電隔離，安全防爆。
3.采用順著字輪轉動方向設置條形編碼色標，可降低安裝的精度要求。
4.采用防誤讀數輪和有效讀數位色標編碼權值之和進行判別的技術方案，不但結構簡單、易于制作、可靠性高、成本低，而且防誤讀數效果好。
5.本實用新型中光纖探針支架可插入式現場安裝，裝拆及施工極其方便，可靠性高。
6.可維護性好本實用新型中所有易損的有源器件都置于信號處理器中，信號處理器安裝于表具外的電控盒中，維修或更換時不需拆卸表具，只要從表具機械計數器盒拔出光纖探針支架即可，方便實用，而且維修不影響表具的運行。
7.光纖使用壽命長。
8.抗電磁和外界光干擾，現場即插即用，無需調整。
本實用新型所讀取數值與機械計數器可視窗口示值完全相同。在字輪發生進位之外的時間里，可以隨時進行讀數，不讀數時無需供電。本實用新型適用于所有遠程有線或無線抄表或IC卡抄表的機械計數器表具示值的讀取。
圖1為本實用新型裝置的立體結構圖(其中機械計數器蓋子已拆卸)；圖2為本實用新型裝置結構的示意圖(右視)；圖3為本實用新型的表具中機械計數器有效讀數位字輪及防誤讀數字輪的展開圖；圖4為本實用新型中探針支架的端面圖；圖5為本實用新型中探針支架的剖示圖；圖6為本實用新型讀取數字及防誤讀數的工作原理圖；圖7為本實用新型中讀取數字時信號處理電路的工作原理方框圖；圖8為本實用新型中防誤讀數時信號處理電路的工作原理方框圖；圖9為有效讀數位字輪可視讀數與探針讀識值對照示意圖；圖10為有效讀數位字輪可視讀數——色標及色標編碼——四位二進制色標編碼讀取值(十進制)的對照展開圖；圖11為防誤讀數字輪上的防誤讀數色標區間示意圖；圖12為防誤讀數字輪數字——防誤讀數色標——色標讀取值(二進制碼值)的對照展開圖。
具體實施方式
見圖1、圖2，本實用新型包括機械計數器1、光纖探針支架4、信號處理器6，計數器1中于轉軸8上裝置多位字輪2，5為光纖束的護套管。見圖2、圖4、圖7，光纖探針支架4中安裝由發射光入射光纖探針9及反射光接收光纖探針10成對構成的光纖探針組件；見圖2、圖7，光纖探針組件的一端對應信號處理器6中的光發射器21及光接收器22，另一端分別對應位于機械計數器1中字輪2上的二進制數碼的變換構件。上述光纖探針組件及變換構件構成光纖探針傳感器。
見圖1、圖3，本實用新型中，對于機械計數器有效讀數位字輪而言，所述變換構件是由印制在有效讀數位字輪輪周面上的四位二進制碼編碼色標3組成，編碼色標3的最佳實施例采用四位二進制碼的8421碼。當然也可以采用四位二進制的其他代碼。編碼色標3位于輪周面的各數字之間，字輪2上所示不同位置的數字對應設置不同的編碼色標3。見圖2及圖9，本實用新型的光纖探針支架4位于字輪2的下部，人工可視讀數窗口Y在字輪2的正前面，雖然兩者的幾何位置相差90度角度，但是通過光纖探針組件及信號處理器6對位于字輪下部的編碼色標3讀得的數值與人工讀數窗口的可視數字值等值及對應，圖9圓內表示字輪2上可視數字值，兩數字之間有編碼色標條3，圓內的分隔線示出各數字區及色標條區的分布情況，圖9圓外為探針讀識值(十進制)。本實用新型實施例采用紅色方波調制光源，編碼色標3為黑色與白色(或紅色、黃色)長條，使各色標條碼之間對紅光反射具有較大反差。編碼色標條橫向排列，條長沿字輪2的旋轉方向。當光纖探針指向編碼色標3時，對應白色(或紅、黃色)條碼，信號處理器6讀出四位二進制碼值為“1”，對應黑色條碼讀出為“0”。對于編碼色標之外的區域，例如機械計數器數字輪2輪周面的數字及底色，印制為對紅色光具有較強反射及較大的視覺反差(以便于可視窗口直接讀數)的白(或黃)色字及紅色底色色標，或是紅色字及白(或黃)色底色色標，光纖探針及信號處理器6對其讀出都為“1”，該區域稱為數字色標區。其有效讀數位字輪可視讀數——色標及色標編碼——四位二進制色標編碼讀取值(十進制)的對照展開圖見圖10，圖10沿圖9 A-A處展開。從圖9及圖10可以看出，當從機械計數器正前面的可視窗口Y讀取字輪2的示值為9時，光纖探針組件對應字輪位置相差90度角度，應對準字輪下部數字的色標編碼條3，讀得的四位二進制碼為1001，其各位權值和(十進制)為9，與可視窗口示值相同。隨著字輪的旋轉，光纖探針組件對字輪其他數字的色標編碼條讀得的數值與可視窗口示值也一一對應。如此使機械計數器1的數字輪2成為帶有編碼色標3的光反射編碼讀識輪，其與光纖探針組件及信號處理器6一起，實現機械計數器示值到四位二進制碼的轉換及讀識。利用色標編碼、光纖探針傳感器以及信號處理器6來直接讀取機械計數器1的數字示值，是本實用新型具有的突出的實質性特點。
本實用新型基于機械計數器字輪2是工作在步進進位狀態，在不進位時其位置相對固定，使得有可能利用上述方法及裝置讀出字輪數字。但是當機械計數器字輪2處于進位狀態時，光纖探針就不能對準編碼色標3，會發生誤讀數現象。機械計數器的每一次進位都是發生在下一位轉到9～0的位置，帶動上一位進位。而發生誤讀都是在需要讀數的最低有效位字輪的下一位字輪的可視讀數從9向0的步進轉動的期間，因此，為防止誤讀數，作為最佳實施例，見圖3，將機械計數器1有效讀數最低位字輪(如個位)的下一位字輪11(如十分位)設置為防誤讀數輪。見圖11、圖12，圖11圓內數字為防誤讀數字輪上可視數字，圖12沿圖11B-B處展開，圖中12為防誤讀色標。在防誤讀數輪的輪周面上于光纖探針對應于數字2的區間(對應于讀數窗口于防誤讀數輪輪周面上可視數字9到0的區間之內)，設置弱反射光的黑色防誤讀數色標12，此時，防誤讀數輪11處于進位時刻，引起個位、十位、百位等有效讀數輪中的一個或多個也處于進位狀態，當色標12隨防誤讀數輪轉動到對應防誤讀數光纖探針組件時，防誤讀數光纖探針組件及信號處理器6在色標12上讀取的二進制碼為“0”，信號處理器6通過微處理器控制相關電路，停止讀取計數器有效讀數位字輪上的示值，并延遲到有效讀數位進位狀態結束，信號處理器6通過防誤讀光纖探針組件在色標12之外讀取到二進制碼值為“1”時，重新讀取機械計數器有效位字輪的數字。在防誤讀數輪11的輪周面上于上述防誤讀數黑色色標12之外的區間，即光纖探針對應數字2之外的區間，輪周面的數字及輪周面的底色色標分別設置為白(或黃)色字及紅色底色色標，或者紅色字及白(或黃)色底色色標，皆為強光反射色標，該色標區間隨防誤讀數輪11轉動到對應防誤讀數光纖探針組件時，信號處理器6在該區間的色標上讀取的二進制碼值為“1”。每次讀數，信號處理器6首先讀取防誤讀數輪11的信號，只要讀取的信號為“1”，光纖探針傳感器9、10以及信號處理器6即對機械計數器各有效讀數位字輪2上的示值讀數。從上述可見，本實用新型中，對于防誤讀數輪而言，所述變換構件是由印制在防誤讀數輪11上的二進制碼色標12構成。
為使防止誤讀數更加精確可靠，同時采取第二種補充防誤讀數的方法見圖3及圖7，機械計數器有效讀數位字輪進位時刻，光纖探針組件對應有效讀數位字輪輪周面上編碼色標之外的數字色標區，即白(或黃)字紅底或是紅字白(或黃)底色色標區，信號處理器6對一位或多位字輪進行讀數，對讀取的四位二進制碼中各位碼權值之和超過十進位數字9的數字，通過微處理器控制相關電路，將此次讀數全部舍去，等待有效位字輪進位狀態結束，光纖探針組件重新對準輪周面上的編碼色標后再進行讀數。所述信號處理的方法及電路利用已有技術。
上述兩種防誤讀數的結構及方法都是利用色標、防誤讀數光纖探針探測以及信號處理器讀識的工作原理，簡單又可靠，也是本實用新型突出的實質性特點。
見圖1、圖2、圖5、圖6，本實用新型中光纖探針組件的一端裝置于盒體式光纖探針支架4中，探針支架4插入機械計數器外殼7下部(也可設置于上部)的插座中，探針的端頭與機械計數器字輪上的四位二進制編碼色標及二進制防誤讀色標對應，光纖探針組件的另一端裝置于電控盒中，見圖6、圖7，與電控盒中裝置的信號處理器6中的光發射器21及光接收器22對應，見圖4、圖7，在光纖探針支架4中，入射光纖探針9及反射光纖探針10上、下成對排列，兩者端頭部位纖芯的夾角小于30度，可以采用直徑為0.25～0.5毫米的塑料光纖。上述插拔式探針支架4及外置式信號處理器6之結構特征的優異技術效果前已述及，也是本實用新型突出的實質性特點。
見圖6，其圖面上機械計數器字輪與探針支架的相對位置以及字輪的排列方向與圖2、圖5相反，取機械計數器1有效讀數位字輪2為五位字輪(萬、千、百、十和個位)，圖中十分位字輪11為防誤讀數輪，12為其上的防誤讀數色標。見圖3、圖6，編碼色標3最佳實施例采用四位二進制的8421碼，每位有效讀數位字輪2分別需4對讀識光纖探針，分別對應四條色標，即分別對應一個四位二進制數，五位字輪共有20對讀識光纖探針，對防誤讀數字輪11另外安裝一對防誤讀數光纖探針13、14。21對光纖探針的一端從光纖探針支架4的端面穿出，如圖4、圖5、圖6所示。見圖6，每個字輪2上的四條色標3分別各有一對光纖探針9及10對應，防誤讀數光纖探針13及14與防誤讀數色標12對應。每一對探針9及10的另一端分別與信號處理器6中的光發射器21及光接收器22對應，采用分組共用結構從圖6中可見，同一有效讀數位字輪的四條四位二進制碼色標3分別通過發射光入射光纖探針共用同一個光發射器，該光發射器是一只發光二極管，如此共有五個光發射器21；對于不同有效讀數位字輪的四位二進制編碼色標中的相同權值碼色標共用一個光接收器，如此共有四個光接收器22，每個光接收器對應五根反射光接收光纖。光發射器21及光接收器22通過發射光入射光纖和反射光接收光纖構成圖6信號處理器6中的光耦合器1 5，圖6中其余編碼表示的部件與圖1、圖2相同。
見圖6、圖7，信號處理器6產生光發射信號及對光接收信號進行處理。光發射信號由鎖相環17生成方波信號，經過相位調整電路18、選擇電路開關19、光信號驅動電路20，進入光發射器21，由光發射器21(如紅色發光二極管)經發射光入射光纖探針9發出經調制的紅色光波，到達各字輪的編碼色標3；光信號接收器采用對(紅)光敏感的光接收器22，通過反射光接收光纖探針10接收編碼色標3上反射的光信號，然后通過穩定放大電路23、選擇電路開關24，直接加至鎖相環17，讀取出編碼色標3的四位二進制碼。上位機的指令及讀得的信號數據由微處理器25控制，通過數據通信口16完成傳輸。圖7中的微處理器25控制選擇開關19、24以及鎖相環17、數據通信口16。
見圖6、圖8，由防誤讀數探針對13、14探測防誤讀數輪11上防誤讀色標12的信息，經信號處理器6讀取防誤讀色標12的二進制碼。圖8圖7為同一信號處理器6。其電路結構及光發射器21、光接收器22，皆采用已有技術設計及制作。
權利要求1.光纖式直接讀取機械計數器數字的裝置，包括機械計數器、光纖探針傳感器、信號處理器，其中光纖探針傳感器包括由成對的發射光入射光纖探針及反射光接收光纖探針構成的光纖探針組件以及將機械計數器字輪輪周面上的標記變換為二進制數碼的變換構件，光纖探針組件的一端分別對應所述信號處理器中的光發射器及光接收器，另一端分別對應所述二進制數碼的變換構件，其特征在于所述二進制數碼的變換構件由附著于機械計數器字輪輪周面上的二進制數碼的轉換色標組成，信號處理器中的光發射器發射的調制光通過光纖探針組件中的發射光入射光纖探針到達所述轉換色標，經轉換色標的反射光通過光纖探針組件中的反射光接收光纖探針返回信號處理器中的光接收器，信號處理器對接收的反射光進行處理，將機械計數器字輪上的標記直接讀取成二進制數碼信號，所述二進制數碼信號由數據通信口進行傳輸。
2.按權利要求1所述的光纖式直接讀取機械計數器數字的裝置，其特征在于所述二進制數碼的變換構件由附著于機械計數器有效讀數位字輪輪周面上的四位二進制編碼色標組成，所述字輪上所示不同位置的數字對應設置不同的所述編碼色標，信號處理器中的光發射器發射的調制光通過光纖探針組件中的發射光入射光纖探針到達所述編碼色標，經所述編碼色標的反射光通過光纖探針組件中的反射光接收光纖探針返回信號處理器中的光接收器，信號處理器對接收的反射光進行處理，將機械計數器字輪上的數字直接讀取成四位二進制編碼信號，所述四位二進制編碼信號由數據通信口進行傳輸；輪周面的數字及輪周面的底色色標分別為白色或黃色字及紅色底色色標，或者紅色字及白色或黃色底色色標。
3.按權利要求2所述光纖式直接讀取機械計數器數字的裝置，其特征在于所述四位二進制編碼色標位于輪周面的數字之間。
4.按權利要求2或3所述光纖式直接讀取機械計數器數字的裝置，其特征在于所述四位二進制編碼色標為黑色與白色或紅色、黃色長條，條長方向沿字輪的旋轉方向。
5.按權利要求1所述光纖式直接讀取機械計數器數字的裝置，其特征在于(1)將機械計數器有效讀數最低位字輪的下一位字輪設置為防誤讀數輪，在防誤讀數輪的輪周面上于光纖探針對應數字2的區間，設置防誤讀數黑色色標，在進位時刻，該色標區間隨防誤讀數輪轉動到對應光纖探針組件時，信號處理器在其上讀取的二進制碼為“0”，信號處理器停止讀取計數器有效讀數位字輪上的示值及延遲到有效讀數位字輪進位狀態結束后繼續讀數；在防誤讀數輪的輪周面上于所述防誤讀數黑色色標之外的區間，輪周面的數字及輪周面的底色色標分別設置為白色或黃色字及紅色底色色標，或者紅色字及白色或黃色底色色標，該色標區間隨防誤讀數輪轉動到對應光纖探針組件時，信號處理器在其上讀取的二進制碼為“1”，信號處理器對機械計數器多位有效讀數位字輪上的示值讀數；(2)當機械計數器有效讀數位字輪進位時刻，其相對應的光纖探針組件對應有效讀數位字輪輪周面上編碼色標之外的數字色標區，信號處理器在其上讀取的四位二進制碼的各位權值之和超過十進位數字9，信號處理器舍去該次讀數，到有效讀數位字輪進位狀態結束后繼續讀數。
6.按權利要求1所述光纖式直接讀取機械計數器數字的裝置，其特征在于所述光纖探針組件的一端裝置于盒體式光纖探針支架中，探針的端頭與機械計數器字輪上的二進制數碼色標對應，盒體式光纖探針支架位于機械計數器字輪的下部或上部，插入機械計數器外殼的插座中；光纖探針組件的另一端裝置于電控盒中，與安裝于電控盒中的信號處理器中的光發射器及光接收器對應，光纖探針支架與電控盒之間的光纖束裝置有護套。
7.按權利要求2、5或6所述光纖式直接讀取機械計數器數字的裝置，其特征在于安裝于光纖探針支架中的光纖探針組件的發射光入射光纖探針及反射光接收光纖探針上、下成對排列，兩者纖芯的夾角小于30度，對應于機械計數器每位有效讀數位字輪安裝四對光纖探針，對應所述防誤讀數字輪安裝一對光纖探針。
8.按權利要求2所述光纖式直接讀取機械計數器數字的裝置，其特征在于信號處理器中的光發射器和光接收器采用分組共用結構機械計數器同一有效讀數位字輪上的四位二進制編碼色標分別通過發射光入射光纖探針共用一個光發射器，不同有效讀數位字輪上的四位二進制編碼色標中的相同權值碼色標通過反射光接收光纖探針共用一個光接收器。
專利摘要光纖式直接讀取機械計數器數字的裝置，廣泛適用于遠程抄表的各類機械計數器表具示值的讀取。其在機械計數器的各位有效讀數位字輪的輪周面上印制與讀數窗口可視數字等值對應的四位二進制編碼色標，通過光纖探針及信號處理器來讀識這些色標條碼，直接得到字輪數字的四位二進制碼，通過數據通信口進行遠傳，完成字輪數字的讀識。為防止字輪進位時刻對數字的誤讀，專門設置防誤讀數輪及與之配套的防誤讀色標、防誤讀探針，結構簡單，防誤讀效果好。本實用新型不設專門編碼片，對原表具改動極小，易于制作，可靠性高。表具內無電路引入，安全防爆。插入式光纖探針支架及外置式信號處理器，便于現場施工及維護。
文檔編號G01D5/26GK2844852SQ20042005422
公開日2006年12月6日 申請日期2004年12月5日 優先權日2004年12月5日
發明者王燦忠, 顧紀明, 趙春生, 殷沛然, 蔣秀軍, 孫東 申請人:無錫市路通電子技術有限公司