機械計數器的電磁感應線性讀取裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種機械計數器電磁感應線性讀取裝置，包括計數字輪軸(1)、進位輪軸(2)、多個進位輪(3)、多個計數字輪(4)、多個電感傳感器(5)、傳感器組電路板(6)、電磁感應體(7)和參考電感傳感器(8)，其中所述計數字輪(4)與進位輪(3)相連接；每個所述的計數字輪(4)外部設置多個電感傳感器(5)，每個計數字輪(4)內設置多個電磁感應體，使得計數字輪在旋轉一周，所述多個電磁感應體被檢測的頻率順序增大或減小，從而對計數字輪實現多于360個編碼數，提高了讀數精度。
【專利說明】機械計數器的電磁感應線性讀取裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于計量領域，具體地，涉及一種使用電磁感應的頻率測量技術實現傳統機械計數器機電數字轉換的直讀式機械計數器；廣泛適用于電表、水表、煤氣表等表具的遠程抄表。
【背景技術】
[0002]傳統的機械計數器是通過肉眼看數而獲取數據的，隨著勞動力價格的高漲和實現節能降耗，國家推出了能源使用的階梯價格和分時價格，要實現這一目標，必須對計量表具實行遠傳抄表，才能解決政策的執行問題。如何把機械讀數轉換為電子讀數，特別是沒有電也需要計量的水表、氣表、暖氣表，人們發揮了想象的空間，制作了光電傳感器和電感傳感器等各種將機械字輪數轉為電子數的技術，可最終是由于人們往往是對一個字輪只設有限的編碼，如 CN1363912、CN102261940、CN202947769、CN101571410、CN2919201 采用 4 到 5 個光電傳感器黑白(O或I 二進制)技術，最大只有32個編碼，而2006100489494專利所述，三個電磁傳感器有27個編碼，而由于輪子是循環轉動的，這些編碼真正有效的就只有10多個，僅勉強能識別O到9的字輪數，可我們知道機械字輪轉動是連續的，也就是說是有小數點的，肉眼是根據四舍五入約定進行小數點進位的，而計算機技術要能做到四舍五入，則一個數字至少需要10個編碼，如數字1，需表達為:1.0,1.1U.2……1.9等十組編碼，O到9十個數字，則至少需要100個編碼才能進行四舍五入，所以以往的技術，因為編碼不夠多(< 100)，造成字輪識別有差錯，這對計量產品來說，是致命的，增加傳感器固然能增加編碼量，但往往受制于結構空間不夠，難以實現。
【發明內容】
[0003]為了克服現有技術所存在的缺陷，本發明提供一種機械計數器的電磁感應線性讀取裝置，利用連續頻率測量原理在非接觸的條件下，用2個或3個電感傳感器，就可以有足夠的編碼來精確讀取機械計數器。`
[0004]為實現上述目的，本發明采用以下方案:
[0005]提供一種機械計數器電磁感應線性讀取裝置，包括計數字輪軸、進位輪軸、多個進位輪、多個計數字輪、多個電感傳感器、傳感器組電路板和電磁感應體，其中所述計數字輪與進位輪相連接，所述的計數字輪內部嵌入有電磁感應體；每個所述的計數字輪外部設置三個沿圓周方向分布并呈36°角間隔的電感傳感器，其特征在于:計數字輪圓周內部嵌入具有第一電磁感應體、第二電磁感應體和第三電磁感應體，所述第一、第二、第三電磁感應體在電感傳感器中呈現順序升高或降低的振蕩頻率，所述第一、第二、第三電磁感應體在圓周方向以36°角整數倍交替排布,且第一電磁感應體與第三電磁感應體不相鄰。
[0006]進一步地，還包括參考電感傳感器，所述參考電感傳感器遠離計數字輪。
[0007]進一步地，電感傳感器由電感線圈L、電容C和二極管D構成，電感線圈L與電容C并聯后連接二極管D正極，二極管D負極作為電磁傳感器輸出端。[0008]進一步地，所述多個電感傳感器和所述參考電傳感器通過引線連接成陣列，然后接入傳感器組電路板，所述傳感器組電路板包括L-C振蕩電路和單片機控制和處理電路。
[0009]進一步地，所述單片機控制和處理電路控制多個電感傳感器和參考電傳感器進行掃描，在每個計數字輪上獲得三個頻率值FA、FB和FC，與參考電感傳感器的頻率F8相減后，濾掉環境因數的影響，經過單片機處理后的頻率差經整定后可以表示為:fa、fb和fc，整定后數值設為I到9，形成對計數字輪的編碼，單個計數字輪編碼數為9~3=729。
[0010]進一步地，在計數字輪內部圓周沿順時針方向依次排布第一電磁感應體72度、第二電磁感應磁體108度、第三電磁感應體108度、第二電磁感應體72度。
[0011]此外，還提供一種機械計數器電磁感應線性讀取裝置，包括計數字輪軸、進位輪軸、多個進位輪、多個計數字輪、多個電感傳感器、傳感器組電路板和電磁感應體，其中所述計數字輪與進位輪相連接，所述的計數字輪內部嵌入有電磁感應體；每個所述的計數字輪外部設置兩個沿圓周方向分布并呈36°角或72°角間隔的電感傳感器，其特征在于:計數字輪圓周內部嵌入具有第一電磁感應體、第二電磁感應體第三電磁感應體和第四電磁感應體，所述第一、第二、第三、第四電磁感應體在電感傳感器中呈現順序升高或降低的振蕩頻率，所述第一、第二、第三電磁感應體在圓周方向以36°角整數倍交替排布,且第一電磁感應體與第三電磁感應體不相鄰，第二電磁感應體與第四電磁感應體不相鄰，第一電磁感應體與第四電磁感應體不相鄰。
[0012]進一步地，還包括參考電感傳感器，所述參考電感傳感器遠離計數字輪。
[0013]進一步地，電感傳感器由電感線圈L、電容C和二極管D構成，電感線圈L與電容C并聯后連接二極管D正極，二極管D負極作為電感傳感器輸出端。
[0014]進一步地，所述多個電感傳感器和所述參考電傳感器通過引線連接成陣列，然后接入傳感器組電路板，所述傳感器電路板包括L-C振蕩電路和單片機控制和處理電路。
[0015]進一步地，所述單片機控制和處理電路控制多個電感傳感器和參考電傳感器進行掃描，在每個計數字輪上獲得兩個頻率值FA和FB，與參考電感傳感器的頻率F8相減后，濾掉環境因數的影響，經過單片機處理后的頻率差經整定后可以表示為:fa和fb，整定后數值設為I到21，形成對計數字輪的編碼，單個計數字輪編碼數為21~2=441。
[0016]進一步地，在計數字輪內部圓周沿順時針方向依次排布第一電磁感應體72度、第二電磁感應磁體72度、第三電磁感應體72度、第四磁感應體72度、第三磁感應體36度、第二電磁感應體36度。
[0017]與現有技術相比，本發明具有如下優勢:
[0018]1、有足夠的編碼，實現字輪的每一角度的位置識別，讀數精確，方便遠程抄表；
[0019]2、線路非常簡單；
[0020]3、電感傳感器線路板泡水能正常工作，可靠性高；
[0021]4、讀數時用電，其它時間不用電。
[0022]本發明的優點是編碼大于360個，可精確跟蹤字輪的微小轉動，使讀取的數據沒有差錯，完全防水，無識別盲區，成本低廉，并能方便地安裝在水表、電表、煤氣表等一切原來采用機械計數字輪的表具上，實現遠傳抄表。
【專利附圖】
【附圖說明】[0023]圖1為本發明的機械計數器的電磁感應線性讀取裝置結構示意圖；
[0024]圖2為第I實施例中字輪的剖面示意圖；
[0025]圖3為第I實施例中電感傳感器組電路圖；
[0026]圖4為第I實施例中主板電路示意圖；
[0027]圖5為第2實施例中字輪的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0028]第I實施例:
[0029]如圖1至圖3所示，機械計數器的電磁感應線性讀取裝置，包括帶有計數字輪軸1、進位輪軸2、進位輪3、計數字輪4、電感傳感器5，傳感器組電路板6與所述的計數字輪4相連接的進位輪3，所述的計數字輪4內部嵌入有一定形狀的電感感應體7 ;所述的計數字輪4外部設置多個沿圓周方向分布并呈36度間隔的電感傳感器5，電感傳感器5由電感線圈L和與之并聯的電容C及并聯后的一端連接二極管D正極，另一端和二極管負極一起引出線組成，二極管D的作用為隔離各個電感傳感器5相互之間的影響，另為消除環境的影響，夕卜加一個遠離計數字輪4的參考電感傳感器8，各個電感傳感器之間的連接如圖3。
[0030]把各個電感傳感器5組成一個陣列后，以最少的引線與主板連接。以方便傳感器組電路板與主板分別放置在不同的環境，如水表里只放置傳感器板(不需防水處理，可直接泡在水中工作)，水表外放置主板(無水環境)，這樣大大提高電路的可靠性。主板設置有L-C振蕩電路和單片機(MCU)控制和處理電路。
[0031]工作時:
[0032]如圖1、圖3所示，計數字輪有4個，每個輪子需3個電感傳感器5，外加一個參考電感傳感器5，總共13個電感傳感器。
[0033]如圖1，字輪表面嵌套電磁感應體選擇非金屬鐵氧體，其寬度小于字輪的寬度，厚度的選擇為:3種不同厚度的材料按一定規律排布，一種排布為:材料厚度如從薄到厚設為dl, d2, d3，則開始dl占72度，接著d2占108度，再接著d3占108度，然后接著d2占72度后成環型接回到開始的dl。為達到滿足要求的編碼，這輪子上嵌入的材料與傳感器對應的規則是:使每個電感傳感器的振蕩頻率沿字輪一個圓周轉動所獲得的頻率值，必須是漸變的，不能跳變，即不能從小直接接到最大，只能小到中到大到中到小，或小到中到小，再中再大再中再接回小等等。
[0034]例如:字輪0、9位置的厚度可為0.3mm,字輪1、2、3、7、8位置的厚度為0.6mm,字輪4，5，6位置的厚度為0.9_。這樣，當每個電感L對應字輪表面里不同厚度的鐵氧體時，其振蕩頻率會發生變化，材料厚或面積大，則頻率低，材料薄或面積小，則頻率高。在厚度平穩區得到一個相對變化不大的頻率，當電感L處在輪子的鐵氧體厚度變化區(0.3mm到0.6mm到0.9_處)時，可測得這一頻率是在某個區域連續變化的，可判定輪子的位置，是處于進位狀態。
[0035]如圖4，主板上Ql，Q2, Q3組成電子開關，正常工作時，僅有一個可以導通，其余關閉；Q4，Q6組成正反饋電路，與電感傳感器5形成L-C振蕩電路。振蕩信號經Q5整形后，輸入單片機(MCU)，進行頻率測量。
[0036]電路工作原理:由MCU控制PBO到PB4，PD5, PD6, PD7的工作狀態，可選擇哪一路電感傳感器5處于工作狀態，其余的處于關閉狀態，如當PBO為輸出高電平，其余的PBl, PB2, PB3, PB4處于輸出低電平，則如圖3的第一列的3個電感傳感器5都處于準工作狀態，這時，如PD7輸出為高電平，其余兩個H)5，PD6處于輸出低電平，則只有第一行的第一列電感傳感器5處于正常工作狀態，產生振蕩，振蕩信號經Q3整形后，進入MCU的PD2腳，進行頻率測量。同理，如果對第三行第一列進行測量，則置PD5為高電平，PD6，PD7為低電平即可。
[0037]同樣如果PBl設為高電平輸出，其余的PBO，PB2, PB3, PB4為低電平，則第二列電感傳感器5處于準工作狀態。其他幾列不工作。所以通過MCU軟件可分別控制哪一個電感傳感器5工作，其余的不工作，全部掃描后，MCU得到了各個輪子的電感傳感器5振蕩頻率和一個參考振蕩頻率，對某一個輪子，得到三個頻率值(FA，FB, FC)，這三個頻率值經MCU處理，整定后數值設為I到9，如電感傳感器在最厚的地方整定值為9，中間為5，最薄值為1，最厚和中間之間過渡整定為8、7、6，中間和最薄之間過渡整定為4、3、2則一個輪子的編碼數為9~3=729，滿足對字輪每1°角度，可有一個編碼的要求，不存在識別盲區，保證了讀數的100%準確。
[0038]更優選地方案是，對某一個輪子，得到三個頻率值(FA，FB，FC)，與參考電感傳感器的頻率(F8)相減后，經過MCU處理后的頻率差經整定后可以表示為:fa，fb, fc，這三個數據，數值選擇范圍為I到9，實現9~3=729個編碼，此種方式可濾掉環境因數的影響，進一步提高了讀取裝置的可靠性。
[0039]第2實施例:
[0040]圖5為第2實施例中字輪的剖面示意圖，一個計數字輪對應2個電感傳感器的結構如圖5，它由4種不同厚度的材料按一定規律排布，一種排布為:材料厚度如從薄到厚設為dl，d2, d3, d4，則開始dl占72度，接著d2占72度，再接著d3占72度，再再接著d4占72度，然后接著d3占36度，再接著d2占36度后接回到開始的dl。對某一個輪子，得到2個頻率值(FA，FB)，與參考電感傳感器的頻率(F8)相減后，可濾掉環境因數的影響，經過MCU處理后的頻率差經整定后可以表示為:fa，fb，這2個數據，整定后如數值設為I到21，則一個輪子的編碼數為21~2=441，如最厚d4整定為21，d3整定為14，d2整定為8，dl整定為1，則d4和d3之間過度整定為15、16、17、18、19、20，d3和d2之間整定為9、10、11、12、13，d2和dl之間整定為2、3、4、5、6、7，滿足對字輪轉動四舍五入的定位要求，不存在識別盲區，保證了讀數的100%準確。
[0041 ] 此時，采用的電路結構與圖3和圖4中類似，不同的是由于采用了 2個電感傳感器A和B，因此相對省略了圖3中JP8對應的電感傳感器行和圖4中JP8對應的電子開關Q3電路。
[0042]上述實施例中在字輪內部設置不同厚度的電感材料，由此在電感傳感器上獲得不同的頻率值，為了獲得不同的頻率值可以通過設置不同尺寸的同種電感材料或設置相同尺寸的不同種電感材料來實現。
[0043]例如:所述的計數字輪內部嵌入的同種電感材料的形狀可設置為厚度不等、面積不等、半徑不同的扇形等各種形狀，或者所述的計數字輪內部嵌入的不同種電感材料的形狀設置為環形、圓形等。
[0044]電路中，電子開關和正反饋電路也可選用有此功能的IC芯片完成，或直接用多個LC振蕩電路而不用電子開關和L-C-D電路中的D來完成，均視為本專利保護范圍。
【權利要求】
1.一種機械計數器電磁感應線性讀取裝置，包括計數字輪軸(1)、進位輪軸(2)、多個進位輪(3)、多個計數字輪(4)、多個電感傳感器(5)、傳感器組電路板(6)和電磁感應體(7)，其中所述計數字輪(4)與進位輪(3)相連接，所述的計數字輪(4)內部嵌入有電磁感應體(7);每個所述的計數字輪(4)外部設置三個沿圓周方向分布并呈36°角間隔的電感傳感器(5)，其特征在于:計數字輪(4)圓周內部嵌入具有第一電磁感應體、第二電磁感應體和第三電磁感應體，所述第一、第二、第三電磁感應體在電感傳感器(5)中呈現順序升高或降低的振蕩頻率，所述第一、第二、第三電磁感應體在圓周方向以36°角整數倍交替排布，且第一電磁感應體與第三電磁感應體不相鄰。
2.如權利要求1所述的機械計數器電磁感應線性讀取裝置，其特征在于:還包括參考電感傳感器(8)，所述參考電感傳感器(8)遠離計數字輪(4)。
3.如權利要求2所述的機械計數器電磁感應線性讀取裝置，其特征在于:電感傳感器(5)由電感線圈L、電容C和二極管D構成，電感線圈L與電容C并聯后連接二極管D正極，二極管D負極作為電磁傳感器輸出端。
4.如權利要求3所述的機械計數器電磁感應線性讀取裝置，其特征在于:所述多個電感傳感器(5)和所述參考電傳感器(8)通過引線連接成陣列，然后接入傳感器組電路板(6)，所述傳感器組電路板(6)包括L-C振蕩電路和單片機控制和處理電路。
5.如權利要求4所述的機械計數器電磁感應線性讀取裝置，其特征在于:所述單片機控制和處理電路控制多個電感傳感器(5)和參考電傳感器(8)進行掃描，在每個計數字輪上獲得三個頻率值FA、FB和FC，與參考電感傳感器的頻率F8相減后，濾掉環境因數的影響，經過單片機處理后的頻率差經整定后可以表示為:fa、fb和fc，整定后數值設為I到9，形成對計數字輪的編碼，單個計數字輪編碼數為9~3 = 729。
6.如權利要求4所述的機械計數器電磁感應線性讀取裝置，其特征在于:在計數字輪內部圓周沿順時針方向依次排布第一電磁感應體72度、第二電磁感應磁體108度、第三電磁感應體108度、第二電磁感應體72度。
7.一種機械計數器電磁感應線性讀取裝置，包括計數字輪軸(1)、進位輪軸(2)、多個進位輪(3)、多個計數字輪(4)、多個電感傳感器(5)、傳感器組電路板(6)和電磁感應體(7)，其中所述計數字輪(4)與進位輪(3)相連接，所述的計數字輪(4)內部嵌入有電磁感應體(7);每個所述的計數字輪(4)外部設置兩個沿圓周方向分布并呈36°角或72°角間隔的電感傳感器(5)，其特征在于:計數字輪(4)圓周內部嵌入具有第一電磁感應體、第二電磁感應體第三電磁感應體和第四電磁感應體，所述第一、第二、第三、第四電磁感應體在電感傳感器(5)中呈現順序升高或降低的振蕩頻率，所述第一、第二、第三、第四電磁感應體在圓周方向以36°角整數倍交替排布,且第一電磁感應體與第三電磁感應體不相鄰,第二電磁感應體與第四電磁感應體不相鄰，第一電磁感應體與第四電磁感應體不相鄰。
8.如權利要求7所述的機械計數器電磁感應線性讀取裝置，其特征在于:還包括參考電感傳感器(8)，所述參考電感傳感器(8)遠離計數字輪(4)。
9.如權利要求8所述的機械計數器電磁感應線性讀取裝置，其特征在于:電感傳感器(5)由電感線圈L、電容C和二極管D構成，電感線圈L與電容C并聯后連接二極管D正極，二極管D負極作為電感傳感器輸出端。
10.如權利要求9所述的機械計數器電磁感應線性讀取裝置，其特征在于:所述多個電感傳感器(5)和所述參考電傳感器(8)通過引線連接成陣列，然后接入傳感器組電路板(6)，所述傳感器組電路板包括L-C振蕩電路和單片機控制和處理電路。
11.如權利要求10所述的機械計數器電磁感應線性讀取裝置，其特征在于:所述單片機控制和處理電路控制多個電感傳感器(5)和參考電傳感器(8)進行掃描，在每個計數字輪上獲得兩個頻率值FA和FB，與參考電感傳感器的頻率F8相減后，濾掉環境因數的影響，經過單片機處理后的頻率差經整定后可以表示為:fa和fb，整定后數值設為I到21，形成對計數字輪的編碼，單個計數字輪編碼數為21~2=441。
12.如權利要求10所述的機械計數器電磁感應線性讀取裝置，其特征在于:在計數字輪內部圓周沿順時針方向依次排布第一電磁感應體72度、第二電磁感應磁體72度、第三電磁感應體72度、 第四磁感應體72度、第三磁感應體36度、第二電磁感應體36度。
【文檔編號】G06M1/274GK103824112SQ201310393471
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】韋淑沛 申請人:韋淑沛