专利名称：用于计算计量仪表的数字轮转数的设备的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种用于各种计量仪表，例如电度表、燃气表或水表的远程检查系统，更具体来说，涉及一种用于计算这类计量仪表的标示转动数字轮的转数的设备，以输出一个电脉冲信号，从而将电能、燃气或水的消耗量指示给这样的远程检查系统。
电能、燃气或者水的用户必然为其使用定期地向供应商付费。在收集电能、燃气或者水的使用费之前，供应商的代理人需要定期地检查用户的计量仪表。如本领域普通技术人员所熟知的，电能、燃气或者水的消耗量是由在用户计量仪表计录器上的转动的数字轮来指示的，因此，电能、燃气或者水的供应商的代理人会访问资源使用地点，以便直接读取由计量仪表的数字轮所形成的数字，并且将电能、燃气或者水的消耗量登记在其记录上。
然而，这种惯用的计量仪表检查方法迫使供应商消耗很多的劳力和时间。也就是说，这样的计量仪表通常安装在用户的室内，因此，迫使供应商的代理人在直接检查计量仪表以前要进入室内，或者在室外听取用户告诉其关于电能、燃气或者水的消耗量的信息。当代理人初次访问而用户不在家时，供应商的代理人因此必须再次访问用户，这对代理人来说是非常不方便的。在试图克服该问题的努力中，可能分别地请求用户将表示电能、燃气或者水的消耗量的数字写在提供在其室外的纸条上，以便不管用户在家或者不在家，都可以让代理人在用户的室外获得关于电能、燃气或者水的消耗量的信息。然而这种检查方法迫使用户定期地检查它们的计量仪表，并将表示电能、燃气或者水的消耗量的数字写在所指示的纸条上，同时还要承受一定的不便。因此，该方法必然伴随有用户和供应商之间的协调问题。
为了解决上述由这种人工检查系统所产生的问题，用于这种计量仪表的远程检查系统最近以来被给予了积极的研究并且已经被提出。然而，用于这种计量仪表的传统远程检查系统存在着这样的问题，即，该系统使现有的计量仪表在结构上有很大的改变，而且因为它们不是为节约电能而设计的，因此其将过多地消耗电能。
因此，考虑到现有技术中出现的上述问题而研制出了本发明。因而，本发明的目的是，提供一种用于计算一计量仪表的标示转动数字轮的转数的设备，其可以计算计量仪表的标示数字轮的转数，并将指示电能、燃气或者水的消耗量的数据信号输出给一远程检查系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于计算一计量仪表的转动数字轮的转数的设备，它包括一个连接在至少一个标示数字轮的圆周表面上并且适于反射入射光的反射带；一个输出一基准脉冲信号的脉冲发生器；一个转数检测装置，它根据来自脉冲发生器的基准脉冲信号发射所述的入射光，并将来自所述反射带的反射光转换成一个输出脉冲信号；以及一个转数计算装置，用于检测由转数检测装置提供的输出脉冲信号的脉冲和非脉冲间隔的迅速变换，并因此可计算出具有反射带的标示数字轮的转数。
根据本发明的另一个实施例，本发明提供了一种用于计算一计量仪表的转动数字轮的转数的设备，它包括一个连接在至少一个标示数字轮的圆周表面上并且适于反射入射光的反射带；
一个转数检测装置，它根据一基准脉冲信号来发射所述的入射光，并将来自所述的反射带的反射光转换成输出脉冲信号；以及一个转数计算装置，用于将所述的基准脉冲信号输送给转数检测装置，并检测由转数检测装置提供的输出脉冲信号的脉冲和非脉冲间隔的迅速变换，因此可计算出具有反射带的标示数字轮的转数。
该转数检测装置可以包括一个光屏蔽件，它包括一个盖子和一个底座，盖子和底座组装在一起而形成一个具有不透光的密封空腔的单件结构，所述的底座安装在标示数字轮上方的一个位置处，其安装方式使得，底座不与标示数字轮的转动动作相干涉，同时，一个小孔形成在所述底座上与标示数字轮对齐的位置处，以及一个隔板从所述盖子顶壁的内表面垂直地延伸，直至到达所述小孔附近的一个位置，其同时将光屏蔽件的密封空腔分成第一和第二部分；一个发光器，它安装在盖子的内表面上，位于所述分开的密封空腔的第一部分内，并且适于根据基准脉冲信号来发射入射光；和一个光传感器，它安装在所述的盖子的内表面上，位于分开的密封空腔的第二部分内，并且适于感应来自反射带的反射光和提供输出脉冲信号。
该用于计算计量仪表的转动数字轮转数的设备还可以包括一个适于将由转数检测装置提供的输出脉冲信号放大的信号放大器。
所述的转数计算装置可以是一微型计算机或者一中央处理器，并且被设定得，当输出脉冲信号的脉冲周期迅速增加两倍或者更多时，或者迅速减少1/2倍或者更多时，便可确定出标示数字轮完成一个循环。
本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，将从下面结合附图的详细描述中，更加清楚地了解，其中
图1是设置有本发明的数字轮转数计算设备的计量仪表的前视图；图2是计量仪表的数字轮装置的透视图，其中，一条反射带连接在本发明的轮装置的最低位数轮上；图3示意性地示出了本发明的第一实施例的数字轮转数计算设备的结构；图4示意性地示出了本发明的第二实施例的数字轮转数计算设备的结构；图5a是一幅波形图，示出了脉冲发生器施加给包括在本发明设备内的发光器的基准脉冲信号的波形；图5b-5d是一些波形图，示出了由包括在本发明设备内的光传感器提供的输出脉冲信号的各种波形。
图1是设置有本发明的数字轮转数计算设备的计量仪表的前视图。图2是计量仪表的数字轮装置的透视图，其带有根据本发明连接在轮装置的最低位数轮上的一条反射带。
如图所示，计量仪表10的数字轮装置包括多个转动数字轮30，这些数字轮按照惯用方式有规律地布置在轮装置上。每个轮子30具有滚子形状，同时十个数码，0-9，印制在每个轮子的圆周面上。每个数字轮30标示一个位数。在上述的数字轮30中，标示一些较高位数或所谓的有效位数的某些轮子，被实际用来确定电能、燃气或者水的消耗量。同时，标示一些较低位数或所谓的无效位数的其余轮子30，在确定电能、燃气或者水的消耗量时是可忽略的。例如，在瓦特-小时表(电度表)的情况下，电能的消耗量用千瓦时的单位来确定，因此，标示出小数点后的位数的那些低位数字轮，在确定电能的消耗量时实际上是不用的。在惯用计量仪表中，例如瓦特-小时表、燃气表、或者水表中，一个或者多个低位数字轮被包括在数字轮装置中，以便能够更精确地将电能、燃气或者水的消耗量显示在计录器上。当用户消耗电能、燃气或者水时，计量仪表10的轮装置的数字轮30分别地以与电能、燃气或者水的消耗量成正比的不同速度转动。也就是说，最低位数轮30a以最高的速度转动，而最高位数轮以最低的速度转动。在该情况下，每个数字轮与紧邻的较高位数轮的转速比是10∶1。例如，每当最低位数轮30a转动十次时，则紧邻的较高位数轮，或者说，放置在图2中左方紧靠最低位数轮30a旁边的位数轮，将转动一次。
图3示意性地示出了根据本发明的第一实施例的数字轮转数计算设备的结构。如图所示，该第一实施例的设备包括一个反射带40，一个脉冲发生器100，一个轮转数检测装置110，120和200，一个输出信号放大器130A和一个微型计算机140A。
在上述的设备中，反射带40必须让设备可直接检查电能、燃气或者水的消耗量，因此，反射带40必须连接在标示着低于小数点的无效位数的数字轮之一上，而不是连接在标示着高于小数点的有效位数的数字轮上。在图2的实施例中，反射带40连接在最低位数轮30a圆周面上所希望的位置上。为了使设备即使在电能、燃气或者水的消耗量迅速变化时也能精确地计算指示轮30a的转数，最好将反射带40的长度设定为轮30a周长的1/10-1/3。另外，反射带40在其光发射表面上最好是光滑的，以便完成希望的光学反射，而不会发生无规则的反射。
转数检测装置包括一个发光器110，一个光传感器120和一个光屏蔽件200。上述转数检测装置设置在计量仪表上，其位置恰好在具有反射带40的最低位数轮30a之上，如图1所示。
光屏蔽件200包括一个盖子202和一个底座206，盖子202和底座206组装在一起，形成一个具有不透光的密封空腔的单件结构。上述底座206固定地安装在指示轮30a之上的一个位置处，其安装成方式使得其不与轮30a的转动动作相干涉。也就是说，底座206可以固定在计量仪表10的透明板20的外表面上，如图3和4所示。或者，底座206可以固定在恰好处于指示轮30a之上的一个位置处，同时透明板20在与轮30a对应的位置处被局部去除。在底座206上形成一个小孔208，其位置恰好与指示轮30a对齐。一个隔板204从盖子202的顶壁的内表面上垂直地伸出，直至其达到小孔208附近的位置。因此上述隔板204将光屏蔽件200的密封空腔分成两部分，即第一和第二部分。
发光器110是一个用于将输入的驱动电能转变成光能的装置。例如，可以优选采用随着电激活而发光的LED(发光二极管)作为发光器110。上述的发光器110安装在盖子202的内表面上，并位于光屏蔽件200的分开密封空腔的一部分，或者说第一部分中，其安装方式使得发光器110可以将入射光向底座206的小孔208发射。发光器110接收从脉冲发生器100输出的一个驱动脉冲信号或者基准脉冲信号Pin。根据来自脉冲发生器100的基准脉冲信号Pin，发光器110间歇地向底座206的小孔208发射入射光。
光传感器120的目的是将入射光转换为电脉冲信号。光传感器120安装在盖子202的顶壁的内表面上，并位于光屏蔽件200的分开密封空腔的一部分，或者说第二部分中，并且，当最小位数轮30a转动到反射带位于底座206的小孔208的位置时，接收由反射带40反射的光。接收到反射光后，传感器120将提供一个输出电信号Pout。在本发明中，可以优选采用设计成可在输出信号之前，将通过透镜接收的光转换为放大的电流信号的光电晶体管作为光传感器120。在该情况下，来自用作光传感器的光电晶体管的输出信号为一脉冲信号。
脉冲发生器100可以包括一个振荡器(未示出)和一个计算器(未示出)。在脉冲发生器100中，振荡器以一定频率振荡的同时输出脉冲信号，同时计算器将从振荡器输出的脉冲信号分频，并输出具有希望频率的基准脉冲信号Pin。请注意，可以在脉冲发生器100中优先使用各种惯用振荡器之一，并可以按照需要以各种方式使用所希望的分频值。图5a是一幅波形图，示出了从脉冲发生器100施加给本发明的发光器110的一基准脉冲信号，或者一个输入脉冲信号Pin的波形。
信号放大器130A连接在光传感器120的一个输出端子上，并且将来自光传感器120的输出信号Pout放大，然后将输出一个放大的输出信号P′out。上述的放大器130A特别是用于，当信号Pout是一低水平信号时，将该输出信号Pout放大。因此，当来自光传感器120的输出信号Pout的强度足够高，可以在不放大的情况下有效地用于连续的信号过程时，可不必单独地放大该信号Pout。
微型计算机140A，或者该设备的一个转数计算装置，在设备设置有这样一个放大器130A时，可以连接在该信号放大器130A的输出端子上；或者，当设备未设置这样的放大器130A时，可以连接在光传感器120的输出端子上。当然，在本发明中，可以采用一个中央处理器(CPU)来代替微型计算机140A。上述的微型计算机140A将来自光传感器120的输出脉冲信号Pout的脉冲间隔和非脉冲间隔与程序数据比较，因此可检测非反射间隔→反射间隔→非反射间隔的变化，并确定具有反射带40的最低位数轮30a是否完成了一圈(一个循环)。
图4示意性地示出了本发明的第二实施例的数字轮转数计算设备的结构。如图所示，该第二实施例的设备包括一个反射带40，一个轮转数检测装置110，120和200，一个输出信号放大器130B和一台微型计算机140B。该第二实施例设备的总的结构与第一实施例所述设备的结构相同，但是用于将基准脉冲信号Pin输出给发光器110的脉冲发生器100与微型计算机140B集成在一起。因此，第二实施例的微型计算机140B将图5的基准脉冲信号Pin通过一个输入/输出口或者存储线输出给发光器110。当然，微型计算机140B也可以按照与对第一实施例的微型计算机140A所述的相同方式，利用来自光传感器120的输出脉冲信号Pout来计算最低位数轮30a的转数。
在计算计量仪表10的数字轮装置的最低位数轮30a的转数的操作过程期间，本发明的设备按以下方式工作。
发光器110不断地接收从脉冲发生器100或者从微型计算机140B输出的图5所示的基准脉冲信号Pin，从而周期性地发射脉冲入射光。来自发光器110的脉冲入射光通过底座206的小孔208而被发射到最低位数轮30a上。在该情况下，基准脉冲信号Pin的脉冲周期Tin与最低位数轮30a的转速有关。首先，令反射带40的长度与指示轮30a的周长的比为“A”(0∠A∠1)，并且设定最高转速的轮30a的循环间隔/转动周期为“B”(秒)。在该情况下，为了使光传感器120可以检测到轮30a的至少一个循环，必须使数字轮30a在旋转过程中使反射带40至少两次反射脉冲光。因此，基准脉冲信号Pin的脉冲周期Tin被设定得满足公式Tin＞2AB(秒)。此外，基准脉冲信号Pin的脉冲宽度Pd被设定得大于发光器110或者光传感器120的响应速度，而小于基准脉冲信号Pin的脉冲周期Tin。在该情况下，发光器110或者光传感器120的响应速度通常被设定为数微秒到几十微秒。
上述的光传感器120设计得，只有当其检测到来自反射带40的反射光时，才输出脉冲信号Pout。也就是说，当轮30a的反射带40或其所谓的“反射部分”未处在底座206的小孔208的位置时，来自发光器110的入射光几乎完全由轮30a的无反射带40的其余部分，即所谓的“非反射部分”所吸收，同时由该非反射部分局部地和无规律地反射。因此，在上述状态下的光传感器120不会输出任何脉冲。
当用户不断地使用电能、燃气或者水时，最低位数轮30a将不断地转动，因此，可使轮30a的反射部分重复性地位于底座206的小孔208处，即使反射部分在小孔处出现的间隔不规律时也是如此。也就是说，当轮30a转动时，轮30a的反射部分和非反射部分交替地位于底座206的小孔208处。当轮30a的非反射部分完全通过小孔208，而轮30a的反射部分又一次到达小孔208时，如图5b所示，于在先的非脉冲间隔之后，一个按照来自光传感器120的输出脉冲信号Pout的波形的脉冲间隔重新出现。相反，当轮30a的反射部分完全通过小孔208，并且轮30a的非反射部分重新到达小孔208时，如图5c所示，在来自光传感器120的输出脉冲信号Pout波形的在先脉冲间隔之后，一个非脉冲间隔重新出现。简要来说，当轮30a的圆周表面按照反射部分→非反射部分→反射部分的顺序连续地通过底座206的小孔208时，光传感器120以脉冲间隔→非脉冲间隔→脉冲间隔的形式输出脉冲信号，如图5d所示。
如图5d所示，当轮30a的位于底座206的小孔208的部分从反射部分转换成非反射部分，或者从非反射部分转换成反射部分时，来自光传感器120的输出脉冲信号的脉冲周期迅速地增加或者减小。因此，本发明的微型计算机140A或者140B被设定得，每当来自光传感器120的输出脉冲信号Pout的脉冲周期迅速增加或者减小时，便可确定轮30a转动一圈。
详细来说，本发明的微型计算机140A或者140B接收一个来自信号放大器130A的放大的输出脉冲信号P′out，或者接收一个来自光传感器120的输出脉冲信号Pout，并且按照下述两种方法识别输出脉冲信号P′out或者Pout。在第一种方法中，微型计算机140A或者140B通过一个中断口接收输出脉冲信号P′out或者Pout，因此可在不停地操作的同时识别出输出脉冲信号P′out或者Pout，。在第二种方法中，微型计算机140A或者140B通过一个数据口接收输出脉冲信号P′out或者Pout，同时定时地询问数据口，以便识别出输出脉冲信号P′out或者Pout。在该情况下，必须使数据口的询问周期比基准脉冲信号Pin的脉冲周期足够短。在第一种方法中，必须使基准脉冲信号Pin的脉冲宽度Pd比微型计算机140A的指令处理时间，或者处理三个命令所要求的时间长，并且因此，基准脉冲信号Pin的脉冲宽度Pd比第二种方法的长。微型计算机140A或者140B不断地检查和比较输出脉冲信号P′out或者Pout的脉冲周期。也就是说，微型计算机140A或者140B比较在先间隔和现时间隔之间的脉冲周期与基准数据的差别，因此可识别非反射间隔→反射间隔→非反射间隔的变化，并确定具有反射带40的轮30a是否完成了一圈。在本发明中，来自光传感器120的输出脉冲信号Pout的脉冲周期的迅速变换(其被用作可使微型计算机确定出轮30a的一个循环的参考计时)，最好是适当地根据反射带40的长度、施加在发光器110上的基准脉冲信号Pin的脉冲周期、以及轮30a的转圈间隔来设定。在通常情况下，最好是，将允许微型计算机确定出轮30a转动一圈的参考计时设定为，当来自光传感器120的输出脉冲信号Pout的脉冲周期迅速增加两倍或者更多、或者迅速减少1/2倍或者更多时的一个时间。简要来说，在设定上述的参考计时时，下面两项事项必须予以考虑。也就是说，首先，如上所述，有必要将反射带40的长度设定为轮30a周长的1/10-1/3。其次，还必须将使微型计算机可确定出轮30a转动一圈的参考计时设定为，当来自光传感器120的输出脉冲信号Pout的脉冲周期迅速增加两倍或者更多、或者迅速减少1/2倍或者更多时的一个时间。
当用户不使用电能、燃气或者水时，轮30a不转动，因此轮30a的反射部分或者非反射部分一直位于底座206的小孔208处。在该情况下，脉冲间隔或者非脉冲间隔可能连续处于输出脉冲信号Pout的波形。因此，没有输出脉冲信号Pout的脉冲周期的迅速变换。这可使微型计算机140A或者140B可以确定出轮30a没有转动。
如上所述，本发明提供了一种用于计算计量仪表的标示转动数字轮的转数的设备。上述的设备包括一个反射带，一个脉冲发生器，一个轮转数检测装置，一个输出信号放大器和一台微型计算机。在该设备中，来自轮转数检测装置的输出脉冲信号可以多样和优先地予以使用。例如，当输出脉冲信号直接应用于供应商的主计算机系统时，供应商可以省却必须由供应商的代理人所完成的惯用检查方法，而采用这种惯用检查方法时，代理人在访问用户住址的同时还要忍受诸多不便。另一方面，输出脉冲信号可以用于，安装在公寓大楼或者远离各用户住处的多住所单元的入口处的独立的计算器上。在该情况下，计算器计算电能、燃气或者水的消耗量，并将指示消耗量的数字显示在LCD显示器上，因此，可使供应商的代理人简单、容易和迅速地检查分别表示多个用户的、显示在多个LCD显示器上的数字，而无需逐个地访问用户住处。
另外，本发明的设备可以容易和简单地用于现有的计量仪表，而无需更换一个新的计量仪表，或者使计量仪表在结构上有所变化。这对供应商和用户都是非常方便的。
再则，用于驱动该设备中的发光器的输入信号是脉冲信号，因此，与惯用的远程检查系统相比，其可以有效地减少采用本发明设备的远程检查系统的电能消耗，并大大减少该系统的维修费用。
尽管为了解释的目的公开了本发明的较佳实施例，但是，本技术领域中的普通技术人员将可以理解，在不脱离如在后附的权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，还可以作出各种改进，添加和替换。
权利要求
1.一种用于计算计量仪表的转动数字轮转数的设备，其特征在于，它包括一个连接在至少一个标示数字轮的圆周表面上并且适于反射入射光的反射带；一个输出一基准脉冲信号的脉冲发生器；一个转数检测装置，它根据来自脉冲发生器的基准脉冲信号发射所述的入射光，并将来自所述反射带的反射光转换成一输出脉冲信号；以及用于检查由转数检测装置提供的输出脉冲信号的脉冲和非脉冲间隔的迅速变换的转数计算装置，从而可计算具有反射带的标示数字轮的转数。
2.一种用于计算计量仪表的转动数字轮转数的设备，其特征在于，它包括一个连接在至少一个标示数字轮的圆周表面上并且适于反射入射光的反射带；一个转数检测装置，它根据一基准脉冲信号发射所述的入射光，并将来自所述反射带的反射光转换成一输出脉冲信号；以及一个转数计算装置，用于将所述基准脉冲信号输送给转数检测装置，并检查由转数检测装置提供的输出脉冲信号的脉冲和非脉冲间隔的迅速变换，从而可计算具有反射带的标示数字轮的转数。
3.如权利要求1或者2所述的设备，其特征在于，所述的转数检测装置包括一个光屏蔽件，它包括一个盖子和一个底座，盖子和底座组装在一起形成一个具有不透光的密封空腔的单件结构，所述的底座安装在标示数字轮上方的一个位置处，其安装方式使得，底座不与标示数字轮的转动动作相干涉，同时，一个小孔形成在所述底座上与标示数字轮对齐的位置处，以及一个隔板从所述盖子的顶壁的内表面垂直地延伸，直至达到所述小孔附近的位置处，从而将光屏蔽件的密封空腔分隔成第一和第二部分；一个发光器，它安装在盖子的内表面上，位于所述的分开的密封空腔的第一部分内，并且适于根据基准脉冲信号发射入射光；以及一个光传感器，它安装在盖子的内表面上，位于分开的密封空腔的第二部分内，并适于传感来自反射带的反射光和提供输出脉冲信号。
4.如权利要求1或者3所述的设备，其特征在于，它还包括一个适于将由转数检测装置提供的输出脉冲信号放大的信号放大器。
5.如权利要求1或者3所述的设备，其特征在于，所述的转数计算装置是一微型计算机或者一中央处理器。
6.如权利要求1或者3所述的设备，其特征在于，所述的转数计算装置被设定得，每当输出脉冲信号的脉冲周期迅速增加两倍或者更多、或者迅速减少1/2倍或者更多时，可以确定出标示数字轮完成一个转动循环。
全文摘要
一种计算计量仪表转动数字轮转数的设备。其中,一反射带连接在标示数字轮的圆周表面上并反射入射光。一脉冲发生器输出一基准脉冲信号,一转数检测装置根据基准脉冲信号发射入射光,并将来自反射带的反射光转换成输出脉冲信号。用作转数计算装置的微型计算机或中央处理器检查转数检测装置提供的输出脉冲信号的脉冲和非脉冲间隔的迅速变换,因此可计算标示数字轮的转数。由该设备提供的数据可在计量仪表的远程检查系统中有效地利用。
文档编号G01P3/36GK1270313SQ00100460
公开日2000年10月18日 申请日期2000年1月31日 优先权日1999年4月14日
发明者李秉哲 申请人:李秉哲