一种可检测故障的线圈感应式水表的制作方法

本发明属于水表技术领域，特别是涉及一种可检测故障的线圈感应式水表。

背景技术：

目前水表计量多是采用干簧管、霍尔元件、韦根传感器，但由于干黄管固有的机械特性、使用寿命及抗振性受到影响，而霍尔元件是电流太大，也存在低或高流速的频率响应问题；韦根传感器存在磁阻大的缺点，极易吸附住叶轮增加始动流量，且价格昂贵。因此现有远传水表采用无线圈感应的原理将机械表齿轮转动或指针的转动转化为电脉冲信号，例如中国专利cn201810125788.7公开了一种无磁远传水表，专利cn100535603c公开了一种感应式角位传感器，其在水表基表的转动轴(a)上设置半圆形钢片(4a)或部分金属化的圆盘(4)，水表本体玻璃上方(与圆盘平行)设置外部电感线圈以及均匀设置在外部电感线圈(初级线圈)内的4个电感线圈(2对次级线圈)，如图1所示，通过检测成对电感线圈的电压差计量水流量。

在工业用水、生活用水领域，感应线圈及电路元器件等精密部件受到碰撞或腐蚀会产生轻微损坏，这种损坏会降低线圈感应式水表的计量精度，严重的故障或损坏会导致水表流量计算出现错误，给消费者和供水方带来损失。因此需要一种能够检测故障的线圈感应式水表方案。为此，提出一种可检测故障的线圈感应式水表。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有线圈感应式水表不能检测故障的问题，提出一种可检测故障的线圈感应式水表。

本发明采用背景技术中描述的线圈感应式水表，包括本体、安装在表盘内与表盘内的指针同轴转动的非圆金属片和位于非圆金属片正上方的计量模块；所述计量模块包括单片机和与单片机电连接的用于脉冲信号收发的电感线圈以及用于检测感应电压差的电路；所述电感线圈包括用于脉冲信号发射的初级线圈和用于脉冲信号接收的多对次级线圈；单片机根据每个采样时刻每对次级线圈的感应电压差数据计算水流量。本发明在上述单片机中加入检测故障的程序。

本发明的线圈感应水表检测故障的方法，包括以下步骤：

获取感应电压差数据及计算电压差计量值：次级线圈对的数量记为n，按照事先设置的采样时间间隔t0获取各次级线圈对的感应电压差，用变量vi表示，其中i是次级线圈对的编号，1≤i≤n；判断感应电压差vi与事先设置的计量阈值v的大小，若vi>v，则该感应电压差的计量值为1，若vi＝v，则该感应电压差的计量值为0，vi<v，则该感应电压差的计量值为-1。

所述事先设置的采样时间间隔t0小于非圆金属片的转动半圈所用的时间。

生成分段电压差向量序列：统计各次级线圈对的感应电压差计量值并以此计算周期值，用变量p表示；将每个周期分为多段子周期，子周期的数量记为m，将子周期按照时间先后顺序编号为j，1≤j≤m；获取各次级线圈对各子周期内采样的感应电压差计量值，子周期内感应电压差计量值的数量用变量n表示，各子周期内的感应电压差计量值用变量vijk表示，1≤k≤n；根据各次级线圈对各子周期内的感应电压差计量值生成分段电压差向量序列aij＝(vij1,vij2,…,vijk,…vijn)。

所述子周期的数量其中d是事先设置的分段阈值且满足d≥t0；所述子周期内感应电压差计量值的数量

计算电压差向量序列之间的距离：获取事先设置的水表正常工作时一个周期内各次级线圈对的电压差向量序列，将其按照子周期分段得到标准分段电压差向量序列，用bij表示，(例如，取水表出厂时检测的各次级线圈对的电压差向量序列，将该序列作为标准电压差向量序列)，标准分段电压差向量序列中的感应电压差计量值用变量uijk表示，1≤k≤n；计算各次级线圈对的分段电压差向量序列aij与标准分段电压差向量序列bij之间的距离，用变量sij表示。

所述各次级线圈对的分段电压差向量序列aij与标准分段电压差向量序列bij之间的距离或

所述各次级线圈对的分段电压差向量序列aij与标准分段电压差向量序列bij之间的距离

判断水表是否出现故障及识别故障位置：判断距离sij是否大于事先设置的距离阈值s，若是，则判定其对应的次级线圈对存在数据异常，根据次级线圈对的距离sij计算次级线圈对的偏离值，用变量φi表示，判断次级线圈对的偏离值φi是否小于事先设置的偏离阈值l，若是，则判定水表出现故障，故障位置为该次级线圈对所在位置；否则判定水表没有出现故障(即便大于阈值s也只是线圈感应电压检测误差而非故障)。

所述各次级线圈对的偏离值

本发明的一种线圈感应式水表，包括：

水表本体；

一个或多个处理器；

可读存储介质；以及

一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在可读存储介质中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行上述方法。

本发明的方法具有的优点是：

(1)相比传统的处理方式，通过计算感应电压差数据计量值及生成电压差向量序列，对各次级线圈对的电压差数据进行数字化和统计学处理，计算复杂度低。

(2)通过次级线圈对不同子周期内电压差向量序列与标准序列的距离以及距离的偏离值，可以有效地判断水表是否出现故障以及识别故障的位置。

附图说明

图1是背景技术中线圈感应式水表结构图；

图2是本发明实施例一的两对次级线圈的电压差计量值显示图；

图3是本发明实施例的线圈感应水表检测故障的方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明优选实施例作详细说明。

本发明采用背景技术中描述的线圈感应式水表，包括本体、安装在表盘内与表盘内的指针同轴转动的非圆金属片和位于非圆金属片正上方的计量模块；所述计量模块包括单片机和与单片机电连接的用于脉冲信号收发的电感线圈以及用于检测感应电压差的电路；所述电感线圈包括用于脉冲信号发射的初级线圈和用于脉冲信号接收的多对次级线圈；单片机根据每个采样时刻每对次级线圈的感应电压差数据计算水流量。本发明实施例在上述单片机中加入检测故障的程序。

实施例一、一种线圈感应水表检测故障的方法。

本实施例一中，非圆金属片为半圆的金属片，4个次级线圈分为两对相互串联且反相连接。

本实施例的线圈感应水表检测故障的方法，包括以下步骤：

获取感应电压差数据及计算电压差计量值：次级线圈对的数量记为n，按照事先设置的采样时间间隔t0获取各次级线圈对的感应电压差，用变量vi表示，其中i是次级线圈对的编号，1≤i≤n；判断感应电压差vi与事先设置的计量阈值v的大小，若vi>v，则该感应电压差的计量值为1，若vi＝v，则该感应电压差的计量值为0，vi<v，则该感应电压差的计量值为-1。

所述事先设置的采样时间间隔t0小于非圆金属片的转动半圈所用的时间。本实施例中，次级线圈的对数n＝2，两对次级线圈分别编号为1、2；事先设置的采样时间间隔t0＝0.1秒，某时刻获取每对次级线圈的感应电压差数据，v1＝7毫伏，v2＝10毫伏，事先设置的计量阈值v＝5毫伏，则两对次级线圈的感应电压差计量值为1。

生成分段电压差向量序列：统计各次级线圈对的感应电压差计量值并以此计算周期值，用变量p表示；将每个周期分为多段子周期，子周期的数量记为m，将子周期按照时间先后顺序编号为j，1≤j≤m；获取各次级线圈对各子周期内采样的感应电压差计量值，子周期内感应电压差计量值的数量用变量n表示，各子周期内的感应电压差计量值用变量vijk表示，1≤k≤n；根据各次级线圈对各子周期内的感应电压差计量值生成分段电压差向量序列aij＝(vij1,vij2,…,vijk,…vijn)。

所述子周期的数量其中d是事先设置的分段阈值且满足d≥t0；所述子周期内感应电压差计量值的数量本实施例中，统计各次级线圈对的感应电压差计量值，得到两个电压差计量值显示图，如图2所示，并以此计算周期p＝0.8秒，事先设置的分段阈值d＝0.2，m＝0.8/0.2＝4，每个周期分为4段子周期，将子周期按照时间先后顺序编号为j，1≤j≤m；获取各次级线圈对每段子周期内的感应电压差计量值，子周期内感应电压差计量值的数量n＝各子周期内的感应电压差计量值用变量vijk表示，1≤k≤2，以此生成各次级线圈对的分段电压差向量序列，a11＝(1,0),a12＝(1,-1),a13＝(-1,0),a14＝(1,1)，a21＝(1,1),a22＝(1,1),a23＝(-1,-1),a24＝(-1,0)。

计算电压差向量序列之间的距离：获取事先设置的水表正常工作时一个周期内各次级线圈对的电压差向量序列，将其按照子周期分段得到标准分段电压差向量序列，用bij表示，标准分段电压差向量序列中的感应电压差计量值用变量uijk表示，1≤k≤n；计算各次级线圈对的分段电压差向量序列aij与标准分段电压差向量序列bij之间的距离，用变量sij表示。

所述各次级线圈对的分段电压差向量序列aij与标准分段电压差向量序列bij之间的距离或

所述各次级线圈对的分段电压差向量序列aij与标准分段电压差向量序列bij之间的距离本实施例中，事先设置的水表正常工作时一个周期内各次级线圈对的电压差向量序列分别为，b1＝(1,0,-1,-1,-1,0,1,1)，b2＝(1,1,1,0,-1,-1,-1,0)，将其按照子周期分段得到标准分段电压差向量序列为b11＝(1,0),b12＝(-1,-1),b13＝(-1,0),b14＝(1,1)，b21＝(1,1),b22＝(1,0),b23＝(-1,-1),b24＝(-1,0)；计算距离

判断水表是否出现故障及识别故障位置：判断距离sij是否大于事先设置的距离阈值s，若是，则判定其对应的次级线圈对存在数据异常，根据次级线圈对的距离sij计算次级线圈对的偏离值，用变量φi表示，判断次级线圈对的偏离值φi是否小于事先设置的偏离阈值l，若是，则判定水表出现故障，故障位置为该次级线圈对所在位置；否则判定水表没有出现故障(即便大于阈值s也只是线圈感应电压检测误差而非故障)。

所述各次级线圈对的偏离值本实施例中，事先设置的距离阈值s＝0.2，其中s12＝2>s，s22＝1>s，判定两对次级线圈对都存在数据异常，根据次级线圈对的距离sij计算次级线圈对的偏离值，事先设置的偏离阈值l＝0.2，φ1>l，φ2<l，判定水表出现故障，故障位置为编号1的次级线圈对所在位置。

本实施例的线圈感应水表检测故障的方法流程图，如图3所示。

实施例二、一种线圈感应水表检测故障的方法。

本实施例二中，非圆金属片为半圆的金属片，4个次级线圈分为两对相互串联且反相连接。

本实施例的线圈感应水表检测故障的方法，包括以下步骤：

获取感应电压差数据及计算电压差计量值：次级线圈对的数量记为n，按照事先设置的采样时间间隔t0获取各次级线圈对的感应电压差，用变量vi表示，其中i是次级线圈对的编号，1≤i≤n；判断感应电压差vi与事先设置的计量阈值v的大小，若vi>v，则该感应电压差的计量值为1，若vi＝v，则该感应电压差的计量值为0，vi<v，则该感应电压差的计量值为-1。

所述事先设置的采样时间间隔t0小于非圆金属片的转动半圈所用的时间。本实施例中，次级线圈的对数n＝2，两对次级线圈分别编号为1、2；事先设置的采样时间间隔t0＝0.1秒，某时刻获取每对次级线圈的感应电压差数据，v1＝7毫伏，v2＝10毫伏，事先设置的计量阈值v＝5毫伏，则两对次级线圈的感应电压差计量值为1。

生成分段电压差向量序列：统计各次级线圈对的感应电压差计量值并以此计算周期值，用变量p表示；将每个周期分为多段子周期，子周期的数量记为m，将子周期按照时间先后顺序编号为j，1≤j≤m；获取各次级线圈对各子周期内采样的感应电压差计量值，子周期内感应电压差计量值的数量用变量n表示，各子周期内的感应电压差计量值用变量vijk表示，1≤k≤n；根据各次级线圈对各子周期内的感应电压差计量值生成分段电压差向量序列aij＝(vij1,vij2,…,vijk,…vijn)。

所述子周期的数量其中d是事先设置的分段阈值且满足d≥t0；所述子周期内感应电压差计量值的数量本实施例中，统计各次级线圈对的感应电压差计量值，得到两个电压差计量值显示图，如图2所示，并以此计算周期p＝0.8秒，事先设置的分段阈值d＝0.2，m＝0.8/0.2＝4，每个周期分为4段子周期，将子周期按照时间先后顺序编号为j，1≤j≤m；获取各次级线圈对每段子周期内的感应电压差计量值，子周期内感应电压差计量值的数量n＝各子周期内的感应电压差计量值用变量vijk表示，1≤k≤2，以此生成各次级线圈对的分段电压差向量序列，a11＝(1,0),a12＝(1,-1),a13＝(-1,0),a14＝(1,1)，a21＝(1,1),a22＝(1,1),a23＝(-1,-1),a24＝(-1,0)。

计算电压差向量序列之间的距离：获取事先设置的水表正常工作时一个周期内各次级线圈对的电压差向量序列，将其按照子周期分段得到标准分段电压差向量序列，用bij表示，标准分段电压差向量序列中的感应电压差计量值用变量uijk表示，1≤k≤n；计算各次级线圈对的分段电压差向量序列aij与标准分段电压差向量序列bij之间的距离，用变量sij表示。

所述各次级线圈对的分段电压差向量序列aij与标准分段电压差向量序列bij之间的距离或

所述各次级线圈对的分段电压差向量序列aij与标准分段电压差向量序列bij之间的距离本实施例中，事先设置的水表正常工作时一个周期内各次级线圈对的电压差向量序列分别为，b1＝(1,0,-1,-1,-1,0,1,1)，b2＝(1,1,1,0,-1,-1,-1,0)，将其按照子周期分段得到标准分段电压差向量序列为b11＝(1,0),b12＝(-1,-1),b13＝(-1,0),b14＝(1,1)，b21＝(1,1),b22＝(1,0),b23＝(-1,-1),b24＝(-1,0)；计算距离s11＝|a11-b11|＝|1-1|+|0-0|＝0，s12＝|a12-b12|＝|1+1|+|-1+1|＝2，s13＝|a13-b13|＝|-1+1|+|0-0|＝0，s14＝|a14-b14|＝|1-1|+|1-1|＝0，s21＝|a21-b21|＝|1-1|+|0-0|＝0，s22＝|a22-b22|＝|1-1|+|1-0|＝1，s23＝|a23-b23|＝|-1+1|+|-1+1|＝0，s24＝|a24-b24|＝|-1+1|+|0-0|＝0。

判断水表是否出现故障及识别故障位置：判断距离sij是否大于事先设置的距离阈值s，若是，则判定其对应的次级线圈对存在数据异常，根据次级线圈对的距离sij计算次级线圈对的偏离值，用变量φi表示，判断次级线圈对的偏离值φi是否小于事先设置的偏离阈值l，若是，则判定水表出现故障，故障位置为该次级线圈对所在位置；否则判定水表没有出现故障(即便大于阈值s也只是线圈感应电压检测误差而非故障)。

所述各次级线圈对的偏离值本实施例中，事先设置的距离阈值s＝0.2，其中s12＝2>s，s22＝1>s，判定两对次级线圈对都存在数据异常，根据次级线圈对的距离sij计算次级线圈对的偏离值，事先设置的偏离阈值l＝0.2，φ1>l，φ2<l，判定水表出现故障，故障位置为编号1的次级线圈对所在位置。

实施例三、一种线圈感应水表检测故障的方法。

本实施例三中，非圆金属片为半圆的金属片，6个次级线圈分为三对相互串联且反相连接。

本实施例的线圈感应水表检测故障的方法，包括以下步骤：

获取感应电压差数据及计算电压差计量值：次级线圈对的数量记为n，按照事先设置的采样时间间隔t0获取各次级线圈对的感应电压差，用变量vi表示，其中i是次级线圈对的编号，1≤i≤n；判断感应电压差vi与事先设置的计量阈值v的大小，若vi>v，则该感应电压差的计量值为1，若vi＝v，则该感应电压差的计量值为0，vi<v，则该感应电压差的计量值为-1。

所述事先设置的采样时间间隔t0小于非圆金属片的转动半圈所用的时间。本实施例中，次级线圈的对数n＝3，分别编号为1、2、3；事先设置的采样时间间隔t0＝0.1秒，某时刻获取每对次级线圈的感应电压差数据，v1＝7毫伏、v2＝10毫伏、v3＝1毫伏，事先设置的计量阈值v＝5毫伏，则三对次级线圈的感应电压差计量值分别为1、1、-1。

生成分段电压差向量序列：统计各次级线圈对的感应电压差计量值并以此计算周期值，用变量p表示；将每个周期分为多段子周期，子周期的数量记为m，将子周期按照时间先后顺序编号为j，1≤j≤m；获取各次级线圈对各子周期内采样的感应电压差计量值，子周期内感应电压差计量值的数量用变量n表示，各子周期内的感应电压差计量值用变量vijk表示，1≤k≤n；根据各次级线圈对各子周期内的感应电压差计量值生成分段电压差向量序列aij＝(vij1,vij2,…,vijk,…vijn)。

所述子周期的数量其中d是事先设置的分段阈值且满足d≥t0；所述子周期内感应电压差计量值的数量本实施例中，统计各次级线圈对的感应电压差计量值，并以此计算周期p＝0.8秒，事先设置的分段阈值d＝0.2，m＝0.8/0.2＝4，每个周期分为4段子周期，将子周期按照时间先后顺序编号为j，1≤j≤m；获取各次级线圈对每段子周期内的感应电压差计量值，子周期内感应电压差计量值的数量各子周期内的感应电压差计量值用变量vijk表示，1≤k≤2，以此生成各次级线圈对的分段电压差向量序列，a11＝(1,0),a12＝(1,-1),a13＝(-1,0),a14＝(1,1)，a21＝(1,1),a22＝(1,1),a23＝(-1,-1),a24＝(-1,0)，a31＝(-1,1),a32＝(0,-1),a33＝(1,-1),a34＝(0,1)。

计算电压差向量序列之间的距离：获取事先设置的水表正常工作时一个周期内各次级线圈对的电压差向量序列，将其按照子周期分段得到标准分段电压差向量序列，用bij表示，标准分段电压差向量序列中的感应电压差计量值用变量uijk表示，1≤k≤n；计算各次级线圈对的分段电压差向量序列aij与标准分段电压差向量序列bij之间的距离，用变量sij表示。

所述各次级线圈对的分段电压差向量序列aij与标准分段电压差向量序列bij之间的距离或

所述各次级线圈对的分段电压差向量序列aij与标准分段电压差向量序列bij之间的距离本实施例中，事先设置的水表正常工作时一个周期内各次级线圈对的电压差向量序列分别为，b1＝(1,0,-1,-1,-1,0,1,1)，b2＝(1,1,1,0,-1,-1,-1,0)，b3＝(-1,1,1,-1,1,-1,0,1)，将其按照子周期分段得到标准分段电压差向量序列为b11＝(1,0),b12＝(-1,-1),b13＝(-1,0),b14＝(1,1)，b21＝(1,1),b22＝(1,0),b23＝(-1,-1),b24＝(-1,0)，b31＝(-1,1),b32＝(0,-1),b33＝(1,-1),b34＝(0,1)；计算距离

判断水表是否出现故障及识别故障位置：判断距离sij是否大于事先设置的距离阈值s，若是，则判定其对应的次级线圈对存在数据异常，根据次级线圈对的距离sij计算次级线圈对的偏离值，用变量φi表示，判断次级线圈对的偏离值φi是否小于事先设置的偏离阈值l，若是，则判定水表出现故障，故障位置为该次级线圈对所在位置；否则判定水表没有出现故障(即便大于阈值s也只是线圈感应电压检测误差而非故障)。

所述各次级线圈对的偏离值本实施例中，事先设置的距离阈值s＝0.2，其中s12＝2>s，s22＝1>s，判定编号1和编号2的次级线圈对存在数据异常，根据次级线圈对的距离sij计算次级线圈对的偏离值，事先设置的偏离阈值l＝0.2，φ1>l，φ2<l，判定水表出现故障，故障位置为编号1的次级线圈对所在位置。

本发明实施例的一种线圈感应式水表，包括：

水表本体；

一个或多个处理器；

可读存储介质；以及

一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在可读存储介质中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行实施例一或实施例二所述的方法。

当然，本技术领域中的普通技术用户应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明的，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落入本发明的保护范围。