专利名称：仪表测试电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及仪表测试电路，尤其涉及用于确定电度表的精确运行的仪表测试电路和传感器。
家用和其它用途的电度表有两种基本类型。第一种类型是电动机械式电度表，它具有转动盘。该转动盘上有指示标记，每单位时间内的转数表示用户消耗的电能，其中向用户的房屋供电的电源由该仪表监视。该电度表一般带有一个覆盖其正面的玻璃罩，通过该玻璃罩可以看到电度表内的转动盘和其它部件。
这种仪表有许多不同种类，不同品牌的电度表的玻璃罩的样式、玻璃罩与转动盘之间的距离和其它结构性能存在相当大的差别。另外，这些电度表工作在诸如热、光和电气噪声的不同环境条件下。
另一种类型是电子式电度表，它带有闪烁灯或发光二极管(LED)，它们可提供电能消耗率的可视性指示。
为了提供在预定时间段内所消耗的电能的指示以便测试或监视，经常需要记录数据。目前用于这种用途的已知设备包括一个用于向电度表转动盘上的指示标记直接发射光或红外射线的发射器，并具有一个每当检测到指示标记时能产生响应的检测器。该设备的输出端可以耦合到数据记录器上。在监视电子式电度表工作的场合，监视或测量设备中不需要发射器。
这些已知设备用起来不方便，它们需要精确定位和准确安装到被测试的仪表上。通常很难做到这一点，因为不同品牌的电度表在物理结构上存在很大差异。发射器通常发射稳定的恒定强度光，环境条件的变化会对它的作用产生不利影响。
本发明概述本发明的目的是提供一种仪表测试电路和传感器，它们至少能把上述不利条件降到最小。
按照本发明的一个方面，提供了用于仪表测试电路的测试传感器，该传感器包括背面、发射器、第一接收器、暗接收器和指示器。其中，发射器和第一接收器装在背面上，暗接收器用于响应环境条件的影响以便消除第一接收器所接收到的信号中的至少一部分环境影响，当传感器被装到被测试仪表上并与被测试仪表对准时指示器可以提供指示。
按照另一个方面，本发明提供了一个仪表测试电路，它包括具有发射器和接收器的传感器，发射器控制器和信号处理器。其中，发射器控制器用于根据被测仪表控制发射器的输出信号的强度和用于起动发射器使它产生输出信号，信号处理器用于接收来自接收器的输出信号并根据该输出信号确定仪表转动盘上的指示标记的出现或确定仪表上的指示器的闪烁。
发射器与接收器可以发射与接收任何合适的辐射光。最好包括红外线。发射器可以包括红外发射二极管而接收器则可以包括光敏晶体管。
暗接收器或“盲”接收器是与上述接收器相同的设备，这两个接收器紧挨在一起以便两者接收同样的噪声源。这样，第一所述接收器可以提供对噪声和检测到的红外线的响应输出信号而盲接收器则只对噪声起响应。可以将这些接收器的输出信号相减以便基本消除噪声影响。
传感器包括一个指示器，只要检测到指示标记或指示器闪烁，它就提供准确的可视输出信号。这便于传感器与被测仪表准确对齐。
信号处理器最好包括高增益放大器和差分放大器。高增益放大器用于放大第一所述接收器和盲接收器的输出信号，而差分放大器则将一个输出信号减去另一个输出信号以便减小噪声的影响。
信号处理器最好包括滤波器和滤波器输出信号的分析电路以便提供对仪表指示标记或闪烁指示器的检测信号。该处理器可以包括整流器、电平保持电路和峰谷检测器。
发射器控制器不仅能保证发射器提供脉冲输出信号而且还能根据被测仪表控制输出信号的强度。这样就可以控制发射器消耗的电能。发射器的脉冲发生占空系数最好小一些，一般为0.8％。脉冲频率相对于转动盘的转动速度或相对电子式电度表上的指示器的闪烁频率来说要高一些。
处理器最好将从接收器上按收到的信号的幅值与参考值进行比较从而产生用于控制发射器强度的信号。
附图的简要说明现在将举例说明本发明的优选实施例，其中
图1、2和3是本发明实施例中的传感器的正视图、侧视图和背视图；图4是包括图1、2和3所示传感器的仪表测试电路的方框图；图5是用于传感器的电路的详细电路图；图6是用于图4所示方框图的另一部分详细电路的详细电路图；图7是用于图4所示方框图的另一部分详细电路的详细电路图；和图8是用于图4所示方框图的微机电路的电路图。
优选实施例的详细说明图1、2和3示出了传感器10。该传感器10的背面11装有两个便于将传感器吸附在电度表的玻璃罩上的吸碗12、13。辐射光发射器和辐射光接收器装在背面，它们面向传感器可以附着的电度表玻璃罩。这些图中没有画出发射器和接收器。
传感器含有圆柱体14和正面15。正面15上有一个指示器，通常为LED16。当传感器10被正确地相对于电度表定位时，只要接收器检测到电度表转动盘上的指示标记的出现，LED16就会闪烁。在使用电子式电度表而不是带转动盘的电度表的场合，当传感器被正确对准电度表时，接收器可以检测到电度表上的指示器的闪烁，只要电度表上的指示器闪烁，指示器16就会闪烁。
电气引线17将传感器耦合到仪表测试电路的其它电路上。
图4示出了本发明的仪表测试电路的方框图。接收器20通常是带有放大器的光敏晶体管，它能对来自电度表的转动盘或LED指示器的发射光起响应。接收器20的放大输出信号代表对转动盘上的指示标记或对电子式电度表上的LED闪烁的检测信号。
该电路具有两种工作模式1、机械式仪表工作模式，2、电子式仪表工作模式。
接收器的差分输出信号通过差分放大器与滤波器21进行调节。该滤波器通常是高通滤波器，它的输出信号被输入到增益控制单元22中。单元22的输出信号被输入到峰值保持电路23和比较器中。峰值保持电路23的输出信号被输入到模/数转换器(ADC)24。ADC的输出信号是一个代表峰值保持电路23的输出信号的数字信号。
下面对机械仪表工作模式加以说明。
在标定流入到被测仪表中的电流的初始周期内，将模/数转换器24的输出信号与参考信号进行比较以便控制数/模转换器26的输出信号。DAC26的输出信号被电压/电流转换器27转换成电流脉冲信号。微机25允许转换器27工作。电压/电流转换器27的输出端用具有0.8％典型占空系数的脉冲驱动发射器电路28。发射器的脉冲频率要比机械式电度表的转动盘的正常转动速度高得多。
下面对电子式仪表工作模式加以说明。微机25通过其管脚PEO的输出信号禁止电压/电流转换器27工作从而停止发射器28的任何发射。将模/数转换器24的输出信号与参考信号进行比较以便控制数/模转换器26的输入信号。
通过比较器29对数/模转换器26的输出信号与增益控制单元22的输出信号进行比较。微机25的输出PC0控制增益控制单元22的输出信号幅值。比较器29的输出信号被输入到计算机25的PA2端子上与程序中设定的限制及输入到计算机25的PD2端子上的模/数转换器的输出信号进行比较。
在计算机中已经编制了用于区分接收器输出信号的峰值与谷值的程序，当峰值与谷值之间的差值超过预定值时，计算机的输出端PC3将输出一个表示已检测到转动盘上的指示标记或检测到电子式电度表上的LED闪烁信号的输出信号。该输出信号可以耦合到数据记录器(没有表示出)上。
图5示出了传感器所采用的更详细的电路。当本发明电路用于带转动盘的电度表时，发射器由发光二极管(LED)L1组成，这种发射器用于把发射光射向转动盘。这样，在转动盘的每个转动周期中都能检测到指示标记的出现。当被测电度表是带LED指示器的电子式电度表时，LED指示器的闪烁频率就表示被消耗的电能。因此不需要传感器L1。
两个接收光敏晶体管Q1和Q用于检测电度表转动盘上的指示标记或电子式电度表的LED闪烁。接收器Q2被掩盖起来并只对噪声、环境条件和其它与指示标记或LED的闪烁的出现无关的因素起响应。接收器Q1和Q2象图中所示的那样连接起来以便提供信号SIGL和SIGH，这两个信号可以相减以便消除噪声影响。放大器Q11A被连接成比较器，它驱动来自Q1和Q2的输入信号，并对Q1进行控制以使其不在环境光条件下饱和。电压跟随器U12A和U12B提供低阻抗差分输出。当晶体管Q2趋于关断时跟随器U12A输出高电平信号，当晶体管Q1趋于导通时跟随器U12B输出低电平信号。晶体管Q3及其相关元件起着恒流源的作用，它保证晶体管Q1和Q2不会同时导通。
图6示出了被施加到各个高通滤波上的跟随器U12A和U12B的输出，其中各个高通滤波器分别由电容C1与电阻R1和电容C2与电阻R2所组成。滤波器的输出信号被施加到差分放大器U1A上。这些滤波器和放大器U1A构成了图4所示的块21。场效应晶体管TR4和放大器U1B构成了图4所示的增益控制块22。放大器U1B的增益为10。当FET TR导通时其增益就为1/10。FET TR4的导通由来自计算机25的信号PCO所控制(见图4)。
放大器U2A、二极管D1和电容C5起着峰值检测器的作用，它们构成了图4所示的峰值保持块23。电容C10和电阻R14消除了峰值保持器与放大器U1B之间的相互影响。晶体管TR1用于使电容C5周期性放电。当信号PC1使晶体管TR1导通时，电容C5就放电。放大器U2B构成缓冲器，它将峰值检测器的输出信号耦合到图4中的模/数转换器24上。
图6示出了来自计算机25的信号PC2。该信号使晶体管TR2产生用于控制图1中的LED16的信号INDLED，以便指示传感器10已经被放置在相对于电度表的合适位置上。信号PC3控制晶体管TR3产生一个表示已经检测到转换盘上的指示标记或电子式电度表上的LED闪烁信号的输出信号。
U2C是图4中的比较器29。图6所示的连接器1和2的连接关系如图6左下方所示。
图7示出了本发明的仪表测试电路的电源电路。稳压器U3提供稳定的+10V和-10V电压。稳压器U5提供稳定的-5V电压。稳压器U6和U4分别提供稳定的10V和5V电压。滤波电容C28、C29、C17、C18和C19与稳压器相联。
图8示出了微机U10的详细情况。计算机U10的复位信号来自器件U8。放大器U2D和晶体管TR5将电压源转换成电流源。电阻R19和R24到R31的输入信号PB0到PB7来自计算机U10。该电阻网络构成图4所示的数/模转换器26。电压/电流转换器代表图4中的块27。输出信号IRLED控制图5中的LED L1并根据被测电度表提供一个强度可变的输出信号。晶体管TR6受来自计算机U10的输入信号PEO的控制，当晶体管TR6导通时，电压/电流转换器就开始工作。这样，该转换器就得到了控制以便当本发明电路用于电子式电度表时使发射器L1(图5)不工作。
图4方框图所示的并且在图8中以U10更加详细表示的计算机25按照下列方式工作。端子PEO通过上拉电阻耦合到+5V上。为了使本发明电路以机械式电表模式工作，PEO到FET TR6的连接线电平位于+5V，于是FET TR6将地电势耦合到电阻R30的一端从而使电压/电流转换器起作用。当PEO被耦合到地电势时，TR6不导通，于是电压/电流转换器被禁止。
一开始就要对计算机的操作进行标定以便建立起谷值(对机械式电表模式)和峰值(对电子式电表模式)。同样也需要建立谷值或峰值持续时间。当为计算机设置这样的测试功能时，只有当所要求的搜索限制范围内的峰值或谷值持续一段所要求的时间时端子PC3上才产生一个向数据记录器提出申请的输出信号。这种信息可以提供精确读取电度表读数的指示。
权利要求
1.一种用于仪表测试设备与电路的传感器，该传感器具有背面、发射器、第一接收器、第二接收器和指示器，其中，发射器和第一接收器装在背面上，第二接收器用于响应环境条件的影响以便消除第一接收器所接收到的信号中的至少一部分环境影响，指示器用于当传感器被装到被测试仪表上并完全与被测仪表对准时提供指示。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中发射器是红外光发射二极管，接收器是相同的光敏二极管或光敏晶体管。
3.根据权利要求1所述的传感器，其中指示器是装在传感器正面的发光二极管。
4.根据权利要求1所述的传感器，包括一个或多个装在背面的吸碗，用于将传感器吸附到仪表上，使背面向着仪表。
5.一种仪表测试电路，它包括权利要求1到4中的任一项所述的传感器，还包括用于提供DC信号的电路和一计算机，其中DC信号的幅值表示来自第一接收器的信号，计算机可以选择测试电路的功能，当选择机械式仪表测试功能时允许发射器发射并且控制发射强度，当选择电子式仪表时禁止发射器发射。
6.根据权利要求5所述的仪表测试电路，其中计算机负责检测谷值或峰值，谷值表示检测到机械式仪表转动盘上的指示标记，峰值表示来自电子式仪表的可视性指示，谷值或峰值检测过程持续一段预定时间。
7.根据权利要求6所述的仪表测试电路，其中计算机提供用于耦合到数据记录器上的输出信号。
8.根据权利要求6所述的仪表测试电路，包括被耦合到第一接收器和第二接收器上的滤波器与放大器，从而在放大器中将第一接收器的输出信号减去第二接收器的输出信号从而使噪声与环境条件对第一接收器的影响最小。
9.根据权利要求8所述的仪表测试电路，其中放大器的输出信号被耦合到增益控制单元上，增益控制单元的增益由计算机控制。
10.根据权利要求9所述的仪表测试电路，包括被耦合到增益控制单元上用于提供DC信号的峰值保持电路。
11.根据权利要求10所述的仪表测试电路，包括用于将DC信号转换成数字信号并把该数字信号耦合到计算机上的模/数转换器(ADC)。
12.根据权利要求11所述的仪表测试电路，包括由计算机控制的数/模转换器(DAC)，它被耦合到发射器上以便控制发射器输出信号的强度。
13.根据权利要求12所述的仪表测试电路，其中DAC输出信号与增益控制单元的输出信号在比较器中进行比较，比较器的输出信号被耦合到计算机上与程序设定的限制值进行比较从而使发射器的发射强度得到调节。
全文摘要
一种用于监视电度表的仪表测试电路。该电路具有可吸附到仪表上的传感器,包括一个发射器(L1)、两个接收器(Q1、Q2)和一个指示器,指示器表示传感器相对于仪表的合适位置。该电路检测机械式仪表转动盘上的指示标志或电子式仪表上的指示器所发生的光并控制发射器的发射强度以及输出一个表示标志或光检测的输出信号。
文档编号A63B29/02GK1202250SQ96198308
公开日1998年12月16日 申请日期1996年11月8日 优先权日1995年11月15日
发明者戴维·贝克, 彼得·约翰·帕特里奇 申请人:东南昆士兰电气有限公司