专利名称：一种进行数字化处理的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将模拟量进行数字化处理的装置。
现有的将模拟量进行数字化处理的方式主要有三种1.A/D转换电路法将模拟量先转变为电压或电流信号，再将此信号用A/D转换电路即时转变成数字量，再用计算机接收和记录。由于这种转换是实时的，一旦停电就不能工作，而有许多设备在停电时仍在正常使用，如水表、煤气表等，对这些设备若用上述方法进行数字化处理，将会带来严重误差，恢复供电后，需要对记录的数据进行校正后才能正常工作。
2.转盘编码法将模拟量经齿轮传动，变成编码转盘连续式的旋转角度变化，在垂直于转轴的盘面上，由外向内布置有数圈由低位至高位的、由“0”“1”数码标记组成的编码圈，传感器布置在编码盘的侧面，每个编码圈仅有一个传感器与之相对应，使用时传感器能向外给出编码盘的当前角度值的数字编码，再用计算机接收和记录。按此方法设计的编码器有SZGM-01光电编码器。为进一步提高编码精度，有时会设置高、中、低位等数个编码盘，各编码盘的旋转都是一种连续性的，只是旋转的角度成一定的倍数关系，以便能给出数字化后的二进制数中高、中、低位各段的数值。按此方式设计的编码器有BMQ-2X接触式轴角编码器。此类编码法可以做到停电后不需校正即可恢复正常工作，但还存在下列问题A.由于每个传感器与一个编码圈相对应，因此编码精度与编码圈上的数码标记个数成正比，在数码标记大小一定的情况下，为维持一定的编码精度，编码圈的直径就必须做得比较大，故此类编码器的体积也较大，通常其直径在70～170之间，而现有水表面板的直径仅在70～80之间，若在表内安装此类编码器，体积将会增加数倍之多；B.在编码圈的直径和数码标记大小一定的条件下，一个编码圈上可设定的数码标记个数非常有限，并且每个编码圈仅有一个传感器与之相对应，因此编码器输出值的范围比较小，主要用于将转轴的角度进行数字化编码，故不适用于电表、水表等需要对累计的大数额进行数字化处理的设备。
3.微分编码法将模拟量分解成很多个“基本单位值”，每当模拟量发生一个“基本单位值”的增减变化时，就向外发出一个正脉冲或负脉冲，再由外部的计算机对脉冲进行统计，从而得出当前值，如国家定型生产的“D86-M系列”脉冲式电度表就是采用这种方式，它存在的问题是由于线路故障、停电等情况会导致部分脉冲丢失，并且仪表的当前值和计算机的数字化记录值之间不能自动校验，长期运行后会造成两套系统的“读数”有明显的不同，需要定期进行人工校验，当计算机网络要同时监控几百上千个这样的电度表时，重新校正的工作量是非常大的，为了解决这个问题，人们采用了各种方法来提高系统的可靠性复杂的计算机网络、加装蓄电池等等，尽管使系统的成本大大增加，也未能从根本上解决这个问题。
本发明的目的是提供一种在有线路故障和其它随机干扰的情况下，也不会出现累计误差，停电后亦不需人工校正的、将模拟量进行数字化处理的装置。
为达到上述目的，本发明提出一种新的数字化编码装置它由编码轮组、轮轴、进位齿轮、齿轮轴、转动输入齿轮、数码标记、轮支架、传感器、传感器的安装架组成，编码轮组、转动输入齿轮经轮轴、进位齿轮经齿轮轴安装在轮支架上，模拟量经转动输入齿轮先传递给编码轮组中的低位轮，并将转动输入齿轮的连续式转动，转换成该编码轮的间歇式转动，再由低位轮经进位齿轮按A进制的方式向高位轮传动，编码轮上设有M个传感器可识别的数码标记，并构成与编码轮同轴的编码圈，M为A的整数倍，对每个编码轮用n个传感器来识别其当前位置的数码标记，整数n应使下式成立2n＞A，传感器经安装架固定在轮支架上，以识别数码标记发出的信息。
上述的数码标记可分别由吸光和反光材料制成，传感器由发光元件和光敏元件构成，编码轮旋转到设定位置时，反光材料将发光元件发出的光线反射给光敏元件，并使其动作而发出数码信号。
上述的数码标记可由永磁材料制成，传感器由磁敏元件干簧管或磁敏电阻或霍尔元件或磁敏晶体管构成，编码轮旋转到设定位置时，永磁材料靠近磁敏元件，并使其动作而发出数码信号。
上述的数码标记可由导磁材料制成，传感器由电感元件构成，编码轮旋转到设定位置时，导磁材料靠近电感元件，并使其电感值发生变化而发出数码信号。
上述的数码标记可由硬质材料制成，传感器由微动开关构成，编码轮旋转到设定位置时，硬质材料触动微动开关，接通相关的信号电路。
上述的数码标记可由导电材料制成，传感器由电刷构成，编码轮旋转到设定位置时，电刷与导电材料接触，接通相关的信号电路。
上述的数码标记可由编码轮上的通孔构成，由发光元件和光敏元件构成的传感器分别设置在孔的两侧，编码轮旋转到设定位置时，发光元件发出的光线穿过通孔，直射光敏元件，并使其动作而发出数码信号。
在上述的编码轮的外圆周上印有可供直读的字符。
一种测量设备，包括电表、水表、煤气表等，其内含模拟量测量装置和数字化处理装置，其数字化处理装置由数字化编码装置及控制和译码电路构成，数字化编码装置由编码轮组、轮轴、进位齿轮、齿轮轴、转动输入齿轮、数码标记、轮支架、传感器、传感器的安装架组成，编码轮组、转动输入齿轮经轮轴、进位齿轮经齿轮轴安装在轮支架上，模拟量经转动输入齿轮首先传递给编码轮组中的低位轮，并将转动输入齿轮的连续式转动，转换成编码轮的间歇式转动，再由低位轮经进位齿轮向高位轮传动，数码标记设在编码轮上，并构成与编码轮同轴的编码圈，传感器经安装架固定在轮支架上，以识别数码标记发出的信息，传感器的输出信号接至控制和译码电路，该电路将此信号按计算机通讯接口的协议要求进行处理后，再向外部传输。
一种计算机数据采集装置，包含计算机、传输线、模拟量测量设备等，其模拟量测量设备中的数字化处理装置由数字化编码装置及控制和译码电路构成，数字化编码装置由编码轮组、轮轴、进位齿轮、齿轮轴、转动输入齿轮、数码标记、轮支架、传感器、传感器的安装架组成，编码轮组、转动输入齿轮经轮轴、进位齿轮经齿轮轴安装在轮支架上，模拟量经转动输入齿轮首先传递给编码轮组中的低位轮，并将转动输入齿轮的连续式转动，转换成编码轮的间歇式转动，再由低位轮经进位齿轮向高位轮传动，数码标记设在编码轮上，并构成与编码轮同轴的编码圈，传感器经安装架固定在轮支架上，以识别数码标记发出的信息，传感器的输出信号接至控制和译码电路，该电路将此信号按计算机通讯接口的协议要求进行处理后，经传输线向计算机传输。
采用本发明后，由于模拟量的大小被转变为编码轮组的旋转变化，而被以机械的方式记录下来，故停电不会引起数据丢失；由于编码器是对带直读字符的编码轮的当前记录值进行编码，故任何时候模拟量的现场直读值和电脑记录值之间都是一致的，不需进行校对工作；由于是采用机械式记录，并且每一次向计算机发出的编码值都是根据当前的编码轮的位置重新译码所得，与上一次发出的编码值无关，故线路故障和其它随机干扰等都只能对测量值产生一次影响，而不会产生累计误差。由以上介绍可知，采用本发明后，整个数据采集系统变得十分简单、可靠，成本大大降低，完全免除了定期的校正工作，日常维护工作大大减少；由于编码轮的直径约为20毫米，体积小，易于实施，特别是对电表、水表、煤气表而言，编码器与表中现有的机械计数显示器结构相似，在现有旧表的基础上进行改进也很容易。
以下结合附图和具体实施方式
，对本发明作进一步详细的说明
图1是本发明所述的数字化处理装置的第一个实施方式的示意图；图2是图1的I-I剖面图；图3是图1所示装置安装面板后的正视图；图4是图1所示装置的编码轮和传感器的展开图；图5是图1所示装置采用光电式识别方式时的示意图；图6是图1所示装置采用永磁感应式识别方式时的示意图；图7是图1所示装置采用电感感应式识别方式时的示意图；图8是图1所示装置采用机械触动式识别方式时的示意图；图9是图1所示装置采用机电滑触式识别方式时的示意图；图10是本发明所述的数字化处理装置的第二个实施方式的示意图；图11是图10所示装置的编码轮和传感器的展开图；图12是本发明所述的数字化处理装置的第三个实施方式的示意图；图13是图12的II-II剖面图；图14是图12所示装置的俯视图；图15是图12所示装置的电路原理图；图16是本发明所述的数字化处理装置在电度表中的一个实施方式的示意图；图17是本发明所述的数字化处理装置在水表中的一个实施方式的示意图；图18是本发明所述的数字化处理装置在煤气表中的一个实施方式的示意图；图19是图18所示装置的侧视图；本发明的第一个实施方式的示意图如图1所示。在图1中，编码轮是10进制的进位方式，5个编码轮(5.6.7.8.9)和一个转动输入齿轮(13)经轮轴(10)、进位齿轮(11)经齿轮轴(12)安装在支架(14)上，转动输入齿轮(13)的两个齿盘分置在轮支架(14)的两侧，模拟量经转动输入齿轮(13)输入，并传递给进位齿轮(11)，再传递给个位编码轮(5)，再经进位齿轮(11)逐个向十位、佰位、千位、万位数的编码轮(6.7.8.9)传动，个位编码轮每转动一圈(即10格)，十位编码轮才转动一格，其余同此方式进位，编码轮(5.6.7.8.9)上设有“1”的数码标记(3)和直读字符(4)，直读字符(4)为从0到9的整数，传感器组(2)经安装架(1)固定在轮支架(14)上。
从图2、图3可知，编码轮(9)上设有“1”的数码标记(3)，由(A.B.C.D)4个传感器构成的传感器组(2)成圆弧形布置，并与编码轮(9)共一圆心，经安装架(1)固定在轮支架(14)上，面板(15)上开有观察孔(16)，并用螺丝固定在安装架(1)上，透过观察孔(16)可看到编码轮(9)上的直读字符(4)，在图2中为了说明直读字符与二进制编码的关系，在编码轮的侧面把直读字符(4)在编码轮圆周上的分布用虚线画了出来，由图2可知，现在从观察孔看到的直读数是“1”，传感器组(2)输出的二进制编码是。
图4是编码轮(9)和传感器组(2)的展开图。由于编码轮的旋转是间歇式的，大多数时间都是停在正好显示其直读字符的位置上，当编码器是10进制时，此种位置状态共有10个，而用4个传感器构成的的传感器组可识别16种状态，从图4可知，无论编码轮旋转到什么位置，都只有一个确定的二进制编码与之对应。
图5是光电式识别方式的示意图。在图5中，编码轮上的“1”“0”数码标记分别由反光材料和吸光材料制成，传感器组(2)由发光元件(17)和光敏元件(18)构成，编码轮旋转到设定位置时，反光材料将发光元件发出的光线反射给光敏元件，并使其动作而发出“1”信号。
图6是永磁感应式识别方式的示意图。在图6中，“1”数码标记由永磁材料(21)制成，传感器由磁敏元件(22)干簧管或磁敏电阻或霍尔元件或磁敏晶体管构成，当编码轮旋转到设定位置时，永磁材料(21)靠近磁敏元(22)，并使其动作，发出“1”信号。
图7是电感感应式识别方式的示意图。在图7中，“1”数码标记由导磁材料(23)制成，传感器由电感元件(24)构成，当编码轮旋转到设定位置时，导磁材料(23)靠近电感元件(24)，电感值发生明显变化而发出“1”信号。
图8是机械触动式识别方式的示意图。在图8中，“1”数码标记由硬质材料(25)制成，传感器由微动开关(26)构成，编码轮旋转到设定位置时，硬质材料(25)触动微动开关(26)，使相关的信号电路接通，发出“1”信号。
图9是机电滑触式识别方式的示意图。在图9中，“1”数码标记由导电材料(27)和绝缘材料(28)制成，传感器由电刷(29)构成，编码轮旋转到设定位置时，电刷(29)在导电材料(27)上滑过，使相关的信号电路接通，发出“1”信号。
在图10中，给出了另一个10进制数字化处理装置的实施方式，它的特点是把图1中的传感器组(2)旋转90度，使得(A.B.C.D)4个传感器沿轴向布置，同时加大编码轮(56.7.8.9)的轴向宽度，以便能并排放下4个数码标记，该实施方式能大大缩小传感器组(2)占用编码轮的圆周长度，图11给出了该实施例的编码轮展开图。
图12.13.14给出了第三个实施方式。为进一步缩小编码器的体积，充分利用编码轮之间的空间，该实施方式把发光二极管(41)和光敏三极管(40)组合成T形光电传感器(31)，插入编码轮(32.33.34.35.36)之间的空位，经传感器固定轴(37)和固定片(38)安装到轮支架(14)上，在其顶部还设有接线端子(30)，供输出信号之用，“1”数码标记由编码轮盘面上的通孔(39)构成，发光二极管(41)和光敏三极管(40)分别设置在通孔(39)的两边，当编码轮旋转到设定的位置时，发光二极管(41)的光线穿过通孔(39)直射光敏三极管(40)，并使其动作，而触发“1”信号，与反射式相比，此种直射式的传感器方式工作起来将更稳定可靠。
从上述三个实施方式中，可以发现本发明与转盘编码法的两个明显区别A.转盘码法是将模拟量直接进行转化，探测器的输出信号就是标准的二进制编码，而本发明是用探测器识别指示读数的字轮的当前位置，探测器的输出信号仅是字轮的位置代码，需要经过相应的运算处理后，才能得到标准的二进制编码；B.转盘编码法是将模拟量直接转化为标准的二进制编码，故对一个万位数进行数字化处理时，它仅需要17个探测器，而本发明所需的探测器个数除与要进行转化的位数有关外，还与编码轮组的进位数A有关，当A＝10时，它至少需要20个探测器。
图15是第三个实施方式的电路原理图。在图15中，控制和译码电路(42)经O1、O2端子接收由传输线(43)送来的电源和由计算机(44)发出的访问信号，并与内存地址码进行比较，得到确认后依次导通P1.P2.P3.P4.P5回路中的发光二极管，同时从总线A1.B1.C1.D1处收集各次传回的信息，按计算机(44)通信接口协议的要求进行译码处理，再将处理后的数据经传输线(43)送到计算机(44)做记录和进一步的处理。
图16是本发明在电度表中的一个实施方式。在图16中，本发明所述的数字化编码装置(45)，面板(49)安装在电度表模拟测量装置(51)中的上基架(47)上，经输入输动齿轮(46)输入模拟量，控制和译码电路(50)安装在下基架(48)上，在表的下方设有输入输出插座(52)。
图17是本发明在水表中的一个实施方式。在图17中，水量测量装置(60)为干式水表结构，本发明所述的数字化编码装置(53)安装在面板(54)的下方，控制和译码电路(58)安装在外壳(55)侧面的凹形腔内，数字化编码装置(53)的信号线穿过外壳(55)上的通孔(57)，与控制和译码电路(58)联接，在凹形腔的下方设有输入输出插座(59)。
图18.19是本发明在煤气表中的一个实施方式。图中，煤气测量装置(63)为膜式结构，本发明所述的数字化编码装置(61)安装在表的正前方的电气盒内，控制和译码电路(62)安装在其下方，在电气盒的侧面设有输入输出插座(64)。
当然，本发明所述的数字化处理装置的应用范围不局限于上述三种仪表，若有其它仪表或装置使用了上述装置，也属本发明的保护范围，如河流和水池的水位变化测量值的数字化处理等，在此不再多述。
权利要求1.一种将模拟量进行数字化编码的装置，其特征在于它由编码轮组、轮轴、进位齿轮、齿轮轴、转动输入齿轮、数码标记、轮支架、传感器、传感器的安装架组成，编码轮组、转动输入齿轮经轮轴、进位齿轮经齿轮轴安装在轮支架上，模拟量经转动输入齿轮先传递给编码轮组中的低位轮，并将转动输入齿轮的连续式转动，转换成该编码轮的间歇式转动，再由低位轮经进位齿轮按A进制的方式向高位轮传动，编码轮上设有M个传感器可识别的数码标记，并构成与编码轮同轴的编码圈，M为A的整数倍，对每个编码轮用n个传感器来识别其当前位置的数码标记，整数n应使下式成立2n＞A，传感器经安装架固定在轮支架上，以识别数码标记发出的信息。
2.按照权利要求1所述装置，其特征在于数码标记分别由吸光和反光材料制成，传感器由发光元件和光敏元件构成，编码轮旋转到设定位置时，反光材料将发光元件发出的光线反射给光敏元件，并使其动作而发出数码信号。
3.按照权利要求1所述装置，其特征在于数码标记由永磁材料制成，传感器由磁敏元件干簧管或磁敏电阻或霍尔元件或磁敏晶体管构成，编码轮旋转到设定位置时，永磁材料靠近磁敏元件，并使其动作而发出数码信号。
4.按照权利要求1所述装置，其特征在于数码标记由导磁材料制成，传感器由电感元件构成，编码轮旋转到设定位置时，导磁材料靠近电感元件，并使其电感值发生变化而发出数码信号。
5.按照权利要求1所述装置，其特征在于数码标记由硬质材料制成，传感器由微动开关构成，编码轮旋转到设定位置时，硬质材料触动微动开关，接通相关的信号电路。
6.按照权利要求1所述装置，其特征在于数码标记由导电材料制成，传感器由电刷构成，编码轮旋转到设定位置时，电刷与导电材料接触，接通相关的信号电路。
7.按照权利要求1所述装置，其特征在于数码标记由编码轮上的通孔构成，由发光元件和光敏元件构成的传感器分别设置在孔的两侧，编码轮旋转到设定位置时，发光元件发出的光线穿过通孔，直射光敏元件，并使其动作而发出数码信号。
8.按照权利要求1所述装置，其特征在于在编码轮的外圆周上印有可供直读的字符。
9.一种测量设备，包括电表、水表、煤气表等，其内含模拟量测量装置和数字化处理装置，其特征在于其数字化处理装置由数字化编码装置及控制和译码电路构成，数字化编码装置由编码轮组、轮轴、进位齿轮、齿轮轴、转动输入齿轮、数码标记、轮支架、传感器、传感器的安装架组成，编码轮组、转动输入齿轮经轮轴、进位齿轮经齿轮轴安装在轮支架上，模拟量经转动输入齿轮首先传递给编码轮组中的低位轮，并将转动输入齿轮的连续式转动，转换成编码轮的间歇式转动，再由低位轮经进位齿轮向高位轮传动，数码标记设在编码轮上，并构成与编码轮同轴的编码圈，传感器经安装架固定在轮支架上，以识别数码标记发出的信息，传感器的输出信号接至控制和译码电路，该电路将此信号按计算机通讯接口的协议要求进行处理后，再向外部传输。
10.一种计算机数据采集装置，包含计算机、传输线、模拟量测量设备等，其特征在于模拟量测量设备中的数字化处理装置由数字化编码装置及控制和译码电路构成，数字化编码装置由编码轮组、轮轴、进位齿轮、齿轮轴、转动输入齿轮、数码标记、轮支架、传感器、传感器的安装架组成，编码轮组、转动输入齿轮经轮轴、进位齿轮经齿轮轴安装在轮支架上，模拟量经转动输入齿轮首先传递给编码轮组中的低位轮，并将转动输入齿轮的连续式转动，转换成编码轮的间歇式转动，再由低位轮经进位齿轮向高位轮传动，数码标记设在编码轮上，并构成与编码轮同轴的编码圈，传感器经安装架固定在轮支架上，以识别数码标记发出的信息，传感器的输出信号接至控制和译码电路，该电路将此信号按计算机通讯接口的协议要求进行处理后，经传输线向计算机传输。
专利摘要一种将模拟量进行数字化处理的装置:将模拟量经齿轮传动变为一组编码轮的旋转变化,该组轮之间按A进制的方式传递转动,在每个轮上设有A的整数倍的数码标记,用n个传感器来识别此标记,n应使下式成立:文档编号G01F15/00GK2358441SQ9920216
公开日2000年1月12日 申请日期1999年1月15日 优先权日1999年1月15日
发明者岑深 申请人:岑深