机械计数器的读数装置和方法
【专利摘要】本发明提供一种机械计数器的读数装置和方法，机械计数器具有多个计数字轮字轮圆盘，该字轮圆盘上每间隔36度设置有0~9十个读数刻度，字轮圆盘的每个读数刻度对应的扇区中间沿其圆心方向均设置有四个等间距的编码孔。发光器件通过分光器对应连接发光探针，发光探针设置于字轮圆盘的一侧，检光探针对应设置于该字轮圆盘另一侧，适于当字轮圆盘旋转时使编码孔传输光信号，检光探针将接收的光信号通过合光器发送至检光器件，信号处理器中的检光器件将光信号转化为相应电信号，该信号处理器根据接收编码孔对应的电信号识别二进制码，依次读取字轮圆盘的读数刻度组合完成机械计数器的读识。优化了连接结构，提高了编码容错防误的能力与读数效率。
【专利说明】
机械计数器的读数装置和方法
技术领域
[0001] 本发明设及机械计数器读识装置，特别是设及一种供水、气表使用的机械计数器 读数装置和方法。
【背景技术】
[0002] 现有的计数表光纤直读技术方案分成两类，一类为直接读取计数表的底数，另一 类通过对最低位字轮圆盘统计转动次数累计算出高位读数。后一类方案最大的问题是抄读 设备一旦出现掉电或故障（如软件工作异常），将会导致表计数被漏记，需要派人到现场读 出底数，对抄读设备的起始数进行校准才能重新正确开始抄读，维护工作量和成本高。前一 类方案则相对比较完善，但现有技术方案中多数采用供电电路内置到计数表中，从而实现 给发光管和收光管供电，当将其运用至气表时，上述方案存在安全隐患。还有一些方案则采 用完全无源的方式，把光纤探头内置到计数表中，而供电电路则外置到计数表外，在一定程 度上减少了安全隐患。
[0003] 申请号为CN200410066148.1《光纤式直接读取机械计数器数字的装置》的发明专 利公开了一种光纤式直接读取机械计数器的方法，该方法在气表每个字轮旁的圆周表面上 印制四位二进制码色标，使用四根光纤分别发光照射到四位编码色标上，色标上不同数位 色标会对光的反射体现出差异性，另外四根光纤检测有无反射光获取到字符对应的四位二 进制码，从而得到当前字轮圆盘显示的对应数字，该方案使用光纤数量和光纤探针较多，且 连接复杂，成本过高，电路部分离气表太近存安全隐患，不宜推广使用。
【发明内容】
[0004] 鉴于W上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机械计数器读数装置 和方法，用于解决现有技术中光纤探针和光纤数量较多、且连接复杂，存安全隐患的问题。
[0005] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明的目的在于提供一种机械计数器的读数 装置，所述读数装置用于读取机械计数器的读数，所述机械计数器具有多个字轮圆盘，该字 轮圆盘每间隔36度设置有0~9十个读数刻度，所述字轮圆盘上每个读数刻度对应的扇区中 间沿其圆屯、方向均设置有四个等间距的编码孔，所述读数装置包括发/检光探针、发/检光 器件、分/合光器与信号处理器，
[0006] 所述发光器件通过分光器对应连接发光探针，所述发光探针设置于所述字轮圆盘 的一侧，所述检光探针对应设置于该字轮圆盘另一侧，适于当字轮圆盘旋转时使编码孔传 输光信号，所述检光探针将接收的光信号通过合光器发送至所述检光器件，所述检光器件 进行光电转换处理连接所述信号处理器，该信号处理器根据接收编码孔对应的电信号识别 二进制码，依次读取字轮圆盘的读数刻度组合完成机械计数器的读识。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种机械计数器的读数方法，包括：
[000引依次控制输出到字轮圆盘一侧的光信号为开启状态；
[0009]当且仅当一个所述字轮圆盘对应的光信号为开启状态时，检测所述字轮圆盘输出 的光信号；
[0010] 对所述光信号进行光电转换得到所述字轮圆盘的二进制码，识别所述二进制码获 取所述字轮圆盘的当前读数；
[0011] 读取所有字轮圆盘的当前读数，按数位顺序组合生成所述机械计数器的读数。
[0012] 如上所述，本发明的机械计数器及其读数装置和方法，具有W下有益效果：
[0013] 本发明使用每个分光器对应连接每个字轮圆盘的发光探针，通过将所有字轮圆盘 对应同一数位输出的检光探针都连接至同一个合光器，分别使用四个分光器与四个合路 器，从而减少了光纤与光模块的使用数量，节约了成本，优化了连接结构；同时，所述字轮圆 盘对应的读数刻度均为不同二进制码，且该二进制码与其前、后二进制码的同一数位的字 码至少两位不同，提高了编码容错防误能力；采用的发光器件为冷光光源，当使用于气表 中，消除了安全隐患；并且电路处理部分远离气表，无安全隐患；通过信号处理器依次控制 每个字轮圆盘对应的光纤发光端口从而读取相应字轮圆盘当前刻度的读数，且每次读取相 应字轮圆盘的读数刻度时只有该字轮圆盘对应的光纤发光端口处于开启状态，其余字轮圆 盘对应的光纤发光端口均为关闭状态，使其快速识别各个字轮圆盘的读数刻度，缩短了机 械计数器的读数时间，提高了机械计数器的读数效率。
【附图说明】
[0014] 图1显示为本发明的机械计数器的字轮圆盘的结构示意图；
[0015] 图2显示为本发明的机械计数器字轮圆盘的编码孔结构示意图；
[0016] 图3显示为本发明的机械计数器的光纤探针置于字轮圆盘的结构框图；
[0017] 图4显示为本发明的机械计数器的光纤探针置于字轮圆盘另一实施例结构框图；
[0018] 图5显示为本发明的机械计数器的读数装置结构框图；
[0019] 图6显示为本发明的机械计数器的读数方法流程图；
[0020] 图7显示为本发明图5中读数方法步骤S503的详细流程图；
[0021] 图8显示为本发明图5中读数方法步骤S603的详细流程图。
[0022] 元件标号说明：
[0023] 1字轮圆盘
[0024] 2编码孔 [00巧]3发光探针
[0026] 4检光探针
[0027] 5探针托架 [002引 6 光纤
[0029] 7发光器件
[0030] 8检光器件
[0031] 9信号处理器
[0032] 10分光器
[0033] 11合光器
[0034] 12遮光挡板
【具体实施方式】
[0035] W下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所掲露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可W通过另外不同的具体实 施方式加 W实施或应用，本说明书中的各项细节也可W基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，W下实施例及实施 例中的特征可W相互组合。
[0036] 需要说明的是，W下实施例中所提供的图示仅W示意方式说明本发明的基本构 想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸 绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也 可能更为复杂。
[0037] 实施例1
[0038] -种机械计数器的读数装置，所述读数装置用于读取机械计数器的读数，所述机 械计数器具有多个字轮圆盘1，该字轮圆盘1每间隔36度设置有0~9十个读数刻度，所述字 轮圆盘1上每个读数刻度对应的扇区中间沿其圆屯、方向均设置有四个等间距的编码孔2,所 述读数装置包括发/检光探针4、发/检光器件8、分/合光器11与信号处理器9，
[0039] 所述发光器件7通过分光器10对应连接发光探针3,所述发光探针3设置于所述字 轮圆盘1的一侧，所述检光探针4对应设置于该字轮圆盘1另一侧，适于当字轮圆盘1旋转时 使编码孔2传输光信号，所述检光探针4将接收的光信号通过合光器11发送至所述检光器件 8, 所述检光器件8进行光电转换处理连接所述信号处理器9,该信号处理器9根据接收编码 孔2对应的电信号识别二进制码，依次读取字轮圆盘1的读数刻度组合完成机械计数器的读 识。
[0040] 在本实施例中，所述字轮圆盘1优选为四个，也可为五个、六个等;所述发光探针3 与检光探针4对称设置于字轮圆盘1两侧，当字轮圆盘1因其工作旋转计数时，读数刻度对应 的编码孔2旋转至所述发光探针3与检光探针4之间，因编码孔2部分打通孔，此时，检光探针 4接收到发光探针3发出的光信号。
[0041] 请参阅图1，为本发明的机械计数器的字轮圆盘1的结构示意图；该计数器的字轮 圆盘1按照36度扇形均分成10份，每一份对应为一位十进制读数刻度，恰好对应成数字0~ 9。
[0042] 请参阅图2,为本发明的机械计数器字轮圆盘1的编码孔2结构示意图；每个读数刻 度所对应的四个编码孔2均处于该圆盘四个同屯、圆上，且编码孔2均处于对应扇区的中间位 置，即每个扇区的中屯、线沿其圆屯、方向，在四个同屯、圆用编码孔2对应四位二进制码，其中， 可从低位至高位，或从高位至低位进行对应。所述编码孔2为通孔状态对应的二进制码为 "Γ，即该编码孔2打成圆柱形通孔，允许光信号通过，所述编码孔2为非通孔状态对应二进 制码为"0"，即该对应的位置不打孔，光信号无法通过。
[0043] 具体地，所述编码孔2的直径均相同，且其通孔轴向与其对应的字轮圆盘两侧相互 垂直，方便光信号水平通过，减少了光损耗;该编码孔2的直径略大于所述检光探针4和所述 发光探针3的直径，适于传输光信号。
[0044] 具体地，所述通孔内壁均匀覆盖有不吸光材质，防止光信号被吸收而出现衰减，影 响检光的灵敏度。
[0045] 具体地，每个所述字轮圆盘上读数刻度对应的编码孔对应的二进制码位数至少为 四位，且该二进制码与其前、后同一数位的二进制码相比至少两位字码不同，详见如下：
[0046] 编码孔中黑色圆孔表示为％"，编码孔中白色圆孔表示为"Γ，按照编码孔、二进制 码与字符一一对应，均满足唯一性。
[0047] 具体地，通过编辑字轮圆盘1的编码孔2，从16组四位二进制码中选出10组表示数 字0~9,使每组四位二进制码与其前、后同一数位的二进制码相比至少两位字码不同，提高 了编码容错防误能力，确保机械计数器读数的可靠性；同时，在进行编码时，四位编码孔2 的编码要保证至少有两位"Γ，当其低于两位"Γ时，则判定为故障，据此可检查是否故障。
[004引
[0049] 请参阅图3,为本发明的机械计数器的光纤探针置于字轮圆盘的结构框图；具体包 括：
[0050] 发光探针3与检光探针4依托于探针托架5水平设置于字轮圆盘1两侧，且其针尖均 对准编码孔2中屯、，发光探针3的输入端通过分光器10和发光光纤6连接信号处理器9中的发 光器件7，其输出端对准编码孔2-端;检光探针4的输入端对准编码孔2另一端，其输出端通 过光纤6和合光器11连接检光器件8,光纤6优选为塑料光纤6,当字轮圆盘1工作旋转至某个 读数刻度的编码孔2，且该编码孔2位于发光探针3与检光探针4处于一条直线，此时，呈通孔 状态的编码孔2通过光信号，相反，无法通过光信号，从而检光设备将光信号转化为电信号， 对应生成该字轮圆盘1的二进制码。通过光信号的检测识别字轮圆盘1的读数，提高了其读 数效率。
[0051] 请参阅图4,为本发明的机械计数器的光纤探针置于字轮圆盘另一实施例结构框 图；具体包括：
[0052] 在本实施例中，所述字轮圆盘两侧各设一个套于编码孔与光纤探针的遮光挡板 12,其中，该光纤探针为发光探针或收光探针相匹配，如字轮圆盘一侧设发光探针，其另一 侧必设与其匹配的收光探针。所述遮光挡板12为内中空的圆柱体，使其恰好能够盖住编码 孔与光纤探针，同时，探针托架5位于字轮圆盘两侧且与光纤探针相连交接处也被罩在所述 遮光挡板12内，在光纤探针收发光源时防止外界光线的干扰，从而避免了误读现象，提高了 其读数可靠性。
[0053] 请参阅图5,为本发明的机械计数器的读数装置结构框图，详述如下：
[0054] 信号处理器9根据控制四个发光端口，控制发光端口处于开启或关闭状态，当信号 处理器9需要读取机械计数器某个字轮圆盘1的当前计数时，使该字轮圆盘1对应的发光端 口处于开启状态，此时，发光器件7发送至分光器10的光信号，光信号经过发光探针3,发光 探针3输出光信号，通过对应的编码孔2检光探针4接收到该光信号，所述光信号通过合光器 11被检光器件8检测，检光器件8接收到光信号转换成相应电信号"Γ，检光器件8未接收到 光信号转换成相应电信号"0";信号处理器9根据该电信号识别该字轮圆盘1对应的读数刻 度二进制码，从而确定该字轮圆盘1当前的读数。
[0055] 具体地，所述信号处理器9根据一一控制每个字轮圆盘1对应的发光端口的开启或 关闭，按上述方式获取各个字轮圆盘1的读数，从而得到机械计数器的读数，通过控制切换 发光端口的开关，实现毫秒级的完成各个字轮圆盘1的读数，大幅的缩短了读数时间，提高 了读数效率，同时，每个字轮圆盘的每侧均设有遮光挡板12, W提高其读数可靠性。
[0056] 发/检光器件8均设于计数器外，且离气表有一个安全距离。分光器10、合光器11、 发光探针3、检光探针4可W设置于计数器内，也可W置于计数器外，且分光器10数量与字轮 圆盘1中每个刻度对应的二进制编码孔2数量相同，合光器11的数量与与机械计数器中的字 轮圆盘1数量相同;所述发光器件7为冷光源，当使用于气表中，通过上述方式不仅减少了光 纤6与光模块使用量，还避免了安全隐患，提高其应用的安全性。
[0化7]实施例2
[0058] 请参阅图6,为本发明的机械计数器的读数流程图，包括：
[0059] 步骤S501，依次控制输出到字轮圆盘一侧的光信号为开启状态；
[0060] 其中，信号处理器可W从低位至高位或从高位至低位依次控制输出到某个字轮圆 盘一侧的光信号为开启状态(通过发光端口的切换）；其它字轮圆盘对应输入的光信号均为 关闭状态。当字轮圆盘读数刻度对应的某部分编码孔为通孔时，其恰好可从该字轮圆盘的 通孔穿过并输出相应的光信号。
[0061] 步骤S502,当且仅当一个所述字轮圆盘对应的光信号为开启状态时，检测所述字 轮圆盘输出的光信号；
[0062] 具体的，通过检光探针识别所述字轮圆盘某些通孔输出的光信号，将所述光信号 发送至检光器件。
[0063] 步骤S503,对所述光信号进行光电转换得到所述字轮圆盘的二进制码，识别所述 二进制码获取所述字轮圆盘的当前读数；
[0064] 具体地，可采用检光器件进行光电转换，输出相应的电信号。而识别电信号进行读 数，请参阅图7,为本发明图5中读数方法步骤S503的详细流程图，详述如下：
[0065] 步骤S601，判读所述字轮圆盘对应的二进制码是否均为"0";
[0066] 步骤S602,当所述字轮圆盘对应的二进制码均为"0"时，则采用其前一次的读数为 当前读数;具体地，软件运行和电子执行速度非常快，即使机械计数器中每个字轮圆盘轮询 完，读数的时间周期就为几个毫秒，因此，当几个轮询周期完成后，始终能读到非全"ο"的 数。
[0067] 步骤S603,当所述字轮圆盘对应的二进制码不全为"0"且至少包含两位"Γ时，贝U 读取该字轮圆盘相应的二进制码对应的读数；
[0068] 其中，字轮圆盘按个、十、百、千，或者，千、百、十、个的数位依次读取各个字轮圆 盘，将读取的字轮圆盘读数刻度进行保存。
[0069] 请参阅图8,为本发明的机械计数器的读数步骤S603另一状态的流程图，详述如 下：
[0070] 步骤S701，当所述字轮圆盘对应的二进制码不全为"0"且少于两位"Γ时，判断字 轮圆盘对应的二进制码不全为"0"且少于两位"Γ出现的次数是否超过预设阔值；
[0071] 步骤S701，当字轮圆盘对应的二进制码不全为"0"且少于两位"Γ出现的次数超过 预设阔值时，则判定为故障，上报告警；
[0072] 步骤S701，当字轮圆盘对应的二进制码不全为"0"且少于两位"Γ出现的次数未超 过预设阔值时，则重新读取字轮圆盘的读数。
[0073] 在机械计数器读数过程中，预设阔值优选的次数为Ξ次，通过预设阔值的设定与 判断，可从系统上判别所述机械计数器读数装置是否故障，当所述故障出现，发出报警信 号，通知相应的工作人员处理故障。
[0074] 步骤S504，读取所有字轮圆盘的当前读数，按数位顺序组合生成所述机械计数器 的读数。
[0075] 将所述字轮圆盘按读取顺序依次组合，对应千位/百位/十位/个位，生成所述机械 计数器的读数。
[0076] 综上所述，本发明使用每个分光器对应连接每个字轮圆盘的发光探针，通过将所 有字轮圆盘对应同一数位输出的检光探针都连接至同一个合光器，分别使用四个分光器 与四个合路器，从而减少了光纤与光模块的使用数量，节约了成本，优化了连接结构；同时， 所述字轮圆盘对应的读数刻度均为不同二进制码，且该二进制码与其前、后二进制码的同 一数位的字码至少两位不同，提高了编码容错防误能力;采用的发光器件为冷光光源，当使 用于气表中，消除了安全隐患;通过信号处理器控制每个发光端口的开关进行切换从而读 取相应字轮圆盘的读数，且每次读取相应字轮圆盘的读数刻度只有发光端口处于开启状 态，其余发光端口均为关闭状态，使其在毫秒级识别各个字轮圆盘的读数刻度，缩短了机械 计数器的读数时间，提高了机械计数器的读数效率。所W，本发明有效克服了现有技术中的 种种缺点而具高度产业利用价值。
[0077] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人±皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因 此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所掲示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1. 一种机械计数器的读数装置，所述读数装置用于读取机械计数器的读数，所述机械 计数器具有多个字轮圆盘，该字轮圆盘每间隔36度设置有0~9十个读数刻度，其特征在于， 所述字轮圆盘上每个读数刻度对应的扇区中间沿其圆心方向均设置有四个等间距的编码 孔，所述读数装置包括发/检光探针、发/检光器件、分/合光器与信号处理器， 所述发光器件通过分光器对应连接发光探针，所述发光探针设置于所述字轮圆盘的一 侦L所述检光探针对应设置于该字轮圆盘另一侧，适于当字轮圆盘旋转时使编码孔传输光 信号，所述检光探针将接收的光信号通过合光器发送至所述检光器件，所述检光器件进行 光电转换处理连接所述信号处理器，该信号处理器根据接收编码孔对应的电信号识别二进 制码，依次读取字轮圆盘的读数刻度组合完成机械计数器的读识。2. 根据权利要求1所述的机械计数器的读数装置，其特征在于，每个所述字轮圆盘上读 数刻度对应的编码孔对应的二进制码位数至少为四位，且该二进制码与其前、后同一数位 的二进制码相比至少两位字码不同。3. 根据权利要求1所述的机械计数器的读数装置，其特征在于，所述编码孔的直径均相 同，且其直径略大于发/检光探针的直径。4. 根据权利要求1所述的机械计数器的读数装置，其特征在于，所述编码孔为通孔状态 对应的二进制码为"Γ，所述编码孔为非通孔状态对应的二进制码为"0"。5. 根据权利要求4所述的机械计数器的读数装置，其特征在于，所述编码孔对应的通孔 为圆柱形，且其通孔轴向与其对应的字轮圆盘的两侧相互垂直。6. 根据权利要求5所述的机械计数器的读数装置，其特征在于，所述通孔内壁均匀覆盖 有不吸光材质。7. 根据权利要求1所述的机械计数器的读数装置，其特征在于，所述字轮圆盘两侧各设 一个套于编码孔与光纤探针的遮光挡板，且所述遮光挡板为内中空的圆柱体，使其恰好能 够盖住编码孔与光纤探针。8. -种基于机械计数器的读数方法，其特征在于，包括： 依次控制输出到字轮圆盘一侧的光信号为开启状态； 当且仅当一个所述字轮圆盘对应的光信号为开启状态时，检测所述字轮圆盘输出的光 信号； 对所述光信号进行光电转换得到所述字轮圆盘的二进制码，识别所述二进制码获取所 述字轮圆盘的当前读数； 读取所有字轮圆盘的当前读数，按数位顺序组合生成所述机械计数器的读数。9. 根据权利要求8所述的基于机械计数器的读数方法，其特征在于，所述识别该字轮圆 盘的二进制码获取当前读数的步骤，具体为： 判读所述字轮圆盘对应的二进制码是否均为"〇" ； 当所述字轮圆盘对应的二进制码均为"〇"时，则采用其前一次的读数作为当前计数值； 当所述字轮圆盘对应的二进制码不全为"〇"且至少包含两位"Γ时，则读取该字轮圆盘 当前刻度相应的二进制码对应的读数。10. 根据权利要求9所述的基于机械计数器的读数方法，其特征在于，所述当所述字轮 圆盘对应的二进制码不全为"0"且至少包含两位"Γ时，还包括： 当所述字轮圆盘对应的二进制码不全为"〇"且少于两位"Γ时，判断字轮圆盘对应的二 进制码不全为"0"且少于两位"Γ出现的次数是否超过预设阈值值； 当字轮圆盘对应的二进制码不全为"0"且少于两位Τ出现的次数超过预设阈值时， 则判定为出现故障； 当字轮圆盘对应的二进制码不全为"0"且少于两位"Γ出现的次数未超过预设阈值时， 则重新读取字轮圆盘当前刻度的读数。
【文档编号】G01D5/347GK105823495SQ201610184149
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】陈李
【申请人】重庆世纪之光科技实业有限公司