專利名稱：光纖渦輪電子水表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于家庭、工廠企業(yè)、寫字樓等場合的液體流量計數(shù)設(shè)備，特別是一種由計數(shù)光源、測量電路、控制電路及顯示電路構(gòu)成的液體流量檢測用的光纖渦輪電子水表。
技術(shù)背景現(xiàn)有的水表是完全采用機(jī)械式測量和計數(shù)顯示，利用齒輪間的嚙合比利實現(xiàn)各位數(shù)碼的變換，測量時由于其各部件之間的轉(zhuǎn)動摩擦而在低流量測量時不準(zhǔn)確，甚至停止工作或不予計數(shù)。目前，在一些場合雖然有采采用傳感器技術(shù)來實現(xiàn)測量流量的液體計量水表，用電子器件完全取代了機(jī)械器件，但這種取代性電子傳感式水表很容易受電磁、溫度和振動等因素的影響而使測量精度不確切，其結(jié)構(gòu)性能不可靠。歸結(jié)起來，現(xiàn)有的液體流量計數(shù)裝置或自來水表在其測量范圍、精確度、安全性和抗干擾能力上均存在著缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有液體流量計量設(shè)備存在測量范圍小、低流量測量精確度低和易受電磁溫度等因素干擾的缺點，尋求設(shè)計一種將反射型光纖傳感器與傳統(tǒng)的渦輪流量測量原理相結(jié)合，以Y型多模光纖為發(fā)射光源，利用光敏元件采集信號來測量渦輪轉(zhuǎn)速，進(jìn)而測量流量的裝置。通過對光源發(fā)射的光束被渦輪葉片反射回來而形成的計數(shù)脈沖進(jìn)行采集，將所采集的信號通過放大、濾波、斯密特整形電路后送到單片機(jī)，存入數(shù)據(jù)存儲器，再通過鍵盤輸入指令，單片機(jī)將根據(jù)所輸入指令驅(qū)動液晶顯示電路顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型構(gòu)成的光電式液體流量測量裝置即光纖渦輪電子水表，主要由光纖渦輪和信號處理電路兩大部分組成，其中光纖渦輪作為獨立部件由入水口、殼體、導(dǎo)流器、探頭、渦輪、軸承和出水口組合而成，信號處理電路主要由光電轉(zhuǎn)換電路、測量電路、控制電路和顯示電路四部分組成。入水口、導(dǎo)流器、渦輪、軸承和出水口在殼體內(nèi)直線走向形成渦流式液流帶動渦輪轉(zhuǎn)動，制于殼體上部的多模光纖探頭對準(zhǔn)渦輪，并與信號處理電路電連通。根據(jù)渦輪轉(zhuǎn)速與水的流速存在一定比例關(guān)系為基礎(chǔ)，采用Y型多模光纖探頭，在常規(guī)結(jié)構(gòu)渦輪的葉片上鍍一層高反射率的反射膜，水流由入水口流入經(jīng)過渦輪時使渦輪旋轉(zhuǎn)，光纖發(fā)光照射到渦輪葉片上，在一定角度上反射回來，耦合給另一路光纖，接收到光信號使光敏二極管導(dǎo)通產(chǎn)生電信號。是否有反射光反射回來將影響光敏二極管的導(dǎo)通與否，產(chǎn)生高低電平，經(jīng)放大，整形電路后，產(chǎn)生規(guī)整的脈沖信號送入信號處理電路的單片機(jī)，并由單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，儲存，顯示和管理。測量電路包括常規(guī)的光電轉(zhuǎn)換電路、斯密特整形電路；光電轉(zhuǎn)換電路主要由光敏二極管及運算放大器組成，它將光電流變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化并有放大作用，斯密特整形電路將運放輸出的存在毛刺的不規(guī)整波形整形為方波脈沖，供給后級做輸入。運算放大器分別接正負(fù)15V，同相端與光敏二極管相連，光敏二極管另一端接地，運算放大器反相端通過一電阻接地，反饋支路的R4與C2又組成低通濾波器，輸出信號與斯密特觸發(fā)器相連，斯密特觸發(fā)器輸出信號接單片機(jī)P3.5端，并由單片機(jī)驅(qū)動顯示電路。其工作原理無光照，光敏二極管呈高阻態(tài)，此時輸出近乎為零，當(dāng)反射光照射于光敏二極管D，D導(dǎo)通，輸出為高電平。本電路利用有無反射光照射到光敏二極管來產(chǎn)生高低電平，形成計數(shù)脈沖。單片機(jī)檢測P3.5口的脈沖信號后，開始記錄，并進(jìn)行累加。單片機(jī)同時掃描鍵盤，看是否有鍵盤輸入。若有輸入信號，則根據(jù)信號由單片機(jī)驅(qū)動顯示電路顯示用戶的查詢項目。顯示電路用低功耗6位液晶數(shù)碼顯示。
本實用新型與現(xiàn)有的液體流量計量裝置的技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)新穎，電路簡單，穩(wěn)定性高，測量精確，抗干擾能力強(qiáng)，顯示迅速，測量范圍大等特點。采用反射型光纖傳感器和渦輪測量原理，利用光照到渦輪葉片反射形成計數(shù)脈沖，渦輪不與其他部件接觸，因此渦輪轉(zhuǎn)動時幾乎沒有摩擦，并且不受電磁溫度的干擾。本實用新型在工、農(nóng)、民用領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，尤其在家用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。


圖1為本實用新型之光纖渦輪結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2為本實用新型之電信號處理電路原理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方案本實用新型將光纖渦輪與由光電轉(zhuǎn)換電路、測量電路、控制電路、顯示電路組成的電信號處理電路按電學(xué)原理光電連通并組成一整體裝置，電信號處理電路按常規(guī)原理電路連接組成，光纖渦輪由入水口1、殼體2、導(dǎo)流器3、探頭4、渦輪5、軸承6和出水口7組成直線走向的獨立單體，對接安裝在液體或自來水管道中，通過探頭4中的光電轉(zhuǎn)換元件與電信號處理電路即單片機(jī)電路電連通，并連通控制和顯示電路實現(xiàn)信號的傳送與顯示。光電轉(zhuǎn)換電路核心部件運算放大器A選為μA725型號，用正、負(fù)15伏電源，R5為可變電阻，傳感器為光敏二極管D，斯密特整形電路C選用CD40106。單片機(jī)B選用8051。與單片機(jī)B相連的地址鎖存器E為74LS373型，選用8279作為鍵盤/顯示控制電路F，通過BIC8708型接口G電路連接顯示電路。顯示器采用六位一體液晶顯示屏。其他元件值為R1＝51KΩ，R2＝100KΩ，R3＝91KΩ，R4＝1MΩ，R5＝100KΩ，R6＝510Ω，R7＝510Ω，R8＝200Ω，R9＝100KΩ，C1＝4.7μF，C2＝0.1μF，C3＝100pF，C4＝220pF，C5＝0.1μF。
本裝置應(yīng)用軟件需完成的工作有檢測脈沖，對脈沖計數(shù)，儲存并顯示本次用水量，本月用水量，最近12個月各月用水量，累計用水量，電池欠壓記錄，人為破壞記錄、拆表記錄?？砂凑粘Ｒ?guī)方法進(jìn)行編程設(shè)計，并按常規(guī)工藝將編譯后的機(jī)器碼固化到單片機(jī)的存儲器中。
本實用新型電路的使用將本裝置對接安裝于液體或自來水輸送管道中，打開水閘，接通電源(220V)后，自動打開進(jìn)行常規(guī)的流量計數(shù)并顯示，無需監(jiān)控，查看用水記錄時，只需按相應(yīng)的按鍵即可。
權(quán)利要求1.一種光纖渦輪電子水表，由光纖渦輪和信號處理電路兩部分組成，其特征在于入水口、導(dǎo)流器、渦輪、軸承和出水口在殼體內(nèi)直線走向形成獨立部件光纖渦輪，制于殼體上部的多模光纖探頭對準(zhǔn)渦輪并與信號處理電路電連通，渦輪葉片上鍍有反射膜；運算放大器分別接正負(fù)15V，同相端與光敏二極管相連，光敏二極管另一端接地，運算放大器反相端通過電阻接地，反饋支路的R4與C2組成濾波器，輸出信號與斯密特觸發(fā)器相連，觸發(fā)器輸出信號接單片機(jī)P3.5端，并驅(qū)動顯示器。
專利摘要本實用新型涉及一種由光纖渦輪和電信號處理電路組合而成的液體流量計數(shù)裝置即光纖渦輪電子水表，由計數(shù)光源、測量電路及顯示電路構(gòu)成流量檢測電路，由入水口、導(dǎo)流器、渦輪、軸承和出水口在殼體內(nèi)直線走向形成獨立部件光纖渦輪，制于殼體上部的多模光纖探頭對準(zhǔn)渦輪并與信號處理電路電連通，其渦輪葉片上鍍有反射膜。本裝置通過對光源發(fā)射的光束被渦輪葉片反射回來而形成的計數(shù)脈沖進(jìn)行采集，將所采集的信號通過放大、濾波、斯密特整形電路、比例乘法電路后送到計數(shù)顯示電路通過液晶顯示器顯示讀數(shù)?？蓮V泛應(yīng)用于家庭、工業(yè)領(lǐng)域，替代現(xiàn)有機(jī)械式液體流量表，具有安全可靠，精確度高等優(yōu)點。
文檔編號G01F1/06GK2754065SQ200420098210
公開日2006年1月25日 申請日期2004年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月7日
發(fā)明者遲辰斐, 張洪超, 趙劍 申請人:遲辰斐