專利名稱：遠距離讀表裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及遠距離讀表裝置，特別涉及到那種采用著局部光纖傳輸系統(tǒng)的裝置。
多年來，人們一直在研究儀表的遠距離讀取的實現(xiàn)方式。然而對于其數(shù)據(jù)與用戶消耗掉的水、電、煤氣的量有關(guān)的儀表，包括對儀表的各種新的和互斥的設(shè)計在內(nèi)的大多數(shù)設(shè)計方案，均沒有對機械儀表的安裝基礎(chǔ)加以考慮，也不能依據(jù)其原理來得到最終的和符合邏輯的結(jié)論，雖然其中的集成化的讀表線路設(shè)計可以對不同的數(shù)據(jù)分別加以利用，且各消耗量均使用同一個傳輸系統(tǒng)和一個中心帳單管理機構(gòu)，后者對數(shù)據(jù)進行校核，并以相當快的頻率向使用者通報所應(yīng)支附的帳單。
這一工作過程可簡單地分為三個部分，即讀表，計數(shù)，傳輸。
但問題是，對于檢測煤氣、電、水的每一家用儀表，均以特定方式形成有不適于設(shè)置電子裝置的外部環(huán)境條件。
電表還會受到功率波動和電干擾的影響。
因為存在有泄漏和爆炸的危險，煤氣表最好應(yīng)與電子裝置分離設(shè)置。
水表通常處于潮濕環(huán)境中，并常常會被浸在水中。
為使電子裝置能夠在這些相當惡劣的環(huán)境中正常工作，通常要付出很大的代價。對于自動儀表讀取器的每一部件，重要的是要便宜且不易產(chǎn)生故障。
讀取現(xiàn)有的任何一個機械儀表的最簡單的方法，就是利用指針的回轉(zhuǎn)，因為這一指針將隨用戶消耗掉的水、電、煤氣等等的量而轉(zhuǎn)動。如果將一束光聚焦在指針回轉(zhuǎn)速度最高的部位，類似地將一光敏傳感器聚焦在同一點，則隨著指針的轉(zhuǎn)動，返回至傳感器的光強度將隨之產(chǎn)生變化。
計數(shù)器并非一定要是回轉(zhuǎn)指針式的，也可以為任何其它的常規(guī)形式，如片狀懸掛物顯示式或是電子構(gòu)造的發(fā)光二極管式。
本發(fā)明的一個目的是對儀表的遠距離光讀取的在先技術(shù)作進一步的改進和澄清，特別是其中的用于光傳輸?shù)暮陀糜谔幚斫邮盏降姆瓷涔獾慕M件。
按照本發(fā)明構(gòu)造的儀表讀取裝置，包括有將直射光照射在具有至少一個可運動指示器的儀表上的組件，其中光是直射在儀表的可運動指示器的運動最快的部位上，一光纖傳輸通路將儀表和設(shè)在遠方的儀表接口單元連接起來，所述光纖傳輸通路的一端對準于所述可運動指示器的運動最快部位，而另一端與接口單元中的傳感器組件相連，這樣，由儀表反射的光強度的變化，將被傳輸至接口單元以進行處理。
還可以設(shè)置第二光纖傳輸通路，用于將光由遠處光源直射入儀表中，其反射光將被送入接口單元。在臨近儀表處還可以設(shè)置聚焦組件，以便對入射光和/或反射光進行聚焦。
接口組件通常還可包括有光學傳感器組件，以檢測出反射后的入射光振幅的依次變化量。
儀表接口單元還可以以光學方法將接口單元與若干個設(shè)置在遠處的儀表連接起來，并將各儀表彼此相連接起來，用一條以上的分立的光通路對每一儀表進行檢測。儀表接口單元還可以對各變化量所給出的信息進行匯總，并將其進一步傳輸至其它單元，以便能進行帳目運算、資料管理和檢測監(jiān)視等等過程處理。
用于進一步傳輸?shù)慕M件可以取任何適當?shù)臉?gòu)成形式，比如說可以包括光纖傳輸纜線，同軸纜線(如用于電纜電視的同軸纜線)，電話線，利用動力纜線的主載波或無線電的傳輸系統(tǒng)。
還可以利用調(diào)制光來放大來自反射光的信號，以消除背景光的干擾，這樣還可以消除誤檢測，以及減少光纖纜線的損壞或讀取頭的偏移。該調(diào)制光可以是單色光。
由儀表接口單元傳輸至儀表的光將被反射，其反射的強度將相應(yīng)于儀表指示組件表面上的標記或是在儀表表面上或表盤上回轉(zhuǎn)的指針的遮阻量的不同而不同。指示組件最好是一個象費拉里斯盤那樣的回轉(zhuǎn)組件，在其邊緣處或表面上設(shè)有標記，而這些標記對于光纖纜線給出的、對準于邊緣和/或表面的光具有不同的反射效應(yīng)，一個指針可以在上面回轉(zhuǎn)并遮擋住由光源發(fā)出的光的檢測盤，也可以是一個光源發(fā)出的光對準于最小有效數(shù)位的筒式計數(shù)器。
應(yīng)該知道，必須對水表采取某些特殊的預(yù)防措施，才能使它可以被浸入水中。對于這種需要預(yù)先處理的情況，或許還需要采用某些特殊的密封膠劑和密封墊片。然而在家用環(huán)境中，大多數(shù)水表都是新的，可以將它們設(shè)置在不易被水浸入并可以與光探頭相耦合的地方。
在安裝中，在當位于傳輸通路一端的光纖裝置處于相對于標度盤聚焦和對準的正確位置時，用紫外光使少量的透明粘接膠固化的方法，便可以將光纖裝置附裝在儀表的玻璃面或塑料面上。也可以用同樣的方式將光導管粘裝在光纖裝置上。
光導管并不需要具有較高的光學質(zhì)量，也不需要用來傳輸相干圖象。這樣就可以相對便宜，且可以用簡單而不易磨損的塑料覆蓋層覆蓋。由于裝置上的棱鏡和透鏡是對稱的，因而就不一定需要采用成對的光導管進行傳遞(這類似于一長根雙芯塑料皮線)。
現(xiàn)在參考四個附圖來描述依據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的讀表裝置的一個實例。


圖1是體現(xiàn)這種裝置基本原理的一個光學讀表器的示意圖。
圖2示出了一對光纖傳輸通路結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖3示出了圖2所示一對通路中的一個終端，以描述對傳輸光的聚焦。
圖4示出了儀表接口單元各基本組件的詳細情況。
圖5包括圖5a、圖5b，它們分別示出了可用于產(chǎn)生增值計數(shù)的不同類型的回轉(zhuǎn)元件。
圖6為由儀表輸出的軌跡波形，以說明如何對該輸出結(jié)果進行分析。
圖7為由電表、水表、煤氣表獲得的三種典型波形。
下面參見附圖，特別是其中的圖1。它示出了一個具有指針2的回轉(zhuǎn)儀表標度盤1。在包含有一對光纖光導管的光纖纜線3的一個端部。設(shè)置有具有附裝在儀表標度盤1上的聚焦頭4的光纖裝置，在光纖纜線的另一端，一根光導管連接著諸如光電二極管5等等的光傳感器，另一根光導管連接著諸如發(fā)光二極管6等等的光發(fā)射源。光傳感器和光發(fā)射源均設(shè)置在接口單元51中。
當標度盤1轉(zhuǎn)動時，由光源6發(fā)出的光通過纜線3和聚焦頭4傳輸至標度盤的邊緣處。當指針2通過聚焦頭時，由光纖纜線3傳輸至標度盤的將被反射的光，將會受到遮擋，因而在一暫短的時間里，將幾乎沒有光通過光纖纜線由標度盤反射回至傳感器5。這樣便產(chǎn)生了光強的變化。雖然在頭部聚焦較為方便，但也不是必須采用這種方式。
現(xiàn)在參考圖2。圖2示出了構(gòu)成光導管3的光纖傳輸通路的細節(jié)。在橫載面中，導管包括兩個分別為塑料包層33包繞著的光纖芯31。一條光路34用于將光傳輸?shù)絻x表，另一條光路35用于傳輸由儀表反射回來的光。
參考圖3。如圖3所示，光通路34端接于棱鏡41，后者與透鏡42均為圖1所示的聚焦頭4的組成部分。光束被棱鏡41折射，并由透鏡42聚焦在回轉(zhuǎn)盤1的指針2上，反射光由類似的棱鏡和透鏡組件(未示出)進行傳輸。透鏡42和棱鏡41也可以由(凸面)反射鏡代替。
參見圖4。圖4示出了用于在遠處檢測若干個儀表的儀表接口單元組件。若舉例來說，這些儀表可以是電表11，水表12，煤氣表13。每一儀表的基本特征是，它們均有一個可運動并可反射光以產(chǎn)生脈沖反射的標度元件。每一儀表分別通過各自的光纖纜線3耦合至各自的光發(fā)射和接收組件8，后者包含有如圖1所示的元件6和5，組件8的輸出9被耦合至微處理機10，隨后再耦合至記憶、存儲記錄器14和通訊網(wǎng)絡(luò)接口15。微處理機10還可以與脈沖式輸出儀表16，數(shù)字式輸出儀表17以及可能設(shè)置的家用自動系統(tǒng)18相耦合。
儀表11，12和13的指針運動指示被傳輸至各自的組件8，這些組件將產(chǎn)生相應(yīng)于儀表輸出的運動量的信號，并通過纜線9送入微處理機10。微處理機10載有建立在模/數(shù)轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)上的程序，故可以對組件8中的光傳感器產(chǎn)生的圖形進行識別，對消耗的量進行計數(shù)并將其存儲在記憶器14中。它還可以對諸如儀表16那樣的具有脈沖輸出系統(tǒng)的儀表所給出的消耗量進行計數(shù)和存儲，對諸如儀表17那樣的、具有數(shù)字輸出功能的儀表所給出的數(shù)據(jù)進行存儲。因此，整個結(jié)構(gòu)構(gòu)成并不僅局限于某種類型的儀表，它可以用于各種類型的儀表。
微處理機10可以按指令依據(jù)程序?qū)﹄娫捑W(wǎng)絡(luò)進行有效線路檢測，也可以與諸如按CerdaNet(RTM)構(gòu)造的系統(tǒng)或類似系統(tǒng)等等的家用自動裝置18相耦合。該單元還可以與若干個標準網(wǎng)絡(luò)相吻接，以增大其可適用性。
在運行過程中，由諸如發(fā)光二極管等等的光源6所發(fā)出的光，并通過圖2所示的光導管進行傳輸。如果在儀表接口單元端部，設(shè)置一個分光器，則也可以使用單光纖。光纖的選擇在很大程度上取決于安裝的方式和所使用的傳輸通路的長度。在某些特定應(yīng)用中，最好是采用單光纖。由于調(diào)制光源可以提高裝置的靈敏度，并可以對光纖因任何原因所產(chǎn)生的裂斷給出指示，因而也可以采用由調(diào)制光源發(fā)出的光。如果采用的是調(diào)制光，則接收反射光的光傳感器5就必須與之相適應(yīng)并能夠進行檢測(這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成可以采用鎖相回路)。
下面參考圖5，說明對不同類型的轉(zhuǎn)動指示器，如何對光傳感器5接收到的光強輸出信號進行評估。
在圖5a中可見，一筒式計數(shù)器具有若干個筒體，其最高數(shù)位(MSB)在左側(cè)，最低數(shù)位(LSB)在右側(cè)。由光源6輸出的光聚焦在最小數(shù)位筒體上，且在筒體上刻有或標有常規(guī)的阿拉伯數(shù)碼。由于數(shù)碼的形狀不同，每當一個數(shù)碼通過聚焦頭時，就會產(chǎn)生強度不同的光，并通過纜線3反射回至傳感器5。由若干個不同數(shù)碼產(chǎn)生的輸出光強度，示出在圖5a的右側(cè)，在圖中同時示出了模擬式光輸出和相應(yīng)的數(shù)字式光輸出。由圖中可見，每一數(shù)碼均具有一個特定的光強曲線。雖然設(shè)置較復雜的電路即可識別出所測到并反射光的數(shù)碼是哪一個數(shù)碼，但這一光強度在本發(fā)明中并不具有重要意義。本發(fā)明的設(shè)計思想是，利用光學組件，對遠處的筒式計數(shù)器最小數(shù)位筒體的回轉(zhuǎn)進行計數(shù)。
圖5b中所示的標度盤是通常用于電表的費拉里斯型盤，一個指針疊置在邊緣上，以在側(cè)邊緣處形成一個標記，當其轉(zhuǎn)動時，便可以對標度的邊緣進行觀測。對于這種情況，可將光聚焦在標度盤的側(cè)邊緣處。這樣每當費拉里斯盤上的標記通過光通路，便會遮斷反射，由此而產(chǎn)生一個如圖5b所示的窄寬度的單脈沖。由具有指針的標度盤所產(chǎn)生的輸出與此相類似。
圖6示出了一個電表的典型軌跡曲線。由圖中可見，輸出波形是有規(guī)律的，并可以依據(jù)光強的變化給出讀數(shù)指示，其中在20處出現(xiàn)有較長條紋，在21處出現(xiàn)有較短條紋，而22處相應(yīng)于標度盤上的標記。光強的這種依次變化可以由微處理機10進行計數(shù)，并存儲在記憶器14和17中，隨后還可以將其提取出來，以用于存檔和向用戶開列帳目。在實際檢測中，并非一定需要設(shè)置記憶器，也可以利用電話接口單元進行質(zhì)詢，并通過電話線10將信息傳送到遠處的記錄單元。
圖7(a)、(b)、(c)分別示出了電表、水表、煤氣表11、12、13、所可能給出的輸出曲線。不難看出，雖然每一波形實質(zhì)上是彼此不同的，但它們都是周期性的，并重復同樣的輸出量變化序列。這種重復在數(shù)字轉(zhuǎn)換中是相當重要的，而時序中的哪一點取為時間周期的起點，則是不重要的。
這種裝置為簡單地讀取安裝在家用條件下的多種儀表提供了一種并不昂貴的途徑，它可以隨時對收集到的讀數(shù)信息進行評估，從而能給出相應(yīng)于用戶所消耗的電、水、煤氣的量的帳單。它可以對大部分類型的儀表進行檢詢和記錄，由于它采用了光纖纜線，因而它可以避免在局部區(qū)域內(nèi)設(shè)置有分立電光源時所可能出現(xiàn)的種種危險，這些危險包括在有激勵火花出現(xiàn)時，煤氣表也可能會產(chǎn)生火花，甚至于產(chǎn)生爆炸，在與水表一并被水浸入時，可能會使電子部分失效。
整套裝置價格低廉且易于安裝，由于它基本上是一個無源裝置，故可以無需維修、維護而工作多年。
權(quán)利要求
1.一種儀表讀取裝置，它包括有將光直射到具有至少一個可運動的指示器的儀表上的組件，其中光被直射到儀表上可運動指示器的運動最快的部位上，一光纖傳輸通路連接著儀表與設(shè)置在遠處的儀表接口單元，所述光纖傳輸通路的一端對準于所述可運動指示器的運動最快的部位，另一端與接口單元的傳感器組件相吻合，從而將由儀表反射回的光強度的每一變化傳輸至接口單元，以進行處理。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，它還包括有將光由設(shè)置在遠處的光源直射到儀表上以反射回接口單元的第二光纖傳輸通路。
3.如權(quán)利要求1或2所要求的裝置，其特征在于在臨近儀表處還設(shè)置有聚焦組件，以對入射光和/或反射光進行聚焦。
4.如前面任一個權(quán)利要求所要求的裝置，其特征在于接口單元通常包括用于檢測反射回來的入射光幅度的依次變化的光傳感器組件。
5.如前面任一個權(quán)利要求所要求的裝置，其特征在于儀表接口單元對設(shè)置在遠處的若干個儀表和接口單元以及各儀表之間構(gòu)成光耦合，每一儀表均分別通過各自的光通路進行監(jiān)檢，質(zhì)詢，由可變計數(shù)器提供的各種信息將通過組件進一步傳輸至其它區(qū)域，以進行處理。
6.如權(quán)利要求5所要求的裝置，其特征在于進一步的傳輸組件為其它的光纖傳輸纜線，同軸覽纜線，電話線，利用動力纜線的無線電或主載波傳輸系統(tǒng)。
7.如前面任一權(quán)利要求所要求的裝置，其特征在于使用調(diào)制光以增大由反射光所給出的信號。
8.如權(quán)利要求7所要求的裝置，其特征在于調(diào)制光是單色光。
9.如前面任一個權(quán)利要求所要求的裝置，其特征在于指示器組件是一個回轉(zhuǎn)元件。
10.如權(quán)利要求9所要求的裝置，其特征在于該元件是一個在其邊緣或表面上設(shè)有標記的費拉里斯盤，它對于由光纖纜線發(fā)出的，直射在盤的邊緣或表面或是同時直射在邊緣和表面的光具有變化的反射性能。
11.如權(quán)利要求9所要求的裝置，其特征在于該元件是一個具有可回轉(zhuǎn)并遮擋住光源的指針的檢測盤。
12.如權(quán)利要求9所要求的裝置，其特征在于該元件是一個光源發(fā)出的光直射在最小有效數(shù)位上的筒式計數(shù)器。
13.如前面權(quán)利要求3至12中任一個權(quán)利要求所要求的裝置，還包括有用于將光纖傳輸通路的端部固接在儀表上或聚焦組件上的密封組件。
14.如權(quán)利要求3所要求的裝置，其特征在于聚焦組件包括有組合在一起的一個棱鏡和一個透鏡。
15.一種儀表讀取裝置，其中的聚焦組件包括有鏡面組件。
16.一種儀表讀取裝置，它基本上如前面結(jié)合附圖給出的說明所述。
全文摘要
一種儀表讀取裝置，它具有一個由一對光纖(31)構(gòu)成的光纖傳輸通路(3)，該通路連接在所要讀取的儀表(1)和儀表接口單元(51)之間。光通過一根光纖傳輸?shù)絻x表(1)的指示組件(12)，而反射光通過第二光纖傳輸?shù)浇涌趩卧?51)中的傳感器(5)處。
文檔編號G01R22/00GK1073008SQ9211086
公開日1993年6月9日 申請日期1992年8月21日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月21日
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