[实用新型]一种机械计度器字轮的数字转化及传输装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种机械计度器字轮的数字转化和数据通信领域。这种机械计度器主要用于水表、电表、煤气表等仪表中，作为累积计量数据的显示和存储元件，对其进行数字化转换和通信的技术属于物联网当中关于建筑智能化技术的一个细分领域。 

技术背景

物联网技术当中，智能建筑的水、电、气三表的计算机处理技术是一个重要组成部分。现今大量使用的水、电、气三表，基本上以机械计度器作为累积计量数据的显示和存储元件，只提供了现场人工识别和人工抄读功能。要实现计算机远程自动管理，就必须对机械计度器上的机械指示进行数字转换，转换成对应的计算机可识别的数据形式，如二进制数据，并将转换后的数据传送出去。 

实现这个功能的方式有很多种，在数字转换方面有脉冲计数方式、光电直读方式、电涡流感应直读方式、视觉图像直读方式等，在数据传送方面分有线和无线方式，而有线方式多为RS485总线和MBUS总线方式。这些方式各自具有不同的技术特点，但都存在较大的自身难以克服之缺陷。 

脉冲计数方式实质上与计度器形成了二次计量，长期使用难以同步。光电直读方式和视觉图像直读方式应用在水表时不能浸泡在水中，隔离密封成为一个麻烦问题。电涡流感应直读方式实际上是照搬金属接近开关的工作原理，需要有较大的零件尺寸才足以产生出足够的涡流效应，难以用在三表中狭小的计度器上。RS485总线和MBUS总线都是采用集成电路芯片直接连接到外部通信线路上，没有隔离措施，直接承受线路上的电磁干扰和冲击，必须加大成本进行重重保护，即使如此，可靠性也难以媲美隔离通信的方式。 

发明内容

为了对前述背景技术当中指出的问题加以改良，本实用新型采用了适当的电子技术工作原理，设计发明了一套新颖的机电一体化装置，目的是更简捷、更可靠和更有效地完成对机械计度器的数字化转换和数据传输全过程。 

为了达到将机械计度器字轮指示数值转换成计算机可处理数据的目的，本装置中的技术方案是利用改变电感磁芯的回路总磁阻，进而改变电感线圈电感量的工作原理，构建计度器字轮转动角度位置传感器。计度器字轮转动的角度，实际上一一对应着计度器的机械指示数值，检测字轮的角度位置信息，就可以得到与计度器机械字轮指示数值对应的计算机数据，从而完成对应的数字化转换。 

本装置中包括多个线圈绕在铁氧体磁芯上的电感，分布在每个字轮周围的弧形框架上，铁氧体磁芯的形状有U型、H型、E型和工字型等。电感线圈电感量大小与其铁氧体磁芯磁路的总磁阻成反比。在其他条件不变的情况下改变电感磁路的总磁阻，电感量随之改变。 

根据磁路原理，电感磁芯的磁力线是一个连续封闭的回路，回路的总磁阻是回路中各段磁阻之和。电感磁芯的总磁阻在空气当中实际上就是磁芯磁阻和空气间隙磁阻之和。在水中就是磁芯磁阻和水间隙磁阻之和。磁阻大小在磁芯截面积、磁芯磁导率、线圈匝数、线圈电流大小都不变的前提下，主要取决于磁路的长度。 

空气的相对磁导率为1，水的相对磁导率近似为1，而铁氧体材料的相对磁导率为几百到几千，所以空气间隙或水间隙的磁阻在总磁阻中所占比例远大于铁氧体磁芯磁阻，因此在空气间隙或水间隙的磁路中移入一段铁氧体磁芯，减小空气间隙或水间隙的磁路长度，将会大大减小磁路总磁阻，总磁阻减小意味着电感量将增大。 

本装置正是利用了上述原理来构建计度器字轮角度位置传感器，并对传感器信号进行检测，从而定位计度器字轮转动的角度。本发明的装置中，在机械计度器的字轮圆周面上镶嵌有铁氧体磁芯片，在与字轮同心的弧形框架上安装有多个线圈绕在铁氧体磁芯上的电感，电感线圈接到电路板的电感测量电路上。当字轮转动到一定的角度位置时，字轮上镶嵌的铁氧体磁芯片会移入到固定在弧形框架上的相应电感线圈磁芯的磁路当中，进而对该电感线圈磁芯的总磁阻造成影响，该电感线圈的电感量将发生改变。 

电感量的改变被电路板上的电感测量电路检测到，电感测量电路将电感量变化状态传递到单片机中，单片机根据相应的编码规则，对此状态变化进行判断，即可得到字轮转动的角度位置信息，而这个角度位置信息与计度器字轮指示的数值是一一对应的，也就是说，计度器字轮的机械指示数值已变成了单片机中的信息数据，从而达到了将机械计度器指示数值转换成计算机可处理数据的目的。 

本装置弧形框架上设置铁氧体磁芯电感的数量和位置有多种方式，与字轮上铁氧体磁芯片的设置数量和位置也存在多种对应关系，这些对应关系实际上决定了单片机中判断字轮转动角度位置信息的编码方式，比如本实施例中就是4X3＝12的编码方式，取其中10个编码位置使用即可。