本實用新型涉及燃氣計量裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種燃氣表端的新型脈沖計量裝置。

背景技術(shù)：

近年來智能燃氣表行業(yè)發(fā)展迅速，形勢還不斷向好的方向發(fā)展，業(yè)內(nèi)對表端計量安全性、準確性方面的要求越來越高，尤其是如何做到抗干擾、降低功耗、降低故障率、提高可靠性、節(jié)省制造成本這五個方面的要求更是如此。

如今智能燃氣表的脈沖計量方式包括下面三種方式：

1.干簧管磁控計量方式：采用干簧管傳感器、磁鐵以及計數(shù)齒輪的組合，實現(xiàn)計量功能；

2.霍爾磁控計量方式：采用霍爾傳感器、磁鐵以及計數(shù)齒輪組合，實現(xiàn)計量功能；

上述兩種計量方式，計數(shù)過程均利用磁場信號進行開關(guān)控制，并檢測計數(shù)齒輪的運動狀態(tài)，來實現(xiàn)計量功能。

3.光電直讀計量方式：采用光電傳感器、計數(shù)齒輪以及信號處理電路組合實現(xiàn)；計數(shù)過程利用在計數(shù)齒輪上的小孔來觸發(fā)光電傳感器進行采樣，并讀取當(dāng)前計數(shù)齒輪的狀態(tài)，來實現(xiàn)計量功能。

上述三種方案存在如下問題：

1.干簧管磁控計量方式：首先，由于干簧管傳感器存在不耐高溫、易損的特點，所以在生產(chǎn)的過程中只能采用人工焊接，并且生產(chǎn)、安裝過程都需要考慮干簧管傳感器的保護問題；第二，由于干簧管傳感器采用磁控計量的方式，所以電磁干擾問題無法避免。

2.霍爾磁控計量方式：由于霍爾傳感器采用采用磁控計量的方式，所以電磁干擾問題同樣無法避免。

3.光電直讀計量方式：由于光電傳感器取樣位置位于計數(shù)齒輪上，所以強光對光電傳感器極易產(chǎn)生干擾，并且由于光電直讀計量方式需要基于一組特定的計數(shù)齒輪，在采樣后端還需要添加相應(yīng)的檢測電路，成本高、功耗大，抗光干擾能力差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的燃氣表計量方案效率、抗干擾、壽命以及成本互相無法兼得的問題，提供了一種計量精準、抗光能力強、功耗低、成本低、工藝簡單、生產(chǎn)效率高且抗干擾能力強的能實現(xiàn)光電反射脈沖采樣的燃氣表端的新型脈沖計量裝置。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

一種燃氣表端的新型脈沖計量裝置，包括計數(shù)器、傳動齒輪組、計數(shù)齒輪、光電傳感器和MCU；所述傳動齒輪組分別與計數(shù)器和計數(shù)齒輪嚙合；所述光電傳感器包括紅外發(fā)射管D1和紅外接收管Q1；所述MCU分別與紅外發(fā)射管D1和紅外接收管Q1電連接；所述光電傳感器與計數(shù)齒輪的計數(shù)面對應(yīng)設(shè)置；所述計數(shù)齒輪的計數(shù)面上設(shè)有兩個反射計數(shù)區(qū)域。

本實用新型主要由光電傳感器包括光電發(fā)射管、光電接收管、MCU、計數(shù)齒輪以及傳動齒輪組成。其中光電傳感器作為計量開關(guān)，MCU進行開關(guān)控制以及信號處理。設(shè)計在計數(shù)齒輪上添加反射介質(zhì)黑、白兩種顏色的介質(zhì)并將其作為光電傳感器的開關(guān)媒介，當(dāng)光電傳感器識別白色介質(zhì)時，傳感器會輸出一個電壓至MCU，當(dāng)光電傳感器識別黑色介質(zhì)時，傳感器又會輸出一個電壓至MCU，MCU通過區(qū)分不同電壓的信號以實現(xiàn)計量功能。

因此，本實用新型采用光電反射計量方案，具有可完全解決磁干擾的問題的特點。

作為優(yōu)選，還包括紅外發(fā)射管供電電源、紅外接收管供電電源、光電發(fā)射電路和光電接收電路；所述光電接收電路包括紅外接收管Q1；所述光電發(fā)射電路的一端與紅外發(fā)射管供電電源的供電端Ctrl_IR接口電連接，光電發(fā)射電路的另一端接地；所述光電接收電路的一端與紅外接收管供電電源的供電端Ctrl_PT接口電連接，光電接收電路的另一端接地；所述MCU分別與紅外發(fā)射管供電電源的供電端Ctrl_IR接口、紅外接收管供電電源的供電端Ctrl_PT接口和紅外接收管Q1的信號輸出端PLUSE接口電連接。

作為優(yōu)選，所述光電發(fā)射電路還包括電阻R1；所述光電接收電路還包括電阻R2；所述電阻R1的一端與紅外發(fā)射管供電電源的供電端Ctrl_IR接口電連接，電阻R1的另一端與紅外發(fā)射管D1的正級電連接；所述紅外發(fā)射管D1的負極接地；所述電阻R2的一端與紅外接收管供電電源的供電端Ctrl_PT接口電連接，電阻R2的另一端分別與紅外接收管Q1的C級和紅外接收管Q1的信號輸出端PLUSE接口電連接；所述紅外接收管Q1的E級接地。

作為優(yōu)選，所述計數(shù)齒輪采用黑、白雙色介質(zhì)制成或者計數(shù)齒輪的計數(shù)面上設(shè)有黑、白雙色涂層，形成黑、白雙色兩個反射計數(shù)區(qū)域；所述黑、白雙色反射計數(shù)區(qū)域分別占計數(shù)齒輪的計數(shù)面的面積比為2:1。

采樣的位置是在避開光線透入的計數(shù)齒輪上，且計數(shù)齒輪采用黑、白雙色，白色面用于反射光，黑色面用于吸收光，通過兩個狀態(tài)的區(qū)別以實現(xiàn)計量功能。黑色面積為白色面積的2倍， MCU只取白色反射光狀態(tài)計數(shù)。

作為優(yōu)選，所述計數(shù)齒輪的計數(shù)面上的設(shè)有光保護環(huán)。

計數(shù)齒輪周圍添加了光保護環(huán)，從而做到了極強的抗電磁干擾以及抗強光干擾的能力，可靠性也相對更高。

作為優(yōu)選，所述光電傳感器與計數(shù)齒輪的間距為3.5±0.2mm。

光電傳感器面向計數(shù)齒輪，從根本上避開光的射入，并做到光電傳感器與齒輪保持在4mm左右的距離，使外界光線進入光電開關(guān)管的入射量減少，從而減小光電開關(guān)管發(fā)射電流，提高智能燃氣表的可靠性。

作為優(yōu)選，所述紅外接收管Q1的信號輸出端設(shè)有濾波電路；所述濾波電路的一端與紅外接收管Q1的信號輸出端PLUSE接口電連接，濾波電路的另一端接地。

作為優(yōu)選，所述的濾波電路為濾波電容C1。

作為優(yōu)選，所述濾波電容C1為COG電容，所述COG電容的內(nèi)部采用疊層獨石結(jié)構(gòu)。

在光電傳感器的輸出端采用COG電容進行脈沖毛刺的濾波，COG電容具有優(yōu)良的焊接性和耐焊性的特點，適用于回流焊和波峰焊；其內(nèi)部采用疊層獨石結(jié)構(gòu)，其容量非常穩(wěn)定不會隨溫度、電壓和時間的變化而變化，具有高可靠性的特點，將其作為濾波電容來使用可有效的做到后級濾波的效果，使得送入MCU的電平更加平穩(wěn)可靠。

因此，本實用新型具有如下有益效果：

1.采用光電反射計量方案，該方案可完全解決磁干擾的問題；通過在采樣齒輪上識別不同的反射計數(shù)區(qū)域，從根源上減小外界光線的入射角度、減小光電開關(guān)的入射電流，從而提高燃氣表的可靠性。

2.可靠性高、抗干擾能力強，所述實例采用光控計量方式，且采樣位置放在傳動齒輪上，并在計數(shù)齒輪周圍添加了光保護環(huán)，從而做到了極強的抗電磁干擾以及抗強光干擾的能力，可靠性也相對更高。

3.低功耗、低故障率，所述實例中光電傳感器采用周期間歇供電的方式，故而功耗可以變得很低；并且所述實例電路的實現(xiàn)形式簡單，從潛在失效模式分析上來看，元件少的電路比元件多的電路，在電路構(gòu)成模型類似的前提下，故障率更低，可靠性更強。

4.低制造成本和制造工藝，所述實例各器件屬于貼片器件，在生產(chǎn)過程中可以進行SMT工藝操作，無需人工焊接以及額外的保護措施，所以制造成本以及制造工藝都可以做的相對簡單、方便。

附圖說明

圖1是本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型的一種電路原理圖；

圖3是本實用新型的一種采樣示意圖。

圖中：計數(shù)器1、傳動齒輪組2、計數(shù)齒輪3、光電傳感器4、MCU 5、反射計數(shù)區(qū)域31、光保護環(huán)32、紅外發(fā)射管D1 41、紅外接收管Q1 42、紅外發(fā)射管供電電源61、紅外接收管供電電源62、光電發(fā)射電路63、光電接收電路64。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步的描述。

如圖1、圖2、圖3所示的實施例是一種燃氣表端的新型脈沖計量裝置，包括計數(shù)器1、傳動齒輪組2、計數(shù)齒輪3、光電傳感器4和MCU 5；所述傳動齒輪組2分別與計數(shù)器1和計數(shù)齒輪嚙合3；所述光電傳感器4包括紅外發(fā)射管D1 41和紅外接收管Q1 42；所述MCU 5分別與紅外發(fā)射管D1 41和紅外接收管Q1 42電連接；所述光電傳感器4與計數(shù)齒輪3的計數(shù)面對應(yīng)設(shè)置；所述計數(shù)齒輪3的計數(shù)面上設(shè)有兩個反射計數(shù)區(qū)域31；

還包括紅外發(fā)射管供電電源61、紅外接收管供電電源62、光電發(fā)射電路63和光電接收電路64；所述光電接收電路64包括紅外接收管Q1 42；所述光電發(fā)射電路63的一端與紅外發(fā)射管供電電源61的供電端Ctrl_IR接口電連接，光電發(fā)射電路63的另一端接地；所述光電接收電路64的一端與紅外接收管供電電源62的供電端Ctrl_PT接口電連接，光電接收電路64的另一端接地；所述MCU 5分別與紅外發(fā)射管供電電源61的供電端Ctrl_IR接口、紅外接收管供電電源62的供電端Ctrl_PT接口和紅外接收管Q1 42的信號輸出端PLUSE接口電連接；

所述光電發(fā)射電路63還包括電阻R1；所述光電接收電路64還包括電阻R2；所述電阻R1的一端與紅外發(fā)射管供電電源61的供電端Ctrl_IR接口電連接，電阻R1的另一端與紅外發(fā)射管D1 41的正級電連接；所述紅外發(fā)射管D1 41的負極接地；所述電阻R2的一端與紅外接收管供電電源62的供電端Ctrl_PT接口電連接，電阻R2的另一端分別與紅外接收管Q1 42的C級和紅外接收管Q1 42的信號輸出端PLUSE接口電連接；所述紅外接收管Q1 42的E級接地；

所述計數(shù)齒輪3采用黑、白雙色介質(zhì)制成或者計數(shù)齒輪3的計數(shù)面上設(shè)有黑、白雙色涂層，形成黑、白雙色兩個反射計數(shù)區(qū)域31；所述黑、白雙色反射計數(shù)區(qū)域31分別占計數(shù)齒輪3的計數(shù)面的面積比為2:1；

所述計數(shù)齒輪3的計數(shù)面上的設(shè)有光保護環(huán)32；

所述光電傳感器4與計數(shù)齒輪3的間距為3.5mm；

所述紅外接收管Q1 42的信號輸出端設(shè)有濾波電路；所述濾波電路的一端與紅外接收管Q1 42的信號輸出端PLUSE接口電連接，濾波電路的另一端接地；

所述的濾波電路為濾波電容C1；

所述濾波電容C1為COG電容，所述COG電容的內(nèi)部采用疊層獨石結(jié)構(gòu)。

在本實用新型中，燃氣表從左到右一共設(shè)置八個采樣字輪，這八個采樣字輪中，五個表示整數(shù)位，三個表示小數(shù)位，八個采樣字輪能夠表示的最大數(shù)字是99999.999。方案中，采樣齒輪為最后一個齒輪，齒輪轉(zhuǎn)動一圈，剛好跑氣0.01m3，則N=0.013，Q為最大流量，如今民用燃氣表最大氣量為6m3，那么走0.01m3的氣最少時間為6S，方案將計數(shù)齒輪分成了黑色、白色兩種顏色計數(shù)，黑色面積為白色面積的2倍，MCU只取白色反射光狀態(tài)計數(shù)。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計上將光電反射開關(guān)的反光面設(shè)計在表端其中一個傳動齒輪稱為計數(shù)齒輪上，將作為反光面的計數(shù)齒輪設(shè)計成黑白雙色齒輪并與光電反射開關(guān)保持3.5mm的距離；作為反射面的計數(shù)齒輪還需要與數(shù)碼輪0.001方字輪同步，當(dāng)0.001方字輪轉(zhuǎn)動一圈的時候恰好該計數(shù)齒輪也轉(zhuǎn)動一圈。

在軟件設(shè)計上它包括間歇供電、AD采樣以及數(shù)字電平比較三個步驟，間歇供電與程序喚醒同步，假設(shè)表每間隔1S喚醒一次，那么無論在跑氣或者靜態(tài)都只要在單片機MCU喚醒的時候進行檢測即可，由于一個周期需要最少需要4S的時間，所以不需要額外再打開計量電路電源去操作該模塊電路。當(dāng)每一次程序被喚醒的時候進行一次脈沖采樣，首先將CTRL置高，給電路供電，延時一段時間，等待電平穩(wěn)定后再進行AD采樣，讀取當(dāng)前PULSE端的電壓值，將讀取到的電壓值與被設(shè)定的電壓值進行比較，判斷當(dāng)前齒輪所在位置；

在硬件電路設(shè)計上它包括電信號轉(zhuǎn)換成光信號，光信號采集，光信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸出端電信號濾波處理這幾個步驟，當(dāng)CTRL打開后開始進行如下操作：1）電信號轉(zhuǎn)換成光信號：通電后電流通過電阻R1流過光電傳感器D40的1、2號引腳，形成回路，此時發(fā)射端點亮；2）光信號采集：光電傳感器D40的發(fā)射端發(fā)射出的紅外光遇到齒輪的反射面，反射回光電傳感器D40的接收端； 3）光信號轉(zhuǎn)換為電信號：當(dāng)紅外光反射回接收端時會遇到如下兩種情況，如果遇到的是黑色面，則大部分光都會反射面被吸收，僅留下殘留的余光回到接收端，接收管此時處于不導(dǎo)通或微導(dǎo)通狀態(tài)，PULSE端輸出一個高電平；如果遇到的是白色面，則大部分光都會被反射面反射，然后回到接收端，此時接收管處于導(dǎo)通狀態(tài)，PULSE端輸出一個低電平，MCU只取PULSE端輸出的低電平計數(shù)；4）電信號濾波處理：由于輸出的波形會出現(xiàn)一定的毛刺或者波動，在PULSE輸出端加上一個0.1nF的COG電容，在不造成輸出延時的情況下濾掉不該存在的毛刺，避免接收到的結(jié)果不準確。

因此，本實用新型具有如下有益效果：計量精準、抗光能力強、功耗低、成本低、工藝簡單、生產(chǎn)效率高且抗干擾能力強的能實現(xiàn)光電反射脈沖采樣。

應(yīng)理解，本實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。