專利名稱：儀表測(cè)試電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儀表測(cè)試電路，尤其涉及用于確定電度表的精確運(yùn)行的儀表測(cè)試電路和傳感器。
家用和其它用途的電度表有兩種基本類型。第一種類型是電動(dòng)機(jī)械式電度表，它具有轉(zhuǎn)動(dòng)盤。該轉(zhuǎn)動(dòng)盤上有指示標(biāo)記，每單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)表示用戶消耗的電能，其中向用戶的房屋供電的電源由該儀表監(jiān)視。該電度表一般帶有一個(gè)覆蓋其正面的玻璃罩，通過該玻璃罩可以看到電度表內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)盤和其它部件。
這種儀表有許多不同種類，不同品牌的電度表的玻璃罩的樣式、玻璃罩與轉(zhuǎn)動(dòng)盤之間的距離和其它結(jié)構(gòu)性能存在相當(dāng)大的差別。另外，這些電度表工作在諸如熱、光和電氣噪聲的不同環(huán)境條件下。
另一種類型是電子式電度表，它帶有閃爍燈或發(fā)光二極管(LED)，它們可提供電能消耗率的可視性指示。
為了提供在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)所消耗的電能的指示以便測(cè)試或監(jiān)視，經(jīng)常需要記錄數(shù)據(jù)。目前用于這種用途的已知設(shè)備包括一個(gè)用于向電度表轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的指示標(biāo)記直接發(fā)射光或紅外射線的發(fā)射器，并具有一個(gè)每當(dāng)檢測(cè)到指示標(biāo)記時(shí)能產(chǎn)生響應(yīng)的檢測(cè)器。該設(shè)備的輸出端可以耦合到數(shù)據(jù)記錄器上。在監(jiān)視電子式電度表工作的場(chǎng)合，監(jiān)視或測(cè)量設(shè)備中不需要發(fā)射器。
這些已知設(shè)備用起來不方便，它們需要精確定位和準(zhǔn)確安裝到被測(cè)試的儀表上。通常很難做到這一點(diǎn)，因?yàn)椴煌放频碾姸缺碓谖锢斫Y(jié)構(gòu)上存在很大差異。發(fā)射器通常發(fā)射穩(wěn)定的恒定強(qiáng)度光，環(huán)境條件的變化會(huì)對(duì)它的作用產(chǎn)生不利影響。
本發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種儀表測(cè)試電路和傳感器，它們至少能把上述不利條件降到最小。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了用于儀表測(cè)試電路的測(cè)試傳感器，該傳感器包括背面、發(fā)射器、第一接收器、暗接收器和指示器。其中，發(fā)射器和第一接收器裝在背面上，暗接收器用于響應(yīng)環(huán)境條件的影響以便消除第一接收器所接收到的信號(hào)中的至少一部分環(huán)境影響，當(dāng)傳感器被裝到被測(cè)試儀表上并與被測(cè)試儀表對(duì)準(zhǔn)時(shí)指示器可以提供指示。
按照另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一個(gè)儀表測(cè)試電路，它包括具有發(fā)射器和接收器的傳感器，發(fā)射器控制器和信號(hào)處理器。其中，發(fā)射器控制器用于根據(jù)被測(cè)儀表控制發(fā)射器的輸出信號(hào)的強(qiáng)度和用于起動(dòng)發(fā)射器使它產(chǎn)生輸出信號(hào)，信號(hào)處理器用于接收來自接收器的輸出信號(hào)并根據(jù)該輸出信號(hào)確定儀表轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的指示標(biāo)記的出現(xiàn)或確定儀表上的指示器的閃爍。
發(fā)射器與接收器可以發(fā)射與接收任何合適的輻射光。最好包括紅外線。發(fā)射器可以包括紅外發(fā)射二極管而接收器則可以包括光敏晶體管。
暗接收器或“盲”接收器是與上述接收器相同的設(shè)備，這兩個(gè)接收器緊挨在一起以便兩者接收同樣的噪聲源。這樣，第一所述接收器可以提供對(duì)噪聲和檢測(cè)到的紅外線的響應(yīng)輸出信號(hào)而盲接收器則只對(duì)噪聲起響應(yīng)?？梢詫⑦@些接收器的輸出信號(hào)相減以便基本消除噪聲影響。
傳感器包括一個(gè)指示器，只要檢測(cè)到指示標(biāo)記或指示器閃爍，它就提供準(zhǔn)確的可視輸出信號(hào)。這便于傳感器與被測(cè)儀表準(zhǔn)確對(duì)齊。
信號(hào)處理器最好包括高增益放大器和差分放大器。高增益放大器用于放大第一所述接收器和盲接收器的輸出信號(hào)，而差分放大器則將一個(gè)輸出信號(hào)減去另一個(gè)輸出信號(hào)以便減小噪聲的影響。
信號(hào)處理器最好包括濾波器和濾波器輸出信號(hào)的分析電路以便提供對(duì)儀表指示標(biāo)記或閃爍指示器的檢測(cè)信號(hào)。該處理器可以包括整流器、電平保持電路和峰谷檢測(cè)器。
發(fā)射器控制器不僅能保證發(fā)射器提供脈沖輸出信號(hào)而且還能根據(jù)被測(cè)儀表控制輸出信號(hào)的強(qiáng)度。這樣就可以控制發(fā)射器消耗的電能。發(fā)射器的脈沖發(fā)生占空系數(shù)最好小一些，一般為0.8％。脈沖頻率相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)速度或相對(duì)電子式電度表上的指示器的閃爍頻率來說要高一些。
處理器最好將從接收器上按收到的信號(hào)的幅值與參考值進(jìn)行比較從而產(chǎn)生用于控制發(fā)射器強(qiáng)度的信號(hào)。
附圖的簡(jiǎn)要說明現(xiàn)在將舉例說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中
圖1、2和3是本發(fā)明實(shí)施例中的傳感器的正視圖、側(cè)視圖和背視圖；圖4是包括圖1、2和3所示傳感器的儀表測(cè)試電路的方框圖；圖5是用于傳感器的電路的詳細(xì)電路圖；圖6是用于圖4所示方框圖的另一部分詳細(xì)電路的詳細(xì)電路圖；圖7是用于圖4所示方框圖的另一部分詳細(xì)電路的詳細(xì)電路圖；和圖8是用于圖4所示方框圖的微機(jī)電路的電路圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明圖1、2和3示出了傳感器10。該傳感器10的背面11裝有兩個(gè)便于將傳感器吸附在電度表的玻璃罩上的吸碗12、13。輻射光發(fā)射器和輻射光接收器裝在背面，它們面向傳感器可以附著的電度表玻璃罩。這些圖中沒有畫出發(fā)射器和接收器。
傳感器含有圓柱體14和正面15。正面15上有一個(gè)指示器，通常為L(zhǎng)ED16。當(dāng)傳感器10被正確地相對(duì)于電度表定位時(shí)，只要接收器檢測(cè)到電度表轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的指示標(biāo)記的出現(xiàn)，LED16就會(huì)閃爍。在使用電子式電度表而不是帶轉(zhuǎn)動(dòng)盤的電度表的場(chǎng)合，當(dāng)傳感器被正確對(duì)準(zhǔn)電度表時(shí)，接收器可以檢測(cè)到電度表上的指示器的閃爍，只要電度表上的指示器閃爍，指示器16就會(huì)閃爍。
電氣引線17將傳感器耦合到儀表測(cè)試電路的其它電路上。
圖4示出了本發(fā)明的儀表測(cè)試電路的方框圖。接收器20通常是帶有放大器的光敏晶體管，它能對(duì)來自電度表的轉(zhuǎn)動(dòng)盤或LED指示器的發(fā)射光起響應(yīng)。接收器20的放大輸出信號(hào)代表對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的指示標(biāo)記或?qū)﹄娮邮诫姸缺砩系腖ED閃爍的檢測(cè)信號(hào)。
該電路具有兩種工作模式1、機(jī)械式儀表工作模式，2、電子式儀表工作模式。
接收器的差分輸出信號(hào)通過差分放大器與濾波器21進(jìn)行調(diào)節(jié)。該濾波器通常是高通濾波器，它的輸出信號(hào)被輸入到增益控制單元22中。單元22的輸出信號(hào)被輸入到峰值保持電路23和比較器中。峰值保持電路23的輸出信號(hào)被輸入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)24。ADC的輸出信號(hào)是一個(gè)代表峰值保持電路23的輸出信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。
下面對(duì)機(jī)械儀表工作模式加以說明。
在標(biāo)定流入到被測(cè)儀表中的電流的初始周期內(nèi)，將模/數(shù)轉(zhuǎn)換器24的輸出信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較以便控制數(shù)/模轉(zhuǎn)換器26的輸出信號(hào)。DAC26的輸出信號(hào)被電壓/電流轉(zhuǎn)換器27轉(zhuǎn)換成電流脈沖信號(hào)。微機(jī)25允許轉(zhuǎn)換器27工作。電壓/電流轉(zhuǎn)換器27的輸出端用具有0.8％典型占空系數(shù)的脈沖驅(qū)動(dòng)發(fā)射器電路28。發(fā)射器的脈沖頻率要比機(jī)械式電度表的轉(zhuǎn)動(dòng)盤的正常轉(zhuǎn)動(dòng)速度高得多。
下面對(duì)電子式儀表工作模式加以說明。微機(jī)25通過其管腳PEO的輸出信號(hào)禁止電壓/電流轉(zhuǎn)換器27工作從而停止發(fā)射器28的任何發(fā)射。將模/數(shù)轉(zhuǎn)換器24的輸出信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較以便控制數(shù)/模轉(zhuǎn)換器26的輸入信號(hào)。
通過比較器29對(duì)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器26的輸出信號(hào)與增益控制單元22的輸出信號(hào)進(jìn)行比較。微機(jī)25的輸出PC0控制增益控制單元22的輸出信號(hào)幅值。比較器29的輸出信號(hào)被輸入到計(jì)算機(jī)25的PA2端子上與程序中設(shè)定的限制及輸入到計(jì)算機(jī)25的PD2端子上的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)進(jìn)行比較。
在計(jì)算機(jī)中已經(jīng)編制了用于區(qū)分接收器輸出信號(hào)的峰值與谷值的程序，當(dāng)峰值與谷值之間的差值超過預(yù)定值時(shí)，計(jì)算機(jī)的輸出端PC3將輸出一個(gè)表示已檢測(cè)到轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的指示標(biāo)記或檢測(cè)到電子式電度表上的LED閃爍信號(hào)的輸出信號(hào)。該輸出信號(hào)可以耦合到數(shù)據(jù)記錄器(沒有表示出)上。
圖5示出了傳感器所采用的更詳細(xì)的電路。當(dāng)本發(fā)明電路用于帶轉(zhuǎn)動(dòng)盤的電度表時(shí)，發(fā)射器由發(fā)光二極管(LED)L1組成，這種發(fā)射器用于把發(fā)射光射向轉(zhuǎn)動(dòng)盤。這樣，在轉(zhuǎn)動(dòng)盤的每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期中都能檢測(cè)到指示標(biāo)記的出現(xiàn)。當(dāng)被測(cè)電度表是帶LED指示器的電子式電度表時(shí)，LED指示器的閃爍頻率就表示被消耗的電能。因此不需要傳感器L1。
兩個(gè)接收光敏晶體管Q1和Q用于檢測(cè)電度表轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的指示標(biāo)記或電子式電度表的LED閃爍。接收器Q2被掩蓋起來并只對(duì)噪聲、環(huán)境條件和其它與指示標(biāo)記或LED的閃爍的出現(xiàn)無關(guān)的因素起響應(yīng)。接收器Q1和Q2象圖中所示的那樣連接起來以便提供信號(hào)SIGL和SIGH，這兩個(gè)信號(hào)可以相減以便消除噪聲影響。放大器Q11A被連接成比較器，它驅(qū)動(dòng)來自Q1和Q2的輸入信號(hào)，并對(duì)Q1進(jìn)行控制以使其不在環(huán)境光條件下飽和。電壓跟隨器U12A和U12B提供低阻抗差分輸出。當(dāng)晶體管Q2趨于關(guān)斷時(shí)跟隨器U12A輸出高電平信號(hào)，當(dāng)晶體管Q1趨于導(dǎo)通時(shí)跟隨器U12B輸出低電平信號(hào)。晶體管Q3及其相關(guān)元件起著恒流源的作用，它保證晶體管Q1和Q2不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。
圖6示出了被施加到各個(gè)高通濾波上的跟隨器U12A和U12B的輸出，其中各個(gè)高通濾波器分別由電容C1與電阻R1和電容C2與電阻R2所組成。濾波器的輸出信號(hào)被施加到差分放大器U1A上。這些濾波器和放大器U1A構(gòu)成了圖4所示的塊21。場(chǎng)效應(yīng)晶體管TR4和放大器U1B構(gòu)成了圖4所示的增益控制塊22。放大器U1B的增益為10。當(dāng)FET TR導(dǎo)通時(shí)其增益就為1/10。FET TR4的導(dǎo)通由來自計(jì)算機(jī)25的信號(hào)PCO所控制(見圖4)。
放大器U2A、二極管D1和電容C5起著峰值檢測(cè)器的作用，它們構(gòu)成了圖4所示的峰值保持塊23。電容C10和電阻R14消除了峰值保持器與放大器U1B之間的相互影響。晶體管TR1用于使電容C5周期性放電。當(dāng)信號(hào)PC1使晶體管TR1導(dǎo)通時(shí)，電容C5就放電。放大器U2B構(gòu)成緩沖器，它將峰值檢測(cè)器的輸出信號(hào)耦合到圖4中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器24上。
圖6示出了來自計(jì)算機(jī)25的信號(hào)PC2。該信號(hào)使晶體管TR2產(chǎn)生用于控制圖1中的LED16的信號(hào)INDLED，以便指示傳感器10已經(jīng)被放置在相對(duì)于電度表的合適位置上。信號(hào)PC3控制晶體管TR3產(chǎn)生一個(gè)表示已經(jīng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)換盤上的指示標(biāo)記或電子式電度表上的LED閃爍信號(hào)的輸出信號(hào)。
U2C是圖4中的比較器29。圖6所示的連接器1和2的連接關(guān)系如圖6左下方所示。
圖7示出了本發(fā)明的儀表測(cè)試電路的電源電路。穩(wěn)壓器U3提供穩(wěn)定的+10V和-10V電壓。穩(wěn)壓器U5提供穩(wěn)定的-5V電壓。穩(wěn)壓器U6和U4分別提供穩(wěn)定的10V和5V電壓。濾波電容C28、C29、C17、C18和C19與穩(wěn)壓器相聯(lián)。
圖8示出了微機(jī)U10的詳細(xì)情況。計(jì)算機(jī)U10的復(fù)位信號(hào)來自器件U8。放大器U2D和晶體管TR5將電壓源轉(zhuǎn)換成電流源。電阻R19和R24到R31的輸入信號(hào)PB0到PB7來自計(jì)算機(jī)U10。該電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖4所示的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器26。電壓/電流轉(zhuǎn)換器代表圖4中的塊27。輸出信號(hào)IRLED控制圖5中的LED L1并根據(jù)被測(cè)電度表提供一個(gè)強(qiáng)度可變的輸出信號(hào)。晶體管TR6受來自計(jì)算機(jī)U10的輸入信號(hào)PEO的控制，當(dāng)晶體管TR6導(dǎo)通時(shí)，電壓/電流轉(zhuǎn)換器就開始工作。這樣，該轉(zhuǎn)換器就得到了控制以便當(dāng)本發(fā)明電路用于電子式電度表時(shí)使發(fā)射器L1(圖5)不工作。
圖4方框圖所示的并且在圖8中以U10更加詳細(xì)表示的計(jì)算機(jī)25按照下列方式工作。端子PEO通過上拉電阻耦合到+5V上。為了使本發(fā)明電路以機(jī)械式電表模式工作，PEO到FET TR6的連接線電平位于+5V，于是FET TR6將地電勢(shì)耦合到電阻R30的一端從而使電壓/電流轉(zhuǎn)換器起作用。當(dāng)PEO被耦合到地電勢(shì)時(shí)，TR6不導(dǎo)通，于是電壓/電流轉(zhuǎn)換器被禁止。
一開始就要對(duì)計(jì)算機(jī)的操作進(jìn)行標(biāo)定以便建立起谷值(對(duì)機(jī)械式電表模式)和峰值(對(duì)電子式電表模式)。同樣也需要建立谷值或峰值持續(xù)時(shí)間。當(dāng)為計(jì)算機(jī)設(shè)置這樣的測(cè)試功能時(shí)，只有當(dāng)所要求的搜索限制范圍內(nèi)的峰值或谷值持續(xù)一段所要求的時(shí)間時(shí)端子PC3上才產(chǎn)生一個(gè)向數(shù)據(jù)記錄器提出申請(qǐng)的輸出信號(hào)。這種信息可以提供精確讀取電度表讀數(shù)的指示。
權(quán)利要求
1.一種用于儀表測(cè)試設(shè)備與電路的傳感器，該傳感器具有背面、發(fā)射器、第一接收器、第二接收器和指示器，其中，發(fā)射器和第一接收器裝在背面上，第二接收器用于響應(yīng)環(huán)境條件的影響以便消除第一接收器所接收到的信號(hào)中的至少一部分環(huán)境影響，指示器用于當(dāng)傳感器被裝到被測(cè)試儀表上并完全與被測(cè)儀表對(duì)準(zhǔn)時(shí)提供指示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中發(fā)射器是紅外光發(fā)射二極管，接收器是相同的光敏二極管或光敏晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中指示器是裝在傳感器正面的發(fā)光二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，包括一個(gè)或多個(gè)裝在背面的吸碗，用于將傳感器吸附到儀表上，使背面向著儀表。
5.一種儀表測(cè)試電路，它包括權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)所述的傳感器，還包括用于提供DC信號(hào)的電路和一計(jì)算機(jī)，其中DC信號(hào)的幅值表示來自第一接收器的信號(hào)，計(jì)算機(jī)可以選擇測(cè)試電路的功能，當(dāng)選擇機(jī)械式儀表測(cè)試功能時(shí)允許發(fā)射器發(fā)射并且控制發(fā)射強(qiáng)度，當(dāng)選擇電子式儀表時(shí)禁止發(fā)射器發(fā)射。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的儀表測(cè)試電路，其中計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)檢測(cè)谷值或峰值，谷值表示檢測(cè)到機(jī)械式儀表轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的指示標(biāo)記，峰值表示來自電子式儀表的可視性指示，谷值或峰值檢測(cè)過程持續(xù)一段預(yù)定時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儀表測(cè)試電路，其中計(jì)算機(jī)提供用于耦合到數(shù)據(jù)記錄器上的輸出信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儀表測(cè)試電路，包括被耦合到第一接收器和第二接收器上的濾波器與放大器，從而在放大器中將第一接收器的輸出信號(hào)減去第二接收器的輸出信號(hào)從而使噪聲與環(huán)境條件對(duì)第一接收器的影響最小。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的儀表測(cè)試電路，其中放大器的輸出信號(hào)被耦合到增益控制單元上，增益控制單元的增益由計(jì)算機(jī)控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的儀表測(cè)試電路，包括被耦合到增益控制單元上用于提供DC信號(hào)的峰值保持電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的儀表測(cè)試電路，包括用于將DC信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并把該數(shù)字信號(hào)耦合到計(jì)算機(jī)上的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的儀表測(cè)試電路，包括由計(jì)算機(jī)控制的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)，它被耦合到發(fā)射器上以便控制發(fā)射器輸出信號(hào)的強(qiáng)度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的儀表測(cè)試電路，其中DAC輸出信號(hào)與增益控制單元的輸出信號(hào)在比較器中進(jìn)行比較，比較器的輸出信號(hào)被耦合到計(jì)算機(jī)上與程序設(shè)定的限制值進(jìn)行比較從而使發(fā)射器的發(fā)射強(qiáng)度得到調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種用于監(jiān)視電度表的儀表測(cè)試電路。該電路具有可吸附到儀表上的傳感器,包括一個(gè)發(fā)射器(L1)、兩個(gè)接收器(Q1、Q2)和一個(gè)指示器,指示器表示傳感器相對(duì)于儀表的合適位置。該電路檢測(cè)機(jī)械式儀表轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的指示標(biāo)志或電子式儀表上的指示器所發(fā)生的光并控制發(fā)射器的發(fā)射強(qiáng)度以及輸出一個(gè)表示標(biāo)志或光檢測(cè)的輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)A63B29/02GK1202250SQ96198308
公開日1998年12月16日 申請(qǐng)日期1996年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月15日
發(fā)明者戴維·貝克, 彼得·約翰·帕特里奇 申請(qǐng)人:東南昆士蘭電氣有限公司