一种光电式水表论文和设计-孙阳

全文摘要

本实用新型提供了一种光电式水表，一端的束水挡板上设置若干激光发射器，另一端的束水挡板上设置若干接收器，水平螺翼上设有若干透光孔，当水平螺翼在水流的作用旋转时，激光发射器发射的激光能够通过一个所述透光孔照射到对应的接收器，根据接收器接收激光的时间差，计量用水量。本实用新型采用激光测量用水量，大大提供了计量精度；本实用新型采用压力传感器用来感知水流中的压力变化，用以来确定是否打开激光发射器和接收器，减少了电能消耗；本实用新型通过激光的接收间隔或接收顺序判断水流方向，保证计量的准确性。

主设计要求

1.一种光电式水表，其特征在于：一端的束水挡板上设置若干激光发射器，另一端的束水挡板上设置若干接收器，水平螺翼上设有若干透光孔，当水平螺翼在水流的作用旋转时，激光发射器发射的激光能够通过一个所述透光孔照射到对应的接收器，根据接收器接收激光的时间差，计量用水量Q。

设计方案

1.一种光电式水表，其特征在于：

一端的束水挡板上设置若干激光发射器，另一端的束水挡板上设置若干接收器，水平螺翼上设有若干透光孔，当水平螺翼在水流的作用旋转时，激光发射器发射的激光能够通过一个所述透光孔照射到对应的接收器，根据接收器接收激光的时间差，计量用水量Q。

2.根据权利要求1所述的光电式水表，其特征在于：入口端的束水挡板上还设有压力传感器，当压力传感器感知水流的压力变化，用以来确定是否打开激光发射器和接收器。

3.根据权利要求2所述的光电式水表，其特征在于：透光孔距离边缘的距离各不相同，每个激光发射器通过一个透光孔照射到对应的接收器，通过不同接收器接收的时间间隔判断水的流向。

4.根据权利要求2所述的光电式水表，其特征在于：设置一个透光孔和一个接收器，多个激光发射器沿水平螺翼周向分布，距离中心转轴的距离相同，多个激光发射器之间的间距不同，根据接收器接收到信号的时间间隔的变化确定水的流向。

5.根据权利要求2所述的光电式水表，其特征在于：设置一个透光孔和多个接收器，多个激光发射器距离中心转轴的距离相同，发射激光的颜色不同，接收器设置滤光片，每个接收器接收一种颜色的激光，根据接收器接收激光的时间顺序确定水的流向。

6.根据权利要求2所述的光电式水表，其特征在于：包括主控模块，接收压力传感器发送的压力信号，当压力大于开启阈值时，控制激光发射器开启，当压力小于开启阈值时，控制激光发射器关闭。

7.根据权利要求6所述的光电式水表，其特征在于：主控模块接收压力传感器发送的压力信号并进行判断，当压力高于辅助判断阈值时开启一个激光发射器进行计量；当压力低于辅助判断阈值，且高于开启阈值时，开启所有的激光发射器判断水流流向。

8.根据权利要求7所述的光电式水表，其特征在于：主控模块根据若干接收器接收信号的频率分别计算用水量后取均值，作为最终计量的用水量。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光电式水表，属于水表技术领域。

背景技术

随着城镇居民生活水平的日益提高，远程通信和电子化结算技术已经普遍的融入了人们的生活。但作为居民生活根本保障的液体，主要是自来水的计量，大多数还依赖于传统的机械计量和手工结算。后经对原有水表的改装，虽然完成了电子化的转换，但是由于并未突破原有的水表结构，并且单纯依靠脉冲累积计数，很难保证长期的计量准确性。下图给出的是目前常见的干簧管式传感器设计的水表。在图6可以看到，传统水表的机械齿轮传动结构并未改变，一般磁铁和传感器可以选择加装在“×1”、“×0.1”、×0.01”等位置，即磁针通过传感器时，则传感器发出信号。以图6中装在“×0.1”的位置为例，传感器“a→b”一组信号则可以得出水量0.1m^{3<\/sup>。这种形式的水表就是本质还是靠着齿轮的不同配比来进行计量的。}

现有设计的水表，存在这样的问题：

(1)由于采集位的限制，水表的电子精度不可能做到非常精确，计数单位只能为采集位的刻度。

(2)由于水量是通过对信号数量的累积得来的，即1组“a→b”为0.1m^{3<\/sup>，那么累积水量就是n组“a→b”信号的乘积，这样一旦电子部分出现误差，那么这种误差就永远无法消除。}

(3)由于采样部分用的是磁原件，在正常使用中极易遭受磁影响，导致计量不准确或电子采样部分失灵。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种实用的，无磁化的水表设计，可以实现精确计量用水量的目的。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

提供一种光电式水表，一端的束水挡板上设置若干激光发射器，另一端的束水挡板上设置若干接收器，水平螺翼上设有若干透光孔，当水平螺翼在水流的作用旋转时，激光发射器发射的激光能够通过一个所述透光孔照射到对应的接收器，根据接收器接收激光的时间差，计量用水量Q。

优选的，入口端的束水挡板上还设有压力传感器，当压力传感器感知水流的压力变化，用以来确定是否打开激光发射器和接收器。

优选的，用水量Q＝Kf，K为常数，通过标定获得，f为接收器接收信号的频率。

优选的，透光孔距离边缘的距离各不相同，每个激光发射器通过一个透光孔照射到对应的接收器，通过不同接收器接收的时间间隔判断水的流向。

优选的，设置一个透光孔和一个接收器，多个激光发射器沿水平螺翼周向分布，距离中心转轴的距离相同，多个激光发射器之间的间距不同，根据接收器接收到信号的时间间隔的变化确定水的流向。

优选的，设置一个透光孔和多个接收器，多个激光发射器距离中心转轴的距离相同，发射激光的颜色不同，接收器设置滤光片，每个接收器接收一种颜色的激光，根据接收器接收激光的时间顺序确定水的流向。

优选的，包括主控模块，接收压力传感器发送的压力信号，当压力大于开启阈值时，控制激光发射器开启，当压力小于开启阈值时，控制激光发射器关闭。

优选的，主控模块接收压力传感器发送的压力信号并进行判断，当压力高于辅助判断阈值时开启一个激光发射器进行计量；当压力低于辅助判断阈值，且高于开启阈值时，开启所有的激光发射器判断水流流向。

优选的，主控模块根据若干接收器接收信号的频率分别计算用水量后取均值，作为最终计量的用水量。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型采用激光测量用水量，大大提供了计量精度；本实用新型采用压力传感器用来感知水流中的压力变化，用以来确定是否打开激光发射器和接收器，减少了电能消耗；本实用新型通过激光的接收间隔或接收顺序判断水流方向，保证计量的准确性。

附图说明

图1是本实用新型光电式水表结构示意图；

图2是本实用新型束水板正视图；

图3是本实用新型水平螺翼正视图；

图4是本实用新型实施例中激光器分布示意图；

图5是本实用新型光电式水表电路原理图；

图6是传统水表的机械齿轮示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

结合图1，本实用新型核心部件由安装了压力传感器的束水挡板，三种不同颜色的激光发射器和接收器，在中心转轴上安装有水平螺翼，水平螺翼上有透光孔。

结合图2可以看到束水板上有过水孔，主要起到将流入水表的水流调节均匀的作用，中心定位孔主要用于固定中心转轴，使得水平螺翼可以良好转动，压力传感器用来感知水流中的压力变化，用以来确定是否打开激光发射器和接收器。

具体实现方式为，当水流进入水表后，束水板上的压力传感器感知水流变化，打开激光发射器。激光发射器即会发出激光，随之水平螺翼在水流的作用下会产生旋转，例如，当红色激光发射器的光通过水平螺翼上的透光孔1时，红色激光接收器即会接收到信号，此时记录时间为t1；随着水流的继续流动，水平旋翼继续转动，当红色激光再次通过透光孔1时，此时记录时间为t2，以此类推会得到t1、t2……tn，通过水平螺翼和时间差的换算，即可计算出水流速度V，而总所周知，水通过固定管径的流量公式为Q＝V×S(Q为流量，V为流速，S为截面积)，即可计算出通过水表的水流量Q。

但是，在管道中的水流常因水压的变化，出现倒流现象，如果单纯以红色激光所产生的时间t来计算的话，并不准确。

在一个实施例中，为了提高计量的准确性，因此结合图3，在图3中可以看到，水平螺翼上的透光孔并不是均匀分布在水平螺翼的一个位置，而是有比例的分布在水平螺翼的不同位置。

由于透光孔分布在螺翼上的位置不同，图3给出的透光孔距离边缘的距离分别是a、2a和3a，那么从理论上当水速均匀时，

t红→t黄的时间差应该是t黄→t绿的一半，如果这个时间出现了异常，那么水表中的水流可能发生了倒流。

本实施例中采用不同颜色的激光发射器是为了便于区分，采用相同颜色的激光发射器，按照时间差同样能够判断水流流向，激光发射器发射激光的颜色不应当理解为对本实用新型的限制。

在另一个实施例中，结合图4，本实用新型可以仅设置一个激光接收器，一个透光孔，各个激光发射器距离中心轴线的距离相同，那么螺翼旋转一周每个激光器发射的激光均经过透光孔被激光接收器接收，激光发射器1与激光发射器2之间的夹角为30°，激光发射器2与激光发射器3之间的夹角为240°，激光发射器3与激光发射器1之间的夹角为90°。如果水流正向流动，那么激光接收器接收的顺序为激光发射器1、2、3，那么信号的间隔为T、8T、3T...；如果水流反向流动，那么激光接收器接收的顺序为激光发射器1、3、2，那么信号的间隔为3T、8T、T...；有信号间隔的规律即可判断水的流向。

在第三实施例中，本实用新型可以仅设置一个激光接收器，一个透光孔，各个激光发射器距离中心轴线的距离相同，可采用均匀分布，激光发射器发射激光颜色不同，激光接收器距离中心轴线的距离相同，可采用均匀分布，每个激光接收器均设置滤光片，仅接收一种颜色的激光。例如按照顺时针方向发射激光依次为红色、黄色、绿色，接收器同样的顺序设置，接收先后顺序为红色、黄色、绿色。如果反向旋转则接收先后顺序为红色、绿色、黄色，按照接收器接收的先后顺序同样能够判断水流方向。

结合图5，本实用新型中，MCU为主控元件，负责采集时间和计算水量，以及控制其它原件等功能，实时钟电路为系统提供准确时间。由于激光发送电路和激光接收电路均为较高能耗和易损原件，为了保证水表的长期使用，因此不能让激光发送接收电路长期运行。因此加装在束水片上的传感器，负责感知水中的压力变化，流过束水片的水压发生变化时，MCU就会打开将发送和接收的开关，系统开始工作，当压力传感器感知束水片的水压稳定无变化时，则关闭激光发送和接收，以达到延长水表使用寿命的目的。

本领域技术人员能够理解，水倒流往往发生在流入水流压力较低的情况下，在第四实施例中，主控元件可以根据压力传感器检测的压力值判断仅开启一个激光发射器进行计量，或者是开启所有的激光发射器判断水流流向。可以为压力设定阈值，当高于设定辅助判断阈值时认为水流是正向流动，此时进开启一个激光发射器进行计量；而当压力低于辅助判断阈值，且高于开启阈值时，开启所有的激光发射器判断水流流向。由于短时间内水流的流向通常不发生改变，因此当压力低于辅助判断阈值时可以控制除用于计量的激光发射器外，其他激光发射器的开启周期，例如每5s开启一次，判断水流流向。这种方式进一步节约了电能。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

设计图

一种光电式水表论文和设计

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主设计要求

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