一種碼盤計數編碼器的製作方法

2023-07-26 02:36:51 1

專利名稱：一種碼盤計數編碼器的製作方法
一種碼盤計數編碼器
技術領域：
本發明涉及儀表數據光電轉換裝置，具體地是一種碼盤式儀表的數據變換裝置。
背景技術：
目前大部分水錶、燃氣表都是機械式的，需要人工目測儀表數據，然後記錄備用。為了實現對上述機械儀表的電子方式讀取，出現了採用光電轉換方法將儀表碼盤上0 9十個數字轉換成十組相對應的電信號的裝置，其不足之處是採集數據時，若恰逢低位碼盤通過撥輪帶動高位碼盤進位的臨界狀態，信號很容易發生轉換錯誤，即沒有進位可能會得到已經進位的數據，而已經進位卻可能得到沒有進位的數據，從而不能正確顯示實際讀數。
此外，現有的技術方案中的發光元件為雙向設置且沒有涉及遮光裝置，信號容易受到外界光源幹擾。

發明內容
本發明的目的是提供一種防止儀表數據進位時產生誤碼的碼盤計數編碼器，提高計數器光電轉換的準確性和可靠性，結構優化，降低加工裝配要求且製造成本低。本發明的進一步目的是防止外界光源幹擾碼盤的光電信號。 本發明的技術方案如下一種碼盤計數編碼器，包括橫置的碼盤軸和套裝在碼盤軸上的複數個碼盤，碼盤的兩側設置複數個對應的信號發射元件和信號接收元件，所述的信號接收元件連接一編碼板，所述碼盤的輪幅上開設兩條弧形通槽，所述的輪幅分為20等份的扇形部，相鄰的兩個扇形部構成一個數字區，各數字區按0 9依序排列，所述的兩條弧形通槽的長度為扇形部的整數倍，兩條弧形通槽分為一長槽和一短槽，其中短槽的一端跨設在相鄰數字區相鄰的扇形部中。當然，長槽的設置位置也可根據需要作相應安排。
隨著碼盤的轉動，各信號發射元件發出光信號，其中有的光信號通過通槽到達信號接收元件，有的光信號則被碼盤擋住，將各信號發射元件編號，信號接收元件將變化和未變化的光線編號記錄並發送給編碼板，即為一組信號。 為了正確無誤地識別碼盤的0 9十個數字，特別是低位碼盤在從9向0轉動時，高位碼盤讀數正處於變位的臨界位置。所以，至少需要識別20個位置的電信號，包括0 9等10個數字的確定位置及其相鄰數字之間的臨界過渡位置，此20個位置的電信號可以為後續的軟體程序判別讀數是否正確提供數據上的支持。但是，若識別的位置劃分過多，需要的傳感器件越多，加工裝配精度越高，成本就越高。而且能夠得到20個位置的電信號的碼盤結構種類很多，需要優化。 經過反覆測試和研究比較，本發明將碼盤的輪幅分為20等份的扇形部，輪幅上開設兩條弧形通槽，分為一長槽和一短槽，兩條弧形通槽的長度為扇形部的整數倍，其中短槽的一端跨設在相鄰數字區的相鄰扇形部中。如此，碼盤每轉過一個扇形部的弧度，則至少有一個通槽的端部與一個信號發射元件在軸向上發生了一次交叉，發生交叉的信號發射元件發出的光信號能否到達信號接收元件的狀態也就發生改變，即得到了另外一組不同的信號。 對於防止解讀誤碼而言，只要使臨界位置不產生誤碼即可，故每個數字區分為兩個扇形部為最佳方案，過多的劃分對鑑別誤碼無更多意義，如此，只需要在碼盤輪幅上開兩條通槽，設置20個扇形部，即可使得碼盤轉動一圈產生20組信號，即防止誤碼，又優化了結構，避免了複雜結構導致的加工裝配問題，有助於控制製造成本。與此同時，均分數字區後，臨界狀態碼每次均規則出現，有助於簡化編程及提高識別的準確可靠性。
作為上述技術方案的進一步完善和優化，本發明採取如下措施
所述的弧形通槽設於碼盤半徑的2/3處。通槽位置過低則會影響信號的準確度，過高則會導致通槽外的碼盤部分過薄而不牢固。同理，所述的弧形通槽的寬度最佳為碼盤半徑的1/4。 所述的信號發射元件和信號接收元件分別固裝在發射板和接收板上，所述的發射板和接收板間隔地套裝在碼盤軸上並連接在平置的編碼板上，編碼板上設置編碼處理電路。該編碼處理電路包括用於邏輯判斷誤碼的控制晶片，該控制晶片對信號接收元件的發來的信號進行編碼處理。 所述的碼盤兩側設有豎置的帶蓋板的輪狀遮光罩，遮光罩側壁上設有通光孔，發射板與接收板被封罩在對應的遮光罩內。遮光罩上的通光孔引導光線從發射板射向接收板，整個遮光罩排除外界光源的幹擾。 所述的發射板上單面設置信號發射元件，並在信號發射元件的發光處設缺口 ，所
述的接收板上設置信號接收元件。所述的信號發射元件和信號接收元件分別是貼片式發光
二極體和光敏元件。在一個軸向上，只需一個發光二極體即可向一個發射板的兩側發出足
夠的光線，減少電子元件和發射板的使用量，節約成本和降低裝配難度。 所述的發光二極體的側壁固定在發射板上，發光二極體的兩個引腳分跨於所述的
缺口的兩側。對貼片的發光二極體相對發射板的位置做改進，使其側壁固定在發射板上，發
光處位於缺口處，以實現雙向發光。 所述的信號發射元件和信號接收元件分布在以碼盤軸為中心的圓周上，共有5對並且均勻分布。5對信號接收元件就意味著每組信號有5位，能夠滿足裝置所需的20組信號的數量需求。 與現有技術相比，本發明的突出優點是碼盤的輪幅優化為20等份的扇形部，輪幅上開設的兩條通槽按限定的位置和弧長安排，既滿足了排除誤碼的要求，又優化了編碼器的結構和加工、裝配工序，同時有助於提高數據轉換的識別準確性。增設遮光部件和提供一發光元件雙向發射信號的結構，有效地排除外界光源的幹擾，使光信號穩定準確，明顯地減少了發生元件和發射板的數量和裝配難度。


圖1為本發明結構示意圖； 圖2為本發明分解圖； 圖3為本發明的發射板側視圖； 圖4為本發明的發射板上缺口的分布圖(即圖3的後視圖)；
圖5為本發明的第一種碼盤的弧形通槽分布4
圖6為本發明的第二種碼盤的弧形通槽分布 圖7為本發明的第三種碼盤的弧形通槽分布 圖8為本發明的第四種碼盤的弧形通槽分布圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作詳細描述。 參圖l-4，一種碼盤計數編碼器，包括橫置的碼盤軸1和套裝在碼盤軸上的4個碼盤2，各個碼盤2的兩側分別設置套裝在碼盤軸1上的發射板3和接收板4，發射板3上單面設有貼片發光二極體8，並在發光二極體8的發光處設缺口 9，接收板4上設光敏元件。發光二極體8的側壁(而不是常規的底部)固定在發射板3上，其兩個引腳分跨於缺口 9的兩側。在一個軸向上，只需一個發光二極體8即可向一個發射板的兩側發出足夠的光線，減少電子元件使用量，節約成本。 發射板3和接收板4豎置連接在編碼板7上，發光二極體8和光敏元件分布在以碼盤軸1為中心的圓周上，並且均勻分布。所述的發射板3與接收板4由輪狀遮光罩5封罩。遮光罩5由罩體和蓋板組成，豎置於碼盤2兩側，並在側壁上設有引導光線從發射板射向接收板的通光孔，整個遮光罩5排除外界光源對本發明光電信號的幹擾。
所述碼盤2的輪幅上開設兩條弧形通槽6，所述的輪幅分為20等份的扇形部，即每個扇形部的扇形角為18° ，相鄰的兩個扇形部構成一個數字區，各數字區按0 9依序排列。所述的兩條弧形通槽6的長度為扇形部的整數倍，兩條弧形通槽6分為一長槽和一短槽，其中短槽的一端跨設在相鄰數字區的相鄰扇形部中，例如圖5所示的數字區的7與8相鄰的扇形部7b與8a中；圖6所示的數字區的8與9相鄰的8b與9a中。對於長槽而言，可以使其一端跨設在相鄰數字區的相鄰扇形部中，如圖5的數字區2和3相鄰的扇形部2b和3a中，圖7的扇形部Ob與la中。 弧形通槽6設於碼盤2半徑的2/3處，寬度為碼盤半徑的1/4。 發射板3上的各發光二極體8發出光線，其中有的光線通過碼盤上2的通槽6到
達接收板4上的光敏元件，有的光線則被碼盤2無通槽處擋住。將發光二極體8編號，光敏
元件將變化和未變化的光線編號記錄並發送到編碼板7，即為一組信號，編碼板7上設置編
碼處理電路，編碼處理電路包括用於邏輯判斷誤碼的控制晶片，該控制晶片對光敏元件的
發來的信號進行編碼處理並輸出正確信號。 在碼盤2轉動過程中通槽6與的發光二極體8相對位置發生改變，而碼盤2每轉過18° ，也就是一個扇形部的弧度，此時各發光二極體8發出的光線到達光敏元件的編號會發生改變，即得到了另外一組不同的信號。如此，碼盤2轉動一圈產生20組信號，每一個數字區對應兩組信號，換言之，各有兩組信號分別對應一個數字區的前後兩個扇形部。
兩個通槽的位置相互關係是根據循環二進位碼，即格雷碼確定的，保證相鄰組信號只有一位差別，因而不會出現跳躍式變化。圖5-8示出兩條弧形通槽6與扇形部相對應的長度和位置 圖5 :長槽為為7個扇形部，短槽為3個扇形部，兩者相隔也是7個扇形部和3個扇形部。 圖6 :長槽為為6個扇形部，短槽為2個扇形部，兩者相隔分別是9個扇形部和3個
5扇形部。 圖7 :長槽為為7個扇形部，短槽為5個扇形部，兩者相隔分別是6個扇形部和2個 扇形部。 圖8 :長槽為為5個扇形部，短槽為3個扇形部，兩者相隔分別是10個扇形部和2 個扇形部。 在圖5 8中，A、 B、 C、 D、 E為五對發光二極體和光敏元件，箭頭示意為光線垂直射 入碼盤，光線通過通槽6的代表l，則圖3所示的碼盤產生的20組格雷碼是10011， 10001， 10101，00101，00111，00011，01011，01010，01110，00110，10110，10100，11100，01100， 01101， 01001， 11001， 11000， 11010， 10010。若光線通過通槽6的代表o，則得到的格雷碼是 上述的反碼，上述格雷碼轉換成十進位數字可以表示為0a， 0b， la， lb， 2a， 2b， 3a， 3b， 4a， 4b， 5a， 5b， 6a， 6b， 7a， 7b， 8a， 8b， 9a， 9b。 如圖4所示的碼盤，光線通過通槽6的代表1，產生的格雷碼為01000,01001， 11001，11000，10000，10010，10011，10001，00001，00101，00111，00011，00010，01010， 01110，00110，00100， 10100， 11100，01100。轉換成十進位數字可以表示為0a，0b， la， lb，2a， 2b， 3a， 3b， 4a， 4b， 5a， 5b， 6a， 6b， 7a， 7b， 8a， 8b， 9a， 9b。 如圖5所示的碼盤，光線通過通槽6的代表1，產生的格雷碼為01001， 11001， 11011，11010，10010，10011，10111，10101，00101，00111，01111，01011，01010，01110， 11110， 10110， 10100， 11100， 11101，01101。轉換成十進位數字可以表示為0a，0b， la， lb，2a， 2b， 3a， 3b， 4a， 4b， 5a， 5b， 6a， 6b， 7a， 7b， 8a， 8b， 9a， 9b。 如圖6所示的碼盤，光線通過通槽6的代表1，產生的格雷碼為01001， 11001， 10001，10000，10010，10011，00011，00001，00101，00111，00110，00010，01010，01110， OllOO，OOlOO， 10100， 11100， 11000，01000。轉換成十進位數字可以表示為0a，0b， la， lb，2a， 2b， 3a， 3b， 4a， 4b， 5a， 5b， 6a， 6b， 7a， 7b， 8a， 8b， 9a， 9b。 根據上述在碼盤轉動時預設形成的格雷碼，通過相應編程軟體的分析處理，棄用 其中的誤碼，只輸出正確位置讀書的格雷碼，從而實現準確計數。以19進位到20為例，低 位碼盤由9轉到O，高位碼盤由1轉到2，進位過程中會出現四種組合lb9b、lb0a、2a0a或 2a9b，顯然lbOa和2a9b這個兩個數據是誤碼，因為高位數字1到了尾部b，低位的不可能還 是0a，所以應當判斷為已經進位，正確讀數應為2a0a，即為20。同理，低位數字為9b，高位 數字2不應當在首部a，而應該在尾部b，所以應當判斷為沒有進位，正確讀數應為lb9b，即 為19。
權利要求
一種碼盤計數編碼器，包括橫置的碼盤軸(1)和套裝在碼盤軸上(1)的複數個碼盤(2)，碼盤(2)的兩側設置複數個對應的信號發射元件和信號接收元件，所述的信號接收元件連接一編碼板(7)，所述碼盤(2)的輪幅上開設兩條弧形通槽(6)，其特徵在於所述的輪幅分為20等份的扇形部，相鄰的兩個扇形部構成一個數字區，各數字區按0～9依序排列，所述的兩條弧形通槽(6)的長度為扇形部的整數倍，兩條弧形通槽(6)分為一長槽和一短槽，其中短槽的一端跨設在相鄰數字區相鄰的扇形部中。
2. 根據權利要求1所述的一種碼盤計數編碼器，其特徵在於所述的弧形通槽(6)設於碼盤(2)半徑的2/3處。
3. 根據權利要求2所述的一種碼盤計數編碼器，其特徵在於所述的弧形通槽(6)的寬度為碼盤半徑的1/4。
4. 根據權利要求1所述的一種碼盤計數編碼器，其特徵在於所述的信號發射元件和信號接收元件分別固裝在發射板(3)和接收板(4)上，所述的發射板(3)和接收板(4)間隔地套裝在碼盤軸(1)上，並連接在平置的編碼板(7)上，編碼板(7)上設置編碼處理電路。
5. 根據權利要求4所述的一種碼盤計數編碼器，其特徵在於所述的碼盤(2)兩側設有豎置的帶蓋板的輪狀遮光罩(5)，遮光罩(5)側壁上設有通光孔，發射板(3)與接收板(4)被封罩在對應的遮光罩(5)內。
6. 根據權利要求5所述的一種碼盤計數編碼器，其特徵在於所述的發射板(3)上單面設置信號發射元件，並在信號發射元件的發光處設缺口 (9)，所述的接收板(4)上信號接收元件設在缺口 (9)對應處。
7. 根據權利要求1或3或6所述的一種碼盤計數編碼器，其特徵在於所述的信號發射元件和信號接收元件分別是貼片式發光二極體(8)和光敏元件。
8. 根據權利要求7所述的一種碼盤計數編碼器，其特徵在於所述的發光二極體(8)的側壁固定在發射板(3)上，發光二極體(8)的兩個引腳分跨於所述的缺口 (9)的兩側。
9. 根據權利要求7所述的一種碼盤計數編碼器，其特徵在於所述的信號發射元件和信號接收元件分布在以碼盤軸(1)為中心的圓周上，共有5對並且均勻分布。
全文摘要
一種碼盤計數編碼器，涉及儀表數據光電轉換裝置。現有技術中，為實現對機械儀表的電子方式讀取，採用了光電轉換方法將儀表碼盤上0～9十個數字轉換成十組相對應的電信號的裝置，其不足之處是採集數據時，若恰逢低位碼盤通過撥輪帶動高位碼盤進位的臨界狀態，信號很容易發生轉換錯誤。本發明將碼盤的輪幅分為20等份的扇形部，輪幅上開設的兩條弧形通槽分為一長槽和一短槽，其中短槽的一端跨設在相鄰數字區相鄰的扇形部中。如此，碼盤的輪幅優化為20等份的扇形部，輪幅上開設的兩條通槽按限定的位置和弧長安排，既滿足了排除誤碼的要求，又優化了編碼器的結構和加工、裝配工序。
文檔編號G01D5/347GK101750109SQ20091030675
公開日2010年6月23日 申請日期2009年9月9日 優先權日2009年9月9日
發明者劉健, 孫一磊, 謝堅良, 鄭玉斌 申請人:杭州水錶有限公司