儀表測試電路的製作方法
2023-05-09 08:59:11 1
專利名稱：儀表測試電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及儀表測試電路，尤其涉及用於確定電度表的精確運行的儀表測試電路和傳感器。
家用和其它用途的電度表有兩種基本類型。第一種類型是電動機械式電度表，它具有轉動盤。該轉動盤上有指示標記，每單位時間內的轉數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視。該電度表一般帶有一個覆蓋其正面的玻璃罩，通過該玻璃罩可以看到電度表內的轉動盤和其它部件。
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、玻璃罩與轉動盤之間的距離和其它結構性能存在相當大的差別。另外，這些電度表工作在諸如熱、光和電氣噪聲的不同環境條件下。
另一種類型是電子式電度表，它帶有閃爍燈或發光二極體(LED)，它們可提供電能消耗率的可視性指示。
為了提供在預定時間段內所消耗的電能的指示以便測試或監視，經常需要記錄數據。目前用於這種用途的已知設備包括一個用於向電度錶轉動盤上的指示標記直接發射光或紅外射線的發射器，並具有一個每當檢測到指示標記時能產生響應的檢測器。該設備的輸出端可以耦合到數據記錄器上。在監視電子式電度表工作的場合，監視或測量設備中不需要發射器。
這些已知設備用起來不方便，它們需要精確定位和準確安裝到被測試的儀表上。通常很難做到這一點，因為不同品牌的電度表在物理結構上存在很大差異。發射器通常發射穩定的恆定強度光，環境條件的變化會對它的作用產生不利影響。
本發明概述本發明的目的是提供一種儀表測試電路和傳感器，它們至少能把上述不利條件降到最小。
按照本發明的一個方面，提供了用於儀表測試電路的測試傳感器，該傳感器包括背面、發射器、第一接收器、暗接收器和指示器。其中，發射器和第一接收器裝在背面上，暗接收器用於響應環境條件的影響以便消除第一接收器所接收到的信號中的至少一部分環境影響，當傳感器被裝到被測試儀表上並與被測試儀表對準時指示器可以提供指示。
按照另一個方面，本發明提供了一個儀表測試電路，它包括具有發射器和接收器的傳感器，發射器控制器和信號處理器。其中，發射器控制器用於根據被測儀表控制發射器的輸出信號的強度和用於起動發射器使它產生輸出信號，信號處理器用於接收來自接收器的輸出信號並根據該輸出信號確定儀錶轉動盤上的指示標記的出現或確定儀表上的指示器的閃爍。
發射器與接收器可以發射與接收任何合適的輻射光。最好包括紅外線。發射器可以包括紅外發射二極體而接收器則可以包括光敏電晶體。
暗接收器或「盲」接收器是與上述接收器相同的設備，這兩個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噪聲和檢測到的紅外線的響應輸出信號而盲接收器則只對噪聲起響應。可以將這些接收器的輸出信號相減以便基本消除噪聲影響。
傳感器包括一個指示器，只要檢測到指示標記或指示器閃爍，它就提供準確的可視輸出信號。這便於傳感器與被測儀表準確對齊。
信號處理器最好包括高增益放大器和差分放大器。高增益放大器用於放大第一所述接收器和盲接收器的輸出信號，而差分放大器則將一個輸出信號減去另一個輸出信號以便減小噪聲的影響。
信號處理器最好包括濾波器和濾波器輸出信號的分析電路以便提供對儀表指示標記或閃爍指示器的檢測信號。該處理器可以包括整流器、電平保持電路和峰谷檢測器。
發射器控制器不僅能保證發射器提供脈衝輸出信號而且還能根據被測儀表控制輸出信號的強度。這樣就可以控制發射器消耗的電能。發射器的脈衝發生佔空係數最好小一些，一般為0.8％。脈衝頻率相對於轉動盤的轉動速度或相對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的幅值與參考值進行比較從而產生用於控制發射器強度的信號。
附圖的簡要說明現在將舉例說明本發明的優選實施例，其中
圖1、2和3是本發明實施例中的傳感器的正視圖、側視圖和背視圖；圖4是包括圖1、2和3所示傳感器的儀表測試電路的方框圖；圖5是用於傳感器的電路的詳細電路圖；圖6是用於圖4所示方框圖的另一部分詳細電路的詳細電路圖；圖7是用於圖4所示方框圖的另一部分詳細電路的詳細電路圖；和圖8是用於圖4所示方框圖的微機電路的電路圖。
優選實施例的詳細說明圖1、2和3示出了傳感器10。該傳感器10的背面11裝有兩個便於將傳感器吸附在電度表的玻璃罩上的吸碗12、13。輻射光發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上有一個指示器，通常為LED16。當傳感器10被正確地相對於電度表定位時，只要接收器檢測到電度錶轉動盤上的指示標記的出現，LED16就會閃爍。在使用電子式電度表而不是帶轉動盤的電度表的場合，當傳感器被正確對準電度表時，接收器可以檢測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就會閃爍。
電氣引線17將傳感器耦合到儀表測試電路的其它電路上。
圖4示出了本發明的儀表測試電路的方框圖。接收器20通常是帶有放大器的光敏電晶體，它能對來自電度表的轉動盤或LED指示器的發射光起響應。接收器20的放大輸出信號代表對轉動盤上的指示標記或對電子式電度表上的LED閃爍的檢測信號。
該電路具有兩種工作模式1、機械式儀表工作模式，2、電子式儀表工作模式。
接收器的差分輸出信號通過差分放大器與濾波器21進行調節。該濾波器通常是高通濾波器，它的輸出信號被輸入到增益控制單元22中。單元22的輸出信號被輸入到峰值保持電路23和比較器中。峰值保持電路23的輸出信號被輸入到模/數轉換器(ADC)24。ADC的輸出信號是一個代表峰值保持電路23的輸出信號的數位訊號。
下面對機械儀表工作模式加以說明。
在標定流入到被測儀表中的電流的初始周期內，將模/數轉換器24的輸出信號與參考信號進行比較以便控制數/模轉換器26的輸出信號。DAC26的輸出信號被電壓/電流轉換器27轉換成電流脈衝信號。微機25允許轉換器27工作。電壓/電流轉換器27的輸出端用具有0.8％典型佔空係數的脈衝驅動發射器電路28。發射器的脈衝頻率要比機械式電度表的轉動盤的正常轉動速度高得多。
下面對電子式儀表工作模式加以說明。微機25通過其管腳PEO的輸出信號禁止電壓/電流轉換器27工作從而停止發射器28的任何發射。將模/數轉換器24的輸出信號與參考信號進行比較以便控制數/模轉換器26的輸入信號。
通過比較器29對數/模轉換器26的輸出信號與增益控制單元22的輸出信號進行比較。微機25的輸出PC0控制增益控制單元22的輸出信號幅值。比較器29的輸出信號被輸入到計算機25的PA2端子上與程序中設定的限制及輸入到計算機25的PD2端子上的模/數轉換器的輸出信號進行比較。
在計算機中已經編制了用於區分接收器輸出信號的峰值與谷值的程序，當峰值與谷值之間的差值超過預定值時，計算機的輸出端PC3將輸出一個表示已檢測到轉動盤上的指示標記或檢測到電子式電度表上的LED閃爍信號的輸出信號。該輸出信號可以耦合到數據記錄器(沒有表示出)上。
圖5示出了傳感器所採用的更詳細的電路。當本發明電路用於帶轉動盤的電度表時，發射器由發光二極體(LED)L1組成，這種發射器用於把發射光射向轉動盤。這樣，在轉動盤的每個轉動周期中都能檢測到指示標記的出現。當被測電度表是帶LED指示器的電子式電度表時，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。
兩個接收光敏電晶體Q1和Q用於檢測電度錶轉動盤上的指示標記或電子式電度表的LED閃爍。接收器Q2被掩蓋起來並只對噪聲、環境條件和其它與指示標記或LED的閃爍的出現無關的因素起響應。接收器Q1和Q2象圖中所示的那樣連接起來以便提供信號SIGL和SIGH，這兩個信號可以相減以便消除噪聲影響。放大器Q11A被連接成比較器，它驅動來自Q1和Q2的輸入信號，並對Q1進行控制以使其不在環境光條件下飽和。電壓跟隨器U12A和U12B提供低阻抗差分輸出。當電晶體Q2趨於關斷時跟隨器U12A輸出高電平信號，當電晶體Q1趨於導通時跟隨器U12B輸出低電平信號。電晶體Q3及其相關元件起著恆流源的作用，它保證電晶體Q1和Q2不會同時導通。
圖6示出了被施加到各個高通濾波上的跟隨器U12A和U12B的輸出，其中各個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。濾波器的輸出信號被施加到差分放大器U1A上。這些濾波器和放大器U1A構成了圖4所示的塊21。場效應電晶體TR4和放大器U1B構成了圖4所示的增益控制塊22。放大器U1B的增益為10。當FET TR導通時其增益就為1/10。FET TR4的導通由來自計算機25的信號PCO所控制(見圖4)。
放大器U2A、二極體D1和電容C5起著峰值檢測器的作用，它們構成了圖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。電晶體TR1用於使電容C5周期性放電。當信號PC1使電晶體TR1導通時，電容C5就放電。放大器U2B構成緩衝器，它將峰值檢測器的輸出信號耦合到圖4中的模/數轉換器24上。
圖6示出了來自計算機25的信號PC2。該信號使電晶體TR2產生用於控制圖1中的LED16的信號INDLED，以便指示傳感器10已經被放置在相對於電度表的合適位置上。信號PC3控制電晶體TR3產生一個表示已經檢測到轉換盤上的指示標記或電子式電度表上的LED閃爍信號的輸出信號。
U2C是圖4中的比較器29。圖6所示的連接器1和2的連接關係如圖6左下方所示。
圖7示出了本發明的儀表測試電路的電源電路。穩壓器U3提供穩定的+10V和-10V電壓。穩壓器U5提供穩定的-5V電壓。穩壓器U6和U4分別提供穩定的10V和5V電壓。濾波電容C28、C29、C17、C18和C19與穩壓器相聯。
圖8示出了微機U10的詳細情況。計算機U10的復位信號來自器件U8。放大器U2D和電晶體TR5將電壓源轉換成電流源。電阻R19和R24到R31的輸入信號PB0到PB7來自計算機U10。該電阻網絡構成圖4所示的數/模轉換器26。電壓/電流轉換器代表圖4中的塊27。輸出信號IRLED控制圖5中的LED L1並根據被測電度表提供一個強度可變的輸出信號。電晶體TR6受來自計算機U10的輸入信號PEO的控制，當電晶體TR6導通時，電壓/電流轉換器就開始工作。這樣，該轉換器就得到了控制以便當本發明電路用於電子式電度表時使發射器L1(圖5)不工作。
圖4方框圖所示的並且在圖8中以U10更加詳細表示的計算機25按照下列方式工作。端子PEO通過上拉電阻耦合到+5V上。為了使本發明電路以機械式電錶模式工作，PEO到FET TR6的連接線電平位於+5V，於是FET TR6將地電勢耦合到電阻R30的一端從而使電壓/電流轉換器起作用。當PEO被耦合到地電勢時，TR6不導通，於是電壓/電流轉換器被禁止。
一開始就要對計算機的操作進行標定以便建立起谷值(對機械式電錶模式)和峰值(對電子式電錶模式)。同樣也需要建立谷值或峰值持續時間。當為計算機設置這樣的測試功能時，只有當所要求的搜索限制範圍內的峰值或谷值持續一段所要求的時間時端子PC3上才產生一個向數據記錄器提出申請的輸出信號。這種信息可以提供精確讀取電度表讀數的指示。
權利要求
1.一種用於儀表測試設備與電路的傳感器，該傳感器具有背面、發射器、第一接收器、第二接收器和指示器，其中，發射器和第一接收器裝在背面上，第二接收器用於響應環境條件的影響以便消除第一接收器所接收到的信號中的至少一部分環境影響，指示器用於當傳感器被裝到被測試儀表上並完全與被測儀表對準時提供指示。
2.根據權利要求1所述的傳感器，其中發射器是紅外光發射二極體，接收器是相同的光敏二極體或光敏電晶體。
3.根據權利要求1所述的傳感器，其中指示器是裝在傳感器正面的發光二極體。
4.根據權利要求1所述的傳感器，包括一個或多個裝在背面的吸碗，用於將傳感器吸附到儀表上，使背面向著儀表。
5.一種儀表測試電路，它包括權利要求1到4中的任一項所述的傳感器，還包括用於提供DC信號的電路和一計算機，其中DC信號的幅值表示來自第一接收器的信號，計算機可以選擇測試電路的功能，當選擇機械式儀表測試功能時允許發射器發射並且控制發射強度，當選擇電子式儀表時禁止發射器發射。
6.根據權利要求5所述的儀表測試電路，其中計算機負責檢測谷值或峰值，谷值表示檢測到機械式儀錶轉動盤上的指示標記，峰值表示來自電子式儀表的可視性指示，谷值或峰值檢測過程持續一段預定時間。
7.根據權利要求6所述的儀表測試電路，其中計算機提供用於耦合到數據記錄器上的輸出信號。
8.根據權利要求6所述的儀表測試電路，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減去第二接收器的輸出信號從而使噪聲與環境條件對第一接收器的影響最小。
9.根據權利要求8所述的儀表測試電路，其中放大器的輸出信號被耦合到增益控制單元上，增益控制單元的增益由計算機控制。
10.根據權利要求9所述的儀表測試電路，包括被耦合到增益控制單元上用於提供DC信號的峰值保持電路。
11.根據權利要求10所述的儀表測試電路，包括用於將DC信號轉換成數位訊號並把該數位訊號耦合到計算機上的模/數轉換器(ADC)。
12.根據權利要求11所述的儀表測試電路，包括由計算機控制的數/模轉換器(DAC)，它被耦合到發射器上以便控制發射器輸出信號的強度。
13.根據權利要求12所述的儀表測試電路，其中DAC輸出信號與增益控制單元的輸出信號在比較器中進行比較，比較器的輸出信號被耦合到計算機上與程序設定的限制值進行比較從而使發射器的發射強度得到調節。
全文摘要
一種用於監視電度表的儀表測試電路。該電路具有可吸附到儀表上的傳感器,包括一個發射器(L1)、兩個接收器(Q1、Q2)和一個指示器,指示器表示傳感器相對於儀表的合適位置。該電路檢測機械式儀錶轉動盤上的指示標誌或電子式儀表上的指示器所發生的光並控制發射器的發射強度以及輸出一個表示標誌或光檢測的輸出信號。
文檔編號A63B29/02GK1202250SQ96198308
公開日1998年12月16日 申請日期1996年11月8日 優先權日1995年11月15日
發明者戴維·貝克, 彼得·約翰·帕特裡奇 申請人:東南昆士蘭電氣有限公司