軸向反射式光電直讀裝置的製作方法

2023-05-01 04:56:09 3

本發明涉及一種智能表計使用的光電直讀裝置，特別是一種在光線傳播的路徑上，收光元件不受發光元件產生的幹擾光源及外界光源幹擾的軸向反射式光電直讀裝置。

背景技術：

隨著物聯網的不斷發展，水錶、電錶、煤氣表等表計正在逐漸被使用光電直讀裝置的智能表計所替代，現有國內、外智能表計使用的光電直讀裝置，按其光路結構形式主要分為以下三種類型：即軸向透射型、徑向反射型和徑向透射型。

其中軸向透射型光電直讀裝置的結構為光傳播的路徑方向與軸平行，發光元件和收光元件在字輪兩側。如專利公開號為CN101592500A的「一種四位角編碼器」、專利公告號為CN2689175Y的「直讀式數字計數表」等文獻中，都公開的是軸向透射型光電直讀裝置。儘管其結構簡單，適合批量生產，但是，因軸向透射型光傳播路徑長，傳播路徑中各介質間的折射現象嚴重，故抗幹擾能力差，受環境影響大。因此，在水中有氣泡或有外界強光等幹擾情況下，無法準確讀取數據。

徑向反射型光電直讀裝置的結構為光傳播的路徑方向與軸垂直，並且發光元件和收光元件在字輪圓柱面一側，發光元件照射字輪圓柱面上的反光區，將光線返回給收光元件進行測量。如專利公開號為CN101377830A的「遠傳表計二維編碼字輪光電直讀裝置」，專利公開號為CN101482939A的「遠傳表計二維編碼數字輪及其集成傳感器讀碼裝置」，專利公開號為CN1835002A的「一種機械字輪計數器非接觸讀數傳感器及設計方法」等文獻中，都公開了一種徑向反射型光電直讀裝置，但是，由於其測量精度差，現有生產工藝生產成本高，所以存在難以實施等缺陷。

徑向透射型光電直讀裝置的結構為光傳播的路徑方向與軸垂直，其發光元件在字輪軸內，收光元件在字輪圓柱面一側，通過字輪上的透光區，將光線傳播到收光元件。專利公開號為CN101308550A的「遠傳表計數字輪徑向透射光電直讀裝置」，公開的結構包括表計支架和固定其上的字輪軸、讀碼器和多位編碼數字輪，其技術要點是：字輪軸採用帶透光窗的剖分式柱形遮光軸，在其內置電路板上排列發光二極體，編碼數字輪分別由透光輪體和遮光輪體拼裝而成，讀碼器由封閉罩及封裝其內的有光導狹縫的光導框架、帶有三極體的接收電路板、解碼器組成，各發光二極體的中心與透光輪體的透光輻板中心線、光導狹縫的中心線相重合。專利公開號為CN 103499357的 A「遠傳儀表用電信號計數光電直讀裝置」，其記載的技術方案包括帶有解碼器的導光組件、通過發光軸組件組裝在導光組件上的編碼字輪組，其中編碼字輪組中各編碼字輪由左、右遮光輪體及透明輪體拼裝成整體，透明輪體的透光輻板凹槽與左、右遮光輪體的側置凸臺相吻合拼接，導光組件的導光孔內的光接收管，將發光軸組件的發光管傳播過來的光信號轉換為電信號，由解碼晶片進行解碼，形成從發光軸組件開始，到編碼字輪，再到導光組件，最後到達解碼器的徑向光線傳播路徑。上述文獻中，都公開了一種徑向透射光電直讀裝置。其優點為測量準確，但是，仍存在結構複雜，元部件多、難以實施等問題，並且受零件結構的限制，生產工藝較繁瑣，無法適應標準化批量生產的要求，生產成本較高，影響推廣應用。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種軸向反射式光電直讀裝置，解決了現有光電直讀裝置存在的抗幹擾能力差、無法準確讀取數據、生產成本高、難以實施等問題，其設計合理，結構緊湊，部件少，適合標準化批量生產，易於組裝維護，使用可靠，抗幹擾能力強，數據讀取準確，顯著提高測量精度和降低成本，易於推廣應用。

本發明所採用的技術方案是：該軸向反射式光電直讀裝置包括殼體、通過傳動軸組裝在殼體內的由字輪組件和光電組件構成的多位編碼單元以及解碼器，其技術要點是：每一位編碼單元中的所述光電組件由光電電路板、光柵及防護罩組成，並使排列在光電電路板內周的各發光元件分別對應地插接在光柵的各內光柵孔，排列在光電電路板外周的各收光元件分別對應地插接在光柵的各外光柵孔；字輪組件由反光字輪體、導光體及遮光體組成，導光體的內凸臺插接在遮光體的內透光孔，導光體的外凸臺插接在遮光體的外透光孔；字輪組件與光電組件通過光柵的擋光凸臺插接在遮光體的固定凹槽構成一位編碼單元，並使遮光體的內透光孔對應光電電路板的發光元件，遮光體的外透光孔對應光電電路板的收光元件；解碼器的解碼電路板固定在光電組件光電電路板的下方，解碼器的解碼晶片控制光電電路板的發光元件發光，當解碼器控制發光元件發光時，光線透過字輪組件遮光體的內透光孔照射到導光體，並通過反光字輪體反射到遮光體的外透光孔，外透光孔射出的光線照射到光電電路板的收光元件上，收光元件將光信號轉換為電信號，由解碼器進行解碼，判斷出當前字輪組件反光字輪體上轉動的數字，形成從光電組件的發光元件開始，光線透過軸向一側的字輪組件，再反射回光電組件的收光元件的軸向反射式光線傳播路徑。

所述光電組件包括相互結合在一起的設置有發光元件及收光元件的光電電路板、設置有內、外光柵孔和擋光凸臺的光柵及防護罩。

所述字輪組件包括相互結合在一起的外周均布十個數字0～9的反光字輪體、設置有內、外凸臺的導光體及設置有內、外透光孔和固定凹槽的遮光體。

所述解碼器包括與光電組件的光電電路板固定在一起的解碼電路板以及解碼晶片和外圍元件。

本發明具有的優點及積極效果是：由於本發明通過傳動軸組裝在殼體內的採用結構獨特的字輪組件與光電組件構成的每一位編碼單元，都是通過光電組件光柵的擋光凸臺插接在字輪組件遮光體的固定凹槽形成軸向反射式光線傳播路徑，利用光柵隔離遮擋各個發光元件及收光元件，發光元件及收光元件之間不會相互幹擾，所以其設計合理，結構緊湊，易於組裝維護，使用可靠。因這種軸向反射式光線傳播的路徑是從光電組件的發光元件開始，光線能透過軸向一側的字輪組件遮光體的內透光孔和導光體，傳播到反光字輪體，並將光線反射出字輪組件遮光體的外透光孔，再將光線傳播到光電組件的收光元件，故抗幹擾能力強。光電組件的發光元件發出特定波長的光線，通過相互隔開的收光元件將光信號轉換為電信號，由控制發光元件發光的解碼器判斷出當前對應信號的字輪轉動的數字，在光線傳播的路徑上，光線傳播的介質少，距離短，字輪組件和光電組件間的間隙小，受光線在從一種介質傳播到另一種介質時的折射影響小，能夠增強抗幹擾能力，因此，數據讀取準確，顯著提高測量精度。由於該裝置使用部件少，並且主要部件的結構簡單，加工容易，通用性好，所以顯著降低成本，更適合標準化批量生產，易於推廣應用。

基於上述原因，致使本發明從根本上解決了現有光電直讀裝置存在的抗幹擾能力差、無法準確讀取數據、生產成本高、難以實施等問題。

附圖說明

以下結合附圖對本發明作進一步描述。

圖1是本發明的一種立體結構分體示意圖；

圖2是圖1中光電組件和字輪組件的一種立體結構分體示意圖；

圖3是本發明的一種沿字輪組件中心的縱向剖視圖；

圖4是圖2中光柵的後視圖；

圖5是圖4沿A-A線的剖視圖；

圖6是圖2中遮光體的後視圖；

圖7是圖6沿Ｂ-Ｂ線的剖視圖；

圖8是圖2中導光體的後視圖；

圖9是圖8沿Ｃ-Ｃ線的剖視圖；

圖10是圖2中反光字輪體的後視圖；

圖11是圖10沿Ｄ-Ｄ線的剖視圖。

圖中序號說明： 1光電組件、2字輪組件、3殼體、4傳動軸、5解碼器、6防護罩、7光電電路板、8光柵、9遮光體、10導光體、11反光字輪體、12發光元件、13收光元件、14解碼晶片、15解碼電路板、16內光柵孔、17外光柵孔、18擋光凸臺、19內透光孔、20外透光孔、21固定凹槽、22內凸臺、23外凸臺、24進位齒、25傳動齒。

具體實施方式

根據圖1～11詳細說明本發明的具體結構。該軸向反射式光電直讀裝置包括殼體3、通過傳動軸4組裝在殼體3內的由字輪組件2和光電組件1構成的多位編碼單元以及解碼器5等零部件。其中每一位編碼單元中的光電組件1由光電電路板7、光柵8及防護罩6等件組成。字輪組件2由反光字輪體11、導光體10及遮光體9等件組成。組裝在殼體3內的編碼單元的位數應根據實際需要確定。以下詳細說明一位編碼單元中各件的結構特徵。

光電組件1包括相互結合在一起的設置有發光元件12及收光元件13的光電電路板7、設置有內光柵孔16、外光柵孔17和擋光凸臺18的光柵8及防護罩6等件。各件相互結合時，使排列在光電電路板7內周的各發光元件12分別對應地插接在光柵8的各內光柵孔16中，排列在光電電路板7外周的各收光元件13分別對應地插接在光柵8的各外光柵孔17中，利用光柵8分別對發光元件12和收光元件13進行隔離遮擋。防護罩6用於保護光電電路板7及其上的電子元件。

字輪組件2包括相互結合在一起的外周均布十個數字0～9的反光字輪體11、設置有內凸臺22、外凸臺23的導光體10及設置有內透光孔19、外透光孔20和固定凹槽21的遮光體9等件。各件相互結合時，導光體10的內凸臺22插接在遮光體9的內透光孔19中，導光體10的外凸臺23插接在遮光體9的外透光孔20中。反光字輪體11兩側設置有進位齒24和傳動齒25，相鄰兩個字輪組件2通過進位齒24和傳動齒25與傳動齒輪（圖中未示出）配合傳動。

上述結構的字輪組件2與光電組件1通過光柵8的擋光凸臺18插接在遮光體9的固定凹槽21中構成整體的一位編碼單元，並使遮光體9的內透光孔19對應光電電路板7的發光元件12的發光面，遮光體9的外透光孔20對應光電電路板7的收光元件13的收光面。本實施例的每一位編碼單元中，字輪組件2中遮光體9的外透光孔20隻對應一個反光字輪體11的數字和只對應一個光電電路板7的收光元件13。

將光柵8與光電電路板7粘結在一起，光柵8的擋光凸臺18與遮光體9上的固定凹槽21相配合，利用光柵8隔離遮擋發光元件12及收光元件13，可使各個發光元件12及收光元件13之間不產生相互幹擾，從而避免發光元件12產生的幹擾光源照射到收光元件13上造成的幹擾因素。

解碼器5包括與光電組件1的光電電路板7固定在一起的解碼電路板15以及解碼晶片14和外圍元件。解碼電路板15固定在光電組件1光電電路板7的下方，解碼晶片14控制光電電路板7的發光元件12發光。當解碼器5控制發光元件12發光時，光線透過遮光體9的內透光孔19照射到導光體10的內凸臺22上，光線繼續傳播到反光字輪體11，並通過反光字輪體11將光線反射到導光體10的外凸臺23上，從遮光體9的外透光孔20射出的光線照射到光電電路板7的收光元件13。收光元件13將光信號轉換為電信號，由解碼器5進行解碼，解碼晶片14讀取收光元件13的電信號，判斷出當前字輪組件1反光字輪體11上轉動的數字，形成從光電組件1的發光元件12開始，光線透過軸向一側的字輪組件2，再反射回光電組件1的收光元件13的軸向反射式光線傳播路徑。

實際操作時，收光元件13將外透光孔20傳播過來的光信號轉換為電信號，以供解碼器5進行AD（模擬信號到數位訊號）轉換，測量出收光元件13上接收到的光信號的強度，根據編碼單元的結構，可以使用一位編碼方式或多位編碼方式，來判斷當前字輪組件2的讀數。具體編碼方式說明如下：

使用一位編碼方式時，如圖2所示。設置在90°位置的收光元件13編號為0號，逆時針順序依次編號直到9號，固定遮光體9的外透光孔20對應在反光字輪體11的數字0的位置。當字輪組件2進行轉動，使外透光孔20轉動到編號為0號收光元件13所在位置時，解碼器5控制發光元件12發光，光線透過遮光體9的內透光孔19照射到導光體10的內凸臺22上。光線繼續傳播到反光字輪體11，並由反光字輪體11將光線反射到導光體10的外凸臺23上，從遮光體9的外透光孔20傳播到0號編號的收光元件13，解碼器5進行AD轉換，將光信號轉換為電信號，測量出0號編號收光元件13有光照，其他收光元件13沒有光照，判斷出當前字輪組件2的讀數為「0」，字輪組件2繼續順時針轉動，外透光孔20轉動到9號編號收光元件13所在位置時，測量出9號編號收光元件13有光照，判斷當前字輪組件2的讀數為「1」，依次類推。

使用多位編碼方式時，設置收光元件13沒有光照時表示為「0」，收光元件13有光照時表示為「1」，遮光體9設有多個不同弧長的外透光孔20，當解碼器5控制發光元件12發光時，光線透過遮光體9的內透光孔19和外透光孔20反射傳播到收光元件13，多個收光元件13有亮有暗，分別表示「1」和「0」，解碼器5根據多個收光元件13的光照狀態組成一個多位二進位編碼，對應0到9十個數字中的一個，從而讀取字輪組件2的數字。 如二進位編碼「0001」對應數字「1」等。

由於本發明採用的這種軸向反射式光線傳播方式，光電組件1和字輪組件2的結構緊湊，間隙非常小，所以光線在從一種介質傳播到另一種介質時的折射影響小，增強抗幹擾能力，數據讀取準確，顯著提高測量精度。各部件結構通用性好，適合標準化批量加工生產。