ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТКИ НА ДИСКЕ ИНДУКЦИОННОГО ЭЛЕКТРОСЧЕТЧИКА Российский патент 1994 года по МПК G01D5/30 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах для регулировки и поверки индукционных счетчиков электроэнергии, а также для дистанционного измерения потребления электроэнергии.

Известен преобразователь для измерения числа оборотов диска счетчика электроэнергии, содержащий излучающие элементы со стабилизатором тока, приемные элементы, каждый из которых соединен с диодом Зенера, образуя делитель напряжения, разделительные конденсаторы, усилитель с регулируемой чувствительностью и светодиод для контроля работы преобразователя [1] . Приемные и излучающие элементы размещены в отверстиях втулки, устанавливаемой на корпусе счетчика вблизи диска, причем приемные элементы расположены в одном столбце друг под другом, а излучающие элементы - по обеим сторонам приемных элементов. Излучающие элементы подключаются к общему источнику тока.

Недостатком известного устройства является повышенная сложность конструкции. Кроме того, преобразователь неустойчиво работает при малой скорости вращения диска и при наличии изменяющихся во времени внешних источников излучения.

Известно оптическое сканирующее устройство для контроля потребляемой мощности путем подсчета числа оборотов диска счетчика, содержащее генератор прямоугольных импульсов, модулирующих два независимых источника света, два отдельных фотоэлектрических приемника, каждый из которых через последовательно соединенные усилитель и детектор метки подключен к мультивибратору, соединенному с выходным усилителем [2] . Источники света генерируют импульсы прямоугольной формы, возникающие при отражении от диска в фотоприемниках прямоугольные импульсы тока передаются на электронную схему, содержащую триггер и логические элементы. При прохождении индикаторной метки под модулированным световым пучком пауза между двумя последовательными импульсами тока возрастает в несколько раз, что приводит к срабатыванию триггера и появлению импульса на выходных зажимах схемы.

Недостатком данного устройства является чувствительность к отражениям несфокусированного модулированного света от защитного стекла и щитка электросчетчика.

Наиболее близким к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для распознавания метки на вращающемся диске, содержащее источник света, оптическую фокусирующую систему, состоящую из двух сферических линз и полупрозрачного зеркала, фотоприемник и блок обработки сигнала фотоприемника [3] . Световые лучи от источника света первой сферической линзой и полупрозрачным зеркалом направляются на боковую поверхность диска электросчетчика. Отраженный от диска световой поток, пройдя через полупрозрачное зеркало и вторую сферическую линзу, попадает на фотодетектор, выходной сигнал которого поступает в блок обработки сигнала. При отражении светового потока от метки, нанесенной на боковую поверхность диска, интенсивность отраженного потока изменяется, что и регистрируется блоком обработки сигнала.

Для уменьшения помех в качестве фотоприемника используются два дифференциально включенных фотодетектора. При этом для повышения чувствительности ширина изображения метки на диске равна ширине обоих фотодетекторов.

Недостатком данного устройства является то, что, вследствие неидентичности характеристик фотодетекторов и асимметрии их расположения относительно источников помех, не обеспечивается полная компенсация помех от внешних источников излучения и отражений от защитного стекла и щитка электросчетчика.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и упрощение оптической системы преобразователя.

На фиг. 1 представлена схема фотоэлектрического преобразователя и расположение его относительно электросчетчика, вид сверху; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема, поясняющая подавление шторкой лучей, отраженных от защитного стекла.

Фотоэлектрический преобразователь (фиг. 1) содержит цилиндрическую линзу 1 со шторкой 2, осветитель 3, фотоприемник 4, подключенный к блоку 5 обработки сигнала, состоящему из последовательно соединенных усилителя 6 переменного тока, синхронного детектора 7, усилителя 8 постоянного тока и порогового устройства 9, и генератор 10 прямоугольных импульсов, подключенный к осветителю 3 и второму входу синхронного детектора 7 блока 5 обработки сигнала. Выход блока 5 обработки сигнала является выходом преобразователя. Осветитель 3 и фотоприемник 4 установлены по одну сторону линзы 1 таким образом, что световой поток от осветителя 3, проходя через линзу 1 и отражаясь от диска 11 электросчетчика 12, вновь проходит через линзу 1 и попадает на фотоприемник 4. На боковую поверхность диска 11 нанесена контрастная метка 13.

Шторка 2 представляет собой пластину из непрозрачного материала и расположена перпендикулярно оси линзы 1. При этом осветитель 3 и фотоприемник 4 размещены симметрично относительно шторки 2. Цифрами 14 и 15 на фиг. 1 обозначены щиток и защитное стекло электросчетчика 12 соответственно.

В качестве осветителя 3 использован светодиод, фотоприемника 4 - фотодиод, синхронного детектора 4 - аналоговое умножающее устройство с фильтром низких частот, пороговое устройство 9 реализовано на триггер Шмитта.

Устройство работает следующим образом.

Фотоэлектрический преобразователь устанавливается непосредственной близости относительно счетчика 12 электроэнергии так, что линза 1, осветитель 3 и фотоприемник 4 находятся в плоскости диска 11, а линзой 1 обеспечивается концентрация светового излучения в полосе несколько большей толщины диска 11, но меньшей ширины прорези в щитке 14. При этом шторка 2 может быть расположена вплотную или с некоторым зазором относительно защитного стекла 15.

Прямоугольные импульсы высокой частоты (например 100 кГц) с выхода генератора 10 поступают на вход осветителя 3 и второй вход синхронного детектора 7. Импульсное излучение от осветителя 3, проходя через линзу 11 и защитное стекло 15, отражается боковой поверхностью диска 11 и, пройдя через стекло 15 и линзу 1, попадает на фотоприемник 4, преобразующий отраженный световой поток в электрический сигнал. Импульсный электрический сигнал с выхода фотоприемника 4 усиливается усилителем 6 переменного тока, детектируется синхронным детектором 7, усиливается усилителем 8 постоянного тока и поступает на вход порогового устройства 9.

Так как отражающая способность метки 13 отлична от отражающей способности остальной части диска 11, то при отражении светового потока от метки 13 уровень выходного напряжения усилителя 8 изменится, что вызовет срабатывание порогового устройства 9.

В существующих фотоэлектрических преобразователях, в том числе и в выбранном в качестве прототипа, на вход фотоприемника помимо излучения осветителя, отраженного от боковой поверхности диска счетчика, попадают сигналы от внешних источников излучения и излучения осветителя, отраженные от других частей электросчетчика, из которых наиболее значительными являются диффузное отражение от щитка и зеркальное отражение от защитного стекла электросчетчика.

В предлагаемом преобразователе цилиндрическая линза 1 собирает световой поток осветителя 3 в виде узкой полосы, ширина которой несколько меньше прорези в щитке 14, как показано на фиг. 2. Благодаря этому существенно уменьшается влияние диффузного отражения излучения осветителя 3 от щитка 14, так как он почти не освещен.

Для уменьшения влияния отражений от защитного стекла 15 электросчетчика цилиндрическая линза 1 легко может быть разделена (полностью или частично) непрозрачной шторкой 2, помещенной перпендикулярно оси линзы 1 между симметрично расположенными осветителем 3 и фотоприемником 4. При этом, если фотоэлектрически преобразователь установлен относительно электросчетчика так, что шторка 2 касается поверхности защитного стекла 15, полностью подавляется зеркальное отражение от защитного стекла 15, как это показано на фиг. 3, где лучи, отраженные от защитного стекла 15 и прерванные шторкой 2, изображены пунктирными линиями.

Благодаря применению в преобразователе усилителя 6 переменного тока и синхронного детектора 7 подавляются сигналы постоянного тока и сигналы, частота которых не совпадает с частотой генератора 10 прямоугольных импульсов. При достаточно высокой частоте генератора 10 (более 100 кГц) исключаются помехи от всех внешних источников излучения, которые, как правило, содержат составляющую с частотой, равной удвоенной частоте питающей сети.

Малая чувствительность фотоэлектрического преобразователя к помехам от внешних источников излучения позволяет применить в качестве осветителя 3 маломощный светодиод видимого излучения, что улучшает эксплуатационные свойства преобразователя, так как снижается потребляемая мощность и, благодаря использованию видимого света, упрощается установка преобразователя относительно диска электросчетчика. (56) 1. Авторское свидетельство ЧССР N 242901, кл. G 01 D 4/06, 1987.

2. Патент США N 4678907, кл. G 01 D 5/34, 1987.

3. Выложенная заявка ФРГ N 3720102, кл. G 01 D 5/30, 1989.

Использование: в контрольно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах для регулировки и проверки индукционных счетчиков электроэнергии, а также для дистанционного измерения потребления энергии. Цель изобретения: повышение помехоустойчивости за счет подавления отражения от защитного стекла и щитка электросчетчика и сигналов от внешних источников излучений, а также упрощение оптической системы преобразователя. Преобразователь содержит цилиндрическую линзу, разделенную непрозрачной шторкой, осветитель, фотоприемник, генератор прямоугольных индексов и блок обработки сигнала, содержащий последовательно соединенные усилитель переменного тока, синхронный детектор усилитель постоянного тока и пороговое устройство. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТКИ НА ДИСКЕ ИНДУКЦИОННОГО ЭЛЕКТРОСЧЕТЧИКА , содеpжащий осветитель, линзу и фотопpиемник, выход котоpого соединен с блоком обpаботки сигнала, отличающийся тем, что линза выполнена цилиндpической, а осветитель и фотопpиемник pасположены так, что световой поток осветителя, пpоходя чеpез линзу и отpажаясь от диска электpосчетчика, вновь пpоходит чеpез линзу и попадает на фотопpиемник. 2. Пpеобpазователь по п. 1, отличающийся тем, что цилиндpическая линза pазделена непpозpачной штоpкой, помещенной пеpпендикуляpно оси линзы между симметpично pасположенными осветителем и фотопpиемником. 3. Пpеобpазователь по п. 1 или 2, отличающийся тем, что блок обpаботки сигнала содеpжит последовательно соединенные усилитель пеpеменного тока, синхpонный детектоp, усилитель постоянного тока и поpоговое устpойство, а в пpеобpазователь дополнительно введен генеpатоp пpямоугольных импульсов, соединенный с осветителем и втоpым входом синхpонного детектоpа блока обpаботки сигнала.