CN1098454C

CN1098454C - 液体分配器装置的脉冲编码器

Info

Publication number: CN1098454C
Application number: CN96194928A
Authority: CN
Inventors: 让－皮埃尔·尼特基
Original assignee: Itron Soluciones de Medida Espana SA
Current assignee: Itron Soluciones de Medida Espana SA
Priority date: 1995-07-04
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2016-07-02
Also published as: EP0836703B1; DE69623627D1; DE69623627T2; CN1188540A; FR2736428A1; US5965825A; EP0836703A1; WO1997002473A1; FR2736428B1; DK0836703T3

Abstract

一种装在液体分配装置的表(10)中的脉冲编码器，用于输出一个表示分配的液体流的信号，所述编码器包括：一编码轮(12；12’)，由所述表(10)驱动，其旋转速度基本与所述液体流速成正比，所述轮(12；12’)带有角度间隔P的一第一分度系列(d_i；d_j)，并被称为主分度；两个主传感器(Ca，Cb；C’a，C’b)测定所述主分度(d_i；d_j)，并彼此角偏移角度间隔的四分之一，即P/4，以便形成两个主脉冲信号(Sa，Sb；S’a，S’b)，这两个主脉冲信号同样偏移四分之一周期。根据本发明：所述编码轮(12；12’)还带有一第二分度系列(d’_i；d’_j)，被称为次级分度，它的角度间隔P’等于所述主分度(d_i；d_j)角度间隔P的两倍，一个次级传感器(Cc；C’c)测定所述次级分度(d’_i；d’_j)，以便输出一个次级脉冲信号(Sc；S’c)，它的周期是所述主脉冲信号(Sa，Sb；S’a，S’b)的周期的两倍；并且，所述编码器包括处理器装置，其根据所述主和次脉冲信号，输出表示被分配的液体流的所述信号。这种编码器可用在燃料分配器上。

Description

液体分配器装置的脉冲编码器

本发明涉及一种脉冲编码器，用于装配在液体分配器装置的表上，发出表示分配液体的流的信号。

本发明具特别优势的用途是在分配燃料的领域。

在下文中，一般术语“表”不加区分地既用于流量表也用于流速表，应当理解，在前者情况下，表示被分配的液体流的信号是体积信号，通过累加这些脉冲能计算被分配的液体体积，在后者的情况下，表示被分配的液体流的所述信号是一流速信号，通过脉冲频率的积分，可计算被分配的液体体积。

作为例子，在一烯料分配站中的燃料泵表通常包括一个泵，它使燃料通过一个流量表或测量器由一个储罐来到一输送点，在此例中是一车辆的油箱，这个流量表或测量器的功能一般来说是由于燃料的流动而产生施转运动，其方式是使得一个完整的转动与通过该表的一已知给定的燃料体积相应。

与流量表配套的与所述旋转运动耦合的一编码系统，构成适宜于形成一表示已分配出的燃料流量信号的测量装置，一计算机由编码系统接收这体积信号进行累加处理，以便能确定由这燃料泵表分配的燃料体积，和根据每升燃料的价钱计算应付的钱数。

这个信息然后在相应的燃料泵表中包括的显示器上向顾客显示。

最普遍应用的编码系统是脉冲编码器，它可输出一由一系列脉冲构成的电信号，每个脉冲与一测量到的分配的燃料的体积增量相应，即1厘升。

原则上，一个脉冲编码器包括一编码轮，它与表机械耦合，被表以一个与液体流速大体成比例的旋转速度驱动。所述编码轮带有一系列的分度，如设在它的外圆周上，比如说，在一个特别的实施例中它可仅由角度间隔P的槽构成，所述角度间隔P相应于所述的测量体积增量。

当编码轮旋转时，一单一的传感器，如光学传感器，设置的能测定所述槽的通过，然后形成表示被分配液体的流动体积的一个脉冲信号。

这个信号被送到计算机，所述计算机然后通过将接收的脉冲总数乘以测量体积增量，确定分配的液体体积。

然而，已聟类型的脉冲编码有几个缺点。

第一，它不能将流量表的旋转方向加以限定。因此当旋转方向颠倒时不能察觉，比如由于液压锤，其结果是，当编码轮的旋转是在反向和没有液体体积流动时编码轮继续发出脉冲。因为这些干扰脉冲被计算机与其余的脉冲一起计算在内，产生一个对分配的液体的体积过高的计算结果。

而且，当表在小振幅波动时，可能发生由传感器形成的信号的电平仍保持固定，也就是说，如果传感器是保持与一个槽对齐则在高的电平上，传感器是保持与一个在两个顺序的槽之间的部分对齐则在低的电平上。但低的电平也可能是由于在传感器中的故障造成，这样用这种类型的编码器便不能分辩小振幅波动现象和传感器不工作的情况。然而，在任何时间都能测到传感器器不工作的情况是必须的。

为了克服这些缺点，曾建议对现有的传感器添加一个第二传感器，第二传感器与第一传感器一样可测定编码轮的相同的分度，但与它偏移四分之一的角度间隔，即P/4。在这样的情况下，可以证明，通过比较由这两个传感器发出的脉冲信号，能确定轮的旋转方向，因此消除大振幅波动的影响。然而，用这两个传感器仍是不能确定地测定到一个传感器不工作情况，因为在这样的情况下，提供的信号可能与小振幅波动的某些情况得到的信号相混淆。

为了消除在解释信号中的模糊情况，可通过编码轮穿一个孔，在孔中装一个第三传感器。在这样的结构中，能够可靠地判断任何传感器不工作的情况。但是这个判断仅在编码轮旋转完一个完整转后进行，即在被认为是过多的延迟之后。

以上缺点，可见于美国专利3,320,767；3,603,773；3,660,644；3,716,794和3,742,243等。

因此，本发明明要解决的技术问题是提供一脉冲编码器，用于装配在液体分配装置的表上，提供表示被分配的液体流的信号，所述编码器包括：

一编码轮，由所述表驱动，它的旋转速度基本与所述液体流速成正比，所述轮带有角度间隔P的一第一分度系列，并被称为主分度；

两个主传感器，可测定所述主分度，并彼此偏移角度间隔的四分之一，即P/4，以致形成两个主脉冲信号，这两个主脉冲信号同样偏移四分之一周期；

当所述传感器中一个不工作时，所述编码器能迅速的多地测定出。

根据本发明，对提出的技术问题的解决方案是：

所述编码轮也带有一第二系列分度，被称为次级分度，它的角度间隔P’等于所述主分度角度间隔P的两倍，一个次级传感器可测定所述次级分度，以输出一个次级脉冲信号，它的周期是所述主脉冲信号的周期的两倍；

所述编码器包括处理器装置，所述装置，根据所述主和次脉冲信号，可输出表示被分配的液体流的所述信号。

因此，如下面详细解释的，本发明的所述脉冲编码器能够在编码轮旋转通过2P，即次级分度系列的角度间隔后，测定到它的传感器的一个的不工作情况，因此能更快地测定到不工作，如与上述具有一附加孔的编码器比较，快25倍。

在第一实施例中，所述分度是沿所述编码轮两个同心环上形成的槽，所述传感器是光学传感器。

在第二实施例中，所述分度是相对的磁极对，这些磁极围绕所述编码轮两同心环交替设置，所述传感器是霍尔效应传感器。

参照附图通过以下非限定例的介绍，可更好的理解本发明所包含的内容及其实施方法。

附图：

图1a是装有本发明的脉冲编码器的流速表的平面图；

图1b是图1a中C-C线的剖面图；

图2a是具有磁极的编码轮和配套的霍尔效应传感器的平面图；

图2b是具有槽的编码器和配套的光学传感器的平面图；

图3a，3b，3c是由图2a的编码器的传感器发出的脉冲信号的时序图：

图4a是图2b的编码器的传感器发出的脉冲信号的时序图；

图4b是图4a主脉冲信号在脉冲整形后的时序图；

图5是处理图3a脉冲信号装置的框图。

图1a和1b是例如一流量计的表10的平面图和剖面图。其属于一种分配液体，如燃料的装置，并具有发出表示分配的液体流量的信号的功能。一未示出的已知类型的计算机接收这个信号，并以适当的方式对它进行处理，根据实施的标准规定的精确度和可靠性，确定分配的总液体流量。

图1a和1b的流量表10是由一个部件，如一很常规的四活塞装置构成。此装置可使轴11以一个角速度旋转，这个角速度基本与通过该分配器装置的液体流速成正比。

作为一个例子，表10是这样制成的，轴11的360度的一个完整转动相应于分配0.5升体积的液体。

流量表10的轴11耦接到一齿轮箱的第一齿轮110，齿轮箱驱动一第二齿轮120，传动比为2.5∶1。与第二齿轮120的传动比为1∶1的第三齿轮130装有编码轮12，它的角速度是这样，一个360度的转动相应与0.2升体积的液体。

例如，为得到等于1厘升的分配液体的体积的测量的增量，编码轮12带有20个分度d_i(i＝1，...，20)，这些分度被称为“主”分度，以360度/20＝18度为一周期。

在图2a的实施例中，所述的主分度d_i是由20对相反的N和S磁极构成，它们交替位于轮12的外环上。因此N或S磁极的角度宽为9弧度。

编码轮12可由填有磁粉如Flexam P的模制的聚酰胺PA6/6材料制成。磁极是在模制时用已知的，特别是在电机业中用的技术磁化。

在图1b可见到，被称为“主传感器”的霍尔效应型的两个传感器Ca和Cb，与一固定的托架13上的主分度d_i的外环对准设置。如图2a所示，在此例中，传感器Ca和Cb以角度间隔的四分之一，即P/4＝4.5度偏移。因此，当编码轮12旋转时，传感器Ca和Cb能测定由一个极性到另一极性的转变，并提供相应的脉冲信号Sa和Sb，在图3a中可见，这些脉冲信号偏移四分之一周期。

自然地主传感器Ca和Cb由它们在图2a即刻顺序的位置开始，彼此能相对偏移角度间隔P的整数倍。

图3a示出在本发明的脉冲编码器的正常工作中，分别由传感Ca和Cb发出的信号Sa和Sb。

图3b示出在流量表10的轴11大振幅波动编码轮12的旋转方向颠倒时，这些信号是如何改变的。由图3b清楚可见，在瞬间t₀运动方向颠倒，引起信号Sa和Sb的相位颠倒，或一个周期的相移。特别能看到，例如在方向颠倒前当信号Sa是高的时信号Sb中出现的升高的边，在颠倒后，当信号Sb是低的时出现。因此，如下面详尽说明的，仅比较信号Sa和Sb，就能测定流量表旋转方向的颠倒，并在产生最终发到计算机的对分配的液体的体积进行测量的信号时考虑到这点。

图3c示出在瞬间t₁开始的小的振幅波动时由传感器Ca和Cb发出的主信号Sa和Sb。可以见到信号Sa保持代表编码轮12通常旋转的信号的一般形态，而信号Sb仍在一固定的电平，在这例子中是低的，因为波动的振幅太小不能产生N-S的转变。

相似地，图3d示出当主传感器Sb在瞬间t₁不工作时的同一信号Sa，Sb。自然地信号Sa与图3a相比保持不变，而信号Sb保持在一固定电平，在此例中是低的。

因此，由这些例子可清楚地见到在低的振幅波动和一个传感器停止工作的情况之间很难分辩。

为了解决这个困难，如图2a所示，本发明的脉冲编码器的编码轮12，以角度间隔P’，装有一被称为次级分度的第二系列分度d’_i，角度间隔P’是双倍的P，等于主分度d_i的两倍，即2P或36度。与主分度d_i同样，次级分度d’也是由成对的N和S磁极形成的，它们交替地设置在编码轮12的内同心环上。因此在示出的本实施例中，有10对磁极，次级分度d_i的角宽度是36度，它的一个极是18度。

一个同样是霍耳效应的次级传感器Cc，设置对准次级分度内环，发出图3a所示的次级脉冲信号Sc，它的周期是主脉冲信号Sa和Sb的周期的两倍。

从图3c和图3d可理解，对次级信号Sc的状况的监测可确定一主传感器，特别是传感器Cb的固定电平，在本例中是低，是由于编码轮的小波动，还是由于所述的主传感器的停止工作所致。低的振幅波动会引起次级信号Sc的一固定的电平，例如高，而主传感器停止工作不会对正常继续运行的次级传感器的状态有影响。

因此在次级分度，即在本例中36度的一个周期P’的端上，可相当可靠地判断主传感器的状态。

可以看出这样构成的编码系统也可能测定传感器Cc不在工作，或实际上能测定这三个中任何两个不工作。

图2b示出本发明脉冲编码器的编码轮的另一实施例。

在此实施例中，编码轮12’第一具有由槽f_j限定的间距p的主分度d_j，槽f是围绕轮12’的外环形成，第二具有次级分度d’_j，它的间距p’＝2p是由槽f限定，槽f围绕一内环形成，它与具有所述主分度的外环同心。

两个主光学传感器C’a和C’b与主分度d_j对准，它们相互偏离四分之一的周期，即p/4。应当看到传感器C’a和C’b是在径向中延长的矩形，此形状是通过将所述的传感器设置在被称为“相”槽的固定的槽的后面获得的。

以相似的方式，与次级分度d’对准设置与主传感器类似的一次级传感器C’c，它不必与主传感器有任何特殊的相位关系。

应看到主槽fj是梯形的，这具有这样的效果，如图4a所示，即当编码轮12’旋转时发出的主信号S’a和S’b的形状同样是梯形。次级信号S’c是同样的情况。

具有梯形信号S’a和S’b的优点如下。

在主传感器C’a和C’b的输出上，主信号S’a和S’b是通过在脉冲的上升沿高于门限值H处触发一个电子触发器，并在下降沿一低的门限值B处回零形成的。这引起如图4b所示的矩形脉冲信号S”a和S”b。

可以理解，在这样的情况下，编码器将不会觉察小的机械振动，如在高触发点H附近，因为主信号S”a和S”b的电平在整形后保持固定，在此例中是高，没有可能向低电平的任何返回，因为这样的返回要求通过低触发点B。

下面作为例子，参照图5说明图3a的脉冲信号Sa，Sb和Sc的处理过程。

如图所示，来自编码轮12的传感器Ca，Cb和Cc的三个信号Sa，Sb和Sc先在一时钟21的控制下通过一个电子双稳器20同步。

然后，同步的信号Sa，Sb依次加到一测定表的旋转方向的测定器30上，和测定振动的测定器40上，目的是由所述脉冲中除去由于旋转方向颠倒或振动造成的任何寄生脉冲。产生的信号S*a，S*b是同一的，但偏差四分之一的周期，在理论上它们现在只含有表示分配的流体的流量的脉冲。

信号S*a，S*b和次级信号Sc由一误差测定器组件50处理，测定出这三个传感器之中的一个或两个是否不在工作。如果测定出没有不工作的，组件50输出两个信号S1，S2，它们是整形为适合于传送到所述计算机并适合被该计算机读出的信号S*a，S*b。

信号S1，S2通常在一高电平上，带有不同时在两个通道上的低电平表示的脉冲。

如果误差测定器组件50测到一个传感器停止工作，那么信号S1，S2就被转变成低电平，以便由计算机考虑，从而停止分配。

在图5中可看到该误差测定器组件50也监控向处理系统供电的电源。如果电源不存在，信号S1，S2被转变成低电平，因此与传感器不工作时的结果一样。

最后，必须提及在误差测定器组件50的输出上有一个电平监测器60，它的功能是，通过其与信号S*a，S*b的相互关系，测定在向计算机传送信号的线路上的短路的存在，这样的短路会由于电路故障或欺骗行为造成。

Claims

1.一种装在液体分配器装置的表(10)中的脉冲编码器，用于输出一个表示分配的液体流量的信号，所述编码器包括：

一编码轮(12；12’)，由所述表(10)驱动，它的旋转速度基本与所述液体的流速成正比，所述轮(12；12’)带有角度间隔(P)的一第一分度系列(d_i；d_j)，并被称为“主”分度；

两个主传感器(Ca，Cb；C’a，C’b)，可测定所述主分度(d_i，d_j)，并彼此角偏移角度间隔的四分之一，以便形成两个主脉冲信号(Sa，Sb；S’a，S’b)，这两个主脉冲信号同样偏移四分之一周期；

其特征在于，

所述编码轮(12；12’)还带有一第二系列分度(d’_i ；d’_j)，被称为“次级”分度，它的角度间隔P’等于所述主分度(d_i；d_j)的角度间隔P的两倍，一个次级传感器(Cc；C’c)可测定所述次级分度(d’_i；d’_j)，以便输出一个次级脉冲信号(Sc；S’c)，它的周期是所述主脉冲信号(Sa；Sb；S’a，S’b)的周期的两倍；以及

所术编码器包括处理器装置，其根据所述主和次脉冲信号，输出表示被分配的液体流的所述信号。

2.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述分度(d_i，d ’_i；d_j，d’_j)是沿所述编码轮(12’)的两个同心圆上形成的槽(b_i，b_j)，所述传感器(C’a，C’b，C’c)是光学传感器。

3.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述主分度是梯形槽(b_j)。

4.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述分度(d_i；d’_j)是相对的磁极(N，S)，所述传感器(Ca，Cb，Cc )是霍尔效应传感器。