基于電感式感測技術的數(shù)據(jù)采集器設計

文/王水泉

我國市面上所見到的機械式遠傳燃氣表是利用燃氣的流動帶動計數(shù)碼輪轉動進行計數(shù)的，但是如果要實現(xiàn)自動抄表，就需要將計數(shù)碼輪的轉動轉換成電信號，而遠傳燃氣表主要分為脈沖式和直讀式兩種，其中脈沖式燃氣表的傳感器主要由干簧管和磁鋼構成，將磁鋼安裝在字輪上，當字輪轉動時，采集電路通過判斷干簧管的彈片的吸合或斷開狀態(tài)來實現(xiàn)計數(shù)。而直讀式遠傳表主要是由傳感器、處理器、紅外接收管、字輪等構成，其工藝簡單，可以直接讀表，且數(shù)據(jù)準確，抗干擾性強。

1 直讀式遠傳表及其特征

我國市面上常用的直讀式遠傳表主要分為以下兩種：

1.1 電阻式直讀表

它主要是將金屬觸點安裝在字輪上，然后與對應的電路板上的不同電阻接觸，再利用不同的電阻值來找到字輪的位置。在電阻式直讀表的讀表過程中，它主要是將有均勻分布10片扇形金屬片組成的電路板固定安裝在表計機械計數(shù)器的字輪間，并組成與字輪大小相當?shù)膱A形，且該金屬片接通不同的電阻，每個字輪上安裝金屬觸點，組裝后與電路板接觸。這樣，當字輪轉動到某一位置時，由于觸點接觸到不同的電路可產(chǎn)生不同的電阻值，且每個電阻值都對應計數(shù)器上的數(shù)字，最后由采集電路處理得到相應的數(shù)據(jù)，完成讀表操作。其中，電阻式直讀表的特征表現(xiàn)為：

（1）該直讀表可節(jié)省電能，能夠自動讀取表字輪上的數(shù)值且平時不需要時可自動斷電。

（2）該表的結構較為簡單，操作起來比較省心。

（3）由于該直讀表的其余裝置可以直接鑲嵌在表內，所以它對于表內原有的結構不會造成破壞。

（4）由于直讀表字輪的主要功能是讀數(shù)、計數(shù)，但它很容易受到外力的影響，如果受到外力的影響，則會使得字輪的讀數(shù)與計數(shù)出現(xiàn)錯誤。

（5）該直讀表屬于機械式遠傳表，其觸電接觸也是機械接觸，如果在安裝電路板過程中子輪組之間的間隙出現(xiàn)誤差，則會使得直讀表觸點的觸力和位置偏移，讓電路板與字輪邊緣之間的距離不斷縮小，安裝完成后，直讀表的高位字輪無法準確的檢測，從而致使電阻式直讀表因安裝精度問題造成高位字輪與電路板刮擦影響轉動。

（6）由于該直讀表的接觸方式主要是通過電阻方式來識別，接觸點會隨著電阻的變化而改變。當電阻發(fā)生不良接觸時會導致測量盲區(qū)或誤判。

1.2 光電式直讀表

它主要是在普通燃氣表計數(shù)器字輪印刷0-9位置的外緣再印刷特定標記，通過對字輪建立數(shù)學模型，然后在外圍固定光電傳感器及相關電路。當外部供電讀表時，利用光電傳感器判斷特定標記“有”和“無”的狀態(tài)，再通過組合編碼計算以獲得字輪的正確讀數(shù)。其中，光電式直讀表的特征為：

（1）該直讀表有別于傳統(tǒng)的遠傳表，它無需在直讀表盤內設置底數(shù)、常數(shù)等作為參考數(shù)據(jù)而可以智能讀取表盤計數(shù)器上的數(shù)字。其次，它可以直接讀取表具的計數(shù)器碼盤數(shù)字且不需要在表內設置表底數(shù)、表常數(shù)等參數(shù)，此外，因為它不需要儲存表盤數(shù)據(jù)，所以不會出現(xiàn)計數(shù)錯誤的現(xiàn)象，從而有效的減少了脈沖以及計算數(shù)值的時間。

（2）抗干擾性能較差，由于該直讀表采用的是紅外光光電傳感器，而紅外接收管極其容易受到外界紅外光或者自然光的影響，當直讀表處在極端環(huán)境下時，會導致傳感器完全無法工作。

（3）數(shù)據(jù)準確性得不到保障，該直讀表的直字輪一般采用五對紅外傳感器來進行“讀數(shù)”；理論上，五對傳感器最多可以分辨32種狀態(tài)，當高位字輪在一個小范圍內進行連續(xù)轉動時，此時字輪“讀數(shù)”只能通過軟件來“估計”，在遇到多個字輪同時進位的情況下軟件“估計”出來的數(shù)據(jù)往往是不準確的。

（4）工藝復雜，該直讀表需要在機械計數(shù)器的字輪上安裝很多光電裝置。

2 基于電感式感測技術的數(shù)據(jù)采集器設計

圖1：電感傳感器

圖2：LDC1000電感式數(shù)字轉換器結構

基于電感式感測技術的數(shù)據(jù)采集器主要包含了特殊計數(shù)碼輪、異形金屬鈑金件、感應線圈、外圍電路和處理器等結構，其設計步驟如下：首先，將異形金屬鈑金件與特殊計數(shù)碼輪按照指定的裝配關系進行正確裝配；其次，將特殊計數(shù)碼輪與原有的字輪和進位齒輪按對應的傳動比嚙合同步轉動；最后，將感應線圈安裝在異形金屬鈑金件的同側，使得它在軸線方向實時不等面積相交并進行相互感應，通過感應磁通量信息準確換算出字輪所顯示的數(shù)據(jù)信息，再由采集器采集電感傳感器（如圖1所示）的值來讀出燃氣表的數(shù)據(jù)。

3 結論與評價

本文在設計電感式感測技術的數(shù)據(jù)采集器時采用的非接觸式電感傳感器型號為LDC1000電感式數(shù)字轉換器（如圖2所示），該傳感器共提供了16位的諧振阻抗和24位的電感值，因此可在位置感測應用中實現(xiàn)亞微米分辨率。另外，此電感式感測受諸如污垢和灰塵等非導電干擾的影響較小，非常適合極端環(huán)境和嚴酷環(huán)境，具有較強適應性，使用范圍較廣，值得進行推廣使用。