基于電感式感測(cè)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì)

文/王水泉

我國(guó)市面上所見(jiàn)到的機(jī)械式遠(yuǎn)傳燃?xì)獗硎抢萌細(xì)獾牧鲃?dòng)帶動(dòng)計(jì)數(shù)碼輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)的，但是如果要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表，就需要將計(jì)數(shù)碼輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，而遠(yuǎn)傳燃?xì)獗碇饕譃槊}沖式和直讀式兩種，其中脈沖式燃?xì)獗淼膫鞲衅髦饕筛苫晒芎痛配摌?gòu)成，將磁鋼安裝在字輪上，當(dāng)字輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，采集電路通過(guò)判斷干簧管的彈片的吸合或斷開(kāi)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)。而直讀式遠(yuǎn)傳表主要是由傳感器、處理器、紅外接收管、字輪等構(gòu)成，其工藝簡(jiǎn)單，可以直接讀表，且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，抗干擾性強(qiáng)。

1 直讀式遠(yuǎn)傳表及其特征

我國(guó)市面上常用的直讀式遠(yuǎn)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(diǎn)安裝在字輪上，然后與對(duì)應(yīng)的電路板上的不同電阻接觸，再利用不同的電阻值來(lái)找到字輪的位置。在電阻式直讀表的讀表過(guò)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(jì)機(jī)械計(jì)數(shù)器的字輪間，并組成與字輪大小相當(dāng)?shù)膱A形，且該金屬片接通不同的電阻，每個(gè)字輪上安裝金屬觸點(diǎn)，組裝后與電路板接觸。這樣，當(dāng)字輪轉(zhuǎn)動(dòng)到某一位置時(shí)，由于觸點(diǎn)接觸到不同的電路可產(chǎn)生不同的電阻值，且每個(gè)電阻值都對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器上的數(shù)字，最后由采集電路處理得到相應(yīng)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(dòng)讀取表字輪上的數(shù)值且平時(shí)不需要時(shí)可自動(dòng)斷電。

（2）該表的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，操作起來(lái)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(nèi)，所以它對(duì)于表內(nèi)原有的結(jié)構(gòu)不會(huì)造成破壞。

（4）由于直讀表字輪的主要功能是讀數(shù)、計(jì)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(huì)使得字輪的讀數(shù)與計(jì)數(shù)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

（5）該直讀表屬于機(jī)械式遠(yuǎn)傳表，其觸電接觸也是機(jī)械接觸，如果在安裝電路板過(guò)程中子輪組之間的間隙出現(xiàn)誤差，則會(huì)使得直讀表觸點(diǎn)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(wú)法準(zhǔn)確的檢測(cè)，從而致使電阻式直讀表因安裝精度問(wèn)題造成高位字輪與電路板刮擦影響轉(zhuǎn)動(dòng)。

（6）由于該直讀表的接觸方式主要是通過(guò)電阻方式來(lái)識(shí)別，接觸點(diǎn)會(huì)隨著電阻的變化而改變。當(dāng)電阻發(fā)生不良接觸時(shí)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量盲區(qū)或誤判。

1.2 光電式直讀表

它主要是在普通燃?xì)獗碛?jì)數(shù)器字輪印刷0-9位置的外緣再印刷特定標(biāo)記，通過(guò)對(duì)字輪建立數(shù)學(xué)模型，然后在外圍固定光電傳感器及相關(guān)電路。當(dāng)外部供電讀表時(shí)，利用光電傳感器判斷特定標(biāo)記“有”和“無(wú)”的狀態(tài)，再通過(guò)組合編碼計(jì)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(yuǎn)傳表，它無(wú)需在直讀表盤(pán)內(nèi)設(shè)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(pán)計(jì)數(shù)器上的數(shù)字。其次，它可以直接讀取表具的計(jì)數(shù)器碼盤(pán)數(shù)字且不需要在表內(nèi)設(shè)置表底數(shù)、表常數(shù)等參數(shù)，此外，因?yàn)樗恍枰獌?chǔ)存表盤(pán)數(shù)據(jù)，所以不會(huì)出現(xiàn)計(jì)數(shù)錯(cuò)誤的現(xiàn)象，從而有效的減少了脈沖以及計(jì)算數(shù)值的時(shí)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(dāng)直讀表處在極端環(huán)境下時(shí)，會(huì)導(dǎo)致傳感器完全無(wú)法工作。

（3）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性得不到保障，該直讀表的直字輪一般采用五對(duì)紅外傳感器來(lái)進(jìn)行“讀數(shù)”；理論上，五對(duì)傳感器最多可以分辨32種狀態(tài)，當(dāng)高位字輪在一個(gè)小范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)字輪“讀數(shù)”只能通過(guò)軟件來(lái)“估計(jì)”，在遇到多個(gè)字輪同時(shí)進(jìn)位的情況下軟件“估計(jì)”出來(lái)的數(shù)據(jù)往往是不準(zhǔn)確的。

（4）工藝復(fù)雜，該直讀表需要在機(jī)械計(jì)數(shù)器的字輪上安裝很多光電裝置。

2 基于電感式感測(cè)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì)

圖1：電感傳感器

圖2：LDC1000電感式數(shù)字轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)

基于電感式感測(cè)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集器主要包含了特殊計(jì)數(shù)碼輪、異形金屬鈑金件、感應(yīng)線圈、外圍電路和處理器等結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)步驟如下：首先，將異形金屬鈑金件與特殊計(jì)數(shù)碼輪按照指定的裝配關(guān)系進(jìn)行正確裝配；其次，將特殊計(jì)數(shù)碼輪與原有的字輪和進(jìn)位齒輪按對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比嚙合同步轉(zhuǎn)動(dòng)；最后，將感應(yīng)線圈安裝在異形金屬鈑金件的同側(cè)，使得它在軸線方向?qū)崟r(shí)不等面積相交并進(jìn)行相互感應(yīng)，通過(guò)感應(yīng)磁通量信息準(zhǔn)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(lái)讀出燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)。

3 結(jié)論與評(píng)價(jià)

本文在設(shè)計(jì)電感式感測(cè)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集器時(shí)采用的非接觸式電感傳感器型號(hào)為L(zhǎng)DC1000電感式數(shù)字轉(zhuǎn)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(cè)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)亞微米分辨率。另外，此電感式感測(cè)受諸如污垢和灰塵等非導(dǎo)電干擾的影響較小，非常適合極端環(huán)境和嚴(yán)酷環(huán)境，具有較強(qiáng)適應(yīng)性，使用范圍較廣，值得進(jìn)行推廣使用。