一种无磁计量系统及其计量方法与流程

1.本技术涉及流体计量技术领域，具体涉及一种无磁计量系统及其计量方法。


背景技术：

2.市场上有以下几种水表：脉冲积累式、摄像式、光电式。
3.脉冲累计式水表一般是用干簧管或霍尔等原件进行采样，然后在运算器中将脉冲数转换成为用水量存储在cpu内的存储器中，读表时直接读取存储器的数据即可，缺点是干簧管等采样元件寿命短易损坏，且在外磁场或者管道的抖动下容易计量不准确。
4.摄像式水表实在水表显示窗上加一个摄像头，其缺点显而易见，对图像的解析需要非常昂贵的电子硬件，且软件处理功耗太大，整体成本太高。
5.光电表采用将将直读光电模块放入水表的液封字轮盒中，而液封字轮盒中充满如变压器油、纯净水或甘油等不导电的液体，这种方式开始工作是正常的，但是随着时间推移，自来水会渗入使光电模块因为短路等原因失去作用。


技术实现要素：

6.本技术实施例提供一种无磁计量系统，包括圆盘、振荡单元和处理器，所述圆盘，在待测流体的驱动下水平旋转，所述圆盘包括金属区和非金属区；所述振荡单元包括两路lc振荡电路，所述两路lc振荡电路产生两路lc振荡信号；所述处理器连接所述振荡单元，利用所述圆盘的金属区域和非金属区域靠近lc振荡电路时，出现lc振荡信号振幅的变化，产生的不同电压幅值，记录所述金属区域和非金属区域的位置，以确定所述圆盘的转数，基于来自所述振荡单元的所述圆盘的转数，确定所述待测流体的流量信息。
7.根据一些实施例，所述金属区域和所述非金属区域的面积比为1：1。
8.根据一些实施例，所述处理器包括比较器模块、脉冲计数模块、编码器模块和转动计数模块，所述比较器模块与所述振荡单元连接，将每路所述lc振荡信号被所述圆盘的金属区域或非金属区域进行磁感线切割产生的电压幅值与预设电压比较，输出两路脉冲信号；所述脉冲计数模块与所述比较器模块的输出端连接，统计每路所述脉冲信号的个数；所述编码器模块与所述脉冲计数模块连接，将每路所述脉冲信号的个数与脉冲个数阈值相比较，确定每路所述lc振荡电路测量的是所述圆盘的金属区或非金属区，对所述振荡电路的电感状态进行编码，并输出所述编码至转动计数模块；所述转动计数模块对所述振荡电路的电感状态组合编码的顺序以及循环次数进行记录，从而判断圆盘的转动角度、方向信息，以计量圆盘的转数。
9.根据一些实施例，所述处理器还包括充电电路、数模转换电路，所述充电电路与所述振荡单元连接，按照间隔周期的方式给所述两路lc振荡电路充电；所述数模转换电路与所述比较器模块连接，设定所述预设电压。
10.根据一些实施例，所述lc振荡电路的振荡频率在 100khz～50mhz之间。
11.根据一些实施例，所述处理器还包括通信模块，所述通信模块与管理端进行远程
通信，将所述待测流体的流量信息上传。
12.本技术实施例还提供一种如上所述无磁计量系统的计量方法，包括：利用来自所述振荡单元的lc振荡信号，检测所述待测流体驱动的水平旋转的圆盘的转数；基于所述圆盘的转数，确定所述待测流体的流量信息。
13.根据一些实施例，所述利用来自所述振荡单元的lc振荡信号，检测所述待测流体驱动的水平旋转的圆盘的转数，包括：接收来自所述振荡单元的两路lc振荡信号；将每路所述lc振荡信号的电压幅值与预设电压比较，输出两路脉冲信号；统计每路所述脉冲信号的个数；将每路所述脉冲信号的个数与脉冲个数阈值相比较，确定每路所述lc振荡电路测量的是所述圆盘的金属区或非金属区，对所述振荡电路的电感状态进行编码；对所述振荡电路的电感状态组合编码的顺序以及循环次数进行记录，从而判断圆盘的转动角度、方向信息，以计量圆盘的转数。
14.根据一些实施例，所述将每路所述lc振荡信号的电压幅值与预设电压比较，输出两路脉冲信号，包括：每路所述lc振荡信号的电压幅值大于所述预设电压时，输出所述脉冲信号。
15.根据一些实施例，所述将每路所述脉冲信号的个数与脉冲个数阈值相比较，确定每路所述lc振荡电路测量的是所述圆盘的金属区或非金属区，包括：所述脉冲信号的个数大于第一脉冲个数阈值，确定所述lc振荡电路测量的是所述圆盘的非金属区；所述脉冲信号的个数小于第二脉冲个数阈值，确定所述lc振荡电路测量的是所述圆盘的金属区。
16.本技术实施例提供的技术方案，采用电感电容等无源器件搭建无磁计量系统，成本低，检测精度高，功耗低，鲁棒性强。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本技术实施例的一种无磁计量系统功能框图之一。
19.图2是本技术实施例的一种无磁计量系统功能框图之二。
20.图3是本技术实施例的一种无磁计量系统的计量方法流程示意图。
21.图4是本技术实施例的一种测量圆盘转数的流程示意图。
22.图5a-5d是本技术实施例的一种金属区与非金属区1：1的圆盘转一圈的脉冲信号计数状态示意图。
23.图6a-6d是本技术实施例的一种金属区与非金属区1：3的圆盘转一圈的脉冲信号计数状态示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，
都属于本技术保护的范围。
25.应当理解，本技术的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本技术的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
26.图1是本技术实施例的一种无磁计量系统功能框图之一。无磁计量系统1000包括振荡单元200、处理器100和圆盘300。
27.如图1所示，本实施例中，无磁计量系统1000包括圆盘300、振荡单元200(如图1的外围功能模块200)和处理器100(如图 1的mcu模块100)。
28.外围功能模块200包含第一振荡模块210、第二振荡模块220。第一振荡模块210、第二振荡模块220为lc振荡电路。其中，第一振荡模块210、第二振荡模块220为计量振荡模块。
29.在待测流体流动时，圆盘300在待测流体的驱动下水平旋转，圆盘300包括金属区和非金属区。外围功能模块200产生两路lc 振荡信号，即第一振荡模块210产生第一lc振荡信号，第二振荡模块220产生第二lc振荡模块。两路lc振荡信号相对于圆盘中心成90度夹角设置。第一振荡模块210中的第一电感l1、第二振荡模块220的第二电感l2设置于圆盘的上方。当圆盘300的金属区靠近电感时，相对应的lc振荡模块的振荡幅度衰减加快，出现 lc振荡振幅的变化。
30.mcu模块100连接外围功能模块200，利用圆盘300的金属区域和非金属区域靠近lc振荡电路时，出现lc振荡振幅的变化，产生的不同电压幅值，记录金属区域和非金属区域的位置，以确定圆盘300的转数，基于圆盘300的转数，通过管径与流体带动圈数的关系计算出来流体流量信息，确定待测流体的流量信息。
31.可选地，金属区域和非金属区域的面积比为1：1，但并不以此为限。外围功能模块200的lc振荡电路测量金属区域和非金属区域时，电压幅值不同。
32.图2是本技术实施例的一种无磁计量系统功能框图之二。无磁计量系统1000包括振荡单元200、处理器100和圆盘300。
33.如图2所示，本实施例中，无磁计量系统1000包括圆盘300、振荡单元200(如图2的外围功能模块200)和处理器100(如图 2的mcu模块100)。
34.外围功能模块200包含第一振荡模块210、第二振荡模块220。第一振荡模块210、第二振荡模块220为lc振荡电路。其中，第一振荡模块210、第二振荡模块220为计量振荡模块。
35.在待测流体流动时，圆盘300在待测流体的驱动下水平旋转，圆盘300包括金属区和非金属区。
36.可选地，金属区域和非金属区域的面积比为1：1，但并不以此为限。外围功能模块200的lc振荡电路测量金属区域和非金属区域时，电压幅值不同。
37.外围功能模块200产生两路lc振荡信号，两路lc振荡信号相对于圆盘中心成90度夹角设置。第一振荡模块210中的第一电感l1、第二振荡模块220的第二电感l2设置于圆盘的上方。当圆盘金属区靠近电感时，相对应的lc振荡模块的振荡幅度衰减加快，出现lc振荡振幅的变化。
38.mcu模块100连接外围功能模块200，利用圆盘300的金属区域和非金属区域靠近lc振荡电路时，出现lc振荡信号振幅的变化，产生的不同电压幅值，记录金属区域和非金属区
域的位置，以确定圆盘300的转数，基于圆盘300的转数，通过管径与流体带动圈数的关系计算出来流体流量信息，确定待测流体的流量信息。
39.mcu模块100包含比较器模块110、脉冲计数模块140、编码器模块150、转动计数模块160。
40.第一振荡模块210、第二振荡模块220与比较器模块110的正端相连，dac模块130与比较器模块110的负端相连，比较器模块 110的输出端连接脉冲计数模块140，进一步连接至编码器模块150，编码器模块150与转动计数模块160相连。
41.当圆盘300的金属区靠近电感时，相对应的lc振荡模块的振荡幅度衰减加快，出现lc振荡振幅的变化。因此，圆盘300的金属区、非金属区域覆盖lc振荡电路时，振荡电路的振荡幅度会发生变化。通过检测lc振荡信号电路的振荡幅度，将其与设定电压通过比较器模块110进行比较，转换为方波脉冲进行输出。脉冲计数模块140与比较器模块110的输出端连接，根据比较器模块 110输出的方波脉冲进行计数。编码器模块150与脉冲计数模块 140连接，将每路方波脉冲信号的个数与脉冲个数阈值相比较，确定每路lc振荡电路测量的是圆盘的金属区或非金属区，根据方波脉冲的计数变化情况对第一振荡电路的第一电感和第二振荡电路的第二电感状态进行编码，并输出至转动计数模块160。转动计数模块160对第一电感、第二电感的状态组合编码的顺序以及循环次数进行记录，从而判断圆盘的转动角度、方向信息，以计量圆盘的转数。
42.可选地，mcu模块100还包括充电模块120、dac模块130、时钟模块170和激励电压180。
43.充电模块120与第一振荡模块210、第二振荡模块220、第三振荡模块的输入端相连。充电模块120按照间隔周期的方式给第一振荡模块210、第二振荡模块220、第三振荡模块230充电。激励电压180 为充电模块120提供电源。dac模块130(数模转换电路)与比较器模块120连接，设定预设电压。时钟模块170为编码器模块150、脉冲计数模块140和比较器模块110提供时钟信号。
44.可选地，外围功能模块200还包括第三振荡模块230，第三振荡模块230为报警振荡模块，用于确定圆盘位置是否正常。
45.三路lc振荡电路一起工作，根据上述工作原理，进一步确定第三振荡模块230测量的是圆盘300的金属区或非金属区。如果三路lc振荡电路测量的都是圆盘300的金属区，说明有磁铁靠近，mcu模块100发出报警。如果三路lc振荡电路测量的都是圆盘300 的非金属区，说明圆盘300发生了脱落，mcu模块100发出报警。
46.可选地，根据lc振荡电路特性和监测距离，lc振荡电路的振荡频率在100khz～50mhz之间，优先频率范围为100khz～1000khz 范围之间，但并不以此为限。
47.可选地，mcu模块100还包括通信模块，通信模块与管理端进行远程通信，将待测流体的流量信息上传。
48.本技术实施例的无磁计量系统具有低功耗特征，整体功耗小于20ua。进一步通过降低采样周期，也就是降低产生一次阻尼振荡的时间，整体功耗可小于15ua。以此类推，进一步可以小于10ua、进一步可小于5ua，进一步可小于3ua。
49.图3是本技术实施例的一种无磁计量系统的计量方法流程示意图。
50.在s100中，利用来自振荡单元(外围功能模块200)的lc 振荡信号，检测待测流体
驱动的水平旋转的圆盘的转数。包括 s110-s150的步骤，如图4所示。
51.在s110中，mcu模块的比较器模块接收来自振荡单元(外围功能模块200)的两路lc振荡电路产生两路lc振荡信号ch0、ch1。
52.圆盘包括金属区和非金属区。第一振荡模块210中的电感l1、第二振荡模块220的电感l2设置于圆盘的上方。当圆盘金属区靠近电感时，相对应的lc振荡模块的振荡幅度衰减加快，出现lc振荡信号 ch0、ch1振幅的变化。
53.在s120中，mcu模块的比较器模块110将两路lc振荡信号 ch0、ch1的电压幅值分别与预设电压比较，输出两路方波脉冲信号。
54.具体而言，通过mcu模块的比较器模块110将两路lc振荡信号ch0、ch1的电压幅值与预设电压分别比较，大于预设电压时，输出方波脉冲信号。预设电压可以直接设定，也可以通过dac模块130进行设定。
55.在s130中，mcu模块的脉冲计数模块140统计每路方波脉冲信号的个数。
56.ch0通道的脉冲信号的个数记为s，ch1通道的脉冲信号的个数记为s0。
57.在s140中，mcu模块的编码器模块150将每路脉冲信号的个数与脉冲个数阈值相比较，确定每路lc振荡电路测量的是圆盘的金属区或非金属区，对振荡电路的电感状态进行编码。
58.ch0通道的脉冲信号的个数s大于非金属区脉冲个数阈值s1，确定ch0通道的lc振荡电路测量的是圆盘的非金属区，编码器模块150将状态记为1。ch0通道的脉冲信号的个数s小于金属区脉冲个数阈值s2，确定ch0通道的lc振荡电路测量的是圆盘的金属区，编码器模块150将状态记为0。
59.同理，ch1通道的脉冲信号的个数s0大于非金属区脉冲个数阈值s1，确定ch1通道的lc振荡电路测量的是圆盘的非金属区。 ch1通道的脉冲信号的个数s小于金属区脉冲个数阈值s2，确定 ch1通道的lc振荡电路测量的是圆盘的金属区。
60.根据一些实施例，如图5a-5d所示，金属区与非金属区为1： 1的圆盘水平旋转时，脉冲信号计数状态如图所示。
61.在图5a中，ch0通道和ch1通道的状态为00，表示两个lc 振荡电路都测量的是圆盘300的金属区。
62.在图5b中，随着圆盘300的水平逆时针旋转，ch0通道和ch1 通道的状态为10，表示ch0通道的lc振荡电路测量的是圆盘300 的非金属区，ch1通道的lc振荡电路测量的是圆盘300的金属区。
63.在图5c中，随着圆盘300的水平逆时针旋转，ch0通道和ch1 通道的状态为11，表示ch0通道和ch1通道的lc振荡电路测量的都是圆盘300的非金属区。
64.在图5d中，随着圆盘300的水平逆时针旋转，ch0通道和ch1 通道的状态为01，表示ch0通道的lc振荡电路测量的是圆盘300 的金属区,ch1通道的lc振荡电路测量的都是圆盘300的非金属区。
65.另外，再根据一些实施例，如图6a-6d所示，金属区与非金属区为1：3的圆盘300水平旋转时，脉冲信号计数状态如图所示。
66.在图6a中，ch0通道和ch1通道的状态为00，表示两个lc 振荡电路都测量的是圆盘300的金属区。
67.在图6b中，随着圆盘300的水平逆时针旋转，ch0通道和ch1 通道的状态为10，表示ch0通道的lc振荡电路测量的是圆盘300 的非金属区，ch1通道的lc振荡电路测量的是圆盘300的金属区。
68.在图6c中，随着圆盘300的水平逆时针旋转，ch0通道和ch1 通道的状态为11，表示ch0通道和ch1通道的lc振荡电路测量的都是圆盘300的非金属区。
69.在图6d中，随着圆盘300的水平逆时针旋转，ch0通道和ch1 通道的状态为01，表示ch0通道的lc振荡电路测量的是圆盘300 的金属区,ch1通道的lc振荡电路测量的都是圆盘300的非金属区。
70.在s150中，mcu模块的转动计数模块160对振荡电路的电感状态组合编码的顺序以及循环次数进行记录，从而判断圆盘300 的转动角度、方向信息，以计量圆盘300的转数。
71.在s200中，基于圆盘300的转数，确定待测流体的流量信息。
72.圆盘300的转数与待测流体的流量信息的转换关系取决于圆盘300与流量表的固定结构传动关系。根据一些实施例，如果流过表1l流量，圆盘300转动一圈，则圆盘300转动一圈计量1l。如果流过表10l流量，圆盘300转动一圈，则圆盘300转动一圈计量10l。并不以此为限。
73.以上实施例仅为说明本技术的技术思想，不能以此限定本技术的保护范围，凡是按照本技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本技术保护范围之内。