电涡流编码技术的机械计数器

　　1 引言

　　目前传统的机械计数器由数字轮、字轮轴、进位轮及进位轮轴组成。机械计数器一般通过机械机构的变换、齿轮的啮合传递带动数字轮的计数，广泛应用于电能表、燃气表、水表等户用仪表能源计量的累加计数。

　　随着国民经济的提高，计算机网络技术的发展，户用仪表远程抄读系统逐渐得到推广使用。通常对使用的户用仪表加装位置触发传感器、电子数据存储器、通信接口电路以适应远传读数的需要。位置触发传感器通常由干簧管、霍尔或韦根等传感器构成，其缺点是电子数据存储器需长期通电工作，因此抗干扰差，容易引起信号的丢失或造成机电数据不同步现象。而电涡流编码技术的机械计数器利用电磁感应的原理，使用电子技术在非接触的条件下，通过扫描方式读取机械计数器的累加数据，毋须长期保存数据的存储器，读数模块不必长期提供保存数据的电源，只需在仪表读取数据时外部加电即可。因此非常适用于户用仪表远程抄读系统，系统抗干扰性能好，避免了机电数据不同步的现象。

　　2 电涡流编码机械计数器的工作原理

　　电涡流编码机械计数器是在数字轮内嵌入半圆的金属片，在每个数字轮外部沿半圆周方向均匀分布5个电感线圈，每个电感配置相应的并联电容构成一个LC振荡电路，电感线圈引线、电容安置在线路板上。在线路板上设有LC振荡的触发电路、波形读取电路、通信电路及嵌入式微处理器，如图1所示。

　　其工作原理是电感线圈和相应的电容构成LC振荡电路。LC电路触发振荡后在电感线圈周围产生一个交变磁场，其磁力线在磁芯的两端尤为集中，根据麦克斯韦理论变化的磁场可以激发涡旋电场，当电感线圈前有金属片时，交变的磁场在金属片表面会形成电涡流，电涡流的产生必然要消耗一部分能量，而电涡流又会产生另一个磁场。该磁场的方向与原线圈磁场的方向正好相反减弱了原磁场强度，使电感线圈阻抗发生变化，当电感线圈距金属片的位置、距离和感应面积改变时LC阻尼振荡波形的收敛时间发生变化。同样数字轮转动时金属片位置的改变在5个电感上会产生不同的LC阻尼振荡，电路利用衰减时间的差异通过编码读取数字轮的同步数据。

　　设置每个电感线圈面对转动的数字轮有3个参考位置：前方无金属片(编码00);磁芯有一半面积感应金属片(编码01、10);感应到全部金属片(编码11)。此3个位置形成3个阻尼区域的时间。对于图1所示的5个电感线圈，使用循环编码方式(00 00 00 00 00 1111 11 11 11)、(00 00 00 00 01 11 11 11 11 10)、(00 00 00 00 11 11 11 11 11 00)……，每次环移1位，20个状态后回到原点值，嵌入式微处理器根据不同区域的阻尼时间能正确分辨出20个位置，即10个数字(0～9)的位置和10个数字间的位置。因为阻尼时间变化是一个连续的变量，在数字轮进位时还可更进一步细化区域，以便得到更精确的数字轮转动的位置状态。