DE2415638C2 - Stationäres optisches System zum Einbau in ein Meßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein (stationäres optisches System zum Einbau in ein Meßgerät) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges optisches System ist in der US-PS 35 25 094 beschrieben.

Bei der Energieverteilung und Meßtechnik besteht ein Bedarf an einem aus der Ferne ablesbaren Meßgerät. In einem gegebenen Wohnbezirk beispielsweise kann jedes Haus ein Meßgerät zum Überwachen des Elektrizitäts-, Gas- und Wasserverbrauchs haben. Keines dieser Meßgeräte ist möglicherweise Eigentum der gleichen korporativen Gesellschaft. Multipliziert man diese verschiedenen Meßgeräte mit der Anzahl der Wohnhäuser in dem Bezirk, so wird deutlich, daß die visuelle Ablesung jedes Meßgerätes wesentlich zu den allgemeinen Unkosten des die bestimmte Dienstleistung erbringenden Versorgungsbetriebes beiträgt.

Betrachtet man als spezielles Beispiel die elektrische Versorgungsindustrie und den üblichen Wattstundenzähler, so sind eine Anzahl von Mechanismen zum Fernablesen des elektrischen Energieverbrauchs bekannt. Beispielsweise wurden Lochscheiben mit einer Vielzahl von Lichtquellen und einer Vielzahl von Detektoren zum Ablesen der Drehstellung jeder Scheibe verwendet Es können auch der verbrauchten Leistung proportionale digitale Impulse erzeugt und an Ort und Stelle gezählt werden. Auf einen geeigneten Befehl hin kann die Zählung zu einer Zentralstation übertragen werden, was typischerweise über eine Telefonverbindung geschieht

Ein Nachteil für beide bekannten Anordnungen sind die Kosten. Eine weitere Schwierigkeit ist die erforderliche Sorgfalt bei der Montage oder der Anordnung der

ίο optischen Elemente. Weiterhin besteht die Schwierigkeit daß die Information nicht visuell überprüft werden kann, d. h. das System ist nicht fehlersicher, wobei Fehlersicherheit nicht bedeutet daß die Leistung abgeschaltet wird, sondern daß vielmehr die Information (die Meßgeräte-Ablesung) verlorengeht

Als Richtlinien haben die Versorgungsgesellschaften angegeben, daß die Fernablesegeräte billig sein, wenig Wartung erfordern und fehlersicher sein müssen. Darüber hinaus ist es wünschenswert, daß die Einheit nicht größer bzw. sperriger ist als bisherige Vorrichtungen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein stationäres optisches System der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das mit einem einfachen, kompakten Aufbau eine fehlersich&re und genaue Fernablesung von Meßgeräten gewährleistet

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mehrere Kodierungsscheiben durch eine einzige Lampe beleuchtet und einen einzigen Photodetektor abgetastet werden können. Dadurch ergibt sich ein einfacher Aufbau, der eine Massenanfertigung ermöglicht und keine komplizierte Justierung erfordert. Trotzdem wird eine genaue und betriebssichere Fernablesung erreicht.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des optischen Systems gemäß der Erfindung dar.

F i g. 2 stellt perspektivisch ein vollständiges Ablesesystem dar, das das optische System gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt

Wie in F i g. 1 gezeigt ist, umfaßt ein optisches System 10 eine Lichtquelle 11 und eine kollimierende Optik 12, die durch einen Massivring 13 gebildet ist, auf der eine parabolische Oberfläche 14 ausgebildet ist Die parabolische Oberfläche 14 ist geeigneterweise mit Silber oder Aluminium überzogen, um für das erforderliche Reflexionsvermögen zu sorgen.

Das optische System 10 enthält ferner eine Sammeloptik 15, die durch einen massiven Körper 16 mit ersten und zweiten reflektierenden Oberflächen 17 und 18 gebildet ist. Die Oberfläche 17 ist vorzugsweise ein parabolischer Reflektor und ist weiterhin auf geeignete Weise mit Silber oder Aluminium überzogen. Die Oberfläche 18 ist vorzugsweise hyperbolisch und dient zur Fokussierung des Bildes der Lichtquelle 11 auf den Photodetektor 19, der vorzugsweise eine Halbleiter-Photozelle 21 enthält. Die reflektierenden Oberflächen 17 und 18 bewirken einen umgelenkten optischen Pfad für das Lichtbild von der Lichtquelle U. Die Vereinigung eines parabolischen und eines hyperbolischen Reflektors sorgt für ein Gebilde, das allgemein als Cassegrain-Optik bekannt ist. Es können aber auch andere Kombinationen von primären und sekundären reflektierenden

Oberflächen verwendet werden, wie beispielsweise eine Dall-Kirkham-Optik, in der halbelliptische und kugelförmige Oberflächen als primäre und sekundäre Reflektoren verwendet werden, oder eine Newton-Optik, die einen parabolischen Reflektor und einen ebenen Reflektor verwendet

Zwischen der kollimierenden Optik \2 und der Sammeloptik 15 sind zahlreiche Masken oder Platten angeordnet, die Löcher bzw. öffnungen enthalten. Diese Platten, die die Kodierscheiben, wie die Scheibe 22, eine Abtastscheibe 23 und eine feststehende Lochmaske 24 umfassen, bilden die Kodierung der Drehstellung der Zeiger auf dem Zähler. Die Kodierung der Drehstellung der Zeiger auf dem Zähler ist in der DE-OS 24 15 637 näher erläutert.

Kurz gesagt, enthält jede Kodierplatte mehrere bogenförmige öffnungen, die der Reihe nach durch eine Abtastscheibe 23 abgetastet werden. Die feststehende Platte 24 enthält mehrere Schlitze, und zw?* einen für jede der Kodierplatten 22. Damit Licht durch die Platten 22,23 und 24 hindurchtritt, müssen die darin befindlichen Löcher so ausgerichtet sein, daß das Licht von der Kollimieroptik 12 zur Sammeloptik 15 gelangen kann. Die Schlitze in der feststehenden Platte 24 dienen zur Sicherstellung, daß nur eine der Scheiben 22 zur Zeit abgelesen wird. Die Anordnung der Schlitze in der Scheibe 22 sorgt für ein kodiertes Ausgangssignal, wenn sie durch die Löcher in der Abtastscheibe 23 abgetastet wird. Wenn die Abtastscheibe 23 an dem Bogen vorbeiläuft, den jede der Kodierscheiben 22 enthält, werden mehrere Wellenpositionssignale gleichzeitig erhalten, da das Licht von der Quelle 11 unterbrochen oder zur Sammeloptik 15 und somit zum Photodetektor 19 durchgelassen wird.

Somit ist ein kompaktes optisches System zum Ablesen von mehreren kodierten Scheiben geschaffen, um ein elektrisches Signal zu liefern, das ein Maß für die Drehstellung von mehreren Wellen ist Dies wird durch ein einziges optisches System erreicht, das eine einzige Lichtquelle und einen einzigen Photodetektor aufweist Das optische System ist stationär und in seiner Lage sicher gehaltert, und trotzdem können mehrere Kodierscheiben abgetastet werden in Abhängigkeit vom Durchmesser der Kodierscheiben im Vergleich zum Durchmesser der Abtastscheibe.

Die Lichtquelle 11 ist vorzugsweise durch eine Glühfadenlampe gebildet die einen relativ großen Glühfaden aufweist Beispielsweise kann eine 3 Watt-Glühlampe verwendet werden. Die Lichtausbeute dieser Lampe ist weit größer als es zum Ablesen der Scheiben erforderlich ist Der große Glühfaden wird verwendet, um ein großes Bild auf der Detektorseite der Optik zu erhalten. Hierdurch werden Fluchttoleranzen stark vergrößert (gelockert im Sinne größerer Unabhängigkeit), so daß das optische System einfach in Massenproduktion hergestellt werden kann.

Wie bereits erwähnt wurde, sind die Reflektorelemente 12 und 15 aus einem klaren Kunststoff gebildet, wie beispielsweise Acrylglas (Methylmethacrylat) oder Polycarbonat (Handelsname Lexan), das auf geeignete Weise mit Silber oder Aluminium überzogene Oberflächen aufweist, um für die erforderliche Reflexion zu sorgen. Die Krümmung der reflektierenden Oberflächen wird durch Gießen oder Pressen des Kunststoffes in die gewünschte Form geschaffen, und dann werden die reflektierenden Oberflächen überzogen.

Der Detektor 19 kann irgendeinen geeigneten Photodetektor aufweisen. Vorzugsweise ist jedoch die photo empfindliche Räche des Detektors relativ klein, um einen Detektor mit hoher Empfindlichkeit und geringem Rauschen zu schaffen. Ein derartiger Pbotodetektor hat beispielsweise einen aktiven Bereich von etwa 10 mm² (0,015 Zoll²). Theoretisch kann jeder Photodetektor verwendet werden. In der Praxis ist jedoch ein aktives Element vorteilhaft das einen kleineren Durchmesser als etwa 24 mm (0,10 Zoll) besitzt Die Kombination einer Lichtquelle mit großem Glühfaden und einem kleinen Detektor ermöglicht eine breite Montagetoleranz, während ein Detektorsystem hoher Empfindlichkeit mit kleinem Rauschwert erhalten wird, um ein fehlerfreies Ausgangssignal zu erzeugen.

Die Gesamtanordnung des optischen Systems zusammen mit mehreren kodierten Scheiben kann am besten anhand von F i g. 2 erläutert werden, in der ein Wattstundenzähler mit mehreren kodierten Scheiben 22a—e dargestellt ist die jeweils auf den Wellen angebracht sind, die mit Zeigern für eine visuelle Ablesung verbunden sind. Wie bereits ausgeführt wurde, tastet die Abtastscheibe 23 zusammen mit den Schlitzen in der feststehenden Platte 24 jede der kodierten Scheiben 22 einzeln ab und liefert eine Serie von Ausgangsimpulsen, die der Drehstellung jedes Zeigers neben der Frontplatte 25 proportional sind. Die Abtastscheibe 23 kann durch irgendeinen geeigneten Mechanismus gedreht werden, wie beispielsweise einen Synchronmotor 26. Das optische System gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist einen Durchmesser auf, der gleich oder etwas größer ist als der Arbeitsdurchmesser der Abtastscheibe 23, d. h. der Durchmesser zur äußeren öffnung.

Im Betrieb wird bei einem Signal von der Zentralstation die Lichtquelle 11 eingeschaltet und der Synchronmotor 26 in Betrieb gesetzt Aus einer Ruheposition beginnend tastet die Abtastscheibe 23 der Reihe nach die kodierten Scheiben ab, die an jedem der Zeiger neben der Platte 25 befestigt sind. Die Abtastscheibe 23 wird mit einer geeigneten Geschwindigkeit gedreht, beispielsweise mit einer Umdrehung pro Sekunde, um für eine Strahlunterbrechungsgeschwindigkeit zu sorgen, die gut innerhalb der Ansprechzeit des Photodetektors 19 liegt und trotzdem nicht so lang ist, daß der Ablesevorgang unnötig in die Länge gezogen wird.

Wenn Telefonübertragungsleitungen als Verbindung zwischen dem Zählerfernableser und der Zentralstation verwendet werden, ist es höchst wahrscheinlich, daß die Meßgeräte in der Nacht abgelesen werden, wenn die Telefonleitungen relativ unbenutzt sind, also beispielsweise von 0 Uhr bis 6 Uhr. Wenn man annimmt, daß die Ablesezeit pro Zähler 1 Sekunde beträgt, dann können 21 600 Zähler in dem Zeitraum von 6 Stunden abgelesen werden, wenn die Telefonleitungen relativ unbenutzt sind. Selbstverständlich kann jedoch, wenn es die Situation erfordert, der Zähler auch zu jeder anderen Zeit abgelesen werden.

Auch wenn es in den F i g. 1 und 2 nicht gezeigt ist, so kann eine Lichtabschirmung um das optische System herum vorgesehen sein, um fehlerhafte Ablesungen von außen angeordneten Zählern während der Tageszeit zu verhindern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Stationäres optisches System zum Einbau in ein Meßgerät für eine Fernablesung zusätzlich zur direkten, örtlichen Ablesung des Meßgerätes, das mehrere umlaufende Lochscheiben parallel zu einer Abtastscheibe aufweist, die um die optische Achse des optischen Systems drehbar ist und zum Abtasten von Abschnitten der Lochscheiben dient, mit einer auf der optischen Achse angeordneten Glühfadenlampe und einem Reflektor zum Richten der divergenten Lichtstrahlen, wobei der Reflektor ein Kollimator ist, der ein Bündel von zur optischen Achse parallelen Lichtstrahlen erzeugt, welche auf die Löcher in den Lochscheiben und auf dahinter angeordnete Photodetektoren zum Umwandeln empfangener Lichtstrahlen in elektrische Signale gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der optischen Achse eine Sammeloptik (15) zum Empfangen der parallelen Lichtstrahlen angeordnet ist, die aus einer konkav-konvexen Linse mit verspiegelten Krümmungsflächen (17, 18) besteht deren größere, der Glühfadenlampe (11) abgewandte, konkave Fläche (17) die parallelen Lichtstrahlen auf ihre kleinere, der Glühfadenlampe (11) zugewandte, konvexe Fläche (18) reflektiert, die ihrerseits die Lichtstrahlen auf einen auf der optischen Achse liegenden Brennpunkt zum Abbilden des Glühfadens der Glühlampe richtet und daß im Brennpunkt ein einziger Photodetektor (19) mit einer aktiven Fläche zum Umwandeln empfangener Lichtimpulse in ein digitales elektrisches Signal angeordnet ist

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild des Glühfadens der Glühlampe größer ist als die aktive Fläche des Photodetektors (19).

3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Fläche (17) der Sammeloptik (15) parabolisch und die konvexe Fläche (18) hyperbolisch gekrümmt ist.