用于指针仪表的光学读取装置发明专利

专利名称：用于指针仪表的光学读取装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202080037805.7

专利申请（专利权）人：西门子股份公司
权利人地址：德国慕尼黑

专利发明（设计）人：拉尔夫·胡克,斯特凡·克莱尔

专利摘要：本发明公开了一种用于指针仪表(3)的光学读取装置(1)，该指针仪表具有分别带有不同的反射能力的指针(4)和刻度板或数字板(6)，该光学读取装置包括用于照亮刻度板或数字板(6)的照明装置(7)和多个光线传感器元件(8)，该光线传感器元件布置在围绕指针(4)的转动轴(5)周围的圆弧(9)中以用于检测照明装置(7)的由刻度板或数字板(6)反射回去的光线，其中，照明装置(7)被构造用于，均匀照明刻度板或数字板(6)并且光线传感器元件(8)分别被构造成具有等腰的三角形轮廓，并且在此在圆弧(9)的圆周方向上分别相互错开半个底宽地布置该光线传感器元件。

主权利要求：
1.一种用于指针仪表（3）的光学读取装置（1），所述指针仪表具有分别带有不同的反射能力的指针（4）和刻度板或数字板（6），所述光学读取装置包括用于照亮所述刻度板或数字板（6）的照明装置（7）和多个光线传感器元件（8），所述光线传感器元件布置在围绕所述指针（4）的转动轴（5）周围的圆弧（9）中以用于检测所述照明装置（7）的由所述刻度板或数字板（6）反射回去的光线（11），其特征在于，所述照明装置（7）被构造用于，至少在与所述圆弧（9）相对置的区域中均匀照亮所述刻度板或数字板（6），并且所述光线传感器元件（8）分别被构造成具有等腰的三角形轮廓，并且在此在所述圆弧（9）的圆周方向上分别相互错开半个底宽地布置所述光线传感器元件，其中，所述指针在每个位置上同时遮住至少两个相邻的所述光线传感器元件，从而根据相关的所述光线传感器元件的遮挡的差异或比例能够限定每个模拟的指针位置。
2.根据权利要求1所述的光学读取装置（1），其特征在于，三角形的所述光线传感器元件（8）交替地具有不同的底侧长度并且分别转动180°地布置。
3.根据权利要求1所述的光学读取装置（1），其特征在于，所述光线传感器元件（8）分别利用所述光线传感器元件的所述三角形轮廓的腰抵靠在相邻的所述光线传感器元件（8）的所述三角形轮廓的底边处。
4.根据权利要求1所述的光学读取装置（1），其特征在于，每个第二光线传感器元件（8）利用所述第二光线传感器元件的三角形轮廓的两个腰抵靠在两侧相邻的三角形的所述光线传感器元件（8）的底侧处。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学读取装置（1），其特征在于，所述光线传感器元件（8）分别包括由透明材料制成的三角形的光导体（17）和图像传感器（18）。
6.根据权利要求1‑4中任一项所述的光学读取装置（1），其特征在于，所述照明装置（7）为了接收和分布环境光而被构造在待照明的区域上。
7.根据权利要求6所述的光学读取装置（1），其特征在于，所述照明装置（7）包含光源（10）。 说明书 : 用于指针仪表的光学读取装置技术领域[0001] 本发明公开了一种根据本发明的前述部分所述的用于指针仪表的光学读取装置。背景技术[0002] 用于指针仪表的这样的读取装置从WO2007/147609A2中已知。[0003] 在已经安装的指针仪表的领域中，例如压力表或热力表等通常在现场由人员读取。存在以下需求，即，远程读取指针仪表而不必使人员前往现场。此外，应当自动读取利用指针位置显示的测量变量并且将其作为测量值以数字化形式提供。[0004] 通常在现场不存在电能供应和数据导线。因此，自动读取指针位置的技术装置应当消耗尽可能少的能量并且能够无线传输测量值。此外，该技术装置仅需要很少的成本，因此对于运行者，这种类型的翻新是值得的。[0005] 如从EP2905595A1中已知的那样，能够利用数字相机影印指针仪表并且在远程的显示器上显示或者借助于数字化的图像处理自动得出显示的测量值。[0006] 从上述WO2007/147609A2中已知用于具有带有不同的反射能力的指针和刻度板或数字板的指针仪表的监视设备。该监视设备包括具有光源和传感器的至少一个检测机构，该检测机构紧固在测量设备处并且当指针到达预定的位置并且在此中断由刻度板或数字板在传感器的方向上反射回的光线时，该检测机构以反射型光栅的方式进行探测。光源和传感器能够依次紧固在指针仪表的玻璃盖上。能够在指针的转动轴周围环形地布置多个检测机构（反射光栅），从而以该方式能够分段地检测与测量值刻度相对的指针的位置。在此，部段能够具有相同或不同的角度扩展。用于将监视设备紧固在指针仪表处的机构能够至少部分地由透明材料、如有机玻璃构造成，从而可视地保留测量值刻度又或者指针的区域。该紧固能够借助于螺栓、扣锁机制或利用胶带实现。[0007] 从US6157311A和US4275393A中已知了用于模拟的指针仪表的另外的光学读取装置，在该读取装置中，照亮指针仪表并且借助于光线传感器探测指针位置或者指针位置的超出。在从US8325050B1和US7377184B1中已知的读取装置中以相同的方式探测在指针底部上的三角形标记的运动或者水表的星型进口转子的运动。发明内容[0008] 本发明的目的在于，利用简单的机构检测连续模拟的指针位置。[0009] 根据本发明，该目的通过在本发明中限定的光学读取装置实现。[0010] 因此，本发明的内容在于用于指针仪表的光学读取装置，该指针仪表具有分别带有不同的反射能力的指针和刻度板或数字板，该光学读取装置包括用于照亮刻度板或数字板的照明装置和多个光线传感器元件，该光线传感器元件布置在围绕指针的转动轴周围的圆弧中以用于检测照明装置的由刻度板或数字板反射回去的光线，其特征在于，照明装置被构造用于至少在与圆弧相对置的区域中，均匀照亮刻度板或数字板并且光线传感器元件分别被构造为具有等腰的三角形轮廓，并且在此在圆弧的圆周方向上分别相互错开半个底宽地布置。[0011] 圆弧的角度区域（光线传感器元件围绕指针的转动轴周围布置在该角度区域中）应当至少对应指针仪表的指针的偏转区域。为了能够尽可能不取决于指针仪表的结构类型来应用光学读取装置，能够将光线传感器元件布置在闭合的环中。[0012] 通过在圆环的圆周方向上分别相互错开半个三角形宽地布置三角形的光线传感器元件，指针在每个位置上总是同时遮住至少两个相邻的光线传感器元件，从而能够根据相关的光线传感器元件遮住的角度明确地限定每个带刻度的指针位置。与数字相机或CCD传感器不同，根据本发明的读取装置具有相对少的光线传感器元件，这些光学传感器元件基本上更便宜并且需要非常少的能量。因此，得到了便宜的高分辨率的光学读取装置，将该光学读取装置安装在任意的指针仪表处且由于其较小的能量吸收，能够从电池或从环境（能量获取）中为其供应能量。[0013] 三角形的光线传感器元件能够以不同的方式被布置成为圆形的或圆弧形的，其中，每个光线传感器元件都利用其三角形轮廓的腰抵靠在相邻的光学传感器元件的腰或底侧处。[0014] 在此，光线传感器元件能够分别以三角形光导体的形式由具有相对大的光学折射率的透明材料构造而成，该三角形光导体将射入到三角形轮廓的光引导至图像传感器、例如图像二极管上。[0015] 为了不取决于日照时间地照亮指针仪表的刻度板或数字板，照明装置能够包含光源、例如LED，在可见或不可见的光谱（例如红外）中得出该光源。有利地，选择匹配于光源的光谱的光线传感器元件的图像二极管。仅在需要时短时间地接通光源，以便执行指针位置的测量。[0016] 所提到的图像二极管和LED是实惠的标准构件，并且三角形光导体也能够作为简单的喷射铸件由透明的塑料制成。附图说明[0017] 接下来根据实施例并且参考附图的图像阐述本发明；详细示出：[0018] 图1示出指针仪表处的光学读取装置的实施例，[0019] 图2示出光学读取装置的第一实施例，[0020] 图3示出照明装置的实施例，[0021] 图4示出光线传感器元件的实施例，[0022] 图5示出光学读取装置的第二实施例并且[0023] 图6示出光学读取装置的第三实施例。[0024] 相同的附图标记在不同附图中具有相同的含义。示意图是纯示意性的并且不代表大小比例。具体实施方式[0025] 图1示例性地示出了以平面拾取型传感器形式的光学读取装置1的实施例。该平面拾取型传感器粘合在指针仪表3、在此为压力表的可视盘2上。另外，读取装置1也能够被安装、例如被夹紧在指针仪表3处。指针仪表3是具有指针4的普遍的圆形仪表，该指针围绕轴5转动并且与指针仪表3的刻度板或数字板6反差明显。在所示的实例中刻度板或数字板6是亮色、特别是白色的，并且指针是暗色、例如是黑色的。当然也能够反过来指针4是亮色并且刻度板6是暗色的。[0026] 读取装置（拾取型传感器）1被布置和构造用于，使得该读取装置一方面与指针4相对布置，使得读取装置完全地检测指针的偏转区域，并且另一方面还能够看到刻度标记和至少部分地看到指针4。特别地，读取装置1能够在大部分部位上被构造成透明的。[0027] 如图2详细示出的那样，读取装置1具有用于照亮刻度板或数字板6的照明装置7以及多个光线传感器元件8，在圆9中围绕指针4的转动轴5的周围布置这些光线传感器元件。照明装置7在此被构造成为环形的并且与具有光线传感器元件8的圆9同中心。至少在与具有光线传感器元件8的圆9相对置的区域中由照明装置7的光线均匀地照亮刻度板或数字板6，其中，由光线传感器元件8检测由刻度板或数字板6反射回的光线。在指针4当前所在的位置处，光线传感器元件8被遮挡并且接收到较少的光线。[0028] 图3示例性地示出了具有光源10、例如具有发光二极管的照明装置7的部段，该光源的光线11被集中导入到圆形透明盘12中。透明盘12的外边缘在刻度板或数字板6的方向上弯曲，从而使分布在盘12中的光线11在那里均匀地分离到刻度板或数字板6上并且圆环形地照射该刻度板或数字板。作为主动光源10的替换或附加地能够设置由与盘12相同的透明材料制成的、在此未示出的被动光线收集元件，该被动光线收集元件捕捉环境光并将其导入到盘12中。[0029] 回到图1，读取装置（拾取型传感器）1经由导线13与评估装置14连接，该评估装置利用电流提供光源10并且评估由光线传感器元件8生成的电信号，以便得出指针4的位置。如图1所示，当指针4的偏转区域小于360°、在此例如为270°的时候，具有光线传感器元件8的圆9不必一定是闭合的。评估装置14例如能够具有环境光线传感器15并且被构造用于，仅在缺少或没有充足环境光时接通光源10。评估装置14能够经由电池或太阳能电池为用于得出指针位置的微控制器和用于将得出的指针位置传输给上级位置的无线接口16、例如蓝牙提供电能。[0030] 如图2所示，光线传感器元件8—在涉及刻度板或数字板6的平面上—基本上被构造成为等腰三角形并且将该光线传感器元件在此在圆9的圆周方向上分别相互错开半个三角形宽且在此交替地分别转动180°地布置。换句话说，三角形的光线传感器元件8分别利用其两个腰分别抵靠在两个右边和左边相邻的三角形的光线传感器元件8的腰上。由此实现的是，指针4总是同时遮住至少两个相邻的光线传感器元件8，其中，通过评估装置14根据相关的光线传感器元件8的遮挡的差异或比例能够明确地限定每个模拟的指针位置。如果指针4正好与光线传感器元件8的三角形中心相对置，那么其遮挡的三角形面积是最大的，同时两个右边和左边相邻的光线传感器元件8的遮挡分别是最小的。如果指针4例如向右（顺时针）运动，那么之前被最大遮挡的光线传感器元件8的（相对）遮挡变小，同时与右侧相邻的光线传感器元件8的遮挡增加。[0031] 在所示的实例中，三角形的底侧由圆弧组成，从而使光线传感器元件8共同组成圆环（或圆弧）。可替换地，底侧能够是直线，从而使光线传感器元件8共同组成多边形环。[0032] 图4以垂直于刻度板或数字板6的俯视图（a），利用三角形的宽侧（b）上的视角以及以侧视图（c）示出了用于光线传感器元件8中的一个的实例。光线传感器元件8由具有嵌入的图像传感器18、例如图像二极管的三角形的光导体17组成，该光导体由具有相对大的光学折射率的透明塑料、例如COC聚合物（Cyclo‑Olefin‑Copolymer，环烯烃聚合物）制成。光导体17将由刻度板或数字板6反射的光线11从其底侧引导至图像二极管18。三角形的光导体17能够作为单独的构件制造，这些构件随后拼合成圆环或聚合环。可替换地，圆环形的或聚合环形的光导体能够首先一体式地由透明塑料制成，其中，随后通过引入的分隔结构（管道、沟槽等）来补充构造单个三角形光导体17。[0033] 图5示出了光学读取装置1的另外的实施例，该实施例与图2的区别在于，三角形的光线传感器元件8分利用腰抵靠在相邻的三角形的光线传感器元件8的底边处。[0034] 照明装置7在此不被构造和布置作为外部的照明环，而是作为中心的照明源。[0035] 图6示出了光学读取装置1的第三实施例，在该实施例中，每个第二三角形的光线传感器元件8都利用两个腰抵靠在两个右边和左边相邻的三角形的光线传感器元件8的底侧处。

专利地区：德国

专利申请日期：2020-05-19

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN113853509B