今天為大家介紹一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利——一種基于壓電陶瓷自供電的智能水表。該專利由福建天蕊光電有限公司申請(qǐng)，并于2018年5月29日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說(shuō)明

本發(fā)明涉及水表技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于壓電陶瓷自供電的智能水表。

發(fā)明背景

在日常生活中，水表大量安裝和使用。隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，大量水表需要進(jìn)行智能化改造，但是由于水表的安裝環(huán)境，大多離市電較遠(yuǎn)，甚至屬于市電不容易到達(dá)的區(qū)域；同時(shí)又由于市電的接入，造成額外的漏電隱患。單純使用電池，可以解決短期的用電，但無(wú)法解決長(zhǎng)期使用的問題。針對(duì)智能水表的需求和應(yīng)用場(chǎng)景，本發(fā)明利用水體流動(dòng)沖擊彈性金屬片，從而帶動(dòng)壓電陶瓷膜周期形變產(chǎn)生電能，為控制電路提供電能，從而就近、安全簡(jiǎn)單地解決智能水表的供電問題。

另外，智能水表還需要在停電掉電的情況下，繼續(xù)保證水表的計(jì)數(shù)功能。本發(fā)明采用在常規(guī)水表的計(jì)數(shù)器上增加電阻膜、磁條、光柵等位置傳感技術(shù)，可以保證水表的計(jì)量準(zhǔn)確性和公正性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于壓電陶瓷自供電的智能水表，能夠有效解決智能水表的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)控制供電問題，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。

圖為本發(fā)明水表內(nèi)部示意圖。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：一種基于壓電陶瓷自供電的智能水表，智能水表包括控制電路、貯電電池、壓電陶瓷發(fā)電模塊、水量計(jì)數(shù)器；壓電陶瓷發(fā)電模塊包括設(shè)于水表水路內(nèi)的彈性條帶；彈性條帶的一端固定于發(fā)電模塊安裝座處，另一端懸空于水表水路中，彈性條帶長(zhǎng)邊與水流方向成角度設(shè)置，彈性條帶的表面設(shè)有壓電陶瓷薄層，壓電陶瓷薄層的電輸出端與貯電電池相連；當(dāng)彈性條帶在水流沖力下形變時(shí)，壓電陶瓷薄層產(chǎn)生的電能輸出至貯電電池進(jìn)行存貯；貯電電池對(duì)控制電路供電；水量計(jì)數(shù)器與控制電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口相連；水量計(jì)數(shù)器以計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)與水表葉輪相連，當(dāng)水表水路的水壓推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水量計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)被葉輪驅(qū)動(dòng)以計(jì)量用水量。

水量計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)以非易失性數(shù)據(jù)存貯結(jié)構(gòu)存貯用水量計(jì)數(shù)值；非易失性數(shù)據(jù)存貯結(jié)構(gòu)包括電阻阻值位置計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)、磁條位置計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)或光柵位置計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)中的一種。當(dāng)水量計(jì)數(shù)器的非易失性數(shù)據(jù)存貯結(jié)構(gòu)為電阻阻值位置計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)時(shí)，計(jì)數(shù)器以電阻接口與控制電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口相連；電阻接口包括計(jì)數(shù)圓片和帶缺口的電阻環(huán)；電阻環(huán)與計(jì)數(shù)圓片外周相鄰，控制電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口以第一觸點(diǎn)與計(jì)數(shù)圓片相連；模數(shù)轉(zhuǎn)換接口經(jīng)導(dǎo)線以第二觸點(diǎn)與電阻環(huán)相連；計(jì)數(shù)圓片與葉輪相連；當(dāng)計(jì)數(shù)圓片在葉輪驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，第二觸點(diǎn)在電阻環(huán)處滑移使電阻接口阻值發(fā)生變化，控制電路按水量計(jì)數(shù)器的電阻接口阻值來(lái)判定當(dāng)前已用水量。

彈性條帶為金屬?gòu)椥员∑驈椥运芰掀?；?dāng)彈性條帶為金屬?gòu)椥员∑瑫r(shí)，彈性條帶表面層為以防水處理成型的表面層。發(fā)電模塊包括固定環(huán)和橫貫于固定環(huán)內(nèi)的固定橫桿，固定環(huán)以螺旋結(jié)構(gòu)固定于水表出水口處；固定橫桿處設(shè)有彈性條帶固定孔；當(dāng)彈性條帶固定于彈性條帶固定孔時(shí)，彈性條帶與水流方向成一角度范圍在0~30°間的夾角。壓電陶瓷薄層設(shè)于彈性條帶的上表面和/或下表面，當(dāng)水表內(nèi)水體流動(dòng)時(shí)沖擊彈性條帶使之周期性彎曲變形，使至少一個(gè)壓電陶瓷薄層受壓形變而產(chǎn)生電能；壓電陶瓷薄層表面覆以防水材料。智能水表還包括設(shè)于水表進(jìn)水口處的電磁閥，電磁閥與控制電路相連以根據(jù)控制指令打開或切斷水路。

控制電路內(nèi)置微處理器；控制電路包括讀卡電路和通信電路。當(dāng)智能水表以讀取水費(fèi)卡來(lái)控制用戶用水，且電磁閥為常開型電磁閥時(shí)，其工作流程依次包括以下步驟；A1、用戶打開水龍頭，使水表水路內(nèi)形成水流，發(fā)電模塊以水流進(jìn)行發(fā)電并對(duì)貯電電池充電；A2、當(dāng)貯電電池電力可以驅(qū)動(dòng)控制電路時(shí)，控制電路以控制電路內(nèi)的存貯芯片內(nèi)貯的可用水量數(shù)據(jù)與水量計(jì)數(shù)器所記的當(dāng)前用水量進(jìn)行比對(duì)，判定用戶是否可以繼續(xù)用水；A3、當(dāng)控制電路判定當(dāng)前用水量大于可用水量數(shù)據(jù)時(shí)，控制電路控制電磁閥切斷水表水路；A4、當(dāng)用戶以充值后的水費(fèi)卡放在控制電路處刷卡后，控制電路根據(jù)水費(fèi)卡數(shù)據(jù)，更新存貯芯片內(nèi)貯的可用水量數(shù)據(jù)，并控制電磁閥導(dǎo)通水表水路，使用戶可以正常用水；A5、當(dāng)用戶用水時(shí)，水量計(jì)數(shù)器對(duì)用水量進(jìn)行計(jì)數(shù)以供控制電路讀取，當(dāng)控制電路讀取的當(dāng)前用水量再次超出控制電路存貯芯片內(nèi)貯的可用水量數(shù)據(jù)時(shí)，控制電路控制電磁閥切斷水表水路。

本發(fā)明利用水表內(nèi)水體的流動(dòng)，沖擊彈性金屬條帶，從而帶動(dòng)壓電陶瓷薄層周期形變產(chǎn)生電能，電能在貯電電池進(jìn)行儲(chǔ)能，為控制電路提供電能，從而就近、安全簡(jiǎn)單地解決智能水表的供電問題。

本發(fā)明中，水量計(jì)數(shù)器與控制電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口相連；水量計(jì)數(shù)器以計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)與水表葉輪相連，當(dāng)水表水路的水壓推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水量計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)被葉輪驅(qū)動(dòng)以計(jì)量用水量，在實(shí)際應(yīng)用中，計(jì)數(shù)器可以有對(duì)應(yīng)多位水表計(jì)數(shù)的多個(gè)計(jì)數(shù)圓片以擴(kuò)充量程，圓片上加裝電阻膜(電阻環(huán)或電阻層)、磁條、光柵等位置傳感器，控制電路在需要的時(shí)候通過(guò)位置傳感器讀取計(jì)數(shù)值。顯然，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有水表的智能化改造，可以不影響現(xiàn)有水表的計(jì)數(shù)計(jì)量功能，并且在掉電、斷電情況下，繼續(xù)保證水表計(jì)量的準(zhǔn)確性和公正性。

本發(fā)明的控制電路內(nèi)置通信電路，可以有定時(shí)或不定時(shí)對(duì)外發(fā)送當(dāng)前水表計(jì)數(shù)計(jì)量結(jié)果，以及工作狀態(tài)等信息；也可以由其它條件觸發(fā)對(duì)外數(shù)據(jù)狀態(tài)傳輸功能。從而實(shí)現(xiàn)智能水表的智能組網(wǎng)、智能計(jì)費(fèi)、智能管理等功能。