DE2415637A1

DE2415637A1 - Mechanischer codierer mit fehlersuchvermoegen

Info

Publication number: DE2415637A1
Application number: DE2415637A
Authority: DE
Inventors: Warren Ralph Germer; Ansell Walter Palmer
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-04-06
Filing date: 1974-03-30
Publication date: 1974-10-17
Also published as: FR2224815B1; DE2415637C2; FR2224815A1; CH579306A5; JPS5031848A; JPS604622B2; GB1468535A; AU6675174A; DE7411306U; US3846789A

Description

Dr. Horst Schüler

6 Frankfurt/ Main 1
Niddastr. 52

29. März 1974
Vo /es.-ro.

267O-HD-3942

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y., U.S.A.

Mechanischer Codierer mit Fehlersuchvermögen

Die Erfindung bezieht sich auf Meßgeräte-Zählwerke, die zur Fernab,] esung geeignet sind.

Verschiedene Meßgeratetypen, wie beispielsweise Elektrizitäts-, Gas- und Wasserzähler, enthalten ein Zählwerk zur quantitativen Anzeige der gemessenen Größe. Derartige Zählwerke weisen im allgemeinen eine ^ dekadische Zp hnra dverbindung auf, in der mit jeder Welle der Zahnradverbindung ein Skslenzeiger bzw. ein Trommelanzeiger gekoppelt ist. Derartige Zählwerke sind allgemein bekannt. Meßgeräte werden in weitem Umfang von Versorgungsbetrie-.ben verwendet, um den Verbrauchern gelieferte Elektrizität, Gas oder Wasser zu messen. Das Meßgerät wird an der Verbraucherstelle installiert. Periodisch, im allgemeinen einmal pro Monat, liest

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ein Vertreter des Versorgungsbetriebes die Zählerstellungen beim Verbraucher ab, um die gelieferte Menge an Elektrizität. Gas oder Wasser zu ermitteln. Die Kosten für ein derartiges Ableseverfphren beim Verbraucher hoben einen wesentlichen Kostenfsktor bei dem Versorgungsbetrieb zur Folge. Somit ist eine Anzahl von Svstemen entwickelt worden, um ein Meßgerät an einer dpvon entfernten Stelle abzulesen, um somit Zeit und Arbeit einzusparen. Diese Systeme beinhalteten im allgemeinen, daß die Position der Anzeigescheibe des Zählwerkes durch gewisse Mittel elektrisch codiert und die codierte Information oder Nachricht durch Träger, wie beispielsweise Telefonleitungen, Energie-uibertragungsleitungen oder koaxiale Versorgungsleitungen, nach einer entfernten Stelle übertragen wird, wo sie decodiert wird. Eine detaillierte Erläuterung von Vorrichtungen und Techniken zur Fernablesung von Meßgeräte-Zählwerken kann beispielsweise in den folgenden Veröffentlichungen gefunden werden: S.J.Bailev "Remote Reading of Utility Meters, in Control Engineering", Juni 1972, Seiten 52 - 57, sowie die US-Patentschriften 3 165 733, 3 314 063, 3 445 841 und 3 683 368.

Wie in den vorgenannten Veröffentlichungen ausgeführt ist, sind mit dem Aufbau eines Meßgeräte-Zählwerkes für Fernablesung mehrere wichtige Probleme verbunden. Neben den relativ einleuchtenden Erfordernissen, daß ein fernabgelesenes Zählwerk einfach, stabil, betriebssicher und durch eine Maschine ablesbar ist, besteht eine definitive Einschränkung hinsichtlich der Größe und Form. Aufgrund der großen Anzahl bereits installierter Meßgeräte verschiedener Tvpen sollte ein fernabgelesenes Zählwerk zu bereits bestehenden Meßgeräten passen und das Zählwerk am Meßgerät ersetzen. Diese Größenlimitation ist eine ziemlich schwerwiegende Einschränkung, da Zählwerke bereits rech-t klein sind_; um die Kosten zu vermindern. Weiterhin sollte das aus der Ferne abzulesende Zählwerk in der Lage sein, während der-

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jenigen Zeit, die der Versorgungsbetrieb für den Übergang von einer normalen Ablesung der Meßgeräte auf eine Fernablesung benötigt, als ein normales Zählwerk zu arbeiten.

Zusätzlich zu dem vorgenannten Erfordernis wird es im allgemeinen für wünschenswert gehalten, daß die fernabgelesene Zahl für ein bestimmtes Meßgerät zu jeder Zeit genau die gleiche ist wie diejenige Zahl, die auf den Anzeigen des Meßgeräte-Zählwerkes gezeigt ist. Dies würde es dem Verbraucher gestatten, die fernabgelesene Zahl auf seiner Rechnung mit der Zahl auf seinem Meßgerät zu vergleichen, um sich selbst von der Genauigkeit der Fernablesung zu überzeugen.

Die präzise Übereinstimmung zwischen der fernabgelesenen Zahl und der durch die Zählwerksanzeigen gezeigten Zahl hat jedoch bisher ernsthafte Schwierigkeiten hervorgerufen. Eine erste Schwierigkeit besteht aufgrund einer gewissen Zwei- bzw. Mehrdeutigkeit selbst bei einer Ablesung der Zählwerksanzeigen am Ort des Meßgerätes. Diese Mehrdeutigkeit besteht von Natur aus bei einer Ablesung eines Zählwerkes mit kontinuierlicher Bewegung und sie wird verstärkt durch mechanische Unzulänglichkeiten des Zählwerkes, wie beispielsweise Spiel in der Zahnradverbindung und eine begrenzte Prä_zision in den Teilen. Eine zweite Schwierigkeit hängt mit der Natur der codierten Nachricht zusammen, die an der entfernten Ablesestation empfangen wird. Die empfangene Nachricht kann einen Fehler enthalten entweder aufgrund von Rauschen bzw. Störungen, die bei dem ÜbertragungsVorgang von dem Meßgerät zu der entfernten Ablesestation eingeführt werden, oder aufgrund eines mechanischen Fehlers in dem Codier- _ mechanismus des Zählwerkes, der die zu übertragende Information erzeugt. Es gibt zwar gegenwärtig Wege um die erste Schwierigkeit der Mehrdeutigkeit im Codierverfahren des Zählwerkes wirksam zu lösen, aber die zweite Schwierigkeit der Feststellung einer Übertragung einer fehlerhaften Nachricht bleibt weiterhin bestehen.·

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_ 4 —

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein fernablesbares Zählwerk mit einem Codiermechanismus zu schaffen, der einerseits das Vermögen besitzt, eine Mehrdeutigkeit in der Formulierung einer codierten Nachricht aufzulösen, die die durch die Zählwerkszeiger angezeigte Zahl darstellt, und darüber hinaus das Vermögen besitzt, für eine codierte Information zu sorgen, die zur Feststellung der Übertragung von fehlerhaften codierten Nachrichten verwendet werden kann. Diese Aufgabe wird bei einem Meßgeräte-Zählwerk erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Codes vorgesehen sind, der die Winkelstellung von jeder der Wellen mit einer ungefähren Auflösung von wenigstens dem-doppelten der Verhältηiszahl darstellt.

Mit dem Fernablese-Zählwerk gemäß der Erfindung wird ein hoher Grad an Genauigkeit erreicht, daß eine an der entfernten Stelle empfangene Ablesung präzise die gleiche ist wie eine visuelle Ablesung direkt von den Anzeigen auf der Stirnfläche des Meßgerätes am Ort des Meßgerätes.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Figur 1 ist eine Sprengbildansicht von einem fernabzulesenden Kilowattstunden-Zählwerk mit einem Codiermechanismus gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 2 ist eine vergrößerte Ansicht von der Stirnfläche einer Codierscheibe des Codiermechanismus gemäß Figur 1.

Figur 3 zeigt Teile einer Codierscheibe gemäß Figur 2 zusammen mit zugehörigen Mitteln zum Ablesen der Positions-

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information von der Codierscheibe durch einen fluchtenden Ableseschlitz und einer Abtastscheibe des Codiermechanismus gemäß Figur 1.

Figur 4 ist eine Teilansicht von einer optischen Beleuchtungsund Abtasteinrichtung des Codiermechanismus gemäß Figur 1.

Figur 5 ist ein schematisches Schaltbild für eine optische Leseeinrichtung des Codiermechanismus gemäß Figur 1.

Figur 6 stellt ein codiertes elektrisches Nachrichtensignal von dem Zählwerk gemäß Figur 1 dar, wie es durch den Codiermechanismus codiert ist.

Figur 7 stellt die codierte Nachricht gemäß Figur 6 noch näher dar.

Figur 8 zeigt eine Fernableseschaltung von einer Anzahl von Meßgeräten, die mit dem Zählwerk gemäß Figur 1 versehen sind, mit einer entfernten Einheit zum Abfragen der Meßgeräte und zum Koppeln der dabei entstehenden Nachrichten mit einer gemeinsamen Trägerleitung.

Figur 9 zeigt eine Fernableseschaltung für eine Anzahl von Meßgeräten, die zusammen mit dem Zählwerk gemäß Figur 1 versehen sind, mit einer alternativen Abfrage- und Kopplungseinheit.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Figur 1 zur Erleichterung der Beschreibung von Einzelheiten als Spreng- · bild dargestellt ist, ist ein Fernablese-Zählwerk IO für einen Kilowattstunden-Zähler. Eine Frontplatte 12 ist mit einer"äußeren

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Anzeigeflache 14 versehe^ die kreisförmige Zahlen- oder Zeigermnrkierungen 1.6 nufveist. Im Abstand von etwa 22 mm (7/8 Zoll) von der Frontpl?tte 12 und parallel zu dieser ist eine Rückplatte IR angeordnet. Zwischen der Frontplatte 12 und der Rückpiatte IB und ?n Punkten auf den Platten 12, 18 getragen befindet sich e'in Satz von fünf Zeigerwellen 20a, 20b, 20c, 2Od und 2Oe, die durch die Frontplatte 12 hindurchführen und Zeiger 22a, 22b, 22c, 22d und 22e aufweisen, die an den Wellenenden auf entsprechende Weise fest angebracht sind. Die Zeigerwellen 20 sind parallel zueinander und in der Weise angeordnet, daß ihre Endpunkte an den Platten 12, 18 auf einen Kreisbogen mit einem Radius von etwa 2,5 cm fallen. Eine Reihe von Dekadenzahnrändern 24a, 24b, 24c, 24d und 24e sind nahe der Frontplatte 12 fest an den Wellen 20 angebracht und verbinden die Welle 20 drehbar miteinander, um eine Dekaden-Zahnradverbindung zu bilden. Jede der Anzeigewesen 20 ist zwischen ihrem Zahnrad 24 und der Rückplatte 18 ferner mit einer optischen Codierscheibe 26a, 26b, 26c, 26d und 26e versehen.

Neben den optischen Codierscheiben 26 befindet sich eine Abtastscheibe 28 auf einer getrennten Abtastwelle 30 parallel zu den Zeigerwellen 20. Sie geht von einem Lagerpunkt in der Mitte des Kreisbogens aus. der durch die Lagerpunkte der Zeigerwellen 20 an der Rückplatte 18 gebildet wird. Die Abtastscheibe ist zwischen den Codierscheiben 26b, 26d und den Scheiben 26a, 26c und 26e angeordnet und ist mit einer Reihe im radialen Abstand angeordneter, in Drehrichtung versetzter Abtastschlitze versehen. Die Abtastscheibe 28 ist auf ihrem Umfang mit Zähnen versehen. Weiterhin ist ein kleiner Synchron-Antriebsmotor 33 vorgesehen, der auf seiner Ausgangswelle mit einem mit der Abtastscheibe 28 einkämmenden Ritzel versehen ist, um die Abtastscheibe 28 mit 12 Umdrehungen pro Sekunde anzutreiben.

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•Um den Lagerpunkt der Abtpstscheibenwelle 30 herum befindet sich auf der Rückplatte -IR eine halbkreisförmige Konfiguration aus schmalen Ableseschlitzen 34fi, 34b_; 34c, 34d und 34e, die in gleichen Winkeln von 45° zueinander angeordnet sind. Diese Winkel entsprechen dem Winkel zwischen den L?gerpunkten der Zeigerwellen 20 ?η der Rückplatte IR.

Zwischen den Zahnrädern 24 der Dekaden-Zahnradverbindung und der nächstgelegenen Codierscheibe 26d ist eine Lichtquelle 38 angeordnet zum Beleuchten der Codierscheibe 26. Die Lichtquelle 38 ist so angeordnet, daß sie gebündeltes Licht senkrecht auf die Fläche der Codierscheibe 26 richtet.

Auf der Außenseite der Rückplatte 18 und in der Mitte in bezug auf den Mittelpunkt der halbkreisförmigen Konfiguration der Leseschlitze 34 befindet sich ein Cassegrain-Lichtkollektor 40 mit einem Fotosensor 42, der an dem mittleren Brennpunkt des Kollektors 40 angeordnet ist. Die Codierscheiben 26, die Abtastscheibe 28, die innenseitigen Oberflächen der Frontplatte 12 und der Rückplatte 18 und gewisse andere zugehörige Teile sind mit einem ebenen schwarzen Überzug überdeckt, um die Wirkungen von vereinzelten Lichtreflexionen auf den Fotosensor 42 auf ein Minimum zu reduzieren.

Das Ende der Anzeigerwelle 20a kleinster Ordnung führt zur Außenseite der Rückplatte und ist mit einer nicht gezeigten Antriebseinheit drehbar gekoppelt, die durch Antriebswelle des Meßgerätes angetrieben ist.

Eine der optischen Codierscheiben 26, die untereinander alle identisch sind, ist in Figur 2 genauer gezeigt. Die Scheibe 26 ist ein gestanztes Aluminiumteil mit einem Durchmesser von etwa 3 cm (1 1/4 Zoll) und v/eist sechs konzentrische Ringe oder Kanäle aus codierenden Schlitzen 44 verschiedener Längen auf. Eine der-

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artige Codierscheibe ist allgemein als eine sechs Bit aufweisende optische graue Codierscheibe bekannt. Für eine gegebene radiale Position ruf der Scheibe 26 gibt das radiale Muster der Codierschlitze 4 a. die pn dieser Position vorhanden sind, einen sechs Bit umfassenden binären Code, der unzweideutig die Position als eine von 60 radialen Positionen auf der Scheibe definiert. Die relativenOrientierungen der Codierscheiben 26 des Zählwerkes IO und der Leseschlitze 34 sind so, daß jeder Leseschlitz ?.A einen radial verlaufenden, schmalen Lesebereich auf nur einer der Codierscheiben 26 definiert. Das Muster, das durch die Codierschlitze 44 der Codierscheibe 26 aus einer Sicht durch die Leseöffnungen 34 hindurch gebildet und von dem einen Ende des Leseschlitzes 34 zum anderen gelesen ist, gibt somit eine binäre codierte Information, durch die die Winkelstellung der Codierscheibe als innerhalb etwa einer von 60 Positionen liegend ermittelt werden kann. Da das Vorhandensein oder das Fehlen eines Teiles eines Codierschlitzes 44 in der Codierscheibe 26, wenn man durch den Leseschlitz 34 blickt, als eine Niill oder Eins dargestellt werden kann, ist das beobachtete Muster seiner Natur nach ein Binärcode.

Die Abtastscheibe 28 führt zusammen mit der Lichtquelle 38 bei Rotation eine lineare Lichtabtastung von jedem der fünf Leseschlitzmuster der Reihe nach durch, da sie sich um den Mittelpunkt der halbkreisförmigen Konfiguration der Leseschlitze 34 dreht. Dies ist genauer in Figur 3 dargestellt, die einen Lesebereich der Codierscheibe 26a kleinster Ordnung in Ausrichtung mit dem entsprechenden Leseschlitz 34a zeigt, wenn man von der Lichtquelle ?R aus sieht. Die Abtastscheibe 28 dreht sich im Gegenuhrzeigersinn und tastet gerade die Lesefläche ab.

Da sich das Muster der versetzten Abtastschlitze 32 in der Abtastscheibe 28 über die Lesefläche dreht, die mit dem Leseschlitz 34a ausgerichtet ist, tritt eine zeitliche Aufeinander-

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folge von Lichtimpulsen von dem Leseschlitz 34a auf, die durch den Kollektor 40 gesammelt und durch den Fotosensor 42 in elektrische Impulse umgewandelt werden. Alle fünf Codierscheiben 26 werden durch eine einzige Umdrehung der Abtastscheibe 32 abgetastet. Aufgrund der abtastenden Natur der Abtastschlitze 32, wenn diese sich der Reihe nach über die durch den Abtastschlitz 34a definierte Lesefläche bewegen, sind nur eine einzige Lichtquelle und ein einziger Kollektor erforderlich.

Die Lichtquelle 33 und der Kollektor 40 sind genauer in Figur 4 in der Weise gezeigt, d?ß sie im Abstand zueinander angeordnet sind. Die Lichtquelle 38 ist ein klarer parabolischer Kunststoffreflektor mit einem Durchmesser von etwa 3,75 cm (1 1/2 Zoll) und ist mit einer 3 Watt-Wolframlampe 46 versehen, deren Glühwendel im Brennpunkt angeordnet ist. Der Kollektor 40 ist ein klarer Cassegrain-Reflektor aus Kunststoff, ebenfalls mit einem Durchmesser von 3,75 cm (1 1/2 ZolDj und weist eine primäre reflektierende Oberfläche 48 und eine sekundäre reflektierende Oberfläche 40 auf. Der Fotosensor 42 ist am Brennpunkt des Kollektors angeordnet. Wie in Figur 4 durch die gestrichelten Linien 52 angedeutet ist, wird Licht von überall außer dem zentralen Bereich der Lichtquelle 38 durch den Kollektor 40 gesammelt, nachdem es durch die fluchtenden Abtastschlitze 32, die Codierschlitze 44 und die Leseschlitze 34 hindurchgetreten ist, um einen elektrischen Impuls zu erzeugen.

Figur 5 zeigt ein schematisches Schaltbild für die Lampe 46, den Antriebsmotor 36 und den Fotosensor 42. Die" Fernablesung des Zählwerkes wird eingeleitet durch einen Signalstromimpuls von einer Fernabfrageeinheit über einen Draht 54, um einen Zungenschalter ^6 zu schließen, wodurch der Synchron-Antriebsmotor 33 und die Lampe 46 gespeist werden.

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Die zeitbezogene Ausgangsgröße des Fotosensors 42 für eine vollständige Umdrehung der Abtastscheibe ist in Figur 6 ρIs eine vollständige Nachricht dargestellt. Da die Winkelstellung von jeder Codierscheibe in bezug auf den Zeiger auf der Anzeigev/el-Ie fest ist, bestimmt diese Nachricht die entsprechende tatsächliche Position des Zeigers relativ zur Welle der Anzeigemarkierungen 16 auf der Frontplatte 12. Ein zusätzlicher Leseöffnungsschlitz 34f, der in Figur 1 gezeigt ist, ist in der Rückplatte 18 des Meßgerätes 10 vorgesehen, um zur Identifizierung des Zählwerkes über diesem Identifizierungsschlitz 34f verwendet zu werden. Weiterhin ist eine feststehende Codierplatte 58 vorgesehen, um der Nachricht 5 Bits hinzuzufügen zur Anzeige der Identität des abgelesenen Meßgerätes.

Figur 6 zeigt eine zeitbezogene Darstellung von zwei reduclanten typischen Ausgangsnachrichten mit 36 Bus des Zählwerkes 10 die durch einen "ein totes Band" darstellenden Bereich 60 von 12 Bits getrennt sind, der die Rotation der Abtastscheibe über dem nicht-geschlitzten Bereich der Rückplatte 18 darstellt. In der Nachricht ist das erste Bit "ein Start"-Bit, die nächsten 5 Bits identifizieren das spezielle Zählwerk und die übrigen 30 Bits geben eine sich auf die Wellenstellung beziehende Information.

Die Nachrichten können durch Tonmodulation über einen Leitungskoppler, wie er in Figur R gezeigt ist, und dadurch über beispielsweise Telefon-, Leistungs- oder koaxiale Serviceleitungen zu einer entfernten Station übertragen werden. An der entfernten Station wird die binäre Nachricht verarbeitet und decodiert, um die gewünschte dekadische Ableseinformation zu liefern.

Es ist ein wichtiges Merkmal des Zählwerkes 10 gemäß der Erfindung, daß die Positionsinformation, die durch den binären

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Positionscode für ,jede Scheibe ?,6 gegeben -wird, eine tatsächliche Auflösung von etwa t von (unter) 30 aufweist. Dies ist wesentlich mehr Inform?tion pis erforderlich ist, um die 10 Positionen für Jeden der Skalenindikatoren 22 zu ermitteln. Durch Verwendung der bekannten mechanischen dekadischen Relation zwischen den Anzeigevellen 20 ist es möglich, aus der codierten Information von jeder der Codierscheiben 26 zu bestimmen, ob die richtige dekadische Relation der Zahnradverbindung zwischen drei benachbarten Anzeigewellen 26 besteht. Tatsächlich wird der Positionscode für eine gegebene Anzeigewelle 26 über Kreuz geprüft oder verglichen mit dem Positionscode der Anzeigewelle 26 auf jeder Seite davon, um zu bestimmen, ob die Kombination von gegebenen· Codes eine solche ist, die in der dekadischen Zahnradverbindung möglich ist. Wenn die Information für die Position der fraglichen Anzeigewelle 26 einen Fehler enthält, wie es beispielsweise auftreten kann, wenn ein Fremdpartikelchen einen Codierschlitz 44 in der Codierscheibe 26 verschließt, kann dieser Fehler mit grosser Wahrscheinlichkeit durch die digitale Analvse der Nachricht festgestellt werden. Der Fehler kann somit automatisch an der Fernablesesta.tion ausgeworfen werden. Eine Untersuchung einer fehlerhaften Nachricht ?n der Ablesestation wird weiterhin im allgemeinen entweder ein fehlerhaftes Meßgerät oder die Einführung von Rauschen in die Übertragung anzeigen. Im letzten Fall kann das Meßgerät einfach wiederholt abgelesen werden, bis eine zulässige Ablesung erhalten wird.

Weitere Sicherheit für die Feststellung von in die Übertragung eingeführten Fehlern wird durch die -redundante Natur der übertragenen Information geliefert.

Es ist ein Merkmal des Fernablese-Zählwerkes gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, daß im allgemeinen, wenn irgendeine Komponente in dem Codierer versagt, eine Fernablesung entsteht, die unzulässig ist und die bis zu einem gewissen Grad

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auch den möglichen Grund der fehlerhaften Ablesungen anzeigt. Beispielsweise ist die Lichtquelle wenigstens allen Bits von einer Position gemeinsam, so 6pR ein Lichtfehler eine Alle-Aus-Kombination erzeugt, die nicht ρIs eine gültige Codekombination verv/endet wird. Ein Versagen des Fotosensors, der ebenfalls wenigstens pllen Bits irgendeiner Position gemeinsam ist, führt zu einer Codekombination, die entweder derjenigen durch einen Lichtfehler verursachten kombination ähnlich ist oder eine AlIe-Ein-Kombination ist. Ein Versagen des Synchron-Antriebsmotors zum Antrieb der Codierscheibe.führt zum Fehlen einer Nachricht. Aus den vorgenannten Gründen sind Codekombinationen, in der alle Bits eine Null oder eine Eins sind, als Nachrichten ausgeschlossen.

Eine praktische oder tatsächliche Auflösung beim Abtasten einer Zeigerwellenposition relativ zu ihrer wahren Winkelposition in bezug auf die benachbarte niedere Wellenposition beträgt plus oder minus 3 Grad ( + 3°). Dies führt zu einer tatsächlichen Auflösung von einer Teilung plus 3° und minus 3° oder einem Gesamtwert von 12 aus 360 oder zwei Teilungen aus 60. Zwischen benachbarten Zahlenscheiben bedeutet dies, daß ein Band von zwei Teilungen auf einer Zahlenscheibe einem Band von 20 Teilungen auf der nächsten weniger relevanten Zahlenscheibe bedeutet. Umgekehrt entspricht das Band von 20 Teilungen 10 Bändern von jeweils zwei Teilungen auf der nächst bedeutenderen Za hle ns ehe ibe.

Wenn man die Relation zwischen den Zahlenscheiben in einer leicht unterschiedlichen Weise bei einer gegebenen codierten Ablesung auf einer Zahlenscheibe betrachtet, so stellen 20 Teilungen oder 1/3 der möglichen codierten Ablesungen auf einer benachbarten Zahlenscheibe Zeigerwöllenpositionen dar, die den bekannten mechanischen Kopplungen (mit ihren Toleranzen) zwischen den Zahlenscheiben genügen. Wenn sich eine Zahlen-

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scheibe in der Mitte von einer Zahnradverbindung befindet, ist sie auf jeder Seite mit einer Zahlenscheibe mechanisch gekoppelt. Wenn die Ablesungen von zwei benachbarten Skalenscheiben gegeben sind, genügen 1/3 der codierten Ablesungen auf der mittleren Scheibe der mechanischen Relation mit der weniger signifikanten SkRlenscheibe und 1/3 des vorherigen Drittels genügt der mechanischen Relation mit der signifikanteren Skalenscheibe. Somit stimmen nur 1/9 der möglichen codierten Ablesungen .der mittleren Skalensche.ibe mit den codierten Ablesungen der zwex benachbarten Sknienscheiben überein. Es ist nun möglich, die Codekombinationen für Paare benachbarter SkPlenscheiben tabellarisch zusammenzustellen, die WeIlenpositionen darstellen, die der bekannten mechanischen Relation zwischen den Zeigerwellen genügen.

Als ein Beispiel seien drei Skalenscheiben in einer Zahnradverbindung betrachtet, die als die niedere Skslenseheibe, die mittlere Skalenscheibe und die höhere Skalenscheibe bezeichnet sind. Wenn die niedere Skalenscheibe die Teilung 6 (DlOlOO) abliest, dann sind die Codeablesungen für die mittlere Skalenscheibe, die der mechanischen Relation genügen, die folgenden:

Ablesung der niederen Skalenscheibe

1.

010100

Ablesungen der mittleren Skalenscheiben

1. 111110

2. 101110

7. 010000

8. 011000

13. 011001

14. 011011 +19. 000111 +20. 100111 +25. 001101

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*26. 000101

*31. 011111

*32. 010111

37. 100000

38. 11000O

43. 110010

44. 010010

49. 100011

50. 110011

55. 101001

56. 101000

Wenn nun der höhere Zeiger die Teilung 45 (010011) abliest, dann sind die codierten Ablesungen für die mittlere Skalenscheibe, die der mechanischen Relation genügen, die folgenden:

Ablesung der höheren Skalenscheibe

45.

010011

Ablesungen der mittleren Skalenscheiben

16. 001010

17. 000010

18. 000011 ⁺19. 000111 ⁺20. 100111

21. 101111

22. 101011

23. 001011

24. 001001 ⁺25. 001101

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*26. OOOIQI

27. OOOIOO

2R. 000110

29. 00111.0

30. 001111 *31. 011111 *32. 010111

33. 010110

34. 110110

35. 100110

Es sei darauf hingewiesen, da^ nur diejenigen Anzeigen der mittleren Skalenscheibe, die mit einem Sternchen versehen sind, sowohl die Beziehungen zu der niederen Skalenscheibe als auch zu der höheren Skalenscheibe genügen. Somit kann jede für die mittlere Skalenscheibe empfangene codierte Anzeige, die nicht eine der sechs mit einem Sternchen markierten ist, als ein Fehler ausgeworfen werden, da. sie eine Wellenposition darstellt, die

in der Zahnradverbindung nicht erhalten werden kann. Diese Kreuzbzw,
prüfung wechselseitige Prüfung zwischen den Anzeigen liefert ein Mittel zur Feststellung von Codierfehlern. Tatsächlich kann die wechselseitige ZeigÄberprüfung Fehler feststellen, die in die codierte Meßgerätablesung zu jeder Zeit von der optischen Abtastung der Codescheibenposition bis zur Zeit der tatsächlichen Kreuzprüfung an der entfernten Stelle eingeführt worden sind.

Obwohl die Kreuzprüfung bei der Kontrolle von Kommunikationsfehlern v/irksam sein könnte, wird eine zusätzliche Fehlerermittlung durch "Verwendung einer redundanten Datenübertragung hinzugefügt. Die Verwendung von Paritätsbits ist ein übliches Mittel der Fehlerermittlung für die Datenkommunikation über beispielsweise das· Telefonnetz. Jedoch ist die redundante übertragung

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(die Übertragung von zwei identischen Nachrichten) sehr viel wirksamer als einfache Paritätsbits und wird auf einfache Weise erzeugt durch nur zwei Umdrehungen der Abtastscheibe. An der Empfangsstelle werden die zwei Nachrichten Bit für Bit verglichen und müssen identisch sein, um ρIs richtig angenommen zu werden.

Für das Meßgeräte-Zählwerk gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde die codierte Information zwar durch einen optischen Codiermechanismus geliefert. Es können jedoch auch andere Codiermechanismen verwendet werden, um die für die Interposition-Kreuzprüfung erforderliche Information zu liefern. Beispielsweise können rotierende Scheibenkontakte mit feststehenden Bürsten in gleicher Weise verwendet werden wie Trommelanzeiger verschiedener Typen. Derartige Anzeiger sind allgemein bekannt. Unabhängig von der Type des verwendeten Codierers ist es wesentlich, daß die den Positionscode darstellende Ausgangsgröße für jede Zeigerwelle wenigstens die doppelte Information liefert als erforderlich ist, um auf einfache Weise eine von 10 Ablesepositionen für diese Welle aufzulösen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird beispielsweise etwa die dreifache Inform?tionsmenge geliefert, die zum einfachen Festlegen der Skalenzeigerablesungen erforderlich ist. Das bedeutet, daß .jede der Codierscheiben des bevorzugten Ausführungsbeispiels zwar mir 20 Positionen anzugeben brauchten für eine tatsächliche Auflösung von etwa, 1 von (unter) 10 der Gesamtumdrehung der Zeigerwelle, um Anzeigemehrdeutigkeiten aufzulösen, daß sie aber tatsächlich Information über bis zu 60 Positionen angibt für eine tatsächliche Auflösung von nahezu 1 von (unter) 30.

Die Beleuchtung und Feststellung für die Codierfunktion kann auch durch zahlreiche getrennte Lichtquellen und zahlreiche getrennte Detektoren geschaffen werden. Jedoch hat eine einzige Quelle und ein einziger Detektor definitive Vorteile für die vorliegende Applikation, da das gesamte System sofort beim

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Vers?gen einer einzelnen Komponente ausfällt und somit die Schwierigkeit vermieden -wird, das Versagen einer einzelnen einer Vielzahl von Lichtquellen und Detektoren festzustellen. Es ist weiterhin beicnnnt, daß die Betriebssicherheit einer einzelnen Komponente größer ist als diejenige einer Vielzahl ähnlicher Komponenten ohne Redundanz.

Das Codiersystem gemäß der Erfindung ist so angeordnet, daß alle Codierscheiben durch eine einzelne rotierende Abtastscheibe abgelesen werden. Dies wird durch die halbkreisförmige Anordnung der Zeigerwellen und die Einfügung der Abtastscheibe zwischen die Codierscheiben ermöglicht. Die Anordnung ist so, daß die gesamte Stirnfläche der Abtastscheibe bestrahlt ist. Es ist selbstverständlich möglich; noch mehr Codierwellen in den Kreis einzufügen und somit die Reihe von Ableseschlitzen über die 180° hinaus auszudehnen, die gemäß dem bevorzugten Ausführungsbexspiel verwendet werden. Weiterhin kann eine größere Anzahl von Codierscheiben in einer ähnlichen Weise zur Ablesung mit einer einzelnen Abtpstscheibe angeordnet werden, indem die Abmessungen der Codierscheiben in₍ bezug auf den Radius des durch die Ableseöffnungen gebildeten Kreises verändert werden. Durch Vergrößerung des Kreisdurchmessers kann eine größere Anzahl von Codierscheiben abgelesen werden.

Das Fernablese-Zählwerk gemäß der Erfindung ist in keiner Weise auf die Verwendung in einem elektrischen Zähler beschränkt, sondern kann für jedes Meßgerät mit einem mechanischen Zählwerk verwendet werden, ob dieses nun ein dekadisches Zählwerk ist oder nicht. Das als bevorzugtes Ausführungsbexspiel beschriebene Zählwerk kann in einfacher Weise für einen Gas- oder Wasserzähler angepaßt werden und ist zusätzlich mit gegenwärtig verwendeten Zählwerken in gewissen elektrischen Wattstundenzählern austauschbar. Es wird im allgemeinen wünschenswert sein, wie in dem bevorzugten Ausführungsbexspiel Skalenzeiger vorzusehen, die eine

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-IR-

visuelle Ablesung an der Meßstelle gestatten, wenn dies erwünscht ist.

Das Vermögen des Fernpblese-Zählwerkes gemäß der Erfindung, die Zeigerwellenpositionen hinsichtlich eines Fehlers über Kreuz zu prüfen, ist getrennt und unabhängig von dem weiteren Vermögen des Zählwerkes, jede Mehrdeutigkeit bei der Ablesung der Positionen der Zeigerwelle zu lösen. Die Auflösung einer derartigen Mehrdeutigkeit stellt in bekannten Anordnungen ein Problem dar und kann auf verschiedene Weise behandelt werden. Für eine dekadische Zahnradverbindung sind im allgemeinen etwa 20 Positionen erforderlich, um die Mehrdeutigkeit zu lösen. Somit würde eine Person, die ein Fernablese-Zählwerk aufbaut, das die Mehrdeutigkeit in der Ablesefunktion löst, üblicherweise keinen Grund haben, über 20 Positionen für jede der Zeigerwellen hinaus zu gehen. Die Probleme bei der Lösung der Mehrdeutigkeit sind beispielsweise in den eingangs genannten Veröffentlichungen ausführlich erörtert.

Eine allgemeine Lösung, eine Mehrdeutigkeit für eine gegebene Zeigerwelle aufzulösen, besteht in der Verwendung der Information in der nächst kleineren (niederen) Zeigerwelle. Wenn beispielsweise für eine gegebene Zeigerwelle der Zeiger an der Ziffer ν erscheint, entsteht die Frage, ob der Zeiger sich gerade der 7 nähert oder die 7 gerade passiert hat, wodurch eine Zweideutigkeit entsteht. Diese Zweideutigkeit kann durch Beobachtung des Zeigers der nächst kleineren Ordnung aufgelöst werden, d.h., wenn der nächst kleinere Zeiger noch nicht durch Null gelaufen ist, hat der größere Zeiger die Ziffer 7 noch nicht erreicht.

Das Verfahren der Kreuzprüfung der Positionsinformation der Zeigerwellen oder -fehler unterscheidet sich von dem Problem der Auflösung der Mehrdeutigkeit. In-einer Interposition-Kreuz-

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prüfung wird die Position einer gegebenen Zeigerwelle mit den Positionen sowohl der Welle nächst kleinerer Anordnung ρIs puch der Welle nächst höherer Ordnung verglichen, um zu ermitteln, ob die relativen Positionen der drei Wellen mit der möglichen Position übereinstimmen, die durch ihre dekadische Zahnradverbindung diktiert wird. Diese möglichen Positionen v/erden durch die anfängliche Nulleinstellung der Zeigerwellen relativ zueinander bestimmt. Dps Prinzip der Fehlerprüfung.kann wie folgt dargestellt werden. Es sei angenommen, daß eine Zehner-Zeigerablesung mit genügend Inform?tion gegeben ist, um unzweideutig 10 Positionen zu definieren, und daß die richtige Ablesung des Einer-Zeigers 1 ist. Die Ablesung des Einer-Zeigers könnte als irgendeine Zahl von 1 bis 10 gegeben sein und mit der Zehner-Zeigerablesung übereinstimmen. Neun dieser Ablesungen würden folgerichtig erscheinen, sie könnten aber tatsächlich fehlerhaft sein. Wenn der Zehner-Zeiger nun 20 Positionen definieren könnte, sind nur vier Ablesungen des Einer-Zeigers folgerichtig, aber fehlerhaft usw. Die folgende Tabelle verdeutlicht dieses Prinzip.

Tatsächliche Auflösung des Zehner-Zeigers

Position des Einer - Zeigers

	richtig zulässig	fehlerhaft zulässig	unzulässig
10	1-1	9	0
20	1	4	5
30	1	2 1/3	6 2/3
FO	1	1	8.
100	1	0	9

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß je mehr über die tatsächliche Position von jeder der Zeigerwellen bekannt ist, desto einfacher kann ermittelt werden, ob ein Fehler in den Positionsablesungen irgendeiner der Wellen besteht.

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Zv/ar gestattet eine tatsächliche Positionsauflösung von nur etwa einer unter 20 Positionen eine gewisse Zwischenpositionsüberprüfung, aber aus praktischen Gründen und für die kommerzielle Zweckmäßigkeit sollte die Auflösung etwa in der Größenordnung von 1 unter 30 Positionen sein, vie bei dem bevorzugten Ansführungsbexspiel. Mit einer derprtigen Auflösung und bei einem Zählwerk mit 3 oder mehr Zeigerwellen können etwa 90% der fehlerhaften Nachrichten festgestellt werden.

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Claims

Ansprüche

Meßgeräte-Zählwerk mit wenigstens zwei Zeigerwellen, die in einer festen Verhältηiszahl der relativen Rotation größer als 1 drehbar miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Codes vorgesehen sind, der die Winkelstellung von jeder der Wellen mit einer ungefähren Auflösung von wenigstens dem Doppelten der Verhältηiszahl darstellt.
2. Zählwerk nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen sechs Bit umfassenden Binärcode-Winkelpositionsindikator umfassen, der an jeder der Wellen fest angebracht ist.
3. Zählwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der Positionsindikatoren optische Graucode-Codierscheiben (26) umfaßt, die wenigstens sechs Ringe aus optischen Codiermodulationen an unterschiedlichen radialen Stellen aufweisen und für eine tatsächliche Auflösung von etwa 1 unter 30 Winkelstellungen für jede der Wellen sorgen.
4. Zählwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Codierscheiben (26) durch eine einzelne rotierende Abtastscheibe (28) abgetastet sind, die eine Reihe von radial im Abstand angeordneten, im Winkel versetzten Abtastschlitzen (32) mit abgestuften Bögen aufweist.

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5. Zählwerk nach Anspruch 4, -dadurch gekennzeichnet , daß die Wellen (20) zueinander parallel verlaufen und ihre Enden in einem Bogen auf der Rückplatte (IS) des Zählwerkes (10) angeordnet sind.
6. Zählwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Rückplatte (18) rait einer Reihe langgestreckter Leseschlitze (34) versehen ist, die in einer Bogenkonfiguration angeordnet sind, wobei jeder der Leseschlitze (34) entlang einer Linie verläuft, die auf einer der Wellen (20) senkrecht steht und diese schneidet.
7. Zählwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß ferner Mittel (38) zum Beleuchten der von den Leseschlitzen (34) entfernten Stirnfläche der AbtPstscheibe (28) und Mittel (42) zum elektrischen Abtasten von Licht aus den Abtastschlitzen (32), den Codierschlitzen (44) und den Leseschlitzen (34) vorgesehen sind, wenn diese miteinander fluchten.
8. Zählwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Mittel (34f) zum Erzeugen eines elektrischen Codes vorgesehen sind, der das Zählwerk unter einer Vielzahl derartiger Zählwerke identifiziert.
9. Zählwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die, Mittel zur Erzeugung eines die Winkelstellung darstellenden elektrischen Codes umfassen;

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eine optische Codierscheibe (26) für einen sechs Bits umfassenden Graucode, die ρ η jeder der Wellen (20) fest angebracht ist und sechs konzentrische Ringe aus optischen Codierschlitzen (44) an unterschiedlichen radialen Stellen aufweist ,

eine drehbare Abtastscheibe (28), deren Mittelachse parallel zu den Wellen (20) verläuft und die eine Reihe in radialem Abstand angeordnete, im Winkel versetzte, abgestufte Bogenabtastschlitze (32) in einem Winkelsegment aufweist,

eine Reihe langgestreckter, die Winkelposition ablesender Schlitze (34), die in einer Bogenkonfiguration angeordnet sind, wobei jeder Leseschlitz (34) entlang einer Linie senkrecht und eine der Wellen (20) schneidend angeordnet ist,

Mittel (3R) zur Beleuchtung der Abtastschlitze (32) von der von den Abtastschlitzen (34) entfernten Seite der Abtastscheibe (2«) und Mittel (40, 42) zum elektrischen Abtasten des Lichtes von den Bestrahlungsmitteln (38), das durch die Abtastschlitze (32), die Codierschlitze (44) und die Leseschlitze (34) hindurchtritt, wenn diese miteinander fluchten,

und die zweiten Mittel einen zusätzlichen Identifizierungs-Leseschlitz (34f)₃der der Bogenkonf igura tion der die Wellenposition ablesenden Schlitze hinzugefügt ist, so daß er ebenfalls durch die Abtastscheibe (28) abtastbar ist, und eine abnehmbare Codierplatte (58) umfassen, die über dem Leseschlitz für die Identifizierung angebracht ist und mit Codieröffnungen zur Erzeugung eines Identifizierungscodes für das Zählwerk versehen ist.
10. Verfahren zur Fernablesung eines Meßgeräte-Zählwerkes, dadurch gekennzeichnet, daß in dem

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Zählwerk ein elektrischer Winkelpositionscode erzeugt wird, eier die Winkel Positionen von wenigstens zwei Zeigerwellen clr-rstellt. die in einer festen Verhältnisζ?hl der Relstivdrehung größer ?ls t drehbar miteinander gekoppelt sind, wobei e'er Code wenigstens doppelt soviele Positionen von einer der V.^Tellen ruf zulösen vermag wie die Größe der Verhältniszrhl, und dsS die Winkelpositionen der Wellen bezüglich ihrer Zwischenstellungen über Kreuz miteinander überprüft v/erden, indem die ds für erzeugten Pos it ions cod es über Kreuz verglichen v/erden.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Positionscode ein sechs Bit umfassender Binärcode ist, der eine tatsächliche Auflösung von etwa 30 unterschiedlichen Winkelpositionen für jede der Wellen liefert.

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