今天為大家介紹一項國家發(fā)明授權專利——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，并于2018年5月29日獲得授權公告。

內容說明

本發(fā)明涉及水表技術領域，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時代的來臨，大量水表需要進行智能化改造，但是由于水表的安裝環(huán)境，大多離市電較遠，甚至屬于市電不容易到達的區(qū)域；同時又由于市電的接入，造成額外的漏電隱患。單純使用電池，可以解決短期的用電，但無法解決長期使用的問題。針對智能水表的需求和應用場景，本發(fā)明利用水體流動沖擊彈性金屬片，從而帶動壓電陶瓷膜周期形變產生電能，為控制電路提供電能，從而就近、安全簡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)保證水表的計數(shù)功能。本發(fā)明采用在常規(guī)水表的計數(shù)器上增加電阻膜、磁條、光柵等位置傳感技術，可以保證水表的計量準確性和公正性。

發(fā)明內容

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期監(jiān)測控制供電問題，且具有結構簡單、安裝方便、綠色環(huán)保、經濟實用等優(yōu)點。

圖為本發(fā)明水表內部示意圖。

本發(fā)明所采取的技術方案如下：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、水量計數(shù)器；壓電陶瓷發(fā)電模塊包括設于水表水路內的彈性條帶；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，彈性條帶長邊與水流方向成角度設置，彈性條帶的表面設有壓電陶瓷薄層，壓電陶瓷薄層的電輸出端與貯電電池相連；當彈性條帶在水流沖力下形變時，壓電陶瓷薄層產生的電能輸出至貯電電池進行存貯；貯電電池對控制電路供電；水量計數(shù)器與控制電路的模數(shù)轉換接口相連；水量計數(shù)器以計數(shù)機構與水表葉輪相連，當水表水路的水壓推動葉輪旋轉時，水量計數(shù)器的計數(shù)機構被葉輪驅動以計量用水量。

水量計數(shù)器的計數(shù)機構以非易失性數(shù)據(jù)存貯結構存貯用水量計數(shù)值；非易失性數(shù)據(jù)存貯結構包括電阻阻值位置計數(shù)結構、磁條位置計數(shù)結構或光柵位置計數(shù)結構中的一種。當水量計數(shù)器的非易失性數(shù)據(jù)存貯結構為電阻阻值位置計數(shù)結構時，計數(shù)器以電阻接口與控制電路的模數(shù)轉換接口相連；電阻接口包括計數(shù)圓片和帶缺口的電阻環(huán)；電阻環(huán)與計數(shù)圓片外周相鄰，控制電路的模數(shù)轉換接口以第一觸點與計數(shù)圓片相連；模數(shù)轉換接口經導線以第二觸點與電阻環(huán)相連；計數(shù)圓片與葉輪相連；當計數(shù)圓片在葉輪驅動下旋轉時，第二觸點在電阻環(huán)處滑移使電阻接口阻值發(fā)生變化，控制電路按水量計數(shù)器的電阻接口阻值來判定當前已用水量。

彈性條帶為金屬彈性薄片或彈性塑料片；當彈性條帶為金屬彈性薄片時，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)內的固定橫桿，固定環(huán)以螺旋結構固定于水表出水口處；固定橫桿處設有彈性條帶固定孔；當彈性條帶固定于彈性條帶固定孔時，彈性條帶與水流方向成一角度范圍在0~30°間的夾角。壓電陶瓷薄層設于彈性條帶的上表面和/或下表面，當水表內水體流動時沖擊彈性條帶使之周期性彎曲變形，使至少一個壓電陶瓷薄層受壓形變而產生電能；壓電陶瓷薄層表面覆以防水材料。智能水表還包括設于水表進水口處的電磁閥，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。

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

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

本發(fā)明中，水量計數(shù)器與控制電路的模數(shù)轉換接口相連；水量計數(shù)器以計數(shù)機構與水表葉輪相連，當水表水路的水壓推動葉輪旋轉時，水量計數(shù)器的計數(shù)機構被葉輪驅動以計量用水量，在實際應用中，計數(shù)器可以有對應多位水表計數(shù)的多個計數(shù)圓片以擴充量程，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候通過位置傳感器讀取計數(shù)值。顯然，本發(fā)明對現(xiàn)有水表的智能化改造，可以不影響現(xiàn)有水表的計數(shù)計量功能，并且在掉電、斷電情況下，繼續(xù)保證水表計量的準確性和公正性。

本發(fā)明的控制電路內置通信電路，可以有定時或不定時對外發(fā)送當前水表計數(shù)計量結果，以及工作狀態(tài)等信息；也可以由其它條件觸發(fā)對外數(shù)據(jù)狀態(tài)傳輸功能。從而實現(xiàn)智能水表的智能組網、智能計費、智能管理等功能。