Датчик считывает значения интенсивности поступающего света известно что при считывании 2000

Скачай курс
в приложении

Перейти в приложение
Открыть мобильную версию сайта

Наши условия использования и конфиденциальности

Public user contributions licensed under cc-wiki license with attribution required

Эффект наблюдателя. Сознание влияет на исход эксперимента?

Знаю, что на Хабре тема эффекта наблюдателя поднималась неоднократно, но всё же решил расставить точки над «ё». Это моя первая статья по квантовой физике, так что критикуйте беспощадно – мне нужно знать, правильно ли я всё понял и какие ошибки необходимо исправить. Но имейте в виду, что я философ и пишу для таких же как я гуманитариев, которые приходят в ужас от уравнений с операторами, матриц плотности и фейнмановских диаграмм. Поэтому никакой математики, одно словоблудие.

Квантовый наблюдатель

«Вы действительно считаете, что Луна существует только когда вы на неё смотрите?» (Альберт Эйнштейн)

Эффект наблюдателя является краеугольным камнем квантового мистицизма – популярного нынче направления эзотерики, маскирующегося под науку и распространяющего искажённые интерпретации квантовой механики. Он покушается на святое – принцип реализма, согласно которому существует объективная, независимая от сознания наблюдателя реальность. Поэтому его очень любят философы-идеалисты, экстрасенсы, мистики и представители культуры нью-эйдж. Ведь было бы так замечательно, если бы наука экспериментальным путём доказала способность человека влиять на вещественный мир силой мысли! Это сильно воодушевляет тех, кто верит в нематериальную природу сознания, управление реальностью, «секрет притяжения», телекинез и прочую магию. Ссылки на теоретическую физику придают их словам больше убедительности. Мол, официальная наука признала, что каждый из нас своими мыслями создаёт окружающую действительность. Вот только сами физики почти единогласно открещиваются от такой трактовки и наотрез отказываются признавать первичность сознания по отношению к материи. Почему же эффект наблюдателя вызывает столько противоречий: из-за его неверного понимания некоторыми популяризаторами или по причине нежелания учёных-материалистов отказываться от старой парадигмы? Давайте разберёмся.

Всякий раз, когда речь заходит о квантовой механике, дело не обходится без упоминания двухщелевого эксперимента. Он был предложен Томасом Юнгом в 1802 г., чтобы поставить точку в споре между сторонниками волновой теории света Гюйгенса и корпускулярной теории Ньютона. Опыт довольно простой и не требует специального оборудования: нужны лишь источник света (желательно узконаправленный, чтобы лучи были когерентны), экран с двумя расположенными близко друг к другу узкими щелями (их ширина должна соответствовать длине волны излучения) и фотопластинка. Помещаем всё это в темноту, ставим экран между лампой и фотопластинкой и включаем свет. На фотопластинке появляется дифракционная картина – чередующиеся светлые и тёмные полоски разной ширины. Это доказывает волновую природу света. Волны проходят одновременно через две щели и накладываться друг на друга — интерферируют. Там, где они приходят в одной фазе, образуются гребни, а там, где в противофазе – впадины. Если закрыть одну щель, интерференция прекращается, и остаётся один гребень на половине фотопластинки. Если бы свет состоял из частиц, вместо дифракционной картины наблюдались бы две освещённые полоски в середине пластинки. На целую сотню лет проблема была решена: свет – это волна.

rfhaizhmnr6l5rfg1anttqkdcsy

Однако в 1900 г. в попытке решить проблему «ультрафиолетовой катастрофы» немецкий физик Макс Планк предположил, что свет, как и любая энергия, распространяется конечными порциями – квантами. Затем Эйнштейн объяснил фотоэффект – ультрафиолетовое излучение выбивает электроны из атомов металлической пластинки. Такое возможно лишь при условии, что свет состоит из частиц – фотонов. Тогда учёные вернулись к опыту Юнга, но на этот раз сделали луч света дискретным – настолько тусклым, что можно было регистрировать отдельные фотоны. В 1909 г. они получили следующий результат: каждая вспышка оставляет на фотопластинке единичный след, и его расположение на первый взгляд случайно. А когда вспышек произведено много, на пластинке проступает уже знакомая нам дифракционная картина с гребнями и впадинами. Получается, что квант света (фотон) интерферирует сам с собой, проходя сразу через две щели. В 1924 г. Луи де Бройль сформулировал теорию корпускулярно-волнового дуализма: свет – это одновременно и волна, и частица. Два в одном или ни то, ни другое.

Корпускулярно-волновой дуализм

Впрочем, настоящие чудеса были ещё впереди. Чтобы понять, чем всё-таки является фотон, было предложено установить перед каждой из щелей детектор. Здесь необходимо прояснить, что значит «наблюдать» за элементарной частицей. Многие нью-эйджеры понимают это слово буквально, даже не зная, что субатомные частицы нельзя увидеть невооружённым взглядом или снять на оптическую камеру. Более грамотные квантовые мистики знают, что мы видим не сами объекты, а отражённый от них свет, и обнаружить местоположение фотона можно только с помощью другого фотона. Причём длина волны фотона-детектора не должна превышать длину волны наблюдаемого фотона. А чем меньше у частицы длина волны – тем выше её частота и тем больше энергия. Низкочастотные фотоны просто пройдут друг сквозь друга. Чтобы они рассеялись при столкновении, это должны быть высокочастотные гамма-фотоны, способные выбивать электроны из атомов. Регистрировать фотоны таким способом – всё равно, что проводить воздушную разведку методом ковровой бомбардировки. Совсем другое дело – наблюдать за электроном, который имеет массу покоя и может сам испускать фотоны, теряя энергию.

Двухщелевой эксперимент 1961 г. с электронами

Итак, в 1923 г. Луи де Бройль предположил, что электрон может обладать волновыми
свойствами, в 1927 г. Клинтон Джозеф Дэвиссон и Джордж Паджет Томсон открыли дифракцию электронов и в 1937 г. получили за это Нобелевскую премию, в 1961 г. двухщелевой эксперимент был осуществлён с пучком электронов, а в 1974 г. – с единичными электронами. Результаты подтвердили предсказания теоретиков: при отсутствии детектора электрон ведёт себя так же, как и фотон, то есть проходит через обе щели. Но при наличии детектора происходит нечто странное. Прибор регистрирует прохождение электрона через одну щель, и на экране вместо дифракционной картины остаются две полоски точечных следов. В таком случае можно в точности определить траекторию движения каждой частицы, оставившей след на экране. Отсюда можно сделать вывод: в условиях наблюдения электрон переходит из состояния размазанной в пространстве волны в состояние локализованной в конкретном месте частицы. В копенгагенской интерпретации это называется «коллапс волновой функции».

Коллапс волновой функции

Итак, учёные пришли к выводу, что невозможно установить, через какую щель проходит частица, то есть измерить её состояние, не разрушив интерференционной картины. В этом и заключается эффект наблюдателя: наблюдение явления неизбежно изменяет его.

Эффект наблюдателя

Кто-то обязательно спросит: к чему столько подробностей? Фотон и электрон – субатомные частицы, которые даже в микроскоп не видно. Какое нам до них дело? А дело в том, что квантовые эффекты также распространяются на атомы и молекулы. А это уже вполне осязаемая материя, из которой состоим мы сами и всё, что нас окружает. Но для введения молекул в состояние суперпозиции нужен чистый вакуум, иначе они сразу же запутываются с молекулами воздуха. В 1996 г. Нобелевская премия по химии была присуждена за проведение двухщелевого эксперимента с молекулами фуллерена, состоящими из 70-ти атомов углерода. Оказалось, что даже такие громоздкие структуры могут проходить через две щели и интерферировать. А при наблюдении они ведут себя как классические объекты, выбирая только одну щель. В наши дни аналогичные результаты получают уже с тысячами атомов. В 2019 г. Маркусу Арндту из Венского университета удалось добиться дифракции молекул массой более 25000 а.е.м., каждая из которых состояла из 2000 атомов. Через две щели могут проходить органические молекулы, и, возможно, даже вирусы.

Значит, реальность всё-таки зависит от наблюдателя?

На этот вопрос современная наука даёт короткий и недвусмысленный ответ: нет, не зависит. В 2004 г. Антон Цайлингер усложнил двухщелевой эксперимент, измеряя частицы фуллерена косвенно, без непосредственного контакта – с помощью температурных датчиков, которые улавливали исходящее от разогретых молекул тепловое излучение. Чем выше была температура молекул, тем более классическое поведение они демонстрировали. «Холодные» молекулы создавали на экране интерференционную картину, а «горячие» — две полоски. Величина квантовых эффектов была обратно пропорциональна интенсивности взаимодействия объекта с окружающей средой, которая по сути играла роль детектора. Наличие или отсутствие наблюдателя не имело никакого значения. В принципе это понятно и в простом опыте Юнга, ведь с частицей взаимодействует не наблюдатель, а измерительный прибор. Но квантовые мистики то ли намеренно, то ли по незнанию умалчивают сей факт, предпочитая верить в силу мысли и способность наблюдателя влиять на исход эксперимента.

Эксперимент Цайлингера с фуллеренами

Для убедительности приведём цитаты основателей квантовой механики и некоторых современных физиков:

«Конечно, введение наблюдателя не должно быть истолковано неправильно как означающее, что в описание природы должны быть внесены некие субъективные черты. Наблюдатель имеет, скорее, только функцию регистрации решений, т. е. процессов в пространстве и времени, и не имеет значения, является ли наблюдатель аппаратом или человеком; но регистрация, т. е. переход от «возможного» к «действительному», здесь совершенно необходима и не может быть исключена из толкования квантовой теории» (Вернер Гейзенберг)

«Вся недвусмысленная информация об атомных объектах получается из постоянных следов, таких как пятно на фотопластинке, вызванное ударом электрона, оставленного на телах, которые определяют условия эксперимента. Далекие от какой-либо особой сложности, необратимые эффекты усиления, на которых основывается регистрация присутствия атомных объектов, скорее напоминают нам о существенной необратимости, присущей самой концепции наблюдения. Описание атомных явлений носит в этом отношении совершенно объективный характер в том смысле, что не делается явной ссылки на какого-либо отдельного наблюдателя и, следовательно, при надлежащем учете релятивистских требований в передаче информации отсутствует двусмысленность» (Нильс Бор)

«[«наблюдатели» в квантовой физике] подобны вездесущим «наблюдателям», посылающим и принимающим световые сигналы в специальной теории относительности. Очевидно, что эта терминология не подразумевает фактического присутствия людей. Эти вымышленные физики могут также быть неодушевленными автоматами, которые могут выполнять все необходимые задачи, если они соответствующим образом запрограммированы». (Ашер Перес)

«Не понимаю, почему так называемая редукция волновой функции как-то связана с сознанием наблюдателя. Например, в известном дифракционном опыте электрон проходит через щели и затем на экране (фотопластинке) появляется «точка», т.е. становится известно, куда попал электрон… Разумеется точки на экране наблюдатель увидит и на следующий день после осуществления опыта, и при чем здесь какая-то особая роль его сознания, мне непонятно» (из предисловия В.Л. Гинзбурга к статье М.Б. Менского «Концепция сознания в контексте квантовой механики»)

Аналогичного мнения о квантово-мистическом толковании эффекта наблюдателя придерживается и Шон Кэрролл:

«Ничто из того, что известно нам о физике, не свидетельствует об истинности таких воззрений. Хотя квантовая механика и таинственна, это всё-таки — во всех предложенных формулировках — обычная физическая теория, подчиняющаяся объективным законам, которые выражаются в виде уравнений. В частности, даже в тех интерпретациях, где волновая функция действительно коллапсирует в случае наблюдения за системой, сам наблюдатель никак не влияет на конечный результат измерения. Результат просто подчиняется правилу — правилу Борна, описывающему квантовые вероятности, согласно которому вероятность каждого результата равна квадрату значения волновой функции. Ничего потустороннего, ничего личного, ничего сугубо человеческого. Просто физика»

«Версия о том, что сознание играет какую-либо роль в понимании квантовой механики, в настоящее время утратила практически всю поддержку, которой некогда пользовалась. Сейчас мы понимаем квантовую механику гораздо лучше, чем её основатели; у нас есть очень конкретные и количественно выверенные теории, позволяющие достоверно объяснить, что именно происходит в процессе измерения; при этом совершенно нет необходимости апеллировать к сознанию»

Вообще понятие наблюдателя вошло в обиход квантовой механики по ошибке, из-за того, что процесс регистрации частиц назвали «наблюдением» (observation). Если же заменить это слово «измерением» (measurement), ситуация сразу проясняется. Коллапс волновой функции происходит не от наблюдения за частицей, а от её взаимодействия с детектором, экраном или окружающей средой. Поэтому и важно, чтобы эксперимент с атомами и молекулами проводился в вакууме. Пока фотон, электрон, атом или молекула ни с чем не взаимодействуют, то есть являются изолированными системами, они находятся в состоянии суперпозиции, и им ничто не мешает проходить через две щели. Но как только частица провзаимодействовала с детектором или другим макроскопическим объектом, она переходит в смешанное состояние и ведёт себя как классический объект.

Здесь следует отметить, что «измерение» — это не обязательно физический контакт. В первую очередь оно предполагает обмен информацией. Вот что пишет об этом в своей статье Антон Цайлингер: «Опыт свидетельствует о том, что когерентная квантовая суперпозиция разрушается не из-за неконтролируемого возмущающего воздействия макроскопического прибора на микроскопический объект, как утверждается многими авторами, а благодаря информационному обмену между подсистемами». Например, когда детектор стоит только на одной щели, а частица проходит через другую, они физически не контактируют, но детектор всё же получает информацию о местоположении частицы, поэтому суперпозиция разрушается.

Особо продвинутые квантовые мистики приводят в качестве аргумента в пользу эффекта наблюдателя ещё один эксперимент – квантовый ластик, также известный как квантовое стирание. Есть много схем проведения этого опыта, но все они сводятся к тому, что вы можете стереть информацию о траектории частицы после её измерения детектором, и тогда дифракционная картина якобы восстанавливается. Действительно, что будет, если вы примете решение, наблюдать за частицей или нет, уже после того, как она оставит свой след на экране? Тут не обойтись без квантовой запутанности, которая и сама по себе является парадоксом. Мы рассмотрим самую сложную версию квантового ластика – двухщелевой эксперимент Уилера с отложенным выбором, осуществляющий квантовое стирание при помощи интерферометра Маха-Цендера. Это комбинация двух опытов: обычного квантового ластика и эксперимента Уилера с отложенным выбором. Двухщелевой эксперимент Уилера с отложенным выбором был впервые осуществлён в 1999 г. Юн-Хо Кимом и его коллегами по следующей схеме.

Квантовый ластик с отложенным выбором

Источником света, как всегда, является лазер. Следом за экраном с двумя щелями ставится нелинейный кристалл, превращающий один фотон в два запутанных. Он направляет первый запутанный фотон к детектору D0 (фотопластинке), а второй – к призме (PS), рассеивающей луч на полупрозрачные зеркала (BS). Далее второй фотон либо отражается от этих зеркал и с 25-процентной вероятностью попадают на детекторы D3 или D4 (каждый из них принимает луч от своей щели), либо проходят сквозь, сталкиваются с ещё одним полупрозрачным зеркалом и с 12.5-процентной вероятностью направляются или к детектору D1, или к детектору D2. В конце опыта информация со всех детекторов приходит на счётчик совпадений. Суть эксперимента в том, что при попадании второго фотона на детекторы D3 или D4 мы узнаём, через какую щель он прошёл, а при попадании на детекторы D1 или D2 происходит квантовое стирание (неизвестно, от какой щели прилетел зарегистрированный фотон). В любом случае первый фотон достигает детектора D0 раньше, но что мы увидим на этом детекторе – две полоски или интерференционную картину – вроде бы зависит от того, как поведёт себя второй фотон в будущем.

По мнению сторонников квантового мистицизма, этот эксперимент доказывает не только влияние наблюдателя на поведение частиц, но и возможность нарушения причинно-следственных связей. Действительно, на первый взгляд событие в будущем (какой из четырёх детекторов выберет второй фотон) становится причиной события в прошлом (через какую из щелей прошёл исходный фотон). Или же регистрация второго фотона на одном из четырёх детекторов приводит к мгновенному стиранию и переписыванию изображения на фотопластинке D0, оставленного первым фотоном, что нарушает запрет на передачу информации быстрее скорости света. Так значит, учёные открыли ретропричинность и научились путешествовать во времени?

В действительности всё не так, как кажется. Дьявол, как обычно, кроется в деталях. Сначала первый фотон абсолютно случайно попадает в какую-то точку на детекторе D0. В этот момент происходит коллапс волновой функции или декогеренция (кому как больше нравится), то есть запутанность между фотонами разрушается. А дальше всё зависит от расположения точки. Если она ближе к максимуму дифракционной картины, значит, скорее всего, фотон прошёл через две щели. В связи с этим вероятности поведения второго фотона перераспределяются: теперь у него больше шансов попасть на детекторы D1 или D2. Если же точка оказалась ближе к минимуму, то, вероятно, исходный фотон прошёл через одну щель. Тогда второй фотон с большей вероятностью будет зарегистрирован детекторами D3 или D4. Вот и вся разгадка. Очень похоже, кстати, на байесовское уточнение вероятностей. Никаких нарушений причинности и никакого воздействия со стороны наблюдателя нет. Более того, если по совместить графики на детекторе D0, соответствующие срабатыванию детекторов D1 и D2, то окажется, что точки на них не совпадают. Интерференционная картина появляется на D0 только тогда, когда мы рассматриваем детекторы D1 и D2 по отдельности, а при совмещении они дадут классическое нормальное распределение. Что же произойдёт, если убрать счётчик совпадений? На детекторе D0 мы снова увидим усреднённую картину без интерференции, а вероятность попадания второй частицы на детекторы D1, D2, D3 и D4 будет составлять по 25%.

На этом физические аргументы квантовых мистиков заканчиваются, и они прибегают к философствованию. Одни ссылаются на многомировую интерпретацию квантовой механики, заявляя, что при квантовом измерении Вселенная расщепляется на две «ветви», а наблюдатель якобы может выбрать, в какой «ветви» оказаться. Другие цепляются за неопределённость момента, когда именно происходит коллапс волновой функции в копенгагенской интерпретации. И те, и другие допускают возможность пребывания макроскопических объектов вроде кота Шрёдингера в квантовой суперпозиции, что на практике невозможно. По их логике, Луна действительно не существует или каким-то образом «размазана» в пространстве, когда мы на неё не смотрим. Тогда и в описанных выше экспериментах измерение происходит не в момент взаимодействия частицы с детектором, а в момент взаимодействия наблюдателя с детектором или компьютером, который показывает, через какую щель прошла частица. Если же эксперимент проводится в отсутствие наблюдателя, все эти приборы находятся в квантовой суперпозиции разных состояний, пока наблюдатель на них не посмотрит. Но, поскольку в мире нет полностью изолированных систем, наблюдателю придётся признать, что вся Вселенная, включая других людей, находится в квантовой суперпозиции, пока он спит. Против такого подхода физика уже бессильна – это будет чистый солипсизм, или философия, согласно которой весь мир существует лишь в сознании наблюдателя. О солипсизме у меня будет отдельная статья, а пока достаточно сказать, что для его защиты не подойдут ни квантово-механические, ни вообще какие-либо рациональные аргументы.

Квантовый мистик

Из всего вышеизложенного можно сделать простой вывод. Эффект наблюдателя, каким его преподносят квантовые мистики – чистой воды профанация, проистекающая из недопонимания основополагающих законов квантовой механики. Времена, когда учёные всерьёз рассматривали возможность влияния наблюдателя на ход эксперимента, давно прошли. Сейчас упоминания о таком эффекте уже не найти ни в одной научной статье, разве что в историческом контексте. Также в научных кругах не принято говорить о коте Шрёдингера, парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена, голографической Вселенной и т.д. Что не так с этими идеями, мы рассмотрим в следующих статьях. Также я покажу, что на самом деле не сознание влияет на поведение квантовых частиц, а наоборот, отдельные частицы при определённых условиях могут определять состояние сознания.

P.S. Больше о квантовом мистицизме и о порождённых им мифах вы можете узнать на моём YouTube-канале «Универсальный объяснитель»:

UPD: Видео по данной статье

RU2657361C2 — Считывание показаний измерительных приборов — Google Patents

Publication number RU2657361C2 RU2657361C2 RU2013157303A RU2013157303A RU2657361C2 RU 2657361 C2 RU2657361 C2 RU 2657361C2 RU 2013157303 A RU2013157303 A RU 2013157303A RU 2013157303 A RU2013157303 A RU 2013157303A RU 2657361 C2 RU2657361 C2 RU 2657361C2 Authority RU Russia Prior art keywords machine indicator display codes reading Prior art date 2011-06-06 Application number RU2013157303A Other languages English ( en ) Other versions RU2013157303A ( ru Inventor Десмонд Лоренс СЕКОЛА Original Assignee Десмонд Лоренс СЕКОЛА Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.) 2011-06-06 Filing date 2012-06-06 Publication date 2018-06-13 2012-06-06 Application filed by Десмонд Лоренс СЕКОЛА filed Critical Десмонд Лоренс СЕКОЛА 2015-07-20 Publication of RU2013157303A publication Critical patent/RU2013157303A/ru 2018-06-13 Application granted granted Critical 2018-06-13 Publication of RU2657361C2 publication Critical patent/RU2657361C2/ru

Images

Classifications

G — PHYSICS
G06 — COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
G06F — ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
G06F16/00 — Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor

G — PHYSICS
G01 — MEASURING; TESTING
G01D — MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
G01D4/00 — Tariff metering apparatus
G01D4/002 — Remote reading of utility meters

Y — GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
Y02 — TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
Y02B — CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
Y02B90/00 — Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Y02B90/20 — Smart grids as enabling technology in buildings sector

Y — GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
Y04 — INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
Y04S — SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
Y04S20/00 — Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
Y04S20/30 — Smart metering, e.g. specially adapted for remote reading

Abstract

Предложенная группа изобретений относится к средствам для считывания показаний механических индикаторов измерительных приборов. Заявлен способ электронного считывания показаний индикатора, содержащего механически подвижные элементы индикации, предоставляющие или отображающие машиночитаемые коды, при этом способ, который включает: прием данных считывания из оптического считывающего устройства, которое содержит линейный блок фотодатчиков, расположенных или выровненных относительно элементов индикации индикатора, причем данные считывания содержат электрический сигнал, или связанную с ним информацию, связанный с машиночитаемыми кодами, считанными считывающим устройством, при этом машиночитаемые коды предоставлены или отображены всеми или большей частью элементов индикации индикатора и при этом машиночитаемые коды представляют собой небуквенно-числовые машиночитаемые коды, которые соответствуют числовым или буквенно-числовым значениям или символам, которые связаны с элементами индикации или отображены элементами индикации дополнительно с машиночитаемыми кодами; и обработку принятых данных считывания для получения каждого символа, связанного с машиночитаемым кодом, предоставленным или отображенным каждым элементом индикации, и объединение полученных символов в порядке, соответствующем позициям соответствующих подвижных элементов индикации индикатора, для получения показаний или строки символов, отображенных или связанных с показаниями индикатора, и получение значения связанного с объединенными полученными символами в порядке, соответствующем позициям соответствующих подвижных элементов индикации индикатора. Также реализован второй вариант данного способа и соответствующая система считывания показаний. Предложенная группа изобретений позволяет считывать показания линейкой из фотодатчиков независимо с каждого отдельного элемента индикации. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу и системе считывания показаний механических индикаторов, в частности индикаторов измерительных приборов, а также к измерительной системе и к измерительному прибору.

Традиционные механические или в некоторых случаях электромеханические измерительные приборы (счетчики), например, одометры или счетчики пройденного расстояния в транспортных средствах и счетчики потребляемых ресурсов, например, расходомеры для воды и электрические счетчики, часто снабжены механическими индикаторами, показания которых должен считывать человек. Эти механические индикаторы обычно содержат соединенные между собой поворачивающиеся ролики, на которые имеются цифры или буквенно-цифровые обозначения, соответствующие количеству использованного ресурса (воды, электричества). Снятие показаний счетчиков требует затрат времени, что нежелательно, и начисление оплаты за использованные ресурсы, сделанное на основе снятых показаний или измерениям может быть ненадежным. Были предложены автоматизированные системы измерений и учета, однако они обычно дороги и сложны, и имеют существенные ограничения по использованию.

Пример такой автоматизированной системы описан в документе US 7349588. Однако это решение включает использование камер и технологии оптического распознавания образов. Основной недостаток такой системы заключается в сложности аппаратных средств и программного обеспечения, связанных с решением задачи распознавания образов, и в невысокой точности в некоторых ситуациях, например, когда на ролике счетчика видна часть одной цифры и часть другой цифры (положение перехода от одной цифры к другой). Целью настоящего изобретения является устранение недостатков и проблем известных технических решений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предлагается способ электронного считывания показаний индикатора, содержащего один или несколько механических подвижных элементов индикации, на которых имеется один или несколько машиночитаемых кодов, причем способ включает:

прием данных считывания из оптического считывающего устройства, причем данные считывания содержат по меньшей мере один электрический сигнал, или связанную с ним информацию, связанный по меньшей мере с одним машиночитаемым кодом, считанным оптическим считывающим устройством; и

обработку принятых данных считывания для получения показания или строки символов, отображаемых на индикаторе, или связанных с информацией, отображаемой на индикаторе.

Способ может включать:

прием данных считывания, связанных с машиночитаемыми кодами, отображаемыми всеми или большей частью элементов индикации индикатора;

обработку принятых данных считывания для получения символов, связанных с машиночитаемыми кодами, отображаемыми всеми или большей частью элементов индикации индикатора.

Способ может также включать:

получение из принятых данных считывания каждого знака, связанного с машиночитаемым кодом, отображаемым на каждом элементе индикации; и

получение показания индикатора или строки символов, связанных с машиночитаемыми кодами, отображаемыми элементами индикации, путем объединения полученных символов в порядке соответствующем позициям соответствующих элементов индикации индикатора.

Способ может включать вывод полученного показания или строки символов путем одной или нескольких передач этой информации на удаленный пункт и управление электронными средствами отображения для отображения этой информации.

Способ может включать декодирование данных считывания в соответствии со схемой или алгоритмом декодирования для получения символов, связанных с данными считывания.

Индикатор может быть связан со счетчиком, так что элементы отображения представляют собой ролики, которые могут поворачиваться для индикации машиночитаемых кодов, соответствующих численным или буквенно-цифровым значениям или символам.

Способ может включать:

обеспечение машиночитаемого код в каждой зоне на поверхности индикации каждого ролика индикатора, причем машиночитаемые коды выбирают из группы, содержащей штрихкоды, цветовые машиночитаемые коды, QR-коды (двухмерные штрихкоды), коды геометрических фигур, зоны отображения оттенков черного, зоны отображения оттенков белого и коды толщины, которые могут считываться машиной, и

дополнительно обеспечение (необязательная стадия) соответствующего символа или числа на каждой зоне индикации возле машиночитаемого кода.

Способ может включать обеспечение проверочного машиночитаемого кода по меньшей мере на части по меньшей мере одной зоны индикации одного или нескольких роликов, причем проверочный машиночитаемый код выбирают из группы, содержащей штрихкоды, цветовые машиночитаемые коды, QR-коды (двухмерные штрихкоды), коды геометрических фигур, зоны отображения оттенков черного, зоны отображения оттенков белого и коды толщины, которые могут считываться машиной.

Способ может включать:

прием проверочных данных из оптического считывающего устройства, причем проверочные данные содержат по меньшей мере один электрический сигнал, или связанную с ним информацию, связанный по меньшей мере с одним проверочным машиночитаемым кодом, считанным оптическим считывающим устройством; и

обработку принятых проверочных данных для: определения нахождения ролика с меньшим значащим разрядом в положении перехода к показу следующей зоны индикации;

если определено, что ролик с меньшим значащим разрядом находится в положении перехода к показу следующей зоны индикации, то определение того, что этот переход приведет к переходу соседнего ролика с более значащим разрядом;

если определено, что переход приведет к переходу соседнего ролика с более значащим разрядом, то увеличение на единицу численного значения, полученного из машиночитаемого кода, индицируемого этим роликом с более значащим разрядом, или назначение следующего численного значения, которое должно индицироваться этим роликом с более значащим разрядом; и

повторение, где это применимо, стадий обработки для всех роликов индикатора.

Будет понятно, что стадии обработки можно повторить лишь для роликов, для которых это применимо, то есть, когда ролики находятся в положении перехода. Для ролика с наибольшим значащим разрядом обработка будет осуществляться лишь до стадии определения нахождения этого ролика в положении перехода и соответствующей обработки, поскольку слева от этого ролика не будет ролика с более значащим разрядом.

Если определено что ролик с меньшим значащим разрядом находится в положении перехода к показу следующей зоны индикации, то увеличивают на единицу численное значение, полученное из машиночитаемого кода, индицируемого этим роликом с меньшим значащим разрядом, или назначение следующего численного значения, которое должно индицироваться этим роликом с меньшим значащим разрядом.

Способ может включать:
определение начального численного показания счетчика;
обеспечение программного счетчика для получения значения программного счетчика;

прием данных считывания, связанных с машиночитаемым кодом, обеспечиваемым по меньшей мере в одной зоне индикации последнего ролика или ролика с наименее значащим разрядом, при каждом повороте ролика;

увеличение на единицу программного счетчика и, соответственно, его показания для каждой операции получения данных считывания из зоны индикации; и

определение текущего показания счетчика путем определения текущего значения программного счетчика.

В настоящем изобретении предлагается также система электронного считывания показаний индикатора, содержащего один или несколько механических подвижных элементов индикации, на которых имеется один или несколько машиночитаемых кодов, причем система включает:

оптическое считывающее устройство, сконфигурированное для считывания машиночитаемого кода, отображаемого по меньшей мере одним элементом индикации; и

средство обработки информации, соединенное с оптическим считывающим устройством с возможностью обмена с ним информацией, причем средство обработки информации содержит:

приемный модуль, сконфигурированный для приема из оптического считывающего устройства данных считывания, которые содержат по меньшей мере электрические сигналы, или связанную с ними информацию, связанные по меньшей мере с одним машиночитаемым кодом, считанным оптическим считывающим устройством; и

модуль получения показаний, сконфигурированный для обработки принятых данных считывания для получения показания или строки символов, отображаемых машиночитаемыми кодами, отображаемыми на индикаторе, или связанных с этими кодами.

Оптическое считывающее устройство может быть сконфигурировано для считывания машиночитаемых кодов, отображаемых всеми или большей частью элементов индикации, и модуль получения показаний индикатора сконфигурирован для получения показания или строки символов, отображаемых машиночитаемыми кодами, или связанных с этими кодами, индицируемыми всеми или большей частью элементов индикации.

Модуль получения показаний индикатора может быть сконфигурирован для:

получения из принятых данных считывания каждого знака, связанного с машиночитаемым кодом, отображаемым каждым элементом индикации; и

получения показания или строки символов, связанных с машиночитаемыми кодами, отображаемыми большей частью элементов индикации, путем объединения полученных символов в порядке соответствующем позициям соответствующих элементов индикации индикатора.

Система считывания может содержать средства вывода информации, которые могут работать в автоматическом режиме или в режиме ручного управления, содержащие один или несколько коммуникационных модулей, сконфигурированных для передачи полученного показания или строки символов в удаленный пункт, электронные средства отображения информации, сконфигурированные для отображения полученного показания или строки символов, и акустические устройства для звукового вывода полученного показания или строки символов. Индикатор может быть связан со счетчиком, так что элементы индикации представляют собой ролики, которые могут поворачиваться для отображения машиночитаемых кодов, соответствующих численным или буквенно-цифровым значениям или символам.

Система считывания или по меньшей мере ее компоненты могут быть помещены в портативный кожух, который можно переносить или который содержит средства крепления для его оперативного прикрепления к счетчику, так чтобы оптическое считывающее устройство было расположено по существу поперек индикатора счетчика.

В одном из вариантов устройство обработки данных может также содержать:

модуль приема проверочных данных, сконфигурированный для приема из оптического считывающего устройства проверочных данных, которые содержат по меньшей мере один электрический сигнал, или связанную с ним информацию, связанный по меньшей мере с одним проверочным машиночитаемым кодом, считанным оптическим считывающим устройством из зоны индикации, показанной по меньшей мере одним роликом индикатора; и

модуль определения перехода, сконфигурированный для выполнения следующих действий:

определение нахождения ролика с меньшим значащим разрядом в положении перехода к показу следующей зоны индикации;

если определено, что указанный переход приведет к переходу соседнего ролика с более значащим разрядом, то управление модулем получения показаний для увеличения на единицу численного значения, полученного из машиночитаемого кода, индицируемого этим роликом с более значащим разрядом, или назначение следующего численного значения, которое должно отображаться этим роликом с более значащим разрядом; и

повторение, где это применимо, стадий обработки для всех роликов индикации индикатора.

Следует понимать, что система считывания может работать в непрерывном режиме и/или в режиме ручного управления, причем в непрерывном режиме работы система считывания обеспечивает непрерывное получение показаний или строк символов и дополнительно автоматическую работу средств вывода информации, и в режиме ручного управления система считывания обеспечивает получение показаний или строк символов по запросу.

В настоящем изобретении также предлагается система считывания показаний счетчика, содержащая:

счетчик с индикатором, содержащим поворачивающиеся ролики с машиночитаемыми кодами, соответствующими численным или буквенно-цифровым значениям или символам; и

оптическое считывающее устройство, расположенное относительно индикатора таким образом, чтобы считывать машиночитаемые коды.

В настоящем изобретении также предлагается система учета потребляемого ресурса, содержащая:

удаленный приемный модуль, сконфигурированный для приема, периодически или по разовым запросам, полученных показаний счетчиков или строк символов от множества вышеописанных систем считывания, расположенных возле счетчиков, осуществляющих измерение потребления ресурса;

базу данных для хранения по меньшей мере принятых показаний счетчиков или строк символов; и

модуль связывания, сконфигурированный для связывания в базе данных принятых показаний или строк символов с соответствующими счетчиками.

Система может содержать модуль выставления счетов, сконфигурированный для использования показаний, связанных с определенным счетчиком или с соответствующей системой считывания показаний, в соответствии по меньшей мере с одной системой тарифов для определения платы за потребление измеренного ресурса.

В настоящем изобретении предлагается также счетчик для измерения ресурса, содержащий индикатор, соединенный с подходящими измерительными компонентами, причем индикатор содержит один или несколько механических подвижных элементов индикации, снабженных зонами индикации, на которых имеются машиночитаемые коды, соответствующие численным значениям или символам.

Следует понимать, что механические подвижные элементы индикации могут содержать плоские поверхности для облегчения считывания с них машиночитаемых кодов оптическим считывающим устройством. Механические подвижные элементы индикации представляют собой поворачивающиеся ролики, на которых имеются машиночитаемые коды.

Машиночитаемый код может быть выбран из группы, содержащей штрихкоды, цветовые машиночитаемые коды, QR-коды (двухмерные штрихкоды), коды геометрических фигур, зоны отображения оттенков черного, зоны отображения оттенков белого и коды толщины, которые могут считываться машиной.

В настоящем изобретении также предлагается способ считывания показаний счетчика или другого средства индикации символов, который включает средство захвата изображений и средство анализа закодированных данных.

Также может обеспечиваться средство передачи закодированных данных на приемную станцию, средство декодирования данных и средство обработки и/или записи и/или иного использования декодированных данных. Декодированные данные могут быть преобразованы в формат ASCII.

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает использование кодирующего средства в форме машиночитаемого кода, например, штрихкода.

В этом случае будет обеспечиваться считывание и распознавание частично скрытых символов, например, соседних цифр в процессе перехода, в электрических счетчиках и счетчиках расхода воды.

Закодированные данные могут быть просканированы с использованием технологии линейного сканирования, например, технологии, которая используется для сканирования штрихкодов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 — блок-схема системы считывания показаний измерительного прибора в соответствии одним из вариантов осуществления изобретения;

фигура 2 — вид циферблата измерительного прибора в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

фигура 3 — вид циферблата известного измерительного прибора;
фигура 4 — вид машиночитаемого кода в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
фигура 5 — часть индикатора измерительного прибора, соответствующего фигуре 2;

Фигура 6 — блок-схема измерительной системы в соответствии одним из вариантов осуществления изобретения;

фигура 7 — блок-схема высокого уровня способа считывания показаний измерительного прибора в соответствии одним из вариантов осуществления изобретения;

фигура 8 — блок-схема низкого уровня способа считывания показаний измерительного прибора в соответствии одним из вариантов осуществления изобретения;

фигура 9 — блок-схема высокого уровня способа считывания показаний измерительного прибора в соответствии одним из вариантов осуществления изобретения;

фигура 10 — блок-схема низкого уровня способа считывания показаний измерительного прибора в соответствии одним из вариантов осуществления изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В нижеприведенном описании для наглядности указаны различные конкретные детали, которые должны обеспечивать полное понимание одного из вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако специалисту в данной области техники будет ясно, что изобретение может быть осуществлено и без некоторых таких конкретных деталей.

На фигурах 1-5 представлена система 8 считывания показаний измерительного прибора (счетчика) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Система 8 содержит счетчик 12 и систему 10 считывания, которая сконфигурирована для считывания показаний счетчика 12. Счетчик 12 (фигура 2) содержит индикатор 14 механического действия, содержащий механические подвижные элементы 16, обеспечивающие отображение измеренной величины. Счетчик 12 обычно представляет собой устройство измерения потребляемых ресурсов, таких как вода или электричество. Хотя настоящее изобретение может быть применено к другим измерительным и иным устройствам, содержащим механические индикаторы, в нижеприведенном описании изобретение раскрывается на примере индикатора 14 расходомера 12 для воды.

Как известно, индикаторы традиционных счетчиков обычно содержат механические подвижные элементы, представляющие собой ролики, которые могут поворачиваться для показа цифр от 0 до 9 в зонах индикации поверхностей индикации роликов. Ролики счетного механизма расположены рядом друг с другом, так что ролики с более значащими разрядами находятся левее менее значащих роликов, если смотреть на циферблат индикатора счетчика спереди. Последний ролик справа механического индикатора обычно представляет самый младший разряд отображаемого числа. Иначе говоря, ролики расположены от наименее значащего разряда к наиболее значащему разряду в направлении стрелки 13. Ролики соединены с соответствующей измерительной системой и с зубчатым механизмом, так что они поворачиваются для отображения измеренного накопленного количества воды, использованной в квартире, в жилом доме, на заводе и т.п.

Как уже указывалось, проблема традиционных счетчиков заключается в том, что в них осуществляется индикация, рассчитанная на человека, и поэтому показания должны сниматься оператором, например, для начисления платежей за потребленный ресурс. В некоторых случаях надежность снимаемых показаний может быть невысокой. В некоторых городских хозяйствах считывание показаний счетчиков осуществляется нечасто, например, каждый квартал, и помесячный расчет платежей осуществляется по среднему потреблению. В этом случае ошибка первого считывания будет усугубляться. Используемые электронные системы получения показаний счетчиков часто дороги и сложны. Современные счетчики с электронными индикаторами и измерительными системами часто дороги, и часто замена традиционных счетчиков воды, имеющих механические индикаторы, электронными счетчиками представляет собой затратный и трудоемкий процесс. В этой связи целью настоящего изобретения является решение указанных проблем и обеспечение снятия показаний счетчиков способом, который отличается от традиционного.

Счетчик 12 имеет конструкцию, аналогичную конструкции вышеописанного традиционного счетчика воды. Однако счетчик 12 существенно отличается тем, что зоны 16 индикации каждого ролика 18 счетного механизма имеют машиночитаемый код 20, соответствующий цифрам или числовым обозначениям, обычно используемым на традиционных роликах 18. В некоторых иллюстративных вариантах машиночитаемый код 20 расположен по центру зон 16 индикации с соответствующими цифрами, расположенными в углах зоны, как показано на фигуре 2, для обеспечения возможности считывания показаний человеком. Машиночитаемые коды 20 могут быть кодами, непонятными человеку, и могут считываться аппаратными средствами, как это будет описано ниже. Для этой цели машиночитаемый код 20 может быть выбран из группы, содержащей штрихкоды, цветовые машиночитаемые коды, QR-коды (двухмерные штрихкоды), коды геометрических фигур, зоны отображения оттенков черного, зоны отображения оттенков белого и коды толщины, которые могут считываться машиной.

На сегментных индикаторах могут использоваться несколько типов кодов. Могут использоваться простые линии, как это будет описано ниже в предпочтительном варианте, или линии, пространственная частота которых изменяется, в одном из экзотических вариантов. Например, могут использоваться три линии, интервал между которыми изменяется при увеличении цифрового значения. Например, для цифры «1» интервал между линиями может быть меньше, чем интервал для цифры «2», который будет меньше интервала для цифры «3» и т.д.

Могут использоваться также двухмерные коды, например, матрица из 3×3 точек, в которой положение точки в определенном месте (ряд, столбец) соответствует цифре, считываемой человеком. Например, точка в положении (1, 1) и отсутствие точек во всех других позициях соответствует цифре «1». Точка в положении (1, 3) соответствует цифре «9». В зависимости от режима работы или от информации на сегменте может быть предпочтительно использовать двухмерный оптический датчик или же сканировать определенный сегмент в несколько проходов для считывания различных пространственных частей сегмента.

Для однозначной идентификации каждого сегмента также могут использоваться коды. В начальной левой части сегмента может быть помещен определенный идентификационный код, отличающийся от центрального основного кода, относящегося к потребленному ресурсу, для указания оптическому датчику линейного положения сегмента в счетном механизме. Например, в механизме счетчика второй ролик слева от крайнего справа ролика будет иметь штриховой код, указывающий число «2». Таким образом, поскольку центральный основной код соответствует некоторой цифре, может быть получен уникальный идентификатор сегмента индикатора счетчика. Такое решение предпочтительно по следующим причинам. Линейка оптических датчиков должна быть хорошо отъюстирована для считывания элементов индикации, подлежащих декодированию. Идентификационный код может быть использован при декодировании для обнаружения рассогласования оптического датчика с сегментом индикатора. Эта функция также полезна для целей юстировки в конструкции устройства. Она может также использоваться для индикации неисправности, особенно в случае повреждения основного кода на сегменте. Аналогично, с правой стороны сегмента могут быть размещены коды для указания его окончания.

В типичном случае машиночитаемый код 20 представляет собой штрихкод, включающий четыре позиции в зоне 16 индикации, причем для формирования кода 20 могут использоваться удлиненные штрихи и пробелы между ними. Штрихи могут иметь одинаковую длину и могут находиться на одинаковых расстояниях друг от друга.

Четыре штриха или белых пробела могут быть расположены в позиции 1, позиции 2, позиции 3 и позиции 4. Индикация какого-либо числа или цифры зависит от наличия или отсутствия штриха в любой из четырех позиций. Такое кодирование иллюстрируется на фигуре 4, где значению «0» соответствует пробел, и сочетание штрихов и пробелов соответствует цифре или числу. Например, значение «1» указывается одним штрихом, находящимся в первой позиции или 2 0 =1, значение «5» записывается одним штрихом в позиции 1 и одним штрихом в позиции 3, то есть, 2 0 +2 2 =5. Пробел (позиция без штриха) указывает значение «0».

Как уже указывалось, для типичного индикатора счетчика каждая цифра, которая может восприниматься человеком, заменяется четырьмя штрихами. Например, для четырех цифр будет использоваться шестнадцать штрихов, причем группы из четырех штрихов отделены друг от друга большими промежутками.

В другом варианте вместо четырех штрихов может использоваться единственный штрих, который по-разному отражает свет в зависимости от закодированного значения. Например, интенсивность отражения для цифры «9» больше интенсивности отражения для цифры «1». Для цифры «1» штрих содержит больше печатной краски, так что толщина слоя краски определяет интенсивность отраженного света. В другом варианте может использоваться единственный штрих с постоянной толщиной для всех цифр, однако ширина каждого штриха пропорциональная кодируемому значению. Когда линейный сканер сканирует (описано ниже) ширину, он превращает ее величину в эквивалентное цифровое значение. Например, для цифры «9» вырабатывается напряжение большей величины, чем для цифры «1», и микроконтроллер преобразует эти напряжения в коды, воспринимаемые человеком.

Каждая зона 16 отображения, может также содержать проверочные машиночитаемые коды 17 (фигура 5) для обеспечения углового положения цифры или ролика 18 (переходные цифры). Последняя цифра (наименьший значащий разряд) может содержать такие проверочные коды 17 с дополнительными штрихами для указания углового положения ролика. Проблема последней цифры заключается в том, что она может быть в частично повернутом положении в зависимости от величины потребленного ресурса. Это приводит к неточностям, особенно при использовании традиционных систем распознавания образов. В настоящем изобретении справа от обычных четырех штрихов добавляются дополнительные штрихи: один дополнительный штрих в верхней трети зоны индикации цифры, два дополнительных штриха в средней части зоны и три дополнительных штриха в нижней трети зоны. Каждая группа дополнительных штрихов указывает на угловое положение зоны индикации цифры. Могут использоваться и другие способы кодирования, например, правильный или ступенчатый треугольник справа от четырех штрихов, причем горизонтальная ширина (параллельная основанию треугольника) каждого сегмента треугольника определяет угловое положение зоны индикации цифры, то есть, треугольник в верхней трети зоны имеет меньшую ширину по сравнению со средней частью зоны, и поворот зоны индикации цифры определяется шириной треугольника, определяемой линейным сканером.

Проверочные коды 17 могут иметь такой же формат, что и машиночитаемые коды 20, но расположенные в других местах зон 16 индикации информации. В одном из вариантов, показанном на фигуре 5, проверочный код 17 представляет собой треугольник в зоне отображения рядом с машиночитаемым кодом 20 (описано ниже). Проверочный код 17 может быть нанесен только на некоторых роликах 18 (наименее значащие разряды) или на всех роликах 18.

Счетчик 12 может представлять собой вставной блок, уже имеющий коды 20, который может быть встроен в существующую систему измерения расхода воды. Вместо этого или в дополнение к этому может просто заменяться счетный механизм или только ролики, соответственно, счетным механизмом или роликами с машиночитаемыми кодами 20 по настоящему изобретению. Следует отметить, что в некоторых вариантах машиночитаемые коды могут быть нанесены поверх цифр, имеющихся в зонах 16 индикации, например, путем присоединения с помощью клеящего материала или других подходящих средств. В некоторых вариантах элементы индикации могут представлять собой пленку, которая может вращаться на оси. Однако будет понятно, что элементы индикации могут иметь различные формы, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.

Система 10 считывания может содержать множество компонентов, которые могут быть помещены в один прочный водонепроницаемый кожух, прикрепляемый к счетчику 12. Хотя на фигурах это не отражено, однако будет понятно, что вышеуказанный вариант не является необходимым, поскольку некоторые элементы системы 10 считывания могут быть расположены отдельно и соединены друг с другом по проводам или с использованием средств беспроводной связи. В некоторых вариантах все или некоторые компоненты системы 10 считывания могут быть размещены в портативном кожухе, так что система 10 считывания будет представлять собой носимое устройство.

Кожух может иметь окна, защищающие от проникновения загрязняющих веществ, пыли, насекомых, воды с циферблата счетчика на источник свет и фоточувствительное устройство и любые оптические компоненты, входящие в состав системы 10 считывания, которые могут ухудшать или препятствовать попаданию света с циферблата счетчика на фотоэлементы. Кожух имеет такую конструкцию, которая обеспечивает механическое совмещение фотоэлементов с циферблатом, так чтобы каждому сегменту соответствовали соответствующие фотоэлементы и другие оптические элементы, входящие в систему 10 считывания. Кожух может иметь окна или печати, расположенные в соответствующих местах, которые позволяют обнаружить вмешательство в работу прибора.

В любом случае система 10 считывания содержит оптическое считывающее устройство 30, сконфигурированное для считывания машиночитаемых кодов 20, отображаемых по меньшей мере на одном, на всех или на большинстве роликов 18. Оптическое считывающее устройство 30 может содержать по меньшей мере один фотодатчик, обеспечивающий измерение отраженного света, и источник света, который может быть помещен относительно индикатора 14 таким образом, чтобы обеспечивалась возможность считывания машиночитаемого кода 20. Следует отметить, что машиночитаемый код 20 обычно сканируется справа налево (в направлении стрелки 21 на фигуре 2), причем фотодатчик принимает свет, излучаемый источником света и отраженный от сканируемого кода. Для каждого штриха машиночитаемого кода 20 вырабатывается напряжение в соответствии с интенсивностью отраженного света. Затем аналоговое напряжение в микроконтроллере или в средстве обработки информации (описываются ниже) преобразуется в цифровой сигнал для дальнейшей обработки.

В некоторых вариантах элементы для отражения света могут быть обеспечиваться вместе с устройством 30 или возле роликов 18 для улучшения условий получения считываемых данных. Для регулируемого изменения характеристик света, обеспечивающего эффективное управление передачей света от источника на циферблат счетчика для отражения на оптические чувствительные элементы, могут использоваться различные оптические элементы, такие как линзы, микролинзы, призмы, поляризационные элементы и т.п. В случае использования цветных штриховых кодов для различения длин волн могут также использоваться дифракционные оптические элементы. Для обеспечения максимальной эффективности могут использоваться волоконно-оптические элементы. Если источник света расположен на удалении от оптического считывающего устройства и/или от циферблата счетчика, то для передачи света от источника на циферблат может использоваться волоконно-оптический кабель.

В других вариантах устройство 30 содержит линейный фоточувствительный компонент, который содержит один или несколько фотодатчиков, расположенных в поперечном направлении (предпочтительно перпендикулярно) относительно индикатора 14 счетчика. Устройство 30 может представлять собой линейное оптическое считывающее устройство, линейный ИК-сканер, оптическую камеру или им подобные устройства, обеспечивающие считывание машиночитаемых кодов 20 с индикатора 14 счетчика. Устройство 30 может осуществлять считывание кодов по линиям А и/или В для повышения точности измерений (количество линий может быть больше двух). В другом варианте устройство может считывать коды в полосах, например, между А и В. Устройство 30 может содержать двухмерный фоточувствительный компонент.

Оптическое устройство считывания штрихкода может быть обычной линейкой датчиков, содержащей фотодиоды, или линейкой приборов с зарядовой связью, фотодатчиков, причем количество фотодиодов/фотодатчиков зависит от необходимой величины разрешения, которая, в свою очередь, зависит от расстояния между штрихами, количества сегментов, размеров сегментов и счетного механизма и от других параметров. В тех случаях, когда недостаточно внешнего освещения, может использоваться подходящий источник света, такой как линейка светодиодов. Источник света располагают и выравнивают относительно считывающего устройства и циферблата индикатора для обеспечения эффективного считывания кодов с циферблата, как это будет описано ниже.

Система 10 также содержит средство 32 обработки информации. Средство 32 обработки информации и система 10 содержат множество компонентов или модулей, соответствующих функциональным задачам, выполняемым устройством 32. Термин «модуль» в настоящем описании охватывает идентифицируемую часть кода, исполняемые машинные команды, данные или объект вычислений, обеспечивающие выполнение определенной функции, операции, процесса или процедуры. Из определения следует, что модуль необязательно должен программным модулем, а может быть реализован программными и/или аппаратными средствами. Кроме того, модули необязательно должны быть реализованы в одном устройстве, а могут быть распределены по нескольким устройствам.

Система 10 и/или средство 32 обработки может включать запоминающие устройства 34, или машиночитаемый носитель информации, например, запоминающее устройство в средстве 32, основное ЗУ и/или жесткий диск, на котором записаны команды, например, программное обеспечение для управления работой средства 32. Необходимо понимать, что средство 32 обработки информации может представлять собой один или несколько микропроцессоров, контроллеры или любые другие подходящие вычислительные устройства, ресурсы, аппаратные средства, программное обеспечение или схемы со встроенной логикой.

В частности, средство 32 обработки информации содержит приемный модуль 36 для приема из оптического считывающего устройства 30 данных считывания в форме электрических сигналов или информацию, связанную с этими данными, относящимися к кодам 20, считанным оптическим считывающим устройством 30. Полученные данные считывания могут иметь форму аналогового напряжения, которое, как уже упоминалось, может быть преобразовано модулем 36 (его АЦП) в цифровую величину для дальнейшей обработки.

Система 10 содержит также модуль 38 получения кода, предназначенный для обработки принятых данных считывания с целью получения показания счетчика или строки символов, связанных с кодами 20, отображаемыми на индикаторе 14 счетчика. При этом ролики 18 счетчика 12 поворачиваются обычным образом для индикации накопленной величины потребляемой воды. Однако при использовании изобретения, раскрытого в настоящей заявке, данные, содержащие накопленную величину, могут быть считаны в электронной форме для дальнейшей обработки.

Типичный модуль 38 сконфигурирован для получения из принятых данных считывания каждого знака, связанного с машиночитаемым кодом 20, отображаемым на каждом ролике 18 индикатора счетчика. Модуль 38 может обрабатывать машиночитаемые коды 20 всех роликов 18. Однако в других вариантах могут обрабатываться коды 20 только большей части роликов 18, например, всех роликов за исключением наименее значащего разряда на ролике 18.1 (и в некоторых вариантах также и на ролике 18.2). Еще в одном, более простом, варианте модуль 38 обрабатывает лишь код 20 наименее значащего разряда на ролике 18.1, как это будет описано ниже.

Модуль 38 может быть сконфигурирован для декодирования машиночитаемого кода 20 из данных считывания в соответствии с определенным алгоритмом декодирования или преобразования (например, в соответствии с кодами на фигуре 4) для получения соответствующей цифры. В некоторых вариантах модуль 38 сконфигурирован для использования данных считывания или декодированных данных считывания в качестве входов поисковой таблицы, содержащей соответствующие цифры или символы.

После того как модуль 38 получает цифры или символы, соответствующие машиночитаемым кодам 20, он определяет строку символов, связанную с кодами 20 путем объединения символов в порядке, соответствующем позициям соответствующих роликов 18 на индикаторе счетчика. Для этой цели данные считывания, получаемые модулем 38, могут содержать информацию, позволяющую связать определенный код 20 с соответствующим роликом 18 и, соответственно, с его позицией. В других вариантах модуль 38 имеет предварительную информацию о позициях роликов 18 и может объединять расшифрованные цифры на основе этой предварительной информации.

Расшифрованный код может быть записан в запоминающем устройстве 34, например, вместе с отметкой времени, для дальнейшей обработки.

Система 10 считывания содержит средства вывода информации, приводимые в действие вручную или автоматически. Средства вывода информации содержат коммуникационный модуль 40, предназначенный для передачи полученного показания счетчика или строки символов в удаленный пункт. Модуль 40 может содержать схемы для передачи данных по проводам, модем или модуль GSM для беспроводной передачи данных из системы 10 по коммуникационной сети. Средства вывода информации также содержат электронное устройство 42 отображения информации, которое может быть реализовано на жидкокристаллических индикаторах, светодиодах или на электронно-лучевой трубке для отображения полученного показания счетчика или строки символов. Средства вывода информации также могут содержать акустическое устройство (громкоговоритель) для звукового вывода полученного показания или строки символов (например, для лиц с нарушениями зрения).

Система 10 также способна отображать на своем LCD/LED-дисплее важные параметры, такие как, например, предыдущие показания, расход для счетчиков воды, пиковое потребление, предупредительная информация о превышении среднего потребления, системная ошибка и т.п.

В зонах с большими перепадами температуры может понадобиться дополнить систему 10 модулем регулирования температуры, содержащим датчик(и) температуры и нагревательные/охлаждающие элементы для поддержания температуры компонентов системы 10 в рабочем диапазоне.

Будет понятно, что система 10 считывания кодов может работать в режиме непрерывного считывания или в ручном режиме. При работе в режиме непрерывного считывания система 10 работает непрерывно для декодирования считанных данных и дополнительно обеспечивает автоматическую работу средств вывода информации, например, передает считанные показания через модуль 40 с определенными интервалами или непрерывно. Система 10 может также получать запрос через коммуникационный модуль 40 по проводной или беспроводной сети из удаленного передатчика на передачу считанного показания на запрашивающую станцию или в другой пункт, указанный в запросе. Аналогично, модуль 42 может быть сконфигурирован для непрерывного отображения декодированного показания счетчика.

В ручном режиме работы система 10 осуществляет электронное считывание показания счетчика только при ее включении, например, с помощью кнопки или переключателя. Система 10 может также включаться по запросу, полученному через коммуникационный модуль 40 по проводной или беспроводной сети из удаленного передатчика. Такой запрос может также содержать указание на передачу считанного показания счетчика на запрашивающую станцию или в другой удаленный пункт, указанный в запросе. Следует понимать, что при ручном включении одновременно могут включаться средства вывода информации. Работа системы 10 в ручном режиме более предпочтительна ввиду меньшего потребления энергии. Это приобретает особую важность, когда система 10 работает от автономного источника питания (батарейки), поскольку в этом случае система 10 будет работать дольше.

В одном из способов осуществления непрерывного режима работы используется счетным механизм с несколькими роликами, как на фигуре 3, за исключением того, что сегменты индикации самого правого ролика (самый младший разряд) представляют собой два разных чередующихся кода. Например, если для кодирования используется черный и белый цвет, то сегмент индикации с величиной «0» будет белым, с величиной «1» будет черным, «2» будет черным и т.д. до цифры «9». Обычно в счетчиках воды или электричества самый правый ролик (самый младший разряд) при потреблении воды или электричества вращается, а остальные ролики неподвижны. Когда самый правый ролик совершает полный оборот (10 единиц), он поворачивает соседний ролик на одну единицу.

Для преобразования двоичных кодов в число, считывающее устройство работает следующим образом. Для освещения сегментов ролика с наименее значащим разрядом используется подходящий источник света, и фотодатчик располагается таким образом, чтобы он принимал свет, отраженный от сегмента этого ролика. При вращении ролика и при переходе от черного к белому сегменту значение счетчика увеличивается на одну единицу. Этот переход обнаруживается фотодатчиком, выход которого соединен с операционным усилителем, необходимыми схемами и микроконтроллером, который записывает информацию в запоминающее устройство и увеличивает на единичные приращения для получения конечного показания. Записанные показания могут быть затем переписаны во внешнее запоминающее устройство для передачи в удаленный пункт, или для отображения на LED/LCD-дисплее или для записи на USB-устройство флэш-памяти. В некоторых ситуациях в зависимости от качества и стабильности источника света, фотодатчика, аппаратных компонентов может иметь место дисперсия ошибок в отсчетах для некоторого определенного сегмента. Для исключения этой дисперсии необходимо усреднить последовательные отсчеты для определенного сегмента, поскольку некоторый определенный сегмент будет давать более одного отсчета в зависимости от скорости вращения ролика.

Следует отметить, что в такой непрерывно работающей системе вращается только ролик с наименьшим значащим разрядом, и счетчик сохраняет на индикаторе величину использованного ресурса, считываемую человеком, хотя с меньшей точностью, поскольку ролик с наименьшим значащим разрядом вращается. Возможность считывания информации человеком полезна, поскольку ее можно использовать в тех случаях, когда электрическая система выходит из строя, или необходимо проверить правильность работы системы.

Возможен также ручной режим работы. Ниже описывается пример работы системы в ручном режиме. Сегменты индикатора обычного счетчика (фигура 3) заменяют на штрихкоды, показанные на фигуре 4. Этот режим работы описывается далее на примере предпочтительного варианта. В любой момент времени величина ресурса, которую необходимо считывать, «запоминается» на многих сегментах индикатора в форме штрихкодов. Устройство считывания штрихкодов считывает все коды и записывает их в местном микроконтроллере/запоминающем устройстве, или же они передаются на устройство флэш-памяти, или могут передаваться через коммуникационный модуль в удаленный пункт. В ручном режиме работы единственный момент времени, когда расходуется электрическая энергия, — это считывание показаний счетчика. Это преимущество по сравнению с работой в непрерывном режиме, поскольку нет необходимости в непрерывном излучении света, считывании кодов с последующей обработкой и записью в запоминающее устройство, что требует расхода электрической энергии и сокращает время работы компонентов. В этом ручном режиме работа характеризуется прежде всего получением («вычислением») измеряемого ресурса с помощью механических средств. Это приводит к существенной экономии электрической энергии.

Также при необходимости возможна работа от батареи. Необходимо рассмотреть определенное приложение, просчитать общую стоимость электрической энергии, которая будет достаточно мала, для обеспечения использования батареи, срока службы устройства, замены и т.п. Хорошим примером такого режима является использование счетчика воды в сельскохозяйственном предприятии, где трудно проложить провода от электрической сети. В этом случае предпочтительный вариант предусматривает использование счетчика воды с батареей. Если в соответствии с обычной практикой показания счетчика считываются один раз в месяц, электрическая система включается один раз в месяц для электронного считывания величины, замеренной счетчиком, и, таким образом, батарея будет расходоваться очень мало.

В других ситуациях экономия электрической энергии может быть получена путем использования электромеханических средств. Например, в непрерывном режиме работы в счетчике воды может использоваться диафрагма, которая будет давить на механический переключатель под действием дополнительного давления, оказываемого потоком протекающей воды, и переключатель будет включать систему, которая переходит в режим считывания показаний счетчика, и выключать, когда давление снижается при отключении подачи воды. Режим экономии электрической энергии может быть реализован путем задания «спящего» режима микроконтроллера и использования программы обработки прерываний для выхода из режима «сна» при необходимости включения и считывания показания счетчика. Например, если на центральной станции учета потребления воды необходимо получить показание определенного счетчика воды, станция передает сигнал на этот счетчик воды, который обрабатывает прерывание и включается для работы.

Экономия электрической энергии также может быть достигнута в системах, которые запрограммированы на передачу показания счетчика с определенным периодом. Например, счетчик воды может передавать данные один раз в месяц. Таким образом, система может содержать только модуль передатчика, например, простой беспроводный модем, который включается на некоторое время микроконтроллером или другим устройством, и в этом случае нет необходимости в модуле приемника у счетчика, который мог бы расходовать электрическую энергию.

Аналогично, если модуль приемника используется, то он может включаться микроконтроллером или электромеханическим устройством согласованно с внешним сигналом, например, передаваемым из городского управления учета потребления воды в определенный день месяца, то есть, микроконтроллер или электромеханическое устройство может включать приемник в этот же день.

Дополнительная экономия электрической энергии, особенно в зонах теплого климата, может быть достигнута за счет использования солнечных элементов в качестве источников электропитания компонентов системы, всей системы или для дополнения батареи с возможностью ее подзарядки.

Средство 32 обработки информации также содержит проверочный модуль, предназначенный для приема из оптического считывающего устройства 30 проверочных данных, содержащих по меньшей мере электрический сигнал или связанную с ним информацию в отношении по меньшей мере одного проверочного кода, считанного устройством 30.

Средство 32 обработки информации также содержит модуль 48 определения перехода, обеспечивающий определение переходного положения роликов 18 с менее значащими разрядами, например, ролика 18.1 (фигура 5) и его влияния на положение по меньшей мере соседних роликов (например, ролика 18.2 на фигуре 5).

Модуль 48 сконфигурирован для определения нахождения ролика 18.1 с меньшим значащим разрядом в положении перехода к показу следующей зоны индикации. Это может быть осуществлено самыми разными способами, например, путем определения нахождения проверочных данных за пределами порога точного считывания. Это может быть также осуществлено путем анализа проверочных данных по линиям А и В для определения толщины машиночитаемого проверочного кода 17. Толщина проверочного кода 17 указывает, что для показания должен быть выбран число, соответствующее этой определенной зоне индикации. Изменение толщины проверочного кода 17 приводит к изменению проверочных данных, поскольку электрические сигналы или напряжение, вырабатываемое устройством 30, связано с отражениями света от зоны 16 индикации. Из полученных данных может быть определено, что ролик 18.1 не обеспечивает надежный машиночитаемый код 20.

Модуль 48 также сконфигурирован для определения того, что переход ролика 18.1 будет приводить к переходу соседнего ролика 18.2 с более значащим разрядом. Это обычно происходит, когда модуль 48 определяет, что ролик 18.1 перемещается таким образом, что машиночитаемый код 20, соответствующий цифре «9», переходит (например, в направлении стрелки 15 на фигуре 5) будет сменяться кодом 20, соответствующим цифре «0». После обнаружения указанной ситуации модуль 48 передает указание в модуль 38 определения показания счетчика увеличить на единицу числовое значение кода 20 для ролика 18.2 с более значащим разрядом или присвоить следующее численное значение, которое должно индицироваться роликом 18.2 с более значащим разрядом. В примере, представленном на фигуре 5, эта ситуация соответствует переходу от цифры «3» к цифре «4». Такая операция может быть выполнена для двух последних роликов 18.1 и 18.2 или же может быть выполнена для всех роликов 18, причем в последнем случае при работе модуля 48 он рассматривает ролик 18.2 как ролик с меньшим значащим разрядом, а соседний с ним ролик 18.2 как ролик с более значащим разрядом.

Проблема циферблатов счетчиков, которые считываются человеком, заключается в том, что они могут заклиниваться попадающей в них грязью и различными частицами. В этой связи модуль 48 может использоваться для индикации положения циферблата счетчика, которое в сочетании с электронной диагностикой, может обеспечивать определение правильности поворота роликов. Например, если соседняя цифра должна увеличиться на единицу, после того как ролик с менее значащим разрядом сделает полный оборот, то можно проверить поворот соседнего ролика (проверка возможности заклинивания). Эта проверка на наличие ошибки проводится в дополнение к первой простой проверке электронными средствами того, что цифра увеличилась на единицу, после того соседний ролик с менее значащим разрядом сделал полный оборот.

Дополнительно, если модуль 48 определяет, что какой-либо ролик находится в переходном положении, то модуль 48 передает в модуль 38 команду на единичное приращение числовой величины, определяемой по машиночитаемому коду 20, показываемому (или частично показываемому) соответствующим роликом 18. Например, если модуль 48 определяет, что ролик 18 находится в положении перехода от кода 20, соответствующего цифре «3», к коду 20, соответствующему цифре «4», и модуль 38 определяет, что код 20 на этом ролике соответствует цифре «3», то модуль 48 дает команду модулю 38 присвоить этому ролику 18 следующую цифру (цифру «4»).

Следует отметить, что в некоторых, менее сложных вариантах, ролик 18.1 с наименее значащим разрядом может быть снабжен по меньшей мере одной затемненной зоной 16 индикации, при этом остальная часть будет белой. Поэтому машиночитаемый код 20 имеет поверхность с двумя уровнями отражения, а именно, затемненная зона отражает существенно меньше света по сравнению с белой зоной. В этом иллюстративном варианте система 10 запоминает исходное показание счетчика 12. После этого в соответствии с этим исходным показанием в системе 10 устанавливается программный счетчик, значение которого увеличивается на единицу при каждом повороте затемненной зоны 16 (или более светлой зоны 16 для роликов 18, содержащих преимущественно темные зоны 16 индикации), как это определяется модулем 38, в результате чего получают показание счетчика 12 в соответствии с настоящим изобретением.

В одном из вариантов система 10 может содержать пользовательский интерфейс, например, нажимные кнопки, переключатели или сенсорный экран, для обеспечения возможности пользователю взаимодействовать с системой 10 и управлять ее работой.

В другом варианте система может иметь некоторый уровень защиты данных, который может включать средства шифрования передаваемых сообщений, систему PIN-кодов для доступа к внутренним данным системы, и уровень защиты для сигналов, поступающих извне, для подтверждения допустимости получаемых запросов.

На фигуре 6 приведена блок-схема, на которой сеть, включающая измерительную систему 50 в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, указана в целом ссылочным номером 52.

Система 50 содержит модуль 54 приемника, предназначенный для приема (периодически или по разовым запросам), декодированных показаний счетчиков или строк символов от множества систем считывания 10, расположенных, как это уже было описано, возле счетчиков 12, осуществляющих измерения потребляемого ресурса, такого как вода. Система 50 может быть установлена в городском управлении учета потребления воды или в водоснабжающей компании. Модуль 54 приемника осуществляет прием данных из систем 10 считывания по проводам и/или с использованием каналов беспроводной связи по коммуникационной сети 53. Коммуникационная сеть 53 может быть сотовой коммуникационной сетью или сетью с коммутацией пакетов, являющейся частью сети Интернет. Коммуникационная сеть 53 может быть также сетью с коммутацией каналов, коммутируемой сетью передачи данных общего пользования и т.п.

Как уже указывалось, модуль 54 может быть сконфигурирован для передачи запросного сигнала или сообщения в систему 10 или в счетчик 12 для получения из них декодированного показания счетчика. Запросное сообщение может «будить» систему 10 или счетчик 12 для считывания показания счетчика и передачи его по проводам или по беспроводному каналу связи в систему 50.

Система 50 также содержит базу 56 данных для хранения по меньшей мере принятых показаний или строк символов, и модуль 58 для связывания в базе 56 данных принятых показаний или строк символов с соответствующими счетчиками 12.

Системы 10 и/или счетчики 12 могут формировать часть системы 50.

В любом случае система 50 содержит модуль 60 выставления счетов для использования показаний, связанных с определенным счетчиком 12 или с соответствующей системой 10 считывания показаний, в соответствии по меньшей мере с одной системой тарифов для определения оплаты за потребленный ресурс, например, за воду.

В тех ситуациях, когда имеется группа счетчиков 12 ресурса (с соответствующими системами 10) в непосредственной близости друг от друга, необходимо передавать их показания на удаленную станцию (систему 50), например, городское управление по учету потребления воды. Это может быть осуществлено путем соединения между собой счетчиков 12, находящихся недалеко друг от друга, по локальным сетям, например, с использованием проводных соединений, радиосвязи, действующей на небольшом расстоянии, или волоконно-оптической сети. Затем центральный пункт передает данные по сети, действующей на большем расстоянии, в конечное место назначения по проводным, беспроводным или спутниковым линиям связи. Наиболее общий пример представляет собой односемейный жилой дом с электрическим счетчиком и счетчиком расхода воды. Показания счетчиков поступают в центральный пункт жилого дома и затем передаются по сотовой сети GSM в городское управление, причем оба показания могут передаваться в составе одного сообщения. Затем в городском управлении показания разделяются для направления в соответствующие отделы. Второе сообщение передается по сотовой сети с использованием SMS на сотовый телефон домовладельца и/или на домашний компьютер по проводным, беспроводным или спутниковым линиям связи или с использованием домашней локальной сети.

Более сложным примером является химическое предприятие с несколькими счетчиками воды и несколькими электрическими счетчиками. Данные счетчиков выборочно направляются с помощью аппаратных или программных средств в различные отделы на предприятии, причем каждый отдел выбирает только те данные, которые ему нужны, с помощью вычислительных средств отдела, управляющих передачей показаний различных счетчиков по предприятию. Аналогично, можно представить филиалы, принимающие данные от всех счетчиков или отделов, и центральный офис, принимающий показания всех счетчиков.

Основными достоинствами такой системы являются: экономия времени, повышение производительности и облегчение поиска неисправного счетчика на предприятии или в жилых домах.

Примеры вариантов осуществления изобретения описываются ниже со ссылками на фигуры 7-10. Варианты способов, блок-схемы которых приведены на фигурах 7-10, описываются со ссылками на фигуры 1,3-6, хотя следует понимать, что рассмотренные варианты могут быть применены также и в других системах.

На фигуре 7 приведена блок-схема способа 70 электронного считывания показаний, выводимых на индикатор 14, содержащий один или несколько механических элементов 18, обеспечивающих индикацию одного или нескольких машиночитаемых кодов 20, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.

Механический индикатор 14 может быть связан с вышеописанным счетчиком 12.

Способ 70 включает обеспечение на стадии 72 машиночитаемых кодов 20 и проверочных кодов 17 в каждой зоне 16 поверхности индикации каждого ролика 18 счетчика 12, причем вышеуказанные коды 20 и 17 выбирают из группы, содержащей штрихкоды, цветовые машиночитаемые коды, QR-коды (двухмерные штрихкоды), коды геометрических фигур, зоны отображения оттенков черного, зоны отображения оттенков белого и коды толщины, которые могут считываться машиной. Следует понимать, что в некоторых вариантах стадия 72 может быть осуществлена для одной или нескольких зон 16 индикации одного или нескольких роликов 18. Следует также понимать, что стадия 72 в некоторых случаях может быть опущена, например, если счетчики 12 изготовлены с нанесенными на них кодами 20 и 17.

Способ 70 включает также на стадии 74 прием с помощью модуля 38 данных считывания из оптического считывающего устройства 30, причем данные считывания связаны по меньшей мере с одним машиночитаемым кодом 20, считанным устройством 30. Как уже указывалось, устройство 30 может сканировать справа налево в направлении стрелки 21 или же может быть неподвижным относительно индикатора 14 для чтения кода 20. Устройство 30 может освещать индикатор 14 и принимать отраженный от него свет, причем отраженный свет может приниматься устройством 30 или связанными с ним фотодатчиками. Принимаемый свет может быть преобразован в напряжение, пропорциональное интенсивности отраженного света. Следует понимать, что вырабатываемое напряжение может быть частью данных считывания.

В любом случае способ 70 включает обработку на стадии 76 с помощью модуля 38 принятых данных считывания для декодирования показания счетчика или строки символов, связанных с информацией, отображаемой на индикаторе 14. Необходимо понимать, что полученное показание счетчика соответствует цифрам, связанным с машиночитаемыми кодами 20, отображаемыми на индикаторе 14 во время работы системы 10, которые, в свою очередь, соответствуют цифрам, которые отображались бы на обычном счетчике. Датчик 12 также обеспечивает отображение соответствующих цифр в углу зоны 16 индикации для их считывания человеком.

На фигуре 8 приведена блок-схема другого варианта способа, обозначенного в целом ссылочным номером 80.

Способ 80 включает на стадии 82 прием данных, связанных с машиночитаемыми кодами 20, отображаемыми всеми или большинством роликов 18 индикатора 14. Эта стадия аналогична вышеописанной стадии 72. Однако она включает прием машиночитаемых кодов 20, связанных с несколькими роликами 18.

Способ 80 включает далее стадию 84 определения с помощью модуля 38 в соответствии с принятыми данными считывания символов или цифр, связанных с кодами 20, показываемыми роликами 18 индикатора счетчика.

Способ 80 включает далее стадию 86 получения показания или строки символов, связанных с отображаемыми кодами 20 путем объединения полученных символов в порядке, соответствующем позициям соответствующих роликов 18 на индикаторе 14 счетчика.

Способ 80 включает далее стадию 88 вывода полученного показания или строки символов путем одной или нескольких передач этих данных на удаленную станцию с использованием модуля 40, использования электронных средств 42 для отображения этих данных и использования акустических средств 44 для звукового вывода эти данных.

Способ 80 может включать стадию (не показана) декодирования данных считывания в соответствии с алгоритмом декодирования для получения символов, связанных с данными считывания, как это уже описывалось.

На фигуре 9 приведена блок-схема, другого варианта способа, указанного в целом ссылочным номером 90.

Способ 90 включает стадию 92 обеспечения проверочного машиночитаемого кода 17 по меньшей мере на части по меньшей мере одной зоны 16 индикации одного или нескольких роликов 18 индикатора аналогично стадии 72 способа 70, блок-схема которого приведена на фигуре 7.

Способ 90 включает далее стадию 94 приема модулем 46 проверочных данных из оптического считывающего устройства 30, как это уже было описано.

Наконец, способ 90 включает стадию 96 обработки в модуле 48 полученных проверочных данных для учета роликов 18, которые находятся в положении перехода.

На фигуре 10 приведена блок-схема другого варианта способа, указанного в целом ссылочным номером 100. Способ 100 по существу представляет собой более подробное описание стадии 96 вышеописанного способа, которая может выполняться, например, модулем 48.

Способ 100 включает стадию 102 для определения нахождения ролика 18.1 индикатора с меньшим значащим разрядом в положении перехода к показу следующей зоны индикации.

Если определяется, что ролик 18.1 с меньшим значащим разрядом находится в положении перехода к показу следующей зоны индикации, в способе 100 на стадии 104 осуществляется назначение ролику 18.1 следующей цифры или численной величины с последующим определением на стадии 106 того, что переход приведет к переходу соседнего ролика 18.2 с более значащим разрядом.

Если определяется, что переход ролика 18.1 будет приводить к переходу соседнего ролика 18.2 с более значащим разрядом, в способе 100 на стадии 108 осуществляется увеличение на единицу численной величины, декодированной из машиночитаемого кода 20, индицируемой роликом 18.2.

Способ 100 включает далее стадию 110 повторения стадий 102-108 обработки для всех роликов индикатора. Понятно, что для ролика 18 с наиболее значащим разрядом, находящегося в крайней левой позиции индикатора, не будет соседнего слева ролика, для которого необходимо выполнять вышеуказанные стадии обработки.

Проблема циферблатов счетчиков, которые считываются человеком, заключается в том, что они могут заклиниваться попадающей в них грязью и различными частицами.

Такой же способ обработки проверочных машиночитаемых кодов 17 может использоваться для индикации положения счетного механизма, которая в сочетании с электронной диагностикой, может обеспечивать определение правильности вращения роликов. Например, если соседняя цифра должна увеличиться на единицу, после того как ролик с менее значащим разрядом сделает полный оборот, то можно проверить поворот соседнего ролика (проверка возможности заклинивания). Эта проверка на наличие ошибки проводится в дополнение к первой простой проверке электронными средствами того, что цифра увеличилась на единицу, после того соседний ролик с менее значащим разрядом сделал полный оборот.

Хотя это подробно не описано, следует понимать, что изобретение распространяется на способ ретроспективного обеспечения счетчика по меньшей мере одним машиночитаемым кодом по меньшей мере на одной зоне индикации по меньшей мере одного ролика. Способ может включать замену всех роликов роликами, содержащими машиночитаемые коды 20, раскрытые в настоящем описании.

Типичное применение изобретения, раскрытого в настоящей заявке, заключается в обеспечении сравнительно простого электронного считывания показаний индикатора, которое может выполняться человеком или известными электронными средствами, которые дороже и сложнее технического решения, предлагаемого в настоящем изобретении. Изобретение не требует дорогостоящей замены традиционных механических счетчиков, поскольку его можно внедрять в существующие счетчики для получения электронных или электрических сигналов, подходящих для дальнейшей обработки.

Claims ( 54 )

1. Способ электронного считывания показаний индикатора, содержащего механически подвижные элементы индикации, предоставляющие или отображающие машиночитаемые коды, при этом способ включает:

прием данных считывания из оптического считывающего устройства, которое содержит линейный блок фотодатчиков, расположенных или выровненных относительно элементов индикации индикатора, причем данные считывания содержат электрический сигнал, или связанную с ним информацию, связанный с машиночитаемыми кодами, считанными считывающим устройством, при этом машиночитаемые коды предоставлены или отображены всеми или большей частью элементов индикации индикатора и при этом машиночитаемые коды представляют собой небуквенно-числовые машиночитаемые коды, которые соответствуют числовым или буквенно-числовым значениям или символам, которые связаны с элементами индикации или отображены элементами индикации дополнительно с машиночитаемыми кодами; и

обработку принятых данных считывания для получения каждого символа, связанного с машиночитаемым кодом, предоставленным или отображенным каждым элементом индикации, и объединение полученных символов в порядке, соответствующем позициям соответствующих подвижных элементов индикации индикатора, для получения показаний или строки символов, отображенных или связанных с показаниями индикатора, и получение значения, связанного с объединенными полученными символами в порядке, соответствующем позициям соответствующих подвижных элементов индикации индикатора.

2. Способ по п. 1, включающий вывод полученного показания или строки символов путем одной или нескольких передач этой информации в удаленный пункт и управление электронными средствами отображения для электронного отображения этой информации.

3. Способ по п. 1, включающий декодирование данных считывания в соответствии со схемой или алгоритмом декодирования для получения символа или символов, связанных с данными считывания.

4. Способ по п. 1, в котором индикатор связан со счетчиком, так что элементы индикации представляют собой ролики, которые могут поворачиваться для отображения машиночитаемых кодов, соответствующих численным или буквенно-числовыми значениям или символам.

5. Способ по п. 4, включающий:

обеспечение машиночитаемого кода в каждой зоне индикации на поверхности индикации каждого ролика индикатора, причем машиночитаемые коды выбирают из группы, содержащей штрихкоды, цветовые машиночитаемые коды, QR-коды (двухмерные штрихкоды), коды геометрических фигур, зоны отображения оттенков черного, зоны отображения оттенков белого и коды толщины, которые могут считываться машиной, и

дополнительно обеспечение соответствующего символа буквы или числа в каждой зоне индикации возле машиночитаемого кода.

6. Способ по п. 4, включающий

обеспечение проверочного машиночитаемого кода по меньшей мере на части по меньшей мере одной зоны индикации одного или нескольких роликов индикатора, причем проверочный машиночитаемый код выбирают из группы, содержащей штрихкоды, цветовые машиночитаемые коды, QR-коды (двухмерные штрихкоды), коды геометрических фигур, зоны отображения оттенков черного, зоны отображения оттенков белого и коды толщины образца, которые могут считываться машиной; прием проверочных данных из считывающего устройства, причем проверочные данные содержат по меньшей мере электрический сигнал, или связанную с ним информацию, связанный по меньшей мере с одним проверочным машиночитаемым кодом, считанным считывающим устройством; и

обработку принятых проверочных данных для:

определения, если нахождение ролика индикатора с меньшим значащим разрядом в положении перехода к показу следующей зоны индикации;

если определено, что переход приведет к переходу соседнего ролика с более значащим разрядом, то увеличение на единицу численного значения, полученного из машиночитаемого кода, отображаемого этим роликом с более значащим разрядом, или назначение следующего численного значения, которое должно отображаться этим роликом с более значащим разрядом; и

дополнительно повторение, где это применимо, стадий обработки для всех роликов индикатора.

7. Способ по п. 6, в котором, если определено, что ролик с меньшим значащим разрядом находится в положении перехода к показу следующей зоны индикации, то увеличение на единицу численного значения, полученного из машиночитаемого кода, отображаемого этим роликом с меньшим значащим разрядом, или назначение следующего численного значения, которое должно отображаться этим роликом с меньшим значащим разрядом.

8. Способ по п. 7, включающий:

определение начального численного показания измерительного прибора; обеспечение счетчика для получения значения счетчика;

прием данных считывания, связанных с машиночитаемым кодом, обеспечиваемым по меньшей мере на одной зоне индикации последнего ролика или ролика с наименее значащим разрядом, при каждом повороте ролика индикатора;

увеличение на единицу показания счетчика и, соответственно, показания счетчика, для каждой операции получения данных считывания из зоны индикации; и

определение текущего показания измерительного прибора путем определения текущего значения счетчика.

9. Система электронного считывания показаний индикатора, содержащего один или несколько механически подвижных элементов индикации, подвижно обеспечивающих или отображающих машиночитаемые коды, причем система содержит:

оптическое считывающее устройство, сконфигурированное для считывания машиночитаемых кодов, предоставленных или отображенных всеми или большей частью элементов индикации индикатора, где указанное оптическое считывающее устройство содержит линейный блок фотодатчиков, расположенных или выровненных относительно элементов индикации индикатора; и

средство обработки информации, соединенное со считывающим устройством с возможностью обмена с ним информацией, причем средство обработки информации содержит:

приемный модуль, сконфигурированный для приема данных считывания из считывающего устройства, причем данные считывания содержат по меньшей мере электрические сигналы, или связанную с ними информацию, связанные с машиночитаемыми кодами, считанными считывающим устройством; при этом машиночитаемые коды представляют собой небуквенно-числовые машиночитаемые коды, которые соответствуют числовым или буквенно-числовым значениям или символам, которые связаны с элементами индикации или отображены элементами индикации дополнительно с машиночитаемыми кодами; и

модуль получения показаний индикатора, сконфигурированный для обработки принятых данных считывания для получения каждого значения или символа, связанного с машиночитаемым кодом, предоставленным или отображенным каждым элементом индикации, и объединения полученных символов в порядке, соответствующем позициям соответствующих подвижных элементов индикации индикатора для получения показаний или строки символов, отображенной или связанной с показаниями индикатора.

10. Система считывания по п. 9, содержащая средства вывода информации, которые могут работать в автоматическом режиме или в режиме ручного управления, содержащие один или несколько коммуникационных модулей, сконфигурированных для передачи полученного показания или строки символов в удаленный пункт, электронные средства отображения информации, сконфигурированные для отображения полученного показания или строки символов, и акустические устройства для звукового вывода полученного показания счетчика или строки символов.

11. Система считывания по п. 9, в которой индикатор связан со счетчиком, так что элементы индикации представляют собой ролики, которые могут поворачиваться для отображения машиночитаемых кодов, соответствующих численным или буквенно-цифровым значениям или символам.

12. Система считывания по п. 11, которая сама или по меньшей мере компоненты, которой помещены в портативный кожух, который можно переносить или который содержит средства крепления для его оперативного прикрепления к измерительному прибору, так чтобы считывающее устройство было расположено по существу поперек индикатора измерительного прибора.

13. Система считывания по п. 11, в которой средство обработки информации также содержит:

модуль приема проверочных данных, сконфигурированный для приема от считывающего устройства проверочных данных, которые содержат по меньшей мере электрический сигнал, или связанную с ним информацию, связанный по меньшей мере с одним проверочным машиночитаемым кодом, считанным считывающим устройством из зоны индикации, показанной по меньшей мере одним роликом индикатора; и модуль определения перехода, сконфигурированный для:

определения нахождения ролика с меньшим значащим разрядом в положении перехода к показу следующей зоны индикации;

если определено, что переход приведет к переходу соседнего ролика с более значащим разрядом, то управление модулем получения показания для увеличения на единицу численного значения, полученного из машиночитаемого кода, индицируемого этим роликом с более значащим разрядом, или назначение следующего численного значения, которое должно индицироваться этим роликом с более значащим разрядом; и

дополнительное повторение, где это применимо, стадий обработки для всех роликов индикатора.

14. Система считывания по п. 10, которая может работать в непрерывном режиме и/или в режиме ручного управления, причем в непрерывном режиме работы система считывания обеспечивает непрерывное получение показаний или строк символов и дополнительно автоматическую работу средств вывода информации и в режиме ручного управления система считывания обеспечивает получение показаний или строк символов по запросу.

15. Система по п. 9, содержащая:

измерительный прибор с индикатором показаний, содержащий элементы индикации в форме индикаторных роликов, которые при повороте предоставляют или отображают машиночитаемые коды, соответствующие численным или буквенно-цифровым значениям или символам, связанными с элементами индикации; и при этом считывающее устройство представляет собой оптическое считывающее, расположенное относительно индикатора показаний таким образом, чтобы считывать машиночитаемые коды.

16. Система по п. 15, содержащая:

удаленный приемный модуль сконфигурирован для приема, периодически или по разовым запросам, полученных показаний или строк символов, связанных с измерительным прибором, при этом измерительный прибор предназначен для измерения потребления ресурса;

базу данных, сконфигурированную для хранения по меньшей мере принятых показаний или строк символов; и

модуль связывания, сконфигурированный для связывания в базе данных принятых показаний или строк символов с соответствующими приборами измерения.

17. Система по п. 16, содержащая модуль выставления счетов, сконфигурированный для использования показаний или строки символов, связанных с измерительным прибором в соответствии по меньшей мере с одной системой тарифов для определения платы за потребление измеренного ресурса.

18. Способ электронного считывания показаний индикатора, содержащего механически подвижные элементы индикации, предоставляющие или отображающие машиночитаемые коды, при этом способ включает:

прием данных считывания из оптического считывающего устройства, причем данные считывания содержат электрический сигнал, или связанную с ним информацию, связанный с машиночитаемыми кодами, считанными считывающим устройством, при этом машиночитаемые коды предоставлены или отображены всеми или большей частью элементов индикации и при этом машиночитаемые коды представляют собой небуквенно-числовые машиночитаемые коды, которые соответствуют числовым или буквенно-числовым значениям или символам, которые связаны с элементами индикации или отображены элементами индикации дополнительно с машиночитаемыми кодами, и индикатор связан с измерительным прибором таким образом, что элементы индикации включают ролики индикатора, которые при вращении отображают машиночитаемые коды, соответствующие числовым или буквенно-числовым значениям или символам, связанными с ними;

обработку принятых данных считывания для получения значений или символов, связанных с машиночитаемыми кодами, предоставленными или отображенными элементами индикации, для получения показаний или строки символов, отображенных или связанных с показаниями индикатора;

прием проверочных данных из считывающего устройства, причем проверочные данные содержат по меньшей мере электрический сигнал, или связанную с ним информацию, связанный по меньшей мере с одним проверочным машиночитаемым кодом, считанным считывающим устройством; и

обработку принятых проверочных данных для:

если определено, что переход приведет к переходу соседнего ролика с более значащим разрядом, то увеличение на единицу численного значения, полученного из машиночитаемого кода, отображаемого этим роликом с более значащим разрядом, или назначение следующего численного значения, которое должно отображаться этим роликом с более значащим разрядом; и

дополнительно повторение, где это применимо, стадий обработки для всех роликов индикатора.
RU2013157303A 2011-06-06 2012-06-06 Считывание показаний измерительных приборов RU2657361C2 ( ru )

Applications Claiming Priority (3)

Application Number	Priority Date	Filing Date	Title
ZA2011/04168	2011-06-06
ZA201104168	2011-06-06
PCT/IB2012/052844 WO2012168873A2 ( en )	2011-06-06	2012-06-06	Meter reading

Publications (2)

Publication Number	Publication Date
RU2013157303A RU2013157303A ( ru )	2015-07-20
RU2657361C2 true RU2657361C2 ( ru )	2018-06-13

Family

ID=46458566

Family Applications (1)

Application Number	Title	Priority Date	Filing Date
RU2013157303A RU2657361C2 ( ru )	2011-06-06	2012-06-06	Считывание показаний измерительных приборов