(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁エネルギーに対してそれぞれ異なる特性を有する領域を有している回転可能ディスクであって、第１の構造体に配置されているディスクの角度変動に関する情報を記録する装置であって、
第１のシーケンスの電磁エネルギーパルスを該ディスクに向かって第１の方向に発射する第１の発射手段であって、該ディスクの第１の側面に隣接して、該第１の構造体上に載置されている第１の発射手段と、
第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスを該ディスクに向かって第２の方向に発射し、該ディスクの該第１の側面に隣接して該第１の構造体上に載置されており、かつ該ディスクの回転方向に沿って該第１の発射手段から離れている第２の発射手段であって、該第１および第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスが、該ディスクの該回転方向に沿って互いに離れているそれぞれ異なる領域において該ディスクの該第１の側面から反射されるように、該第１の方向および該第２の方向が選択される、第２の発射手段と、
該第１の構造体上に載置されており、該第１の発射手段および該第２の発射手段の両方からの該電磁エネルギーパルスを同一の点において受け取り、かつ該受け取られた電磁エネルギーパルスに応じて信号を発生する感光手段であって、該信号が、該電磁エネルギーパルスが反射される該領域の特性であって電磁エネルギーに対する特性に依存する特性を有している、感光手段と、
該感光手段に結合されており、該信号を処理することによって該ディスクの回転数および該ディスクの該回転方向を判定する制御器であって、該制御器はまた、該第１および第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスを同調させるためのものであり、その結果、該第１の発射手段からの各電磁エネルギーパルスに、該第２の発射手段からの電磁エネルギーパルスが続く、制御器と
を備え、
該第１の方向と該第２の方向とが異なっており、
該制御器は、該信号を処理することによって、電磁放射に対して異なる特性を有する該領域が該電磁エネルギーパルスが該ディスクから反射する領域を通過する順序を判定することにより、該ディスクの回転方向を判定する、装置。
【請求項２】
前記感光手段が光ダイオードを備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の発射手段および前記第２の発射手段が赤外線光ダイオードを備えており、かつ前記電磁エネルギーパルスが赤外線エネルギーパルスを含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記制御器が前記第１の発射手段および前記第２の発射手段に結合されており、それによって前記第１のシーケンスの電磁エネルギーパルスおよび前記第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスを制御し、第３のシーケンスの電磁パルスを発生する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第３のシーケンスが、
(1)前記第１の発射手段からの第１の間隔に対する第１のパルスと、
(2)前記第２の発射手段からの第３の間隔に対する第２のパルスと、
(3)該第１の発射手段および該第２の発射手段がオフである第４の間隔と、
(4)(1)〜(3)を有する反復周期と、
を含んでいる請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の間隔および前記第３の間隔が重なり合う、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ディスクの前記第１の側面上の前記領域が電磁エネルギーに対してそれぞれ異なる反射特性を有しており、かつ前記感光手段により発生される前記信号が、前記電磁エネルギーパルスが反射される該領域の該反射特性に依存する特性を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の発射手段および前記第２の発射手段、ならびに前記感光手段がハウジング上に載置されており、該感光手段は該第１の発射手段と該第２の発射手段との間の該ハウジング上に載置されており、また、該ハウジングは前記第１の構造体上に載置されている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の構造体が標準的な電力量計である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記回転可能ディスクが実質的に水平な面上に配置されており、かつ前記ハウジングが該回転可能ディスクの下の前記標準的な電力量計に載置されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ディスクが、前記第１の発射手段および前記第２の発射手段からの前記電磁エネルギーパルスが透過される少なくとも１つの開口を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記感光手段が、前記ディスクから見て前記第１の発射手段および前記第２の発射手段が載置されている側とは反対側の、前記第１の構造体上に載置されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
第１の側面が電磁エネルギーに対してそれぞれ異なる反射特性を有する領域を有している回転可能ディスクであって、第１の構造体に配置されているディスクの角度変動に関する情報を記録する装置であって、
該ディスクの該第１の側面に隣接して、該第１の構造体上に載置されたハウジングと、
該ハウジング上に載置されており、第１のシーケンスの電磁エネルギーパルスを該ディスクに向かって第１の方向に発射する第１の発射手段と、
該ハウジング上に載置されており、第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスを該ディスクに向かって第２の方向に発射する第２の発射手段であって、該第１のシーケンスの電磁エネルギーパルスおよび該第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスが、該ディスクの回転方向に沿って互いに離れているそれぞれ異なる領域において該ディスクの該第１の側面から反射されるように、該第１の方向および該第２の方向が選択される、第２の発射手段と、
該ハウジング上に載置されており、該第１の発射手段および該第２の発射手段の両方から反射された該電磁エネルギーパルスを同一の点において受け取り、かつ該受け取られた電磁エネルギーパルスに応じて信号を発生する感光手段であって、該信号が、該電磁エネルギーパルスが反射される該領域の該反射特性に依存する特性を有している、感光手段と、
該感光手段に結合されており、該信号を処理することによって該ディスクの回転数および該ディスクの該回転方向を判定する制御器であって、該制御器はまた、該第１および第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスを同調させるためのものであり、その結果、該第１の発射手段からの各電磁エネルギーパルスに、該第２の発射手段からの電磁エネルギーパルスが続く、制御器と
を備え、
該第１の方向と該第２の方向とが異なっており、
該制御器は、該信号を処理することによって、該異なる反射特性を有する該領域が該電磁エネルギーパルスが該ディスクから反射する領域を通過する順序を判定することにより、該ディスクの回転方向を判定する、装置。
【請求項１４】
前記感光手段が光ダイオードを備えている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の発射手段および前記第２の発射手段が赤外線発光ダイオードを備えており、かつ前記電磁エネルギーパルスが赤外線エネルギーパルスを含んでいる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記制御器が前記第１の発射手段および前記第２の発射手段に結合されており、それによって前記第１のシーケンスの電磁エネルギーパルスおよび前記第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスを制御し、第３のシーケンスの電磁パルスを発生する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記第３のシーケンスが、
(1)前記第１の発射手段からの第１の間隔に対する第１のパルスと、
(2)前記第２の発射手段からの第３の間隔に対する第２のパルスと、
(3)該第１の発射手段および該第２の発射手段がオフである第４の間隔と、
(4)(1)〜(3)を有する反復周期と、
を含んでいる請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１の間隔および前記第３の間隔が重なり合う、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記感光手段が、前記第１の発射手段と前記第２の発射手段との間の、前記ハウジング上に載置されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の構造体が標準的な電力量計であり、かつ前記ハウジングが該標準的な電力量計に載置されるのに適した構造を有している、請求項１３に記載の装置。
【請求項２１】
前記回転可能ディスクが実質的に水平な面上に配置されており、かつ前記ハウジングが該回転可能ディスクの下の前記標準的な電力量計に載置されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
電磁エネルギーが透過される少なくとも１つの開口を有している回転可能ディスクであって、第１の構造体に配置されているディスクの角度変動に関する情報を記録する装置であって、
第１のシーケンスの電磁エネルギーパルスを第１の方向に発射する第１の発射手段であって、該ディスクの第１の側面に隣接して該第１の構造体上に載置されている第１の発射手段と、
第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスを第２の方向に発射する第２の発射手段であって、該ディスクの該第１の側面に隣接して該第１の構造体上に載置されており、かつ該ディスクの回転方向に沿って該第１の発射手段から離れている第２の発射手段と、
該第１の構造体上の、該ディスクから見て該第１の発射手段および該第２の発射手段が載置されている側とは反対の側に載置されており、該第１の発射手段および該第２の発射手段の両方から該少なくとも１つの開口を通して透過された該電磁エネルギーパルスを同一の点において受け取り、かつ該受け取られた電磁エネルギーに応じて信号を発生する感光手段であって、該信号が、該第１および第２の電磁エネルギーパルスのそれぞれが該少なくとも１つの開口のうちの１つを介して透過されたか否かに依存する特性を有している、感光手段と、
該感光手段に結合されており、該信号を処理することによって該ディスクの回転数および該ディスクの該回転方向を判定する制御器であって、該制御器はまた、該第１および第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスを同調させるためのものであり、その結果、該第１の発射手段からの各電磁エネルギーパルスに、該第２の発射手段からの電磁エネルギーパルスが続く、制御器と
を備え
該第１の方向と該第２の方向とが異なっており、
該制御器は、該信号を処理することによって、該第１および第２の電磁エネルギーパルスが該少なくとも１つの開口のうちの１つを介して透過される順序を判定することにより、該ディスクの回転方向を判定する、装置。
【請求項２３】
前記感光手段が光ダイオードを備えている、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記第１の発射手段および前記第２の発射手段が赤外線発光ダイオードを備えており、かつ前記電磁エネルギーパルスが赤外線エネルギーパルスを含んでいる、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記制御器が前記第１の発射手段および前記第２の発射手段に結合されており、それによって前記第１のシーケンスの電磁エネルギーパルスおよび前記第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスを制御し、第３のシーケンスの電磁エネルギーパルスを発生する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
前記第３のシーケンスが、
(1)前記第１の発射手段からの第１の間隔に対する第１のパルスと、
(2)前記第２の発射手段からの第３の間隔に対する第２のパルスと、
(3)該第１の発射手段および該第２の発射手段がオフである第４の間隔と、
(4)(1)〜(3)を有する反復周期と、
を含んでいる請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記第１の間隔および前記第３の間隔が重なり合う、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１の構造体が標準的な電力量計である、請求項２２に記載の装置。
【請求項２９】
第１の側面が電磁エネルギーに対してそれぞれ異なる反射特性を有する領域を有している回転可能ディスクの回転に関する情報を取り出す方法であって、
(1)該ディスクの該第１の側面の第１の領域において第１の発射手段によって第１の方向に発射された第１のシーケンスの電磁エネルギーパルスを反射する工程と、
(2)該第１の発射手段からの該反射された該第１のシーケンスの電磁エネルギーパルスを、感光手段を用いて第１の点において受け取る工程と、
(3)該第１の発射手段からの該受け取られた第１のシーケンスの電磁エネルギーパルスに対応する第１の信号パルスを該感光手段を用いて発生する工程であって、該第１の信号パルスが、該第１の発射手段からの該電磁エネルギーパルスが反射される該領域の反射特性に依存した特性を有している、工程と、
(4)該ディスクの該第１の側面の第２の領域において第２の発射手段によって第２の方向に発射された第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスを反射する工程であって、該第２のシーケンスが該第１のシーケンスと同調され、その結果、該第１の発射手段からの各電磁エネルギーパルスに、該第２の発射手段からの電磁エネルギーパルスが続く、工程と、
(5)該第２の発射手段からの該反射された第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスを、該感光手段を用いて該第１の点において受け取る工程と、
(6)該第２の発射手段からの該受け取られた第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスに対応する第２の信号パルスを該感光手段を用いて発生する工程であって、該第２の信号パルスが、該第２の発射手段からの該電磁エネルギーパルスが反射される該領域の反射特性に依存した特性を有している、工程と、
(7)該工程(1)〜(6)を反復することによって、該第１の信号パルスおよび該第２の信号パルスを有するパルストレインを発生させる工程と、
(8)該パルストレインを処理することによって、該ディスクの回転数と該ディスクの回転方向とを制御器を用いて判定する工程と
を含み、
該第１の方向と該第２の方向とは異なっており、
該第１の領域と該第２の領域とは該ディスクの回転方向に沿って離れており、
該制御器は、該第１および第２の信号パルスを処理することによって、該異なる反射特性を有する該領域が該電磁エネルギーパルスが該ディスクから反射する該第１および第２の領域を通過する順序を判定することにより、該ディスクの回転方向を判定する、方法。
【請求項３０】
前記感光手段が光ダイオードを備えている、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の発射手段および前記第２の発射手段が赤外線発光ダイオードを備えており、かつ前記電磁エネルギーが赤外エネルギーを含んでいる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１の発射手段および前記第２の発射手段、ならびに前記感光手段が、標準的な電力量計に載置されるのに適した構造を有するハウジング上に載置される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記回転可能ディスクが実質的に水平な面上に配置されており、かつ前記ハウジングが該回転可能ディスクの下の前記標準的な電力量計に載置されている、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記処理工程が制御器を用いて行われ、かつ該制御器が前記第１の発射手段および前記第２の発射手段をパルス化することによって該第１の発射手段および該第２の発射手段に特定のシーケンスの電磁エネルギーを発射させる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記シーケンスが、
(1)前記第１の発射手段からの第１の間隔に対する第１のパルスと、
(2)前記第２の発射手段からの第３の間隔に対する第２のパルスと、
(3)該第１の発射手段および該第２の発射手段がオフである第４の間隔と、
(4)(1)〜(3)を有する反復周期と、
を含んでいる請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１の間隔および前記第３の間隔が重なり合う、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
第１の構造体を有する電力量計であって、
該第１の構造体内に配置されており、電磁エネルギーに対してそれぞれ異なる特性を有する領域を有している回転可能ディスクと、
第１のシーケンスの電磁エネルギーパルスを該ディスクに向かって第１の方向に発射する第１の発射手段であって、該ディスクの第１の側面に隣接して該第１の構造体上に載置されている第１の発射手段と、
第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスを該ディスクに向かって第２の方向に発射する第２の発射手段であって、該ディスクの該第１の側面に隣接して該第１の構造体上に載置されており、かつ該第１のシーケンスの電磁エネルギーパルスおよび第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスが、該ディスクの回転方向に沿って離れている互いに異なる領域において該ディスクの該第１の側面により反射されるように該第１の方向および該第２の方向が選択される、第２の発射手段と、
該第１の構造体上に載置されており、該第１の発射手段および該第２の発射手段の両方から該電磁エネルギーパルスを同一の点において受け取り、かつ該受け取られた電磁エネルギーパルスに応じて信号を発生する感光手段であって、該信号が、該電磁エネルギーパルスが反射される該領域の特性であって電磁エネルギーに対する特性に依存する特性を有している、感光手段と、
該感光手段に結合されており、該信号を処理することによって該ディスクの回転数および該ディスクの該回転方向を判定する制御器であって、該制御器はまた、該第１および第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスを同調させるためのものであり、その結果、該第１の発射手段からの各電磁エネルギーパルスに、該第２の発射手段からの電磁エネルギーパルスが続く、制御器と
を備え、
該第１の方向と該第２の方向とが異なっており、
該制御器は、該信号を処理することによって、電磁放射に対して異なる特性を有する該領域が該電磁エネルギーパルスが該ディスクから反射する領域を通過する順序を判定することにより、該ディスクの回転方向を判定する、装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、回転可能ディスクの角度変動をモニターする装置および方法に関する。より詳細には、標準的な電力量計において回転可能ディスクから消費電力情報をモニターし、かつ取り出す装置および方法に関する。
当該分野においては公知のように、あるタイプの汎用電力量計は、電気エネルギーの消費に応じて回転し、水平に配置された回転可能ディスクを用いている。このような電力量計はまた、回転可能ディスクの回転数を電気機械的に記録し、それによって消費電力のトラックを維持する複数のダイアルを備えている。過去においては、このように電気機械的に消費電力を記録するためのさまざまな代替手段が、遠隔感知能力を実現すると同時に測定の正確さをより改善するために用いられた。例えば、ディスク表面上の非反射マークの検出、またはディスクの開口を通してのエネルギーの透過により、ディスクの回転をモニターするために電磁エネルギー（EM）を用いるシステムが設計されてきた。EMの発生源は、そこから発射されたエネルギーがディスクの表面に入射するように、通常は電力量計上に載置される。このマークあるいは開口がEM源を通過する時に、反射されるエネルギーの低下量、あるいはディスクを通るエネルギーの透過量を検出しうるようにセンサが配置される。その後、ある種の処理回路が、それにより得られた信号からエネルギー消費データを取り出し、かつ蓄積する。その後、このデータは、電力線を介した符号化伝送あるいは赤外線伝送などの各種技術を用いて複数の遠隔地点に伝えることができる。このようなシステムは、例えばHicksに付与された米国特許第4,399,510号、Andersonらに付与された米国特許第4,301,508号、およびWardに付与された米国特許第4,350,980号に記載されている。
ディスクの回転数のみならずその回転方向も判定しうる能力を備えたシステムが開発されてきている。このような能力は、非正規的なアクセスを検出し、かつ電力モニター装置を改変するためには望ましい能力である。このようなシステムとしては、Lipskiらに付与された米国特許第4,678,907号、およびMarshallに付与された米国特許第4,321,531号に記載されている２つのシステムが挙げられる。これらのシステムはいずれも、回転方向を判定するために２つの感光性センサおよびそれに関連する回路を用いている。確かに、ある用途ではこのようなシステムの有効性が実証されてはいるが、本発明はそれと同じ能力をただ１つのセンサを用いて達成できるという利点を有する。
発明の要約
第１の構造体に配置された回転可能ディスクの角度変動に関する情報を記録する装置が提供される。ディスクは電磁エネルギーに対してそれぞれ異なる特性を有する領域を有している。この装置は、第１のシーケンスの電磁エネルギーパルスをディスクに向かって第１の方向に発射する第１の手段を有している。この第１の発射手段は、ディスクの第１の側面に隣接して、第１の構造体上に載置されている。この装置はまた、第２のシーケンスの電磁エネルギーパルスをディスクに向かって第２の方向に発射し、かつディスクの第１の側面に隣接して第１の構造体上に載置されている第２の手段を有している。第１および第２のシーケンスの電磁パルスが、ディスクの回転方向に沿って互いに離れているそれぞれ異なる領域においてディスクの第１の側面から反射されるように、第１および第２の方向は選択される。感光手段は、第１および第２の発射手段の両方からの電磁エネルギーパルスを同一の点において受け取ることができるように第１の構造体上に載置されている。この感光手段はまた、受け取られた電磁エネルギーパルスに応じて信号を発生する。この感光手段に結合された制御器は、その信号を処理することによってディスクの回転数およびディスクの回転方向を判定する。
本発明のある実施態様においては、第１および第２の発射手段は赤外線発光ダイオード（IREDs）を備えており、また感光手段は光ダイオードを備えている。ディスクの第１の側面上の領域は、赤外線エネルギーに対してそれぞれ異なる反射特性を有している。制御器はIREDsに結合されており、それによって特定のシーケンスの赤外線パルスをそれらに発射させる。これらのパルスはディスクの第１の側面で反射され、かつ信号を発生する光ダイオードにより受け取られる。この信号の特性は、赤外線パルスが反射される領域に依存している。ある特定の実施態様においては、第１の構造体は標準的な電力量計を備えている。
本発明は、上述の反射モードだけではなく、透過モードでも構成されうることを理解していただきたい。そのような実施態様においては、回転可能ディスクから見て感光手段が配置されている側とは反対側に第１および第２の発射手段は配置されうる。これら第１および第２の発射手段はディスクの回転方向に沿って空間的に離れた位置にある。非反射性、放射吸収領域の代わりに、このディスクは少なくとも１つの開口を有することができる。この開口を通して、感光手段は、第１および第２の発射手段からの電磁エネルギーのパルスを感知することができる。
上述の装置による実施態様において、回転可能ディスクの回転に関する情報を取り出す方法も提供される。第１の発射手段からの電磁エネルギーは、ディスクの該第１の側面において反射され、第１の点において感光手段により受け取られる。その後、受け取られた電磁エネルギーに対応する第１の信号パルスが発生される。その後、第２の発射手段からの電磁エネルギーは、ディスクにより反射され、同一の点において感光手段により受け取られる。その後、受け取られた電磁エネルギーに対応する第２の信号パルスが発生される。上記各工程を反復することによって、第１および第２の信号パルスを有するパルストレインが発生される。その後、このパルストレインを処理することによって、ディスクの回転数およびディスクの回転方向が判定される。ある特定の用途においては、パルストレイン反復期間およびパルス持続期間は、標本化定理Nyquist rateにより制限され、ディスクの最大回転速度およびその反射（あるいは透過）特性に依存する。
本願明細書の以下の記載、および添付の図面を参照することにより、本発明の性格および利点をよりよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、標準的電力量計に載置するのに適した構成を有する、本発明により設計された構造体を示す図である。
図2a〜図2gは、図１に示す構造体を様々な角度から見た図である。
図３は、本発明の特定の実施態様を示す模式図である。
図４は、本発明の特定の実施態様の動作を説明する状態図である。
具体的な実施態様の説明
図１は、本発明の特定の実施態様に基づき設計された構造体を示す。ハウジング10は、標準的電力量計に載置するのに適した構成を有する。２つの赤外線発光ダイオード（IREDs）12が、ハウジング10内の光ダイオード14のいずれかの側に載置されている。IREDs12は、各IREDから発光された赤外線エネルギーが回転可能ディスク16の表面により反射され、光ダイオード14により受け取られるように載置されている。各IRED12からの赤外線エネルギーは、ディスク16の底面上の僅かに離れた複数の領域で反射される。これらの領域は、ディスクの回転方向に沿って離れている。
図において角度αで示しているように、各IREDからの赤外線「ビーム」の拡散範囲は、ビームの中心からおよそ25度である。図１はまた、右側のIREDが、反射された赤外線エネルギーの入射角度に対して僅かにずれていることにより得られる効果も説明している。実線18は、好ましい載置角度に対応する赤外線エネルギービームの中心軸を示しており、破線20は、載置角度から４度回転した場合（角度β）のビームの中心軸を示している。好ましい載置角度の場合は、赤外線エネルギービームの中心軸と垂直線との間におよそ28.8度の角度が形成される。図に示しているように、相当なズレが発生している場合でも、反射されたエネルギーの中心軸は、光ダイオード14の中心から僅かにずれているだけである。したがって、このような構成においては、IREDsのいずれかあるいは両方がずれている場合でも、十分な強度を有する赤外線エネルギーが確実に光ダイオードに到達することができ、それによって適正な動作が可能になる。図2a〜図2gは、図１に示すハウジング10を様々な角度から示す図である。
図３は、本発明の特定の実施態様を模式的に示す図である。IREDs12の陽極は、マイクロコントローラU3のファームウェアタイミング制御の下、NPN駆動トランジスタQ1およびQ2によりパルス化される。レジスタR12、R18およびR19、ならびにサーミスタRT1を有するネットワークは、IREDs12に対する駆動電流レベルを判定し、RT1によりIRED出力放射照度の温度に伴う変化を補償する。光ダイオード14は、（図示しない）回転可能ディスクから反射された赤外線エネルギーの形態の入力を受け取る。光ダイオード14から出力された電流パルスは、２段階交流結合型演算増幅回路22により条件づけられ、判定しきい値はR27、R35およびR29を有する電圧分割器により設定される。それにより得られる出力は、マイクロコントローラU3に埋め込まれた比較器により受け取られる。比較器の出力は、決定しきい値を超える高い振幅のパルスに対しては論理的にハイであり、一方、決定しきい値を超えない低い振幅のパルスに対しては論理的にローである。マイクロコントローラU3におけるファームウェアは、駆動パルスの周期的シーケンスおよび状態機械論理（state machine logic）を実施し、反射された赤外線エネルギーに含まれる消費電力情報を処理し、トラッキングし、かつ復号化する。このファームウェアはディスク回転方向を判定し、かつその結果を蓄積されたエネルギー消費の符号化レジストレーション（registration）として蓄積し、それによって外付けされた電力量計の電気機械レジスタを整合化する。
上記実施態様における動作を以下に説明する。IREDs12は、周期的にシーケンス状にパルス化される。シーケンスタイミングは、マイクロコントローラの結晶発振器13により判定される。この発振器は、初期許容誤差、温度およびエージングに対して±500 parts Per millionの範囲内で安定である。結果として得られる周期の範囲は976.1μs〜977.1μsとなり、好ましい周期は976.6μsである。各期間の間、まず左側のIREDが第１の間隔の間オンされる。その後、両方のIREDsともに第２の間隔の間はオフに維持される。その後、右側のIREDが第３の間隔の間オンされる。第１の間隔の持続期間は、17.28μs〜17.30μsであり、好ましい持続期間は、17.29μsである。第２の間隔の持続期間は、０〜1.018μsであり、好ましい持続期間は、1.017μsである。第３の間隔の持続期間は、19.32μs〜19.34μsであり、好ましい持続期間は、19.33μsである。最後に、残りの期間内は両方のIREDs共にオフに維持される。その他の間隔が好ましい持続期間である場合、この間隔は939.0μsである。光沢を有する金属製ディスクの表面から反射されたエネルギーを受け取ると、高い振幅の出力電流パルスを発生するこのパルスシーケンスに光ダイオード14の出力が続く。また、ディスクの底面上のある特定の半径に沿って特別に設けられたストライプ状の赤外線吸収ペイントから反射されたエネルギーを受け取る時には、ずっと低い振幅のパルスを受け取ることになる。通常の電力消費中に（すなわち反時計回りに）ディスクが回転するにつれて、ストライプの立ち上がりエッジはまず左側のIREDの反射領域を通過し、次に右側のIREDの反射領域を通過する。ディスクが回転し続けるにつれて、ストライプの立ち下がりエッジもまず左側のIRED、次に右側のIREDを通過し、その結果、それらから放射されたエネルギーは再び、光沢を有する金属製ディスク表面から光ダイオードへと反射される。パルスの入力シーケンスのために、光ダイオードの出力に現れるパルストレインもまた、制御器により認識・処理されうるよく規定された特性を有している。（例えばタンパリングなどの）例外的な条件下では、メーター（meter）ディスクは逆方向すなわち時計回りに回転する。そのような場合、放射吸収ストライプは、まず右側のIREDを通過する。結果として得られるパルストレインの特性は、通常の条件下に作成されたパルストレインの特性と明確に異なる。そのような事態が発生した場合、光ダイオード信号における変化が予測しうるものであるために、制御器はディスクの回転方向を判定することができる。
本発明は、上述の反射モードだけではなく、透過モードでも構成されうることを理解していただきたい。そのような実施態様においては、回転可能ディスクから見て感光装置が配置されている側とは反対の側に２つのIREDsは配置されうる。これらのIREDsはディスクの回転方向に沿って空間的に離れた位置にある。放射吸収性ストライプの代わりに、このディスクは少なくとも１つの開口を有することができる。この開口を通して、光ダイオードは、これらのIREDsからの赤外線パルスを感知することができる。透過を用いる実施態様においては、上述した反射を用いる実施態様に対して相補的に赤外線パルスを認識しかつ処理するために、ファームウェアを適切に改変することができる。本発明はまた、多重放射吸収性ストライプあるいは透過性開口を用いたディスクのわずかな回転を認識するのに適した構成をとりうる。
間隔持続期間の上記設定値は、本発明の一実施態様を表すものにすぎないことを理解していただきたい。さまざまな用途に対して、広い範囲の間隔持続期間を用いることができる。例えば、２つのIREDsのパルス化の間の間隔をゼロの持続期間とすることができるのみならず、これらのパルスを理論的に重ね合わせることもできる。特定のパルスがどのIREDに由来するものであるかをマイクロコントローラが判定しうるように標本化速度を選択する限りは、２つのパルスの間に正の間隔を挿入する必要はない。最大標本化速度は、光電子装置の立ち上がり時間および立ち下がり時間、増幅器のセトリング時間（settling time）、およびマイクロコントローラの使用可能時間量などの要素により限定される。
IREDパルスの持続期間は、上記実施態様に記した特定の値とは相当異なる値に設定することもできる。ある特定の用途に対する間隔持続期間を判定する際に考慮すべき要素としては、回転可能ディスクの各特徴部のサイズ、ディスクの反射（透過）特性、およびディスクの最大回転速度がある。前述したように、パルストレイン反復期間およびパルス持続期間は標本化定理Nyquist rateにより制限され、これらの要素に依存する。
meter typesの範囲、電子的構成要素のパラメータの変化、および（例えば温度、載置時の配列、および20〜30年の動作寿命などの）各種動作条件に対して光ダイオードが正しく動作することができるかどうかは、決定しきい値レベルの適正な選択に依存する。このしきい値レベルは、最悪の場合の（すなわち最も反射性の低い）光沢を有する金属製ディスク表面に対して評価されたパルス振幅と、最悪の場合の（すなわち最も反射性の高い）赤外線吸収性ストライプに対して評価されたパルス振幅との間にあるように選択される。
図４は、ファームウェアによる図３に示す実施態様の動作を説明する状態図である。本発明の装置に電力を供給すると、回路はまず状態５になる。イベントＬおよびＲにより、状態の過渡が発生する。イベントＬは、左側のIREDがオンされたこと、および決定しきい値を超える光ダイオード出力パルスがレジスタされたことを表す。イベントＲは、右側のIREDに対する等価のイベントを表す。L/Rは、これらのイベントＬおよびＲが両方とも発生することを示し、この記号の上に付せられたバーは、そのイベントが発生しないことを示す。出力パルストレインに変化がない場合には、状態の変化も発生しない。
図４の状態図により表されたファームウェアコードは、付録Ａ中に含まれている。
以上、本発明を具体的な実施態様に言及しながら示し記載したが、形式および詳細については、本発明の着想および範囲から逸脱することなく、上記改変を含むさまざまな改変を加えることができることは当業者は理解できるであろう。
0003682297.tif 000002
0003682297.tif 000003
0003682297.tif 000004
0003682297.tif 000005
【図１】
0003682297.tif 000006
【図２ａ】
0003682297.tif 000007
【図２ｂ】
0003682297.tif 000008
【図２ｃ】
0003682297.tif 000009
【図２ｄ】
0003682297.tif 000010
【図２ｅ】
0003682297.tif 000011
【図２ｆ】
0003682297.tif 000012
【図２ｇ】
0003682297.tif 000013
【図３】
0003682297.tif 000014
【図４】
0003682297.tif 000015