今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种基于压电陶瓷自供电的智能水表。该专利由福建天蕊光电有限公司申请，并于2018年5月29日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及水表技术领域，尤其是一种基于压电陶瓷自供电的智能水表。

发明背景

在日常生活中，水表大量安装和使用。随着5G时代的来临，大量水表需要进行智能化改造，但是由于水表的安装环境，大多离市电较远，甚至属于市电不容易到达的区域；同时又由于市电的接入，造成额外的漏电隐患。单纯使用电池，可以解决短期的用电，但无法解决长期使用的问题。针对智能水表的需求和应用场景，本发明利用水体流动冲击弹性金属片，从而带动压电陶瓷膜周期形变产生电能，为控制电路提供电能，从而就近、安全简单地解决智能水表的供电问题。

另外，智能水表还需要在停电掉电的情况下，继续保证水表的计数功能。本发明采用在常规水表的计数器上增加电阻膜、磁条、光栅等位置传感技术，可以保证水表的计量准确性和公正性。

发明内容

本发明提供一种基于压电陶瓷自供电的智能水表，能够有效解决智能水表的长期监测控制供电问题，且具有结构简单、安装方便、绿色环保、经济实用等优点。

图为本发明水表内部示意图。

本发明所采取的技术方案如下：一种基于压电陶瓷自供电的智能水表，智能水表包括控制电路、贮电电池、压电陶瓷发电模块、水量计数器；压电陶瓷发电模块包括设于水表水路内的弹性条带；弹性条带的一端固定于发电模块安装座处，另一端悬空于水表水路中，弹性条带长边与水流方向成角度设置，弹性条带的表面设有压电陶瓷薄层，压电陶瓷薄层的电输出端与贮电电池相连；当弹性条带在水流冲力下形变时，压电陶瓷薄层产生的电能输出至贮电电池进行存贮；贮电电池对控制电路供电；水量计数器与控制电路的模数转换接口相连；水量计数器以计数机构与水表叶轮相连，当水表水路的水压推动叶轮旋转时，水量计数器的计数机构被叶轮驱动以计量用水量。

水量计数器的计数机构以非易失性数据存贮结构存贮用水量计数值；非易失性数据存贮结构包括电阻阻值位置计数结构、磁条位置计数结构或光栅位置计数结构中的一种。当水量计数器的非易失性数据存贮结构为电阻阻值位置计数结构时，计数器以电阻接口与控制电路的模数转换接口相连；电阻接口包括计数圆片和带缺口的电阻环；电阻环与计数圆片外周相邻，控制电路的模数转换接口以第一触点与计数圆片相连；模数转换接口经导线以第二触点与电阻环相连；计数圆片与叶轮相连；当计数圆片在叶轮驱动下旋转时，第二触点在电阻环处滑移使电阻接口阻值发生变化，控制电路按水量计数器的电阻接口阻值来判定当前已用水量。

弹性条带为金属弹性薄片或弹性塑料片；当弹性条带为金属弹性薄片时，弹性条带表面层为以防水处理成型的表面层。发电模块包括固定环和横贯于固定环内的固定横杆，固定环以螺旋结构固定于水表出水口处；固定横杆处设有弹性条带固定孔；当弹性条带固定于弹性条带固定孔时，弹性条带与水流方向成一角度范围在0~30°间的夹角。压电陶瓷薄层设于弹性条带的上表面和/或下表面，当水表内水体流动时冲击弹性条带使之周期性弯曲变形，使至少一个压电陶瓷薄层受压形变而产生电能；压电陶瓷薄层表面覆以防水材料。智能水表还包括设于水表进水口处的电磁阀，电磁阀与控制电路相连以根据控制指令打开或切断水路。

控制电路内置微处理器；控制电路包括读卡电路和通信电路。当智能水表以读取水费卡来控制用户用水，且电磁阀为常开型电磁阀时，其工作流程依次包括以下步骤；A1、用户打开水龙头，使水表水路内形成水流，发电模块以水流进行发电并对贮电电池充电；A2、当贮电电池电力可以驱动控制电路时，控制电路以控制电路内的存贮芯片内贮的可用水量数据与水量计数器所记的当前用水量进行比对，判定用户是否可以继续用水；A3、当控制电路判定当前用水量大于可用水量数据时，控制电路控制电磁阀切断水表水路；A4、当用户以充值后的水费卡放在控制电路处刷卡后，控制电路根据水费卡数据，更新存贮芯片内贮的可用水量数据，并控制电磁阀导通水表水路，使用户可以正常用水；A5、当用户用水时，水量计数器对用水量进行计数以供控制电路读取，当控制电路读取的当前用水量再次超出控制电路存贮芯片内贮的可用水量数据时，控制电路控制电磁阀切断水表水路。

本发明利用水表内水体的流动，冲击弹性金属条带，从而带动压电陶瓷薄层周期形变产生电能，电能在贮电电池进行储能，为控制电路提供电能，从而就近、安全简单地解决智能水表的供电问题。

本发明中，水量计数器与控制电路的模数转换接口相连；水量计数器以计数机构与水表叶轮相连，当水表水路的水压推动叶轮旋转时，水量计数器的计数机构被叶轮驱动以计量用水量，在实际应用中，计数器可以有对应多位水表计数的多个计数圆片以扩充量程，圆片上加装电阻膜(电阻环或电阻层)、磁条、光栅等位置传感器，控制电路在需要的时候通过位置传感器读取计数值。显然，本发明对现有水表的智能化改造，可以不影响现有水表的计数计量功能，并且在掉电、断电情况下，继续保证水表计量的准确性和公正性。

本发明的控制电路内置通信电路，可以有定时或不定时对外发送当前水表计数计量结果，以及工作状态等信息；也可以由其它条件触发对外数据状态传输功能。从而实现智能水表的智能组网、智能计费、智能管理等功能。

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