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水道メーター指針の回転を光で検出

スマートメーターによって、水道事業社様には検針業務の効率化や難検針の解消、お客様には使用量の見える化や見守りサービスなどが提供可能となります。しかし、一般の家庭に普及している機械式水道メーターには積算値の外部出力がなく、新たなスマートメーターの導入が必要となります。そこで当社では、機械式水道メーターのスマート化に向けて、積算値の外部出力技術の開発に取り組んでいます。

本技術は、水道メーターの指針の回転を光で検出し、回転数から積算値を求めます。LEDとフォトトランジスタの簡単な構成で、LEDから文字盤に光を照射し、反射した光をフォトトランジスタで受けます。光の反射位置に指針があると反射光の強度が弱まる現象を用いて回転を検出します。この技術で機械式水道メーターの積算値を電子化し、電子式水道メーターの機能を付加できます。さらに通信機能を加えることで、通信機能を持たない機械式水道メーターがスマートメーターに変身します。

LEDから指針に光を照射し、指針の有無を反射される光量の変化から回転を検出します。
LEDから指針に光を照射し、指針の有無を反射される光量の変化から回転を検出します。

正逆の断続的な回転を正しく検出 (特許出願中)

2つのフォトトランジスタ(PT1、2)の間にLEDを配置することで、同時に指針を検出します。これにより、指針が任意の場所で止まり、回転方向が変わっても回転を検出できます。例えば、PT1、2が同時に指針を検出している状態から、PT2のみで指針を検出している状態になった場合、正方向に回転したことがわかります。

正逆の断続的な回転を正しく検出

温度変化による誤検出を防ぐ技術 (特許出願中)

温度補正用のフォトトランジスタ(PT3)を追加することで、温度変化による指針の誤検出を防ぎます。PT1、2の信号に対して、閾値を決めて指針の検出を判定します。そのため、温度によって信号が閾値を超えて変化したとき、誤って指針を検出する場合があります。そこで、指針を検出しない位置にPT3を設置することで、温度変化のみの影響を受ける信号を取得します。指針回転検出用PT1、2で取得した信号から、PT3の信号の差分をとることで、温度変化による影響を低減し、指針の誤検出を防ぎます。

温度変化による誤検出を防ぐ技術

開発者の声

早瀬 義喜

大学では、専攻の情報工学をベースに材料力学や光ファイバ工学などさまざまな分野にまたがる研究をしていました。そうした経験を活かし、信号処理などのソフトウェアのほか、物理的な物を対象とする計測技術の研究をしたく愛知時計電機に入社しました。入社後は主に組み込みソフトの設計業務に取り組む傍ら、常に好奇心を持ち、幅広い分野で新しい技術を探究するように心がけてきました。現在は光ピックアップ技術の開発に従事しています。まずは、この技術を量産化するための課題に取り組み、その後は、次の愛知時計電機を担うような新しい分野の技術開発に関わっていきたいと考えています。


■光ピックアップではどのような課題、発見があったでしょうか?
指針の検出距離を長くできるように検出信号を大きく取得したいと考えていました。そのため、LEDとのフォトトランジスタの距離を近づけようと、3つの素子を直線で並べることを検討していました。しかし、検出信号が大きくなるものの、2つの信号が離れすぎて、2つのフォトトランジスタで同時に指針を検出できないことがわかりました。同時に検出できないと、回転方向を誤判定するおそれがあります。そこで、フォトトランジスタを近づけ、フォトトランジスタの間の直線上にLEDを設置することにしました。この位置関係が、同時に指針を検出でき、誤判定なく回転検出できる配置であるとわかりました。

LEDとのPTの距離

■さらにそこから、どのような対応、解決をしましたか?
より適した素子の位置関係による検出信号の変化を検討するため、さまざまな配置で素子を基板に実装しました。しかし、装置で実装したにもかかわらず、素子が傾き、検出信号に影響したため、配置による信号の変化を検討できませんでした。そこで、実装する際のハンダ量を調整し、素子が傾かないハンダ量を明らかにしました。この傾きの問題を解決したことで、配置についての検討ができるようになりました。

素子が傾かないハンダ塗布量

■さらなる改善点や今後の改良をお聞かせください。
設置環境や検針時などの条件によって太陽光が文字盤に反射して、センサーに入ることがあります。このとき、フォトトランジスタが飽和状態となり、信号が検出できなくなることがあります。そのため、現在はセンサー部分の窓を小さくしたり、光が入る場所から遠ざけたりすることで、センサーに太陽光が入りにくいように対策していますが、改善の余地があると考えています。今後は、赤外光カットフィルターなど太陽光の影響をさらに低減する方法を検討していきます。

本件は、愛知県による新あいち創造研究開発補助金において、「水道メーター、ガスメーターにおけるIoT化に関する実証実験」事業を応募しました結果、平成29年度分として本事業が採択されました。
※「新あいち創造研究開発補助金」:次世代自動車や航空宇宙など、将来の成長が見込まれる分野において、企業等が行う研究開発・実証実験を支援する補助制度
※愛知県:「産業空洞化対策減税基金」に基づく「新あいち創造研究開発補助金」の平成29年度採択案件を決定しました。ウェブページはこちら
本件に関するお問い合わせ先
愛知時計電機株式会社 経営企画室
TEL : 052-661-0567
FAX : 052-661-0392
E-Mail : ccs@inet1.aichitokei.co.jp

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