Оптоэлектронный шкальный индикатор

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительной аппаратуре. Цель изобретения - повышение точности считывания показаний и расширение функциональных возможностей устройства. Измеряемая величина, например напряжение, подается на вход амплитудно-временного преобразователя, с выхода которого импульсы напряжения длительностью, пропорциональной измеряемой величине, подаются на один из входов световой шкалы, состоящей из N ячеек. Ячейки запитываются тактовыми импульсами с выхода генератора через триггер и элементы И-НЕ. На световой шкале отображается светящаяся полоска, пропорциональная измеряемой величине. Через каждые M тактов на выходе счетчика возникает короткий импульс, возбуждающий один из фототиристоров и световод, который высвечивает риску шкалы. На блоке индикации высвечивается деление шкалы. Введение в устройство счетчика, блока управления, блока индикации, вторых фототиристоров позволяет повысить точность считывания показания за счет расположения рисок непосредственно на световой шкале. Устройство содержит также блок запуска, резисторы, светодиоды, фототиристор. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ °

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (51) 4 G О I R 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

hO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (2 1) 4351062/24-21 (22) 28.12.87 (46) 07.09.89, Бюл. II 33 (72) В.П. Кожемяко, А.Т. Теренчук, Л.И. Тимченко и Ю.П. Бурштейн (53) 62!.317.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1242837, кл. G 01 R 13/00, 1983. (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ШКАЛЬНЪ|Й ИНДИКАТ0Р (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь эовано в измерительной аппаратуре.

Цель изобретения - повышение точности считывания показаний и расширение функциональных воэможностей индикатора. Измеряемая величина, например напряжение, подается на вход амплитудно-временного преобразователя, с выхода которого импульсы напряжения длительностью, пропорциональной иэмеИзобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к технике отображения информации и может использоваться в конт-;; рольно-измерительной аппаратуре для отображения информации, например измерительной.

Цель изобретения — повышение точности считывания показаний и расширение функцис)нальных возможностей индикатора и повышение удобства работы с ним эа счет отображения делений шкалы в виде световых меток непосредственно на шкале, воэможности изменения цены деления и одновременного

2 ряемой величине, подаются на один из входов световой шкалы, состоящей из и ячеек, Ячейки запитываются тактовыми импульсами с выхода генератора через триггер и элементы И-НЕ. На световой шкале отображается светящаяся полоска, пропорциональная измеряемой величине. Через каждые m тактов на выходе счетчика возникает короткий импульс, возбуждающий один из фототиристоров,и светодиод,.который высвечивает риску шкалы. На блоке индикации высвечивается деление шкалы, Введение в индикатор счетчика, блока управления, блока индикации, вторых фототиристоров позволяет повысить й2 точность считывания показания sa счет расположения рисок непосредственно на световой шкале. Индикатор содержит также блок запуска, резисторы, светодиоды и фототиристор. 1 ил. отображения числового значения цены деления.

На чертеже изображена структурная схема оптоэлектронного шкального индикатора, Индикатор содержит амплитудновременной преобразователь (АВП) 1, генератор 2 импульсов, счетный триггер 3, первый 4> и второй 4 элементы 2И-НЕ, первую 5 „ и вторую 5 шины тактовых импульсов, счетчик 6 импуль" и сов, блок 7 управления, блок 8 индикации цены деления, блок 9 запуска, содержащий резистор 10 и светодиод 11 запуска, и индикационных ячеек 12 †,, в состав каждой из кото3 1506 рых входят первый индикационный светодиод 13, светодиод 14 связи, первый фототирпстор 15, второй индикационный светодиод 16 и второй фототиристор

17, токоограничительный резистор 18 и положительную шину 19 питания, Вход

20 АВП является входом индикатдра, к выходу AHIl 1 подключены катод светодиода 11 запуска, вход 21 установ— ки счетного триггера 3, первые входы элементов 2И-НЕ 41 и 4 выход генератора 2 импульсов соединен со счетным входом 22 триггера 3 и со счетным входом 23 счетчика 6 импульсов, к выходу АВП 1 подключен управляющий вход 24 счетчика 6 импульсов, К первому выходу 25 блока 7 управления подключен управляющий вход 26 генератора импульсов, Второй выход 27 блока управления соединен с входом блока индикации цены деления, прямой и инверсный выходы триггера 3 соединены с вторыми входами соответственно первого 4 и второго 4 элементов

2И-НЕ, к выходам которых подключены первая 5 и вторая 5 шины тактовых

1 импульсон соответственно, причем н каждой индикационной ячейке 12; светодиод 13., светодиод 14; связи и

У фототиристор 15; соединены согласнопоследовательно, и также согласно-последовательно соединены светодиод 16„ и фототиристор 17;, аноды индикационных светодиодов 13 и 16 всех ячеек 12,-12„ подключены через резистор

18 к положительной шине 19 питания, к которой через тот же резистор 18 подключен и блок 9 запуска, катоды первых фототиристорон 15 нечетных ячеек соединены с первой шиной 5, тактовых импульсов, а четных ячеек с второй шиной 5 тактовых импульсов, катоды вторых фототиристорон

17 всех ячеек соединены с выходом счетчика 6 импульсов, а оптический выход светодиода 11 запуска соединен оптически с фототиристорами 15 и 17 первой ячейки 12 „ а светодиод 14 связи каждой i-й ячейки 12 . оптпчес1 ки связан с фототиристорами 15 и 17 следующей ячейки 1 2 +,, оптп ческие выходы индикационных светодиодов 13 .и 16 являются индикационными выходами ячеек и образуют отсчетную шкалу, Индикатор работает следующим образом.

Исходя из требуемого количества дискретон шкалы и расстояния между

362

lp ется напряжение высокого уровня, Напряжение нысокого уровня с элемен15

55 ними, устанавливают коэффициент пересчета М счетчика 6 пмпупьсон. При отсутствии входного сигнала (например, электрического напряжения U„) на выходе АБП l присутствует нулевое напряжение, которое поступает на выходы элементов 2И-HF. 4, и 4, вследствие чего на их выходах поддерживатов 4< и 4 поступает на шины 5 и

5 тактовых импульсов и поддерживает в запертом состоянии фототиристоры

15 индикационных ячеек 12, вследствие чего ячейки находятся в невозбужденном состоянии. Нулевое напряжение с выхода АБЛ 1 поступает также на управляющий вход 22 счетчика 6 и поддерживает его в начальном состоянии, запрещая счет импульсов, поступающих на его счетный вход с генератора 2, Генератор 2 импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы, период следования которых равен Тт. Период следования импульсов генератора 2 (или их частота) задается блоком 7 управления, который управляет частотой следования импульсов генератора

2 по его управляющему входу 27, Нулевое напряжение с выхода АВП присутствует также на входе установки единицы триггера 3 и вследствие того, что этот вход триггера является инверсным, триггер устанавливается н единичное состояние (т,е. на прямом выходе присутствует логическая "1", а на инверсном — логический "p").

Когда на выходе АВП присутствует нулевое напряжение, светодиод ll узла запуска находится в возбужденном состоянии (так как íà его катоде нулевое напряжение) и его излучение воздействует на фототиристоры 15 и

171 первой ячейки 12 1, вследствие чего эти фототиристоры подготавливаются к открыванию.

Амплитудно-временной преобразователь 1 выполняет преобразование значения входной величины (напряжения) в длительность временного интервала, т,е, осуществляет широтно †импульсн модуляцию. При наличии на входе АВП напряжения он вырабатывает прямоугольные импульсы напряжения высокого уровня, длительность которых пропорциональна значению входной величины (при этом можно поддерживать постоянной либо длительность паузы

1 между импульсами AHII> либо их период следования) °

При поступлении на вход 20 АВП 1 измеряемой величины (например, напря жении U ) на его выходе появляется импульс напряжения высокого уровня, длительность t >, которого пропорциональна величине U„

=KU (1) где К вЂ” коэффициент преобразования.

Появление на выходе АВП напряжения высокого уровня приводит к тому, что счетный триггер 3 начинает переключаться под действием поступающих на его счетный вход импульсов генератора 2, и на его выходах появляются противофазные последовательности прямоугольных тактовых импульсов, длительноСти импульса и паузы которых одинаковы и равны периоду Т следования импульсов генератора 2, С выходов триггера тактовые импульсы поступают на вторые входы элементов

4 и 4 > на первых входах которых

1 присутствует напряжение высокого уровня с выхода АВП 1. В результате этого на подключенные к выходам элементов 4 и 4 шины 5, и 5 тактовых

1 импульсов проходят проинвертированные выходные импульсы триггера 3, причем в первый момент (первый такт) на шине 5 „ появляется нулевое напряжение (пауза между импульсами), а на шине 5 — напряжение высокого уровня. Одновременно с этим выходное напряжение АВП 1 приходит на управляющий вход 24 счетчика 6 импульсов и разрешает счет импульсов генератора 2, которые поступают на его счетный вход 23. Кроме того, появление напряжения высокого уровня на выходе

АВП приводит к выключению светодиода

11 узла запуска, так как оно поступает на его катод. После появления на управляющем входе 24 напряжения высокого уровня с выхода АВП, которое разрешает счет, на выходе счетчика 6 сразу появляется импульс нуле вого напряжения длительностью, ко тарый поступает на катоды фототиристоров 17 всех ячеек, Поскольку фототиристоры 15, и 17, ячейки 12 до появления выходного импульса АВП уже быпи подготовлены к открыванию излучением светодиода

11, то при появлении нулевого напряжения на шине 5 открывается фототи1 ристор 15 „и при поя влении нуле во го

506362

55 импульса на выходе счетчика 6 открывается фототиристор 17. При этом в ячейке 12, возбуждаются оба ее плеча и происходит излучение света светодиодами 13„ и 16„, индицирующими включение ячейки. Ячейка 12 остается возбужденной в течение всего первого такта (в течение времени Т ) остальные ячейки в это время остаются выключенными, В течение первого такта возбуждается и светодиод 14 связи ячейки 12,, излучение которого воздействует на фототиристоры 15 и

17 ячейки 12 > подготавливая их к открыванию (несмотря на это ячейка

12 остается выключенной, так как на шине 5 > к которой подключен фототиристор 15 присутствует блокирующее напряжение высокого уровня, а длительность Г импульса на выходе счетчика 6 недостаточна для срабатывания фототиристора !7 > т.е. на выходе счетчика после нулевого импульса устанавливается напряжение высокого уровня), При поступлении следующего импульса генератора 2 происходит переключение триггера 3 и соответственно меняются напряжения на шинах

5 и 5 : на шине 5 устанавливается

1 1 на время такта T напряжение высокого уровня, а на шине 5 — нулевое напряжение. При этом ячейка 12„ возвращается в невозбужденное состояние (ее фототиристор 15 закрывается высоким напряжением на шине 5 > а фототиристор 17 — высоким напряжением на выходе счетчика 6), а ячейка 12 возбуждается. Подготовленный в предыдущем такте к открыванию фототиристор

15< открывается и светодиоды 13 и 14 возбуждаются, причем светодиод 13 индицирует включение ячейки, а светодиод связи 14, воздействуя на фототиристоры 15 и 17> ячейки 12 » подготавливает их к открыванию; фототиристор 17 ячейки 12 остается запертым, так как на его катоде присутствует напряжение высокого уровня. В следующем, третьем, такте аналогично описанному происходит возбуждение третьей ячейки 12 .

Данный процесс последовательного срабатывания индикационных ячеек, при котором в срабатывающей ячейке возбуждается плечо, содержащее индикационный светодиод 13> светодиод 14 связи и фототиристор 15, продолжается в течение длительности t выход1506362

Одновременно с описанным процессом распространения возбуждения счетчик 6 импульсов ведет счет поступающих на его вход 23 импульсов генера° 35 тора 2, т, е. счет тактов. Коэффициент пересчета этого счетчика равен М.

При поступлении каждого И-го импульса на вход 23 на выходе счетчика 6 появляется импульс нулевого напряже- 40 ния длительностью, а в остальное время присутствует напряжение высокого уровня. При этом е каждом М-и такте на катоды фототиристоров 17

HHpHKBUHoHHblx ячеек пОступает этОт 45 импульс нулевого напряжения длительностью 7, а в остальное время поддерживается высокое напряжение, Поскольку в каждой ячейке 12. но нре1 мя (1-1)-го такта к открыванию под50 готавлинаются одновременно оба фототиристора 15 и 17, то н каждом M-u такте появление на ныходе счетчика импульса нулевого напряжения приводит к тому, что н срабатывающей в этом такте соответствующей ячейке

55 открывается фототиристор 17 и возбуждается плечо, содержащее светодиод 16. ного импульса АВП, причем в каждом такте возбуждается ровно одна ячейка (так что фронт возбуждения перемещается по линейке ячеек на один дис5 крет) и она находится н возбужденном состоянии в течение времени такта Т, При этом число и х нозбудиншихся за время t„ ячеек равно (х!Тт ), (2) 10 где (А 1 — целая часть числа А, В силу (1) число возбудившихся ячеек пропорционально значению U„ входной величины, а поскольку оптические выходы индикационных ячеек l5 образуют отсчетную шкалу, то расстояние, на которое перемещается по шкале световое пятно, пропорционально величине U

В течение одного выходного импульса АВП осуществляется один описанный цикл отображения, который повторяется при каждом выходном импульсе АВП. При частоте следонания импульсов АВП, превышающей критическую частоту мельканий человеческого зрения, траектория светового пятна на шкале воспринимается как равномерная световая полоса, длина которой пропорциональна величине U „, 30

Таким образом, н каждом М-м такте в соответствующей ячейке возбуждаются оба индикационных светодиода

13 и 16, иэ которых светодиод 13 участвует в формировании световой полоски, а светодиод 16 индицирует деление шкалы. При этом на шкале выснечинается индикационная световая полоска с делениями на ней, причем деления индицируются каждой

М-й ячейкой шкалы. Например, если коэффициент пересчета счетчика 6

М=4, то каждая четвертая ячейка шкалы высвечинает деление шкалы. Деления шкалы могут вводиться с помощью дополнительных светодиодов 16 различными способами: можно сделать выходы светодиодов 13 и 16 раздельными, при этом деления будут высвечиваться над или под снетовой полоской; выходы светодиодов могут иметь разную форму, например выходы светодиодов 16 могут быть в виде рисок, пересекающих световую полоску; светодиоды 13 и 16 могут иметь разные цвета свечения (иапример, светодиод

l3 — зеленый, а светодиод 16 — красный), тогда деления шкалы вводятся в виде красных точек на шкале).

После окончания выходного импуль.— са АВП нуленое напряжение поступает на управляющий вход 24 счетчика 6, устанавливает его в исходное состояние и прекращает счет импульсов, При поступлении каждого импульса АВП описанный цикл работы оптоэлектронной структуры и счетчика 6 повторяется, Изменяя исходное состояние счетчика можно обеспечивать высвечивание в начале цикла индикации нулевого дискрета шкалы (светодиод 16 первой ячейки) или не высвечивать его — в первом случае в начале цикла индикации на ньгходе счетчика появляется нулевой импульс, а во втором — нет, Например, если И=4, то индицируется деление н каждой четвертой ячейке шкалы (в первом случае высвечивают нулевой дискрет ячейка 12„), четнертый дискрет (ячейка 12 ), восьмой дискрет (ячейка 12 ) и т.д,, а во втором — ячейки 12, 12 и т.д.)

Изменение цены деления осуществляется путем изменения длительности такта (периода следования импульсов генератора 2), Цена деления показывает, сколько единиц входной величины приходится на один дискрет шкалы

9 15063 (на одну ячейку), и составляет, как следует из (1) и (2), а=Тт /К (3) для вводимых делений при коэффициенте пересчета счетчика 6, равном М, 5 а =MT /К . (4)

Как видно, цена деления определяется коэффициентом преобразования

АВП К и длительностью такта Тт, кото- 1р рыл» равен периоду следования импульсов генератора 2. Поэтому изменение частоты генератора 2 ведет к изменению цены деления, причем закон изменения цены деления линейный, т.е. ес- 15 ли длительность такта Тт (период следования) изменяется в Е раэ, то также изменяется и цена деления а =ГТ /К=Еа, (5)

Управление периодом следования Т, 2р импульсов генератора 2 осуществляется блоком 7 управления, который вырабатывает управляющие сигналы и подает их на управляющий вход 27 генератора

2 и изменяет период следования его 25 импульсов. Между ценой деления шкалы, периодом следования импульсов генератора 2 (их частотой) и управляющими сигналами блока управления существует известное однозначное соответствие, 3р которое используется для индикации цены деления шкалы. Одновременно с сигналами управления генератором 2 блок 7 управления выдает на свой второй выход 26 соответствующие сигналы управления блоком 8 индикации цены деления, которые поступают на его вход. Под действием этих сигналов блок 8 индикации цены деления, представляющий собой цифровой индикатор 40 (малоразрядный цифровой дисплей), высвечивает текущее значение цены деления в соответствии с выражением (4), При управлении цифровым дисплеем блока 8 выход 27 блока 7 явля45 ется многоразрядным, что необходимо для передачи сигналов управления разрядами дисплея и сегментами цифровых индикаторов соответственно многоразрядной является и соответствующая линия связи) ° Таким образом, в процессе отображения значения входной величины световой полоской на шкале на этой световой полосе высвечиваются деления шкалы и одновременно индицируется численное значение цены деления шкалы, При фиксированном значении коэффициента пересчета M счетчика 6 деле62 1О ния шкалы (метки делений) занимают на ней неизменное положение, а при изменении длительности такта Тт (и цены деления) изменяется длина световой полоски при одном и том же значении входной величины (так как за одно и то же время „ срабатывает разное число ячеек), что позволяет управлять точностью индикации.

Строение блока управления 7 зависит от того, каким образом осуществляется управление генератором 2, т,е. от вида управляемого генератора и от вида блока индикации цены деления. формулаизобретения

Оптоэлектронный шкальный индикатор, содержащий амплитудно-временной преобразователь, вход которого является входом индикатора, генератор импульсов, выход которого подключен к счетному входу счетчного триггера, первый и второй элементы 2И-НЕ, первые входы которых соединены с выходом амплитудно-временного преобразо-. вателя, а.вторые — с прямым и инверсным выходами триггера соответственно, первую и вторую шины тактовых импульсов, которые подключены соответственно к выходам первого и второго элементов 2И-НЕ, блок запуска, состоящий из последовательно соединенных резистора и светодиода, катод которого подсоединен к выходу амплитудно-временного преобразователя, и и индикационных ячеек, каждая иэ которых содержит первый и второй индикационные светодиоды, светодиод связи и фототиристор, причем в каждой ячейке первый индикационный светодиод, светодиод связи и фототиристор соединены согласно-последовательно, аноды индикационных светодиодов всех ячеек и резистор блока запуска через второй резистор подключены к положительной шине питания, катоды фототиристоров нечетных ячеек подключены к первой шине тактовых импульсов, а катоды фототиристоров четных ячеек к второй шине тактовых импульсов, светодиод связи каждой i-й ячейки оптически связан с фототиристором следующей (i+ 1)-й ячейки, а светодиод блока запуска оптически связан с фототиристором первой ячейки„ при этом оптические выходы индикационных

150

Составитель В. Григорьевский

Редактор А, Козориз Техред М.Дидык Корректор м. Шароши

Заказ 5424/46 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 светодиодов являются оптическими выходами ячеек и образуют отсчетную шкалу, отличающийсятем, что, с целью повышения точности индикации, и улучшения эргономических характеристик индикатора, в него введены счетчик импульсов, блок управления, блок индикации цены деления и и вторых фототиристоров, каждый иэ которых соединен согласно-последовательно с вторым индикационным светодиодом ячейки, катоды вторых фототиристоров всех ячеек соединены с выходом счетчика импульсов, счет6362 l2 ный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а управляющий вход — к выходу амплитудно-временно5 го преобразователя в каждой i-й

Ф ячейке светодиод связи оптически соединен дополнительно с вторым фототиристором следующей (i+1)-й ячейки, а светодиод блока запуска — с вторым фототиристором первой ячейки, управляющий вход генератора импульсов соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с входом блока индикации цены деления.