Оптоэлектронный шкальный индикатор
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительной аппаратуре. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Измеряемая величина, например напряжение, подается на вход амплитудно-временного преобразователя, с выхода которого импульсы напряжения, длительность которых пропорциональна измеряемой величине, подаются на один из входов световой шкалы, состоящей из N индикационных ячеек. Ячейки запитываются тактовыми импульсами с выхода генератора через триггер и элементы И-НЕ. На световой шкале отображается светящаяся полоска, длина которой пропорциональна измеряемой величине. В случае возбуждения N-й индикационной ячейки ("зашкаливание" прибора) фотоприемный блок выдает на вход счетчика импульс, который через цифроаналоговый преобразователь увеличивает период импульсов генератора, что изменяет цену деления световой шкалы и устраняет "зашкаливание". На блоке индикации высвечивается цена деления световой шкалы. Введение в устройство фотоприемного блока, счетчика импульсов, цифроаналогового преобразователя, преобразователя кода, блока индикации позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет автоматического выбора диапазона индикации и индикации численного значения цены деления. Устройство содержит также токоограничительный резистор. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„80„„1506363
А1 (51)4 С 01 R 13/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4351-906/24-21 (22) 28.12.87 .(46) 07.09.89. Бюл. Р 33 (72) В.П.Кожемяко, А.Т. Теренчук, Л.И. Тимченко, Ю.П. Бурштейн. и В.Г. Кондратюк (53) 621.317.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Р 1242837, кл. С Ol R 13/00, 1983. ! (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ШКАЛЬНЫЙ ИНДИКАТ0Р (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительной аппаратуре. Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей индикатора. Измеряемая неличина, например напряжение, подается на вход амплитудно-временного преобразователя, с выхода которого импульсы напряжения, длительность которых пропорциональна измеряемой величине, подаются на один из входов светоной шкалы, состоящей из и индикационных ячеек. Ячейки эаИзобретение относится к информационно-измерительной технике и средствам отображения информации и может использоваться н контрольно-измерительной аппаратуре для отображения значений различных величин.
Цель изобретения — расширение функциональных возможностей индикатора за счет автоматического выбора диапазона индикации и индикации численного значения цены деления. питываются тактовыми импульсами с выхода генератора через триггер и элементы И-НЕ. На световой шкале отображается светящаяся полоска, длина которой пропорциональна измеряемой величине. В случае возбуждения и-й индикационной ячейки ("эашкаливание прибора) фотоприемный блок выдает на вход счетчика импульс, который через цифроаналоговый преобразователь увеличивает период импульсов генератора, что изменяет цену деления световой шкалы и устраняет "зашкалинание". На блоке индикации выснечинается цена деления световой шкалы. Введение в устройство фотоприемного блока, счетчика импульсов, цифроаналогового преобразователя, преобразователя кода, блока индикации позволяет расширить функциональные воэможности индикатора за счет автоматического выбора диапазона индикации и индикации численного значения цены деления. Индикатор содержит также токоограничительный резистор. 1 ил.
На чертеже показана структурная схема предлагаемого оптоэлектронного шкального индикатора.
Индикатор содержит амплитудно-временной преобразователь (АВП) 1, управляемый генератор 2 импульсов, счетный триггер 3, первый 4 и второй 5 элементы 2И-НЕ, и индикационных ячеек 6, -6„, каждая из которых представляет собой согласно-последовательно соединенные индикационный светодиод 7, светодиод 8 связи и фо3 150636 тотиристор 9, блок IO запуска, состоящий из последовательно соединенных резистора 11 и светодиода 12, токоограничительный резистор 13, блок 14 управления, в который входят фотоприемный блок 15, счетчик 16 импульсов и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 17, преобразователь 18 кодов и блок 19 индикации. Вход АВП 1 lp является входом 20 индикатора, а его выход соединен с R-входом установки нуля триггера 3, катодом светодиода 12 и первыми входами элементов 2И-НЕ 4 и 5, вторые входы которых соединены 15 с прямым и инверсным выходами триггера 3 соответственно, счетный вход которого подключен к выходу генератора 2 импульсов, аноды индикационных светодиодов 7 ячеек 61-6„ через ре- 20 эистор 13 подключены к положительной шине 21 питания, катоды фототиристоров 9 нечетных ячеек соединены с выходом первого элемента 2И-НЕ 4, а четных ячеек — с выходом второго эле- 25 мента 2И-НЕ 5, резистор I! блока 10 запуска подключен к шине 21 питания через резистор 13 светодиод 12 оптически связан с фототиристором 9, tipp вой ячейки 6,, а светодиод 8 связи 30 каждой 1-й ячейки оптически связан с фототиристором 9 следующей (1+1)-й ячейки, оптические выходы индикационных светодиодов 7 являются оптическими выходами ячеек 6 -6 „ и образуют отсчетную шкалу, светодиод 8 связй последней ячейки 6„ оптически связан с входом фотоприемного блока 15, выход которого подключен к входу счетчика 16 импульсов, выходы которого 40 соединены с соответствующими входами
UAII 17 и с соответствующими входами преобразователя 18 кода. Выход ЦАП !7 является выходом блока управления и соединен с управляющим входом 22 ге- 45 нератора 2 импульсов, а выходы преобразователя 18 кодов — с соответствующими входами блока 19 индикации.
Вход 24 сброса счетчика 16 и управляющий вход 23 АВП подключены к входу сброса индикатора.
Индикатор работает следующим образом.
В исходном состоянии (в этом состояние индикатор устанавливается при включении) на выходе АР>П 1 присут" ствует нулевое напряжение, счетчик 16 импульсов находится в нулевом состоянии вследствие чего на выходе ЦАП 17
3 4 присутствует минимальное выходное напряжение, которое поступает на управляющий вход 22 генератора 2 импульсов и задает максимальную частоту следования тактовых импульсов. Нулевое напряжение с выхода АВП 1 поступает на первые входы элементов И-НЕ 4 и 5, вследствие чего на их выходах поддерживается напряжение высокого уровня, которое поступает на катоды фототиристоров 9 индикационных ячеек 6 1-6 „ и поддерживает их запертыми, вследствие чего ячейки находятся в невозбужденном состоянии. Нулевое выходное напряжение АВП 1 поступает также на катод светодиода 12 блока 10 запуска, который вследствие этого находится в возбужденном состоянии и воздействует своим излучением на фототиристор 9 первой ячейки 6„, подготавливая его к открыванию. Кроме того, нулевое выходное напряжение ABII присутствует также на R-входе установки нуля триггера 3 и так как этот вход является инверсным, на прямом выходе триггера присутствует напряжение логического "0", а на инверсном — логической "!в °
При наличии на входе 20 измеряемой величины (например, напряжения Ь „)
ЛВП 1 осуществляет преобразование ее в длительность временного интервала, т.е. вырабатывает прямоугольные импульсы напряжения высокого уровня, длительность которых пропорциональна текущему значению входной величины.
При этом могут поддерживаться постоянным либо период следования выходных импульсов АВП 1, либо длительность паузы между импульсами.
Осуществляемое АВП 1 преобразование описывается выражением к Крахе (1) где К вЂ” коэффициент преобразования
АВП; значение входной величины; — длительность выходного импульса АВП, Генератор 2 импульсов вырабатывает прямоугольные тактовые импульсы, период следования которых равен Т, причем период Т» задается управляющим напряжением U >, которое подается на управляющий вход 22 генератора 2
f (U yap) (2)
При наличии на входе 20 измеряемой величины У „ на выходе ABII 1 в некоторый момент t (начальный) появляется
363
1506 прямоугольный импульс напряжения высокого уровня длительностью tä, соответствующей (l). Генератор 2 импульсов при этом вырабатывает тактовые импульсы с минимальным периодом сле5 дования Т (так как на его управляющем входе 22 присутствует минимальное управляющее напряжение). Тактовые импульсы с выхода генератора 2 поступают на счетный вход триггера 3, который переключается по каждому тактовому импульсу, вследствие чего на
его прямом и иннерсном выходах формируются протинофазные последователь- (5 ности прямоугольных импульсов, период следования которых равен 2Т1-, а длительность Т . Выходной импульс
АВП 1 поступает на первые входы элементов И-НЕ 4 и 5, на вторые входы 20 которых поступают импульсные последонательности с выходов триггера 3 °
При этом элементы И-НЕ 4 и 5 открываются для пропускания импульсов с выходов триггера 3 и на их выходах по- 25 являются противофазные последовательности тактовых импульсов (проинвертированные выходные импульсы триггера 3). Так как до момента t - триггер находится в нулевом состоянии.(логи- 30 ческий 10 на прямом выходе), теперь он сразу переключается в единичное состояние (логическая 1 на прямом выходе), и, соответственно, на время первого такта Т. на выходе элемента т 35
И-НЕ 4 устанавливается нулевое напряжение, а на выходе элемента И- IE 5— напряжение высокого уровня. Появление на выходе АВП 1 напряжения высокого уровня приводит к погасанию све- 40 тодиода 12 блока запуска (так как оно поступает на его катод). Поскольку до начала выходного импульса АВП 1 фототиристор 9 подготовлен к откры1 ванию излучением светодиода 12 и те45 перь на выходе элемента И-НЕ 4, к которому подключен его катод, поянляется нулевое напряжение, фототиристор 9 открывается и возбуждается индикационная ячейка б,. Возбудившийся светодиод 7 индицирует срабатывание ячейки 6 „ а излучение светодиода 8 1 связи воздействует на фототиристор 9 ячейки 6, подготавливая его к открыванию (при этом фототиристор 9 оста55 ется запертым напряжением высокого уровня, которое поступает на его ка тод с выхода элемента И-kIE 5). Длительность такта ранна длительности импульса на выходах элементов И-НЕ 4 и 5 и составляет Т . В течение нсего первого такта Тт первая ячейка 6 ос1 тается возбужденной и ячейка 6 подготавливается к срабатыванию. Затем при поступлении на счетный вход триггера 3 второго тактового импульса происходит переключение триггера, в результате чего на выходе элемента И-НЕ 4 устанавливается напряжение высокого уровня, а на выходе элемента И-НЕ 5 — нулевое напряжение. При этом первая ячейка 6, выключается (фототиристор 9, закрывается), а ячейка 6> срабатывает и переходит в возбужденное состояние (подготовленный к открыванию излучением светодиода 8, фототиристор 9 открынается, светодиоды 7 и 8 возбуждаются) °
Ячейка 6 остается возбужденной в течение второго такта, при этом светодиод 7 индицирует срабатывание ячейки, а излучение светодиода 8 воздей7 ствует на фототиристор 9 и подготавливает его к открыванию в следующем такте.
Данный процесс последовательного срабатынания индикационных ячеек протекает в течение всей длительности выходного импульса АВП 1, причем процесс является тактированным, т.е. в каждом такте срабатывает ровно одна ячейка и в возбужденном состоянии всегда находится ровно одна ячейка (т.е. происходит тактированное последовательное распространение возбуждения по индикационным ячейкам) .
Число п „ ячеек, возбуждающихся за время t„ равно
n„= — ", (3) где Т вЂ” длительность такта; (A 1 — целая часть числа А.
Как видно из (1) и (3), число возбудившихся ячеек п и, соответственно, расстояние, на которое перемещается по шкале световое пятно (излучение индикационного светодиода) про1 порционально значению входной величины U „, При достаточно высокой частоте тактовых импульсов траектория светоного пятна воспринимается как светоная полоска на шкале.
Описанный процесс повторяется в каждом выходном импульсе АВП 1, причем в паузе между импульсами АВП происходит подготовка индикатора к новому циклу отображения (все ячейки!
506363
NTr
U л Îê< К (4) и цену одного дискрета шкалы й=
Тт (5)
К
Цена d о д н о г о д и с к р е т а ш к а лы (один дискрет соответствует одной ячейке) определяется иэ условия изменения длины световой полосы на единицу при изменении входной величины на Д:
К /Т = 1. Верхняя граница U „ В начале работы, период следования Т, импульсов генератора 2 является минимальным и, соответственно, при этом минимальны длительность так ra, цена дискрета шкалы и верхняя граница диапазона индикации. Поэтому при превышении входной величиной значения Ц Ь 1, ) она выходит пз ди апазона индикации, а световое пятно как бы уходит за пределы шкалы (возникает "эашкаливание"), и контроль входной величины становится невозмож55 ным, Для осуществления контроля входной величины при выходе ее иэ исходного диапазона индикации выполняется переход на другой, более широкий диа40 6,-6„ выключаются, светодиод 12 узла запуска возбуждается и своим излучением подготавливает к открыванию фо— тотиристор 9, ячейки 6,, триггер 3 устанавливается в исходное состояние, элементы И-НЕ 4 и 5 закрываются .и блокируют индикационные ячейки) . При частоте следования выходных импульсов АВП, превышающей критическую частоту мельканий человеческого зрения, на шкале формируется равномерная световая полоса, длина которой пропорциональна текущему значению входной величины U . л 15 Диапазон изменения индицируемой величины U определяется коэффициенг том преобразования АВП и длительностью такта Т (который определяет кот эффициент преобразования длительнос- 20 ти временного интервала t„ в число возбужденных ячеек и » выполняемого индикационной структурой, и равен 1/Т, ), а также числом индикационных ячеек шкалы N. При заданном числе 25 ячеек шкалы N заданном коэффициенте преобразования АВП К и заданной длительности такта Т имеют верхнюю границу диапазона индикации входной ве-. личины 30 назон индикации. Изменение диапазона индикации осуществляется путем увеличения длительности такта Т посредством увеличения периода следования импульсов генератора 2. При этом увеличение длительности такта в g раз (Т = d Т,) приводит к увеличению во / столько же раз цены дискрета (Л = 44) и диапазона индикации {Ur,„„,= d U,„,„„ ) в соответствии с (4) и (5). Если входная величина достигает верхней границы исходного диапазона индикации l. „„„ то во время того выходного импульса АВП, когда это произошло, возбуждается последняя ячейка шкалы 6 . Ее светодиоды 7„ и 8 „ возбуждаются, и излучение светодиода 8 „ связи поступает на фотоприемный блок 15 блока 14 управления. Световой импульс светодиода связи 8 „ преобразуется в прямоугольный импульс электрического напряжения, который с выхода фотоприемного блока поступает на вход счетчика 16 импульсов. При поступлении этого импульса на вход счетчика он увеличивает свое состояние на единицу (так, в начале работы счетчик находится в состоянии "0, затем при превышении входной величнной границы исходного диапазоиа он переходит в состояние "1"). Код состояния счетчика 16 поступает с его выходов на соответствующие входы ЦАП 17, который преобразует этот код в постоянное напряжение определенной величины. Выходное напряжение с выхода ЦАП !7 поступает на управляющий вход 22 генератора 2 импульсов, что приводит к увеличению периода следования его импульсов (т.е ° к увеличению длительности такта). увеличение длительности такта приводит к увеличению цены дискрета шкалы и диапазона индикации, т.е. происходит переход на другой диапазон индикации. Переход на более широкий диапазон в индикаторе выражается в том, что уменьшается длина световой полоски (например, если длительность такта увеличивается вдвое, то за одно и то же время t> срабатывает вдвое меньшее число ячеек, так что диапазон индикации увеличивается в два раза, а световая полоса на шкале становится в два раза короче), В дальнейшем состояние счетчика сохраняется, так что код счетчика 16 поступает на вход 15063 ЦАП 17 и с него на генератор 2 подается управляющее напряжение, вследствие чего генератор вырабатывает тактовые импульсы с увеличенным периодом следования Т = с Т(4 )1), и ин5 дикатор работает на более широком диапазоне индикации ° Если входная величина U„ K brrr eTr a этом новом диапазоне (т.е ° если U i U к к макс 10 =АЦк„,ккс}, то в дальнейшем работа происходит на этом диапазоне. Если же входная величина выходит эа пределы и этого диапазона (U> 0 U ) то к макe в первом же цикле отображения на этом 15 диапазоне происходит "эашкаливание" и световой сигнал с последней ячейки шкалы поступает на фотоприемник 15. При этом фотоприемный блок формирует электрический импульс, который приходит на вход счетчика 16 и увеличивает его состояние на единицу. Увеличившийся код с выходов счетчика 16 поступает на ЦАП 17, вследствие чего увеличивается выходное напряжение ЦАП,25 ° поступающее на управляющий вход 22 1 генератора 2 импульсов ° Это приводит к тому, что период следования импульсов генератора 2 (длительность такта) еще увеличивается и происходит пере- 30 ход на новый, более широкий диапазон индикации. Изменение диапазона индикации происходит до тех пор, пока не будет найден такой диапазон (длительность такта), в котором укладывается 35 входная величина (при этом не возбуждается последняя ячейка шкалы). При достижении такого диапазона дальнейшая работа идет на нем. При этом последняя ячейка шкалы не достигает- 40 ся и состояние счетчика 16 не изменяется, Не изменяется также управляющее напряжение генератора 2, вследствие чего остается неизменной и длительность такта. 45 После выключения и при последующем включении индикатора orr yczarraaливается в исходное состояние и начинает работу с наименьшей длительностью такта и, соответственно, на наименьшем диапазоне индикации. Кроме .того, переход на наименьший диапазон измерения (например, с целью повторения цикла выбора диапазона) может быть осуществлен в произвольный момент времени посредством сброса индикатора. Для этого подается импульс на вход сброса индикатора, который поступает на управляющий вход 23 АВП 1 63 1О и на вход 24 сброса счетчика 16 импульсов. При этом счетчик 16 импульсов устанавливается в нулевое состояние, и на выходе АВП устанавливается нулевое напряжение (это приводит к принудительному прерыванию цикла отображения). В результате индикатор устанавливается в исходное состояние и при поступлении следующего выходного импульса АВП 1 работает аналогично, причем используются наименьшие диапазон и длительность такта. Поэтому после сброса индикатора повторяется процесс выбора диапазона индикации. Сброс осуществляется сигналом, подаваемым оператором> например, с по- мощью кнопки, В индикаторе имеется взаимно-однозначное соответствие между длительностью такта, ценой дискрета шкалы и диапазоном индикации, а изменение диапазона осуществляется дискретно. Таким образом, каждому состоянию счетчика 16 и его выходному коду однозначно соответствуют некоторые диапазон индикации и цена дискрета шкалы, Деления шкалы наносятся так, что одному делению соответствуют m дискретом и цена деления составляет m lh (5 — цена дискрета). Это позволяет осуществлять в процессе работы индикацию численного значения цены деления и/или диапазона индикации с помощью блока индикации. Выходной код счетчика 16 с его выходов поступает на соответствующие входы преобразователя 18 кода и преобразуется им в код управления блоком 19 индикации. С выходов преобразователя 18 кода этот код поступает на соответствующие управляющие входы блока 19 индикации, который при этом осуществляет отображение численных значений параметров индикации: верхней границы соответствующего диапазона индикации или цены деления шкалы или обоих этих параметров одновременно. Таким образом, входная величина отображается световой полоской на шкале, длина которой пропорциональна значению входной величины, причем автоматически осуществляется выбор диапазона индикации так, чтобы входная величина не выходила из него, и одновременно отображаются численные значения параметров индикации(верхней границы диапазона и/или цены деления шкалы) ° Il 15063 и з о б р е т е и и я 63 Формула Составитель В. Григорьевский Тех ред М. Дидык Корректор Э.Лончакова Редактор А, Козориз Заказ 5424/46 Тираж 714 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 Оптоэлектронный шкальный индикатор, содержащий амплитудно-временной преобразователь, вход которого является входом индикатора, генератор импульсов, подключенный выходом к счетному входу счетного триггера, первый и второй элементы 2И-НЕ, первые входы 10 которых соединены с выходом амплитудно-временного преобразователя, а вторые — с прямым и инверсным выходами триггера соответственно, блок запуска, состоящий из последовательно соеди- 15 ненных резистора и светодиода, катод которого соединен с выходом амплитудно-временного преобразователя, к которому подключен также установочный вход триггера, и и индикационных ячеек, 20 каждая из которых содержит согласнопоследовательно соединенные индикационный светодиод, светодиод связи и фототиристор, причем оптические выходы индикационных светодиодов образуют от-25 счетную шкалу, светодиод связи каждой ячейки оптически связан с фототиристором следующей ячейки, светодиод блока запуска оптически связан с фототиристором первой ячейки, катоды фототиристоров нечетных ячеек соединены с выходом первого элемента 2И-НЕ, а четных ячеек — с выходом второго элемента 2И-НЕ, аноды индикационных светодиодов и резистор блока запуска через второй резистор подключены к положительной шине питания, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области использования, в него введены фотоприемный блок, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, преобразователь кода и блок индикации, при этом светодиод связи и-й индикационной ячейки оптически соединен с входом фотоприемного блока, выход которого подключен к счетному входу счетчика импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя и преобразователя кода, выход цифроаналогового преобразователя подключен к управляющему входу генератора импульсов, а выходы преобразователя кода соединены с соответствующими входами блока индикации, управляющий вход амплитудно-временного преобразователя и вход сброса счетчика импульсов соединены с входом сброса индикатора.
