УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИКАЦИИ ВЕЛИЧИНЫ УГЛА ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛА Российский патент 1999 года по МПК G09F9/313 H03M1/24 

Предлагаемое изобретение относится к вычислительной технике и системе отображения информации.

Устройство для индикации величины угла положения вала может найти применение во всех приборах и приспособлениях, где необходима информация о величине угла положения вала (и других электрических и неэлектрических величин) с минимальными габаритными размерами и затратами на изготовление.

Известно, что в настоящее время для преобразования величины угла положения вала в число применяется схема, представленная на фиг. 1a. В этой схеме диск вала кодируется двоичным рефлексным (например, кодом Грея) или обычным двоичным кодами. Входным сигналом кодирующего диска служит величина угла положения вала. С выходом (ламелей) кодирующего диска на информационные входы преобразователя кода поступает кодовый сигнал, например код Грея (Справочник по интегральным микросхемам под ред. Б. В. Тарабрина. М., "Энергия", 1980 г. , стр. 685, рис. 5-160, левая таблица). Преобразователь кода вводится в схему устройства для индикации величины угла положения вала с целью преобразования кода Грея (или иного кода) в семипозиционный двоично-десятичный код (там же, стр. 681), отображение которого на семисегментном индикаторе (Н. И. Буколов, А. Н.Михайлов. "Знакосинтезирующие индикаторы", Справочник под ред. Б.П.Балашова. М., "Радио и связь", 1987 г., стр. 91, 5 строка сверху) позволяет прочесть величину угла положения вала в десятичной, привычной для нас системе счисления (фиг. 1a-индикатор). Без преобразователя кода здесь не обойтись, т.к. ни код Грея, ни иной четырехразрядный код, применяемые для преобразования величины угла положения вала, не могут быть представлены в десятичной форме отображения на каком-либо индикаторе, удобном для прочтения информации. В то же время код Грея наиболее приемлем для измерения величины угла положения вала, т.к. кодовые комбинации в нем так распределены по уровням квантования, что при переходе с любого уровня на соседний изменение в кодовой комбинации ("0"-"1" ли "1"-"0") происходит только в одном разрядке. Эта его особенность среди других четырехразрядных кодов позволяет преобразовывать кодовую информацию в числовую с наименьшими помехами.

Однако сложность схемы преобразователя кода Грея в числовую информацию и значительная дороговизна ограничивают их применение во многих случаях.

Целью предлагаемого изобретения являются
- уменьшение габаритных размеров устройства для индикации,
- уменьшение затрат на изготовление,
- увеличение надежности,
- увеличение помехозащищенности,
- удобство отслеживания оператором величины угла положения вала по индикатору,
- увеличение скорости прочтения информации оператором.

Указанная цель достигается тем, что вместо общеизвестных двоичного рефлексного или обычного двоичного кодов, применяемых для преобразования величины угла положения вала в число, в данном устройстве для кодирования диска и индикатора применяется один и тот же двоичный четырехразрядный код, 12 кодовых комбинаций которого образуют три группы чисел из четырех кодовых комбинаций в группе (фиг. 2). В каждой из этих групп кодовые комбинации так распределены по уровням квантования, что при переходе с любого уровня на соседний изменение в кодовой комбинации ("0"-"1" или "1"-"0") происходит в двух разрядах. Таким образом, в пределах каждой группы чисел данный код является непрерывным или кольцевым. Это свойство кода используется для индикации величины угла положения вала на четырехсегментном индикаторе. Сегменты индикатора (a, b, c, d), управляемые кодовыми комбинациями (состоянию логической "1" соответствует свечение сегмента индикатора), последовательно загораются по часовой стрелке (фиг. 2):
- по одному (1-2-3-4) - для первой группы чисел (1, 2, 3, 4);
- по два (4, 1-1, 2-2, 3-3, 4) - для второй группы чисел (5, 6, 7, 8);
по три (3, 4, 1-4,1,2-1,2,3-2,3,4)- для третьей группы чисел (9, 10, 11, 12).

При этом 12 уровней квантовая измеряемого угла положения вала занимает на индикаторе одно знакоместо. Если же требуется измерить угол положения вала с большей точностью, то следует применять индикатор с двумя и более разрядами чисел, а измеряемый угол положения вала может содержать уже до 144 (12х12) и более уровней квантовая на кодирующем диске. Число возможных уровней квантования на кодирующем диске для индикатора на два разряда (младший и старший разряды чисел) представлены на фиг. 3.

Так как изготовление кодирующего диска осуществляется под технические условия конкретного прибора или приспособления, то шаг квантования кодирующего диска может быть выбран в соответствии с числом уровней квантования (фиг. 3) таким, чтобы им было удобно оперировать при съеме показаний с индикатора. Пример прочтения величин угла положения вала на двухразрядном индикаторе, представленном на фиг. 4 (шаг квантования и число уровней квантования постоянны для конкретного устройства и их легко запомнить), следующий: если шаг квантования младшего разряда выбран, например, 1^o15', число уровней квантования равно 8, то шаг квантования второго (старшего) разряда чисел будет равен 1^o15' • 8 = 10^o. На индикаторе (фиг. 4) зафиксировано в младшем разряде число 1, в старшем - 7 (см. фиг. 2), т.о. величина угла положения вала будет равна 7 • 10^o + 1 • 1^o15' = 71^o15'. Если шаг квантования младшего разряда выбран, например, 1^o, число уровней квантования равно 10, то шаг квантования второго (старшего) разряда чисел будет равен 1^o • 10 = 10^o. на индикаторе (фиг. 4) в данном случае будет зафиксирована величина угла положения вала 7 • 10^o + 1 • 1^o = 71^o.

Схема расположения ламелей на кодирующем диске с двенадцатиричным способом представления величины угла положения вала на индикаторе и контрольным разрядом "а" представлена на фиг. 5. Ламели из проводников и изоляторов, обозначенные на фиг. 5, соответствуют контактному съему сигнала (при индуктивном съеме сигнала вместо проводников и изоляторов ламели изготовляют из магнитного и немагнитного материала соответственно, при фотоэлектрическом съеме сигнала вместо проводящей ток ламели ламель изготавливается из прозрачного материала, а вместо изолятора - ламель из непрозрачного материала).

При повороте вала по часовой стрелке в пределах первого сектора кодирующего диска на индикаторе (фиг. 2) осуществляется "поворот", и то же по часовой стрелке, на 360^o одного сегмента, в пределах второго сектора - двух сегментов, в пределах третьего сектора - трех сегментов. При переходе от первого сектора ко второму и от второго к третьему изменяется количество защищенных сегментов индикатора от одного до двух и от двух до трех соответственно, т. е. чем больше величина угла положения вала, тем больший "поворот" осуществляет сегмент (сегменты) на индикаторе, тем большее количество сегментов участвуют в отображении угла.

Таким образом, каждый символ, отображающий величину угла положения вала на индикаторе, характеризуется двумя параметрами: положением сегмента (сегментов) на четырехсегментном индикаторе и числом сегментов. Это дает возможность быстро освоится с запоминанием непривычных условных обозначений чисел.

Изменение угла положения вала, равное шагу квантования кодирующего диска, дает изменение угла "поворота сегментов индикатора на 90^o". Для оператора это изменение более чем заметно и достаточно наглядно (поворот кодирующего диска и "поворот" сегментов индикатора происходит в одну и ту же сторону), смена ламелей двух разрядов происходит одновременно.

Если число уровней квантования равно 10, то величина угла положения вала выражается в обычной десятичной системе счисления и выбор десяти кодовых комбинаций из имеющихся 12 для кодирующего диска и индикатора, наиболее удобных при их использования, представлены на фиг. 6. Заштрихованные ламели (логическая "1") кодирующего диска выполнены из проводящего материала (при контактном съеме сигнала), а незаштрихованные ламели (логический "0") - из изолятора. Соответствующие двоично-десятичному четырехпозиционному коду символы отображены на индикаторе (логическая "1" - сегмент горит, логический "0" - сегмент погашен).

Несмотря на то, что для такого способа индикации величины угла положения вала требуется всего лишь кодирующий диск и индикатор, однако и в данном устройстве могут быть ложные отображения информации, возникающие вследствие обрыва линии связи между кодирующим диском и индикатором, неисправность кодирующего диска и индикатора. В помощь оператору для оценки достоверности информации можно ввести дополнительный контрольный разряд (фиг. 2 и фиг. 6), логическую единицу ("1") которого можно индицировать, например, в виде точки. При введении контрольного разряда во всех кодовых комбинациях число логических "1" либо четно (на фиг. 2 и фиг. 6 для контрольного разряда "а"), либо нечетно (для контрольного разряда "б"), что и позволяет оператору судить о достоверности информации.

Полученная таким образом упрощенная схема устройства для индикации величины угла положения вала (фиг. 1б), в которой преобразователь кода Грея (или иного кода) в семипозиционный код отсутствует. Он простой обойден новыми связями, которые образовались между кодирующим диском и индикатором и которые стали возможны благодаря применению нового двоично-десятичного четырехпозиционного кода (фиг. 7), которым кодируется диск вала. Особенностью этого кода является то, что кодовые комбинации в нем так распределены по уровням квантования с учетом контрольного разряда (К.Р.), что при переходе с любого уровня на соседний изменение в кодовой комбинации ("0"-"1") или "1"-"0") происходит в двух разрядах. Этот же код удалось использовать и для четырехсегментного индикатора, информационным выходом которого является числовое десятичное отображение, представленное символами (фиг. 6, графа "Индикатор").

С целью расширения возможностей использования устройства для индикации величины угла положения вала и применения его для индикации других величин, когда вместо входной величины в виде величины угла положения вала могла бы быть любая другая величина (электрическая ил неэлектрическая), лишь бы эта величина была преобразована в двоично-десятичный четырехпозиционный код и вместо кодирующего диска (преобразователь "вал-код"), используемого только в устройстве для индикации величины угла положения вала, которое следует отличать от индикации любых других величин тем, что поворот вала по часовой стрелке вызывает аналогичный "поворот" сегментов индикатора и то же по часовой стрелке, к индикатору подключается кодирующее устройство или преобразователь кода любых электрических или неэлектрических величин в двоично-десятичный четырехпозиционный код.

Аналогом такого устройства для индикации может быть выбрано "Устройство визуализации кодированной информации с помощью плазменного индикатора", содержащее кодирующий узел, информационные выходы которого соединены с выводами сегментов индикатора, при этом сегменты индикатора выполнены в виде двух элементов. Конструкция такого панно содержит элементы E1, E2, соединенные в пары Р1-Р7 (французский патент N 2 651, 355, кл. G 09 F 9/313, опубл. 1991 г. , 21 с). Выводы элементов E1 семисегментного индикатора такого панно подключены к выходам кодирующего узла, а выводы элементов E2 этих же сегментов соединены вместе и подключены к генератору напряжения. Здесь числовая информация отображается на индикаторе одним десятичным разрядом (элементы E1 сегментов). Элементы E2 сегментов несут вспомогательную информацию (фиг. 8). Для отображения на панно двухразрядного числа потребуется точно такое же устройство, индикатор которого будет расположен или справа (для младшего разряда) или слева (для старшего разряда) от данного разряда, т. е. информация на индикаторе будет представлена в виде последовательного ряда цифр, расположенных построчно слева направо от старшего к младшему разряду.

Для более компактного способа отображения многозначной кодированной информации (фиг. 9) можно предложить, как за основу, четырехсегментное устройство для индикации величины угла положения вала, в котором выводы сегментов A, B, C, D индикатора подключены к информационным выходам кодирующего диска (или иного кодирующего устройства, информационным выходом которого является двоично-десятичный четырехпозиционный код), а сегменты a, b, c, d, например, высшего разряда чисел могут быть расположены соответственно либо выше, справа, ниже, слева, либо ниже, слева, выше, справа от сегментов A, B, C, D в зависимости от удобства съема оператором отображаемой на индикаторе информации. Такое же правило существует для низшего разряда чисел, т. е. сегменты a, b, c, d низшего разряда чисел по отношению к сегментам A, B, C, D могут быть расположены так же, либо выше, справа, ниже, слева, либо ниже, слева, выше, справа от сегментов A, B, C, D. (На фиг. 10 представлены символы десятичных чисел, применяемые при отображении на четырехсегментном индикаторе).

Пример прочтения информации, когда высший разряд чисел (a, b, c, d) находится "внутри" низшего или "снаружи" его, представлен на фиг. 11a (запись числа 25). Если же низший разряд чисел будет находиться "внутри" высшего или "снаружи" его, то, естественно, при прочтении высший и низший разряды поменяются местами (фиг. 11a - запись числа 52). Поэтому оператор сам, по своему усмотрению, может определить места высшего и низшего разрядов или, что то же самое, определяет наибольшую высоту знака разряда, на который он будет больше обращать внимание. При этом все разряды числовой информации при фронтальном наблюдении будут расположены вокруг оси, направленной от наблюдателя в центр отображаемых на индикаторе символов. Прочтение информации в этом случае будет носить параллельный характер, когда все разряды охватываются одним взглядом. Скорость прочтения информации при этом следует ожидать выше, т. к. не требуется время на перемещение взгляда слева направо по разрядам и человеку-оператору достаточно одной зрительной фиксации, чтобы прочесть многозначную информацию.

При увеличении многозначности чисел возможно применение последовательно-параллельного способа отображения, когда, например, два низших разряда расположены последовательно за двумя высшими разрядами, а каждая пара высших и низших разрядов записана параллельным способом (фиг. 11б). Если высшие из двух разрядов каждой пары находятся "внутри" низших разрядов, то числовую информацию можно прочесть как запись числа, представленную на фиг 11б - 46 58, если же низшие из двух разрядов каждой пары находятся "внутри" высших разрядов, то на индикаторе будет записано число 64 85.

В некоторых случаях оператору необходимо наблюдать, например, за двумя параметрами контролируемого объекта. Эти параметры можно отобразить на индикаторе таким образом, что один параметр, например температура, индицируется с меньшим угловым размером знака, а другой параметр, например угол положения вала - с большим угловым размером знака. На фиг. 11в индицируется, например, значение температуры (39^o) и угол положения вала (15^o). Эти же параметры можно представить и таким образом: один параметр, например температуру, индицировать семисегментным способом, а угол положения вала - четырехсегментным (фиг. 11в).

Таким образом, устройство для индикации величины угла положения вала позволяет не только сократить число сегментов индикатора, число линий связи управления индикатором, размер знака индикатора, избавиться от промежуточного преобразователя кода, но и использовать четырехсегментный индикатор для отображения различной многозначной информации способом, который во многих случаях может оказаться предпочтительнее привычного.

Изобретение относится к устройствам отображения информации и может быть использовано в измерительных системах. Техническим результатом является упрощение устройства. Устройство содержит сегментный индикатор, выводы сегментов которого подключены к информационным выходам кодирующего диска, при этом сегменты высшего (низшего) разряда расположены выше (ниже), справа (слева) сегментов низшего (высшего) разряда чисел. 14 ил.

Устройство для индикации величины угла положения вала, состоящее из сегментного индикатора, сегменты которого управляются кодовыми комбинациями, отличающееся тем, что кодовые комбинации отражают величину угла положения вала кодирующего диска, распределение ламелей-проводников и ламелей-изоляторов, на котором осуществляется сменой ламелей в двух разрядах одновременно при переходе от одного уровня квантования к другому, выводы сегментов А, В, С, D индикатора подключены к информационным выходам кодирующего диска, сегменты a, b, c, d низшего или высшего разряда чисел расположены соответственно выше, справа, ниже, слева или ниже, слева, выше, справа от сегментов А, В, С, D.