Оптоэлектронный шкальный индикатор Советский патент 1989 года по МПК G01R13/00 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к технике отображения информации и может использоваться в конт-i .: рольно-измерительной аппаратуре для отображения информации, например измерительной.

Цель изобретений - повышение точности считывания показаний и расширение функцичнальных возможностей индикатора и повышение удобства работы с ним за счет отображения делений шкалы в виде световых меток непосредственно на шкале, возможности изменения цены деления и одновременного

отображения числового значения цены деления.

На чертеже изображена структурная схема оптоэлектронного шкального индикатора.

Индикатор содержит амплитудно- временной преобразователь (АВП) 1, генератор 2 импульсов, счетный триггер 3, первый 4.J и второй 4 элементы 2И-НЕ, первую 5 и вторую 5 шины тактовых импульсов, счетчик 6 импуль- йов, блок 7 управления, блок 8 индикации цены деления, блок 9 запуска, содержащий резистор 10 и светодиод II запуска, п индикационных ячеек 12i-12, в состав каждой из кото3150

рых входят первый И11дикациои))ый све- тодиод 13, светодиод 14 связи, первы фототиристор Г5, второй индикационны светодиод 16 и второй фототиристор 17, токоограничительный резистор 18 и положительную шину 19 питания. Вхо 20 АВП является входом индикатс ра, к выходу АВП 1 подключены катод све- тодиода 11 запуска, вход 21 установ- ки счетного триггера 3, первые входы элементов 2И-НЕ 4 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 5j шины тактовых импульсов соответственно, причем в каждой индикационной ячейке 12; светодиод 13., светодиод 14 j связи и фототиристор 15- соединены согласно- последовательно, и также согласно-последовательно соединены светодиод 16 и фототиристор 17;, аноды индикационных светодиодов 13 и 16 всех яче- ек подключены через резистор 18 к положительной шине 19 питания, к которой через тот же резистор 18 подключен и блок 9 запуска, катоды первых фототиристоров 15 нечетных ячеек соединены с первой шиной 5 тактовых импульсов, а четных ячеек - с второй шиной 5/1 тактовых импульсов, катоды вторых фототиристоров 17 всех ячеек соединены с выходом счетчика 6 импульсов, а оптический выход светодиода 11 запуска соединен оптически с фототиристорами 1 з и 17- первой ячейки 12,, а светодиод 14 связи каждой i-й ячейки i2j оптичес- ки связан с фототиристорами 15 и 17 следующей ячейки 12,, оптические выходы индикационных светодиодов 3 И 16 являются индикационными выхопа- ми ячеек и образуют отсчетную шкалу.

Индикатор работает следующим образом.

Исходя из требуемого количества дискретов шкалы и расстояния между

ними, устанавливают коэффициент пересчета М счетчика 6 импульсов. При отсутствии входного сигнала (например, электрического напряжения U) на выходе ЛВП I присутствует нулевое напряжение, которое поступает на выходы элементов 2И-НЕ 4 и 4 , вследствие чего на их выходах поддерживается напряжение высокого уровня. Напряжение высокого уровня с элементов 4 и 4 поступает на шины 5 и 5 тактовьк импульсов и поддерживает в запертом состоянии фототиристоры 15 индикационных ячеек 12, вследствие чего ячейки находятся в невозбужденном состоянии. Нулевое напряжение с выхода АВП 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 выраба и.гоает прямоугольные импульсы, период следования которых равен Т. 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 в единичное состояние (т.е. на прямом выходе присутствует логическая 1, а на инверсном - логический О). Когда на выходе АВП присутствует нулевое напряжение, светодиод 11 узла запуска находится в возбужденном состоянии (так как на его катоде - нулевое напряжение) и его излучение воздействует на фототиристоры 15 и 17 первой ячейки 12, 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-импульсную модуляцию. При наличии на входе АВП напряжения он вырабатьшает прямоугольные импульсы напряжения высокого уровня, длительность которых пропорциональна значению входной величины (при этом можно поддерживать постоянной либо длительность паузы

5

между импульсами ЛВП, либо их период .следования) ,

При поступлении на иход 20 АВП I измеряемой величины (например, напря жении Uy) на его выходе появляется импульс напряжения высокого уровня, длительность t которого пропорциональна величине U

t ки , (1)

где К - коэффициент преобразования.

Появление на выходе АВП напряжения высокого уровня приводит к тому, что счетный триггер 3 начинает переключаться под действием поступающих на его счетньЕЙ 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 присутствует напряжение высокого уровня с выхода АВП I. В результате этого на подключенные к выходам элементов и 4 шины 5, и 5 тактовых импульсов проходят проинвертирован- ные 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 II 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 нулевого напряжения длительностью f, который поступает на катоды фототиристоров 17 всех ячеек.

Поскольку фототиристоры 15 1 и 17, ячейки 12 до появления выходного импульса АВП уже были подготовлены к открыванию излучением светодиода 11, то при появлении нулевого напряжения на шине 5 открывается фототиристор 151 и при появлении нулевого

063626

импульса на выходе счетчика 6 открывается фототиристор 17. При этом в ячейке 12 возбуждаются оба ее плеча и происходит излучение света свето- диодами 13, и 16, индицирующими включение ячейки. Ячейка 12 остается возбужденной в течение всего первого такта (в течение времени Т)

Q остальные ячейки в это время остаются выключенными, В течение первого такта возбуткдается и светодиод 14 связи ячейки 12, излучение которого воздействует на фототиристоры 15 и

15 17 ячейки 12, подготавливая их к открыванию (несмотря на это ячейка 2 остается выключенной, так как на шине 5, к которой подключен фототиристор 15г присутствует блокирующее

20 напряжение высокого уровня, а длительность импульса на выходе счетчика 6 недостаточна для срабатывания фототиристора 17, т.е. на выходе счетчика после нулевого импульса

25 устанавливается напряжение высокого уровня), При поступлении следующего импульса генератора 2 происходит переключение триггера 3 и соответственно меняются напряжения на шинах

30 5 и на шине 5 устанавливается на время такта Т 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 ,j возбуждается. Подготовленный в предыдд дутцем такте к открыванию фототиристор 15,2 открьгаается и светодиоды 13 и 14 возбуждаются, причем светодиод 13 индицирует включение ячейки, а светодиод связи 14, воздействуя на фотодс тиристоры 15, и 17, ячейки 122 готавливает их к открыванию; фототиристор 17 ячейки 12, остается запертым, так как на его катоде присутствует напряжение высокого уровня. В

5Q следующем, третьем, такте аналогично описанному происходит возбуждение третьей ячейки 12 д.

Данный процесс последовательного срабатывания индикационных ячеек,

cj при котором в срабатывающей ячейке возбуждается плечо, содержащее индикационный светодиод 13, светодиод 14 связи и фототиристор 15, продолжается в течение длительности t выход35

ного импульса АВП, причем п каждом такте возбуждается ровно одна ячейка (так что фронт возбуждения перемещается по линейке ячеек на один дискрет) и она находится в возбужденном состоянии в течение времени такта Т.

за

При этом время t

число п„ возбудившихся

(2)

ячеек равно n rtx/T, где А - целая часть числа А.

В силу (1) число возбудившихся ячеек пропорционально значению U входной величины, а поскольку оптические выходы индикационных ячеек образуют отсчетную шкапу, то расстояние, на которое перемещается по шкале световое пятно, пропорционально величине Uy,

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

Одновременно с описанным процессом распространения возбуждения счетчик 6 импульсов ведет счет поступающих на его вход 23 импульсов генератора 2, т.е. счет тактов. Коэффици ен пересчета этого счетчика равен М, При поступлении каждого М-го импульса на вход 23 яа выходе счетчика 6 появляется импульс нулевого напряжения длительностью Г, а в остальное время присутствует напряжение высокого уровня. При этом с каждом М-м такте на катоды фототиристоров 17 индикационных ячеек поступает этот импульс нулевого напряжения длительностью 1), а в остальное время поддерживается высокое напряжение. Поскольку в каждой ячейке 12. во время (i-l)-ro такта к открыванию подготавливаются одновременно оба фототиристора 15 и 17, то в каждом М-м такте появление на выходе счетчика импульса нулевого напряжения приводит к тому, что в срабатывающей в этом такте соответствующей ячейке открывается фототиристор 17 и возбуждается плечо, содержащее светоди- од 16.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Таким образом, п каждом М-м такте в соответствующей ячейке возбуждаются оба индикационных светодиода 13 и 16, из которых светодиод 13 участвует в формировании световой полоски, а светодиод 16 индицирует деление шкалы. При этом на шкале высвечивается индикационная световая полоска с делениями на ней, причем деления индицируются каждой М-й ячейкой шкалы. Например, если коэффициент пересчета счетчика 6 , то каждая четвертая ячейка шкалы высвечивает деление шкапы. 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 световой полоской; выходы светодиодов могут иметь разную форму, например выходы светодиодов 16 могут быть в виде рисок, пересекающих световую полоску; све- тодиоды 13 и 16 могут иметь разные цвета свечения (например, .светодиод 13 - зеленый, а светодиод 16 - красный) , тогда деления шкалы вводятся в виде красных точек на шкапе).

После окончания выходного импульса АВП нулевое 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 Ц11кла индикации на выходе счетчика появляется нулевой импульс, а во втором - нет. Например, если , то индицируется деление в каждой четвертой ячейке шкалы (в первом случае высвечивают нулевой дискрет ячейка 12), четвертый дискрет (ячейка 125), 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

(на одну ячейку), и составляет, как следует из (1) и (2),

, (3) для вводимых делений при коэффициенте пересчета счетчика 6, равном М,

. (4) Как видно, цена деления определяется коэффициентом преобразования АВП К и длительностью такта Т, кото- рьш равен периоду следования импульсов генератора 2. Поэтому изменение частоты генератора 2 ведет к изменению цены деления, причем закон изменения цены деления линейный, т.е. ее- ли длительность такта Ту (период следования) изменяется в раз, то также изменяется и цена деления

,

то

(5)

Управление периодом следования Т импульсов генератора 2 осуществляетс блоком 7 управления, который вырабатывает управляюпще сигналы и подает их на управляющий вход 27 генератора 2 и изменяет период следования его импульсов. Между ценой деления шкалы периодом следования импульсов генератора 2 (их частотой) и управляющими сигналами блока управления существуе известное однозначное соответствие, 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 (малоразрядный цифровой дисплей), высвечивает текущее значение цены деления в соответствии с выражением (4). При управлении цифровым дисплеем блока 8 выход 27 блока 7 является многоразрядным, что необходимо для передачи сигналов управления разрядами дисплея и сегментам цифровых индикаторов соответственно многоразрядной является и соответствующая линия связи). Таким образом, в процессе отображения значения входной величины световой полоской на шк-але на этой световой полосе высвечиваются деления шкалы и одновременно индицируется численное значение цены деления щкалы.

При фиксированном значении коэффициента пересчета М счетчика 6 деле5

ния шкалы (метки делений занимают на ней неизменное положение, а при изменении длительности такта Т (и цены деления) изменяется длина световой полоски при одном и том же значении входной величины (так как за одно и то же время t,, срабатывает разное число ячеек), что позволяет 0 управлять точностью И1здикации.

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.

Формула изобретения

0 Оптоэлектронный шкальный индикатор, содержащий амплитудно-временной преобразователь, вход которого является входом индикатора, генератор импульсов, выход которого подключен

5 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 ин0 версным вьЬсодами 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 п индикационных ячеек, каждая из

0 которых содержит первый и второй индикационные светодиоды, светодиод связи и фототиристор, причем в каждой ячейке первый индикационный светодиод, светодиод связи и фототиристор

5 соединены согласно-последовательно, аноды индикационных светодиодов всех ячеек и резистор блока запуска через второй резистор подключены к положительной шине питания, катоды фототи0 ристоров нечетных ячеек подключены к первой шине тактовых импульсов, а катоды фототиристоров четньк ячеек - к второй шине тактовых импульсов, светодиод связи каждой i-й ячейки

5 оптически связан с фототиристором следующей (1+1)-й ячейки, а светодиод блока запуска оптически связан с фототиристором первой ячейкиj при этом оптические выходы индикационных

5

светодиодов являются оптическими выходами ячеек и образуют отсчетную шкалу, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности индикации, и улучшения эргономических Характеристик индикатора, в него введены счетчик импульсов, блок управления, блок индикации цены деления и п вторых фототиристоров, каждый из которых соединен согласно-последовательно с вторым индикационным светодиодом ячейки, катоды вторых фототиристоров всех ячеек соединены с выходом счетчика импульсов, счет

ный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а управляющий вход - к выходу амплитудно-временного преобразователя, в каждой i-й ячейке светодиод связи оптически соединен дополнительно с вторым фототиристором следующей (1+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.

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.

lit

ifj.

/

f&

Vfi