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

31506

тотиристор 9, блок 10 запуска, состоящий из последовательно соединенных резистора 11 и светодиода 12, токо- ограничительный 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 является входом 20 индикатора, а его выход соединен с R-входом установки нуля триггера 3, катодом светодиода 12 и первыми входами элементов 2И-ИЕ 4 и 5, вторые входы которых соединены с прямым и инверсным выходами триггера 3 соответственно, счетный вход которого подключен к выходу генератора 2 импульсов, аноды индикационных светодиодов 7 ячеек через ре- зистор 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- мента 2И-НЕ 5, резистор 1I блока 10 запуска подключен к шине 21 питания через резистор 13, светодиод 12 оптически связан с фототиристором 9, первой ячейки 6, а светодиод 8 связи каждой i-й ячейки оптически связан с фототиристором 9 следующей (1+1)-й ячейки, оптические выходы индикационных светодиодов 7 являются оптическими выходами ячеек и образуют отсчетную шкалу, светодиод 8 связи последней ячейки 6, оптически связан с входом фотоприемного блока 15, выход которого подключен к входу счетчика 16 импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами ЦАП 17 и с соответствующими входами преобразователя 18 кода. Выход IVMI 17 является выходом блока управления и соединен с управляющим входом 22 ге- нератора 2 импульсов, а выходы преобразователя 18 кодов - с соответствующими входами блока 19 индикации. Вход 24 сброса счетчика 16 и управляющий вход 23 АВП 1 подключены к входу сброса индикатора.

Индикатор работает следующим образом.

В исходном состоянии (в этом состояние индикатор устанавливается при включении) на выходе АВП 1 присутствует нулевое напряжение, счетчик 16 импульсов находится в нулевом состоянии вследствие чего на выходе ЦАП 17

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 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 АВП присутствует также на R-входе установки нуля триггера 3 и так как этот вход является инверсным, на прямом выходе триггера присутствует напряжение логического О, а на инверсном - логической 1.

При наличии на входе 20 измеряемой величины (например, напряжения U) . АВП 1 осутцествляет преобразование ее в длительность временного интервала, т.е. вырабатывает прямоугольные им- пульеы 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

t X KUx, ( 1 ) где К - коэффициент преобразования АВП;

и - значение входной величины;

t - длительность выходного импульса АВП.

Генератор 2 импульсов вырабатывает прямоугольные тактовые импульсы, период следования которых равен Т, причем период Т задается управляющим напряжением , которое подается на управляющий вход 22 генератора 2 Т f(U,np). (2)

При наличии на входе 20 измеряемой величины и на выходе АВП 1 в некоторый момент tf, (начальный) появляется

прямоугольный импульс напряжения высокого уровня длительностью 1д, соответствующей (1), Генератор 2 импульсов при этом вырабатывает тактовые импульсы с минимальным периодом следования 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 инверсном выходах фор10

импульса на выходах элементов И-Н и 5 и составляет Т-. В течение вс первого такта Т-г первая ячейка 6 тается возбужденной и ячейка 6 п готавливается к срабатыванию. Зат при поступлении на счетный вход т гера 3 второго тактового импульса происходит переключение триггера, результате чего на выходе элемента И-НЕ 4 устанавливается напряже высокого уровня, а на выходе элем та И-НЕ 5 - нулевое напряжение. П этом первая ячейка 6, выключается

мируются противофазные последователь- 15 (фототиристор 9 закрывается), а

ности прямоугольных импульсов, период следования которых равен 2Т, а длительность Т. Выходной импульс АВП 1 поступает на первые входы элементов И-НЕ 4 и 5, на вторые входы которых поступают импульсные последовательности с выходов триггера 3. При этом элементы И-НЕ 4 и 5 открываются для пропускания импульсов с выходов триггера 3 и на их выходах появляются противофазные последовательности тактовых импульсов (проинвер- тированные выходные импульсы триггера 3). Так как до момента t. тригге находится в нулевом состоянии (логический о 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

И-НЕ 4 устанавливается нулевое напряжение, а на выходе элемента И-НЕ 5 - напряжение высокого уровня. Появление на выходе АВП 1 напряжения высокого уровня приводит к погасанию све тодиода 12 блока запуска (так как он поступает на его катод), Поскольку до начала выходного импульса АВП 1

фототиристор 9 подготовлен к открыванию излучением светодиода 12 и теперь на выходе элемента И-НЕ 4, к которому подключен его катод, появляется нулевое напряжение, фототиристор 9 открывается и возбуждается иникационная ячейка 6,. Возбудивщийся светодиод 7 индицирует срабатывание

ячейки 6 ,, а излучение светодиода 8 связи воздействует на фототиристор У ячейки 6, подготавливая его к открыванию (при этом фототиристор 9yj остается запертым напряжением высокого уровня, которое поступает на его катод с выхода элемента И-НЕ 5). Длительность такта равна длительности

импульса на выходах элементов И-НЕ 4 и 5 и составляет Т-. В течение всего первого такта Т-г первая ячейка 6: остается 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

ячейка 6 срабатывает и переходит в возбужденное состояние (подготовленный к открыванию излучением светоди- ода 8 фототиристор 9 открывается,

20 светодиоды 7 и 8 возбуждаются).

Ячейка 6 остается возбужденной в течение второго такта, при этом свето- диод 7, индицирует срабатывание ячейки, а излучение светодиода 8 воздей25 ствует на фототиристор 9 и подготавливает его к открыванию в следующем такте.

Данный процесс последовательного срабатывания индикационных ячеек время tx,

30 текает в течение всей длительности t 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).

возбуждающихся за равно

35

Число п X ячеек,

время tx,

п.

т

(3)

где TT - длительность такта;

А - целая часть числа А.

Как видно из (I) и (3), число возбудившихся ячеек п)( и, соответственно, расстояние, на которое перемещается по щкале световое пятно (излучение индикационного светодиода) про- порционально значению входной величины Ux При достаточно высокой частоте тактовых импульсов траектория светового пятна воспринимается как световая полоска на шкале.

Описанный процесс повторяется в к аждом выходном импульсе АВП 1 , причем в паузе между импульсами АВП происходит подготовка индикатора к новому циклу отображения (все ячейки

выключаются, светодиод 12 узла запуска ноэбуждается и своим излучением подготавливает к отюрыванию фототиристор 9 ячейки 6,, триггер 3 устанавливается в исходное состояние элементы И-НЕ 4 и 5 закрываются .и е5л кируют индикационные ячейки). При чатоте следования выходных импульсов АВП, превышающей критическую частоту мельканий человеческого зрения, на шкале формируется равномерная световая полоса, длина которой пропорциональна текущему значению входной величины у .

.

Диапазон изменения индицируемой величины V определяется коэффициентом преобразования АВП и длительностью такта Т ( который определяет коэффициент преобразования длительное- ти временного интервала tx в число возбужденных ячеек п,,, выполняемого индикационной структурой, и равен 1/Т), а также числом индикационных ячеек шкалы N. При заданном числе ячеек шкалы N, заданном коэффициенте преобразования АВП К и заданной длительности такта Т. имеют верхнюю границу диапазона индикации входной величиныNTr

X м«кс к

и цену одного дискрета шкалы

и

(М

.- Т

- Г

(5)

Цена Л одного дискрет а шкалы (один дискрет соответствует одной ячейке) определяется из условия изменения длины световой полосы на единицу при изменении входной величины на J: : К./Т 1. Верхняя граница L x /««лс диапазона индикации входной величины определяется из условия Ки,

В начале работы.период следования Т импульсов генератора 2 является минимальным и, соответственно, при этом минимальны длительность такта, цена fiHCKpeTa шкалы и верхняя граница диапазона индикации. Поэтому при превышении входной величиной значе- ия Uxмo,.J Т выходит из диапазона индикации, а световое пятно как бы уходит за предел) шкалы (возникает зашкаливание), и контроль входной величины становится невозможным. Для осуществления контроля входной величины при выходе ее из исходного диапазона индикации выполняется переход на другой, более широкий диа

C

0

5

д

5

ггазон индикации. Изменений диапазона индикации осуществляется путем увеличения длительности такта Т посредством увеличения периода следования импульсов генератора 2. При этом увеличение длительности такта в с/ раз (Т о/-1) приводит к увеличению во столько же раз цены дискрета (й ) и диапазона индикации (Ui м«кс о ) В соответствии с (А) и (5).

Если входная величина достигает верхней границы исходното диапазона индикации ,с то во время того выходного импульса АВП, когда это произошло, возбуждается последняя ячейка шкалы 6р. Ее светодиоды 7 и 8 возбуждаются, и излучение светодио- да 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 О, затем при превышении входной величиной границы исходного диапазона он переходит в состояние 1). Код состояния счетчика 16 поступает с его выходов на соответствующие входы ПАП 17, который преобразует этот код в постоянное напряжение определенной величины. Выходное напряжение с выхода ЦАП 17 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 Б два раза короче). В дальнейшем состояние счетчика сохраняется, так что код счетчика 16 поступает на вход

ЦАП 17 и с него на генератор 2 подается управляющее наггрлжение, вследствие чего генератор вырабатывает тактовые импульсы с увеличенным периодом следования Т ( с(-7), и индикатор работает на более широком диапазоне индикации. Если входная величина и,

в этом новом

диапазоне

ли,

х (кс

укладывается (т.е. если U,

)r«a((c) дальнейшем работа происходит на этом диапазоне. Если же входная величина выходит за пределы и этого диапазона (U, -5

10

и на вход 2Д 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

в первом же цикле отображения на этом 15 процесс выбора диапазона индикации.

Сброс осуществляется сигналом, подиапазоне происходит зашкаливание 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

даваемым оператором, например, с по- мощью кнопки.

В индикаторе имеется взаимно-одно20

значное соответствие между длительностью такта, ценой дискрета шкалы и диапазоном индикации, а изменение диапазона осуществляется дискретно. Таким образом, каждому состоянию увеличивается выходное напряжение ЦАП,25 счетчика 16 и его выходному коду од

и на вход 2Д 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

даваемым оператором, например, с по- мощью кнопки.

В индикаторе имеется взаимно-одно

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.

поступающее на управляющий вход 22 генератора 2 импульсов. Это приводит к тому, что период следования импульсов генератора 2 (длительность такта) еще увеличивается и происходит переход на ноэый, более широкий диапазон индикации. Изменение диапазона индикации происходит до тех пор, пока не будет найден такой диапазон (длительность такта), в котором укладывается входная величина (при этом не возбуждается последняя ячейка шкалы). При достижении такого диапазона дальнейшая работа идет на нем. При этом последняя ячейка шкалы не достигается и состояние счетчика 16 не изменяется, Не изменяется также управляющее напряжение генератора 2, вследствие чего остается неизменной и длительность такта..

После выключения и при последующем включении индикатора он устанавливается 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

0

5

позначно соответствуют некоторые диапазон индикации и цена дискрета шкалы. Деления шкалы наносятся так, что одному делению соответствуют m дискретом и цена деления составляет тА (& цена дискрета). Это позволяет осуществлять в процессе работы индикацию численного значения цены деления и/или диапазона индикации с помощью блока индикации. Выходной код

0

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 парау метров индикации: верхней границы соответствующего диапазона индикации или цены деления шкалы или обоих этих параметров одновременно.

Таким образом, входная величина Q 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),

5