Оптоэлектронный матричный индикатор напряжения Советский патент 1990 года по МПК G01R19/00 

315

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Цель изобретения - расширение области применения за счет обеспечения возможности запоминания формы однократных импульсных сигналов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема оптоэлектронного ричного индикатора напряжения; на фиг. 2 функциональная схема опто- электронной шкалы; на фиг. 3 - функциональная схема кольцевого счетчика

Оптоэлектронный матричный индикатор (фиг. 1) напряжения содержит оптозлектронную шкалу 1, генератор 2 импульсов, первый 3 и второй 4 резисторы, первый 5 и второй 6 элемент И-ПЕ, кольцевой счетчик 7, электрон- ньй ключ 8, переключатель 9, блок 10 пульсирующего напряжения, задат- чик 11 временных интервалов (ЗВИ),, элемент И 12, амплитудно-временной преобразователь (АВП) 13, блок 14

питания, запускающий светодиод 15 и блок 16 управления, состоящий из N

разрядов 16,, каждый

из которых содержит индикационный светодиод 17, катод которого подключен к аноду светодиода 18 связи, катод которого подключен к аноду фототиристора 19. Аноды светодиодов 17 через резистор 3 подключены к выходу блока 14 питания, катоды фото- тиристоров 19 нечетных разрядов 16,, 16,,...,16 подключены к выходу элемента И-НЕ 5, катоды фототиристоров 19 четных разрядов 16,16,..., подключены к выходу элемента И-НЕ 6. Запускаюшдй светодиод 15 и фототиристор 19 первого разряда 6, а также

светодиоды 18 всех разрядов и фототиристоры 19 последующих разрядов оптически связаны. Вход АВП 13 соединен с входной шиной 20, выход элемента И 12 соединен со счетным входо 21 триггера 22. Первый вход элемента И 12 соединен с вьгходом генератора 2 и через ЗВИ 11 - с первыми входами элементов И-НЕ 5 и 6 и входом 23 управления АВП 13, выход 24 которого подключен к второму входу элемента И 12. Вторые входы элементов И-ИЕ 5 и 6 подключены к прймому и инверсному выходам триггера 22 соответственно. Катод светодиода 15 подключен к входу 23 управления АВП 13 и к установочному входу триггера 22, а анод через резистор 4 подключен к выходу блока 14 питания. Выход блока 10

подключен к первому неподвижному контакту 25 переключателя 9, подвиж- ньш контакт 26 которого подключен к входу 27 питания шкалы 1, первые информационные входы 28 ,28., , . . ,28., которой подключены соответственно к анодам фототиристоров 19 каждого разряда. Выход блока 14 подключен к второму неподвижному контакту 29 переключателя 9 и к входу 30 питания кольцевого счетчика 7, счетный вход

5

0

5

0

0

5

0

31 которого подключен к выходу ЗВИ 11, выход 32 нулевого разряда счетчика 7 подключен к управляющему входу 33 ключа 8, первый и второй выводы которого подключены соответственно к входу 34 обнуления шкалы 1 и.к общей шине. Вторые информационные входы 35. ,35- , ... ,35 шкалы 1 подключены к соответствуюпщм выходам 36 кольцевого счетчика 7.

Оптоэлектронная шкала 1 (фиг. 2) содержит NxM ячеек 37,

1.Л . 1 .2 5 .уи фототранзисторов 38, 38,. .., , N

первых светодиодов 39,392,..., fi и М первых ограничительных резисторов 40 ,402, второй ограничительный резистор 41, причем каждая ячейка 37 содержит третий огра- ничительньш резистор 42, второй све- тодиод 43, индикаторный светодиод 44 и фототиристор 45, оптически связанный со светодиодом 43. Резистор 5 42 каждый ячейки 37 подключен между

входом 27 питания и анодом индикаторного светодиода 44, катод которого подключен к аноду фототиристора 45, катод которого подключен к входу 34 обнуления. Каждый из М резисторов 40 подключен между соответствующим вторым информационным входом 35 и объединенными катодами светодиодов 43 ячеек 37 соответствующего столбца. Резистор 41 подключен между входом 27 питания и объединенными анодами светодиодов 39, катоды которых под-, ключены к соответствующим первым информационным входам 28, коллекторы фототранзисторов 38, оптически связанных с соответствующими светодиода- ми 39, подключены к входу 27,питания, а эмиттер каждого фототранзистора 38 тодключен к объединенным анодам све- тодиодов 43 соответствующей строки.

К.ольцевой счетчик 7 (фиг. 3) содержит два ключа 46 и 47, элемент И 48, счетный триггер 49, узел 50 запуск

граничительный резистор 51, М+1 разядов 52,52,,522,...,52, каждый из оторых содержит светодиод 53 и фотоиристор 54, а нулевой разряд 52 - дополнительный фототиристор 55, оптически связанньй со светодиодом 53 последнего разряда 52. Объединенные аноды светодиодов 53 всех разрядов 52 подключены через резистор 51 к входу 30 питания, подвижные контакты ключей 46 и 47 подключены к общей шине, неподвижный контакт ключа 46 подключен к входу 56 установки триггера 49 в нулевое состояние и к катоду светодиода 57 узла 50 запуска, анод которого подключен через ограничительный резистор 58 узла 50 запуска к входу 30 питания. Непод- вижный контакт ключа 47 подключен к второму входу элемента И 48, первый вход которого подключен к счетному входу 31 счетчика 7, а выход - к счетному входу 59 триггера 49, прямой выход которого подключен к катодам фототиристоров 54 всех четных разрядов 52jj ,52,j,52,. .. ,52.,, а инверсный выход - к ка годам фототиристоров 54 всех нечетных разрядов 52, ,52, . ..,52, причем аноды фототиристоров 54 каждого разряда 52 подключены к катодам соответствующих светоди.одов 53 и к соответствующим выходам 36 счетчика 7, дополнительный фототиристор 55 нулевого разряда 52 катодом и анодом подключен соответственно к катоду и аноду фототиристора 54 нулевого разряда 52j, оптически связанного со светодиодом 57 узла 50 запуска. Светодиод 53 каждого разряда 52 оптически связан с фототиристором 54 последующего разряда 52.

Устройство работает следующим образом.

Индикатор может работать в двух режимах: гистограммного отображения сигнала и точечного отображения сигнала.

Рассмотрим режим гистограммного отображения сигнала. Для этого второй неподвижный контакт 29 и подвижный контакт 26 переключателя 9 замкнуты. В исходном состоянии при включении блока 14 питания все разряды 16 находятся в обнуленном состоянии, так как запускающий светодиод 15 не излучает свет, на его катоде присут- ствует уровень логической 1 с выхода ЗВИ 11, генератор 2 импульсов

9443Д

йфункционирует, но его импульсы не поступают на счетный вход 21 триггера 22, так как элемент И 12 закрыт низким логическим уровнем с выхода 24 АВП 13. Состояние триггера 22 произвольное.

Когда на входную щину 20 индикатора подается напряжение, то АВП 13

0 преобразует амплитуду данного напряжения во временной интервал, представляемый в виде длительности присутствия логической 1 на его выходе 24 толькр лишь по приходу первого отJ5 ридательного импульса (лог.О) с выхода ЗВИ 11, который воздействует на первые входы элементов И-НЕ 5 и 6, обнуляя ячейки 16, на установочный вход триггера 22, устанавливая на его

20 прямом выходе уровень лог.1, а на инверсном - уровень лог.О, на катод светодиода 15, возбуждая его и этим оптическим сигналом подготавливая фототиристор 19 первой ячейки 16,к

25 включению, на управляющий вход 23

АВП 13 (по срезу этого импульса начинает функционировать АВП 13, с выхода которого высокий логический уровень поступает на первый вход элемента

30 И 12, который начинает пропускать импульсы, генератора 2 на счетный вход 21 триггера 22), на счетный вход 31 кольцевого счетчика 7, изменяя его состояние на единицу больше.

Срез импульса ЗВИ 11 также приводит к гашению светодиода15, возбуждению фототиристора 19 и электрически связанных с ним светодиодов 17 и 18, так как фототиристор 19 подготавливался оптическим сигналом светодиода 15 и на его катод поступил уровень лог.О с выхода первого элемента

И-НЕ 5.

Таким образом, отрицательньй импульс ЗВИ 11 устанавливает на вы ходах элементов И-НЕ 5 и 6 уровни лог. Г, что обеспечивает обнуление разрядов 16, запускает светодиод 15, устанавливает триггер 22 в единичное состояние на прямом выходе, возбужда50.ет первый разряд 16, и запускает АВП 13.

Первый импульс генератора 2 через открытый элемент И 12 переключает триггер 22 в нулевое состояние, что приводит к включению фототиристора 19 и связанных с ним электрически светодиодов 17 и 18 второй ячейки 16, так как он был подготовлен оп35

40

тическим сигналом светодиода 18 первой ячейки 16, и на его катод поступил логический уровень.

Фототиристор 19 первого разряда 16 выключается из-за вьфавнивания Потенциалов на его электродах.

Следовательно, первьй импульс генератора 2 приводит к возбуждению светодиода 18 второго разряда 16j и гашению в первом разряде 16, . ; С приходом Bfoporo импульса на счетный вход 21 триггера 22 возбуж- дается третий разряд 16 и гасится второй разряд 162-

С приходом третьего импульса воз- ;буждается четвертый разряд 16 и.га-. ;сится третий разряд 16. ; Если до прихода четвертого импуль- :са на счетный вход 21 триггера 22 от I генератора 2 на выходе 24 АВП 13 по- Iявляется лог.О, то в возбужденном : состоянии будет находиться четвертый I разряд 16 , так как элемент И 12 за- претит дальнейшее прохождение импуль- :сов с генератора 2 и триггер 22 будет сохранять предьщущее состояние. Таким образом, по окончании вре- менного интервала на выходе 24 АВП 13 в разрядах 16 происходит запоминание входной информации.

Появление отрицательного импульса на выходе ЗВИ 11 обнуляет все разряды 16, переводит в возбужденное состояние первый разряд 16, , запус- кает АВП 13, после чего с приходом импульсов на счетный вход 21 триггера 22 описанные процессы повторяются

Частота запуска АВП 13 задается дО с помощью ЗВИ 11, в качестве которого ожет быть использован делитель частоты с переменным коэффициентом деения, который формирует из импульсов генератора 2 последовательность 45 отрицательных импульсов, длительность которых равна времени включения од- ного из элементов И-НЕ 5 и 6 триггера 22.и светодиода 15 и должна быть достаточной цдя подготовки фототирис- 5Q тора 19 к включению светодиодов 17 и 18, а длительность паузы - макси- -мальному временному интервалу, отображаемому данной шкалой, плюс время на отображение запоминаемой инфор- §5 мации (если это необходимо).

Кольцевой счетчик 7 функционирует в единично-позиционном коде и подсчитывает импульсы с выхода ЗВИ 11.

С анодов фототиристоров-19 сигналы поступают на первые информационные входы 28 оптоэлектронной шкалы 1, а | с выходов 36 кольцевого счетчика 7 - на вторые информационные входы 35

шкалы 1 .

При появлении первого импульса на выходе ЗВИ 11 оптоэлектронная шкапа 1 в первом столбце отображает входной сигнал в виде светящейся полосы, присутствовавшей в это время на разрядах 16, При этом данная светящаяся полоса запоминается на время, соответствующее времени возбуждения всех разрядов счетчика 7.

С появлением второго импульса на выходе ЗВИ 11 в кольцевом счетчике 7 возбуждается второй разряд, а первый обнуляется. Второй столбец оптоэлектронной шкапы 1 будет отражать светя- шуюся полосу и присутствовать уже в следующий момент на разрядах.16.

С появлением следующих импульсов, описанные процессы повторяются.

Таким образом, на оптоэлектронной шкале 1 отображается изменение входного напряжения во времени в виде графика, т.е. в наиболее удобном для человека виде.

Если все разряды счетчика 7 последовательно возбудились, то при возбуждении нулевого разряда на выходе 32 появляется сигнал, поступающий на вход 33 ключа 8, который, в свою очередь, закрывается и на входе 34 обнуления шкалы 1 появляется высокий уровень потенциала, обнуляющий шкалу 1 .

С приходом следующих импульсов на счетный вход 31 счетчика 7 описанные процессы повторяются.

В режиме точечного отображения синала первый неподвижный контакт 25 и подвижный контакт 26 переключателя 9 замкнуты.

Запоминания входного сигнала на оптоэлектронной шкале 1 в каждый дискретный отсчет времени не происходит, так как на вход 27 питания шкалы 1 подается пульсирующее питание, т.е. не постоянное, причем частота следования импульсов- питания больше либо равна 50 Гц.

Таким образом, в каждый момент времени на шкале 1 будет перемещаться светящаяся точка, описывающая графически характер изменения входного напряжения, а затраты по потреб

9159

ляемой мощности при этом будут минимальны.

Рассмотрим работу оптоэлектронной шкалы 1 (фиг. 2). В начальный момент времени на входе 27 присутствует напряжение питания, а на входе 34 обнуления присутствует нулевой потенциал .

Допустим на i-м первом информационном входе 28, (где i 1 ,N) при- сутствует низкий положительный потенциал, а на остальных - высокий. Сле- довательно, светодиод 39 излучает свет, так как от входа 27 питания через резистор 41 и светодиод 39j к информационному входу 28. протекает

ток.

От входа 28 . через соответствую- прй фототиристор 19 (фиг. 1) к выходу одного из элементов И-НЕ 5, 6 будет

протекать ток./ п

Фототранзистор 38 шкалы 1 (фиг. 2) отпирается. Если на i-м информацион- ном входе 35j (где j 1,М) присутствует низкий положительный потенциал, то он поступает через резистор 40 у на катоды светодиодов 43 ячеек 37 j-ro столбца.

Создается цепь протекания тока от входа 27 питания через переход коллектор - эмиттер i-ro фототранзистора 38,, светодиод 43 ячейки 37, и резистор 40.- к информационному входу

1Ч Светодиод 43 ячейки 37 ,- излучает свет на фототиристор 45, тем самым переводит его в проводящее состояние Индикационньш светодиод 44 излучает

свет.

Таким образом, возбужденными ячейками 37 будут те, индексы i и j которых соответствуют индексам информационных входов 28 и 35, на которых присутствуют низкие положительные потенциалы, создающие условия для возбуждения соответствующих ячеек 37

Для обнуления всех ячеек шкалы на вход 34 обнуления подается высокий уровень положительного потенциала, выравнивакиций потенциалы на электродах фототиристоров 45 всех ячеек 37.

Если на вход 27 питания подается переменное напряжение, то ячейки 37 шкалы 1 будут возбуждаться только на время присутствия импульса напряжения питания, т.е. постоянного запоминания каждой ячейкой 37 возбужденного состояния не будет.

10

0

34

25

Рассмотрим работу кольцевого счетчика 7 (фиг. 3).

В исходный момент времени на входе 30 питания присутствует напряжение питания, ключ 47 разомкнут. Для установки счетчика 7 в исходное состояние замыкается ключ 46, триггер 49 устанавливается в нулевое состояние, так как на его установ оч- ном входе 56 присутствует лог. О , т.е. на прямом выходе триггера 49 присутствуют лог.0 а на инверсном- лог. Ч. Через резистор 58 к свето- диоду 57 узла 50 запуска будет про- текать ток. Светодиод 57 будет светиться. Фототиристор 54 нулевого разряда 52д перейдет в проводящее состояние, так как на его катоде при- 0 сутствует нулевой потенциал. После этого первый ключ 46 размыкается. Импульсы со счетного входа 31 через элемент И 48 поступают на счетный вход 59 триггера 49, тем самым переключая его.

С приходом первого импульса возбуждается первый разряд 51 за счет того, что на его фототиристоре 54 присутствует оптический сигнал от светодиода 53 нулевого разряда 52о, 30 а также на катоде фототиристора 54 первого разряда 52 присутствует лог.О. Нулевой разряд 52 обнуляется, так как на катоде его фототиристора 54 появляется лог.1 . 35 С приходом второго импульса возбуждается второй разряд 522 и обнуляется первый разряд 52, и т.д.

В момент, когда возбужден последний разряд 52 , и с приходом следую- 40 щего импульса возбуждается нулевой разряд 52 за счет оптической связи от светодиода 53 последнего разряда 52i на дополнительньй фототиристор 55 нулевого разряда 52,, а последний 45 разряд 52 длобнуляется.

Для того, чтобы после определенного количества импульсов зафиксировать состояние счетчика 7 (т.е. больше не пропустить импульсов на счет- 50 ный вход 59 триггера 49), замыкают ключ 47, а в нужный момент размыкают.

Формула изо

б р е т е н и

1. Оптоэлектронный матричный индикатор напряжения, содержащий опто- электронную шкалу, N первых информационных входов которой подключены к соответствующим выходам N-разряд

1ЮГО блока управления, а М вторых информационных входов - к соответствующим выходам М-разрядного кольцевого счетчика, генератор импульсов, электронный ключ, два элемента И-НЕ и два резистора, отличающи й- С я тем, что, с целью расширения области применения, в него введены амплитудно-временной- преобразователь, адатчик временных интервалов, блок

10

Пульсирующего напряжения, запускаю- в|(ий светодиод, триггер, элемент И И переключатель, причем каждый из 1)азрядов блока управления вьшолнен на цепочке согласно включенных инди- 1 :ационного свегодиода, светодиода Связи и фототиристора, светодиод свя- фи каждого разряда оптически связан ф фототиристором последующего раз- |)яда, фототиристор первого разряда оптически связан с запускаюпщм све- одиодом, подключенным последователь- $10 с вторым резистором между выходом $адатчика временных интервалов и блоком питания, свободные выводы индикационных светодиодов всех разрядов объединены и через первьй резистор подключены к блоку питания, свободные выводы фототиристоров нечетных разрядов подключены к выходу первого элемента И-НЕ, свободные вьюоды фототиристоров четных разрядов подключены к выходу второго элемента И-НЕ, выходы соединения светодиода связи и фототиристора каждого разряда явля- ются выходами блока управления, вход амплитудно-временного преобразователя соединен с входной шиной устройст- ва, вход управления- - с выходом за- датчика временных интервалов, счетным входом кольцевого счетчика, установочным входом триггера и первыми .входами элементов И-НЕ, а выход - с

вторым входом элемента И, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов и входу задатчика временных интервалов, а выход - к счетному входу триггера, прямой и инверсный выходы триггера соединены с вторыми входами первого и второго элементов И-НЕ соответственно, выход нулевого разряда кольцевого счетчика соединен с управляющим входом электронного ключа, подсоединенного меж,цу входом обнуления оптоэлектронной шкалы и общей шиной, подвижный контакт переключателя соединен с входом питания оптоэлектронной шкалы, первый

15

1594434 2

неподвижный контакт - с выходом блока пульсирующего напряжения, а второй неподвижный контакт - с блоком питания .

2. Индикатор по п.1, отличающийся тем, что оптоэлект- ронная шкала содержит Ni M ячеек, N фототранзисторов, N первых светодиодов и М первых ограничительных резисторов и второй ограничительный резистор, причем каждая ячейка содержит третий ограничительный резистор, второй светодиод, индикационный свето диод и фототиристор, оптически связанный с вторым свето- диодом, третий ограничительный резистор каждой ячейки подключен между входом питания и анодом индикационного светодиода, катод которого подключен к аноду фототиристора, катод которого подключен к входу обнуления оптоэлектронной шкалы, каждый из М первых ограничительных ре-. зисторов подключен между соответствующим вторым информационным входом оптоэлектронной шкалы и объединенными катодами вторых светодиодов ячеек соответствующего столбца, второй ограничительный резистор подключен между входом питания и объединенными анодами первых светодиодов, катоды которых подключены к соответствующим первым информационным входам оптоэлектронной шкалы, коллекторы фототранзисторов, оптически связанных с соответствующими первыми светодио- дами, подключены к входу питания, а

20,

25

30

35

40

45

50

55

эмиттер каждого фототранзистора подключен к объединенным анодам вторых

светодиодов ячеек соответствующей .строки.

3. Индикатор по п.1, отличающийся тем, что кольцевой счетчик содержит два ключаj элемент И, триггер, узел запуска, ограничительный резистор (М+1) разрядов, каждьш из которых содержит светодиод и фототиристор, а нулевой разряд - и дополнительньй фототиристор, оптически связанный со светодиодом последнего разряда, объединенные аноды светодиодов всех разрядов подключены через ограничительный резистор к входу питания, подвижные контакты ключей подключены к общей шине, неподвижный контакт первого ключа подключен к входу установки триггера в нулевое состояние и к катоду светодиода узла

0

5

0

5

эмиттер каждого фототранзистора подключен к объединенным анодам вторых

светодиодов ячеек соответствующей .строки.

3. Индикатор по п.1, отличающийся тем, что кольцевой счетчик содержит два ключаj элемент И, триггер, узел запуска, ограничительный резистор (М+1) разрядов, каждьш из которых содержит светодиод и фототиристор, а нулевой разряд - и дополнительньй фототиристор, оптически связанный со светодиодом последнего разряда, объединенные аноды светодиодов всех разрядов подключены через ограничительный резистор к входу питания, подвижные контакты ключей подключены к общей шине, неподвижный контакт первого ключа подключен к входу установки триггера в нулевое состояние и к катоду светодиода узла

запуска, анод которого подключен через ограничительный резистор узла запуска к входу питания, неподвижный контакт второго ключа подключен к второму входу элемента И, первый вход которого подключен к счетному входу кольцевого счетчика, а вьпсод - к счетному входу триггера, прямой выход которого подключен к катодам фототирис- торов всех четных разрядов, а инверс ный выход - к катодам фототиристоров всех нечетных разрядов, причем аноды

фототиристоров разрядов подключены к катодам соответствующих светодиодов и соответствующим выходам кольцевого счетчика, дополнительный фототиристор нулевого разряда катодом и анодом подключен соответственно к катоду и аноду основного фототиристора нулевого разряда, оптически связанного со светодиодом узла запуска, причем светодиод каждого разряда оптически связан с фототиристором последующего разряда.

Фиг.З

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в контрольно-измерительных системах для двумерного отображения электрических сигналов. Цель изобретения - расширение области применения. Индикатор содержит оптоэлектронную шкалу 1, N - разрядный блок 16 управления, кольцевой счетчик 7, генератор 2 импульсов, электронный ключ 8, элементы И-НЕ 5,6. Введение амплитудно-временного преобразователя 13, задатчика 11 временных интервалов, блока 10 пульсирующего напряжения, запускающего светодиода 15, триггера 22, элемента И 12 и переключателя 9, а также выполнение каждого из разрядов блока 16 на цепочке светодиодов 17,18 и фототиристора 19 обеспечивают возможность запоминания на оптоэлектронной шкале 1 формы однократных импульсных сигналов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.