SU1229579A1 - Измерительный прибор со световым указателем - Google Patents

Abstract

Изобретение относит с  к индикаторным приборам с оптическими средствами передачи сигнала. Целью изобретени   вл етс  расширение пределов измерений при сохранении разрешающей способности без увеличени  габаритов шкалы. Устройство содержит датчик измер емой величины, выполненный в виде преобразовател  3 с подвижной рамкой, несущей зеркало 4. Возбудителем 8 световых лучей, св занным с (Л ND го i;o ел со

Description

излучател ми 5 с помощью каналов 9 св зи, производитс  одновременно не- прерьгена  Лосылка маркированных све- toBbK лучей всех каналов на подвижное зеркало 4 через марки- - рующие элементы 6 и фокусирующие

ч--

объективы 7. Количество излучателей 5 выбираетс  равным числу дискретных составл ющих, выдел емых из сигналов в процессе измерени . Размещение маркирующих элементов 6 с объективами 7 в секторе перемещени  светового луча на угловом рассто нии друг от друга

Изобретение относитс  к приборостроению , а именно к индикаторным приборам с оптическими средствами передачи сигнала.

На фиг. 1 схематически изображена шкала прибора; на фиг. 2 - прибор, вид -сверху; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; па фиг. 4 - угол смещени  ct излучателей относительно друг друга .

Прибор содержит шкалу 1 дл  отсчета с помощью светового указател  2 вьщеленной из сигнала дискретной составл ющей , отображенной, например, в виде числа из арабских цифр. По положению оптической риски, расположенной над числом, производитс  отсчет аналоговой составл ющей измер емого сигнала, измен ющейс  в преде- лах границ, определ ющих значение одной вьщеленной дискретной части сигнала. Преобразователь 3 измер емой величины прибора с подвижной рамкой , несущей зеркало 4, служащее дл  проецировани  маркированных лучей светового указател  на полупрозрачну шкалу 1, образуют датчик измер емого сигнала.

Прибор также содержит излучате- .ли 5 световых лучей, маркирующие эле менть 6, установленные между излучател ми и фокусирующими объективами 7 , количество которых равно числу выделенных из сигнала дискретных составл ющих , и возбудитель 8 световых лучей, который св зан с излучател ми каналами 9 св зи.

oi 2fj/k (где k - число излучателей, р - угол поворота зеркала) позвол ет формировать нар ду со шкалой ана- логовой составл ющей и указатель величины вьщеленной из сигнала дискретной составл ющей. Маркирующий элемент 6 может .быть выполнен в виде светофильтра с образованным на нем изобр 1жением зеркально отображенного числа из арабских цифр и расположенной за ним зап той и оптической рис-, кой, а каждый канал 9 св зи - из оптического волокна.23,п,ф-лы, 4 ил.

Перечисленные элементы измерительного прибора установлены в корпусе 10.

В качестве излучателей световых лучей 5 могут быть использованы индикаторные устройства, к которым относ тс  группа твердотельных индикаторов на светоизлучающих диодах, электролюминисцентные порошковые и пленочные индикаторы, жидкокристаллические индикаторы. В насто щее врем  излучатели наиболее просто могут быть выполнены с применением, например , световоднь х волокон или из мо- нолитного светопровод щего канала.

В этом случае световоды одновременно выполн ют и роль каналов 9 св зи, значительно упроща  выполнение многоканальной оптической систе и позвол ют ограничитьс  одним осветителем .

Менее эффективно система излучателей может быть выполнена из индивидуальных осветителей с применени- ем индивидуальных ламп накаливани .

Маркирующие элементы 6 могут быть выполнены, например, в виде светофильтров с образованными на них изображени ми геометрических символов, изображени ми зеркально отображенных чисел из арабских цифр, светофильтров различного цвета и.т.д., на которые направл ютс  световые лучи от из- пучателей 5.

В некоторых-случа х можно совместить функции излучателей и марки- рутощргх элементов, если излучатели

вьшолнить из элементов, которые сразу позвол ют получать маркированные световые лучи, например, из световоло- кон, излучающа  сторона которых выполнена расщепленной с образованием отображаемых знаков, из индикаторных устройств, воспроизвод щих оптические символы в знаковой (цифровой) форме с возможностью придани  цветности изображению..

Возбудитель 8 световых лучей может быть выполнен как источник электрических сигналов, подаваемых по каналам св зи (проводам) на излучатели, если в качестве последних используютс  излучатели с электрическим управлением , например, знаковые индикаторные устройства. При вьтс лнении излучателей из элементов волоконной оптики возбудитель 8 представл ет собой осветитель, т.е. источник видимого светового излучени , около которого расположены все входы каналов св зи.

Дл  решени  поставленной задачи необходима соответствующа  расстановка излучателей и маркирующих элементов в предлагаемом приборе. Следует отметить, что расстановка определ етс  количеством излучателей, число которьгх равно числу дискретных соста вл ющих, выдел емых из сигналов в процессе измерени . Например, при измерении сигнала в 5 условных едини можно выделить дискретные составл ющие сигнала 0,1,2,3,4 единицы. При измерении сигнала со значением 50 единиц можно вьщелить дискретные составл ющие 0,10,20,30,40 единиц, а при измерении сигнала величиной 100 единиц - 0,10,20,30,40,50,60, ,70,80,90 единиц.

В первых двух случа х потребуетс  п ть каналов, в последнем - 10 каналов оптической системы. Число дискретных составл ющих сигнала опреде- л ет и степень сокращени  размера прибора по ширине, т.е. в первых двух случа х габариты прибора по ширине уменьшаютс  в 5 раз, в последнем - в 10 раз без изменени  габари- тов по высоте и длине прибора.

Первый излучатель маркированного луча установлен в корпусе 10 таким образом, что его световой луч 11, проецируемый подвижным зеркалом 4 при нулевом значении измер емого сигнала, проецируетс  на нулевую отметку шкалы 1 прибора, остальные

j JO

4; JQ

25

30

35 0

5 5

S5

излучатели маркированных лучей уста новлены также неподвижно и смещены относительно друг друга в направлении поворота подвижного зеркала на определенный фиксированный угол ей (фиг. 4).

Дл  определени  угла об воспользуемс  следующим. Примем, что дл  измерени  максимального дл  данного прибора сигнала измерительный механизм с подвижной рамкой, несущей зеркало , поворачиваетс  на угол /J , а из измер емого сигнала выдел ютс  дискретные составл ющие. Тогда при повороте измерительного механизма на угол /i/k световой указатель проходит по шкале прибора рассто ние, соответствующее измерению одной дискретной составл ющей, которое в k раз меньше длины шкалы прибора о известного устройства.

Пусть в исходном положении измерительного механизма 3 при нулевом значении измер емого сигнала (построени  проведены сплошными лини ми) луч f2 светового указател  первого излучател  5, расположенного слева, падает на зеркало 4 под углом Jj , к перпендикул ру 13, восстановленному к поверхности зеркала, и, отража сь от него, проецируетс  на начальную отметку шкалы. Тогда угол между падающим лучом 12 первого излучател  и отражеиньм лучом 11, проецирующегос  на начальную отметку шкалы, составит 2 у,. При повороте зеркала на угол ) (построени  проведены пунктирными лини ми) отраженный луч 11 первого излучател  проецируетс  на конечную точку шкалы, а угол между перпендикул ром 13 после поворота зеркала и лучом 11, проецирующегос  на начальную отметку шкалы, равен (у, - р /1,. Чтобы луч второго излучател  в этом положении зеркала проецировалс  на начальную отметку шкалы, второй излучатель необходимо сместить влево относительно перпендикул ра 13 на угол (у,-Р/к) или на угол 2( у, -P/k) относительно луча 11, проецирукэдегос  на начальную отметку шкалы. Тогда угол между первым и вторым излучател ми в направлении поворота измерительного механизма определ етс  как

ос- 2J, - 2 (у, 2/i/K.. Если обозначить через Jf при i « и угол между падающим лучом i-го указател  (где j I,2,... h ... К - номер Излучател  и перпендикул ром к зеркалу , повернутому на угол /( o-lj/K, где значение 1i п К определ ет угол поворота измерительного механизма относительно исходного состо ни , то провед  аналогичные рассуждени , получим, что угол между i-м и(14-1)-м излучател ми всегда равен 2р/к.

Таким образом, если все излучатели световых указателей сместить относительно друг друга на угол л 2/ /к в направлении поворота измерительного механизма, то при повороте зрр- кала на угол /(h-1 )/К при П i отраженный от подвижного зеркала луч с выхода предыдущего (i-)-ro маркирующего элемента будет находитьс  в конце шкапы, а отраженный от подвижного зеркала луч с выхода следующего i-го маркирующего элемента - в начале шкалы. При этом на шкале проецируютс  одновременно два световых указател  1-го и (-1)-го излучателей, рассто-  ние между которыми соответствует длине шкалы L/K.

В остальных положени х измерительного механизма при (i-l)n iHa шкалу проецируетс  только один световой указатель ( -1)-го излучени .

При 1 . h 1 (исходное состо ние зеркала измерительного механизма при нулевом значении измер емого сигнала ) величина (i -1) О, что соответствует отсутствию предьщущего излучател  перед излучателем, прин тым в качестве первого.

Световые указатели остальных излучателей хот  и попадают на подвижное зеркало, но, отража сь от него, проецируютс  за пределами шкалы. Это происходит вследствие того, что на шкале прибора, как следует из фиг. 4, проецируютс  световые указатели только тех излучателей, которые попадают в сектор у , ограниченный, углом с . При повороте измерительного механизма границы этого сектора будут также перемещатьс  и в зону действи  сектора будут попадать те или иные излучатели, световые указатели которых будут проецироватьс  на шкалу.

Если обозначить через ff верхнюю границу сектора jf , отсчитьшаемую от положени  первого излучател , то координаты границ сектора в угловых единицах при любом положении измерительного 1у1еханизма мойно записать как

1229579

. где(„ (2/5/О(т1).

Так как излучатели расставлены искретно на рассто нии друг от друга , то разделив левую и правую части

неравенства на угол ct, мы получим номера излучателей, попадающих в сектор ( , световые указатели которых проецируютс  на шкалу при определенных положени х зеркала.

(п-1) У « П.

При целых значени х п, например равным п ти, т.е. при повороте зеркала на величину ()()1-1) Р/ в сектор jf попадают 4-е и 5-е излучатели.

При дробном значении, например равном 6 и 8, получим 5,8 f 6,8, Так как номер излучател  выражаетс  целым числом, то в этих границах сектора находитс  один 6-й излучатель, световой указатель которого проецируетс  на шкалу.

30

5

Q

0

5

Световые указатели излучаетелй, расположенных справа и слева сектора , будут проецироватьс  за пре- г елами шкалы.

Дополнительное требование к раз- мещению излучателей 5, маркируюш сс элементов 6 и фокусирующих объективов 7 сводитс  к тому, что часть этих элементов должна быть установлена вне плоскости действи  отраженного от подвижного зеркала луча. Это требование относитс  только лишь к тем излучател м, которые попадают в сектор действи  отраженного луча 11, проецируемого на шкалу. Дл  схемы прибора , изображенного на фиг. 2, в сектор действи  отраженного от подвижного зеркала луча попадает лишь один из излучателей 5 с маркирующим элементом 6 и фокусирующим объективом 7. Поэто:му, если эти элементы расположить на общей дуге окружности и на одной высоте вместе с другими излучател ми , то вследствие конечных их размеров, больша  часть шкапы будет закрыта дл  отраженного луча, что приведет к невозможности считывани  информации со шкалы. Если элементы, попадающие в сектор действи  отраженного луча 11, установить на этой же дуге окружности, но,сместить по высоте, то увеличитс  угол падени , а следовательно, и угол отражени  луча на подвижное зеркало в вертикальной плоскости прибора и отраженный пуч при заданной высоте прибора

не будет ароецироватьс  на шкалу прибора.

Чтобы уменьшить угол падени  в ве тикальной плоскости прибора, необходимо установить элементы, попадающие в сектор действи  отраженного луча 11, на таком рассто нии от подвижного зеркала, при котором отраженный от подвижного зеркала луч проецировалс  бы на шкалу в пределах габаритов прибора.

Излучатели маркированных лучей могут быть установлены на любом рассто нии , в пределах габаритов прибора , от подвижного зеркала, но с об зательным выполнением услови  расстановки по углу об в радиальной плоскости. Наиболее просто излучатели могут быть расставлены по дуге окружности, вписьшающейс  в габариты прибора по ширине .

Прибор работает следующим образом

При включении прибора возбудитель 8 световых лучей, св занный с излучател ми 5 с помощью каналов 9 св зи, обеспечивает одновременно непрерывную посылку маркированных световых лучей всех каналов на подвижное зеркало прибора, В исходном состо нии при нулевом значении измер емого сигнала оптическа  риска светового указател  2, образованна  ngp вым излучателем световых лучей и проецируема  подвижным зеркалом, совпадает с нулевым отсчетом шкалы. При этом отсутствие целых частей отображаетс , например, изображением циры О непосредственно под оптической риской. При увеличении измер емого сигнала подвижное зеркало А начинает поворачиватьс , что приводит к перемещению светового указател  по длине шкалы на рассто ние, соответствующее значению измер емого сигнала. Если амплитуда измер емого сигнала не превьшает предала некоторой дискретной составл ющей, например 10 В, то по положению оптической риски светового указател  считываетс значение сигнала, как и у известных приборов. При дальнейщем увеличении сигнала световой указатель первого излучател , маркированный цифрой О достигает конца шкалы, а в это же врем  световой указатель второго излучател , маркированный, например, цифрой 10, проецируетс  в начале шкапы.

10

)5

20

2295798

Изменение сигнала в пределах второй дискретной составл ющей отображаетс  положением оптической риски относительно начала шкалы и маркирующим символом второго излучател , изображаемого в данном случае числом lOV. Так что отсчет значени  измер емого сигнала в данном случае производитс  по значению маркирующего символа (в данном случае 10) и по положению оптической риски светового указател  относительно шкалы прибора, т.е. комбинированным способом - дискретные целые части в цифровой, например , форме, а части дискретной составл ющей - по положению светового указател . Измер емое значение сигнала считьшаетс  в данном случае.как совокупный эквивалент, образуемый суммой содержащихс  в момент считывани  количества целых частей в амплитуде сигнала и части сигнала, измен ющейс  в пределах вьщеленной дискретной составл ющей амплитуды сигнала.

Дальнейшее увеличение амплитуды измер емого сигнала приводит к повороту подвижного зеркала на больший угол и оно проецирует на шкалу 1 прибора светового указател  третьего излучател , маркированный, например, числом 20.

Таким образом, увеличение амплитуды измер емого сигнала приводит к увеличению угла поворота подвижного зеркала прибора от его начального положени  на некоторый угол, в пределах которого равные целые части измер емого сигнала отображаютс  на шкале прибора посредством проецирова- ни  маркированных световых указателей , смен ющих последовательно один другого при изменении сигналаj но перемещающихс  по одной линии светового проецировани , уменьшенной по ширине.

25

30

35

40

45

%

Последний маркированный световой указатель проецируетс  на полупрозрачный экран прибора аналогичным образом от последнего излучател , смеще  ного на определенный, самый больший угол относительно первого излучател . Маркирующий символ последнего светового указател  позвол ет отобразить наибольшее значение выделенных дис 5 кретных составл ющих, содержащихс  в максимально возможной дл  данного прибора амплитуде сигнала, соответствующей предельному углу поворота

У

подвижного зеркала измерительной час ти прибора.

При уменьшении измер емого сигнал от значени , соответствующего верх- ,нему пределу измерени , к нулю, проецирование маркированных световых указателей происходит аналогичным образом, но последовательное пере- мещение юс вдоль шкалы происходит в обратном пор дке, справа налево. Ком бинированньш отсчет измер емого сигнала осуществл етс  аналогичным, ранее описанным образом.

Как при пр мом, так и обратном изменении амплитуды сигнала на шкале проецируетс  один маркированный световой указатель, а в крайних положени х - два, что позвол ет быстро, удобно и с той же точностью (либо лучшей) произвести отсчет значени  измер емого сигнала. Размеры прибора по ширине при сохранении его класса точности значительно з меньшаютс , практически пропорционально количеству маркированных световых указателей перемещающихс  по одной линии отображени , т.е. без изменени  габаритов прибора по высоте.

На данном этапе наиболее эффективной , с точки зрени  технической реализации , представл етс  конструкци  предлагаемого прибора, в котором в качестве каналов св зи и излуч.ателей используютс  световоды, на излучаю- ирос концах которых установлены маркирующие элементы. Приемные концы с.ве- товодных оптических каналов в этом случае располагаютс  у одного, общего дл  всех каналов осветител ,  вл ющегос  возбудителем маркированных лучей, подаваемых на подвижное зеркало датчика прибора. В зависимости от назиачени  прибора, в этом случае наиболее просто может быть осуществлено маркирование луча не только цифрой, но и цветом с помощью быст- родейству эр1его светофильтра в свето- водном канале дл  повьш1ени  комфорта при работе с данными приборами. Причем, конструктивно излучатель и маркируюв й элемент могут быть совмещены , что улучшит технологичность юс изготовлени  и повысит удобство обслуживани  прибора.

0

5

0

5

9579

0

5

0

5

0

10

Реализаци  рассмотренных существенных признаков предлагаемого прибора может быть проведена на базе конструкций выпускаемых отечественной промышленностью приборов со световым . отсчетом, при этом не ухудшаютс  инерционные свойства прибора, так как сам датчик прибора остаетс  без изменени . При необходимости может быть образован и фотоэлектрический контакт.

Claims (3)

1.Измерительный прибор со световым указателем, содержащий датчик измер емой величины, выполненный в виде преобразовател  с подвижной рамкой , на которой закреплено зеркало, осветитель и оптические каналы формировани  световых маркирующих указателей с объективами, отличающийс  тем, что, с целью расширени  пределов измерений при сохранении разрешающей способности без увеличени  габаритов шкалы, маркирующие элементы световых указателей с объективами размещены в секторе перемещени  светового луча на угловом рассто н1-ги друг от друга

Oi

где р - угол поворота зеркала; К - число излучателей.

2.Прибор по п. 1, отличающий с   тем, что маркирующий элемент вьтолнен в виде светофильтра с образованным на нем прозрачным дл  светового луча изображением зеркально отображенного числа из арабских цифр и ра1сположенной за ним зап той Д.ПЯ считьшани  выделенной из сигнала дискретной составл ющей и оптической риской,расположенной над числом дл  считывани  аналоговой составл ющей.

3.Прибор по п. 1,отличающий с   тем, что, с целью упрощени  вьтолнени  многоканальной сис- темь, каждый канал вьтолнен из оптического световолокна, причем входы световолокон расположены около одного осветител , а вькоды образуют зеркально отображенные числа.

0Ul. 1

to

5t

Составитель В. Костин Редактор В. Иванова Техред О.Гортвай Корректор А. Т ско

Заказ 2443/40 Тираж 705Подписное

ВНИИПИ Государствеиного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4