SU1506362A1 - Оптоэлектронный шкальный индикатор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в измерительной аппаратуре. Цель изобретени  - повышение точности считывани  показаний и расширение функциональных возможностей устройства. Измер ема  величина, например напр жение, подаетс  на вход амплитудно-временного преобразовател , с выхода которого импульсы напр жени  длительностью, пропорциональной измер емой величине, подаютс  на один из входов световой шкалы, состо щей из N  чеек. Ячейки запитываютс  тактовыми импульсами с выхода генератора через триггер и элементы И-НЕ. На световой шкале отображаетс  свет ща с  полоска, пропорциональна  измер емой величине. Через каждые M тактов на выходе счетчика возникает короткий импульс, возбуждающий один из фототиристоров и световод, который высвечивает риску шкалы. На блоке индикации высвечиваетс  деление шкалы. Введение в устройство счетчика, блока управлени , блока индикации, вторых фототиристоров позвол ет повысить точность считывани  показани  за счет расположени  рисок непосредственно на световой шкале. Устройство содержит также блок запуска, резисторы, светодиоды, фототиристор. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к информационно-измерительной технике, в частности к технике отображени  информации и может использоватьс  в конт-i .: рольно-измерительной аппаратуре дл  отображени  информации, например измерительной .

Цель изобретений - повышение точности считывани  показаний и расширение функцичнальных возможностей индикатора и повышение удобства работы с ним за счет отображени  делений шкалы в виде световых меток непосредственно на шкале, возможности изменени  цены делени  и одновременного

отображени  числового значени  цены делени .

На чертеже изображена структурна  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 управлени , блок 8 индикации цены делени , блок 9 запуска , содержащий резистор 10 и светодиод II запуска, п индикационных  чеек 12i-12, в состав каждой из кото3150

рых вход т первый И11дикациои))ый све- тодиод 13, светодиод 14 св зи, первы фототиристор Г5, второй индикационны светодиод 16 и второй фототиристор 17, токоограничительный резистор 18 и положительную шину 19 питани . Вхо 20 АВП  вл етс  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 управл ющий вход 24 счетчика 6 импульсов. К первому выходу 25 блока 7 управлени  подключен управл ющий вход 26 генератора импульсов. Второй выход 27 блока управлени  соединен с входом блока индикации цены делени , пр мой и инверсный выходы триггера 3 соединены с вторыми входами соответственно первого 4 и второго 4 элементов 2И-НЕ, к выходам которых подключены перва  5 и втора  5j шины тактовых импульсов соответственно, причем в каждой индикационной  чейке 12; светодиод 13., светодиод 14 j св зи и фототиристор 15- соединены согласно- последовательно, и также согласно-последовательно соединены светодиод 16 и фототиристор 17;, аноды индикационных светодиодов 13 и 16 всех  че- ек подключены через резистор 18 к положительной шине 19 питани , к которой через тот же резистор 18 подключен и блок 9 запуска, катоды первых фототиристоров 15 нечетных  чеек соединены с первой шиной 5 тактовых импульсов, а четных  чеек - с второй шиной 5/1 тактовых импульсов , катоды вторых фототиристоров 17 всех  чеек соединены с выходом счетчика 6 импульсов, а оптический выход светодиода 11 запуска соединен оптически с фототиристорами 1 з и 17- первой  чейки 12,, а светодиод 14 св зи каждой i-й  чейки i2j оптичес- ки св зан с фототиристорами 15 и 17 следующей  чейки 12,, оптические выходы индикационных светодиодов 3 И 16  вл ютс  индикационными выхопа- ми  чеек и образуют отсчетную шкалу.

Индикатор работает следующим образом .

Исход  из требуемого количества дискретов шкалы и рассто ни  между

ними, устанавливают коэффициент пересчета М счетчика 6 импульсов. При отсутствии входного сигнала (например , электрического напр жени  U) на выходе ЛВП I присутствует нулевое напр жение, которое поступает на выходы элементов 2И-НЕ 4 и 4 , вследствие чего на их выходах поддерживаетс  напр жение высокого уровн . Напр жение высокого уровн  с элементов 4 и 4 поступает на шины 5 и 5 тактовьк импульсов и поддерживает в запертом состо нии фототиристоры 15 индикационных  чеек 12, вследствие чего  чейки наход тс  в невозбужденном состо нии. Нулевое напр жение с выхода АВП 1 поступает также на управл ющий вход 22 счетчика 6 и поддерживает его в начальном состо нии , запреща  счет импульсов, поступающих на его счетный вход с генератора 2. Генератор 2 импульсов выраба и.гоает пр моугольные импульсы, период следовани  которых равен Т. Период следовани  импульсов генератора 2 (или их частота) задаетс  блоком 7 управлени , который управл ет частотой следовани  импульсов генератора 2 по его управл ющему входу 27. Нулевое напр жение с выхода АВП присутствует также на входе установки единицы триггера 3 и вследствие того, что этот вход триггера  вл етс  инверсным , триггер устанавливаетс  в единичное состо ние (т.е. на пр мом выходе присутствует логическа  1, а на инверсном - логический О). Когда на выходе АВП присутствует нулевое напр жение, светодиод 11 узла запуска находитс  в возбужденном состо нии (так как на его катоде - нулевое напр жение) и его излучение воздействует на фототиристоры 15 и 17 первой  чейки 12, вследствие чего эти фототиристоры подготавливаютс  к открыванию.

Амплитудно-временной преобразователь 1 выполн ет преобразование значени  входной величины (напр жени ) в длительность временного интервала, т.е. осуществл ет широтно-импульсную модул цию. При наличии на входе АВП напр жени  он вырабатьшает пр моугольные импульсы напр жени  высокого уровн , длительность которых пропорциональна значению входной величины (при этом можно поддерживать посто нной либо длительность паузы

5

между импульсами ЛВП, либо их период .следовани ) ,

При поступлении на иход 20 АВП I измер емой величины (например, напр  жении Uy) на его выходе по вл етс  импульс напр жени  высокого уровн , длительность t которого пропорциональна величине U

t ки , (1)

где К - коэффициент преобразовани .

По вление на выходе АВП напр жени  высокого уровн  приводит к тому, что счетный триггер 3 начинает переключатьс  под действием поступающих на его счетньЕЙ вход импульсов генератора 2, и на его выходах по вл ютс  противофазные последовательности пр моугольных тактовых импульсов, длительности импульса и паузы которых одинаковы и равны периоду Т следовани  импульсов генератора 2. С выходов триггера тактовые импульсы поступают на вторые входы элементов 4 и 4, на первых входах которых присутствует напр жение высокого уровн  с выхода АВП I. В результате этого на подключенные к выходам элементов и 4 шины 5, и 5 тактовых импульсов проход т проинвертирован- ные выходные импульсы триггера 3, причем в первый момент (первый такт) на шине 5 по вл етс  нулевое напр жение (пауза между импульсами), а на шине 5 напр жение высокого уровн . Одновременно с этим выходное напр жение АВП 1 приходит на управл ющий вход 24 счетчика 6 импульсов и разрешает счет импульсов генератора 2, которые поступают на его счетный вход 23. Кроме того, по вление напр жени  высокого уровн  на выходе АВП приводит к выключению светодиода II узла запуска, так как оно поступает на его катод. После по влени  на управл ющем входе 24 напр жени  высокого уровн  с выхода АВП, которое разрешает счет, на выходе счетчика 6 сразу по вл етс  импульс нулевого напр жени  длительностью f, который поступает на катоды фототиристоров 17 всех  чеек.

Поскольку фототиристоры 15 1 и 17,  чейки 12 до по влени  выходного импульса АВП уже были подготовлены к открыванию излучением светодиода 11, то при по влении нулевого напр жени  на шине 5 открываетс  фототиристор 151 и при по влении нулевого

063626

импульса на выходе счетчика 6 открываетс  фототиристор 17. При этом в  чейке 12 возбуждаютс  оба ее плеча и происходит излучение света свето- диодами 13, и 16, индицирующими включение  чейки. Ячейка 12 остаетс  возбужденной в течение всего первого такта (в течение времени Т)

Q остальные  чейки в это врем  остаютс  выключенными, В течение первого такта возбуткдаетс  и светодиод 14 св зи  чейки 12, излучение которого воздействует на фототиристоры 15 и

15 17  чейки 12, подготавлива  их к открыванию (несмотр  на это  чейка 2 остаетс  выключенной, так как на шине 5, к которой подключен фототиристор 15г присутствует блокирующее

20 напр жение высокого уровн , а длительность импульса на выходе счетчика 6 недостаточна дл  срабатывани  фототиристора 17, т.е. на выходе счетчика после нулевого импульса

25 устанавливаетс  напр жение высокого уровн ), При поступлении следующего импульса генератора 2 происходит переключение триггера 3 и соответственно мен ютс  напр жени  на шинах

30 5 и на шине 5 устанавливаетс  на врем  такта Т напр жение высокого уровн , а на шине 5 - нулевое напр жение. При этом  чейка 12 возвращаетс  в невозбужденное состо ние (ее фототиристор 15 закрываетс  высоким напр жением на шине 5, а фототиристор 17 - высоким напр жением на выходе счетчика 6), а  чейка 12 ,j возбуждаетс . Подготовленный в предыдд дутцем такте к открыванию фототиристор 15,2 открьгааетс  и светодиоды 13 и 14 возбуждаютс , причем светодиод 13 индицирует включение  чейки, а светодиод св зи 14, воздейству  на фотодс тиристоры 15, и 17,  чейки 122 готавливает их к открыванию; фототиристор 17  чейки 12, остаетс  запертым , так как на его катоде присутствует напр жение высокого уровн . В

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

Данный процесс последовательного срабатывани  индикационных  чеек,

cj при котором в срабатывающей  чейке возбуждаетс  плечо, содержащее индикационный светодиод 13, светодиод 14 св зи и фототиристор 15, продолжаетс  в течение длительности t выход35

ного импульса АВП, причем п каждом такте возбуждаетс  ровно одна  чейка (так что фронт возбуждени  перемещаетс  по линейке  чеек на один дискрет ) и она находитс  в возбужденном состо нии в течение времени такта Т.

за

При этом врем  t

число п„ возбудившихс 

(2)

 чеек равно n rtx/T, где А - цела  часть числа А.

В силу (1) число возбудившихс   чеек пропорционально значению U входной величины, а поскольку оптические выходы индикационных  чеек образуют отсчетную шкапу, то рассто ние , на которое перемещаетс  по шкале световое п тно, пропорционально величине Uy,

В течение одного выходного импульса АВП осуществл етс  один описанный цикл отображени , который повтор етс  при каждом выходном импульсе АВП. При частоте следовани  импульсов АВП, превьшающей критическую частоту мельканий человеческого зрени , траектори  светового п тна на шкале воспринимаетс  как равномерна  светова  полоса, длина которой пропорциональна величине U.

Одновременно с описанным процессом распространени  возбуждени  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  а выходе счетчика 6 по вл етс  импульс нулевого напр жени  длительностью Г, а в остальное врем  присутствует напр жение высокого уровн . При этом с каждом М-м такте на катоды фототиристоров 17 индикационных  чеек поступает этот импульс нулевого напр жени  длительностью 1), а в остальное врем  поддерживаетс  высокое напр жение. Поскольку в каждой  чейке 12. во врем  (i-l)-ro такта к открыванию подготавливаютс  одновременно оба фототиристора 15 и 17, то в каждом М-м такте по вление на выходе счетчика импульса нулевого напр жени  приводит к тому, что в срабатывающей в этом такте соответствующей  чейке открываетс  фототиристор 17 и возбуждаетс  плечо, содержащее светоди- од 16.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Таким образом, п каждом М-м такте в соответствующей  чейке возбуждаютс  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 высвечиваетс  индикационна  светова  полоска с делени ми на ней, причем делени  индицируютс  каждой М-й  чейкой шкалы. Например, если коэффициент пересчета счетчика 6 , то кажда  четверта   чейка шкалы высвечивает деление шкапы. Делени  шкалы могут вводитьс  с помощью дополнительных светодиодов 16 различными способами: можно сделать выходы светодиодов 13 и 16 раздельными , при этом делени  будут высвечиватьс  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 свечени  (например, .светодиод 13 - зеленый, а светодиод 16 - красный ) , тогда делени  шкалы ввод тс  в виде красных точек на шкапе).

После окончани  выходного импульса АВП нулевое напр жение поступает на управл ющий вход 24 счетчика 6, устанавливает его в исходное состо ние и прекращает счет импульсов. При поступлении каждого импульса АВП описанный цикл работы оптоэлектронной структуры и счетчика 6 повтор етс .

Измен   исходное состо ние счетчика можно обеспечивать высвечивание в начале цикла индикации нулевого дискрета шкалы (светодиод 16 первой  чейки) или не высвечивать его - в первом случае в начале Ц11кла индикации на выходе счетчика по вл етс  нулевой импульс, а во втором - нет. Например, если , то индицируетс  деление в каждой четвертой  чейке шкалы (в первом случае высвечивают нулевой дискрет  чейка 12), четвертый дискрет ( чейка 125), восьмой дискрет ( чейка 12 ,) и т.д., а во втором -  чейки 12., 12. и т.д.)

Изменение цены делени  осуществл етс  путем изменени  длительности такта (периода следовани  импульсов генератора 2). Цена делени  показывает , сколько единиц входной величины приходитс  на один дискрет шкалы

(на одну  чейку), и составл ет, как следует из (1) и (2),

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

. (4) Как видно, цена делени  определ етс  коэффициентом преобразовани  АВП К и длительностью такта Т, кото- рьш равен периоду следовани  импульсов генератора 2. Поэтому изменение частоты генератора 2 ведет к изменению цены делени , причем закон изменени  цены делени  линейный, т.е. ее- ли длительность такта Ту (период следовани ) измен етс  в раз, то также измен етс  и цена делени 

,

то

(5)

Управление периодом следовани  Т импульсов генератора 2 осуществл етс блоком 7 управлени , который вырабатывает управл юпще сигналы и подает их на управл ющий вход 27 генератора 2 и измен ет период следовани  его импульсов. Между ценой делени  шкалы периодом следовани  импульсов генератора 2 (их частотой) и управл ющими сигналами блока управлени  существуе известное однозначное соответствие, которое используетс  дл  индикации цены делени  шкалы. Одновременно с сигналами управлени  генератором 2 блок 7 управлени  выдает на свой второй выход 26 соответствующие сигналы управлени  блоком 8 индикации цены делени , которые поступают на его вход. Под действием этих сигналов блок 8 индикации цены делени , представл ющий собой цифровой индикатор (малоразр дный цифровой дисплей), высвечивает текущее значение цены делени  в соответствии с выражением (4). При управлении цифровым дисплеем блока 8 выход 27 блока 7  вл етс  многоразр дным, что необходимо дл  передачи сигналов управлени  разр дами диспле  и сегментам цифровых индикаторов соответственно многоразр дной  вл етс  и соответствующа  лини  св зи). Таким образом, в процессе отображени  значени  входной величины световой полоской на шк-але на этой световой полосе высвечиваютс  делени  шкалы и одновременно индицируетс  численное значение цены делени  щкалы.

При фиксированном значении коэффициента пересчета М счетчика 6 деле5

ни  шкалы (метки делений занимают на ней неизменное положение, а при изменении длительности такта Т (и цены делени ) измен етс  длина световой полоски при одном и том же значении входной величины (так как за одно и то же врем  t,, срабатывает разное число  чеек), что позвол ет 0 управл ть точностью И1здикации.

Строение блока управлени  7 зависит от того, каким образом осуществл етс  управление генератором 2, т.е. от вида управл емого генератора и от вида блока индикации цены делени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   0 Оптоэлектронный шкальный индикатор , содержащий амплитудно-временной преобразователь, вход которого  вл етс  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- вател , а.вторые - с пр мым 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, состо щий из последовательно соединенных резистора и светодиода, катод которого подсоединен к выходу амплитудно-временного преобразовател , и п индикационных  чеек, кажда  из

   0 которых содержит первый и второй индикационные светодиоды, светодиод св зи и фототиристор, причем в каждой  чейке первый индикационный светодиод , светодиод св зи и фототиристор

   5 соединены согласно-последовательно, аноды индикационных светодиодов всех  чеек и резистор блока запуска через второй резистор подключены к положительной шине питани , катоды фототи0 ристоров нечетных  чеек подключены к первой шине тактовых импульсов, а катоды фототиристоров четньк  чеек - к второй шине тактовых импульсов, светодиод св зи каждой i-й  чейки

   5 оптически св зан с фототиристором следующей (1+1)-й  чейки, а светодиод блока запуска оптически св зан с фототиристором первой  чейкиj при этом оптические выходы индикационных

   5

   светодиодов  вл ютс  оптическими выходами  чеек и образуют отсчетную шкалу, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности индикации , и улучшени  эргономических Характеристик индикатора, в него введены счетчик импульсов, блок управлени , блок индикации цены делени  и п вторых фототиристоров, каждый из которых соединен согласно-последовательно с вторым индикационным светодиодом  чейки, катоды вторых фототиристоров всех  чеек соединены с выходом счетчика импульсов, счет

   ный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а управл ющий вход - к выходу амплитудно-временного преобразовател , в каждой i-й  чейке светодиод св зи оптически соединен дополнительно с вторым фототиристором следующей (1+1)-й  чейки , а светодиод блока запуска - с вторым фототиристором первой  чейки , управл ющий вход генератора импульсов соединен с первым выходом блока управлени , второй выход которого соединен с входом блока индикации цены делени .

   lit

   ifj.

   /

   f&

   Vfi