SU1506363A1 - Оптоэлектронный шкальный индикатор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в измерительной аппаратуре. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства. Измер ема  величина, например напр жение, подаетс  на вход амплитудно-временного преобразовател , с выхода которого импульсы напр жени , длительность которых пропорциональна измер емой величине, подаютс  на один из входов световой шкалы, состо щей из N индикационных  чеек. Ячейки запитываютс  тактовыми импульсами с выхода генератора через триггер и элементы И-НЕ. На световой шкале отображаетс  свет ща с  полоска, длина которой пропорциональна измер емой величине. В случае возбуждени  N-й индикационной  чейки ("зашкаливание" прибора) фотоприемный блок выдает на вход счетчика импульс, который через цифроаналоговый преобразователь увеличивает период импульсов генератора, что измен ет цену делени  световой шкалы и устран ет "зашкаливание". На блоке индикации высвечиваетс  цена делени  световой шкалы. Введение в устройство фотоприемного блока, счетчика импульсов, цифроаналогового преобразовател , преобразовател  кода, блока индикации позвол ет расширить функциональные возможности устройства за счет автоматического выбора диапазона индикации и индикации численного значени  цены делени . Устройство содержит также токоограничительный резистор. 1 ил.

Description

31506

тотиристор 9, блок 10 запуска, состо щий из последовательно соединенных резистора 11 и светодиода 12, токо- ограничительный резистор 13, блок 14 управлени , в который вход т фотоприемный блок 15, счетчик 16 импульсов и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 17, преобразователь 18 кодов и блок 19 индикации. Вход АВП 1  вл етс  входом 20 индикатора, а его выход соединен с R-входом установки нул  триггера 3, катодом светодиода 12 и первыми входами элементов 2И-ИЕ 4 и 5, вторые входы которых соединены с пр мым и инверсным выходами триггера 3 соответственно, счетный вход которого подключен к выходу генератора 2 импульсов, аноды индикационных светодиодов 7  чеек через ре- зистор 13 подключены к положительной шине 21 питани , катоды фототиристоров 9 нечетных  чеек соединены с выходом первого элемента 2И-НЕ 4, а

четных  чеек - с выходом второго эле- мента 2И-НЕ 5, резистор 1I блока 10 запуска подключен к шине 21 питани  через резистор 13, светодиод 12 оптически св зан с фототиристором 9, первой  чейки 6, а светодиод 8 св зи каждой i-й  чейки оптически св зан с фототиристором 9 следующей (1+1)-й  чейки, оптические выходы индикационных светодиодов 7  вл ютс  оптическими выходами  чеек и образуют отсчетную шкалу, светодиод 8 св зи последней  чейки 6, оптически св зан 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 преобразовател  18 кода. Выход IVMI 17  вл етс  выходом блока управлени  и соединен с управл ющим входом 22 ге- нератора 2 импульсов, а выходы преобразовател  18 кодов - с соответствующими входами блока 19 индикации. Вход 24 сброса счетчика 16 и управл ющий вход 23 АВП 1 подключены к входу сброса индикатора.

Индикатор работает следующим образом .

В исходном состо нии (в этом состо ние индикатор устанавливаетс  при включении) на выходе АВП 1 присутствует нулевое напр жение, счетчик 16 импульсов находитс  в нулевом состо нии вследствие чего на выходе ЦАП 17

присутствует минимальное выходное напр жение , которое поступает на управл ющий вход 22 генератора 2 импульсов и задает максимальную частоту следовани  тактовых импульсов. Нулевое напр жение с выхода АВП 1 поступает на первые входы элементов И-НЕ 4 и 5, вследствие чего на их выходах поддерживаетс  напр жение высокого уровн  которое поступает на катоды фототиристоров 9 индикационных  чеек и поддерживает их запертыми, вследствие чего  чейки наход тс  в невозбужденном состо нии. Нулевое выходное напр жение АВП 1 поступает также на катод светодиода 12 блока 10 запуска, который вследствие этого находитс  в возбужденном состо нии и воздействует своим излучением на фототиристор 9 первой  чейки 6, подготавлива  его к открыванию. Кроме того, нулевое выходное напр жение АВП присутствует также на R-входе установки нул  триггера 3 и так как этот вход  вл етс  инверсным, на пр мом выходе триггера присутствует напр жение логического О, а на инверсном - логической 1.

При наличии на входе 20 измер емой величины (например, напр жени  U) . АВП 1 осутцествл ет преобразование ее в длительность временного интервала, т.е. вырабатывает пр моугольные им- пульеы напр жени  высокого уровн , длительность которых пропорциональна текущему значению входной величины. При этом могут поддерживатьс  посто нным либо период следовани  выходных импульсов АВП 1, либо длительность паузы между импульсами.

Осуществл емое АВП 1 преобразование описываетс  выражением

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

и - значение входной величины;

t - длительность выходного импульса АВП.

Генератор 2 импульсов вырабатывает пр моугольные тактовые импульсы, период следовани  которых равен Т, причем период Т задаетс  управл ющим напр жением , которое подаетс  на управл ющий вход 22 генератора 2 Т f(U,np). (2)

При наличии на входе 20 измер емой величины и на выходе АВП 1 в некоторый момент tf, (начальный) по вл етс 

пр моугольный импульс напр жени  высокого уровн  длительностью 1д, соответствующей (1), Генератор 2 импульсов при этом вырабатывает тактовые импульсы с минимальным периодом следовани  Т (так как на его управл ющем входе 22 присутствует минимальное управл ющее напр жение). Тактовые импульсы с выхода генератора 2 поступают на счетный вход триггера 3, который переключаетс  по каждому тактовому импульсу, вследствие чего на его пр мом и инверсном выходах фор10

импульса на выходах элементов И-Н и 5 и составл ет Т-. В течение вс первого такта Т-г перва   чейка 6 таетс  возбужденной и  чейка 6 п готавливаетс  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 устанавливаетс  напр же высокого уровн , а на выходе элем та И-НЕ 5 - нулевое напр жение. П этом перва   чейка 6, выключаетс 

мируютс  противофазные последователь- 15 (фототиристор 9 закрываетс ), а

ности пр моугольных импульсов, период следовани  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 открываютс  дл  пропускани  импульсов с выходов триггера 3 и на их выходах по вл ютс  противофазные последовательности тактовых импульсов (проинвер- тированные выходные импульсы триггера 3). Так как до момента t. тригге находитс  в нулевом состо нии (логический о на пр мом выходе), теперь он сразу переключаетс  в единичное состо ние (логическа  1 на пр мом выходе), и, соответственно, на врем  первого такта Т на выходе элемента

И-НЕ 4 устанавливаетс  нулевое напр жение , а на выходе элемента И-НЕ 5 - напр жение высокого уровн . По вление на выходе АВП 1 напр жени  высокого уровн  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, по вл етс  нулевое напр жение, фототиристор 9 открываетс  и возбуждаетс  иникационна   чейка 6,. Возбудивщийс  светодиод 7 индицирует срабатывание

 чейки 6 ,, а излучение светодиода 8 св зи воздействует на фототиристор У  чейки 6, подготавлива  его к открыванию (при этом фототиристор 9yj остаетс  запертым напр жением высокого уровн , 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 составл ет Т-. В течение всего первого такта Т-г перва   чейка 6: остаетс  возбужденной и  чейка 6 подготавливаетс  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 устанавливаетс  напр жение высокого уровн , а на выходе элемента И-НЕ 5 - нулевое напр жение. При этом перва   чейка 6, выключаетс 

 чейка 6 срабатывает и переходит в возбужденное состо ние (подготовленный к открыванию излучением светоди- ода 8 фототиристор 9 открываетс ,

20 светодиоды 7 и 8 возбуждаютс ).

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

Данный процесс последовательного срабатывани  индикационных  чеек врем  tx,

30 текает в течение всей длительности t выходного импульса АВП 1, причем процесс  вл етс  тактированным, т.е. в каждом такте срабатывает ровно одна  чейка и в возбужденном состо нии всегда находитс  ровно одна  чейка (т.е. происходит тактированное последовательное распространение возбуждени  по индикационным  чейкам).

возбуждающихс  за равно

35

Число п X  чеек,

врем  tx,

п.

т

(3)

где TT - длительность такта;

А - цела  часть числа А.

Как видно из (I) и (3), число возбудившихс   чеек п)( и, соответственно , рассто ние, на которое перемещаетс  по щкале световое п тно (излучение индикационного светодиода) про- порционально значению входной величины Ux При достаточно высокой частоте тактовых импульсов траектори  светового п тна воспринимаетс  как светова  полоска на шкале.

Описанный процесс повтор етс  в к аждом выходном импульсе АВП 1 , причем в паузе между импульсами АВП происходит подготовка индикатора к новому циклу отображени  (все  чейки

выключаютс , светодиод 12 узла запуска ноэбуждаетс  и своим излучением подготавливает к отюрыванию фототиристор 9  чейки 6,, триггер 3 устанавливаетс  в исходное состо ние элементы И-НЕ 4 и 5 закрываютс  .и е5л кируют индикационные  чейки). При чатоте следовани  выходных импульсов АВП, превышающей критическую частоту мельканий человеческого зрени , на шкале формируетс  равномерна  светова  полоса, длина которой пропорциональна текущему значению входной величины у .

.

Диапазон изменени  индицируемой величины V определ етс  коэффициентом преобразовани  АВП и длительностью такта Т ( который определ ет коэффициент преобразовани  длительное- ти временного интервала tx в число возбужденных  чеек п,,, выполн емого индикационной структурой, и равен 1/Т), а также числом индикационных  чеек шкалы N. При заданном числе  чеек шкалы N, заданном коэффициенте преобразовани  АВП К и заданной длительности такта Т. имеют верхнюю границу диапазона индикации входной величины NTr

X м«кс к

и цену одного дискрета шкалы

и

(М

.- Т

- Г

(5)

Цена Л одного дискрет а шкалы (один дискрет соответствует одной  чейке) определ етс  из услови  изменени  длины световой полосы на единицу при изменении входной величины на J: : К./Т 1. Верхн   граница L x /««лс диапазона индикации входной величины определ етс  из услови  Ки,

В начале работы.период следовани  Т импульсов генератора 2  вл етс  минимальным и, соответственно, при этом минимальны длительность такта, цена fiHCKpeTa шкалы и верхн   граница диапазона индикации. Поэтому при превышении входной величиной значе- и  Uxмo,.J Т выходит из диапазона индикации, а световое п тно как бы уходит за предел) шкалы (возникает зашкаливание), и контроль входной величины становитс  невозможным . Дл  осуществлени  контрол  входной величины при выходе ее из исходного диапазона индикации выполн етс  переход на другой, более широкий диа

C

0

5

д

5

ггазон индикации. Изменений диапазона индикации осуществл етс  путем увеличени  длительности такта Т посредством увеличени  периода следовани  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 входна  величина достигает верхней границы исходното диапазона индикации ,с то во врем  того выходного импульса АВП, когда это произошло , возбуждаетс  последн    чейка шкалы 6р. Ее светодиоды 7 и 8 возбуждаютс , и излучение светодио- да 8 „ св зи поступает на фотоприемный блок 15 блока 14 управлени . Световой импульс светодиода св зи 8 „ преобразуетс  в пр моугольный импульс электрического напр жени , который с выхода фотоприемного блока поступает на вход счетчика 16 импульсов. При поступлении этого импульса на вход счетчика он увеличивает свое состо ние на единицу (так, в начале работы счетчик находитс  в состо нии О, затем при превышении входной величиной границы исходного диапазона он переходит в состо ние 1). Код состо ни  счетчика 16 поступает с его выходов на соответствующие входы ПАП 17, который преобразует этот код в посто нное напр жение определенной величины. Выходное напр жение с выхода ЦАП 17 поступает на управл ющий вход 22 генератора 2 импульсов, что приводит к увеличению периода следовани  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 выражаетс  в том, что уменьшаетс  длина световой полоски (например, если длительность такта увеличиваетс  вдвое, то за одно и то же врем  t, срабатывает вдвое меньшее число  чеек, так что диапазон индикации увеличиваетс  в два раза, а светова  полоса на шкале становитс  Б два раза короче). В дальнейшем состо ние счетчика сохран етс , так что код счетчика 16 поступает на вход

ЦАП 17 и с него на генератор 2 подаетс  управл ющее наггрлжение, вследствие чего генератор вырабатывает тактовые импульсы с увеличенным периодом следовани  Т ( с(-7), и индикатор работает на более широком диапазоне индикации. Если входна  величина и,

в этом новом

диапазоне

ли,

х (кс

укладываетс  (т.е. если U,

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

10

и на вход 2Д сброса счетчика 16 импульсов . При этом счетчик 16 импульсов устанавливаетс  в нулевое состо ние , и на выходе АВП устанавливаетс  нулевое напр жение (это приводит к - принудительному прерыванию цикла отображени ) . В результате индикатор устанавливаетс  в исходное состо ние и при поступлении следующего выходного импульса АВП 1 работает аналогично, причем используютс  наименьшие диапазон и длительность такта. Поэтому после сброса индикатора повтор етс 

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

Сброс осуществл етс  сигналом, подиапазоне происходит зашкаливание и световой сигнал с последней  чейки шкалы поступает на фотоприемник 15. При этом фотоприемный блок формирует электрический импульс, который приходит на вход счетчика 16 и увеличивает его состо ние на единицу. Увеличившийс  код с выходов счетчика 16 поступает на ЦАП 17, вследствие чего

даваемым оператором, например, с по- мощью кнопки.

В индикаторе имеетс  взаимно-одно20

значное соответствие между длительностью такта, ценой дискрета шкалы и диапазоном индикации, а изменение диапазона осуществл етс  дискретно. Таким образом, каждому состо нию увеличиваетс  выходное напр жение ЦАП,25 счетчика 16 и его выходному коду од

и на вход 2Д сброса счетчика 16 импульсов . При этом счетчик 16 импульсов устанавливаетс  в нулевое состо ние , и на выходе АВП устанавливаетс  нулевое напр жение (это приводит к - принудительному прерыванию цикла отображени ) . В результате индикатор устанавливаетс  в исходное состо ние и при поступлении следующего выходного импульса АВП 1 работает аналогично, причем используютс  наименьшие диапазон и длительность такта. Поэтому после сброса индикатора повтор етс 

даваемым оператором, например, с по- мощью кнопки.

В индикаторе имеетс  взаимно-одно

поступающее на управл ющий вход 22 генератора 2 импульсов. Это приводит к тому, что период следовани  импульсов генератора 2 (длительность такта) еще увеличиваетс  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 укладываетс  входна  величина (при этом не возбуждаетс  последн    чейка шкалы). При достижении такого диапазона дальнейша  работа идет на нем. При этом последн    чейка шкалы не достигаетс  и состо ние счетчика 16 не измен етс , Не измен етс  также управл ющее напр жение генератора 2, вследствие чего остаетс  неизменной и длительность такта..

После выключени  и при последующем включении индикатора он устанавливаетс  в исходное состо ние и начинает работу с наименьшей длительностью такта и, соответственно, на наименьшем диапазоне индикации. Кроме того, переход на наименьший диапазон измерени  (например, с целью повторени  цикла выбора диапазона) может быть осуществлен в произвольный момент времени посредством сброса индикатора . Дл  этого подаетс  импульс на вход сброса индикатора, который поступает на управл ющий вход 23 АВП

0

5

позначно соответствуют некоторые диапазон индикации и цена дискрета шкалы . Делени  шкалы нанос тс  так, что одному делению соответствуют m дискретом и цена делени  составл ет тА (& цена дискрета). Это позвол ет осуществл ть в процессе работы индикацию численного значени  цены делени  и/или диапазона индикации с помощью блока индикации. Выходной код

0

счетчика 16 с его выходов поступает на соответствующие входы преобразовател  18 кода и преобразуетс  им в код управлени  блоком 19 индикации. С выходов преобразовател  18 кода этот код поступает на соответствующие управл ющие входы блока 19 индикации , который при этом осуществл ет отображение численных значений парау метров индикации: верхней границы соответствующего диапазона индикации или цены делени  шкалы или обоих этих параметров одновременно.

Таким образом, входна  величина Q отображаетс  световой полоской на шкале, длина которой пропорциональна значению входной величины, причем автоматически осуществл етс  выбор диапазона индикации так, чтобы входна  величина не выходила из него, и одновременно отображаютс  численные значени  параметров индикации(верхней границы диапазона и/или цены делени  ,шкалы),

5

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Оптоэлектронный шкальный индикатор, содержащий амплитудно-временной преобразователь, вход которого является входом индикатора, генератор импульсов, подключенный выходом к счетному входу счетного триггера, первый и второй элементы 2И-НЕ, первые входы ю которых соединены с выходом амплитудно-временного преобразователя, а вторые - с прямым и инверсным выходами триггера соответственно, блок запуска, состоящий из последовательно соеди- 15 неиных резистора и светодиода, катод которого соединен с выходом амплитудно-временного преобразователя, к которому подключен также установочный вход триггера, и η индикационных ячеек, 20 кащдая из которых содержит согласнопоследовательно соединенные индикационный светодиод, светодиод связи и фототирнстор, причем оптические выходы индикационных светодиодов образуют от~25 счетную шкалу, светодиод связи каждой ячейки оптически связан с фототиристором следующей ячейки, светодиод блока запуска оптически связан с фототиристором первой ячейки, катоды фо тотиристоров нечетных ячеек соединены с выходом первого элемента 2И-НЕ, а четных ячеек - с выходом второго элемента 2И-НЕ, аноды индикационных светодиодов и резистор блока запуска через второй резистор подключены к положительной шине питания, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования, в него введены фотоприемный блок, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, преобразователь кода и блок индикации, при этом светодиод связи ' п~й индикационной ячейки оптически соединен с входом фотоприемного блока, выход которого подключен к счетному входу счетчика импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами цифреаналогового преобразователя и преобразователя кода, выход цифроаналогового преобразователя подключен к управляющему входу генератора импульсов, а выходы преобразователя кода соединены с соответствующими входами блока индикации, управляющий вход амплитудно-временного преобразователя и вход сброса счетчика импульсов соединены с входом сброса индикатора.