Оптоэлектронный шкальный индикатор

3 1506 рых входят первый индикациоццый светодиод 13, светодиод 14 связи, первый фототирцстор 5, второй индикационный светодиод 16 и второй фототиристор 17, токоограничительный резистор 18 и положительную шину 19 питания, Вход 20 АВП является входом индикатсра, к выходу АБП 1 подключены катод светодиода 11 запуска, вход 21 установки счетного триггера 3, первые входы элементов 2 И-НЕ 41 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 управляющий вход 24 счетчика 6 импульсов, К первому выходу 25 блока 7 управления подключен управляющий вход 26 генератора импульсов, Второй выход 27 блока управления соединен с входом блока индикации цены деления, прямой и инверсный выходы триггера 3 соединены с вторыми входами соответственно первого 4 и второго 4 элементов 2 И-НЕ, к выходам которых подключены первая 5 и вторая 5шины тактовых импульсов соответственно, причем в каждой индикационной ячейке 12 светодиод 13 , светодиод 14; связи иУфототиристор 15; соединены согласно- последовательно, и также согласно-последовательно соединены светодиод 16 и фототиристор 17 аноды индикационных светодиодов 13 и 16 всех ячеек 12,-12 подключены через резистор18 к положительной шине 19 питания, к которой через тот же резистор 18 подключен и блок 9 запуска, катоды первых фототиристоров 15 нечетных ячеек соединены с первой шиной 5, тактовых импульсов, а четных ячеек с второй шиной 5 тактовых импульсов, катоды вторых фототиристоров 17 всех ячеек соединены с выходом счетчика 6 импульсов, а оптический выход светодиода 11 запуска соединен оптически с фототиристорами 15 и 17 первой ячейки 12а светодиод 14 связи каждой -й ячейки 12 . оптцчес 1ки связан с фототиристорами 15 и 17 следующей ячейки 12оптические выходы индикационных светодиодов 13 .и 16 являются индикационными выходами ячеек и образуют отсчетную шкалу,Индикатор работает следующим образом.Исходя из требуемого количествадискретов шкалы и расстояния между362 0 ется напряжение высокого уровня, Напряжение высокого уровня с элемен 5 20 25 30 35 40 45 50 55 ними, устанавливают коэффициент пересчета М счетчика 6 импульсов, При отсутствии ходцого сигнала (например, электрического напряжения П) ца выходе ЛБП 1 присутствует нулевое напрякение, которое поступает на выходы элементов 2 И-НЕ 4, и 4 , вследствие чего ца их выходах поддерживатов 4 и 4 поступает на шины 5 и5 тактовых импульсов и поддерживает в запертом состоянии фототиристоры15 индикационных ячеек 12, вследствие чего ячейки находятся в невозбужденном состоянии, Нулевое напряжениес выхода АБЛ 1 поступает также науправляющий вход 22 счетчика 6 иподдерживает его в начальном состояции, запрещая счет импульсов, поступающих ца его счетный вход с генератора 2, Генератор 2 импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы, период следования которых равен Тт. Период следования импульсов генератора 2(или их частота) задается блоком 7управления, который управляет частотой следования импульсов генератора2 по его управляющему входу 27, Нулевое напряжение с выхода АВП присутствует также на входе установки единицы триггера 3 и вследствие того, что этот вход триггера является инверсным, триггер устанавливается в единичное состояние (т,е, на прямом выходе присутствует логическая "1", а на инверсном - логический "0"), Когда на выходе АВП присутствует нулевое напряжение, светодиод 11 узла запуска находится в возбужденном состоянии (так как на его катоде нулевое напряжение) и его излучение воздействует на фототиристоры 15 и 17 первой ячейки 12 вследствие чего эти фототиристоры подготавливаются к открыванию.Амплитудно-временной преобразователь 1 выполняет преобразование значения входной величины (напряжения) в длительность временного интервала, т,е, осуществляет широтно-импульсную модуляцию. При наличии на входе АВП напряжения он вырабатывает прямоугольные импульсы напряжения высокого уровня, длительность которых пропорциональна значению входной величины (при этом можно поддерживать постояццой либо длительность паузы51между импульсами АВП, либо их период следования),При поступлении на вход 20 АВП 1измеряемой величины (например, напряжении Б ) на его выходе появляетсяимпульс напряжения высокого уровня,длительность С , которого пропорциональна величине Ус =КО, (1)где К - коэффициент преобразования,Появление на выходе АВП напряжения высокого уровня приводит к тому,что счетный триггер 3 начинает переключаться под действием поступающихна его счетный вход импульсов генератора 2, и на его выходах появляются противофазные последовательностипрямоугольных тактовых импульсов,длительноСти импульса и паузы которых одинаковы и равны периоду Т тследования импульсов генератора 2,С выходов триггера тактовые импульсыпоступают на вторые входы элементов4 и 4 на первых входах которыхприсутствует напряжение высокогоуровня с выхода АВП 1, В результатеэтого на подключенные к выходам элементов 4 и 4шины 5, и 5тактовыхимпульсов проходят проинвертированные выходные импульсы триггера 3,причем в первый момент (первый такт)на шине 5появляется нулевое напряжение (пауза между импульсами), ана шине 5- напряжение высокогоуровня, Одновременно с этим выходноенапряжение АВП 1 приходит на управляющий вход 24 счетчика 6 импульсови разрешает счет импульсов генератора 2, которые поступают на его счетный вход 23, Кроме того, появлениенапряжения высокого уровня на выходеАВП приводит к выключению светодиода11 узла запуска, так как оно поступает на его катод. После появленияна управляющем входе 24 напряжениявысокого уровня с выхода АВП, которое разрешает счет, на выходе счетчика 6 сразу появляется импульс нулевого напряжения длительностью , котарый поступает на катоды фототиристоров 17 всех ячеек,Поскольку фототиристоры 15, и 17,ячейки 12 до появления выходногоимпульса АВП уже быпи подготовленык открыванию излучением светодиода11, то при появлении нулевого напряжения на шине 5 открывается фототи 1ристор 15 и при поя влении нуле во го5063626 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 импульса на выходе счетчика 6 открывается фототиристор 17. При этом в ячейке 12, возбуждаются оба ее плеча и происходит излучение света светодиодами 13 и 16, индицирующими включение ячейки. Ячейка 12 остается возбужденной в течение всего первого такта (в течение времени Т ) остальные ячейки в это время остаются выключенными, В течение первого такта возбуждается и светодиод 14 связи ячейки 12 излучение которого воздействует на фототиристоры 15 и 17 ячейки 12 подготавливая их к открыванию (несмотря на это ячейка 12 остается выключенной, так как на шине 5 к которой подключен фототиристор 15 присутствует блокирующее напряжение высокого уровня, а длительность Г импульса на выходе счетчика 6 недостаточна для срабатывания фототиристора 17 т.е, на выходе счетчика после нулевого импульса устанавливается напряжение высокого уровня), При поступлении следующего импульса генератора 2 происходит переключение триггера 3 и соответственно меняются напряжения на шинах 5 и 5. на шине 5 устанавливается1на время такта Тнапряжение высокого уровня, а на шине 5 - нулевое напряжение. При этом ячейка 12 возвращается в невозбужденное состояние (ее фототиристор 15 закрывается высоким напряжением на шине 5, а фототиристор 17 - высоким напряжением на выходе счетчика 6), а ячейка 12возбуждается. Подготовленный в предыдущем такте к открыванию фототиристор 15 открывается и светодиоды 13 и 14 возбуждаются, причем светодиод 13 индицирует включение ячейки, а светодиод связи 14, воздействуя на фототиристоры 15 и 17 ячейки 12 з, подготавливает их к открыванию; фототиристор 17ячейки 12остается запертым, так как на его катоде присутствует напряжение высокого уровня. В следующем, третьем, такте аналогично описанному происходит возбуждение третьей ячейки 12 э.Данный процесс последовательного срабатывания индикационных ячеек, при котором в срабатывающей ячейке возбуждается плечо, содержащее индикационный светодиод 13 светодиод 14связи и фототиристор 15, продолжается в течение длительности С выход 1506362ного импульса АВП, причем в каждомтакте возбуждается ровно одна ячейка (так что фронт возбуждения перемещается по линейке ячеек на один дис 5крет) и она находится в возбужденномсостоянии в течение времени такта Т,При этом число и х возбудившихсяза время 1 ячеек равнои,"С/Т (2) 10где А 1 - целая часть числа А,В силу (1) число возбудившихсяячеек пропорционально значению 11входной величины, а поскольку оптические выходы индикационных ячеек 15образуют отсчетную шкалу, то расстояние, на которое перемещается пошкале световое пятно, пропорционально величине У.В течение одного выходного импульса АВП осуществляется один описанный цикл отображения, которыйповторяется при каждом выходном импульсе АВП. При частоте следованияимпульсов АВП, превышающей критическую частоту мельканий человеческогозрения, траектория светового пятнана шкале воспринимается как равномерная световая полоса, длина которойпропорциональна величине Б , 30 Одновременно с описанным процессом распространения возбуждения счетчик 6 импульсов ведет счет поступающих на его вход 23 импульсов генера 35 тора 2, т, е. счет тактов. Коэффициент пересчета этого счетчика равен М. При поступлении каждого М-го импульса на вход 23 на выходе счетчика 6 появляется импульс нулевого напряже ния длительностью , а в остальное время присутствует напряжение высокого уровня. При этом е каждом М-и такте на катоды Фототиристоров 17 индикационных ячеек поступает этот импульс нулевого напряжения длительностью 7, а в остальное время поддерживается высокое напряжение, Поскольку в каждой ячейке 12. во вре 1 мя (-1)-го такта к открыванию под 50 готавливаются одновременно оба фототиристора 15 и 17, то в каждом М-и такте появление на выходе счетчика импульса нулевого напряжения приводит к тому, что в срабатывающей в этом такте соответствующей ячейке55 открывается фототиристор 17 и возбуждается плечо, содержащее светодиод 16. Таким образом, н каждом М-м такте в соответствующей ячейке возбуждаются 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 высвечивается индикационная световая полоска с делениями на ней, причем деления индицируются каждой М-й ячейкой шкалы. Например, если коэффициент пересчета счетчика 6 М=4, то каждая четвертая ячейка шкалы высвечивает деление шкалы, Деления шкалы могут вводиться с помощью дополнительных светодиодов 16 различными способами: можно сделать выходы светодиодов 13 и 16 раздельными, при этом деления будут высвечиваться над или под световой полоской; выходы светодиодов могут иметь разную форму, например выходы светодиодов 16 могут быть в виде рисок, пересекающих световую полоску; светодиоды 13 и 16 могут иметь разные цвета свечения (например, .светодиод 13 - зеленый, а светодиод 16 - красный), тогда деления шкалы вводятся в виде красных точек на шкале).После окончаниявыходного импульса АВП нулевое напряжение поступает на управляющий вход 24 счетчика 6, устанавливает его в исходное состояние и прекращает счет импульсов, При поступлении каждого импульса АВП описанный цикл работы оптоэлектронной структуры и счетчика 6 повторяется,Изменяя исходное состояние счетчика можно обеспечивать высвечивание в начале цикла индикации нулевого дискрета шкалы (светодиод 16 первой ячейки) или не высвечивать его - в первом случае в начале цикла индикации на выходе счетчика появляется нулевой импульс, а во втором - нет, Например, если М=4, то индицируется деление в каждой четвертой ячейке шкалы (в первом случае высвечивают нулевой дискрет ячейка 12), четвертый дискрет (ячейка 12), восьмой дискрет (ячейка 12 ) и т,д а во втором - ячейки 12 , 121 и т,д,)Изменение цены деления осуществляется путем изменения длительности такта (периода следования импульсов генератора 2), Цена деления показывает, сколько единиц входной величины приходится на один дискрет шкалы(на одну ячейку), и составляет, какследует из (1) и (2),а=Тт В (3)для вводимых делений при коэффициенте пересчета счетчика 6, равном М,5а =МТ /К , (4)Как видно, цена деления определяется коэффициентом преобразованияАВП К и длительностью такта Т , кото Орый равен периоду следования импульсов генератора 2. Поэтому изменениечастоты генератора 2 ведет к изменению цены деления, причем закон изменения цены деления линейный, т.е, если длительность такта Тт (период следования) изменяется в Е раэ, то также изменяется и цена деленияа =ГТт (К=Еа, (5)Управление периодом следования Тт 20импульсов генератора 2 осуществляетсяблоком 7 управления, который вырабатывает управляющие сигналы и подаетих на управляющий вход 27 генератора2 и изменяет период следования его 25импульсов. Между ценой деления шкалы,периодом следования импульсов генератора 2 (их частотой) и управляющимисигналами блока управления существуетизвестное однозначное соответствие, 3 Окоторое используется для индикациицены деления шкалы, Одновременно ссигналами управления генератором 2блок 7 управления выдает на свой второй выход 26 соответствующие сигналыуправления блоком 8 индикации ценыделения, которые поступают на еговход. Под действием этих сигналовблок 8 индикации цены деления, представляющий собой цифровой индикатор 40(малоразрядный цифровой дисплей),высвечивает текущее значение цены деления в соответствии с выражением(4), При управлении цифровым дисплеем блока 8 выход 27 блока 7 явля 45ется многоразрядным, что необходимодля передачи сигналов управленияразрядами дисплея и сегментами цифровых индикаторов соответственномногоразрядной является и соответствующая линия связи)Таким образом,в процессе отображения значения входной величины световой полоской нашкале на этой световой полосе высвечиваются деления шкалы и одновременно индицируется численное значение цены деления шкалы,При фиксированном значении коэффициента пересчета М счетчика 6 деле 62 1 Ония шкалы (метки делений) занимаютна ней неизменное положение, а при изменении длительности такта Тт (и цены деления) изменяется длина световой полоски при одном и том же значении входной величины (так как за одно и то же время Т срабатывает разное число ячеек), что позволяет управлять точностью индикации.Строение блока управления 7 зависит от того, каким образом осуществляется управление генератором 2, т,е. от вида управляемого генератора и от вида блока индикации цены деления. Формула изобретения Оптоэлектронный шкальный индикатор, содержащий амплитудно-временной преобразователь, вход которого является входом индикатора, генератор импульсов, выход которого подключен к счетному входу счетчного триггера, первый и второй элементы 2 И-НЕ, первые входы которых соединены с выходом амплитудно-временного преобразо-. вателя, а.вторые - с прямым и инверсным выходами триггера соответственно, первую и вторую шины тактовых импульсов, которые подключены соответственно к выходам первого и второго элементов 2 И-НЕ, блок запуска, состоящий из последовательно соединенных резистора и светодиода, катод которого подсоединен к выходу амплитудно-временного преобразователя, и и индикационных ячеек, каждая иэ которых содержит первый и второй индикационные светодиоды, светодиод связи и фототиристор, причем в каждой ячейке первый индикационный светодиод, светодиод связи и фототиристор соединены согласно-последовательно, аноды индикационных светодиодов всех ячеек и резистор блока запуска через второй резистор подключены к положительной шине питания, катоды фототиристоров нечетных ячеек подключены к первой шине тактовых импульсов, а катоды фототиристоров четных ячеек к второй шине тактовых импульсов, светодиод связи каждой -й ячейки оптически связан с фототиристором следующей (1+ 1)-й ячейки, а светодиод блока запуска оптически связан с фототиристором первой ячейки при этом оптические выходы индикационных150 Составитель В. ГригорьевскийРедактор А, Коэориэ Техред М.Дидык Корректор М, Шаро Заказ 5424/46 ПодписноеВНИИПИ Государств по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР1 Ж, Раушская наб., д. 4/5 Тираж 714енного комитета13035, Москва,роиэводственно-издательский комбинат Патен.Ужгород, ул. Гагарина,светодиодов являются оптическими выходами ячеек и образуют отсчетнуюшкалу, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности индикации, и улучшения эргономическиххарактеристик индикатора, в неговведены счетчик импульсов, блок управления, блок индикации цены деления и и вторых фототиристоров, каждый из которых соединен согласно-последовательно с вторым индикационнымсветодиодом ячейки, катоды вторыхфототиристоров всех ячеек соединеныс выходом счетчика импульсов, счет 6362 12ный вход которого подключен к выходугенератора импульсов, а управляющийвход - к выходу амплитудно-временного преобразователя в каждой д-йФячейке светодиод связи оптическисоединен дополнительно с вторым фототиристором следующей (д+1)-й ячейки, а светодиод блока запуска - свторым фототиристором первой ячейки, управляющий вход генератора импульсов соединен с первым выходомблока управления, второй выход которого соединен с входом блока индика ции цены деления.