Оптоэлектронный шкальный индикатор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) (11 А 0 С 01 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ СС 98 и На чертеже показама предлагаемого Иэобрет онно-измер вам отобра труктурная электронно е относится к ин ормац ехнике и средст тельн рмации и мо т ольно-изм о жетн р еридля отображениявеличин. ния ин польэо ься в аратуре эличных тельной значени ширение фу индикатора Цел изобретения - Рьных возможносте кцион ыбора диапаи численного го автомати ации и индик ены деления. на и значе ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СУ 1242837, кл. С 01 к 13/00,(54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ШКАЛЬНЫЙ ИНДИКАТОР(57) Изобретение относится к измерительной текнике и может быть использовано в измерительной аппаратуре. Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей индикатора. Измеряемая величина, например напряжение, подается на вход амплитудно-временного преобразователя, с выхода которого импульсы напряжения, длительность которых пропорциональна змеряемой величине, подаются на один иэ входов световой шкалы, состоящей из п индикационных ячеек. Ячейки запитываются тактовыми импульсами с выхода генератора через триггер и элементы И-НЕ. На световой шкале отображается светящаяся полоска, длина которой пропорциональна измеряемой величине. В случае возбуждения и-й индикационной ячейки ("эашкаливание прибора) фотоприемный блок выдает на вход счетчика импульс, который через цифроаналоговый преобразователь увеличивает период импульсов генератора, что изменяет цену деления световой шкалы и устраняет "зашкаливание". На блоке индикации высвечивается цена деления световой шкалы. Введение в устройство фотоприемного блока, счетчика с импульсов, цифроаналогового преобрае эователя, преобразователя кода, блока индикации позволяет расширить функциональные воэможности индикатора за счет автоматического выбора диапазона индикации и индикации численного значения цены деления. Индикатор содержит также токоограничительный резистор, 1 ил. шкального индикатора.Индикатор содержит амплитудно-вр менной преобразователь (АВП) 1, управляемый генератор 2 импульсов, счетный триггер 3, первый 4 и второй 5 элементы 2 И-НЕ, и индикационных ячеек 6, -6, каждая из которых представляет собой согласно-последо вательно соединенные индикационный светодиод 7, светодиод 8 связи и фо3 150636 татиристар 9, блок О запуска, состоящий из последовательно соединенных резистора 11 и светодиода 12, тако- ограничительный резистор 13, блок 14 управления, в который входят фотоприемный блок 15, счетчик 16 импульсов и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 17, преобразователь 18 кодов и блок 19 индикации. Вход АВП 1 О является входом 20 индикатора, а его выход соединен с К-входом установки нуля триггера 3, катодом светодиода 12 и первыми входами элементов 2 И-НЕ и 5, вторые входы которых соединены 5 с прямым и инверсным выходами триггера 3 соответственно, счетный вход которого подключен к выходу генератора 2 импульсов, аноды индикациоцных светодиодов 7 ячеек 61-6 через ре эистор 13 подключены к положительной шине 21 питания, катоды фототиристоров 9 нечетных ячеек соединены с выходом первого элемента 2 И-НЕ 4, а четных ячеек - с выходом второго эле мента 2 И-НЕ 5, резистор 1 блока 1 О запуска подключен к шине 21 питания через резистор 13, светодиод 12 оптически связан с фототиристаром 9, первой ячейки 6 а светодиод 8 связи 30 каждой 1-й ячейки оптически связан с фототиристором 9 следующей (1+1)-й ячейки, оптические выходы индикациоцных светодиодов 7 являются оптическими выходами ячеек 6-6и образуют отсчетную шкалу, светодиод 8 связй последней ячейки 6 оптически связан с входом фотоприемного блока 15, выход которого подключен к входу счетчика 16 импульсов, выходы которого 40 соединены с соответствующими входами ЦАП 17 и с соответствующими входами преобразователя 18 кодю, Выход ЦЛП 7 является выходом блока управлеция и соединен с управляющим входом 22 ге нератора 2 импульсов, а выходы преобразователя 18 кодов - с соответствующими входами блока 19 индикации. Вход 24 сброса счетчика 16 и управляющий вход 23 АВП 1 подключены к входу сброса индикатора.Индикатор работает следующим образом,В исходном состоянии (в этом состояние индикатор устанавливается при включении) на выходе АРП 1 присут" ствует нулевое напряжение, счетчик 16 импульсов находится в нулевом состоянии вследствие чего на выходе ЦЛП 17 3 4априсутствует минимальное выходное напряжение, которое поступает на управляющий вход 22 генератора 2 импульсов и задает максимальную частоту следования тактовых импульсов. Нулевоенапряжение с выхода АВП 1 поступаетна первые входы элементов И-НЕ 4 и 5,вследствие чего на их выходах поддерживается напряжение высокого уровня,которое поступает на катоды фототиристоров 9 индикационных ячеек 6 1-6и поддерживает их запертыми, вследствие чего ячейки находятся в невозбужденном состоянии. Нулевое выходноенапряжение АВП 1 поступает также накатод светодиода 12 блока 10 запуска,который вследствие этого находится ввозбужденном состоянии и воздействует своим излучением на фототиристор 9 первой ячейки 6, подготавливая его к открыванию. Кроме того,нулевое выходное напряжение ЛВП присутствует также на К-входе установки нуля триггера 3 и так как этотвход является инверсным, на прямомвыходе триггера присутствует напряжение логического "0, а на инверсном - логической "1".При наличии на входе 20 измеряемойвеличины (например, напряжения Ь)ЛВП 1 осуществляет преобразование еев длительность временного интервала,т.е. вырабатывает прямоугольные импульсы напряжения высокого уровня,длительность которых пропорциональнатекущему значению входной величины,При этом могут поддерживаться постоянным либо период следования выходныхимпульсов АВП 1, либо длительностьпаузы между импульсами.Осуществляемое АВП 1 преобразование описывается выражениемк Кохе (1)где К - коэффициент преобразованияАВП;значение входной величины;С - длительность выходного импульса АВП,Генератор 2 импульсов вырабатывает прямоугольные тактовые импульсы,период следования которых равен Тг,причем период Т задается управляющимнапряжением Б , , которое подается науправляющий вход 22 генератора 2Т, = (0.,), (2)При наличии на входе 20 измеряемойвеличины Уна выходе АВП 1 в некоторый момент С (начальный) появляется363 1506 прямоугольный импульс напряжения высокого уровня длительностью Сх, соответствующей (1). Генератор 2 импульсов при этом вырабатывает тактовые импульсы с минимальным периодом сле 5 дования Тх (так как на его управляющем входе 22 присутствует минимальное управляющее напряжение). Тактовые импульсы с выхода генератора 2 поступают на счетный вход триггера 3,который переключается по каждому тактовому импульсу, вследствие чего на его прямом и иннерсном выходах формируются протинофазные последователь ности прямоугольных импульсов, период следования которых равен 2 Т 1-, а длительность Т. Выходной импульс АВП 1 поступает на первые входы элементов И-НЕ 4 и 5, на вторые входы 20 которых поступают импульсные последонательности с выходов триггера 3При этом элементы И-НЕ 4 и 5 открываются для пропускания импульсов с выходов триггера 3 и на их выходах по являются противофазные последовательности тактовых импульсов (проинвертированные выходные импульсы триггера 3). Так как до момента С . триггер находится в нулевом состоянии (логи ческий 0 на прямом выходе), теперь он сразу переключается в единичное состояние (логическая 1 на прямом выходе), и, соответственно, на время первого такта Т на выходе элементат 35 И-НЕ 4 устанавливается нулевое напряжение, а на выходе элемента И-НЕ 5 - напряжение высокого уровня. Появление на выходе АВП 1 напряжения высокого уровня приводит к погасанию све тодиода 12 блока запуска (так как оно поступает на его катод). Поскольку до начала выходного импульса АВП 1 фототиристор 9 подготовлен к открыванию излучением светодиода 12 и те 45 перь на выходе элемента И-НЕ 4, к которому подключен его катод, поянляется нулевое напряжение, фототиристор 9 открывается и возбуждается индикационная ячейка б,. Возбудившийся светодиод 7 индицирует срабатывание ячейки 6а излучение светодиода 8 1 связи воздействует на фототиристор 9 ячейки 6, подготавливая его к открыванию (при этом фототиристор 9 оста 55 ется запертым напряжением высокого уровня, которое поступает на его ка тод с выхода элемента И-НЕ 5). Длительность такта равна длительности импульса на выходах элементов И-НЕ 4 и 5 и составляет Т. В течение нсего первого такта Тт первая ячейка 6 остается возбужденной и ячейка 6 подготавливается 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 устанавливается напряжение высокого уровня, а на выходе элемента И-НЕ 5 - нулевое напряжение. При этом первая ячейка 6, выключается (фототиристор 9, закрывается), а ячейка 6 срабатывает и переходит в возбужденное состояние (подготовленный к открыванию излучением светодиода 8, фототиристор 97 открынается, светодиоды 7 и 8 возбуждаются).Ячейка 6остается возбужденной в те" чение второго такта, при этом светодиод 7 индицирует срабатывание ячейки, а излучение светодиода 8 воздей 7ствует на фототиристор 9 и подготавливает его к открыванию в следующем такте. Данный процесс последовательного срабатынания индикационных ячеек протекает в течение всей длительности выходного импульса АВП 1, причем процесс является тактированным, т.е. в каждом такте срабатывает ровно одна ячейка и в возбужденном состоянии всегда находится ровно одна ячейка (т.е, происходит тактированное последовательное распространение возбуждения по индикационным ячейкам) .Число иячеек, возбуждающихся за время С, равноих = Т х (3) где Т - длительность такта;1 А- целая часть числа А.Как видно из (1) и (3), число возбудившихся ячеек ии, соответственно, расстояние, на которое перемещается по шкале световое пятно (излучение индикационного светодиода) про 1 порционально значению входной величины У , При достаточно высокой частоте тактовых импульсов траектория светоного пятна воспринимается как светоная полоска на шкале.Описанный процесс повторяется в каждом выходном импульсе АВП 1, причем в паузе между импульсами АВП происходит подготовка индикатора к новому циклу отображения (все ячейки(4) и цену одного дискрета шкалыТт(5)К35Цена й одного дискрета шкалы (один дискрет соответствует одной ячейке) определяется иэ условия изменения длины световой полосы на единицу при изменении входной величины на Д:К /Т = 1. Верхняя граница Цсгдиапазона индикации входной величины определяется из условия К 1 ,=И.В начале работы, период следования Т, импульсов генератора 2 является минимальным и, соответственно, при этом минимальны длительность такта, цена дискрета шкалы и верхняя граница диапазона индикации. Поэтому цри пренышении входной величиной значения Ц ЬЦ ,) она выходит цз диапазона индикации, а световое пятно как бы уходит за пределы шкалы (возникает эашкаливание"), и контроль входной величины становится цевозмож 55 ным, Для осуществления контроля входной величины при выходе ее иэ исходного диапазона индикации выполняется переход на другой, более широкий диа 40 6,-6 выключаются, светодиод 12 уэлд запуска возбуждается и своим излучением подготавливает к открыванию фототиристор 9, ячейки 6 триггер 3 устанавливается в исходное состояние, элементы И-НЕ 4 и 5 закрываются,ц блокируют индикационные ячейки), При частоте следования выходных импульсов АВП, превышающей критическую частоту мельканий человеческого зрения, ца шкале формируется равномерная светоная полоса, длина которой пропорциональна текущему значению входной величины Ц.л 15Диапазон изменения индицируемой величины Ц определяется коэффициенттом преобразования АВП и длительностью такта Т ( который определяет коэффициент преобразования длительнос ти временного интервала Т н число возбужденных ячеек и , ныполняемого индикационной структурой, и равен 1/Т, ), а также числом индикационных ячеек шкалы М. При заданном числе 25 ячеек шкалы К, заданном коэффициенте преобразования АВП К и заданной длительности такта Т имеют верхнюю границу диапазона индикации входной величины 30 назон индикации. Изменение диапазонаиндикации осуществляется путем увеличения длительности такта Т посредством увеличения периода следования импульсов генератора 2. При этом увеличение длительности такта враз (Т = Ы Т,) приводит к увеличению во/столько же раз цены дискрета (В = О 4) и диапазона индикации("к мкс=ц,) в соответствии с (4) и (5).Если входная величина достигает верхней границы исходного диапазона индикации 1:то во время того ныходцого импульса АВП, когда это произошло, возбуждается последняя ячейка шкалы 6. Ее светодиоды 7 и Явозбуждаются, и излучение светодиода 8связи поступает на фотоприемный блок 15 блока 14 управления. Световой импульс светодиода связи 8преобразуется в прямоугольный импульс электрического напряжения, который с выхода фотоприемного блока поступает ца вход счетчика 16 импульсов. При поступлении этого импульса на вход счетчика оц увеличивает свое состояние ца единицу (так, в начале работы счетчик находится в состоянии 0, затем при превышении входной неличццой границы исходного диапазона он переходит в состояние "1"). Код состояния счетчика 16 поступает с его выходов ца соответствующие входы ЦАП 17, который преобразует этот код в постоянное напряжение определенной величины. Выходное напряжениес выхода ЦАП 17 поступает на управляющий вход 22 генератора 2 импульсов, что приводит к увеличению периода следования 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 выражается в том, что уменьшается длина световой полоски (например, если длительность такта увеличивается вдвое, то за одно и то же время Т срабатывает вдвое меньшее число ячеек, так что диапазон индикации увеличивается в два раза, а световая полоса на шкале становится в два раза короче), В дальнейшем состояние счетчика сохраняется, так что код счетчика 16 поступает ца вход50 15063 ЦАП 17 и с него на генератор 2 подается управляющее напряжение, вследствие чего генератор вырабатывает тактовые импульсы с увеличенным периодом следования Т = сТ,.( с )1), и иц 5 дикатор работает на более широком диапазоне индикации, Если входная величина Ок укладывается в этом новом диапазоне (т.е, если П с Пк к макс 10 = АЦкакс), то в дальнейшем работа происходит на этом диапазоне. Если же входная величина выходит эа пределы и этого диапазона (Ц,Г ) ток макс 1 в первом же цикле отображения на этом 15 диапазоне происходит "эашкаливание" и световой сигнал с последней ячейки шкалы поступает на фотоприемник 15. При этом фотоприемный блок формирует электрический импульс, который приходит на вход счетчика 16 и увеличивает его состояние на единицу, Увеличившийся код с выходов счетчика 16 поступает на ЦАП 17, вследствие чего увеличивается выходное напряжение ЦАП,25поступающее на управляющий вход 22 1генератора 2 импульсов. Это приводит к тому, что период следования импульсов генератора 2 (длительность такта) еще увеличивается и происходит пере О ход на новый, более широкий диапазон индикации. Изменение диапазона индикации происходит до тех пор, пока не будет найден такой диапазон (длительность такта), в котором укладывается входная величина (при этом не возбуждается последняя ячейка шкалы). При достижении такого диапазона дальнейшая работа идет на нем, При этом последняя ячейка шкалы не достигает О ся и состояние счетчика 16 не изменяется, Не изменяется также управляющее напряжение генератора 2, вследствие чего остается неизменной и длительность такта. 45После выключения и цри последующем включении индикатора оц устанавливается в исходное состояние и цачинает работу с наименьшей длительностью такта и, соответственно, на наименьшем диапазоне индикации. Кроме того, переход на наименьший диапазон измерения (например, с целью повторения цикла выбора диапазона) может быть осуществлен в произвольный момент времени посредством сброса индикатора. Для этого подается импульс на вход сброса индикатора, который поступает на управляющий вход 23 АВП 1 63 10и на вход 24 сброса счетчика 16 имиульсон. При этом счетчик 16 импульсов устанавливается в нулевое состояние, и на выходе АВП устанавливаетсянулевое напряжение (это приводит кпринудительному прерыванию цикла отображения). В результате индикатор устанавливается в исходное состояние ипри поступлении следующего выходногоимпульса АВП 1 работаетаналогично,причем используются наименьшие диапазон и длительность такта. Поэтомупосле сброса индикатора повторяетсяпроцесс выбора диапазона индикации,Сброс осуществляется сигналом, подаваемым оператором например, с по-мощью кнопки,В индикаторе имеется взаимно-однозначное соответствие между длительностью такта, ценой дискрета шкалыи диапазоном индикации, а изменениедиапазона осуществляется дискретно.Таким образом, каждому состояниюсчетчика 16 и его выходному коду однозначно соответствуют некоторые диапазон индикации и цена дискрета шкалы, Деления шкалы наносятся так, чтоодному делению соответствуют ш дискретом и цена деления составляет в Ъ(Д - цена дискрета). Это позволяетосуществлять в процессе работы индикацию численного значения цены деления и/или диапазона индикации с помощью блока индикации. Выходной код счетчика 16 с его выходов поступает на соответствующие входы преобразователя 18 кода и преобразуется им в код управления блоком 19 индикации. С выходов преобразователя 18 кода этот код поступает на соответствующие управляющие входы блока 19 индикации, который при этом осуществляет отображение численных значений параметров индикации; верхней границы соответствующего диапазона индикации или цены деления шкалы или обоих этих параметров одновременно,Таким образом, входная величина отображается световой полоской на шкале, длина которой пропорциональна значению входной величины, причем автоматически осуществляется выбор диапазона индикации так, чтобы входная величина не выходила из него, и одновременно отображаются численные значения параметров индикации(верхней границы диапазона и/или цены деления шкалы).1115063изобретения 63 Формула ригорьевский Корректор Э,Лонча Составите едактор А, Коз хред М,Дидык акаэ 5424/46 Тираж 714 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 изводственно-издательский комбинат Патент, г.ужгород 101 ага 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 2 И-НЕ, первые входы 10 которых соединены с выходом амплитудно-временного преобразователя, а вторые - с прямым и инверсным выходами триггера соответственно, блок запуска, состоящий из последовательно соеди ненных резистора и светодиода, катод которого соединен с выходом амплитудно-временного преобразователя, к которому подключен также установочный вход триггера, и и индикационных ячеек, 20 каждая из которых содержит согласно- последовательно соединенные индикационный светодиод, светодиод связи и фототиристор, причем оптические выходы индикационных светодиодов образуют отсчетную 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 соединеныс выходом первого элемента 2 И-НЕ, ачетных ячеек - с выходом второго элемента 2 И-НЕ, аноды индикационных светодиодов и резистор блока запуска через второй резистор подключены к положительной шине питания, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения области использования, в неговведены фотоприемный блок, счетчикимпульсов, цифроаналоговый преобразователь, преобразователь кода и блокиндикации, при этом светодиод связип-й индикационной ячейки оптическисоединен с входом фотоприемного блока, выход которого подключен к счетному входу счетчика импульсов, выходыкоторого соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя и преобразователя кода, выход цифроаналогового преобразователяподключен к управляющему входу генератора импульсов, а выходы преобразователя кода соединены с соответствующими входами блока индикации, управляющий вход амплитудно-временногопреобразователя и вход сброса счетчика импульсов соединены с входом сброса индикатора.