Оптоэлектронный матричный индикатор напряжения

55 Изобретение относится к электроизмерительной технике,Цель изобретения - расширение области применения эа счет обеспечениявозможности запоминания Формы однократных импульсных сигналов.На фиг, 1 представлена функциональная схема оптоэлектронного матричного индикатора напряжения; нафиг. 2 - функциональная схема оптоэлектронной шкалы; на Фиг. 3 - функциональная схема кольцевого счетчика.Оптоэлектронный матричный индикатор (Фиг. 1) напряжения содержитоптоэлектронную шкалу 1 генератор 2импульсов, первый 3 и второй 4 резисторы, первый 5 и второй 6 элементыИ-НЕ, кольцевой счетчик 7, электронный ключ 8, переключатель 9, блок10 пульсирующего напряжения, задатчик 11 временных интервалов ЯЗВИ)элемент И 12, амплитудно- временнойпреобразователь (АВП) 13, блок 14питания, запускающий светодиод 15 иблок 16 управления, состоящий из Мразрядов 16 16 16, каждыйиз которых содержит индикационныйсветодиод 17, катод которого подключен к аноду светодиода 18 связи,катод которого подключен к анодуфототиристора 19, Аноды светодиодов17 через резистор 3 подключены к выходу блока 14 питания, катоды фототиристоров 19 нечетных разрядов 161616 подключены к выходу элемента И-НЕ 5, катоды фототиристоровчетных разрядов 16 д 16 фподключены к выходу элемента И-НЕ 6,Запускающий светодиод 15 и фототиристор 19 первого разряда 16 а такжесветодиоды 18 всех разрядов и фототиристоры 19 последующих разрядовоптически связаны. Вход АВП 13 соединен с входной шиной 20, выход элемента И 12 соединен со счетным входом21 триггера 22. Первый вход элементаИ 12 соединен с выходом генератора 2и через ЗВИ 11 - с первыми входамиэлементов И-НГ 5 и 6 и входом 23управления АВП 13, выход 24 которогоподключен к второму входу элементаИ 12, Вторые входы элементов И-НЕ 5и 6 подключены к прямому и инверсному выходам триггера 22 соответственно. Катод светодиода 15 подключен квходу 23 управления АВП 13 и к установочному входу триггера 22, а анодчерез резистор 4 подключен к выходублока 14 питания, Выход блока 10 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 подключен к первому неподвижномуконтакту 25 переключателя 9, подвижный контакт 26 которого подключен квходу 27 питания шкалы 1, первыеинформационные входы 28,2828которой подключены соответственнок анодам Фототиристоров 19 каждогоразряда. Выход блока 14 подключен квторому неподвижному контакту 29переключателя 9 и к входу 30 питаниякольцевого счетчика 7, счетный вход31 которого подключен к выходу ЗВИ 11,выход 32 нулевого разряда счетчикаподключен к управляющему входу 33ключа 8, первыи и второй выводы которого подключены соответственно квходу 34 обнуления шкалы 1 и к общейшине. Вторые информационные входы35 ,35 35, шкалы 1 подключенык соответствующим выходам 36 кольцевого счетчика 7,Оптоэлектронная шкала 1 (фиг. 2)содержит ИМ ячеек 37 ,37,37 37 ц 37 37 ы,мфототранзисторов 38 ,38 38 , Мдиодов 39 39 39 фи М первых ограничительных резисторов 40,4040 и второй ограничительный резистор 4 1, причем каждая ячейка 37 содержит третий ограничительный резистор 42, второй светодиод 43, индикаторный светодиод 44и фототиристор 45, оптически связанный со светодиодом 43Резистор42 каждый ячейки 37 подключен междувходом 27 питания и анодом индикаторного светодиода 44, катод которогоподключен к аноду фототиристора 45,катод которого подключен к входу 34обнуления. Каждый из М резисторов40 подключен между соответствующимвторым информационным входом 35 иобъединенными катодами светодиодов43 ячеек 37 соответствующего столбца.Резистор 41 подключен между входом27 питания и обьединенными анодамисветодиодов 39, катоды которых под-.ключены к соответствующим первым информационным входам 28, коллекторыФототранэисторов 38, оптически связанных с соответствующими светодиодами 39, подключены к входу 27,питания,а эмиттер каждого фототранзистора 38подключен к объединенным анодам светодиодов 43 соответствующей строки.Кольцевой счетчик 7 (Фиг. 3) содержит два ключа 46 и 47, элемент И 48, счетный триггер 49, узел 50 запуск94434 51015 20 25 30 55 5 15 ограничительный резистор 51, И+1 разрядов 52,52,5252 каждый иэ которых содержит светодиод 53 и фототиристор 54, а нулевой разряд 52 р - и дополнительный фототиристор 55,оптически связанный со светодиодом53 последнего разряда 52, Объединенные аноды светодиодов 53 всех разрядов 52 подключены через резистор51 к входу 30 питания, подвижныеконтакты ключей 46 и 47 подключены к общей шине, неподвижный контакт ключа 46 подключен к входу 56 установки триггера 49 в нулевое состояние и к катоду светодиода 57 узла 50 запуска, анод которого подключен через ограничительный резистор 58 узла 50 запуска к входу 30 питания, Неподвижный контакт ключа 47 подключен к второму входу элемента И 48, первый вход которого подключен к счетномувходу 31 счетчика 7, а выход - к счетному входу 59 триггера 49, прямой выход которого подключен к катодам фототиристоров 54 всех четных разрядов 520 5252%. 52 м., а инверсный вйход - к катодам фототиристоров 54 всех нечетных разрядов5252 з52 , причем аноды фототиристоров 54 каждого разряда 52 подключены к катодам соответствующих светодиодов 53 и к соответствующим выходам 36 счетчика 7, дополнительный фототиристор 55 нулевого разряда 52 катодом и анодом подключен соответственно к катоду и аноду фототиристора 54 нулевого разряда 52, оптически связанного со светодиодом 57 узла 50 запуска, Светодиод 53 каждого разряда 52 оптически связан с фо.- тотиристором 54 последующего разряда 52.Устройство работает следующим образом.Индикатор может работать в двух режимах: гистограммного отображения сигнала и точечного отображения сигнала.Рассмотрим режим гистограммного отображения сигнала. Для этого второй неподвижный контакт 29 и подвижный контакт 26 переключателя 9 замкнуты.В исходном состоянии при включении блока 14 питания все разряды 16 находятся в обнуленном состоянии, так как запускающий светодиод 15 не излучает свет, на его катоде присутствует уровень логической "1" с выхода ЗВИ 11, генератор 2 импульсов функционирует, но его импульсы непоступают на счетный вход 21 триггера 22, так как элемент И 12 закрытнизким логическим уровнем с выхода24 АВП 13. Состояние триггера 22произвольное,Когда на входную шину 20 индикатора подается напряжение, то АВП 13преобразует амплитуду данного напряжения во временной интервал, представляемый в виде длительности присутствия логической "1" на его выходе 24только лишь по приходу первого отрицательного импульса (лог,"0") свыхода ЗВИ 11, который воздействуетна первые входы элементов И-НЕ 5 и 6,обнуляя ячейки 16, на установочныйвход триггера 22, устанавливая на его прямом выходе уровень лог."1", а наинверсном - уровень лог,"0", на катодсветодиода 15, возбуждая его и этимоптическим сигналом подготавливаяфототиристор 19 первой ячейки 16 квключению, на управляющий вход 23АВП 13 (по срезу этого импульса начинает функционировать АВП 13, с выходакоторого высокий логический уровеньпоступает на первый вход элемента И 12, который начинает пропускать импульсы генератора 2 на счетныйвход 21 триггера 22), на счетныйвход 31 кольцевого счетчика 7, изменяя его состояние на единицу больше.Срез импульса ЗВИ 11 также приводит к гашению светодиода 15, возбуждению фототиристора 19 и электричес ки связанных с ним светодиодов 17 и 18так как фототиристор 19 подготавливался оптическим сигналом светодиода15 и на его катод поступил уровеньлог."0" с выхода первого элементаИ-НЕ 5,Таким образом, отрицательный им 45пульс ЗВИ 11 устанавливает на выходах элементов И-НЕ 5 и 6 уровнилог."1" что обеспечивает обнулениеразрядов 16, запускает светодиод 15,устанавливает триггер 22 в единичноесостояние на прямом выходе, возбуждает первый разряд 16,и запускаетАВП 13. Первый импульс генератора 2 черезоткрытый элемент И 12 переключаеттриггер 22 в нулевое состояние, чтоприводит к включению фототиристора19 и связанных с ним электрическисветодиодов 17 и 18 второй ячейки16, так как он был подготовлен оп1594434 35 Частота запуска АВП 13 задается 4 О с помощью ЗВИ 11, в качестве которого может быть использован делитель частоты с переменным коэффициентом деления, который формирует из импульсов генератора 2 последовательность отрицательных импульсов, длительность которых равна времени включения од ного из элементов И-НЕ 5 и 6 триггера 22 и светодиода 15 и должна быть достаточной для подготовки фототирис О тора 19 к включению светодиодов 17 и 18, а длительность паузы - максимальному временному интервалу, отображаемому данной шкалой, плюс время на отображение запоминаемой информации (если это необходимо).Кольцевой счетчик 7 функционирует в единично-позиционном коде и подсчитывает импульсы с выхода ЗВИ 11. тическим сигналом светодиода 18 первой ячейки 16 и на его катод поступил логический уровень.Фототиристор 19 первого разряда 16 выключается из-за выравнивания1потенциалов на его электродах.Следовательно, первый импульс генератора 2 приводит к возбуждению светодиода 18 второго разряда 16 и гашению в первом разряде 16С приходом второго импульса на счетный вход 21 триггера 22 возбуждается третий разряд 16 и гасится второй разряд 16. 15С приходом третьего импульса возбуждается четвертый разряд 16 и га-. сится третий разряд 16 э .Если до прихода четвертого импульса на счетный вход 21 триггера 22 от генератора 2 на выходе 24 АВП 13 появляется лог."О", то в возбужденном состоянии будет находиться четвертый разряд 16 , так как элемент И 12 запретит дальнейшее прохождение импуль сов с генератора 2 и триггер 22 будет сохранять предыдущее состояние.Таким образом, по окончании временного интервала на выходе 24 АВП 13 в разрядах 16 происходит запоминание 30 входной информации.Появление отрицательного импульса на выходе ЗВИ 11 обнуляет все разряды 16, переводит в возбужденное состояние первый разряд 16 запускает АВП 13, после чего с приходом импульсов на счетный вход 21 триггера 22 описанные процессы повторяются. С анодов Фототиристоров 19 сигналыпоступают на первые информационныевходы 28 оптоэлектронной шкалы 1, ас выходов 36 кольцевого счетчика 7на вторые информационные входы 35шкалы 1.При появлении первого импульса навыходе ЗВИ 11 оптоэлектронная шкала1 в первом столбце отображает входной сигнал в виде светящейся полосы,присутствовавшей в это время на разрядах 16, При этом данная светящаясяполоса запоминается на время, соответствующее времени возбуждения всехразрядов счетчика 7.С появлением второго импульса навыходе ЗВИ 11 в кольцевом счетчике 7возбуждается второй разряд, а первыйобнуляется. Второй столбец оптоэлектронной шкалы 1 будет отражать светящуюся полосу и присутствовать уже вследующий момент на разрядах,16.Споявлением следующих импульсовописанные процессы повторяются,Таким образом, на оптоэлектроннойшкале 1 отображается изменение входного напряжения во времени в видеграфика, т.е. в наиболее удобном длячеловека виде,Если все разряды счетчика 7 последовательно возбудились, то при возбуждении нулевого разряда на выходе32 появляется сигнал, поступающийна вход 33 ключа 8, которьй, в своюочередь, закрывается и на входе 34обнуления шкалы 1 появляется высокийуровень потенциала, обнуляющий шкалу 1.С приходом следующих импульсов насчетный вход 31 счетчика 7 описанныепроцессы повторяются,В режиме точечного отображения сигнала первый неподвижный контакт 25и подвижный контакт 26 переключателя9 замкнуты.Запоминания входного сигнала наоптоэлектронной шкале 1 в каждыйдискретный отсчет времени не происходит, так как на вход 27 питанияшкалы 1 подается пульсирующее нитание, т.е, не постоянное, причем частота следования импульсов питаниябольше либо равна 50 Гц,Таким образом, в каждый моментвремени на шкале 1 будет перемещаться светящаяся точка, описывающаяграфически характер изменения входного напряжения, а затраты по потреб10 4434 50 9 159ляемой мощности при этом будут минимальны.Рассмотрим работу оптоэлектроннойшкалы 1 (фиг, 2), В начальный моментвремени на входе 27 присутствует напряжение питания, а на входе 34 обнуления присутствует нулевой потенциал.Допустим на -м первом информационном входе 28, (где= 1,И) присутствует низкий положительный потенциал, а на остальных - высокий, Сле- :довательно, светодиод 39; излучаетсвет, так как от входа 27 питания через резистор 41 и светодиод 39 кинформационному входу 28, протекаетток.От входа 28. через соответствую- .. щий фототиристор 19 (фиг. 1) к выходуодного из элементов И-НЕ 5, 6 будетпротекать ток,фототранзистор 38,шкалы 1 (фиг. 2)отпираетсяЕсли на 1-м информационном входе 35 (где 1 = 1,И) присутствует низкий положительный потенциал,то он поступает через резистор 40на катоды светодиодов 43 ячеек 371-го столбца.Создается цепь протекания тока отвхода 27 питания через переход коллектор - эмиттер -го фототранзистора 38;, светодиод 43 ячейки 37; и1 р )резистор 40 к информационному входу35Светодиод 43 ячейки 37;излучает1,свет на фототиристор 45, тем самымпереводит его в проводящее состояние.Индикационный светодиод 44 излучаетсвет.Таким образом, возбужденными ячейками 37 будут те, индексы 1 и 3 которых соответствуют индексам информационных входов 28 и 35, на которыхприсутствуют низкие положительныепотенциалы, создающие условия длявозбуждения соответствующих ячеек 37,Для обнуления всех ячеек шкалына вход 34 обнуления подается высокий уровень положительного потенциала, выравнивающий потенциалы наэлектродах фототиристоров 45 всехячеек 37.Если на вход 27 питания подаетсяпеременное напряжение, то ячейки 37шкалы 1 будут возбуждаться только навремя присутствия импульса напряжения питания, т.е. постоянного запоминания каждой ячейкой 37 возбужденного состояния не будет5 10 15 20 25 30 35 40 45 Рассмотрим работу кольцевогосчетчика 7 (фиг. 3).В исходный момент времени навходе 30 питания присутствует напряжение питания, ключ 47 разомкнут,Для установки счетчика 7 в исходноесостояние замыкается ключ 46, триггер 49 устанавливается в нулевоесостояние, так как на его установочном входе 56 присутствует лог,"0",т,е. на прямом выходе триггера 49присутствуют лог."0", а на инверсномлог."1". Через резистор 58 к светодиоду 57 узла 50 запуска будет протекать ток, Светодиод 57 будет светиться. Фототиристор 54 нулевого раз"ряда 52 перейдет в проводящее сосетояние, так как на его катоде присутствует нулевой потенциал. Послеэтого первый ключ 46 размыкается.Импульсы со счетного входа 31 черезэлемент И 48 поступают на счетныйвход 59 триггера 49, тем самым переключая его.С приходом первого импульса возбуждается первый разряд 51 за счет1того, что на его фототиристоре 54присутствует оптический сигнал отсветодиода 53 нулевого разряда 52,а также на катоде фототиристора 54первого разряда 52присутствуетлог."0", Нулевой разряд 52 9 обнуляется, так как на катоде его фототиристора 54 появляется лог,"1".С приходом второго импульса возбуждается второй разряд 52и обнуляется первый разряд 52, и т.д,В момент, когда возбужден последний разряд 52 , и с приходом следующего импульса возбуждается нулевойразряд 52 за счет оптической связиоот светодиода 53 последнего разряда52 на дополнительный фототиристор55 нулевого разряда 52 , а последнийразряд 52 обнуляется,Для того, чтобы после определенного количества импульсов зафиксировать состояние счетчика 7 (т.е. больше не пропустить импульсов на счетный вход 59 триггера 49), замыкают ключ 47, а в нужный момент размыкают,Ф о р м у л а изобретения 1. Оптоэлектронный матричный индикатор напряжения, содержащий оптоэлектронную шкалу, И первых информационных входов которой подключены к соответствующим выходам И-разряд159443 ного блока управления, а М вторых информационных входов - к соответствующим выходам М-разрядного кольцевого счетчика, генератор импульсов, электронный ключ, два элемента И-НЕ к два резистора, о т л и ч а ю щ и й- С я тем, что, с целью расширения Области применения, в него введены амплитудно-временной преобразователь, эадатчик временных интервалов, блок Пульсирующего напряжения, запускаюпий светодиод, триггер, элемент И И переключатель, причем каждый из Разрядов блока управления выполнен на цепочке согласно включенных индикационного светодиода, светодиода Связи и фототиристора, светодиод связи каждого разряда оптически связанфототиристором последующего раз 20 ряда, фототиристор первого разряда оптически связан с запускающим светодиодом, подключенным последовательНо с вторым резистором между выходом 8 адатчика временных интервалов и 25 блоком питания, свободные выводы индикационных светодиодов всех разрядов объединены и через первый резистор подключены к блоку питания, свободные Выводы фототиристоров нечетных разрядов подключены к выходу первого элемента И-НЕ, свободные выводы фототиристоров четных разрядов подключены к выходу второго элемента И-НЕ, вы-. ходы соединения, светодиода связи и фототиристора каждого разряда явля 35 ются выходами блока управления, вход амплитудно-временного преобразователя соединен с входной шиной устройства вход управления - с выходом за 940 датчика временных интервалов, счетным входом кольцевого счетчика, установочным входом триггера и первыми . входами элементов И-НЕ, а выход - сУ вторым входом элемента И, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов и входу задатчикавременных интервалов, а выход - ксчетному входу триггера, прямой и инверсный выходы триггера соединеныс вторыми входами первого и второгоэлементов И-НЕ соответственно, выход нулевого разряда кольцевого счетчика соединен с управляющим входом электронного ключа, подсоединенного между входом обнуления оптоэлектронной шкалы и общей шиной, подвижный контакт переключателя соединен с входом пи- . тания оптоэлектронной шкалы, первый 2неподвижный контакт - с выходом блока пульсирующего напряжения, а второй неподвижный контакт - с блоком питания2, Индикатор по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что оптоэлектронная шкала содержит БМ ячеек, М фототранзисторов, И первых светодиодов и М первых ограничительных резисторов и второй ограничительный резистор, причем каждая ячейка содержит третий ограничительный резистор, второй светодиод, индикационный светодиод и фототиристор оптически связанный с вторым светодиодом, третий ограничительный резистор каждой ячейки подключен между входом питания и анодом индикационного светодиода, катод которого подключен к аноду фототиристора, катод которого подключен к входу обнуления оптоэлектронной шкалы, каждый из М первых ограничительных резисторов подключен между соответствующим вторым информационным входом оптоэлектронной шкалы и объединенными катодами вторых светодиодов ячеек соответствующего столбца, второй ограничительный резистор подключен между входом питания и объединенными анодами первых светодиодов, катоды которых подключены к соответствующим первым информационным входам оптоэлектронной шкалы, коллекторы фото- транзисторов, оптически связанных с соответствующими первыми светодиодами, подключены к входу питания, а 1эмиттер каждого фототранзистора под- . ключен к объединенным анодам вторых светодиодов ячеек соответствующей строки.3. Индикатор по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что кольцевои счетчик содержит два ключа, элемент И, триггер, узел запуска, ограничительный резистор (М+1) разрядов, каждый из которых содержит светодиод и фототиристор, а нулевой разряд - и дополнительный фототиристор, оптически связанный со светодиодом последнего разряда, объединенные аноды светодиодов всех разрядов подключены через ограничительный резистор к входу питания, подвижные контакты ключей подключены к общей шине, неподвижный контакт первого ключа подключен к входу установки триггера в нулевое состояние и к катоду светодиода узлазапуска, анод которого подключен через ограничительный резистор узлазапуска к входу питания, неподвижныйконтакт второго ключа подключен квторому входу элемента И, первый входкоторого подключен к счетному входукольцевого счетчика, а выход - к счетному входу триггера, прямой выход которого подключен к катодам фототирис Оторов всех четных разрядов, а инверс-"ный выход - к катодам фототиристороввсех нечетных разрядов, причем аноды фототиристоров разрядов подключенык катодам соответствующих светодиодови соответствующим выходам кольцевогосчетчика, дополнительный фототириСторнулевого разряда катодом и анодомподключен соответственно к катоду ианоду основного фототиристора нулевого разряда, оптически связанногосо светодиодом узла запуска, причемсветодиод каждого разряда оптическисвязан с фототиристором последующегоразряда,1594434 Составитель Л. РыбинРедактор С,Пекарь Техред Г 1.Ходапич, Корректор Н,Ревск каз 2825 Тираж 562 одписн при ГКНТ СССР НИИПИ Государст обрет Раушс изводственно-издательскиц комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 нного комитета ио 3035, Москва, Жм и открытия наб., д. 4/5