5.3. Рекомендации по применению светофильтров

На рис. 5.3 приведены характеристики спектра для свето-излучающих диодов различных цветов свечения. Волновые све­тофильтры для них подбираются с учетом чистоты излучения светодиодов и с учетом яркости внешней освещенности. Для использования индикаторов в условиях низких уровней освещен­ности предпочтительней использовать светофильтры с высоким коэффициентом пропускания. Для индикаторов, использование которых предполагается в условиях умеренных и сильных засве­ток от внешних источников освещения, предпочтительнее ис­пользование светофильтров с низкими коэффициентами про­пускания.

Применение светофильтров с индикаторами красного цвета свечения (Я_р = 655 нм). При использовании индикаторов в усло­виях низких и умеренных уровней освещенности фильтрация мо­жет осуществляться при помощи длинноволновых светофильтров. Такие светофильтры должны иметь достаточно крутую границу пропускания в диапазоне длин волн от 600 — 610 до 630 — 640 нм с высоким коэффициентом поглощения для коротковолновых излучений синего, зеленого и желтого цветов свечения. К длинно­волновым излучениям, большим длины волны красного цвета, глаз невосприимчив.

На рис. 5.7 представлены типичные кривые пропускания для длинноволновых светофильтров, которые рекомендуются к приме­нению с красными индикаторами при низком уровне внешней освещенности [кривая 1 с высоким (0,6 — 0,75) коэффициентом пропускания] и при умеренном уровне освещенности [кривая 2 с низким (0,3 — 0,5) коэффициентом пропускания].

Рис. 5.7. Рекомендуемые кривые пропускания длинноволновых светофильтров для применения с индикаторами красного цвета свечения в условиях низкого (кривая 1) и умеренного (кривая 2) уровней внешней освещенности

При использовании индикаторов красного цвета свечения в условиях слабого, умеренного и яркого уровней освещенности могут быть использованы также нейтральные светофильтры с вы­сокими (0,23 — 0,3) коэффициентами пропускания для слабого и умеренного освещения и низкими (0,15 — 0,23) коэффициентами для высокого уровня освещенности. При использовании светофильтров повышение надежности считывания информации про­исходит за счет повышения цветового контраста между, светя­щимся элементом и фоном.

Рис. 5.8. Рекомендуемые кривые про­пускания нейтральных светофильтров при использовании с индикаторами различного цвета свечения в условиях низкого и умеренного (кривая 1) и высокого уровней (кривая 2) внешней освещенности

На рис. 5.8 приведены кривые пропускания нейтральных светофильтров для использования с индикаторами красного цвета свечения в условиях низкого и умеренного (кривая 1) и высокого (кривая 2) уровней освещённости.

С целью повышения надежности считывания специалисты фирмы Hewlett Packard рекомендуют [22] использовать темно-пурпурные светофильтры.

При использовании темно-пурпурных светофильтров повы­шение надежности считывания достигается также за счет повы­шения цветового контраста между цветом излучения светодиода и фоном.

Пурпурные светофильтры имеют полосу пропускания в обла­сти частот синего и красного цветов излучений при нулевом про­пускании в области зеленого, желтого и оранжевого излучений. Уровень цветового контраста между синим цветом фона и крас­ным цветом излучения светодиода очень высок, что обеспечивает высокую надежность считывания информации при высоких уров­нях внешней освещенности.

Существенное повышение надежности считывания дает при­менение комбинированных светофильтров. Для использования красных индикаторов рационально при высоких уровнях внешних освещенностей использовать красный светофильтр (например, типа КСИ) за нейтральным (например, НС7, НС8) или пурпур­ный за нейтральным фильтром. Недостатком использования комбинированных светофильтров является снижение яркости све­чения индикаторов, большие потери на отражениях от четырех поверхностей раздела сред (по две на каждый светофильтр). Избежать этого позволяет склеивание пластин светофильтров эпоксидными смолами, оптическими клеями с показателями пре­ломления, близкими к показателям преломления материала светофильтров. Повышение яркостного контраста наряду с уве­личением яркости при склеивании светофильтров позволяет обе­спечить высокую надежность считывания информации при вы­соких уровнях внешних освещенностей.

Рис. 5.9. Рекомендуемые кривые пропускания длинноволновых светофильтров для примене­ния с индикаторами красного цвета свечения с повышенной светоотдачей полупроводнико­вого материала для низких (1) и умеренных (2) уровней внешней освещенности

Применение светофильтров с индикаторами красного цвета с повышенной светоотдачей (оранжевато-красного цвета свечения по шкале цветности МКО) с А,_р = 635 нм. При использовании указанных индикаторов в условиях низкого и умеренного уров­ней освещенности повышения яркостного контраста можно до­биться применением длинноволновых светофильтров. Граница пропускания должна быть смещена к частотам 580 — 600 нм с вы­соким коэффициентом поглощения в диапазоне волн синего, жел­того и зеленого цветов свечения. При выборе светофильтра необходимо обратить внимание на полосу пропускания красного светофильтра, так как при использовании светофильтра с боль-шим градиентом полосы пропускания в области л_р = 635 нм из-за разброса характеристик светодиодов может проявиться различие в яркости свечения расположенных рядом индикаторов (на инди­каторы с разбросом по длине волны излучения коэффициент пропускания будет действовать по-разному). При использовании индикаторов красного цвета свечения с А,_р = 635 нм в условиях высоких уровней внешних освещенностей рационально исполь­зовать нейтральные светофильтры с низкими коэффициентами пропускания. Повышение надежности считывания достигается при применении нейтральных фильтров за счет повышения цве­тового контраста.

На рис. 5.9 представлены типичные кривые пропускания для светофильтров, рекомендуемых к применению с индикаторами красного цвета свечения с повышенной светоотдачей, при низком (кривая 1) и умеренном (кривая 2) уровнях внешних освещен­ностей, при этом коэффициенты пропускания для умеренных уровней внешней освещенности будут 0,35 — 0,5, для низких уров­ней — 0,6 — 0,7.

В условиях высоких уровней внешней освещенности рекомен­дуется применение нейтральных светофильтров с коэффициен­тами пропускания 0,18 — 0,25. Нейтральные светофильтры по­вышают надежность считывания информации за счет повыше­ния цветового контраста.

Применение светофильтров с индикаторами желтого цвета (Х_р = 583 нм). При использовании указанных индикаторов в условиях низких уровней внешней освещенности повышение контраста отображаемой информации рекомендуется проводить с применением узкополосных светофильтров. Поскольку в соот­ветствии с данными характеристической кривой чувствительно­сти глаза стандартного наблюдателя желтый цвет свечения находится на участке наивысшей чувствительности глаза, то по­высить контраст светофильтрами затруднительно. Чтобы полу­чить высокий контраст между светом, излученным светодиодом и отраженным от передней панели индикатора, рекомендуется применять темно-желтые или оранжевые либо желтый поло­стной светофильтры с низкими коэффициентами пропускания (примерно 0,25 — 0,30).

При использовании индикаторов желтого цвета свечения при умеренных уровнях внешних освещенностей рекомендуется при­менять нейтральные (с коэффициентом пропускания 0,2 0,25) либо оранжевые светофильтры. При высоких уровнях освещен­ностей коэффициент пропускания применяемых светофильтров должен быть ниже и составлять 0,15 — 0,25.

Применение светофильтров с индикаторами зеленого цвета (Аф = 565 нм). Поскольку длина волны светодиодов зеленого цвета свечения в соответствии с кривой чувствительности глаза отстоит от области максимальной чувствительности глаза на 10 — 15 нм, то повысить контраст с помощью светофильтров также затруднительно. При низких уровнях внешних освещен­ностей рекомендуется применение полосовых желто-зеленых либо зеленых светофильтров. Несмотря на то что зеленый светофильтр значительно ослабляет световой поток светодиода (до 30%), усиление контраста все же получить удается.

При умеренных и высоких уровнях внешних освещенностей рекомендуется применение нейтральных светофильтров с низкими коэффициентами пропускания (0,20 — 0,25 и 0,18 — 0,20 соот­ветственно).

Глава 6 рекомендации по конструктивному оформлению устройств отображения информации

В общем виде понятие проектирования устройств отображе­ния информации включает в себя разработку принципа управ­ления и индикации информации, разработку и расчет принци­пиальных схем, тепловые и другие расчеты и конструирование устройств. Использование в качестве элементов индикации полу­проводниковых индикаторов позволяет создавать малогабарит­ные, надежные и эргономичные устройства отображения инфор­мации, которые по своим тактическим и конструктивным реше­ниям конкурируют практически со всеми известными устройства­ми, разработанными на других физических принципах элементов индикации. Устройства отображения информации в более широ­ком смысле могут быть представлены двумя более или менее самостоятельными видами. Первый из них — устройства, на которые возлагается только одна задача — информирование че­ловека-оператора о состоянии (о наличии или его размере) того или иного предмета. Такие устройства являются устройствами отображения информации (УОИ).

Второй вид — это устройства, обеспечивающие кроме зада­чи индикации возможность вмешательства человека-оператора в работу технологического комплекса по результатам анализа полученной от него посредством индикаторов информации. Они получили наименование пультов управления и индикации (ПУИ).

Эти устройства имеют различные задачи и, следовательно, различный набор элементной базы, функциональных звеньев (в частности, наличие или отсутствие коммутационных элемен­тов, выходных устройств и т. д.), различный объем электронного обеспечения. Общей частью, объединяющей оба вида, является индикаторная часть устройства с элементами, обеспечивающими повышение надежности считывания информации. При рассмот­рении некоторых вопросов проектирования ПУИ на эти части устройств будет обращено особое внимание.

Независимо от смысловой нагрузки, которую несут ПУИ в аппаратурных комплексах, каждый из них выполняет следующие операции:

прием и обработку информации (ее дешифрацию, классифи­кацию в соответствии с адресной системой, рассылку по потре­бителям внутри пульта);

хранение полученной информации в течение цикла обнов­ления;

дешифрацию (приведение к виду, воспринимаемому прием­никами информации в ПУИ);

индикацию информации;

шифрацию воздействия оператора на органы коммутации ПУ в электрические сигналы, кодирование информации;

выдачу информации в сеть (в ЦВМ или другому потреби­телю).

Аппаратурная реализация каждого из этих звеньев на от­дельных платах или в едином конструктивном узле позволяет получить законченные в функциональном отношении узлы.

Использование конструктивно-функциональных модулей (КФМ) позволяет сократить время, затрачиваемое на разработ­ку схем, аналогичных по задачам ПУИ, так как определяет лишь количество тех или иных КФМ в зависимости от информативно­сти пульта, и разработать на их основе общую принципиальную схему устройства. Использование КФМ позволяет также унифи­цировать ряд конструкторских решений, сократить объем трудо­затрат на проектирование, снизить общую стоимость разработки.

Как правило, размеры лицевых панелей пультов и зани­маемые пультами объемы за приборной доской бывают огра­ничены. Рациональное использование площадей приборных до­сок и объемов за ними является иногда основной задачей кон­структора. Использование при конструировании конструктивно-функциональных модулей позволяет в ряде случаев получить высокие коэффициенты использования объемов УОИ и ПУИ.

6.1. Конструктивно-функциональные модули

Основными конструктивно-функциональными модулями устройств отображения информации и пультов управления являются модули индикации и модули, обеспечивающие прием и обработку информации.

Наиболее сложными с точки зрения подсоединения в схему и одновременно более часто встречающимися ППИ являются цифровые и буквенно-цифровые (матричные) индикаторы, разра­ботанные в держателях керамических индикаторов (ДКИ). Индикаторы могут впаиваться в гнезда держателей, закреплен­ных на корпусе пультов управления и устройств отображения информации или в печатные платы. Однако с целью снижения трудозатрат при заменах вышедших из строя индикаторов, облегчения проведения регламентных работ, а также при изоли­рованной установке индикаторов рационально использовать разъемы. Разъемы, конструктивно объединенные со схемами управления индикаторами, получили наименование ячеек индика­ции. Существует несколько вариантов конструктивного оформ­ления ячеек индикации для использования совместно с раз­личного типа индикаторами и схемами управления ими.

На рис. 6.1 представлен внешний вид разъема для подклю­чения индикаторов, являющегося обязательной составляющей частью ячеек индикации.

Рис. 6.1. Внешний вид разъема для подключения индикатора

При эксплуатации индикаторов в ус­ловиях повышенных температур окру­жающей среды для обеспечения темпера­турного режима их работы необходимо осуществлять отвод выделяемых индика­торами мощностей.

С целью повышения теплоотдачи от индикаторов в конструкции разъема предусмотрен паз для крепления к тепло-отводящей металлической шине. Механи­ческое крепление разъема на корпусе (лицевой панели) пульта управления и индикации помогает обеспечивать тепло­вые режимы работы индикаторов. Для снижения теплового сопротивления «кор­пус индикатора — теплоотводящая шина» необходимо установку индикаторов производить с применением теплопроводящих паст типа КПТ-8.

Конструкция гнезд разъема предусматривает защиту от воз­действия вибраций (изъятие индикатора сопровождается при­ложением повышенных усилий 2,00 — 2,50 Н).

6.1.1. Конструктивно-функциональные модули индикации (ячейки индикации)

На рис. 6.2 представлен внешний вид ячейки индикации для использования совместно с индикаторами типа АЛС324 (Б, Б1) и ЗЛС324 (Б, Б1). Ячейка индикации включает в свой состав разъем, дешифратор (514ИД2 или К514ИД2) двоично-десятичного кода в позиционный семисегментный код, воспри­нимаемый указанными индикаторами, восемь (с учетом деци­мальной точки) токоограничивающих резисторов и выходной разъем ячейки для связи с электронным оборудованием, раз­мещаемым на соответствующих КФМ по обработке информации. Принципиальная схема ячейки индикации представлена на рис. 6.3. Функционирование схемы пояснено в § 3.2.

Конструктивно ячейка индикации представляет собой разъем для индикатора с установленными по бокам двумя платами пе­чатного монтажа. На платах размещены резисторы и ИМС. Крепятся платы и разъем смолой ВК-9.

Ячейка индикации крепится в пульт со стороны лицевой па­нели двумя винтами, конструкция разъема индикатора позво­ляет крепить ячейку к теплоотводящей шине. Индикатор уста­навливается в ячейку индикации на пасту типа КПТ-8 после установки ячейки в пульт.

Для индикации цифровых значений параметров, имеющих градусную сетку измерений, может быть предложен вариант ячейки с установкой индикатора в перевернутом положении (вверх децимальной точкой) с соответствующей корректировкой схемы соединения индикатора и ИМС.

Рис. 6.2. Внешний вид ячейки индикации для использования с индикаторами тина ЗЛС324Б(Б1) и АЛС324Б|Б1) и микросхемой 514ИД2 (К514ИД2)