Классификация дискретных индикаторов. Современные типы индикаторов

Содержание:

 

Введение 2

Дискретные индикаторы 3

Современные типы индикаторов 4

Шкальные полупроводниковые  индикаторы 5

Вакуумно-люминесцентный индикатор 6

Газоразрядный индикатор 9

Библиографический список 12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Индикатор — прибор отображающий изменения какого-либо параметра контролируемого процесса или состояния объекта в форме, наиболее удобной для непосредственного восприятия человеком визуально, акустически, тактильно или другим, легко интерпретируемым, способом.

По принципу действия индикаторы делятся  на две основные группы: активные, в  которых электрическая энергия  непосредственно преобразуется  в свет, и пассивные, которые только модулируют внешний световой поток. Основными преимуществами активных индикаторов являются высокое быстродействие, способность работать при малой  освещенности окружающей среды и  большой угол обзора. По этим параметрам пассивные индикаторы уступают активным, но зато сохраняют контраст при высокой  освещенности и потребляют значительно  меньше электрической энергии.

В группу активных индикаторов входят полупроводниковые, электролюминесцентные, вакуумные люминесцентные, газоразрядные, накаливаемые вакуумные. К пассивным индикаторам относятся жидкокристаллические, электрофорезные, электрохромные, а также сегнетокерамические.

Если требуется аналоговое представление  информации, применяют шкальные индикаторы, ЭО в которых располагаются таким  образом, чтобы из них можно было создать криво- или прямолинейную  полоску переменной длины или  же изменять положение светящегося  ЭО относительно начала шкалы.

 

 

 

 

Дискретные индикаторы

 

Под дискретным индикатором понимают прибор, информационное поле которого состоит из отдельных фиксированных  в пространстве элементов отображения (ЭО), а изображение создается  одним ЭО или их совокупностью. Каждый ЭО представляет собой неделимую  конструкцию, управляемую извне.       

Дискретные индикаторы классифицируются по двум признакам: назначение, которое в основном задается формой, расположением и числом ЭО, и физические процессы, определяющие действие прибора. Следует отметить многообразие физических процессов, используемых в дискретных индикаторах.    

По назначению различают следующие  категории индикаторов:

• мнемосхемы;
• фиксированные надписи;
• одноразрядные буквенно-цифровые индикаторы, отображающие одно знакоместо;
• много­разрядные буквенно-цифровые индикаторы, содержащие множество фиксированных знакомест в одной или нескольких текстовых строках;
• экраны-индикаторы с информационной емкостью не менее 10 000 элементов отображения, не содержащие фиксированных знакомест;
• индикаторы-модули, конструктивное исполнение которых обеспечивает создание из них составных экранов с большей площадью индикации (в ряде случаев последние представляют собой непрерывное индикаторное поле с постоянным расстоянием между ЭО в любой точке, в том числе на границах модулей);
• шкальные индикаторы, предназначенные для отображения информации в виде светящейся точки или светящегося столбика с положением или высотой, меняющимися в зависимости от входного сигнала;
• цифроаналоговые индикаторы, представляющие собой объединение шкального и многоразрядного буквенно-цифрового индикаторов.

По виду ЭО буквенно-цифровые индикаторы делятся на знакосинтезирующие и знакомоделирующие. Знакосинтезирующие индикаторы могут выполняться как матричные с точечными ЭО в местах пересечения электродов строк и столбцов, мозаичные (каждый ЭО может включаться или выключаться независимо) и сегментные, ЭО которых представляют собой полоски-сегменты, сгруппированные в знакоместа.

В знакомоделирующих (с целостным представлением информации) индикаторах ЭО выполняются в виде набора готовых знаков. Знаки, отображаемые с помощью знакомоделирующих индикаторов, имеют более привычные для глаза начертания, чем в случае знакосинтезирующих. В то же время ЭО в знакомоделирующих индикаторах обязательно должны быть расположены в различных плоскостях, что приводит к взаимной их экранировке. В знакосинтезирующих индикаторах изображение создается из элементов, расположенных в одной плоскости, и угол обзора больше, однако, схемы для формирования из таких ЭО знаков зачастую сложнее, чем в знакомоделирующих индикаторах.

Знакосинтезирующие и знакомоделирующие индикаторы могут выполняться как в виде одноразрядных (одно знакоместо), так и в виде многоразрядных (несколько фиксированных знакомест) приборов.

Наиболее широко используемой группой дискретных индикаторов являются буквенно-цифровые приборы. При отображении ограниченного количества знаков они позволяют построить более простую, экономичную, имеющую лучшие массогабаритные показатели и потребляющую меньшую мощность аппаратуру, чем на основе ЭЛТ. В последнее время при отображении больших массивов буквенно-цифровой и графической информации конкурировать с ЭЛТ стали и плоские экраны. Они отличаются от буквенно-цифровых индикаторов прямоугольной формой информационного поля, содержащего не менее нескольких тысяч ЭО, а также отсутствием на этом поле фиксированных знакомест. Экранные индикаторы используют мозаичный или матричный варианты расположения ЭО.

Современные типы индикаторов

Шкальные полупроводниковые  индикаторы

 

Современные шкальные индикаторы (ШИ) по своему конструктивному исполнению можно разделить на индикаторы в бескорпусном исполнении, с полимерной герметизацией без светопровода, со светопроводом, в герметичных стеклокерамических корпусах.

Бескорпусные ШИ предназначены для работы в качестве линейных формирователей изображения в устройствах для записи информации на фоточувствительные материалы и в системах тепловидения.

Бескорпусные ШИ просты в производстве, можно монтировать их в большие информационные массивы, осуществлять различные принципы организации считывания информации. Конструктивно все они выполнены на одном кристалле, на котором сформированы излучающие элементы с размером поверхности от 30X30 мкм до 50X50 мкм. На кристалле имеются контактные площадки, необходимые для соединения ШИ со схемой.

Приборы с полимерной герметизацией  без светопровода не получили широкого распространения и представлены в настоящее время одним прибором типа ЗЛС317А-Г/АЛС317А-Г красно­го и зеленого цветов свечения. Приборы позволяют осуществлять бесшовную стыковку.

Шкальные индикаторы со светопроводом — самый многочисленный и быстро развивающийся вид ШИ. Номенклатура современных отечественных ШИ превышает 60 типов.

Индикаторы выполнены по гибридной  технологии. В качестве основания  использованы различные виды модификации металлокерамического держателя типа ДКИ. Выбор этого вида держателя важен и потому, что он позволяет внешней коммутацией выбирать любую схему подключения плавня (последо­вательную, параллельную или смешанную). Кристалл излучателя крепится к основанию с помощью токопроводящего клея. Крышка, являющаяся световодом, изготавливается из пластмассы ДАИФ.

Для увеличения контрастности у  ряда шкал лицевая сторона световода окрашивается в черный цвет. Для уменьшения взаимной засветки сегментов боковые поверхности световода покрываются никелем. Металлизация уменьшает взаимную засветку, но одновременно несколько уменьшает силу света.

Все элементы прибора (держатель, кристалл, соединения и крышка со светопроводом) герметизируются в неразъемную монолитную конструкцию оптически прозрачным рассеивающим компаундом. Для увеличения рассеивания света ряд конструкций лицевой стороны прибора покрыт продольными цилиндрическими микролинзами. Индикаторы выпускаются красного, зеленого и желтого цветов свечения. Все ШИ этого вида позволяют осуществлять бесшовную стыковку.

Последней группой шкальных индикаторов  являются приборы в герметичных  стеклокерамических корпусах. Эти ШИ предназначены для применения там  же, где используются бескорпусные ШИ, но требуется высокая надежность и механическая прочность. В качестве основания для таких ШИ взят стандартный керамический держатель. Кристалл крепится к держателю с помощью токопроводящего клея. Герметизация прибора осуществляется плоским оптически прозрачным стеклом с помощью специального клея.

Вакуумно-люминесцентный индикатор

 

Вакуумно-люминесцентный индикатор, или катодолюминесцентный индикатор  - электровакуумный прибор, элемент индикации, работающий по принципу электронной лампы. Несмотря на то, что такой индикатор является, по сути, радиолампой, он не считается устаревшим радиоэлементом, продолжает производиться и сегодня, и применяется в современной радиоаппаратуре, в том числе и вновь разрабатываемой. Как и другие индикаторы, ВЛИ могут быть сегментными, точечно-матричными, мнемоническими, комбинированными.

Принцип действия ВЛИ основан на использовании явления люминесценции, возникающей в катодолюминофорах при возбуждении их электронным пучком. В отличие от высоковольтной катодолюминесценции, используемой в ЭЛП, в ВЛИ имеет место низковольтная люминесценция. Этим устраняется один из главных недостатков ЭЛП — высокое ускоряющее напряжение.

Катодолюминесценция возникает при  достижении электронами вполне определенной энергии eUL, , где UL — потенциал начала катодолюминесценции. У большинства материалов, образующих группу высоковольтных котодолюминафоров, применяемых в ЭЛП, UL  исчисляется сотнями вольт. 

Люминофор для ВЛИ должен удовлетворять  ряду требований:

1. Ширина запрещенной зоны dW   — не более 3—4 эВ. В противном случае условный квантовый выход становится слишком малым.

2. Высокая электропроводность. Согласно  оценкам сопротивление слоя не  должно превышать единиц килоом. Именно по этой причине большинство люминофоров применяемых в ЭЛП не годится для ВЛИ, поскольку они являются или изоляторами, или полностью компенсированными полупроводниками.

3. Низкий потенциал начала катодолюминесценции.  Даже при малом сопротивлении  слоя люминофора он оказывается  непригодным для использования  во ВЛИ, ели UL = 10—12 В.

4. Низкая светоотдача. В ходе  исследования свойств смесей  с проводящими порошками было  обнаружено, что цвет свечения  многих таких композиций зависит  от анодного напряжения.

  При длительной бомбардировке люминофора яркость его свечения изменяется, причем в этом процессе можно выделить три этапа: начальное изменение, этап стабильной яркости и этап выраженного старения. Первый этап вызван установлением стационарного состояния поверхности люминофора. Критерием длительности второго этапа является снижение яркости до 50—70% от начального значения. Яркость свечения на этом этапе уменьшается в связи с действием различных химических процессов в люминофоре, приводящих, в частности, к восстановлению ZnO до металлического Zn.

Факторы, обуславливающие этап выраженного  старения, таковы: изменение поверхностных  потенциальных барьеров и электропроводности слоя, химическое воздействие напыленных материалов, возникновение безызлучательных центров, поглощение излучения в почерневшем поверхностном слое люминофора. Особенно быстро чернеет поверхность люминофора при повышении температуры катода.

Вакуумные люминесцентные индикаторы выпускаются в цилиндрических и  плоских баллонах. Первые бывают так  одноразрядными, так и многоразрядными, вторые — только многоразрядными.

Основа одноразрядного ВЛИ —  стеклянная или керамическая плата, на которой закреплены все остальные детали индикатора. В углублениях платы, выполненных в виде сегментов, находится проводящий слой, соединенный с контактами. Каждый сегмент имеет отдельный вывод. Проводящие слои сегментов полностью покрыты люминофором. На передней стороне платы в направлении считывания устанавливается плоский металлический электрод. Отверстия в этом электроде расположены напротив соответствующих сегментов, покрытых люминофором. На небольшом расстоянии от экранирующего электрода натянута управляющая сетка. В свою очередь на малом расстоянии от плоскости сетки, примерно параллельно оси лампы, расположен прямоканальный оксидный катод. Вся эта система помещена в цилиндрическую стеклянную колбу, которая изнутри покрыта прозрачным проводящим слоем.

 В исходном состоянии для  надежного запирания электронного  тока и предотвращения нежелательного  свечения люминофора к сетке  прикладывается отрицательное напряжение  смешения — несколько вольт  по отношению к катоду.

  При положительном напряжении  на управляющей сетке электроны  ускоряются в направлении анодных  сегментов. Задача управляющей  сетки состоит еще в том, чтобы обеспечивать возможно более равномерное распределение плотности потока электронов на поверхности анода индикатора. Экранирующий электрод имеет тот же потенциал, что и управляющая сетка. Электроны попадают на сегменты, имеющие в данный момент положительный потенциал; возникает низковольтная катодолюминесценция — нанесенный на анод сегмент люминофор начинает светится.

Газоразрядный индикатор

 

Газоразрядный индикатор — ионный прибор для отображения сложной  информации, использующий тлеющий разряд. По сравнению с единичным индикатором  — неоновой лампой — обладает более  широкими возможностями. Для изготовления отображающего устройства заданной сложности газоразрядных индикаторов  потребуется меньше, чем потребовалось  бы для сопоставимого по сложности  устройства единичных неоновых ламп.

Наиболее известными среди газоразрядных  являются знаковые индикаторы типа, каждый из которых состоит из десяти тонких металлических электродов (катодов), каждый из которых соответствует  одной цифре или знаку, при  этом они включаются индивидуально. Электроды сложены так, что различные цифры появляются на разных глубинах, в отличие от плоского отображения, в котором все цифры находятся на одной плоскости по отношению к зрителю. Трубка наполнена инертным газом неоном (или другими смесями газов) с небольшим количеством ртути. Когда между анодом и катодом прикладывается электрический потенциал от 120 до 180 Вольт постоянного тока, вблизи катода возникает свечение.

Вольт-амперная характеристика газоразрядного индикатора схожа с вольт-амперной характеристикой неоновой лампы и обладает нелинейностью. Недопустимо подключение газоразрядного индикатора непосредственно к источнику напряжения. В большинстве случаев в качестве ограничителя тока используется балластный резистор.

Один из технических недостатков  газоразрядного индикатора состоит  в том, что цифры укладываются стопкой одна за другой, перекрывая друг друга. Кроме того, в случае редкого включения отдельных  индикаторных катодов и активности других, частицы металла, распыляемого работающими катодами, оседают на редко используемых, что способствует их «отравлению». Существует метод  восстановления отравленных катодов  повышенным током.