ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ СИГНАЛЬНОЕ ТАБЛО
OPTOELECTRONIC INDICATOR PANEL

Предлагаемое изобретение относится к электронной технике, в частности к средствам визуального отображения информации, в том числе и к тем средствам, где необходима повышенная надежность, например для индикации параметров систем в условиях длительной эксплуатации летательных аппаратов.
Известны устройства освещения дорожных знаков, содержащие изображение в виде информационного символа, источник света, расположенный сбоку от символа, а освещение осуществляется по контуру символа [1].
Известно также устройство подсветки контура, содержащее непрозрачный информационный символ, источник света, расположенный с тыльной стороны символа, оптическую систему из диффузионно рассеивающих материалов, освещающих символ по контуру [2].
Вышеприведенные устройства имеют сложную конструкцию, и в них в качестве источника света используются либо люминесцентные лампы, либо лампы накаливания. Эти источники света недостаточно надежны.
Известно также светодинамическое оптоэлектронное устройство подсветки символов, в котором информационный знак подсвечивается с помощью светодиодов, установленных по контуру информационного символа с тыльной его стороны. Устройству присущ недостаток, заключающийся в том, что при замене информационного символа необходимо прокладывать соответствующую трассу соетодиодов с оптической системой в виде уголкового отражателя, что усложняет технологию производства символов [3].
Более близким по технической сущности и принятым за прототип является индикатор, в корпусе которого размещены пара групп светодиодов, соединенных в последовательную цепочку с выводами для подключения напряжения постоянного тока. Для повышения яркости индикатор содержит отражающие элементы [4].
Индикатор имеет недостаток, заключающийся в недостаточной надежности считывания информации при высокой внешней освещенности (500-3000 лк). Кроме того, необходимость пайки выводов при подключении к внешним управляющим устройствам снижает эксплуатационные качества индикатора.
Целью данного изобретения является повышение надежности считывания информации при высокой внешней освещенности за счет повышения яркости и улучшение эксплуатационных качеств.
Указанная цель достигается тем, что оптоэлектронное сигнальное табло, содержащее корпус, в котором установлены пара групп светодиодов, размещенных параллельно между собой в отражающем элементе и соединенных в последовательную цепочку перемычками с выводами, связанными с источником питания, светорассеиватель, дополнительно снабжено П-образным электроизоляционным кронштейном, на одной из стенок которого установлен выступ, а на противоположной стенке выполнено ушко с отверстием, парой электроизоляционных плат, информационным трафаретом, нейтральным светофильтром, крышкой со смотровым окном, токозадающим резистором, фиксатором и входными токоведущими элементами, причем отражающий элемент состоит из ячеек по числу светодиодов, внутренняя поверхность каждого из которых выполнена из пары параболоцилиндрических отражателей, расположенных взаимоперпендикулярно, в вершинах которых выполнены отверстия с установленными в них светодиодами так, что кристаллы светодиодов соосны с фокальными осями соответствующих параболоцилиндрических отражателей.
Светодиоды с отражательным элементом установлены в выполненные отверстия одной из электроизоляционных плат и размещены внутри П-образного электроизоляционного кронштейна с выполненными в его основании парой отверстий, через которые соответственно проходят токозадающий резистор, соединенный с одним из выводов цепочки светодиодов, а вторые выводы цепочки светодиодов и токозадающего резистора соединены соответственно с выполненными П-образными токопроводящими контактами, закрепленными к другой электроизоляционной плате, и токопроводящим винтом, закрепляющим другую плату к противоположной стороне основания П-образного электроизоляционного кронштейна. Информационный трафарет, нейтральный светофильтр и крышка со смотровым окном последовательно установлены на светорассеиватель, а крышка закреплена к основанию П-образного электроизоляционного кронштейна парой винтов с противоположных сторон.
Кроме того, оптоэлектронное сигнальное табло снабжено пружинящим фиксатором в виде пластины с отверстием, установленным в выступ стенки П-образного электроизоляционного кронштейна и закрепленным к стенке корпуса, к противоположной стенке которого закреплена Т-образная направляющая, в которую установлена полупетля с выполненным в ней продольным пазом, шарнирно закрепленная валиком к ушку П-образного электроизоляционного кронштейна.
Каждый из входных токоведущих элементов оптоэлектронного сигнального табло содержит держатель с прижимным винтом и подпружиненный токоведущий контакт, примыкающий к П-образному токоведущему контакту.
Оптоэлектронное сигнальное табло иллюстрируется 6-ю чертежами.
На фиг.1 представлена конструкция общего вида оптоэлектронного сигнального табло.
На фиг.2 изображен общий вид оптоэлектронного сигнального табло с поворотным конструктивным элементом.
На фиг.3 представлен общий вид отражающего элемента конструкции с установленными в ячейках светодиодами.
На фиг.4 изображено продольное сечение по А-А с взаимным расположением светодиодов и отражающего элемента.
На фиг.5 изображено поперечное сечение Б-Б с взаимным расположением кристаллов светодиодов и параметров параболоцилиндрических отражателей.
На фиг.6 представлена принципиальная электрическая схема оптоэлектронного сигнального табло.
Общие элементы на всех чертежах обозначены одинаково.
1
4
5
8
Оптоэлектронное сигнальное табло содержит корпус 1, в котором установлена пара групп светодиодов 2…2, 2…2, размещенных параллельно между собой в отражающем элементе 3 (фиг.1).
1
8
1
1
2
2
1
Отражающий элемент 3 состоит из ячеек 3…3 по числу светодиодов 2 (фиг.3), внутренняя поверхность каждой из которых выполнена из пары параболоцилиндрических отражателей 4, 5, расположенных взаимоперпендикулярно, с общей вершиной, в которой выполнено отверстие 6 с установленным в нем светодиодом 2 так, что кристалл 7 светодиода соосен с соответствующими фокальными осями X-X (фиг.4) и X-X (фиг.5) параболоцилиндрических отражателей 4, 5. Светодиоды с отражающим элементом установлены на одну из электроизоляционных плат 8 в выполненные в ней отверстия, выводы светодиодов распаяны перемычками 9 в последовательную цепочку, к одному из выводов которой припаян токозадающий резистор 10 (фиг.1). Цепочка светодиодов с токозадающим резистором и отражающим элементом 3 помещена в П-образный электроизоляционный кронштейн 11 с выполненными в его основании 12 парой отверстий 13, 14, через которые проходят соответственно токозадающий резистор и второй вывод цепочки светодиодов, припаянные соответственно к паре П-образных токопроводящих контактов 15, 16, установленных на второй электроизоляционной плате 17, и токопроводящему винту 18, закрепляющему вторую плату к основанию П-образного электроизоляционного кронштейна. Светорассеиватель 19, информационный трафарет 20, светофильтр 21 и крышка 22 со смотровым окном 22 последовательно устанавливаются на отражательный элемент, формируя тем самым светотехнический пакет, а крышка 22 закреплена к П-образному электроизоляционному кронштейну 11 парой винтов 23 (фиг.2).
1
2
3
1
2
1
2
3
1
2
3
Входные токоведущие элементы 24, 25 содержат держатели 26, 26, 26 с прижимными винтами 27, 27, размещенные в держателях пружины 28, 28, 28 и токоведущие контакты 29, 29, 29.
Токоведущие элементы 24, 25 установлены в электроизоляционную пластину 30, которая закреплена к корпусу 1 заклепками 31.
К корпусу 1 (фиг.1) к одной из сторон закреплена Т-образная направляющая 32, в которую установлена полупетля 33 с выполненным продольным пазом, закрепленная шарнирно к ушку 34 на одной из стенок П-образного электроизоляционного кронштейна валиком 35. К противоположной стенке корпуса 1 закреплена (например, заклепками) пружинящая фиксирующая пластина 36 с отверстием, установленным в выступ 37 на противоположной от ушка 34 стенке П-образного электроизоляционного кронштейна.
На Фиг.6 представлена принципиальная электрическая схема соединения светодиодов 2 в последовательную цепочку перемычками 9. Один из выводов цепочки светодиодов через токозадающий резистор 10 связан с одним из контактов источника питания 38, а другой контакт источника питания 38 связан с другим выводом цепочки светодиодов.
Параболоидные отражатели 4, 5 (Фиг.4, 5) могут быть рассчитаны по формуле [5]:
2
h=kB/P,
где
h - высота параболоцилиндрического отражающего элемента;
В - половина ширины основания параболоидного отражающего элемента;
Р - расстояние от вершины до фокальной оси параболоидного отражающего элемента;
k - коэффициент, определяющий крутизну отражающих поверхностей отражающего элемента.
При выполнении отражающего элемента 3 параметр Р задается исходя из особенности конструкции светодиода 2 и его кристалла 7. Параметр h должен быть минимально возможным, чтобы увеличить яркость светового поля. По известным законам светораспределения освещенность обратно пропорциональна расстоянию от источника света. В предложенной конструкции оптоэлектронного сигнального табло высота отражающего элемента вдвое больше его фокусного расстояния, что обеспечивает повышенную яркость по сравнению с конструкцией прототипа.
Оптоэлектронное сигнальное табло работает следующим образом.
1
4
5
8
При подаче напряжения постоянного тока на выводы входных токоведущих элементов 24, 25 (фиг.1) прямое электрическое смещение посредством токопроводящих пружин 28, токопроводящих контактов 29, примыкающих к П-образным токопроводящим контактам 15, 16 и токопроводящему винту 18, токозадающего резистора 10 поступает на кристаллы 7 (фиг.4, 5) цепочки светодиодов 2…2, 2…2, вызывая тем самым свечение кристаллов 7. Световые потоки направлены как по нормали к световому окну табло, так и на поверхности параболоцилиндрических отражателей 4, 5. Отражаясь от них, световые потоки попадают по нормали в смотровое окно табло, увеличивая тем самым яркость светового поля, ограниченного смотровым окном оптоэлектронного сигнального табло. Кроме того, происходит усиление интенсивности светового потока по периферии параболоцилиндрических отражателей 4, 5, обеспечивая тем самым выравнивание интенсивности светового потока отражающего элемента 3.
1
1
2
2
Направленность отраженных световых потоков по нормали к смотровому окну обеспечивается тем, что кристаллы 7 светодиодов 2 установлены соосно с фокальными осями X-X и Х-Х взаимоперпендикулярно расположенных параболоцилиндрических отражателей 4, 5.
Величина токозадающего резистора 10 может быть рассчитана по следующей формуле:
10
пит
1
2
3
4
5
6
7
8
R=[U- (U+U+U+U+U+U+U+U)]/J,
10
где R - величина токозадающего резистора;
пит
U - напряжение постоянного тока на входных токоведущих элементах;
1
2
3
4
5
6
7
8
U, U, U, U, U, U, U, U - падение напряжения на соответствующих светодиодах;
J - величина электрического тока в цепочке светодиодов.
Падение напряжения на светодиодах (величина электрического тока) указывается в технической документации на светодиоды.
Напряжение постоянного тока на входных токоведущих элементах 24, 25 задается при эксплуатации на объекте, например, источником бортового напряжения постоянного тока вертолета или самолета.
Цвет свечения светового поля, а следовательно, и надписей трафарета 20 может быть красным, желтым, зеленым в зависимости от используемых типов кристаллов 7.
1
1
2
Оптоэлектронное сигнальное табло обеспечивает замену элементов конструкции, например информационного трафарета 20 с измененной надписью на нем. При нажатии на пружинящую фиксирующую пластину 36 она освобождается из зацепления с выступом 37, обеспечивая тем самым перемещение вверх светотехнического пакета с помощью выполненного паза в полупетле 33 с последующим поворотом элемента конструкции (светотехнического пакета) вокруг валика 35 (фиг.2). Снятием пары винтов 23 и крышки 22 со смотровым окном 22 обеспечивается замена элементов конструкции, например информационного трафарета, нейтрального светофильтра 19. Таким образом, улучшаются эксплуатационные качества. Кроме того, улучшению эксплуатационных качеств способствует введение входных токоведущих элементов 24, 25, обеспечивающих подключение источника питания 38 с помощью закрепления проводов прижимными винтами 27, 27 без пайки, что необходимо в конструкции прототипа.
Увеличение яркости светового поля, а следовательно, яркости надписей информационного трафарета повышает надежность оптоэлектронного сигнального табло в условиях высокой внешней освещенности. Этому способствует введение нейтрального светофильтра 21, ослабляющего внешний световой поток. Кроме того, введение нейтрального светофильтра 21 обеспечивает требование «скрытого символа» по ОСТ 100533-87 для авиационной техники.
Таким образом, представленное техническое решение предлагаемого изобретения позволяет создать «Оптоэлектронное сигнальное табло» повышенной надежности с улучшенными эксплуатационными качествами.
С использованием материалов заявки «Оптоэлектронное сигнальное табло» разработана эскизная документация, изготовлены экспериментальные образцы красного и зеленого цветов свечения, проведены предварительные светотехнические исследования.
Экспериментальные образцы оптоэлектронных сигнальных табло красного и зеленого цветов свечения по яркости свечения, цветности по красному цвету свечения и по уровню внешней освещенности соответствуют или близки к требованиям ОСТ 100533-87 г.:
1. Цветность свечения красного светового поля соответствует ОСТ 100533-87 г. с длиной волны 620 нм.
2
2. Яркость свечения красного и зеленого цвета свечения 450 кд/м.
3. Внешняя освещенность, при которой обеспечивается уверенное считывание информации, 45000 лк.
По результатам светотехнических оценочных исследований в настоящее время изготовлен блок «Оптоэлектронных сигнальных табло» для использования в рамках проводимых НИИ АО работ по созданию тренажера вертолета Ка-226 АГ.
Источники информации:
1. Патент РФ №2165650 от 14.04.2000 г., МПК 7 G09F 13/18. «Освещаемый знак и щиток для него», опубл. в БИ №11.
2. Патент США №3332161. НКИ 40-546. «Illuminated fixed indicia indicating device» (Устройство подсветки информационного символа), опубл. в авг. 1966 г.
3. Патент РФ №2249255 от 27.03.2005 г., МПК 7 G09F 13/06, 13/18. «Светодинамическое оптоэлектронное устройство подсветки контура», опубл. в БИ №9.
4. Патент РФ №1828556 от 15.02.1993 г., МПК G09F 9/33, H01L 33/00. «Индикатор», опубл. в БИ №26.
5. Д.В.Беклемишев. «Курс аналитической геометрии и линейной алгебры». Москва, «Наука», издание 5-е, переработанное, 1984 г., стр.87-88, рис.39.