способ индикации параметров и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ индикации параметров, заключающийся в том, что поддерживают с заданным допуском постоянной яркость свечения как минимум одного источника света, отличающийся тем, что в зависимости от изменения значения параметра, отображаемого посредством упомянутой индикации, изменяют яркость как минимум одного другого источника света, имеющего отличный от первого цвет свечения, с целью изменения воспринимаемого оператором результирующего цвета свечения, например, экрана, с помощью которого осуществляют упомянутую индикацию.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обеспечивают возможность изменения вида упомянутой зависимости, в соответствии с которой изменяют упомянутую яркость.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое изменение яркости осуществляют плавно или дискретно.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что обеспечивают возможность перехода от упомянутого плавного изменения яркости к упомянутому дискретному и наоборот.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обеспечивают возможность изменения (задания) яркости источника света, упомянутого первым.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обеспечивают возможность изменения (задания) максимальной и/или минимальной яркости источника света, упомянутого вторым.

7. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что обеспечивают возможность одновременно с изменением яркости источника света, упомянутого первым, пропорционально изменять максимальную и/или минимальную яркость источника, упомянутого вторым.

8. Устройство индикатора параметров, включающее как минимум один усилитель (мощности) сигнала, изменение которого соответствует изменению значения отображаемого упомянутым индикатором параметра, отличающееся тем, что упомянутый усилитель нагружен как минимум одним источником света, яркость которого изменяется при изменении упомянутого сигнала, причем рядом с первым источником света расположен как минимум еще один источник света, имеющий отличный от первого цвет свечения, яркость свечения которого поддерживается постоянной с заданным допуском, при этом изменение цвета зрительно воспринимаемого суммарного света от упомянутых источников соответствует изменению упомянутого значения.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что в качестве как минимум одного источника света, которым нагружен упомянутый усилитель, использован кристалл со светоизлучающим p-n переходом.

10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что упомянутый усилитель выполнен с возможностью изменения как минимум один раз полярности выходного сигнала при изменении усиливаемого сигнала в пределах всего диапазона изменения упомянутого параметра.

11. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что оно включает адаптер, формирующий входной сигнал усилителя, в соответствии с сигналом от датчика, предназначенного для измерения значения упомянутого параметра.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что упомянутый адаптер обеспечивает изменение полярности выходного сигнала усилителя.

13. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что оно включает вычислитель, позволяющий определить будущее значение параметра по текущему характеру его изменения, при этом такое будущее значение и является упомянутым отображаемым параметром.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что упомянутый вычислитель включает запоминающее устройство, предназначенное для хранения как минимум одного из прошлых значений параметра, будущее значение которого отображает упомянутый индикатор.

15. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что оно включает орган управления, позволяющий задавать интервал времени, через который упомянутый параметр примет упомянутое будущее значение.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к области измерительной техники и предназначены для реализации в цветовых индикаторах.

В частном случае изобретения могут быть использованы на воздушном, автомобильном, речном, рельсовом и ином транспорте для индикации параметров, характеризующих движение транспортных средств (например, скорости или ускорения), а также для индикации параметров, характеризующих состояние систем упомянутых средств (например, температуры охлаждающей жидкости или частоты вращения вала двигателя).

Уровень техники

Известен способ индикации, заключающийся в том, что поддерживают постоянной с заданным допуском яркость свечения как минимум одного источника света (например, подсветки спидометра, тахометра, указателя температуры охлаждающей жидкости и проч.).

Такой способ прост и удобен в использовании, однако при его реализации упомянутая подсветка используется лишь для освещения указателя (стрелочного, шкалового, цифрового и проч.), а не как указатель соответствующего индикатора, по которому снимают отсчет.

Известно устройство индикатора, включающее как минимум один усилитель (мощности) сигнала, изменение которого соответствует изменению значения отображаемого упомянутым индикатором параметра.

Данное устройство нашло широкое применение, однако выходной сигнал упомянутого усилителя используется лишь для управления указателем упомянутого индикатора, коим нагружен упомянутый усилитель и на который расходуется вся полезная выходная мощность, определяющая возможность зрительного восприятия.

Сущность изобретений

Основная задача, на решение которой направлены заявляемые изобретения, - оптимизация архитектуры устройств цветовой индикации.

Использование заявляемых изобретений в устройствах цветовых индикаторов и их указателей позволит получить технический результат, выражающийся в:

- минимизации требуемого числа усилителей, обеспечивающих работу источников света, при заданном диапазоне изменения цвета указателя;

- минимизации рабочей нагрузки упомянутого усилителя ("прокачиваемой" мощности) при заданных световых параметрах свечения;

- снижении требований к системе охлаждения электронной схемы при заданном числе используемых источников света, свечение которых управляется независимо друг от друга, т.е. собственной схемой (в известном смысле здесь нельзя говорить о независимости упомянутого управления);

- конструктивном упрощении электронной схемы при заданном диапазоне изменения цвета и при заданных световых параметрах свечения;

- повышении коэффициента выхода годной продукции при изготовлении электронной схемы;

- возможности использования более дешевой элементной базы;

- минимизации габаритов при сохранении эксплуатационных качеств,

а также выражающийся в

- представлении информации, касающейся динамики изменения отображаемых параметров;

- обеспечении возможности осуществления опережающего воздействия (например, на органы управления транспортным средством) с целью коррекции будущих значений параметров за счет восприятия их ожидаемого значения;

- простом, удобном и оперативном контроле над изменением параметров, а также над изменением характера изменения параметров;

- повышении чувствительности индикатора к изменению отслеживаемого параметра;

- оперативном, легко считываемом представлении информации;

- возможности снятия отсчетов с требуемой точностью;

- минимизации энергетической (световой) и информационной нагрузки на зрительный анализатор оператора (в частном случае водителя).

Сущность изобретений заключается в следующем.

1. В способ индикации, заключающийся в том, что поддерживают с заданным допуском постоянной яркость свечения как минимум одного источника света, введен следующий отличительный признак: в зависимости от изменения значения параметра, отображаемого посредством упомянутой индикации, изменяют яркость как минимум одного другого источника света, имеющего отличный от первого цвет свечения, с целью изменения воспринимаемого оператором результирующего цвета свечения, например, экрана, с помощью которого осуществляют упомянутую индикацию (предполагается, что доступным для восприятия оператором делают смешанное излучение упомянутых источников, например, используя рассеивающие среды или поверхности, волноводы и проч.).

2. В способ по п.1 введен следующий отличительный признак: обеспечивают возможность изменения вида упомянутой зависимости, в соответствии с которой изменяют упомянутую яркость (что, в частности, позволяет выбрать соответствие цветов значениям отображаемого параметра).

3. В способ по п.1 введен следующий отличительный признак: упомянутое изменение яркости осуществляют плавно или дискретно (с произвольной степенью дискретности).

4. В способ по п.3 введен следующий отличительный признак: обеспечивают возможность перехода от упомянутого плавного изменения яркости к упомянутому дискретному и наоборот (т.е. обратно, здесь также имеется ввиду возможность перехода от одной степени дискретности к другой).

5. В способ по п.1 введен следующий отличительный признак: обеспечивают возможность изменения (задания) яркости источника света, упомянутого первым (в том числе и автоматического изменения).

6. В способ по п.1 введен следующий отличительный признак: обеспечивают возможность изменения (задания) максимальной и/или минимальной яркости источника света, упомянутого вторым (в том числе и автоматического изменения).

7. В способ по п.5 или 6 введен следующий отличительный признак: обеспечивают возможность одновременно с изменением яркости источника света, упомянутого первым, пропорционально изменять максимальную и/или минимальную яркость источника, упомянутого вторым.

8. В устройство индикатора, включающее как минимум один усилитель (мощности) сигнала, изменение которого соответствует изменению значения отображаемого упомянутым индикатором параметра, введены следующие отличительные признаки: упомянутый усилитель нагружают как минимум одним источником света, яркость которого изменяется при изменении упомянутого сигнала, причем рядом с первым источником света располагают как минимум еще один источник света, имеющий отличный от первого цвет свечения, яркость свечения которого поддерживается постоянной с заданным допуском, при этом изменение цвета зрительно воспринимаемого суммарного света от упомянутых источников соответствует изменению упомянутого значения (упомянутые источники должны быть расположены настолько близко, чтобы свет их свечения определял некоторый суммарный цвет сколь угодно малой области указателя такого индикатора).

9. В устройство по п.8 введен следующий отличительный признак: в качестве как минимум одного источника света, которым нагружен упомянутый усилитель, используют кристалл со светоизлучающим p-n переходом.

10. В устройство по п.8 введен следующий отличительный признак: при изменении упомянутого сигнала в пределах всего диапазона изменения упомянутого параметра выходной сигнал упомянутого усилителя как минимум один раз меняет полярность (в том случае, когда к упомянутому усилителю подключены как минимум два упомянутых кристалла).

11. В устройство по п. 8 введен следующий отличительный признак: оно включает адаптер, формирующий упомянутый сигнал (являющийся входным для усилителя), в соответствии с сигналом от датчика, предназначенного для измерения (оценки) значения упомянутого параметра (это может быть, например, аналогово-цифровой преобразователь).

12. В устройство по пп.10 и 11 введен следующий отличительный признак: упомянутый адаптер обеспечивает упомянутое изменение полярности, например, при определенных значениях упомянутого параметра.

13. В устройство по п. 8 введен следующий отличительный признак: оно включает вычислитель, позволяющий определить будущее значение некоторого параметра по текущему характеру его изменения, при этом такое будущее значение и является упомянутым отображаемым параметром.

14. В устройство по п.13 введен следующий отличительный признак: упомянутый вычислитель включает запоминающее устройство, предназначенное для хранения как минимум одного из прошлых значений параметра, будущее значение которого отображает упомянутый индикатор.

15. В устройство по п.13 введен следующий отличительный признак: оно включает орган управления, позволяющий задавать интервал времени, через который упомянутый некоторый параметр примет упомянутое будущее значение.

Перечень фигур

На фиг.1 схематично представлен один из вариантов указателя, позволяющий реализовать изобретение по п.1 Сущности изобретений. Здесь в качестве примера приведен указатель температуры охлаждающей жидкости.

На фиг. 2 представлен график, иллюстрирующий режимы работы источников света, используемых в упомянутом указателе (фиг.1).

На фиг.3 схематично представлен один из вариантов устройства индикатора, позволяющий реализовать изобретение по п.8 Сущности изобретений. Здесь в качестве примера приведен указатель будущего значения скорости.

На фиг. 4 представлен график, иллюстрирующий режимы работы источников света, используемых в упомянутом индикаторе (фиг.3).

На фиг. 5 представлен график, иллюстрирующий режимы работы источников света, используемых в упомянутом индикаторе (фиг.3), после изменения зависимости, в соответствии с которой изменяют яркость части источников света упомянутого индикатора.

На фиг. 6 представлен график, иллюстрирующий режимы работы источников света, используемых в упомянутом индикаторе (фиг.3), после пропорционального изменения параметров, определяющих свечение упомянутых источников света.

На фиг. 7 представлен график, иллюстрирующий режимы работы источников света, используемых в упомянутом индикаторе (фиг.3), после изменения параметра, определяющего свечение части из упомянутых источников света.

Фиг. 1 приведена для пояснения п.1 Сущности изобретений. На фигуре приняты следующие обозначения: 1 - источник света, яркость которого в процессе индикации практически не изменяется; 2 - источник света, яркость которого в процессе индикации изменяется в зависимости от изменения температуры охлаждающей жидкости автотранспортного средства; I₁ - среднее значение тока, протекающего через источник света 1, имеющий, например, зеленый цвет свечения; i₂ - ток, протекающий через источник света 2, имеющий, например, красный цвет свечения.

Фиг. 2 приведена для пояснения работы указателя, изображенного на фиг.1. На фигуре приведена зависимость токов, проходящих через источники света цветового индикатора, температуры охлаждающей жидкости t от значения последней. На фигуре приняты следующие обозначения: I₁ - среднее значение тока, протекающего через источник света 1 (фиг.1) (жирная пунктирная линия); i₂ - ток, протекающий через источник света 2(жирная сплошная линия); t_min - рабочая температура охлаждающей жидкости; t_max - максимально допустимая температура охлаждающей жидкости; _2max - ток, проходящий через источник света 2 в том случае, когда температура охлаждающей жидкости равна t_max; T_2min - ток, проходящий через источник света 2 в том случае, когда температура охлаждающей жидкости равна t_min; I - диапазон изменения температуры охлаждающей жидкости, при котором указатель индикатора светится зеленым светом; II - диапазон изменения температуры охлаждающей жидкости, при котором цвет упомянутого указателя меняется с зеленого на желто-зеленый; III - диапазон изменения температуры охлаждающей жидкости, при котором упомянутый цвет меняется с желто-зеленого на желтый; IV - диапазон изменения температуры охлаждающей жидкости, при котором упомянутый цвет меняется с желтого на оранжевый; V - диапазон изменения температуры охлаждающей жидкости, при котором упомянутый цвет меняется с оранжевого на оранжево-красный; VI - диапазон изменения температуры охлаждающей жидкости, при котором упомянутый цвет меняется с оранжево-красного на красный.

Фиг.3 приведена для пояснения п.8 Сущности изобретений. На фигуре приняты следующие обозначения: 3 - датчик скорости; 4 - адаптер; 5 - вычислительное устройство; 6 - усилитель; 7 - сетевой адаптер; 8, 9 - источники света (например, синего и соответственно красного цвета свечения) - кристаллы со светоизлучающим p-n переходом, яркость которых изменяется в зависимости от изменения будущего значения скорости в момент времени, отстоящий от текущего на заданный интервал, причем яркость источника света 8 уменьшается при изменении скорости от нуля до некоторого значения, а яркость источника света 9 увеличивается при увеличении скорости от упомянутого некоторого значения до максимального, допустимого для данного транспортного средства; 10 - источник света (например, зеленого цвета свечения), яркость свечения которого в процессе индикации скорости не изменяется; 11 - полноцветный светоизлучающий диод (залитые в прозрачный компаунд кристаллы со светоизлучающими p-n переходами); 12, 13, 14, 15, 16 - органы управления, обеспечивающие изменение соответственно упомянутого интервала времени, максимального значения тока, проходящего через источник света 8, максимального тока, проходящего через источник света 9, вида зависимости, в соответствии с которой яркость источников света 8 и 9 изменяется при изменении скорости движения, яркости источника света 10 и пропорционально максимальных яркостей источников света 8 и 9; i - выходной сигнал усилителя; I_c - ток, проходящий через источник света 10.

Фиг.4 приведена для пояснения работы индикатора, изображенного на фиг.3, а также для пояснения п.10 Сущности изобретений. На фигуре приведена зависимость от будущего значения скорости v движения автомобиля тока, проходящего через источник света 10 (фиг.3), (жирная пунктирная линия) и выходного сигнала усилителя (жирная сплошная линия), определяющего токи, проходящие через источники света 8 и 9 градиентного цветового спидометра. На фигуре приняты следующие обозначения: I₊ - максимальное значение тока, проходящего через источник света 8; I_c - ток, проходящий через источник света 10; I_- - максимальное значение тока, проходящего через источник света 9; v_max - максимальная скорость, допустимая для данного транспортного средства; v_c1 - будущее значение скорости, при котором индикатор светится зеленым цветом; i - выходной сигнал усилителя (как источника тока).

Фиг.5 приведена для пояснения п.2 Сущности изобретений. На фигуре приведена зависимость от будущего значения скорости движения автомобиля тока, проходящего через источник света 10 (фиг.3), (жирная пунктирная линия) и выходного сигнала усилителя (жирная сплошная линия), определяющего токи, проходящие через источники света 8 и 9 градиентного цветового спидометра. Важно то, что здесь уже другая в сравнении с фиг.4 зависимость изменения выходного сигнала усилителя от скорости движения. На фигуре приняты те же обозначения, что и на фиг.4.

Фиг.6 приведена для пояснения п.7 Сущности изобретений. На фигуре приведена зависимость от будущего значения скорости движения автомобиля тока, проходящего через источник света 10 (фиг.3), (жирная пунктирная линия) и выходного сигнала усилителя (жирная сплошная линия), определяющего токи, проходящие через источники света 8 и 9 градиентного цветового спидометра. Важно то, что здесь уже другие в сравнении с фиг.5 абсолютные значения и тока I"_c, проходящего через источник света 10, и максимальных токов I"₊ и I"_- источников света 8 и 9. Остальные обозначения, принятые на фигуре, те же, что и на фиг.4.

Фиг. 7 приведена для пояснения п.6 Сущности изобретений. На фигуре приведена зависимость от будущего значения скорости движения автомобиля тока, проходящего через источник света 10 (фиг.3), (жирная пунктирная линия) и выходного сигнала усилителя (жирная сплошная линия), определяющего токи, проходящие через источники света 8 и 9 градиентного цветового спидометра. Важно то, что здесь уже другое в сравнении с фиг.4 абсолютное значение максимального тока I"" источника света 9, что предопределяет изменение с v_c1 (фиг. 4) на v_c2 будущего значения скорости, при котором индикатор светится зеленым цветом. Остальные обозначения, принятые на фигуре, те же, что и на фиг.4.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретений

Ниже рассмотрены один из возможных вариантов реализации заявляемого способа индикации (на примере отображения температуры охлаждающей жидкости автотранспортного средства), а также один из возможных вариантов работы устройства индикатора (на примере градиентного цветового спидометра).

Заявляемый способ реализуется следующим образом (см. фиг.1 и 2). 1. При включении автомобиля независимо от температуры охлаждающей жидкости "загорается" источник света 1. При достижении упомянутой температуры значения t_min (когда двигатель прогреется) яркость источника света 2 примет заданное значение (соответствующее установленному для такой температуры значению тока I_2min) - воспринимаемый водителем результирующий (определяемый текущим соотношением яркостей упомянутых источников) цвет указателя упомянутой температуры изменится, например станет зеленым с желтоватым оттенком. Дальнейшее увеличение упомянутой температуры приведет к следующим переходам цвета упомянутого указателя, приведенным в описании фиг.2.

Упомянутые переходы будут иметь место благодаря изменению только яркости источника 2 при постоянной яркости источника света 1. При этом для изменения яркости источника света 2 потребуется только одна схема управления, активно работающая (когда выходной сигнал большой) только при крайних значениях отображаемого параметра (здесь работает принцип своеобразного "цветового рычага" - для создания эффекта восприятия изменения цвета яркого объекта требуется существенно меньшая яркость дополнительной его подсветки источником света с другой цветностью).

В качестве источника света 1 может быть выбран дешевый источник света, например лампа накаливания со светофильтром или люминесцентная лампа, также, возможно, со светофильтром. Здесь важно то, что для перехода указанным способом от зеленого цвета свечения к красному требуется использование двух источников соответственно с зеленым и красным цветом свечения. Легко управлять свечением кристаллов с светоизлучающим p-n переходом, однако чем больше частота генерируемого таким переходом излучения, тем дороже кристалл, тем больше разброс его характеристик и проч. и проч. Свечением, например, лампы накаливания управлять существенно сложнее из-за ее инертности (а люминесцентной практически невозможно), однако, если такую лампу использовать в качестве источника постоянного свечения - упомянутого источника 1, то представляется возможным решить проблему стоимости и воспроизводимости цветовых характеристик упомянутого указателя.

Для сравнения упомянутый кристалл зеленого цвета свечения стоит в 8 раз дороже такового с красным цветом свечения, при этом разброс его характеристик в 15 раз больше нежели у "красного". Аналогично при использовании заявляемого способа решается проблема перебора всего спектра - от синего до красного. Известно, что "синих" светоизлучающих кристаллов с p-n переходами нет. Заменить их можно, например, люминесцентной лампой со светофильтром. Тогда, включая сначала "синий" источник света (и поддерживая его яркость постоянной) и увеличивая яркость "зеленого", можно перейти от синего цвета свечения указателя к зеленому (при условии, что визуально воспринимаемая яркость "зеленого" будет выше таковой для "синего"). Затем, выключив "синий" и включив "красный" источник света (соотношения яркостей которого с "зеленым" такое же), при уменьшении яркости "зеленого" и постоянной яркости "красного" можно перейти от зеленого цвета свечения указателя к красному.

Возможны иные комбинации включенных с постоянной и переменной яркостью источников света с различной цветностью, позволяющие получать различные цветовые последовательности, включая использование белого и пурпурного цветов. Упомянутое изменение яркости в зависимости от требуемой точности снятия отсчета можно осуществлять плавно или с различной степенью дискретности. При изменении внешних условий (например, внешней освещенности) целесообразно изменить визуально воспринимаемую яркость упомянутого указателя, т.е. как яркость источника света 1, так и яркость источника света 2. Для того, чтобы при этом не произошло изменение цвета указателя, упомянутые яркости следует изменять пропорционально.

Заявляемое устройство индикатора работает следующим образом (см. фиг.3, . . . , 7). Сигнал от датчика скорости 3, преобразованный адаптером 4, записывается в память вычислительного устройства 5. Записанное текущее значение скорости сравнивается с ранее записанным предыдущим значением путем нахождения их разницы. Упомянутая разница умножается на число интервалов времени между упомянутыми текущим и предыдущим значениями скорости, определяемое исходя из заданного интервала времени (который определен исходя из, например, условий движения) между текущим моментом времени и тем, значение ожидаемой скорости для которого предполагается отобразить на упомянутом индикаторе.

Далее находится сумма текущего значения скорости и упомянутого результата произведения. Такая сумма и представляет собой оценку будущего значения скорости. Когда упомянутое число, используемое в произведении, равно нулю, предполагается индикация текущей скорости. Здесь важно то, что при переводе зрительного внимания с дорожной обстановки на указатель скорости, а затем с указателя на дорожную обстановку водитель тратит время. При этом получается, что в сознании водителя отражается не текущее значение скорости, а некоторое прошлое, отстоящее от текущего на время, определяемое реакцией водителя и прочими обстоятельствами, влияющими на избирательное внимание. Поэтому индикация будущего значения скорости, пусть даже отстоящего от текущего на 0,5 или 0,75 с, важна с точки зрения оптимизации процесса управления транспортным средством, поскольку позволяет устранить "зазор" между воспринятым и действительным значениями скорости автомобиля.

С другой стороны, примечательно, что такой градиентный спидометр становится сверхчувствительным к изменению скорости устройством. Действительно, если штатный спидометр в первые мгновения после начала движения с ускорением вообще никак не изменит свои показания, то обсуждаемый спидометр изменит их в соответствии с заданным интервалом времени. Упомянутые действия производятся посредством аналоговых или цифровых устройств. Далее информация об упомянутом будущем значении скорости поступает на усилитель-преобразователь 6. Выходной сигнал упомянутого усилителя поступает на два кристалла со светоизлучающими p-n переходами - источники света 8 и 9. В зависимости от полярности такого сигнала работает ("светится") или тот или другой из них.

Яркость свечения, как видно из фиг.4, упомянутых источников зависит от скорости, следовательно, если яркость источника света 10 со временем не изменяется, то результирующий цвет указателя (полноцветного светоизлучающего диода 11) упомянутого индикатора при изменении скорости будет меняться. Возможные варианты смены цвета здесь аналогичны описанным выше. Уменьшение яркости при значении отображаемой будущей скорости v_c1 и v_c2 при таком способе индикации позволит минимизировать энергетическую нагрузку на зрительный анализатор водителя. Органы управления 12, 13, 14, 15 и 16 необходимы для изменения режимов работы электронной схемы упомянутого индикатора, подключаемой к сети автомобиля через сетевой адаптер 7. Они позволяют, например, устанавливать, например, удобную при данных условиях движения зависимость изменения цвета упомянутого указателя от скорости (фиг.5), что позволит минимизировать информационную нагрузку на зрительный анализатор водителя или, например, изменять визуально воспринимаемую яркость свечения упомянутого указателя (фиг.6) или, например, его цветность при определенных скоростях (фиг.7).

Из сказанного следует, что использование заявляемых изобретений приведет к конструктивному упрощению цветовых индикаторов, повышению коэффициента выхода годной продукции при изготовлении их электронных схем.