Klicka här för att komma till AEF:s Startsida! 


Aktuell Tidsperiod


       /---------------------------------------- - -

--|----|----|----|----|----|----|----|----|----|--
      1950      1960      1970      1980      1990

 

 

Displayer

Digital visning av mätdata

 

 

Fler, större bilder med förklarande text finns i Bildbilagan 

 

Presentation av mätvärden

Elektriska signaler omvandlas till synliga tecken eller bilder i displayer.

Displayer används inom två olika områden, framställning av bilder som kan vara fasta eller rörliga och framställning av tecken. Tecken (alfanumeriska) kan vara siffror, bokstäver och eventuellt endast en signal t ex röd LED- lampa.

 

Frekvensräknare.  Indikering med vertikala sifferrader.

Frekvensräknare.  Indikering med vertikala sifferrader.

Indikering genom att flytta  punkten längs en cirkel.

Indikering genom att flytta  punkten längs en cirkel.

Presentation med siffrorna placerade horisontalt i en rad.

Presentation med siffrorna placerade horisontalt i en rad.

Några metoder för att presentera digitala mätvärden

Den visuella mätvärdespresentationen med siffror kan ske efter olika metoder. En del av de första vanligaste är när indikering sker genom att en liten glimlampa (neonlampa) lyser upp bakom en siffra i ett antal vertikalt anordnade sifferrader. Detta indikeringssätt har kommit till stor användning vid till exempel frekvensräknare.

En annan presentation är en anordning med glimrör (kallkatodrör), där urladdningen i varje rör stegvis flyttas längs en cirkel. När en siffras katod sätts under spänning blir den belyst.

Ytterligare en vanlig metod är när siffrorna är placerade i en horisontell rad. Detta kan erhållas med speciellt utvecklade glimrör, där katoderna har utformats till siffror med hjälp av tunna trådar, vilka placeras över eller under varandra i parallella plan. Även tecken och bokstäver kan vara inbyggda i sådana rör. Den typen av sifferindikatorrör av glimrörstyp kallas för ”Nixierör”. För att tända glimlampor och glimrör krävs relativt hög spänning 150-250VDC

 

Indikeringsenhet vid siffervisande digitalvoltmeter

Indikeringsenhet vid siffervisande digitalvoltmeter

 

Indikeringsenhet vid digitalvoltmeter DM2001
Indikeringsenhet vid digitalvoltmeter DM2001

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vid digitalvoltmetrar förekommer oftast en speciell typ av sifferpresentation. I varje indikeringsenhet (dekad) finns siffrorna 0-9, decimalpunkt och eventuellt + och – tecken utstansade i en skiva. Bakom varje utstansning är en glödlampa placerad. Då en sådan tänds, projiceras tillhörande siffra eller tecken genom ett linssystem på en matt skiva.

Nixierör

Nixierör

 

Nixierör NL-848 Bak- och framsida

Nixierör NL-848
Bak- och framsida

 

Nixierör

Ett nixierör är en tidig typ av elektronisk display. Röret innehåller ett trådnät, som anod och flera katoder. Katoderna är formade som siffror eller andra symboler. Elektrodsystemet är placerat i ett glasbehållare med någon ädelgas under lågt tryck, vanligtvis främst neon, argon, väte och ofta med lite kvicksilver i en lagom blandning. 

När spänning ansluts mellan anoden och någon av katoderna kommer glimurladdning att alstras kring den aktuella katoden och ett ljussken i form av det önskade tecknet syns. Genom att använda olika gaser kan man få olika färger på ljuset. Röret saknar uppvärmd katod, därför kallas det kallkatodrör. Nixieröret överstiger sällan +50°C (egenuppvärmning) under de svåraste driftsförhållandena.

Den vanligaste formen av nixierör har tio katoder i former av siffrorna 0 till 9 (och ibland en decimalpunkt eller två), men det finns också typer som visar olika bokstäver, tecken och symboler.

Eftersom siffror och andra tecken är ordnade bakom varandra, kommer tecken att visas på olika djup, vilket ger nixieröret  ett distinkt utseende.

Genom att ansluta c:a 150V DC mellan anod och katod kommer katoden att glöda med en karakteristisk röd-orange färg. Strömförbrukningen är några milliampere och är beroende av tecknens storlek.

 

Nixieröret användes tidigt i digitalvoltmetrar, frekvensräknare, multimetrar, skrivbordsräknare och många andra typer av mätutrustningar för att presentera digitala mätvärden.

 

Andra Nixie- liknande sifferrör tillverkades samtidigt av andra företag och kallades av olika varumärkesskyddade namn för Digitron, Inditron och Numicator. Alla rör av typen kallkatodrör, neonrör och ljusstrålerör kallas Nixierör.

Nixierör 8422 med anodnät och katodsiffror
Nixierör 8422 med anodnät och katodsiffror

Nixierör med två demonterade katodsiffror.

Nixierör med två demonterade katodsiffror.

Nixierörets tillförlitlighet  

Den genomsnittliga livslängden för tidiga typer av nixierör är c:a 5000 timmar. De senare typerna har en livslängd, som är längre än 200000 timmar. När det emitterande ljuset har minskat till ca 50% anses nixieröret förbrukat.

 

Vanliga felorsaker:

  • Enkla trådavbrott (”katodavbrott”).

  • Läckage på grund av sprickor i glaset.

  • Tecken slutar helt eller delvis att lysa på grund av ”katodförgiftning”.

  • Spänningsvariationer orsakar flimmer eller uteblivet ljus.

  • Metallisk förångning från elektroderna på glaskolvens insida förhindrar eller dämpar ljuset att komma ut.

  • Mekanisk påverkan ”mikrofoni” som orsakar kortslutningar eller avbrott mellan elektroderna.

  • Det fungerar ned till ca - 50°C, men livslängden avtar kraftigt vid temperaturer under 0°C. Detta beror på hållspänningarnas stora negativa temperaturkoefficient.

  • Höga omgivningstemperaturer över 100°C minskar livslängden.

Katodsiffrornas placering i Nixierör 8422 är 3 4 8 7 5 9 6 0 2 1 och en ”hjälpsiffra”

Katodsiffrornas placering i Nixierör 8422 är 3 4 8 7 5 9 6 0 2 1 och en ”hjälpsiffra”.

 

Nixierörets utformning

En fördel med nixieröret är att dess katoder kan utformas typografiskt för optimal läsbarhet. I de flesta fallen är siffrorna och tecknen ordnade så att de skymmer varandra minimalt. Katoderna är placerade så att de som sitter framför en som är tänd skyms minimalt. Vanlig placering är 6 7 5 8 4 3 9 2 0 1 där 6 är längst fram och 1 längst bak.

 

Relativ spektral emission för röd-gul-grön och blå LED
Relativ spektral emission för röd-gul-grön och blå LED

Det synliga ljusets som mänskliga ögat kan uppfatta.
Det synliga ljusets som mänskliga ögat kan uppfatta.

LED (Light Emitting Diod) 

Lysdiod (Light Emitting Diode, LED) är en diod, som utstrålar ljus vid tillräcklig ström, i framåtriktningen. Den första lysdioden, med synligt ljusspektrum, utvecklades 1962. I dag finns lysdioder i många olika färger, från infrarött över de synliga färgerna till ultraviolett, samt numera även kallvitt och varmvitt.

Synligt ljus har våglängdsområdet ca 380-750 nm. De olika våglängderna uppfattas som olika färger, från violett till röd, violett, indigo, blå, grön, gul, orange och röd.

Lysdioder kom till användning under slutet av 1960-talet och det var den röda lysdioden, som kom först. Sedan kom gula, orange och gröna kort tid därefter. Vanliga användningsområden var ”indikeringslampor” på instrument, paneler och displayer.

 

Lysdiodens fördelar:

  • Låg effekt (VF =1,5V till 3V, IF =10mA till 60mA).

  • Låg värmeutveckling.

  • Lång livslängd 10 000-100 000 timmar.

  • Lysdioden tänds under några ms och är lätt att dimma.

  • God miljötålighet (Tål vibration, skak och fukt bra).

  • Emitterar ljus enligt en viss spridningsvinkel.

  • Kan avge diffust ljus med stor spridningsvinkel.

Lysdiodens nackdelar:

  • Är känslig för omgivande temperatur och särskilt för värme. Kylning krävs ofta vid användning i bilar, militär användning och medicinsk apparatur.

  • Om flera parallellkopplas krävs ett seriemotstånd för varje diod.

  • Kallvita - och blåvita ljusdioder har ljusspektrum som ”emiteras” genom att chippet beläggs med fosfor. Den vita lysdioden har dålig färgåtergivning.

 

7-segment sifferdisplay.

7-segment sifferdisplay.

 

LED-display 6x7-segment.

LED-display 6x7-segment.

 

LED-display 3x7-segment
LED-display 3x7-segment

 

LED- display 2 ( 3x7-segment)
LED- display 2 ( 3x7-segment)

 

LED-display, Hexadecimal och Numerisk

LED-display, Hexadecimal och Numerisk

LED-display 7-segment

 

En vanlig tillämpning för lysdioder i olika färger är i                  7-segmentsdisplayer, som kan visa siffror och punkter. För en komplett uppsättning av bokstäver används 14-16 segment eller punktmatris 5x7 eller liknande. För att möjliggöra en skalvisning, exempelvis i en nivåindikator, finns moduler med många lysdioder satta i rad. Formaten 16-segment och 5x7-punktmatris används för alfanumeriska tecken, det vill säga bokstäverna i alfabetet och specialtecken.

 

Viktiga parametrar för displayer är exempelvis ljusstyrka, kontrast i förhållande till omgivning, färg, avläsbarhetsvinkel och effektförbrukning. Det förekommer flera olika displayteknologier, som skiljer sig avsevärt, vad avser de ovannämnda parametrarna.

 

LED-displayens fördelar är bland annat relativt god ljusstyrka, låg matningsspänning, enkel anpassning till annan elektronik samt mycket god snabbhet och lång livslängd.

 

Digital multimeter med LCD-display.

Digital multimeter med LCD-display.

 

Alfanumerisk LCD-display 20x4 tecken

Alfanumerisk LCD-display
20x4 tecken

 

Grafisk LCD-display 128x64 punkter.

Grafisk LCD-display
128x64 punkter

 

lfanumerisk LCD-display 40x4 tecken.

Alfanumerisk LCD-display
40x4 tecken

 

LCD- displayer (Liquid Crystal Display)

 LCD står för Liquid Crystal Display. I en sådan utgörs linjesegmentet av vätskekristall (flytande kristall), som normalt är genomskinlig, men som blir ogenomskinlig med ett pålagt elektriskt fält. Till skillnad från andra typer av display avger segmentet i en LCD inte själv något ljus. Den stora fördelen med LCD är den extremt låga effektförbrukningen. Nackdelen är att den är långsam. Den började att användas i början av 80-talet som sifferdisplay. I dag används den som datorskärm till laptop, t.o.m. i färg.

 

De flytande kristallerna används mest som segment i sifferindikatorer. Namnet kommer av kristallstrukturens mekaniska stabilitet. Det är en vätska av organiska föreningar (molekyler) som bildar långa stavar. Vätskan har således en viss ordnad kristallstruktur. Materialets uppbyggnad och egenskaper upptäcktes redan 1880 av F Reinizer men har först ett århundrade senare kommit till användning.

 

Vätskan innesluts mellan två ledande genomskinliga elektroder. Utanpå elektroderna finns ett hölje av glas.

Utan någon elektrisk spänning mellan elektroderna är kristallstavarna orienterade vinkelrätt mot elektroderna och vätskan verkar helt genomskinlig. Infallande ljus mot glaset passerar då genom anordningen. Lägger man en spänning mellan elektroderna uppstår ett elektriskt fält över vätskan. Stavarna vrids då 90° av fältet, varvid infallande ljus inte kan passera vätskan. Det infallande ljuset kommer i stället att reflekteras. Eftersom stavarna ligger på olika djup, kan en infallande ljusstråle reflekteras av många stavar, varför det reflekterade ljuset har mycket större intensitet än det infallande ljuset.

 

En allt större del av kommunikationen mellan maskin och människa ombesörjs idag av LCD-displayer.

 

 

 

VFD-display 40x2 tecken

VFD-display
40x2 tecken

 

 

VFD-display 40x6 tecken.
VFD-display
40x6 tecken.

Vakuumfluorescerande display (VFD)

Varje linjesegment utgörs här av en fosforbelagd anod i ett vakuumrör. Katoden består här av en varm glödtråd, som avger elektroner (funktionen liknar katodstrålerör). Vid positiv spänning på anod avlänkas elektroner till denna, som då fluoricerar och avger ljus. Det ljus som avges av VFD innehåller många färger, som kan filtreras för att förbättra färgmättnaden och skapa en djup grön eller blå färg.

 

Vakuumfluorescerande display (VFD) visar ofta symboler i form av sjusegmentet eller punktmatriser. Grafisk display, som visar bokstäver, symboler eller ord förekommer ofta. Fördelen med denna display är att den är ljusstark och har hög kontrast. En nackdel är att den fordrar relativt hög matningsspänning ca 50V. Ytterligare en nackdel är att fading (svajning) ibland kan uppstå med VFD-displayer. Ljusstyrkan sjunker då med tiden på grund av fallande utsläpp av fosfor.

 

Den tillverkas oftast i panelutförande för presentation av ett större antal tecken.

 

Plasmadisplay 32x8 tecken

Plasmadisplay
32x8 tecken

Plasmadisplay 40x12 tecken
Plasmadisplay
40x12 tecken

Plasmadisplay

 Plasmadisplayen består av ett vakuumtätt hölje fyllt med en gas, t ex. argon, med lågt tryck och med två elektroder. Linjesegmenten, punkterna, genereras här genom gasurladdning. När 150-200V appliceras mellan elektroderna drivs en urladdning mellan dem och gasen (plasmat) utsänder ljus. Då ljusalstringen är olika i olika skikt mellan anod och katod lägger man på växelspänning så att urladdningen tänds växelvis i vardera riktningen för varje halvperiod. Joniseringen av gasen kräver 0,1-1ms. Olika färger kan skapas genom att välja lämplig gas.

 

Plasmadisplayen har nackdelen av att den fordrar hög matningsspänning och är relativt långsam.

Den tillverkas i panelutförande för presentation av ett större antal tecken (≥ 240x 480 pixlar).

 

Numera används den också i moderna TV-apparater.

 

 

 

 
Filter för olika ljusspektra

Linjär polarisation.
Linjär polarisation.

 

Cirkulär polarisation.
Cirkulär polarisation.

 

Reflektion från glas och display
Reflektion från glas och display

 

Alfanumerisk display, 36 st. tecken

Alfanumerisk display, 36 st. tecken

 

Cirkulärpolariserat glas med EMI-filter

Cirkulärpolariserat glas med EMI-filter

Displayglas, optiska filter

Varje display, som är monterad på panel (frontpanel), mätinstrument, instrumentbräda  etc., som presenterar avläsbar information förses med ett lämpligt optiskt filter av glas, akryl eller plast. Avsikten med detta filter är att förbättra läsbarheten av displayen vid bl.a. mycket starkt omgivningsljus. (Filtret förbättrar kontrasten mellan displayens tecken och omgivningens ljus.)

 

Ett användningsområde där man ställer stora krav på avläsbarhet är i cockpit i flygplan. Där kan omgivningsljuset variera från mörker till starkt solljus ovan moln. (Intensiteten kan variera 4-6 dekader.)

 

Det finns en mängd typer av filter, vilka skiljer sig från varandra, genom olika uppbyggnad. Det kan skilja sig i den fysikaliska/optiska funktionen eller i valet av material. Det är av den anledningen viktigt att exakt veta till vad filtret skall användas dvs. vilka krav som ställs på filtret.

 

Vid optiska filter utgår man från spektrats våglängder. Ett område av spektrat, som begränsas av två våglängder, den längsta respektive den kortaste, kallas ett band. Det synliga området är t.ex. 400nm – 780nm. Ett band som människan kan se.

Beroende på den fysikaliska uppbyggnaden kan filtren indelas i olika grupper:

  • Absorptionsfilter

  •  Interferensfilter

  • Neutrala densitetsfilter

  • Sammansatta filter

  • Polariserade filter

Till absorptionsfilter räknas de som absorberar ljus (härav namnet). Absorptionsfilter tillverkas i glas eller plast. De används bl.a. vid fotografering och färgmättning.

 

Interferensfilter bygger, som namnet säger, på interferens. Det infallande ljuset delas upp i två ”strålar”. En går rakt igenom och den andra reflekteras och förstärks. Om våglängden är olika kommer ljuset att passera under konstruktiv interferens.

 

Ett neutralt densitetsfilter dämpar alla våglängder, inom vilket filtret är definierat, lika mycket. Detta har en stor användning där man önskar att den spektrala fördelningen ska vara opåverkad, men att intensiteten skall minskas. Inom fototekniken används graduerat neutralt densitetsfilter (ND Grad). ND Grad-filter är neutralt grå upptill och tonas ner mot klart längst ner.

 

Sammansatta filter är en kombination av ovan nämnda filtertyper. Deras filteregenskaper blir därmed ”mixad”.

 

Polariserade filter förekommer i två olika typer, dels som linjärt polariserat och dels som cirkulärt polariserat.

 

Det linjära polarisationsfiltret är som ett ”galler” för ljus, som bara släpper igenom ljus i en polarisationsriktning.

 

Cirkulära polarisationsfilter kan beskrivas som två linjära vågor som är vinkelräta och fasförskjutna 90 grader i förhållande till varandra. Cirkulär polarisation fås genom att  polarisationsplanet roterar i tiden. Ett cirkulärpolariserat filter består således av två skikt. Ett skikt som är polarisationsfilter och ett som omvandlar linjär polarisation till cirkulär polarisation.

 

Med färgade filter kan man välja ut vissa våglängdsområden och med hjälp av polarisationsfilter kan man plocka ut den polarisation man är intresserad av.

 

Polariserade filter har blivit mer vanliga och används i många olika sammanhang på grund av deras unika filteregenskaper.

 

Flygplansdisplayer ställer höga krav på optiska filter. Ett typiskt polariserat filter släpper igenom c:a 10% av påfallande ljus, mätt över hela det synliga spektrumet. Det ljus, som ”spiller tillbaka” som reflex från en displays insida, kommer att få en annan färgton än displayens egen emitterande ljus. Det är den omständigheten som ger ökad kontrast och därmed läsbarhet när cirkulärpolariserade filter används.

 

För att dämpa EMI-strålningen vid militära applikationer förses dessa filter med ett finmaskigt nät med extremt tunna trådar, som placeras mellan filtrets lager.

 

Optiska filter används vid optiska instrument, bildskärmar, TV-skärmar, fotometri, displayer i fordon, glasögon  m.m.

 

 

HP5245L principschema
HP5245L principschema

Avkodarens optokomponenter
Avkodarens optokomponenter

HP5245L:s avkodarenhet och Nixirör
HP5245L:s avkodarenhet och Nixirör

 

Fler, större bilder med förklarande text finns i Bildbilagan 

Frekvensräknare HP 5245L:s avkodare

Avkodaren i räknaren HP5245L omvandlar binärkod 4-2-2-1 (DCBA) till decimalkod för att tända siffror 0, 1, 2 , 3 ……9 på ett synnerligen ovanligt sätt. En omvandlingsmatris, bestående av åtta neonlampor och 18 fotokonduktiva element, används för omvandling av binärkodad återgivning till sifferåtergivning (sifferpresentation).

Återgivningsmatrisen visas i figuren här bredvid. Figuren visar matrisens principschema och hur de olika elementen är kopplade.

Kretsen till varje siffra är i återgivningen, som framgår, tre seriekopplade fotocellelement. Fotoelementet (fotocellen) har högt motstånd (flera MΩ) när det är mörkt och relativt lågt (kΩ) när den är belyst. När de tre fotocellerna, vilka utgör en kretsväg, belyses minskas resistansen och en tillräcklig ström kan flyta för att siffran i Nixiröret skall lysa. Det som belyser fotocellerna är neonlampor som styrs av de fyrbinära räknekretsarna. Sålunda erhålls ett mönster av lysande lampor för varje siffra. En neonlampa (glimlampa) erfordrar en högre spänning för att tändas, en att hålla den lysande. För lamporna i HP5245L gäller 70 V tändspänning och 55 V för att hålla den lysande. Detta ställer krav på de olika styrkretsarna.

 

Modernare lösning på avkodare.

En modern IC-krets t.ex. 4511 innehåller både avkodare och drivkretsar. Den omvandlar BCD-kod till drivning av 7-segment display. Displayen visar decimalt 0-9 och i vissa fall decimalpunkt.

En sådan krets styrs med TTL-nivåer och drivs med +5V matningsspänning.

 

 

Skrivet och sammanställt av Göran Gustafsson

 

Källor:

  • Studentlitteratur Optoelektronik

  • HP Displays Applications Handbook

  • IEE Industrial Electronic Engineers

  • Thorn Panelgraphic

  • Polaroid Polarizers mf.

  • Mina egna konstruktionserfarenheter.

 

Bilder: Göran Gustafsson och  AEF:s Bildarkiv


Senast uppdaterad: 2013-04-28