Жидкокристаллические индикаторы

Жидкие кристаллы - это вещества, которые не переходят путем плавления из твердого состоянии непосредственно в жидкую фазу, а прежде проходят через паракристаллическую стадию в которой молекулы частично упорядочены. В этой стадии жидкий кристалл - беловатая или прозрачная жидкость — все еще имеет некоторые из оптических свойств твердого кристалла. Существуют три главных типа жидких кристаллов— смектический, нематический и холестерический (скрученный исматический). которые различаются порядком выравнивания молекул, имеющих форму стержня. Жидкие кристаллы смектического типа содержат молекулы, параллельные друг другу, которые формируют слой, но внутри слоя не существует никакой структуры. Нематические типы образуют стержне подобные молекулы, ориентирующиеся параллельно друг другу, которые также не имеют структурированного слоя. Холестерические типы содержат параллельные молекулы, спои этих молекул имеют винтообразный или спиральный вид. Механическое напряжение, электрическое и магнитное ноля, давление и температура могут изменить молекулярную структуру жидких кристаллов. Жидкий кристалл также рассеивает спет, создавая при этом свечение. Эти свойства позволяют использовать жидкие кристаллы для показа букв it чисел на калькуляторах, цифровых часах и дисплеях автомобильных приборов. Жидкокристаллические дисплеи (liquid crystal display — LCD) также используются для портативных экранов компьютера и даже телевизионных экранов. LCD потенциально можно использовать во многих областях, и исследования в этой облает» продолжаются. Э т тип индикаторов позволяет получать достаточно качественное изображение на экранах компьютера. В некоторых индикаторах используется холестерическая разновидность жидких кристаллов. Индикатор работает следующим образом. Поляризованный свет проходит через жидкий кристалл, который поворачивает плоскость его поляризации на 90*. Затем свет проходит через второй поляризатор, который установлен под углом в 90‘ к первому. Зеркало позади этой структуры отражает свет так, что он снова возвращается через поляризатор, кристалл и первый поляризатор. В итоге свет просто отражается, но только тогда, когда жидкий кристалл находится в описанном состоянии. Когда к кристаллу прикладывается напряжение около 10 В и с частотой 50 Гн, он становится дезорганизованным, и проходящий через него свет больше не меняет поляризацию на 90й. Это означает, что спет, поляризованный первым поляризатором, не будет проходить через второй и поэтому не будет отражен от зеркала. В результате на индикаторе появляется темная область. Области с кристаллами объединяются в сегменты почти таким же способом, как и светодиоды, чтобы обеспечить необходимый вид индикатора. Размер каждой индивидуальной области может быть очень маленьким, например, формата одно­ го пиксели телевизора или экраны компьютера. На рис. 13.18 покачан принцип работы жидкокристаллического индикатора.

LCD потребляют очень маленькую мощность, но требуют источника света, чтобы можно было прочитал, показание в темноте. Вместо тот, чтобы использовать отражающее зеркало позади индикатора, можно применить эффект обратного рассеянии. Для этой конструкции идеально подходит электролюминисценсия под воздействием постоянного тока. Здесь используется состав на основе сульфида цинка, который помешается между двумя электродами (практически аналогично жидкому кристаллу). Данный состав изучает снег иол воздействием напряжения. На рис. 13.19 показано, как эффект обратного рассеяния может быть эффективно использован для индикации.

Вакуумные флуоресцентные индикаторы *

Вакуумный флуоресцентный индикатор (vacuum Пиогосеш display- VF!>) работает почти так же, как телевизионная трубка и экран монитора. Он становится все более и более популярным для использования в автомобиле, потому что создает яркий, регулируемый свет и обеспечивает более широкий выбор цветов, чем LED или LCD индикаторы. Система VFD состоит из трех главных компонентов (рис. 13.20). Эти компоненты — нить, сетка и экран с сегментами, выбранными в соответствии с назначением индикатора. Нить служит катодом, а сегменты ~ анодом главной схемы. Сетка используется, чтобы управлять яркостью путем изменения напряжения. Когда ток проходит через вольфрамовые нити, они нагреваются до нескольких сотен градусов и испускают электроны. В индикаторе сознан глубокий вакуум, чтобы молекулы воздуха не влияли на движение электронов. Сегменты покрыты флуоресцирующим веществом и связаны провода­ ми с системой управления. Когда на сегменты подается положительный потенциал, они притягивают электроны. При ударе электронов о сегменты, последние испускают желто-зеленый или сине-зеленый свет в зависимости от типа фосфора, использованного для покрытия сегмента. Вели изменил» потенциал сетки, изменится число электронов, ударяющихся о сегменты, соответственно, изменится яркость свечения. Если никакие сегменты не находятся под положительным потенциалом (обычно около 5 В), то нее испускаемые электроны останавливаются сеткой. Важное свойство сетки также со­ стоит в том, «по она влияет на организацию движения электронов.

На рис. 13.21 показана схема, применяемая для управления VFD. Отметим, что потенциал активированных сегментов выше потенциала сотки. Схема управления этой системой, в принципе, почти такая же, как и дли любого другого индикатора, то есть электронное управление соединяет один или более соответствующих сегментов с источником питания, чтобы получить желательный выходной сигнал. Стеклянная лицевая поверхность индикатора может быть окрашена, чтобы улучшить читаемость и эстетический вид. Этот тип индикатора имеет много преимуществ, ко главная проблема при его использовании в автомобиле — восприимчивость к ударам и вибрации. Однако подходящие средства монтажа могу справиться с этим недостатком.

Проекционные дисплеи

Одна из главных проблем, связанных с любым автомобильным прибором или контрольным дисплеем. заключается в том, что водитель должен ото­ рвать взгляд от дороги, чтобы увиден, информацию. Кроме того, во многих случаях, водитель не обязан все время смотреть на дисплей, и, следовательно, существует возможность пропустить важное предупреждение, например, о низком давлении масла. Для решения данной проблемы могут использоваться многие методы, вроде звуковой сигнализации или инструментов, размещаемых почти в пале зрения водителя, но один из самых инновационных метлой- проекционный дисплей (hcad-up display — HUD). Он был первоначально разработан в авиационной промышленности для летчиков-истребителей; перед конструктора­ ми самолетов стояли похожие проблемы и индикации до 100 сигналов предупреждения в кабине самолета. На рис. 13.22 показан принцип действия проекционного дисплея. Информация от устройства индикации, которое могло бы быть электронно-лучевой трубкой (cathode ray tube — CRT), направляется на полупрозрачное зеркало. Разумеется, изображение в электронно-лучевой трубке должно быть зеркальным отражением прямого изображения для этой системы. В нормальных условиях водитель должен быть в состоянии видеть дорогу через зеркало. Яркость индикации, конечно же, должна быть отрегулирована так, что­ бы соответствовать окружающим условиям освещенности. Такая система под управлением компьютера могла бы представить водителю множество данных.

Проблема, однако, в том, какую информацию представлять таким образом. Спидометр мог бы занимать часть дисплея ниже уровня зрения, а индикатор низкого давления масла мог бы вызвать вспышку прямо перед глазами водителя. Сигнал визуального предупреждения мог бы также появится в поле зрения водители, когда «вперед­ смотрящий»» радар обнаруживает угрозу столкновения. Современные HUD-системы - это инструмент прямого видения, но жидкокристаллические зеркала заднего вила, способные автоматически ослабить и срезать яркий свет фар могут быть эффективным экраном дисплея заднего обзора и мертвых зон, обслуживаемых радаром. Целью одною из наиболее интересных исследований в этой области было точно определить, куда смотрит водитель в произвольный момент времени, чтобы именно туда проецировать необходимую информацию. В этом исследовании используются крошечные видеокамеры, связанные с лазерным лучом, который отражается от роговицы глаза водителя и помогаем точно измерить, куда, он смотрит. Помимо использовании в дан­ ном исследовании, датчик движения глаза является одним из инструментов, используемых в другом биомеханическом исследовании, которое может непосредственно контролировать физическое состояние водителя. Некоторые из этих инструментов могли бы, в конечном счете, активно использоваться для управления автомобилем или будить водителя, если случайно заснет.

Резюме по методам индикации

Большая часть предыдущих разделов была посвящена активации индивидуальных устройств индикации. Однако не менее важны, методы, используемые для индикации и для компоновки всей приборной панели или группы индикаторных панелей. В значительной степени проблема снова упирается в удобство считывания информации. Когда у конструктора в наличии очень много методов, он обычно склоняется к использованию наиболее передового в технологическом отношении. Однако такой подход не всегда является самым лучшим. Благоразумно залить один простой вопрос: какова самая подходящая техника индикации для данного приложения? На рис. 13.23 показан дисплейный модуль, в котором скомбинированы некоторые из ранее обсуждавшихся устройств.

Выбор индикатора но многом определяется предпочтениями конструктора. Меня, например, раздражает цифровой индикатор скорости автомобиля или скорости вращения двигателя. Даже линейные графические дисплеи не столь хороши, как простые аналоговые приборы со стрелкой (впрочем, это толь­ ко мое мнение). Компоновка и способ, которым объединены отдельные инструменты, область, в которой проведены обширные исследования. Изучалось, напри­ мер, время, которое требуется водителю, чтобы получить необходимую информацию при взгляде на набор приборов после того, как он отвел глаз от дороги. На рис. 13.24 показана приборная панель и другие индикаторы считывания. Заметим, что панель очень компактна, поэтому информация может быть воспринята почти мгновенно, водителю нет необходимости сканировать каждое показание по очереди. Эстетические достоинства приборной панели - важный момент при продаже транспортно­ го сродства. В некоторых случаях этот фактор может вступать в противоречие с требованием лучшей читаемости.

Примеры для изучения