автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Управляемые отражательные элементы на основе пористых матриц

Введение

1. Пассивные индикаторы и тенденции их развития.

1.1. Пассивные иццикаторы.

1.2. Основные свойства пористых матриц

В материалах ХХУ1 съезда КПСС предусматривается дальнейшее развитие автоматизированных систем управления, неотъемлемой частью которых являются устройства и элементы индикации. Создание гибких автоматизированных производств повышает роль оператора в процессах контроля за работой автоматов, требует выведение и концентрацию информации на диспетчерских пультах и мнемосхемах С 1 1 . Основной идеей взаимодействия оператора с процессами и аппаратами является распределение функций между ними на основе их взаимного дополнения. Учитывая, что почти 80% информации человек воспринимает по зрительному каналу, необходим её вывод в виде условных изображений на табло, мнемосхемах, экранах и т.д., объединённых в систему отображения информации ( СОИ ).

По способу использования устройств отображения информации ( УОИ ) в системах управления их можно разделить на устройства коллективного, группового и индивидуального пользования [ 2.'I . По виду воспроизведения информации УОИ разделяются на сигнализирующие , обзорные и знаковые 13 1 .По характеру формирования информации УОИ разделяются на устройства с плоским изображением -двумерные и устройства с объёмным изображением объекта - трёхмерные. По характеру излучения и преобразования света индикаторные элементы ( ИЭ ) делятся на активные и пассивные [43.

Активные индикаторы преобразуют подводимую энергию (чаще всего электрическую) в световое излучение. Устройства на их основе работают на обратном контрасте ( объект ярче фона) и, для хорошего воспроизведения информации индикаторы этого типа должны обеспечивать яркость свечения не менее, чем в 10 раз превышав-щую яркость фона. В силу этого обстоятельства активные индикаторы мало пригодны при работе в условиях высокой освещённости С 41 . Пассивные индикаторы модулируют падающий или проходящий свет вследствие рассеяния, отражения, поглощения, состояния поляризации, спректрального состава. В пассивных индикаторах различаются символы с прямым или цветным контрастом. За небольшим исключением пассивные ИЭ не вышли пока ещё за рамки лабораторных исследований и опытных образцов [4,5] и продолжают вызывать все больший интерес специалистов в связи с большими возможностями их дальнейшего использования в промышленных образцах аппаратуры.

Начало интенсивного развития индикаторных устройств приходится на вторую половину 60-х, начало 70-х годов. Уже в то время были предприняты первые попытки создания плоского телевизионного экрана на светоизлучающих индикаторных приборах [6,7,8] . Значительный интерес проявлялся к обнаружению и исследованию эффектов, позволяющих модулировать падающий или проходящий свет [9,13]

Несмотря на большие усилия, затрачиваемые на создание устройств отображения, до настоящего времени все еще не создан универсальный индикаторный прибор, удовлетворяющий всем требованиям, предъявляемым к индикаторам У4] . Поэтому разработчики многих ведущих стран мира продолжают вести поиск новых материалов и эффектов для создания элементов и устройств отображения.

На сегодняшний день класс пассивных идцикаторов, в работе которых заложены различные физические принципы, стал достаточно обширным. Однако их широкое применение в промышленности - дело будущего .

Большое значение при конструировании индикаторных устройств уделяется вопросам зрительного восприятия информации и эргономике [45 4-21]

Из приведенных рассуждений видно, что создание индикаторных элементов, модулирующих падающий свет, для УОИ коллективного пользования, работающих в условиях нормальной и высокой внешней освещенности, является перспективным направлением. Актуальность такой работы продиктована общими тенденциями развития гибких автоматизированных производств и систем управления, а также средств вычислительной техники.

Учитывая сказанное, целью диссертационной работы является разработка и исследование пассивных плоских индикаторов на основе "широкопористого" стекла для крупногабаритных УОИ типа мнемосхем, пультов, табло и экранов, основными требованиями к которым являются: высокий контраст, возможность цветопередачи, большие линейные размеры и углы обзора, долговечность и надежность работы, технологичность и низкая стоимость.

Основные задачи, решаемые в диссертации:

1. Выбор материалов и методов исследования.

2. Исследование технических характеристик индикаторных ячеек на основе пористого стекла с жидкими, квазитвердыми и твердыми иммерсионными веществами.

3. Разработка математической модели и расчет конструктивных и технических характеристик индикаторных элементов. Анализ конструкций.

4. Экспериментальное определение основных технических характеристик.

5. Разработка конструкций и технологии изготовления индикаторов на пористом стекле.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

I. Впервые обнаружен и исследован эффект управляемого рассеяния света в изооптической композиции силикатное пористое стекло - иммерсионная жидкость. Установлено, что эффект обусловлен разностью значений показателя преломления материала каркаса пористой матрицы и вещества, введенного в поры. Возможно температурное управление рассеянием, обусловленное различием значе

2. Впервые обнаружен и исследован эффект температурного управления рассеянием изооптической композиции силикатное пористое стекло - жидкокристаллическое вещество в области температур фазового перехода.

3. Впервые обнаружен эффект температурного управления рассеянием света в композиционном материале пористое стекло - органический полимер позволивший создать твердотельный, термоуправ-ляемый индикатор.

4. Разработаны, изготовлены и исследованы действующие макеты пассивных индикаторных элементов и устройств отображения информации. Установлена возможность построения элементов отображения с контрастным отношением пропускания ~ 200:1; контрастным отношением отражения К0 » 800:1; быстродействием от 1,0 с; практически неограниченной памятью для некоторых вариантов конструкций; размерами активной части рабочих элементов инс. о О дикаторов от « 1x10" до 4x10" м , долговечностью^ 200 ч или

1x10 циклов переключений. Установлено, что контрастное отношение слабо меняется в диапазоне углов 10° - 170°.

Оригинальные конструкции индикаторов защищены тремя авторскими свидетельствами. ний компонентов.

5. Разработана математическая модель переходного процесса работы индикаторного элемента. Модель построена на основе решения совместной задачи о выделении и распространении тепла в индикаторном элементе и изменениии объемных оптических характеристик пористой пластины, заполненной иммерсионным веществом, оптические свойства которого зависят от температуры. Экспериментальная проверка разработанной модели подтвердила удовлетворительную адекватность теоретических выводов.

6. На основе исследования красящих свойств ряда красителей и подбора связующего компонента разработана технология цветных индикаторных элементов.

7. Разработан и исследован ослабитель светового потока, обеспечивающий стабильность светового потока с погрешностью 5 %,

8. Разработана и внедрена в СКВ "Титан" технология производства индикаторных элементов. Получена годовая экономия от внедрения 101,46 тыс.рублей. Планируется расширение внедрения индикаторных элементов.

9. При разработке установки вытяжки оптического волокна, создаваемой в соответствии с региональной программой "Волокно", внедрен блок индикации газо-водоснабжения.

- 157 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАЗДЕЛУ 4

1. Технологический процесс получения пористого стекла предусматривает механическую и химическую обработку исходных заготовок. Механическая обработка заключается в разрезании, шлифовании и полировании. Химическая обработка заготовок стекла позволяет получать пористые структуры, причем размерами пор,в определенных пределах, можно управлять.

2. Исследованы, возможности получения на поверхности пористых стекол резистивных нагревателей методом тонкопленочной технологии. Для получения тонкопленочных резисторов выбран резис-тивный сплав РС-3710. Для формирования контактных площадок применили медь. Построены гистограммы и распределение функции плотности номиналов резисторов для образцов с различной шероховатостью поверхности.

3. Рассмотрены особенности процесса формирования толстопленочных резисторов на широкопористых стеклах. Разработанные и из-готовленыее по нашим техническим требованиям пасты позволили сформировать на поверхности пористых стекол толстопленочные резисторы с необходимыми номиналами сопротивлений. Представлены гистограмма и распределение функции плотности номиналов толстопленочных резисторов. Разброс составил 20 + 30 %,

4.Для формирования на поверхности пористых стекол прозрачных резистивных нагревателей выбрана двуокись олова (5 л О2). Для исследуемых образцов стекла, поры которого заполнены квазитвердым иммерсионным веществом, с нанесенной на его поверхности пленкой Бп О2, пропускание в ввдимом диапазоне длин волн не превысило 75 %, Для формирования контактных площадок применяли способ вжигания контактных паст и напыление тонких пленок в вакууме.

5. Для получения многоцветных изображений в индикаторах на основе пористой матрицы, в зависимости от конструкции индикатора, применялись различные методы. В ряде случаев применялись красители на основе поливинилового спирта ( ПВС). Для окрашивания ПВС использовали класс кислотных красителей, которые применяют для крашения белковых натуральных волокон и синтетических полиамидных волокон. Используемая концетрация красителей в ПВС составляла от 0,1 % до 5,0 %.

6. Разработаны методы заполнения пор различными иммерсионными веществами.

1. Азбель 5.0.( Егоров В.А., Звоницкий А.Ю. и др. Под общей ред. проф.Майорова С.А. и к.т.н. Орловского Г.В. Гибкое автоматизированное производство.-Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1983. - 376 с.

2. Носов Ю.Р., Оптоэлектроника. М.:Сов.радио, 1977, 232 с.

3. Бутусов И.В., Измерительные информационные системы. Л.¡Недра, 1970, 526 е., с илл.

4. Штейн А.Л., Дорошкин А.А., Ульянова Т.В. Состояние и тецден-ции развития пассивных плоских индикаторов .-Зарубежная электронная техника, 1978, № 13, с. 3-56.

5. Готра З.Ю., Вистинь Л.К., Пархоменко В.В., Смеркло Л.М. и др. Под ред.Готры З.Ю. Индикаторные устройства на жидких кристаллах. -М. : Сов. радио, 1980, 240 с. с ил.

6. Сатоси, Симада. На пути к телевизору с плоским экраном. -Электроника, 1968, том 41, №8, с.3-13.

7. Электролюминесцентный экран для телевидения. Электроника, 1971, том 44, № 25, с. 5-6.

8. Масами Йосияма. Разработка плоского телевизионного экрана. -Электроника. 1969. том 42, № 6, с. 27-32.

9. Хейлмейер, Занони, Бартон. Динамическое рассеяние. Новый электрооптический эффект в определенных классах нематических жвдких кристаллов. -ТИИЭР. 1968, том 56, № 7, с.24-33.

10. Ю. Т.A. Castellano, G.H.Heilmeier and L.A. Zanoni. Guest-Host1.teractions in Nematic Liquid Crystals. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1969, vol.8, p.295-304. II. Ogawa C., Taui C., Saito 3?. New electro-optical effect:

11. Optical activity of electric-field-induced twisted-nematiacrystal. Electronic Letters. 1976, vol.12 N0.3, pp. 70-71.12,13