Лекции по "Периферийным устройствам"

    Для  всех механических средств регистрации необходимо наличие трёх основных узлов: регистрирующего элемента, носителя информации и слоя вещества.

    Тип  регистрирующего элемента определяет  способ регистрации. Регистрирующими  элементами для способа нанесения  слоя красящего вещества на носитель являются карандаши, перья, печатающие стержни и головки, струйные каналы. Носителем информации служат различные сорта бумаги, а веществами, носимыми на нее, - графиты, чернила или краски.

    При  способе регистрации снятием  слоя вещества с носителя регистрирующими элементами являются металлический резец, перфоратор (пуансон с матрицей) или игла. Металлическим резцом снимается тонкий верхний слой, после чего обнаруживается поверхность прочного слоя. В качестве носителя распространена плотная бумага, покрытая тонким мягким слоем красящего и связывающего вещества.

    Перфоратор  и игла применяются для дискретной  деформации имеют ограниченное  быстродействие из-за инерционности  регистрирующих устройств. Далее  рассматриваются способы механической  регистрации: перьевой, струйный, печатный, резцовый и перфорационный.

 

Перьевой  способ регистрации

 

Первыми регистрирующими  элементами записи были карандаш и  перья с чернилами. Карандашная  запись осуществляется  при контакте пишущего стержня с носителем  информации и используется очень редко, в основном на стадии ручной подготовки первичных документов.

По сравнению  с карандашной записью регистрация  перьевым способом обладает рядом достоинств: относительная долговечность регистрирующих элементов, стабильность свойств и высокое качество оставляемого на бумаге следа. Недостатком перьевого способа записи является замерзание чернил при низкой температуре и высыхание при любой температуре. Перьевую запись применяют на стадии ручной работы при подготовке первичных документов, при выводе информации из ЭВМ  и в самопишущих приборах.

В качестве регистрирующего  элемента используются перья, трубки и  шариковые ручки. Красящим веществом  являются различные чернила и  чернильные пасты. В качестве носителя применяется бумага.

Для регистрации перьями и трубками используют писчие, магнитные, токопроводящие и флуоресцентные чернила; для  записи шариковыми ручками используют  чернильные пасты. Писчие чернила представляют собой водный раствор анилиновой краски с небольшим содержанием глицерина и сахара для предупреждения быстрого высыхания.

Магнитные чернила  содержат магнитный компонент типа магнетита  Fe₃ О₄ . Основной компонент токопроводящих чернил – мелкодисперсный графит. В флуоресцентных чернилах используются соединения таких элементов, как олово, кальций, марганец, железо, медь, цинк, образующие ряд с последовательно возрастающей энергией флуоресценции.

Наряду с  жидкими чернилами широко распространены чернильные пасты, представляющие растворы синтетических смол и органических красителей в высококипящих органических растворителях. С помощью пасты в отличие от чернил можно записывать на не проклеенных бумагах без расплывания изображения, так как в пастах отсутствует жидкий компонент, а закрепление их осуществляется путём отвердевания смолы.

Регистрирующий орган  чернильной записи применяется в  виде стеклянных или металлических  трубок, материалом для которых используют платину, иридий, нейзильбер, серебро  и т.д. Емкость для чернил конструктивно  соединена с трубкой либо непосредственно, либо через шланг (рис. 1).

                       

Струйный способ регистрации

 

При этом способе  регистрации информация записывается  управляемой струей вещества, находящегося в определённом агрегатном состоянии. По сравнению с перьевым струйный способ записи имеет ряд достоинств: отсутствует контакт элемента регистрации с носителем; большее быстродействие и больший срок службы устройства регистрации.

Струйный способ записи используют в устройствах  вывода информации на ЭВМ. Максимальная частота записи при этом до 10 кГц.

Струйные способы  регистрации делятся на: 1) способ управления струёй электромагнитным полем, 2) струйно-трафаретный, 3) пароструйный, 4) газоструйный, 5) плазменно-струйный.

При использовании  способа управления струей электромагнитным  полем применяются магнитные или токопроводящие чернила  (рис. 2) .

Вибрирующее сопло 3, к которому под определённым давление подают магнитную суспензию, создает  капельную струю 4. Когда управляющий  сигнал равен нулю,

капли проходят через поле постоянного магнита 2 по определённой траектории и образуют на движущемся носителе 1 линию нулевого уровня. Струя отклоняется магнитным полем электромагнита 5, подключённого к источнику регистрируемого сигнала. Для увеличения чувствительности устройства записи форма полюсов постоянного магнита выбрана так, чтобы магнитное поле было резко неоднородно.

При незначительном изменении траектории капель на участке  от сопла до постоянного магнита  происходит заметное искривление траектории на участке между указанным магнитом и носителем. Когда запись не должна производиться или носитель неподвижен, струю направляют в емкость 7, установленную около одного из полюсов постоянного магнита, а оттуда чернила перекачивают насосом 6 в резервуар, из которого они снова поступают к соплу.

 

При струйно-трафаретном способе записи аэрозоль чернил пропускают через трафарет, установленный между распылителем и носителем. Конфигурация записываемого изображения определяется формой отверстия в трафарете. Примером такого вида записи служит схема с пьезоэлектрическим вибратором. Пьезоэлектрический элемент 1, изготовленный из титана бария показан на рис.3. На обеих его сторонах расположены серебряные электроды, к которым подключен источник высокочастотных колебаний 7. Чернила поступают в пьезоэлемент по каналу 6. К нему присоединён конусный концентратор генерируемых колебаний 2, из канала которого выбрасываются чернила 5. На пути распылённых чернил от вибратора к бумаге 4 установлен трафарет 3.

Струйную запись можно также осуществлять парами красящего вещества. Этот способ записи назван М. Г. Арутюновым и В. Д. Марковичем пароструйным. В качестве носителя используют бумагу, на поверхности которой конденсирующиеся пары образуют изображение символа.

 

Одна из схем пароструйной записи изображена на рис.4. Жидкое красящее вещество 1 из резервуара 2 по трубопроводу попадает на канал 4, оканчивающийся отверстием. Обращенным к носителю. Здесь вещество нагревается внешним источником, не показанным на рисунке, до температуры, близкой к точке кипения. При подаче импульса записи на электроды 3 между ними происходит электрический разряд и выделяющееся при этом тепло переводит красящий компонент в паровую фазу. Струя пара через отверстие в трафарете 5 попадает на бумагу 6 и, конденсируясь, формирует изображение.

 

Существует способ записи газоструйный (рис.5). На схеме показан струйный триггер 1, по каналам 2 и 3 которого проходят управляемые и управляющие струи газа. Под действием управляющей струи поток газа направляется через каналы 4 и профилированные сопла 6 к носителю 5, на котором осуществляется запись. Ролики 7 поддерживают носитель в определённом положении.

Для газоструйной записи на теплочувствительных носителях  газ нагревают до необходимой  температуры. При этом используется фотоноситель типа кальвар, который  перед записью равномерно облучается ультрафиолетовым светом. При записи образуется непрозрачное изображение на прозрачном фоне.

 

При большом  разнообразии струйных способов регистрации  интерес представляет плазменно- струйный, при котором ударная волна, возникающая при образовании плазмы, воздействует на носитель, чувственный к давлению. Принципиальная схема этого способа показана на рис.6. Элемент записи 4 представляет собой пластину 3. Изготовленную из полимерного материала, в которую электроды 1 вмонтированы так, что между ними образован зазор 2 шириной 1 - 4 мм.

При подаче на электроды  импульсного напряжения  5 – 7 кВ между ними  происходит разряд в  воздух ионизируется – образуется плазма. При этом возникает ударная  волна, которая формируется коническим отверстием 6 фокусирующей платы 5, также изготовленной из метилметакриата. Выйдя из конического отверстия, ударная волна расширяется, приобретая в сечении очертания трафарета 7, и создает  на носителе 8 соответствующее изображение.

 

Ударную волну, возникающую при плазменно-струйной записи, можно использовать и для записи на обычной бумаге. Для этого между органом записи и носителем помещают копировальную ленту. Схема одного из устройств, основанного на плазменно-струйном способе записи, приведена на  рис. 7. Это устройство, аналогичное электромеханическим цепным печатающим устройствам, не имеет инерционных печатающих молоточков.

Печатный  способ регистрации

 

Этот способ широко применяется в информационно-измерительной  технике, в устройстве подготовки данных перед вводом в ЭВМ, а также при тирожировании информационных материалов.

Первым прибором с использованием записи печатания  металлических знаков с применением  красок был буквопечатающий телеграф Б. С. Якоби, созданный в 1850 г. Основным узлом этого телеграфа являлось типовое колесо с выпуклыми буквами и цифрами на ободке. При приёме знака колесо останавливалось в определённом положении относительно печатающего ролика. Между колесом и роликом проходило красочная печать.

Основное требование, предъявляемое к качественной  печати на носители – бумаге, - это надежный контакт между печатающими элементами регистрирующего устройства и бумагой. Этот контакт создаётся давлением, величина которого влияет на количество красящего вещества, переносимого на носитель.

Печатные способы регистрации делятся на печатно-ударные, печатный под натиском, печатно-трафаретный и магнитно-трафаретный. Печатный способ под натиском и печатно-трафаретный применяются в оперативной и классической полиграфии.

Печатно-ударный  способ наиболее применим в устройствах подготовки данных и вывода информации из ЭВМ. К достоинствам способа относятся: возможность получения нескольких копий и использования различного типа бумаг. Регистрация происходит в результате удара подвижной части регистрирующего элемента по носителю, расположенному на твердой опоре.

Здесь Р₀ - минимальное давление – наблюдается случайный переход краски на носитель в разных точках контура; Р_min – минимальное давление – оттиск получается удовлетворительным; Р_опт – давление – качество печатаемых  символов получается оптимальным по передаче краски; Р_кр критическое давление печати (за этой точкой увеличение давление ведет к искажению контура); r - плотность нанесения краски на носитель, %.

 

На участке  Р_опт - Р_кр  с увеличением давления качество оттиска практически не изменяется. Плотность краски на носителе информации остается неизменной.

Зависимости, указанные  на рис.8, могут использоваться в  предварительных расчетах механизма  ударной печати. При разработки электромеханических  печатающих устройств ударного  действия статический эквивалент силы давления желательно выбирать на участке Р_опт – Р_кр.

Отпечаток на носителе получается при переносе на бумагу слоя красящего вещества с промежуточного носителя или печатающих элементов  самого регистрирующего органа. В первом случае промежуточный носитель со слоем краски вводится между регистрирующим органом и бумагой, во втором – краска находится на печатающих элементах. В качестве промежуточного носителя могут быть копировальные бумаги и ленты, магнитные ленты.

Рассмотрим  принцип работы печатного способа  регистрации с промежуточным  носителем на примере печатающих устройств электромеханического типа.

На рис. 9 показан  принцип построения построчного  печатающего устройства с непрерывно вращающимся барабанным символоносителем 1. По окружности барабана выпукло нанесены символы алфавита и цифры. В качестве промежуточного носителя 2 использована копировальная лента. Печатающие  органы записи4 приводит в движение специальным приводом. Отпечатки символов получаются на бумажном носителе информации 3. За один оборот печатающего барабана печатается вся строка с выбором печати определённого символа. Бумажный носитель движется в старт-стопном режиме, останавливаясь в момент нанесения символов строки.

В печатающем устройстве цепочного типа цепь, на которой нанесены символы алфавита, движется в горизонтальном направлении (рис.10). Отпечаток на  бумажном носителе 3 образуется при ударе одного из печатающего молоточков 4, возбуждаемого механизмом привода через бумагу 3 и копировальную ленту 2 по какой-либо фигуре символов на цепи 1. При срабатывании всех печатающих молоточков печатается строка информации. Так как глаз человека в меньшей степени воспринимает неравномерность промежутков в горизонтальном направлении, чем в вертикальном, то в печатающем устройстве печатающего типа скорость печати можно получить выше по сравнению со скоростью печати в устройстве барабанного типа.

 

Максимальные  скорости на рассмотренных устройствах  электромеханического типа достигают 100 – 1500 строк / мин.

В этих устройствах  использованы рычажные механизмы. В  настоящее время они вытесняются  безрычажными механизмами, в которых  все знаки размещены на одной  печатающей головке, выполненной в  виде кольца, полукольца и сферы. Поворотом  сферической головки или кольца выбирается для печати требуемый знак.