Un registrador gráfico es un dispositivo electromecánico que registra una tendencia de entrada eléctrica o mecánica en una hoja de papel (el gráfico). Los registradores de gráficos pueden registrar varias entradas utilizando bolígrafos de diferentes colores y pueden registrar en gráficos de tiras o gráficos circulares. Los registradores de gráficos pueden ser completamente mecánicos con mecanismos de relojería, electromecánicos con un mecanismo de reloj eléctrico para controlar el gráfico (con entradas mecánicas o de presión) o completamente electrónicos sin ningún componente mecánico (un registrador de gráficos virtual).
Los registradores de gráficos se construyen en tres formatos principales. Los registradores de gráficos de tira tienen una tira larga de papel que se expulsa del registrador. Los registradores de gráficos circulares tienen un disco de papel giratorio que debe reemplazarse con más frecuencia, pero son más compactos y se pueden encerrar detrás de un vidrio. Los registradores de gráficos de rollo son similares a los registradores de gráficos de tira, excepto que los datos registrados se almacenan en un rollo redondo y la unidad generalmente está completamente cerrada.
Los registradores de gráficos son anteriores a los registradores de datos electrónicos que los han reemplazado en muchas aplicaciones.
Charles Babbage incorporó un registrador gráfico al carro dinamómetro que construyó en 1838 o 1839. [1] Así lo describió: "Un rollo de papel de mil pies de largo se desenrollaba lentamente sobre la larga mesa... Acerca de una docena de plumas conectadas a un puente que cruzaba el centro de la mesa marcaban cada una su propia curva independiente, gradualmente o mediante saltos..." El avance del papel estaba engranado a las ruedas del vagón de ferrocarril, mientras las plumas registraban el tiempo, la tracción de la la locomotora y muchas otras variables.
Parte del sistema telegráfico de Samuel Morse era un registrador automático de los puntos y rayas del código, inscritos en una cinta de papel mediante un bolígrafo movido por un electroimán, con un mecanismo de relojería que hacía avanzar el papel. [2] En 1848-1850, John Locke utilizó un sistema de tales registros para mejorar la precisión de las observaciones astronómicas de las estrellas, proporcionando una precisión temporal mucho mayor que los métodos anteriores. Este método también fue adoptado por astrónomos de otros países. [3] El registrador de sifón de William Thomson, primer barón Kelvin de 1858 era un instrumento sensible que proporcionaba un registro permanente de señales telegráficas a través de largos cables telegráficos submarinos. Estas grabadoras pasaron a denominarse registros de bolígrafo , aunque este término luego pasó a formar parte de la jerga policial que se refiere al uso de dicho registro para registrar los números de teléfono marcados.
El 18 de septiembre de 1888 se concedió una patente para un 'indicador y registrador de presión' a William Henry Bristol. [4] Bristol formó la Bristol Manufacturing Company en 1889. La Bristol Company fue adquirida por Emerson Electric Company en marzo de 2006 y continúa fabricando varios registradores gráficos electromecánicos diferentes, así como otros productos de instrumentación, medición y control.
El primer registrador gráfico para monitoreo ambiental fue diseñado por el inventor estadounidense JC Stevens mientras trabajaba para Leupold & Stevens en Portland, Oregon, y se le concedió una patente para este diseño en 1915. [5] Los registradores gráficos todavía se utilizan en aplicaciones donde se requiere retroalimentación visual instantánea. requerido o donde los usuarios no tienen la necesidad, oportunidad o capacidad técnica para descargar y ver datos en una computadora o donde no hay energía eléctrica disponible (como en zonas peligrosas en una plataforma petrolera o en estudios ecológicos remotos). Sin embargo, los costos cada vez menores y los requisitos de energía de los registradores de datos les permiten reemplazar cada vez más a los registradores gráficos, incluso en situaciones donde la energía de la batería es la única opción.
El gráfico de papel pasa por el bolígrafo a un ritmo constante mediante un mecanismo de relojería o de accionamiento eléctrico. Un método común es utilizar un motor síncrono en miniatura que gira a una velocidad constante relacionada con la frecuencia eléctrica ; Se utiliza un tren de engranajes para impulsar el papel. Los registradores de gráficos industriales pueden tener trenes de engranajes de dos velocidades que permiten utilizar una velocidad más alta para los ajustes iniciales de un proceso o para seguir las alteraciones del proceso. Los registradores médicos y científicos permiten configurar una amplia gama de velocidades controladas con precisión.
Un registrador "XY" controla el gráfico dependiendo del valor de otra señal de proceso. Por ejemplo, una máquina de ensayo universal puede trazar la fuerza de tensión sobre una muestra en función de su longitud. Dependiendo del registrador, se mueve el diagrama de papel o el carro de escritura tiene dos ejes de movimiento. Los ejemplos de registradores xy se remontan al siglo XVIII en forma de diagramas indicadores de vapor utilizados para registrar la presión y el volumen en las máquinas de vapor.
Se han adoptado muchos mecanismos para marcar el papel. En el registrador telegráfico de sifón de 1858, un fino tubo capilar está conectado a un depósito de tinta y es desviado por la señal del proceso. En los registradores gráficos de tira modernos se ha utilizado un cartucho desechable que combina una pluma con punta de fibra y un depósito de tinta. Otros tipos de grabadoras utilizan un lápiz calentado y papel térmicamente sensible, una impresora de impacto que utiliza una cinta y un martillo accionado eléctricamente, una señal eléctrica que actúa a través de un lápiz sobre papel electrosensible o una chispa eléctrica que crea una mancha visible en papel aluminizado. . Una forma de registrador sensible y de alta velocidad utilizaba haces de luz ultravioleta reflejados en galvanómetros de espejo , dirigidos a papel sensible a la luz. [6]
Los primeros instrumentos obtenían energía para mover el lápiz directamente de la señal del proceso detectada, lo que limitaba su sensibilidad y velocidad de respuesta. La fricción entre el dispositivo de marcado y el papel reduciría la precisión de las mediciones. Los instrumentos con amplificadores neumáticos, mecánicos o electromecánicos desacoplaron el movimiento del lápiz de la medición del proceso, aumentando considerablemente la sensibilidad del instrumento y la flexibilidad del registrador. Los bolígrafos accionados directamente a menudo se movían en un arco circular, lo que dificultaba la lectura de la escala; Los gráficos preimpresos tienen escalas curvilíneas impresas que compensan la trayectoria del rotulador. [7]
Muchos tipos de registradores gráficos utilizan un galvanómetro para accionar el dispositivo de marcado. Una bobina ligera de alambre suspendida en el campo magnético de un imán permanente se desvía en proporción a la corriente que la atraviesa; en lugar del puntero y la escala de un medidor de lectura directa, el registrador desvía un bolígrafo u otro dispositivo de marcado. El mecanismo de escritura puede ser una aguja calentada que escribe sobre papel sensible al calor o una simple pluma hueca alimentada con tinta. Si el bolígrafo se presiona continuamente contra el papel, el galvanómetro debe ser lo suficientemente fuerte como para mover el bolígrafo contra la fricción del papel. Para reducir la tensión sobre el galvanómetro, es posible que el bolígrafo solo se presione intermitentemente contra el medio de escritura, para causar una impresión, y luego se mueva mientras se libera la presión. [ cita necesaria ]
Cuando se requiera una mayor sensibilidad y velocidad de respuesta , se podría utilizar un galvanómetro de espejo para desviar un haz de luz que pueda registrarse fotográficamente.
Otro tipo de registrador gráfico de papel fue el oscilógrafo de haz de luz . Tenía un ancho de banda de ~5 kHz de escala completa (aproximadamente 100 veces mayor que las típicas grabadoras de lápiz de la época). Los modelos originales utilizaban un pequeño espejo unido a un galvanómetro para apuntar un haz de luz de alta intensidad al papel fotosensible. La combinación de la pequeña masa del espejo con un controlador gráfico que podía mover el papel hasta 120 pulgadas (3000 mm) por segundo proporcionó un gran ancho de banda y una impresionante resolución en el eje del tiempo. Los modelos posteriores reemplazaron el espejo con un tubo de rayos catódicos de fibra óptica estacionario que estaba en contacto directo con el papel.
Estas grabadoras tenían varios defectos. El papel fotosensible era muy caro y se decoloraba rápidamente si se exponía a la luz ambiental. Las altas velocidades de los gráficos hicieron que la duración de las pruebas fuera extremadamente corta. Estos instrumentos estaban destinados a capturar eventos de corta duración, como los lanzamientos de cohetes de la NASA en la década de 1960 y una amplia gama de eventos balísticos.
Los registradores gráficos analógicos que utilizan un movimiento galvanométrico para accionar directamente el lápiz tienen una sensibilidad limitada. En un registrador de tipo potenciométrico, el accionamiento directo del rotulador se reemplaza por un servomecanismo en el que un amplificador suministra la energía para mover el rotulador. La pluma accionada por motor está dispuesta para mover el contacto deslizante de un potenciómetro para retroalimentar la posición de la pluma a un amplificador de error. El amplificador acciona el motor de forma tan directa que reduce a cero el error entre la posición deseada y la real del lápiz. Con un amplificador de procesamiento de señales adecuado, estos instrumentos pueden registrar una amplia gama de señales de proceso. Sin embargo, la inercia del servosistema limita la velocidad de respuesta, lo que hace que estos instrumentos sean más útiles para señales que cambian en un lapso de un segundo o más. [8]
Un registrador gráfico moderno es un sistema informático integrado con un convertidor analógico a digital , un microcontrolador y un dispositivo de impresión de copias impresas; Dichos instrumentos permiten una gran flexibilidad en el procesamiento de señales, velocidad de gráfico variable en caso de alteraciones del proceso y también pueden comunicar sus mediciones a puntos remotos.
Una de las primeras unidades digitales fue diseñada por William (Bill) C. McElroy Jr., que trabajaba para Dohrman Instrument Company en Santa Clara, California . Hasta esta unidad, la mayoría de los registradores gráficos estaban montados en bastidor y tenían un rango de velocidad y sensibilidad. El diseño de McElroy era una unidad de "mesa" de rollo de papel de carga instantánea que utilizaba un circuito picador integrado para la conversión de señales. La unidad tenía placas de circuito enchufables, módulos enchufables de rango único o múltiple y módulos enchufables de velocidad única o múltiple. La sensibilidad de la grabadora era de 1 microvoltio a 100 voltios de escala completa, lo que en ese momento era una novedad en la industria. McElroy también ayudó en el diseño y construcción del cromatógrafo de gases utilizado para analizar muestras de tierra y rocas del alunizaje del Apolo 11 en 1969. [9]
