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 gráficos pueden registrar varias entradas utilizando marcadores de diferentes colores y pueden registrar en gráficos de tiras o gráficos circulares. Los registradores gráficos pueden ser completamente mecánicos con mecanismos de relojería, electromecánicos con un mecanismo de relojería eléctrico para accionar el gráfico (con entradas mecánicas o de presión) o completamente electrónicos sin ningún componente mecánico (un registrador gráfico virtual).
Los registradores gráficos se construyen en tres formatos principales. Los registradores gráficos de banda tienen una tira larga de papel que se expulsa fuera del registrador. Los registradores gráficos circulares tienen un disco giratorio de papel que debe reemplazarse con mayor frecuencia, pero son más compactos y se pueden encerrar detrás de un vidrio. Los registradores gráficos de rollo son similares a los registradores gráficos de banda, excepto que los datos registrados se almacenan en un rollo redondo y la unidad generalmente está completamente cerrada.
Los registradores de gráficos precedieron a los registradores de datos electrónicos , que los han reemplazado en muchas aplicaciones.
Charles Babbage incorporó un registrador gráfico al vagón dinamométrico que construyó en 1838 o 1839. [1] Así es como lo describió: "Un rollo de papel de mil pies de largo se estaba desenrollando lentamente sobre la mesa larga... Alrededor de una docena de bolígrafos conectados con un puente que cruzaba el medio de la mesa marcaban cada uno su propia curva independiente gradualmente o mediante saltos..." El avance del papel estaba engranado con las ruedas del vagón del ferrocarril, mientras que los bolígrafos registraban el tiempo, la fuerza de tracción de la locomotora y muchas otras variables.
Parte del sistema telegráfico de Samuel Morse era un registrador automático de los puntos y rayas del código, inscrito en una cinta de papel por una pluma movida 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 de tiempo 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. Estos registradores llegaron a denominarse registradores de pluma , aunque este término más tarde pasó a formar parte de la jerga policial que se refería al uso de dicho registro para registrar números de teléfono marcados.
El 18 de septiembre de 1888, William Henry Bristol obtuvo una patente para un "indicador y registrador de presión". [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 una serie de registradores gráficos electromecánicos diferentes, así como otros productos de instrumentación, medición y control.
El primer registrador gráfico para el monitoreo ambiental fue diseñado por el inventor estadounidense JC Stevens mientras trabajaba para Leupold & Stevens en Portland, Oregon y recibió una patente para este diseño en 1915. [5] Los registradores gráficos todavía se utilizan en aplicaciones donde se requiere retroalimentación visual instantánea 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 petrolífera o en estudios ecológicos remotos). Sin embargo, la disminución de los costos 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 papel gráfico se mueve a través de la pluma a una velocidad constante mediante un mecanismo de relojería o eléctrico. Un método común es utilizar un motor sincrónico en miniatura que gira a una velocidad constante relacionada con la frecuencia de la energía ; se utiliza un tren de engranajes para impulsar el papel. Los registradores de banda 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 diagrama en función del valor de otra señal de proceso. Por ejemplo, una máquina de prueba universal puede representar gráficamente la fuerza de tensión sobre una muestra en función de su longitud. Según el registrador en particular, se mueve el diagrama de papel o el carro de la pluma tiene dos ejes de movimiento. Los ejemplos de un registrador 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 de sifón telegráfico de 1858, un tubo capilar fino está conectado a un depósito de tinta y es desviado por la señal del proceso. En los registradores de gráficos de banda modernos, se ha utilizado un cartucho desechable que combina un bolígrafo con punta de fibra y un depósito de tinta. Otros tipos de registradores utilizan un lápiz calentado y papel termosensible, una impresora de impacto que utiliza una cinta y un martillo operado eléctricamente, una señal eléctrica que actúa a través de un lápiz sobre papel electrosensible o una chispa eléctrica que hace que un punto visible en el papel aluminizado. Una forma de registrador sensible y de alta velocidad utilizaba haces de luz ultravioleta reflejados por galvanómetros de espejo , dirigidos al papel sensible a la luz. [6]
Los primeros instrumentos obtenían la energía para mover el bolígrafo directamente de la señal de 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 desacoplaban el movimiento del bolígrafo de la medición del proceso, lo que aumentaba enormemente la sensibilidad del instrumento y la flexibilidad del registrador. Los bolígrafos accionados directamente a menudo se movían en un arco de círculo, lo que dificultaba la lectura de la escala; los gráficos preimpresos tienen escalas curvilíneas impresas en ellos que compensan la trayectoria del bolígrafo de marcado. [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 caliente que escribe sobre papel sensible al calor o un simple bolígrafo hueco alimentado por 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 en el galvanómetro, el bolígrafo podría presionarse intermitentemente contra el medio de escritura, para hacer una impresión, y luego moverse mientras se libera la presión. [ cita requerida ]
Cuando se requiere mayor sensibilidad y velocidad de respuesta, se podría utilizar un galvanómetro de espejo , para reflejar un haz de luz que pueda registrarse fotográficamente.
Otro tipo de registrador gráfico de papel era el oscilógrafo de haz de luz . Tenía un ancho de banda de ~5 kHz de escala completa (aproximadamente 100 veces mayor que los registradores de lápiz típicos de la época). Los modelos originales usaban un pequeño espejo conectado 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 proporcionaba un gran ancho de banda y una impresionante resolución del eje de 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.
Estos registradores tenían varios defectos. El papel fotosensible era muy caro y se descoloría rápidamente al exponerse a la luz ambiental. Las altas velocidades de los gráficos implicaban que las duraciones de las pruebas eran extremadamente cortas. 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 de gráficos analógicos que utilizan un movimiento galvanométrico para accionar directamente el bolígrafo tienen una sensibilidad limitada. En un registrador de tipo potenciométrico, el accionamiento directo del bolígrafo marcador se reemplaza por un servomecanismo en el que la energía para mover el bolígrafo es suministrada por un amplificador. El bolígrafo accionado por motor está dispuesto para mover el contacto deslizante de un potenciómetro para realimentar la posición del bolígrafo a un amplificador de error. El amplificador acciona el motor de manera tan directa que reduce el error entre la posición deseada y la real del bolígrafo a cero. Con un amplificador de procesamiento de señales adecuado, estos instrumentos pueden registrar una amplia gama de señales de proceso. Sin embargo, la inercia del sistema servo limita la velocidad de respuesta, lo que hace que estos instrumentos sean más útiles para señales que cambian en el 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 en papel; estos instrumentos permiten una gran flexibilidad en el procesamiento de señales, una velocidad de gráfico variable ante 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 se montaban en bastidor y tenían un rango de velocidad y uno de sensibilidad. El diseño de McElroy era una unidad de "sobremesa" con un rollo de papel de carga instantánea que utilizaba un circuito de corte 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 del registrador era de 1 microvoltio a 100 voltios de escala completa, lo que en ese momento era una novedad en la industria. McElroy también colaboró en el diseño y la construcción del cromatógrafo de gases utilizado para analizar muestras de tierra y rocas del aterrizaje del Apolo 11 en la Luna en 1969. [9]
