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Zeichende tektorsystem Die Erfindung bezieht sich auf Zeichendetektorsysteme,
wie sie im Übertragtingsschreibteil an sich bekannter Telephoneinrichtungen zur
Handschriftfernübertragung vorge sehen sind.
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Ganz allgemein ist festzustellen, daß die jeweilige Stellung eines
Schreibstifts in aufeinanderfolgenden Augenblicken in elektrische Signale umgesetzt
werden muß, wenn eine zu übertragende Ziffer oder ein Zeichen noch im Zuge des Riederschreibens
mit dem Schreib stift (d.h. in Echtzeit) in elektrische Signale umgewandelt werden
soll. An bekannten Systemen dieser Art gibt es beispielsweise u.a. ein solches,
bei dem eine Katodenstrahlröhre und ein Lichtschreiber vorgehen sind, und ein weiteres,
mechanisches System mit einem Storchenschnabelmechanismus. Doch können diese bekannten
Systeme insofern nicht befriedigen, als sie entweder in ihrem Aufbau kompliziert
und in der Herstellung aufwendig sind oder aber hinsichtlich der Ansprechgeschwindigkeit
und der betrieblichen Zuverlässigkeit zu wünschen übrig lassen.
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Die
Die Erfindung hat demgemäß zur Hauptaufgabe,
ein Zeichen detektorsystem für hai1Jschrii liche Zeichen zu schaffen, das den genannten
Erfordernissen gerecht wird und außerdem einfach und wirtschaftlich ist.
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Durch die Erfindung wird ein Zeichendetektorsystem für handschriftliche
Zeichen geschaffen, bei dem keine beweglichen mechanischen Teile vorgesehen sind,
das ferner einfach aufgebaut ist, und bei dem die Stellungskoordinaten eines Schreibstifts
auf einer ebenen Fläche ohne weiteres in augenblicklicher Aufeinanderfolge in elektrische
Signale umgesetzt werden können. Das im Rahmen der Erfindung verwendete Zei chende
te kto r System für handschriftliche Zeichen umfaßt im übrigen nur Impedanzglieder
und Phasenschieber, was die Gewähr für eine einfache Herstellungsweise, die Vermeidung
jeglichen unnötigen Aufwandes und eine hohe betriebliche Zuverlässigkeit bietet.
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Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung der Erfindungseinzelheiten anhand der beigegebenen Zeichnungen hervor.
Darin zeigen: Fig. 1 ein Fhnktionssystemschema einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Zeichende tektorsystems für handschriftliche Zeichen; Fig. 2 eine Ersatzschaltung
für die Zeichendetektortafel für handschriftliche Zeichen, die den Hauptbestandteil
der in Fig.l dargestellten Ausführungsform bildet; Fig0 3 und 4 Diagramme zur Erläuterung
des Prinzips der in Fig. 2 dargestellten Zeichendetektortafel für handschriftliche
Zeichen; Fig. 5 eine beispielhafte Zusammenstellung der für die in Fig. 2 dargestellte
Zeichendetektortafel für handschriftliche Zeichen errechneten Kapazitätswerte; Fig.
6 eine Ersatzschaltung für die elektrischen Funktionen der in Fig. 2 dargestellten
Zeichendetektortafel für handschriftliche Zeichen und des Schreib stifts; Fig.
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Fig. 7 eine Ersatzschaltung für die bei einer anderen Ausführungsform
der Erfindung vorgesehene Zeichende tektortafel für handschriftliche Zeichen; Fig.
8 und 9 Diagramme zur Erläuterung des Prinzips der in Fig. 7 dargestellten Zeichendetektortafel
für handschriftliche Zeichen Fig. 10 eine Ersatzschaltung für die elektrischen Funktionen
der in Fig. 7 dargestellten Zeichendetektortafel für handschriftliche Zeichen und
des Schreib stifts; Fig. 11 eine beispielhafte Zusammenstellung der für die in Fig.
7 dargestellte Zeichende tektortafel für handschriftliche Zeichen errechneten Widerstandswerte@
Fig. 12 eine Ersatzschaltung für die bei noch einer weiteren Äusführungsform der
Erfindung vorgesehene Zeichendetektortafel für handschriftliche Zeichen; Fig. 13
bis 17 Diagramme zur Erläuterung des Prinzips der in Figo 12 dargestellten Zeichendetektortafel
für handschriftliche Zeichen Fig. 18 eine Ersatzschaltung für die elektrischen Fnnktionen
der in Fig. 12 dargestellten Zeichendetektortafel für handschriftliche Zeichen und
des Schreib stifts; und Fig. 19 eine Modifikation der Stromquelle für die in Fig.
12 gezeigte Zeichendetektortafel für handschriftliche Zeichen.
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Es sollen nun die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigegebenen Zeichnungen beschrieben werden.
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In Fig. 1, in der in Blockform ein Funktionssystemschema einer Iusführungsform
der Erfindung gezeigt ist, bezeichnet die Bezugszahl 1 eine ebene Zeichendetektortafel
für handschriftliche Zeichen, auf die ein Blatt eines Aufzeichnungs- oder Registrierpapiers,
eine Registrierschicht o.dgl. zum Niederschreiben von Ziffern, Zeichen oder ähnlichen
Symbolen unter Benutzung eines Schreibstifts 2 aufgebracht ist. Mit den Bezugszshlen
3 und 4 sind Generatoren
toren bezeichnet, die dazu dienen, in der
X-Richtung bzw. in der Y-Richtung der Zeichendetektortafel 1 für handschriftliche
Zeichen Signale zuzuführen, und zwar so, daß sich die Phase der zugeführten Signale
beim Fortschreiten in der X- oder T-Richtung ändert.
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Es sind Vorkehrungen getroffen, um zu bewirken, daß der Phasenänderungagrad
dem Abstand in der X- oder T-Richtung auf der Zeichendetektortafel proportional
ist. Der Schreib stift 2 weist eine Schreibstiftspitze auf, die die Funktion hat,
die X,Y-Signale an der jeweils berührten Stelle auf der Oberfläche der Zeiohendetektortafel
1 abzugreifen, so daß durch Vergleich der phasenunterschied zwischen den mit der
Schreibstiftspitze entnommenen Signalen und den von den Generatoren 3 und 4 erzeugten
Signalen festgeetellt werden kann, was eine Umwandlung der jeweiligen Stellungskoordinaten
der Schreibstiftapitze auf der Zeichendetektortafel 1 in elektrische Signale gestattet.
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Die Bezugszahl 5 bezeichnet ein filter zum Trennen der Ton der Schreibstiftspitze
aufgefangenen Signale in die X- und Signale, und mit den Bezugszahlen 6 und 7 sind
Verstärker bereichnet. Ferner sind mit den Bezugszahlen 8 und 9 Phasenvergleichsschaltungen
zur Feststellung de s Phasenänderungsgrades der X-Signale bzw.
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der Signale bezeichnet und mit den B@zugszahlen 10 und 11 Regenerierschaltungen.
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In Fig. 2 ist eine elektrisch Ersatzschaltung für die Zeichendetektortafel
für handschriftliche Zeichen dargestellt, bestehend aus einer Vielzahl von Kondensatoren
und Phasenschiebern, so daß an den inschlußteilen einer großen Zahl gegeneinander
isolierter @itterwerkelektorden gleichmäßig festgelegte Phasenverschiebungen erhalten
werden können. Die Besugozahlen 12 bis 17 bezeichnen Phasenschieber, die jeweils
eine Phasenversohiebung von 900 liefern so daß also an einen Punkt c in bezug aut
einen Punkt z eine Phasen Verschiebung um 900 erhalten wird, mithin folglich an
einen Punkt e eine Phasenverschiebung um 180° und an einem Punkt g eine Phasenverschiebung
um 270°, bezogen ebenfalls auf den Punkt a. Sind also zwischen den Punkten a und
o, zwischen den Punkten c und @, zwischen den Punkten e und g sowie zwischen den
Punkten g und i zur Unterteilung ge@ignete Kondensatoren vorgesehen, so können den
betreffenden Gitterwerkelektroden
Gitterwerkelektroden Signale zugeführt
werden, deren Phasen jeweils um die gleiche Gradzahl verschoben sind.
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Es soll nun anhand der Fig. 3 und 4 das Funktionsprinzip dieser Zeichendetektortafel
1 für handschriftliche Zeichen erläutert werden. In Fig. 3 sind die Spannungen zweier
Signalquellen für Signale, die gegeneinander um 900 phasenverschoben sind, zu sin@t
bzw. sin(#t +#/2) gegeben, und diese Spannungen werden zwischen den Punkten a und
c angelegt, wobei n Kondensatoren vorgesehen sind (#C1, #C2, ... #C1, ... und #Cn),
die einen Gesamtkapazitätswert von 1 Farad haben. Falls die Spannung an dem Punkt
b, der von dem Punkt a durch C. Farad getrennt ist (da zwischen den Punkten a und
b nämlich i Kondensatoren vorgesehen sind), zu f(Ci) gegeben ist und falls zwischen
den Punkten a und c ein Strom I fließt, so erhält man
| I = jU[sinMt - sin(w't +)] = .~ 2 sin(«lt - 4«) (A) |
| = si£Lt - sinS>t - . 2 sinkt t |
| 4 |
| = )2 + F 5in(2t +t |
| worin t = tag C (c) |
| 0i-l |
Bei Fig. 4 handelt es sich um eine graphische Darstellung für den Fall
Eine gewünschte Phasenverschiebung kann folglich dadurch erhalten werden, daß man
den Wert für Ci so wählt, daß #/2 entsprechend der Darstellung der Fig. 4 in n gleiche
Teile geteilt und #Ci aus der Gle ichung
errechnet wird. In Fig. 5 sind beispielartig die betreffenden Kapazitätswerte zusammengestellt,
wenn der Bereich O bis #/2 in fünfzig gleiche Teile unterteilt wird (d.h. also n
= 50). Bei dieser Ausführungsform ist die kombinierte Serienkapazität für 0 bis
2 zu
zu 1 Farad gewählt, doch kann natürlich auch jeder andere gewünschte
Wert gewählt werden. w\'iewohl die Amplitude der Spannung f(Ci) an dem Minimalwert
C. = 2 um das 0,7fache der zugeführten Spannung oder um 3 dB abfällt, wie aus der
Gleichung (B) zu entnehmen ist, so hat sich bei Versuchen doch gezeigt, daß dies
beim Abnehmen und bei der Verarbeitung der Signale keinerlei Schwierigkeiten mit
sich bringt.
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Bei Fig. 6 handelt es sich um eine Ersatzschaltung zur Erläuterung
der elektrischen Punktione er Zeichendetektortafel 1 für handschriftliche Zeichen
und des Schreibstifts 2. In Fig. 6 bezeichnet die Bezugszahl 18 einen Vorverstärker
für die hohe Eingangsimpedanz in dem Schreibstifthalter, mit den Bezugszahlen 1,
2, 3, ... zu zu und N sind die Gitterwerkelektroden in der X- oder T-Richtung bezeichnet
und das Bezugszeichen C bezeichnet eine durch die Iso-0 lierschicht auf der Oberfläche
der Zeichendetektortafel für handschriftliche Zeichen und durch das zwischen der
Schreibstiftspitze und den Gitterwerkelektroden befindliche Registrierpapier gebildete
Kapazität. Der Schreib stift nimmt die Signale aus den Gitterwerkelektroden über
diese Kapazität CO auf. Mit den Bezugszahlen 19, 20 0 und 21 sind Phasenschieber
bezeichnet, die in der gleichen Weise wie die in Fig. 2 gezeigten Phasenschieber
12, 13 und 14 oder 15, 16 und 17 eine Phasenverschiebung von 90° bewirken. Aus dem
Gesagten ergibt sich also, daß sich der Phasenunterschied zwischen dem mit dem Schreibstift
abgenommenen Signal und dem der Zeichendetektortafel zugeführten Signal entsprechend
der jeweils von dem Schreib stift berührten Stelle ändert.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung sind als Impedanzglieder
Kondensatoren vorgesehen, doch kann man statt der Kondensatoren auch Widerstände
oder Induktivitäten als Impedanzglieder verwenden, um so die gleiche Wirkung hervorzubringen.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der als Impedanzglieder Widerstände
vorgesehen sind, soll im folgenden anhand der Fig. 7 bis 11 beschrieben werden.
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In Fig. 7 bezeichnen die Bezugszahlen 22 bis 27 Phasen schieber,
die Jeweils eine Phasenverschiebung von 900 liefern, so daß die Phase in bezug auf
einen Punkt al an einem Punkt cl also um
um 90° verschoben ist,
an einem Punkt e1 um 180° und an einem Punkt g1 um 2700. Sind also zur Unterteilung
zwischen den Punkten al und c1, den Punkten c1 und e1, den Punkten e1 und g1 sowie
den Punkten gl und il jeweils geeignete Widerstände vorgesehen, so können den betreffenden
Gitterwerkelektroden Signale zugeführt werden, die in der Phase um eine gleiche
Gradzshl verschoben sind. Dieser Sachterhalt soll anhand der Fig. 8 und 9 noch näher
erläutert werden. In Fig. 8 sind die Spannungen der beiden Signalquellen für die
um 900 gegeneinander phasenverschobenen Signale zu ttt bzw. sin(#t + gegeben, und
diese Spannungen werden zwischen den Punkten al und Cl angelegt, wobei der Widerstandswert
1 Ohm beträgt. Ist die Spannung an einem von dem Punkt a1 durch x Ohm getrennten
Punkt zu f(X) gegeben und fließt zwischen den punkten al und c1 ein Strom i, so
erhält man
| sinkt - sin g t sin¼t + ;) |
| iI (a) |
| f(x) ein«;t - iX )+x. sin(Ct + |
| worin y = tg-l X (G) |
| 1-x |
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung für # = tg-1 X/1-X. Wählt man also den Wert
von X so daß #/2 gemäß Fig. 9 in gleiche Teile geteilt wird, @o kann eine gewünschte
Phasenverschiebung erhalten werden.
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In Fig. 11 sind beispielartig die betreffenden Werte Xi zusammengestellt
für den Fall, daß die Gesamtheit in 200 gleiche Teile unterteilt wird, dh. also,
wenn zwischen 00 und 900 eine Unterteilung in 50 gleiche Teile vorgenommen wird
und der Widerstandswart zwischen den benachbarten Punkten einer gleichmäßigen Unterteilung
zu aXi gegeben ist. Bei der Anordnung der Fig. 10 ist der Widerstandiwert zwischen
00 und 900 zu 1 Ohm gewählt, doch kann natür lich auch ein anderer Wert gewählt
werden. Die Amplitude der Spannung f(X) fällt hier um das 0,7fache der zugeführten
Spannung ab, d.h. an dem Minimalwert X = 0,5 um 3 dB, wie dies aus der Gleichung
(B) hervorgeht, doch hat sich bei Versuchen gezeigt, daß dies beim Abnehmen und
bei der Verarbeitung der Signale keine Schwierigkeiten mit sich bringt.
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Fig.
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Fig. 10 zeigt eine Ersatzschaltung zur Erläuterung der elektrischen
Funktionen der in Fig. 7 dargestellten Zeichendetektortafel für handschriftliche
Zeichen und des dort gezeigten Schreibstifts. In Fig. 10 bezeichnet das Bezugszeichen
A einen Vorverstärker für die hohe Eingangsimpedanz in dem Schreibstifthalter, mit
den Bezugezahlen 1', 2', 31, ... und N sind Gitterwerkelektroden in der X- oder
!-Richtung bezeichnet und das Bezugszeichen C bezeich-0 net eine durch die Isolierschicht
an der Oberfläche der Zeichendetektortafel für handschriftliche Zeichen und durch
das zwischen der Schreibstiftspitze und den Gitterwerkelektroden befindliche Registrierpapier
gebildete Kapazität. Der Schreib stift nimmt über diese Kapazität CO die Signale
aus den Gitterwerkelektroden ab. Mit den Bezugszahlen 25 bis 27 sind Phasenschieber
bezeichnet, die in gleicher Weise wie die in Fig. 2 gezeigten Phasenschieber 12
bis 14 oder 15 bis 17 jeweils eine Phasenverschiebung von 900 bewirken.
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Aus dem Gesagten geht also hervor, daß sich der Phasenunterschied
zwischen den mit dem Schreib stift abgegriffenen Signalen und den der Zeichendetektortafel
zugeführten Signalen je nach der Stellung des Schreibstifts ändert.
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Bei Fig. 12 handelt es sich um die Darstellung einer elektrischen
Ersatzschaltung für die bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verwendete
Zeichende tektoftafel für handschriftliche Zeichen, wobei hier eine Vielzahl von
Widerständen, Kondensatoren und Transformatoren vorgesehen ist, so daß an den betreffenden
Anschlußteilen einer großen Zahl gegeneinander isolierter Gitterwerkelektroden festliegende,
gleichmäßige Phasenve rschiebungen erhalten werden. Der Mittelpunkt des Transformators
ist geerdet, so daß die Phase an einem Punkt a2 (und i2) gegen Erde um 900 verschoben
ist, während die Phase an einem Punkt e2 gegensinnig zum Punkt a2 um 90 gegen Erde
verschoben ist. An dem Punkt e2 ist also die Phase gegen den Punkt a2 um 180° verschoben.
Durch eine geeignete Wahl des Wertes R der Widerstände zwischen den Punkten a2 und
c2 und des Wertes 0I der Kondensatoren zwischen den Punkten c2 und e2 kann weiterhin
die Phase an dem Punkt c2 in bezug auf den Punkt a2 um 900 verschoben werden. Dies
soll nun unter Bezugnahme auf Fig. 13 näher erläutert werden.
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Falls
Falls die Spannung an dem Punkt a2 durch sinkt
dargestellt wird, so ist die Spannung an dem Punkt e2 durch sin(4st + -/Z) = sind
gegeben. Stellt also Vc das Potential an dem Punkt c2 dar, so erhält man
| Vc = 1 2 sinZt ~ sitzt |
| R + I R+ 1 |
| ;C' |
| = 1 zC + zuC'R |
| Vc = F 2e sinMt |
| worin e = tg MC'R (B) |
Wählt man also die Werte von #, C' und R so, daß #C'R = 1 ...
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so ist e - I und 4 Vc = # -8#/2 Mit anderen Worten, für den Punkt
c2 ergibt sich eine Phasenverschiebung in bezug auf den Punkt a2 um 900. In ähnlicher
Weise läßt sich durch eine Wahl des Widerstandswertes R zwischen den Punkten e2
und g2 sowie des Kapazitätswertes CB zwischen den Punkten g2 und i2 im Sinne der
Gleichung #C'R = 1 eine Phasenverschiebung an dem Punkt g2 in bezug auf den Punkt
e2 um 90° erreichen. Anders ausgedrückt, die Phase kann an dem Punkt g2 in bezug
auf den punkt a2 um 2700 verschoben sein.
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Sind zur Unterteilung zwischen den Punkten a2 und c2 sowie zwischen
den Punkten e2 und g2 geeignete Widerstände und zwischen den Punkten c2 und e2 sowie
zwischen den Punkten g2 und i2 geeignete Kondensatoren vorgesehen, so können den
Gitterwerkelektroden Signale zugeführt werden, deren Phasen jeweils um eine gleiche
Gradzahl gegeneinander verschoben sind. Dies sei im folgenden noch näher erläutert.
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Zunächst sei anhand der Fig. 14 auf die Unterteilung mit Widerständen
eingegangen. Die Spannungen zweier Signalquellen, deren Signale in der Phase um
900 gegeneinander verschoben sind, sind durch
durch sinkt bzw.
sin(#t + #/2) gegeben, und diese Spannungen werden zwischen den Punkten aS und e2
angelegt, wobei der Widerstandswert R vorgesehen ist. Ist die Spannung an einem
von dem Punkt a2 durch X Ohm getrennten Punkt zu f(X) gegeben und fließt zwischen
den Punkten a2 und c2 ein Strom i2, so erhält man
| sinkt - sin(wt + ) (1?) |
| ~~~~~~~~~~~~~~~~~ = 4>) (D) |
| f(X) = sinkt - i.X = 2(1 ~ X)2 + (X)2 =(1 ( ) (E) |
| X |
| worin t t tag 1 R X (F) |
| 1 - |
| X |
| Fig. 15 ist eine graphische Darstellung für f = tag 1 R |
| 1-- |
| R |
Wählt man also gemäß Fig. 15 den Wert von X so, daß #/2 in gleiche Teile unterteilt
wird, so kann eine gewünschte Phasenverschiebung erzielt werden. Die Teilungswiderstände
können in gleicher Weise wie zwischen den Punkten a2 und c2 auch zwischen den Punkten
e2 und g2 vorgesehen sein.
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Es soll nun unter Bezugnahme auf Fig. 16 und 17 die Unterteilung
mit Kondensatoren erläutert werden. Die Spannungen zweier Signalquellen für Signale,
die in der Phase gegeneinander verschoben sind, seien zu sin@t bzw. sin(rct + 2o)
gegeben, und diese Spannungen werden zwischen den punkten c3 und e3 angelegt, zwischen
denen n Kondensatoren mit einem Gesamtkapazitätswert von C' Farad vorgesehen sind.
Ist die Spannung an einem von dem Punkt O3 durch C1 Farad getrennten Punkt P (bei
i Kondensatoren zwischen den Punkten c3 und P) zu Vi(C1) gegeben und fließt zwischen
den Punkten c3 und e3 ein Strom I, so erhält man
| I = W C'[sinxt - sinkt + 2)] = 3VC' ffi sin(Xt - 4) (G) |
| Vi(Ci) = sinkt - UC';'2 sin(0t - 4) Æ |
| 4 |
| C',2 |
| = ~ C )2 + (C )2 sin(Ut + |
| 1 1 |
| ~ 1 |
| worin t gA 0i/0-l (J) |
Fig.
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Fig. 17 ist eine graphische Darstellung für
Wird also der Wert für C. entsprechend der Darstellung der Fig. 17 so gewählt, daß
2 in n gleiche Teile unterteilt wird, und wird der Wert für #Ci aus der Gleichung
errechnet, so kann eine gewünschte Phasenverschiebung erhalten werden. Auch die
Unterteilung durch Kondensatoren zwischen den Punkten g2 und i2 kann in der gleichen
Weise vorgenommen werden.
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Die beiden Spannungen f(X) und g(Ci) fallen hierbei im Vergleich
zur zugeführten Spannung sin t am Minimalarert zwar um 3 dB ab, doch hat sich bei
den durchgeführten Versuchen gezeigt, daß das Abnehmen und Verarbeiten der Signale
hierdurch nicht beeinträchtigt wird. In dieser Weise können den betreffenden Elektroden
Signale zugeführt werden, deren Phasen Jeweils um die gleiche Gradzahl verschoben
sind.
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In Fig. 18 ist eine Ersatzschaltung gezeigt, in der die elektrisohen
Funktionen der Zeichendetektortafel der Fig. 12 und des Schreibstifts dargestellt
sind. In Fig. 18 bezeichnet das Symbol A16PL einen wegen der hohen Singangæimpedanz
des Schreibstifthalters vorgesehenen Vorverstärker. Mit den Bezugszahlen 1, 2, 3
... und N sind die Gitterwerkelektroden in der X- oder Y-Richtung bezeichnet und
das Bezugszeichen C bezeichnet eine durch die Isolierschicht 0 an der Oberfläche
der Zeichendetektortafel und durch das zwischen der Schreibstiftspitze und den Gitterwerkelektroden
befindliche Registrierpapier gebildete Kapazität. Der Schreibstift nimmt die Signale
aus den Gitterwerkelektroden über die Kapazität C auf. Der 0 Phasenunterschied zwischen
den mit dem Schreibstift abgegriffenen Signalen und den der Zeichendetektortafel
zugeführten Signalen ändert sich also je nach der Stellung des Schreibstifts.
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Bei der obenbeschriebenen Ausführungsform werden die Signalquellen
durch die Transformatoren gebildet, die zu 1800 unglei chpha ei
gleichphasig
sind, doch können gleiche Phasenverschiebungen wie die durch die Transformatoren
bewirkten auch von der in Fig. 19 dargestellten Schaltung erhalten werden, deren
Signalquellen ebenfalls zu 1800 ungleichphasig sind.
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Patentansprüche