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Registriergerät Die Erfindung betrifft ein Registriergerät zur Aufzeichnung
von Meßwerten insbesondere eines Digitalvoltmeters auf einem Registrierpapier.
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Registriergeräte werden benötigt, wenn zeitlich veränderliche Meßwerte
festgehalten werden sollen. ü diesen Zec sind verschiedenartige Registriergeräte
bekannt. Zur Aufzeichnung variabler elektrischer Größen verwendet man vorwiegend
elektrische XT-Schreiber, welche die zeitlich aufeinanderfolgenden Meßwerte in analoger
Porm registrieren.
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Eine derartige Registrierung erweist sich als praktisch, da man auf
einen Blick erkennen kann, weicher WieBwert unkritisch und weicher gefährlich hoch
ist. Außerdem läßt sich über längere Zeiträume der Trend des Meßwertes leicht erkennen.
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Zur Anzeige von Spannungen mit hoher Genauigkeit werden deshalb üblicherweise
digitale Aufzeichnungsgeräte verwendet. Diese lassen sich an Digitaldrucker anschließen,
die zeitlich veränderliche von eie Digitalvoltmeter gemessene Werte nacheinander
auf einem Registrierpapier festhalten.
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Diese digitale Form der Aufzeichnung ist jedoch wenig übersichtlich,
wenn z.B. in einer großen Schaitwarte sehr viele Anzeigen zu überwachen sind oder
wenn zeitlich relativ schnell veränderlIche Größen beobachtet werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Registriergerät anzugeben, welches
die sehr genauen Meßwerte eines Digitalvoltmeters in analoger Form aufzeichnet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Flüssigkristallanzeigeschirm
mit einer Unterteilung in snzeigezellen, die den Meßwerten des Digitalvitmeters
derart zugeordnet sind, daß bei Ausgabe eines Meßwertes aus dem Digitalvoltmeter
die diesem Meßwert zugeordnete Anzeigezelle transparent wird, durch ein auf der
einen Seite des Flüssigkristallanzeigeschirmes angeordnetes lichtempfindliches Registrierpapier,
auf dem die Meßwerte der Größe nach geordnet nebeneinanaer aufgezeichnet werden
sollen und durch eine auf der anderen Seite des Flüssigkristallanzeigeschirmes angeordnete
Beleuchtungsquelle.
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Ein Flüssigkristallanzeigeschirm enthält eine zwischen zwei mit Elektroden
versehenen transparenten Trageplatten eingebettete großflächige transparente Flüssigkristallschicht,
welche an vorgegebenen Stellen durch Anlegen eines elektrischen Feldes lichtdurchlässig
gemacht werden kann. Wenn nun auf der einen Seite des Anzeigeschirmes eine Lichtquelle
und auf der anderen Seite des Anzeigeschirmes in unmittelbarer Nähe ein lichtempfindliches
Registrierpapier angeordnet ist, dann werden die Bildpunkte mit hoher Genauigkeit
auf das Registrierpapier projiziert. Will man sich fcrtlaufend ändernde Meßwerte
festhalten, dann wird das Registrierpapier kontinuierlich weiterbewegt, so daß eine
Meßkurve entsteht.
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Zur elektrischen Umschaltung der Lichtdurchlässigkeit in der Flüssigkristallschicht
sind verschiedenartige Aufbauarten des Anzeigeschirmes möglich.
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Im einfachsten Falle geht man von einer nematischen Flüssigkristallschicht
aus, bei der die Flüssigkristallmoleküle
zunächst senkrecht zu den
Schichtflächen angeordnet sind.
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Umgibt man diese Flüssigkristallschicht mit zwei gekreuzten Polarisatoren
und läßt diese Anordnung von weißem Licht durchlaufen, dann werden die Lichtstrahlen
durch den ersten Polarisator in einer bestimmten Richtung linear polarisiert, durchlaufen
ungeändert die Flüssigkristallschicht und werden vom zweiten Polarisator ausgelöscht.
Wird nun an die Flüssigkristallechicht ein elektrisches Feld angelegt, dann verändern
die Flüssigkristallmoleküle ihre Lage und der Flüssigkristall wird doppelbrechend.
Der Polarisationszustand des Lichtes wird geändert, so daß ein Teil des Lichtes
den zweiten Polarisator durchläuft. Da die Erscheinung der Doppelbrechung im Flüssigkristall
nur an den Stellen, an denen ein elektrisches Feld vorliegt, vorhanden ist, an benachbarten
Stellen aber nicht, werden lediglich die doppelbrechenden Stellen der Flüssigkristallschicht
transparent. Die Transparenz kommt durch Anlegen eines elektrischen ileldeFusAlaierhält
eine Schxarz-Weiß-Aufzeichnung.
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Zu einer MTeiB-Schwarz-Aufzeichnung gelangt man, wenn ein Negativregistrierpapier
an den Stellen belichtet wird, an denen in der Flüssigkristallschicht kein elektrisches
Feld vorliegt An den Stellen mit elektrischem Feld entsteht eine unbelichtete SpurQ
In diesen Fall verwendet man vorteilhafterweise eine verdrillte nematische Flüssigkristallschicht.
Diese erhält man dadurch, daß man die Trageplatten auf den der Flüssigkristallschicht
zugewandten Flächen mit einem Baumwolltuch in einer festen Richtung reibt. Die beiden
Trageplatten mit der Flüssigkristallscbicht dazwischen werden so angeordnet, daß
die ursprünglichen Reibrichtungen senkrecht aufeinanderstehen. Die Flüssigkristallmoleküle
sind dann parallel zu den Trageplattenflächen orientiert, aber von der einen Trageplattenfläche
zur anderen um 90° verdreht. Umgibt man die eingebettete Flüssigkristallschicht
wieder mit gekreuzten Polarisatoren und durchleuchtet diese Anordnung mit weißem
Licht,
so we)den die Lichtstrahlen wieder vom ersten Polarisator linear polarisiert. Durch
die um 900 verdrillte Flüssigkristallschicht wird auch die Polarisationsebene des
Lichtes um 900 gedreht und kann somit durch den zweiten Gekreuzten Polarisator hindurchtreten.
Bei Anleger eines elektrischen Feldes an die Flüssigkristallschicht werden die Flüssigkristallmoleküle
um eine zur optischen Achse des einfallenden Lichtes senkrechte Achse gedreht und
der Effekt der Drehung der Polarisationsebene kommt nicht zustande. Die durch den
ersten Polarisator hindurchtretenden linear polarisierten Lichtstrahlen behalten
ihre Polarisationsrichtung beim Durchgang durch die Flüssigkristallschicht bei und
werden vom zweiten Polarisator ausgelöscht. Von einem elektrischen Feld durch setzte
Stellen der Flüssigkristallschicht sind daher Richtung durchlässig, feldfreie Stellen
lichtdurchlässig.
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Bei Beobachtung mehrerer Registriergeräte erleicntern farbige Aufzeichnungen
eine Überwachung. Zur Herstellung eines Registrierge:eates mit Farbanzeige löst
man in der nematischen Flüssigkrist&llschicht dichroitische Farbstoffmoleküle,
deren Längsachsen die gleiche Richtung einnehmen wie die Flüssigkristallmoleküle.
Im Strahlengang vor der Flüssigkristallschicht wird ein Polatisator angeordnet,
der das einfallende Licht linear polarisiert. Sind die Flüssigkristall- und die
dichroitischen Farbstofffmoleküle parallel zur Schichtebene ausgerichtet, so läuft
das Licht ohne änderung des Farbwertes durch die Anordnung hindurch. Bei Anlegen
eines Feldes werden die Fl.issigkristall- und durch diese die dichroitischen Farbstoffmoleküle
umorientiert und ein spektraler Absorptionsprozeß bewirkt, der die Farbe des durchlaufenden
Lichtstrahles ändert. Auf einem farbempfindlichen Registrierpapier können somit
Meßwerte farbig aufgezeichnet werden.
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Wenn kurzzeitig gemessene Werte zum direkten Vergleich mit später
kurzzeitig gemessenen Werten verglichen werden sollen,
wählt man
eine Flüssigkristallschicht, die vorteilhafterweise aus einer Mischung aus nematischen
und cholesterinischen Flüssigkristallen besteht. Eine derartige Mischung weist eiu
Speicherwirkung auf. Wird eine solche Schicht durch Anlegen eines elektrischen Feldes
doppelbrechend bemacht, so bleibt die Doppelbrechnung nach Abschalten des elek trischen
Feldes weiterhin bestehen. Bei zusätzlicher Verwendung zweier gekreuzter Polarisatoren
wie in dem zuerst beschriebenen Aufbau kommt man zu einer Verbreiterung einer Meßkurve,
wenn aufeinanderfolgende Meßwerte ihre Größe ändern.
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Mit diesen unterschiedlichen Aufbauten des Flüssigkristallanzeigeschirms
lassen sich für unterschiedliche Anwendung vorteilhafte Übertagungsvorrichtungen
der Meßwerte vom Anzeigeschirla zum Registrierpapier verwirklichen. Alle erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Registriergeräte sind als Zusatzgeräte zu Digitalvolmetern gedacht.
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Ein räumlich kompaktes Gerät erhält man vorteilhafterweise, wenn das
Registrierpapier zusammen mit einer Vorschutvorrichtung unmittelbar unter dem Flüssigkristallanzeigeschirm
angeordnet i t. 0er Anzeigeschirm wird in diesem Falle auf der einen Setzte der
Flüssigkeitskristallschicht eine Anordnung von 100 parallelen mit dem Digitalvoltmeter
verbundenen Leiterstreifen und auf der anderen Seite eine durchgehende die 100 Leiterstreifen
teilweise überlappende Leiterfläche aufweise.
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Von diesen 100 Leiterstreifen führen 10 zum Ausgang für die eine Dezimalstelle
des Digitalvoltmeters und 9 x j 10 Leiterstreifen zum Ausgang für die nächst größere
Dezimalstelle des Digitalvoltmeters. Die Leiterstreifen auf dem Flüssigkristallanzeige
schirm sind mit den Ausgängen des Digitalvoltrneters so geschaltet, daß bei Ausgabe
der Zahl a b (a, b Ziffern) der ab-te Leiterstreifen angesteuert wird. Bei Verwendung
eines Anzeigeschirms mit zwei gekreuzten Polarisatoren wird der t;'berlappungspunkt
dieses Leiterstreifens mit der durchgehenden
Gegenelektrode für
das eingestahlte Licht transparent und das darunter angeordnete und kontinuierlich
bewegte Registrierpapier belichtet.
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Bin wesentlich kleinerer Aufbau des Anzelgeschlrrnes ist mög lich,
wenn auf beiden Selten der Flüssigkristallschicht je eine Anordnung von 10 parallelen
Leiterstreifen so angebracht sind, daß die beiden Anordnungen senkrecht aufeinanderstehen.
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Die Leiterstreifen der ersten Anordnung sind mit dein Ausgang für
eine Dezimalstelle des Digitalvoltmeters, die der zweiten Anordnung illit dem Ausgang
der nachfolgenden Dezimalstelle des Digitalvoltmeters verbunden. ile Zahlen 1 bis
100 liegen in diesem Fall auf dem Anzeigeschirm zeilenweise untereinander Diese
matrixförmige Anordnung aller 100 Zahlen :ird über 100 Lichtleiter den hinten einer
Zeile des Registrierpapiers zugeordnet. Auf diese Weise können die vom Digitalvoltmeter
als gegebenen Zahlen in der Reihenfolge zunehmender Größe auf dem Registrierpapier
aufgezeichnet werden. Das Registrierpapier ist wieder mit einer Vorschubvorrichtung
verbunden.
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Eine gleichzeitige Peobachtung des gerade ausgegebenen Meßwertes auf
dem Anzeigeschirm und eine Aufzeichnung dieses Meßwertes auf dem linear bewegten
Registrierpapier ermöglicht eine Anordnung, bei der der Flüssigkristallanzeigeschirm
derart durch Lichtleiter mit dem Registrierpapier verbunden ist, daß die auf der
Bildfläche des Flüssigkristallanzeigeschirms endenden Lichtleiter am Rande der Überlappungsflachen
von 100 Leiterstreifen auf der einen Seite des Anzeigeschir-zes und der durchgehenden
Leiterfläche auf der anderen Seite des hnzeigeschirms vorliegen.
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Eine analoge Aufzeichnung von gleichzeitig auftretenden Meßwertpaaren
läßt sich dadurch realisieren, daß der Flüssig kristallanzeigeschirm auf beiden
Seiten der Flüssigkristalischicht je eine Anordnung von 100 parallelen Leiterstreifen
aufweist,
wobei die beiden Leiterstreifenanordnungen senkrecht aufeinanderstehen und mit je
einem Digitalvoltmeter verbunden sind. Das Registrierpapier ist anschließend an
die Bnildfläche des Flüssigkristallanzeigeschirmes fest angeordnet. Bei Ausgabe
von Meßwerten aus den beiden Digitalvoltmetern werden auf ac Registrierpapier den
Meßwertpaaren Punkte zugeordnet.
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Die Erfindung wird ad Hand von Ausführungsbeispielen In der Figurenbeschreibung
weiter erläutert.
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Die Figur 1 zeigt einen mit dem Registrierpapier direkt von bunden
Flüssigkristallenezeigeschirm, die Figur 2 einen durch Lichtleiter mit dem Reg strierpapier
verbundenen Anzeigeschirm, die J?igur 3 ein Registriergerät für analoge und quasianaloge
Darstellung und die Figur 4 einen XY-Schreiber.
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Das in der Figur i dargestellte Registriergerät besteht aus einem
ersten Polarisator 1, aus einer ersten Tragplatte 2, einer nematischen Flüssigkristallschicht
3, einer zweiten Tragplatte 4, einem zweiten gekreuzten Polarisator 5 und einem
Registrierpapier 6, welches auf einer schematisch gezeichneten Vorschubeinrlchtung
7 angeordnet ist. Die Tragplatte 2 trägt auf der an die Flüssigkristallschicht 3
anschließenden Fläche eine etwa bis zur Hälfte der Fläche durchgehende Leiterschicht
8, welche über eine Leitung 9 geerdet ist. Die Tra platte 4 trägt auf der an die
Flüssigkristallschicht 3 angrenzenden Fläche eine Vielzahl von parallelen Leiterstreifen
10, welche über die leiterstreifen 11, 12, 13 usw. derart nli; einem Digitalvoltmeter
verbunden sind, daß benachbarte Leiterstreifen größenordnungsmäßig nebeneinanderliegenden
Spannungen zugeordnet sind. Mißt das Digitalvoltmeter eine Spannung von 0,1 Volt,
dann wird über die Leitung ii an den ersten Leiterstreifen
10 eine
Spannung angelegt. An der Überlappungsstelle 14 dieses Leiterstreifens 10 und der
Leiterfläche 8 und der hier anliegenden Flüssigkristallschicht liegt dann ein elektrisches
Feld an. Die Flüssigkristallschicht 3, deren Moleküle an feldfreien Orten parallel
zu den Schichtflächen ausgerichtet sind, wird an der Stelle, an der ein elektrisches
Feld vorliegt, doppelbrechend, nachdem sich hier die Flüssigkristallmoleküle aus
der Parallelstellung herausgedreht haben. Fällt nun aus dem parallelen Lichtstrahlenbündel
15 der Teilstrahl 16 durch den Polarisator 1, im nunmehr linear polarisierten Zustand
durch die transparente Trägerplatte 2, die ebenfalls transparente Leitfläche 8 und
durch die Flüssigkristallschicht 8, so wird hier der Polarisationszustand zerstört.
Nach Durchlaufen der Leiterschicht 10 an der Stelle 14 und der Tragplatte 4 kann
der nicht mehr polarisierte Teilstrahl 16 den gekreuzten Polarisator 5 passieren
und das lichtempfindliche Registrierpapier 6 am Ort 17 belichten. Der Rest des Lichtstrahlenbündels
15, der ebenfalls durch den Polarisator 1 linear polarisiert wird, durchläuft die
Flüssigkristallschicht 3 an feldfreien Orten ohne Anderung des Polarisationszustandes
und wird deshalb an dem gekreuzten Polarisator 5 ausgelöscht.
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Ändern sich nun die vom Digitalvoltmeter gemessenen Spannungswerte
zeitlich und wird das Registrierpapier 6 in der Richtung t weiterbewegt, so entsteht
auf diesem eine Spur, der man für jeden Zeitpunkt die Größe der gemessenen Spannung
entnehmen kann.
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Die in der Figur 2 dargestellte Anordnung besteht wieder aus einem
ersten Polarisator 1, einer ersten Tragplatte 2, der Flüssigkristallschicht 3, der
zweiten Tragplatte 4 und dem gekreuzt angeordneten Polarisator 5. Auf den Tragplatten
2 und 4 ist je eine Anordnung von zehn Leiterstreifen aufgebracht, welche mit den
Leitungen 18, 19, 20, 21, ... bzw. 22, 23, 24,
25, ... verbunden
sind. Die Leiterstreifen der einen Leiterstreifenanordnung sind über die Leitungen
18, 19, 20, 21, mit dem Ausgang für eine Dezimalstelle des Digitalvoltmeters, die
Leiterstreifen der anderen Leiterstreifenanordnung sind über die Leiter 22, 23,
24, 25 ... mit dem Ausgang der benachbarten Dezimalstelle des Digitalvoltmeters
verbunden. Durch diese Verbindung der Leiterstreifen mit dem Digitalvoltmeter sind
aufeinanderfolgende Spannungsmeßwerte dem Anzeigeschirls zeilenweise zugeordnet.
Über die Lichtleiter 26 werden nun diese zehn Zeilen auf dem Anzeigeachirm einer
einzige in x-Richtung liegender Zeile auf dem Registrierpapier ugeführt.
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In der Flüssigkristallschicht 3 werden hier nematische verdrillte
wlüssigikristalle verwendet. Der Anzeigeschirm wird dann, wie schon oben beschrieben,
nur an den feldfreien Stellen transparent. Als Registrierpapier 36 wird ein Negativpapier
verwendet. Wird das Registrierpapier 36 in der Richtung t fortbewegt, so wird eine
Weiß-Schwarz-Spur aufgezeichnet.
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In der Figur 3 ist ein Blüssigkristallanzeigeschirm 27 dargestellt,
auf dem die jeweiligen Meßwerte mit dem Auge betrachtet werden können. Diese Meßwerte
werden gleichzeitig aufgew zeichnet. Der Aufbau des Anzeigeschirn:tes 27 gleicht
de in der Figur 1 beschriebenen Aufbau mit der Ausnahme, daß hier die leiterfläche
8 und die Leiterbahnen 10 sich nicht nur ein kurzes Stück, sondern auf den gesamten
Leiterstreifenflächen überlappen. Die Bildfläche des Anzeigeschlrms ist hier in
von der Form der Leiterstreifen abhängige Streifen 28 eingeteilt, von denen ein
von dem Lichtstrahlenbündel 15 beleuchteter angesteuerter Streifen 29 aufgehellt
wird. Am Rande des Anzeigeschirms wird diese Aufhellung durch Lichtleiter 30 auf
das Registrierpapier 6 übertragen, welches bei Bewegung in t-Richtung den Meßstreifen
31 hinterläßt.
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Die Figur 4 zeigt schematisch einen XY-Schreiber. Der Anzeige schirm
enthält zwei Anordnungen von je 100 Leiterstreifen,
welche senkrecht
aufeinanderstehen und von denen die Leiterstreifen der einen Leiterstreifenanordnung
über die Anschlüsse a1, a2, a3, ... mit einem ersten Digitalvoltmeter und die Leiterstreifen
der anderen Leiterstreifenanordnung über die Leitungen bl, b2, b3, ... mit einem
zweiten Digitalvoltmeter verbunden sind. Mißt das erste Digitalvolimeter eine Spannung
x, das zweite gleichzeitig eine Spannung y, dann lassen sich mit diesem XY-Schreiber
alle gleichz.eitig auftretenden Punktepaare aufzeichnen. Der Punkt 32 wird an gesteuert,
wenn das erste Digitalvoltmeter einen über den lei ter a2 geführten Meßwert und
das zweite Digitalvoltmeter gleichzeitig einen über den Leiter b3 gefwrrten Meßwert
ausgibt. Bei aufeinanderfolgenden Anst euerungen vieler Meßwertpaare durch die beiden
Digitalvolbmeter werden die Kreuzungspunkte der betreffenden Leiterstreifen transparent,
wobei auf einem dem Anzeigeschirm zugeordneten festliegenden Registrierpapier z.B.
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eine Kurve 33 aufgezeichnet wird.
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4 Figuren 12 Patentansprüche