Электростатические способы регистрации

В основу этих способов положено воздействие электростатического поля на носитель. При этом в процессе записи на носителе создаются электрические потенциальные рельефы – скрытые электростатические изображения, которые либо сохраняются на носителе для дальнейшего восприятия одним из средств регистрации информации, либо преобразуются в носитель с неоднородностями другой разновидности.

Сравнивая феррографическую регистрацию с электростатической, видим, что общим для них является то, что информация запоминается в форме скрытых изменений физического состояния вещества, а различие – в феррографии в виде воздействия на носитель электромагнитным полем, а в электростатической записи – электростатическим.

Электростатическая регистрация развивается в двух направлениях. Первое: создание средств регистрации информации, в которых скрытое электростатическое изображение формируется либо поляризацией электрическим полем носителя, либо осаждением зарядов на носитель в соответствии с регистрируемой информацией.

Второе: создание средств документирования информации и копирования информационных материалов. Это направление очень развитое и называется электрографией или электрофотографией.

Группа средств регистрации, использующая поляризацию носителя электрическим полем, близка по форме записи к электроискровому, только вместо искры используется электронный луч.

С помощью металлических электродов острие – пластина на диэлектрических поверхностях носителя получают изображения, образованные электростатическими зарядами (рис. 32).

Создание изображений, образуемых электростатическими зарядами, при электрическом разряде связано с явлением ионной проводимости газов. Если к двум близко расположенным проводникам приложить напряжение и повысить его до величины пробивного, то между ними возникает электрический разряд. При очень малых расстояниях (десятые доли миллиметра) между проводниками разряд может произойти без образования искры.

Если между двумя проводниками поместить лист диэлектрика с высоким сопротивлением, то во время разряда на поверхности диэлектрика будут скапливаться электрические заряды. Один из проводников может быть металлической пластиной, а другой – в виде острия, множества мелких игл или группы знаков различной формы. Разряд происходит за несколько микросекунд.

Фирмой “Burroughs” (США) создано электростатическое печатающее устройство. Регистрация производится с помощью 72 печатных головок, расположенных в один ряд. Каждая головка представляет собой матрицу из 35 отдельных электродов, имеющих форму проволочных игл, изолированных друг от друга. Иглы расположены так, что образуют комбинации горизонтальных рядов по пять игл в каждом. При возникновении импульса каждая игла оставляет на поверхности бумаги, покрытой слоем диэлектрика, электрический заряд в пределах маленькой круглой точки. Одновременное подведение импульсов к различным комбинациям игл позволяет записать все буквы алфавита, цифры и различные специальные символы. Выбор буквы осуществляется устройством управления.

Для получения видимого изображения применяется проявление порошком, в качестве которого используют токопроводящий материал, не требующий контактной электризации. Порошок находится в заземлённом контейнере. Когда частицы порошка входят в зону действия зарядов, создающих изображение на поверхности бумаги, на них наводятся заряды противоположной полярности.

Принципиальная схема электростатической записи электронным лучом приведена на рис. 33.

Электрические поля зарядов, образующих отдельные точки, в некоторой степени перекрываются, поэтому при проявлении точки сливаются и образуют сплошные линии (рис. 34).

Рабочие слои носителей для электростатической записи обычно изготовляют из диэлектрических материалов с удельным сопротивлением около 10¹⁸ Ом*см.

В качестве носителей используют стеклянные и керамические пластины, полиэфирную или полиэтиленовую плёнки, специальные сорта бумаг с электропроводящей основой и рабочим слоем в виде тонких плёнок полистирола и полиэтилена и пр.

Электрическое сопротивление диэлектрического слоя не зависит от уровня его освещённости, поэтому запись и всю технологическую обработку носителя проводят на свету.

Электростатическая запись может происходить при очень больших скоростях движения носителя; частота следования импульсов записи доходит до 1 МГц.

Разработаны регистрационные аппараты, в которых применимы многоэлектродные головки с ионизацией воздушного промежутка ультрафиолетовым излучением от вспомогательного разряда. Были разработаны головки двух типов – однорядные и матричные. В последних электроды расставлены в виде печатающих матриц ёмкостью 5х7 элементов каждый знак (рис. 35,а).

На расстоянии 50 мкм от ряда цилиндрических стержней 1 расположен общий поджигающий электрод – шина 2. Каждый стержень и прилегающий участок шины образуют пару электродов.

Головки однорядные действуют на том же принципе. К выбранной шине 3 прикладывают импульс напряжения с амплитудой +800 В. Одновременно на определённый электрод данной строки матрицы подают импульс величиной – 1000 В, смещённый на 450 В относительно «земли» (рис. 35,б). Между шиной и электродом возникает разность потенциалов 1250 В, под действием которой между ними происходит разряд 2, называемый поджигающим и служащим источником ионов и фотонов. Под действием поля между каналом разряда и основой бумаги 4, соединённый с заземлённым электродом 5, часть ионов перемещается к бумаге и оседает на слое диэлектрика 6.

Возникшие в промежутке 7 фотоны вызывают дополнительную его фотоионизацию, которая вызывает вероятность возникновения основного разряда с электрода – цилиндрического стержня 1 в сторону носителя записи. Благодаря наличию напряжения смещения между электродом 1 и основной бумаги величина импульса напряжения между ними не превышает 550 В.

Для формирования скрытого изображения широко распространены записывающие головки со сложной конфигурацией рабочих частей. Коронирующая часть электрода изготовлена по форме символа; каждому соответствует всей электрод (рис. 36).

Недостатком этого способа регистрации является сложность управления многочисленными записывающими головками или электродами.

Группа электроннолучевых средств электростатической регистрации относится к высокоскоростному способу записи.

Регистрация сигналов возможна с частотой до 900 МГц. В отличии от рассмотренных устройств с открытыми электродами эта группа отличается большим разнообразием функциональных элементов и узлов, при этом общее количество аппаратуры в них значительно меньше, а сами электронно-лучевые устройства более компактны. Такими устройствами можно регистрировать телевизионные изображения, фототелеграфную и другую информацию с развёрткой электронного луча по линии или плоскости.

Первая работающая система, в которой для электростатической записи на «неочувствленной» бумаге используется пучок электронов, называется «Видеографом».

Основным элементом этой системы является печатающая трубка, представляющая собой электроннолучевую трубку, в экран которой вмантирован один или несколько рядов близко расположенных игольчатых записывающих электродов. Эти электроды изолированы друг от друга. И пронизывают экран трубки. При развёртке электронный луч пробегает по концам игольчатых электродов и электроны осаждаются на поверхности бумаги с диэлектрическим покрытием, расположенной в месте соединения экрана электронно-лучевой трубки с заземлённым электродом. После того как на бумаге образуется электростатическое изображение, записанное электронным лучом; бумага проходит через камеры, где происходит проявление изображения и закрепление на бумаге (рис. 37).

Управление модуляцией и развёрткой электронного луча осуществляется с помощью видеосигналов так же, как и в приёмной трубке телевизионного приёмника.

Используемый экран называют металловолоконным. Различают экраны однорядные и плоскостные – мозаичные.

Размер рабочей части экрана обычно лежит в пределах 70 – 220 мм. Изготовляемые промышленностью трубки имеют плотность электродов в экранах, равную 100 – 200 провод/см. диаметр игольчатых электродов в зависимости от модели трубки изменяется в пределах 10 – 50 мкм.

Металлический заземлённый электрод с внешней стороны экрана устанавливают таким образом, чтобы расстояние между поверхностью экрана и носителем не превышало 20 – 40 мкм.

Когда электронный луч попадает на электрод, Его электрический потенциал скачком возрастает до значения, при котором происходит разряд на носитель.

Скорость записи достигает сотни тысяч элементов в секунду, а разрешающая способность – 3 линий/мм.

В несколько изменённом виде принцип электростатической записи положен в основу действия одной из новых трубок фирмы IBM (США), которая показана на рис. 38. Колба 1 трубки имеет две камеры, отделённые друг от друга диэлектрической мембраной 4. Луч формируют прожектором 2, который помещён в первой камере, и отклоняют магнитной системой 3. Во второй камере, расположенной между мембраной 4 и прозрачным дном 5 колбы, содержится мелкодисперсный электрографический проявитель 6, частицы которого имеют избыточный положительный заряд.

Управляя лучом трубки, наносят скрытое изображение на левую поверхность диэлектрической мембраны. Это изображение переносится на правую её поверхность. Затем трубку наклоняют таким образом, чтобы проявляющий порошок пересыпался по мембране. Положительные частицы проявителя притягиваются к отрицательно заряженным участкам мембраны и удерживаются на ней электростатическими силами.

Электростатическую регистрацию можно производить также на диэлектрическом носителе, у которого рабочий слой обладает текучестью.

Примером такого носителя может служить полированная металлическая пластина-основание с нанесённой на неё тонкой масляной плёнкой – рабочим слоем.

Взаимодействуя со своими электрическими изображениями в металлическом основании, заряды вызывают деформацию поверхности рабочего слоя. Образующийся поверхностный рельеф связан определённым образом с записанной информацией. Системе электростатической записи электронным лучом, получившая название «Эйдофор», используется для отображения информации на большие экраны.