Введение
Аналоговый предшественник современного факса.
Телеавтограф – это предок современного факса. Он передает электрические сигналы, представляющие положение пера или трасера на передающей станции, на повторные механизмы, прикрепленные к перу на принимающей станции, тем самым воспроизводя на принимающей станции рисунок, надпись или подпись отправителя. Это было первое устройство, способное передавать рисунки на неподвижный лист бумаги; предыдущие изобретения в Европе использовали постоянно движущуюся ленту бумаги для подобных передач, и перо нельзя было отрывать от бумаги между словами. Удивительно, по крайней мере с современной точки зрения, некоторые ранние телеавтографы использовали цифровую/импульсную передачу, в то время как более поздние и более успешные устройства вернулись к аналоговой передаче сигнала.
Изобретение
Изобретение телеавтографа приписывается американскому инженеру Элише Грей, который запатентовал его 31 июля 1888 года. В патенте Грей утверждалось, что телеавтограф позволит "передавать собственный почерк в отдаленную точку по двум проводам". Это была первая факсимильная машина, в которой стилус управлялся горизонтальными и вертикальными перекладинами. Телавтограф впервые был публично представлен на Всемирной Колумбийской выставке 1893 года, проходившей в Чикаго. Грей начал экспериментировать в 1887 году с аналоговой передачей сигналов о положении пера, используя переменные сопротивления, как это делалось в предыдущих устройствах, но был недоволен достигнутой производительностью. Затем он перешел к импульсной или цифровой передаче положения пера. Ранние патенты Грей демонстрируют устройства для реализации необходимых функций по двум линиям проводных схем с общим заземлением. По каждой проволоке посылались импульсы, сигнализирующие о небольших шагах пера. Кратковременные прерывания постоянного тока на базовой линии сигнализировали о подъеме/опускании пера и подаче бумаги, а изменение полярности использовалось для кодирования направления движения пера. Хотя геометрия патентной схемы подразумевает вертикальные и горизонтальные координаты, первая практическая система Грей (описанная далее) имела другую систему координат, основанную на передаче двух радиальных расстояний вдоль приблизительно диагональных направлений из двух фиксированных точек. Более поздние системы, использовавшиеся в 20-м веке, передавали угол двух шарниров кривошипного механизма в пятирычажном соединении, состоящем из двух приводов пера, двух рычагов соединения пера и корпуса инструмента. В интервью 1888 года для журнала The Manufacturer & Builder (Vol. 24: No. 4: стр. 85–86) Грей сказал:
transmitted the angle of two crank arm joints in a five bar linkage, comprising two pen motor cranks, two pen linkage bars, and the body of the instrument. In an 1888 interview in The Manufacturer & Builder (Vol. 24: No. 4: pages 85–86) Gray said:
"Благодаря моему изобретению вы можете сесть в своем офисе в Чикаго, взять карандаш в руку, написать мне сообщение, и по мере движения вашего карандаша карандаш здесь, в моей лаборатории, будет двигаться одновременно и формировать те же самые буквы и слова тем же способом. То, что вы напишете в Чикаго, будет мгновенно воспроизведено здесь в виде факсимиле. Вы можете писать на любом языке, использовать код или шифр, неважно – здесь будет создано факсимиле. Если вы хотите нарисовать картину, то это то же самое, картина будет воспроизведена здесь. Художник вашей газеты может с помощью этого устройства телеграфировать свои рисунки железнодорожной аварии или других происшествий так же, как репортер телеграфирует свое описание словами." Однако эти первые устройства были настолько несовершенны, что были бесполезны. Некоторые из его последующих усовершенствований изменили схему кодирования. Также упоминается использование четырех проводов для повышения скорости и точности, но дополнительные провода были впоследствии отменены. Из комментариев в этих и других патентах ясно, что Грей должен был увеличить скорость и точность своей импульсной системы, и он действительно запатентовал большое количество все более сложных и усовершенствованных механизмов для достижения этой цели. В 1893 году система Грей, использующая механизм, показанный в патенте US491347, в статье в журнале Manufacturer and Builder того же года описываются текущие и предыдущие версии, демонстрирует скорость, с которой оператор может перемещать перо. Этот тип использования мог бы генерировать, возможно, 600–1000 импульсов в секунду в цифровой системе, что является серьезной проблемой для любой электромеханической системы, подключенной через телефонные/телеграфные линии с заземлением. Более элегантная технология была уже близка, и аналоговый переворот назревал на рубеже веков. К концу 19 века телеавтограф был модифицирован. Назвав его телерайтером, версия телеавтографа Ричи могла использоваться как для копирования, так и для разговора по одной и той же телефонной линии. Ричи вернулся к аналоговому принципу и добился хороших результатов. Он сделал это, добавив сигнал переменного тока при необходимости опустить перо, поверх сигнала постоянного тока, уже присутствующего на линиях. Угол двух рычагов пера преобразовывался в сигнал положения двумя реостатами, приводящими в движение большие движения Д'Арсонваля на приемнике, которые перемещали аналогичные рычаги пера, в свою очередь, перемещая перо приемника. Прерывание постоянного тока продвигало бумагу. Сигнал опускания пера переменного тока был очень важен. Если Ричи понимал значение этой техники, то странно, что он не раскрыл (или не защитил) этот принцип в своих патентах. Джордж С. Тиффани от имени Gray National Telautograph Company прекрасно понимал значение сигнала переменного тока. В патенте, поданном вскоре после этого и, предположительно, в ответ на Ричи, он объясняет, что использование сигнала переменного тока, наложенного на сигнал тока пера, или преднамеренные механические вибрации, добавленные на приемнике, могут преодолеть статическое трение пера и привода, и позволить перу точно следовать за передатчиком. Этот принцип широко используется сегодня в форме дрожания, применяемого к пропорциональным пневматическим и гидравлическим клапанам и регуляторам. Сигнал дрожания может преодолеть как магнитный гистерезис, так и статическое трение, и был предпочтительнее механических вибраций, поскольку более поздние конструкции телеавтографа использовали его исключительно. Очевидно, эта техника работала хорошо, потому что, хотя Тиффани тщательно избегал всех конструктивных особенностей патента Ричи, он использовал ту же фундаментальную технику, и аналоговый принцип телеавтографа продолжал использоваться в течение как минимум следующих 35 лет, см. также внутренний вид. Патенты Тиффани после 1901 года усовершенствовали механизм, но не принцип. Ричи продавал свою конструкцию под названием Telewriter в Великобритании. Неизвестно, была ли она когда-либо коммерциализирована.
changed the encoding scheme. They also mention use of four wires for increased speed and accuracy, but the additional wires were later abandoned. It's clear from the commentary in these and other patents that Gray needed to increase the speed and accuracy of his pulse based system, and in fact he patented a large number of increasingly complicated and refined mechanisms to achieve this. In 1893 Gray's system using the mechanism seen in Pat. US491347 An article in Manufacturer and Builder of this year describes the current and previous versions. shows the rapidity with which an operator might move the pen. This type of use would produce perhaps 600 1000 pulses per second on a digital system, a challenge for any electromechanical system connected over earth return telephone/telegraph lines. A more elegant technology was around the corner, and an analog coup was being staged at the turn of the century. By the end of the 19th century the telautograph was modified Calling it the telewriter, Ritchie's version of the telautograph could be used for either copying or speaking over the same telephone connection. Ritchie had returned to the analog principle and made it work well. He did this by adding an AC signal whenever the pen needed to be lowered, on top of the direct current position signal already on the line wires. The angle of the two pen crank bars was turned into the position signal by two rheostats, driving large D'Arsonval movements at the receiver that moved similar crank bars, in turn moving the receiver pen. Interruption of the direct current advanced the paper. The AC pen lowering signal was highly important. If Ritchie understood the significance of this technique, he strangely failed to reveal (or protect) this principle in his patents. George S. Tiffany on behalf of the Gray National Telautograph Company understood the significance of the AC signal quite well. In the patent he filed shortly after and presumably in response to Ritchie
he explains that the use of either an AC signal superimposed on the pen current signal or intentional mechanical vibrations added at the receiver can overcome static pen and actuator friction, and allow the pen to follow the transmitter quite perfectly. This principle is in common use today in the form of dither, as applied to proportional pneumatic and hydraulic control valves and regulators. A dither signal can overcome both magnetic hysteresis and static friction and was preferable to mechanical vibration, as later Telautograph designs
used it exclusively. Apparently this technique worked well, because even though Tiffany studiously avoided every constructional feature of Ritchie's patent, he used the exact same fundamental technique, and the analog telautograph principle continued to be used for at least the next 35 years, also see interior view. Tiffany patents after 1901
refined the mechanism but not the principle. Ritchie marketed his design as the Telewriter in the UK. it's not clear if this was ever commercialized.
Использование
Телеавтограф стал очень популярен для передачи подписей на расстоянии, а также в банках и крупных больницах для обеспечения быстрой и точной передачи врачебных назначений и информации о пациентах. Телеавтографные системы были установлены на ряде крупных железнодорожных станций для передачи рукописных отчетов о движении поездов из диспетчерской к различным частям станции. Сеть телеавтографов на Гранд-Центральном вокзале включала публичный дисплей в главном зале до 1960-х годов; аналогичная установка на Чикагском вокзале оставалась в эксплуатации до 1970-х годов. В 1911 году телеавтограф был использован для предупреждения рабочих на 10-м этаже о пожаре на фабрике Triangle Shirtwaist, вспыхнувшем на два этажа ниже. Пример работы телеавтографа, выводящего текст, можно увидеть в фильме 1956 года «Земля против летающих тарелок» в качестве устройства вывода для механического переводчика. В фильме 1936 года «Грешник берет все» показано его использование в офисе для тайной передачи инструкций секретарю. Корпорация Telautograph несколько раз меняла свое название. В 1971 году она была приобретена компанией Arden/Mayfair. В 1993 году компания Danka Industries приобрела ее и переименовала в Danka/Omnifax. В 1999 году корпорация Xerox приобрела компанию и назвала ее подразделением Omnifax, которое впоследствии было поглощено корпорацией. Машины, подобные телеавтографу, используются и сегодня. Allpoint Pen в настоящее время используется и был применен для регистрации десятков тысяч избирателей в Соединенных Штатах, а LongPen, изобретение писательницы Маргарет Этвуд, используется авторами для подписи книг на расстоянии.