DD207128A3 - Schaltungsanordnung zur messung und berechnung von parametern eines reaktionsablaufs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung und Berechnung von Parametern eines Reaktionsablaufs. Ihr Zweck ist es, eine komplexe Auswertung von Reaktionsablaeufen zu automatisieren. Es lag ihr die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Schaltungsanordnung zu schaffen. Diese setzt sich aus einer Steuereinheit, einem Rechner, Speichern fuer den Leerwert, den Anfangswert, einen Extremwert, eine Folge von Messwertdifferentialen, ein maximales Messwertdifferential und einen zugehoerigen Messwert, Minimum-Maximum-Detektoren des Messwertsignals und des Messwertdifferentials, Schwellwertdetektoren fuer den Zeitpunkt des Reaktionsbeginns und einem Endwert, aus Speichern, Differenzbilder, Faktorgeber und Dividierer zur Ermittlung von Messwertdifferenzquotienten, aus Differenzbildern fuer den Zeitpunkt des Reaktionsbeginn und die Endwert-Leerwert-Beziehung und auseinem Differenzierer und einem Zeitmesser zusammen.

Description

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Schaltungsanordnung zur Messung und Berechnung топ Parametern eines Reaktionsablaufs

Internationale Patentklassifikation*

G 01 Ji - 21/00; - 21/17? - 33/16; - 33/48; G 01 R - 19/10; - 19/12; - 19/165; - 19/175

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung und Berechnung von Parametern eines Reaktionsablaufs· Eeaktionsabläufe sind mit der Änderung physikalischer und/oder chemischer Großen verbunden und lassen sich daher meßtechnisch erfassen und auswerten· Die Auswertung schließt die Berechnung von Parametern des tatsächlichen und des zu erwartenden Reaktionsablau£s ein· Die Schaltungsanordnung kann für alle Arten von Reaktionsabläufen eingesetzt werden, die einen kontinuierlichen Verlauf zwischen einem Anfangs- und einem Endzustand aufweisen·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Für die Ermittlung verschiedener Parameter von Reaktionsab-

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laufen, die als Kurven registriert werden können, sind mehrere Schaltungsanordnungen entwickele worden· Bekannt ist ein Gerat (DE-OS 19 09 352) zur Bestimmung der Differenz zwischen einem Maximum und einem Augenblickswert· Hierzu isc ein Meßwandler an den ersten Eingang eines Differenzverstärkers direkt und an den zweiten Eingang über einen Speicher angeschlossene Der Ausgang des Differenzverstärkers ist über einen Spannungsteiler mit einem Schwellwertschalter verbunden· In einer abgewandelten Schaltungsanordnung (DE-OS 2 401 034) ist dem Differenzverstärker ein Zeitzähler nachgeschaltet, UIz ilir wird die Seit bis zum Reaktionsbeginn festgestellt.

Sine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Blutgerinnungszers (DE-OS 2 117 375) enthält einen Differenzierer und einen Differenzverstärker als Schwellwertdetektor, -Venn der wert des differenzierten Signals einen Vergleichs~ert am zweiten Eingang des Differenüverstärkers übersteigt, wird ein Zeitzähler gestoppt» Mit dieser anordnung kann ebenfalls die Zeit bis zum Reak-üionsbeginn gemessen werden»

Bekannt ist auch eine Schaltungsanordnung zur Speicherung des Minimal- und Maximalwertes eines Analogsignals und zur Erzeugung 3iaes dea Unterschied zwischen diesen werten entsprechenden Differenzsignals (DE-AS 2 104 289)· Sie ist allerdings nicht für die .auswertung von Reak-cionsabiäufen gedacht· Sie ist aus Verstärkern, Schaitstufen, Dioden, Speichern, einem Differenzbiider und einer Steuerschaltung aufgebaut, wobei an jeden Eingang des Differenzbilders eine Reihenschaltung aus Yers-uär^er, ochaltstruf e, Diode und Speicher angeschlossen ist·

Die bekannten Schaltungsanordnungen messen bzw, berechnen maxiuial zwei Parameter von Reaktionsabläufen· Sie gestatten keine komplexe Analyse der Reaktiousabläufe auf der Grundlage einer Vielzahl von Parametern und keine Yorausberechnung des üeaktionsabschiusses· Für die Analyse sind kern—

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plett aufgezeichnete Reaktionskurven manuell auszuwerten· Eine solche Auswertung ist stark fehlerbehaftet· Fehler treten auf infolge der Empfindlichkeit und Trägheit des Kurvenschreibers, der Inkonstanz der Strichstärke und der Individualität der Auswertetechnik der Auswerteperson· Letzteres äußert sich besonders bei der Ermittlung von Kurvenanstiegen und der Approximation des Kurvenverlaufs durch Amiäherungskurven· Die Tergieichbarkeit und die Reproduzierbarkeit der so gewonnenen Parameter ist nicht gewährleistet· Die Auswertung einer größeren Anzahl von Reaktionskurren stellt für die Auswertepersonen eine hohe Belastung dar· Eine derartige Auswertung ist zeitaufwendig und ermöglicht keine Verkürzung der Meßzeit bei langsamen Reaktionen·

Ziel der Erfindung?

Die Erfindung hat den Zweck, eine komplexe Auswertung von Reaktionsabläufen zu automatisieren, die Genauigkeit der Auswertung zu erhöhen, eine Reproduzierbarkeit und Yergleichbarkeit der Parameter zu gewährleisten, die Zeit für die Auswertung zu verkürzen und die Belastung des Auswertepersonals zu senken·

Darstellung des «Vesens der Erfindung:

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur automatischenAuswertung von Koagulations- und Aggregationskurven zu schaffen·

Die Lösung dieser Aufgabe schließt folgende bekannte Elemente ein: Speicher für den Leerwert einer nichtreagierenden Probe, für den Anfangswert einer Reaktionsprobe, für einen Extremwert und Speicher für einen Differenzbilder, einen Minimum-Maxmum-Detektor, eine Serienschaltung aus Differenzbiider und Sciiwellwertdetektor und eine Serienschaltung aus Diffe-

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renzierer und Schweliwertdetektor. 3rf indungsgemäß ist vorgesehen: Parallel zu den genannten Speichern ist ein gesteuerter Mehrfachspeicher für eine Folge von Meßwerten angeordnet· Dem Differenzierer sind zusätzlich parallel ein gesteuerter Mehrfachspeicher und ein gesteuerter Minimum—Maximum-Detektor nachgeschaltet· Der Ausgang des "ainimum-Maximum-Detektors ist an einen ersten Speicher und einen zweiten Speicher mit Ließsignaleingang geführt· Der Schwellwertdetektor weist auch einen Meßsignaleingang und einen Steuereingang auf· Ausgangsseitig ist er an einen Speicher mit Meßsignaieingang angeschlossen. Der mit den zwei Speichern eingangsseitig beschaltete Differenzbilder ist ausgangsseitig mit einem Faktorgeber und dem ersten Eingang eines Dividierers verbunden, dessen zweiter Eingang an den Ausgang eines Zeitdifferenzbilder s geführt ist.

3s sind zwei weitere Differenzbilder und ein weiterer, diesen nachgeschalteter Dividierer vorgesehen· Der erste dieser Differenzbilder ist an den Leerwertspeicher und den Anfangswertspeicher, der zweite an den Anfangswertspeicher und wahlweise an den Mehrfachspeicher für die Folge von Meßwerten, an den dem Schweilwertdetektor nachgeschalteten Speicher oder an den dem Minimum-Maximum-Detektor folgenden Extremwertspeicher angeschlossen· Der Anfangswertspeicher, der dem Differenzbilder nachgeschaltete Schwellwertdetektor, der iviehrfachspeicher für die Meßwertfolge, der dem Differenzier er nachgeschaltete Minimum-Maximuia-Detektor sowie der diesem nachgeschaltete Speicher mit Meßsignaleingang sind ausgangsseitig mit ihnen zugeordneten Eingängen eines Rechners verbunden· Sine mit einem Startsignaieingang ausgestattete Steuereinheit weist Ausgänge für den Anschluß des Leerwertspeichers, des Anfangswertspeiehers, des Mehrfachspeichers für die Meßwertfolge, des mit einem Signaleingang ausgestalteten Minimum-Masimum-Detektors, der dem Differenzierer nachgeschalteten drei Punktionseinheiten, der dem einen Differenzbilder vorgeschalteten Speicher, des parallel zu diesem Differenzbilder ange-

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ordneten Differenzbilders und des Rechners auf· Ausf ührungsbeispiei:

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine fotometrisch aufgenommene Thrombozytenaggregationskurve

Pig· 2 das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung Fig. 3 das Zeitdiagramm der Steuersignale

Als Ausführungsbeispiel wurde eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Auswertung der Thrombozytenaggregation gewählt. Diese ist mit einer Trübungsänderung der Blutprobe -verbunden, die fotoelektrisch erfaßt den in der Fig» 1 dargestellten, geglätteten, zeitlichen Verlust aufweist. Die Schaltungsanordnung (Fig. 2) ist wie folgt aufgebaut?

Das Meßsignal wird in einer Anpaßschaltung 1 den Erfordernissen der Meßwertverarbeitung angepaßt. Im Falle einer digitalen Meßwertrerarbeitung enthält sie einen A/D-Wandler und gegebenenfalls Filter zur Glättung des Meßwertverlaufs· Mit dem Ausgang der Anpaßschaltung 1 ist eine Anzahl gleichartiger und verschiedenartiger Funktionseinheiten verbunden:

- ein Speicher 2 für den Leerwert 28 einer Blutprobe ohne Thrombozyten ;

- ein Speicher 3 für den Anfangswert 29 einer Blutprobe mit Thrombozyten (Reaktionsprobe);

- ein Mehrfachspeicher 4 für eine Folge von Meßwerten 30;

- ein Hinimum-Maxmum-Detektor 5 aii* einem Ausgang für ein Signal zum Zeitpunkt t_ und mit nachfolgendem Speicher б für den 3ndwert 32;

- ein Differenzbilder 7 mit nachfolgendem Schwellwertdetektor 3 für den Reaktionsbeginn t_r;

- ein Differenzierer 10;

- ein Schwellwertdetektor 11;

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- ein Speicher 15, der außerdem eingangsseitig mit dem Ausgang des Schwellwertdetektors 11 verbunden ist;

- zwei Speicher 16; 17» deren Ausgänge ел die Eingänge eines Differenzbilders 18 geführt sind·

Der Ausgang des Schwellwertdetektors 8 ist mit einem der beiden Eingänge eines Zeitmessers 9 verknüpft, dessen anderer Eingang mit dem Startsignaleingang a in Verbindung steht· Der Differenzierer 10 ist mit seinem Ausgang an den Schwellwertdetektor 11, einen Mehrfachspeicher 12 für die Meßwertdifferentiale 33 zu den Meßzeitpunkten t^,...t und einen Minimum-Maximum-Detektor 13 geführt, dem ein Speicher 14 für das maximale Meßwertdifferential 34 angeschlossen ist. Der Differenzbilder 18 ist mit einem Paktorgeber 19 und einem Dividierer 21 verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang eines Differenzbilders 20 gekoppelt ist· Ein weiterer Speicher 22 für den ЫеіВ-wert 31 bei maximalen Meßwertdifferential 34 ist mit einem ersten Eingang an die Anpaßschaltung 1 und einem zweiten Eingang an den Ausgang des Minimum-Maximum-Detektors 13 angeschlossen· Vorgesehen sind weiterhin zwei Differenzbilder 23; 24, deren Ausgänge die Eingänge eines Dividierers 25 bilden· Der erste Eingang des Differenzbilders 24 ist wahlweise mit dem Mehrfachspeicher 4 oder dem Speicher б oder dem Speicher 15 verbunden, während der erste Eingang b des Differenzbilders 23 mit dem Speicher 2 verbunden ist. Ihre zweiten Eingänge d sind gemeinsam an den Speicher 3 geführt· Ein Rechner 26 besitzt einen Ausgang für den berechneten Wert 39, einen Ausgang 40 für eine Information über die Gültigkeit des errechneten wertes 39 und Eingänge für den Anschluß folgender Funktionseinheiten:

ο^··...ο_η für den Mehrfachspeicher 4, d für den Speicher 3, e für den Schweliwertdetektor 8, g für den Minimum—Maximum-Detektor 13, h für den Speicher 22 und St 3 sowie St 3 für eine Steuereinheit 27. Den Eingang der Steuereinheit 27 bildet der Startsignaleingang a. Die Steuereinheit27 verfügt außer über die Ausgänge St 3 und St 8 über Ausgänge

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für den Anschluß folgender Junktionselementei St 1 für den Speicher 2, St 2 für den Speicher 3, St 3 für den Mehrfachspeicher 4 und den Hehrf achspeicher 12 (sowie den Rechner 26), St 4 für den Minimum-iviaxiiaum-Detektor 3 und den Schwellwertdetektor 11, St 3 für den Minimum-ivIazirnUai-Deuektor 13, St 6 für dan Speicher 16, St 7 für den Speicher 17 und beide (St und St 7) für den Differenzbiider 20.

Die Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen:

Die Funktion der Schaltungsanordnung, die Bestandteil oder Zusatzgerät eines fotoeiektrischen Trübungsmessers ist, wird durch Steuersignale Sg 1 bis Sg 8 der Steuereinheit 27 gesteuert· Die Nummerierung der Steuersignale entspricht dabei der Hummerisrung der Ausgänge St 1 bis St 8 der Steuereinheit 27 soTTie der ebenso bezeichneten korrespondierenden Eingänge der Funktionseinheiten (2; 3; 4; 3; 11; 12; 13; 16; 17; 20; 26).

Die Steuereinheit 27 wird durch ein Startsignal auf ihren Eingang a in Betrieb gesetzt. Zum Zeitpunkt t veranlaßt das Steuersignal Sg 1 den Speicher 2 zur Speicherung des Leerwertes 28, der am Eingang b des Differenzbilders 23 anliegt. Das Steuersignal Sg 2 löst die Einspeicherung des Anfangwer— tes 29 in den Speicher 3 zum Zeitpunkt t_a aus. Der Anfangswert 29 liegt an den Eingängen d der Differenzbilder 23; 24 an. Der Differenzbilder 23 bildet die Differenz aus Anfangswert 29 und Leerwert 28, die auf den einen Eingang des Dividierers 25 gelangt. Das Steuersignal Sg 4 aktiviert den ilinimuai-Llaxi^uin-Detektor 3 uud den Schweil-vertdetektor 11» das Steuersignal Sg 3 den j.iinimum-Masiiauni-De'uektor 13 und das Steuersignal 3g S den Speicher 16 und den Differenzbilder 20. liuniiiehr wirkt eine Steuersignalfoige Sg 3 auf die r,Iehrfachspeicher 4 und 12 und den Rechner 26 ein, wodurch zu den Zeitpunkten Ѣ,, ois t_n in z.ea ^lehrf achspeicher 4

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werte 30 und in den Mehrfachspeicher 12 Meßwertdifferentiale 33 eingespeichert werden· Der Minimurnjüasimum-Detektor 13 ermittelt das maximale Meßwertdifferential 34·, das zum Speicher 14 gelangt, und veranlaßt den Speicher 22 zur Fixierung des zugehörigen Meßwertes 31· Die Meßwertdifferentiale 33 erscheinen in der Fig· 1 als Anstieg der Meßkurve· Das maximale Meßwertdifferential 34· entspricht dem Anstieg der MeB-kurve in ihrem Wendepunkt, der durch den Meßwert 31 und den Zeitpunkt t_w definiert ist· Der Schwellwertdetektor 11 gibt an den Speicher 15 eia Signal zur Einspeicherung eines Meßwertes 30, wenn dieser und sein Meßwertdifferential 33 vorgegebene Werte unter- bzw· überschreiten· Der eingespeicherte Meßwert 30 kann wahlweise an einen Eingang des Differenabilders 24* gelegt werden· Anstelle dieses Meßwertes 30 können auf denselben Eingang die gespeicherte Meßwertfolge des Mehrfachspeichers 4- oder der von dem MiniLaum-Maximum-Detektor 5 ermittelte und im Speicher 6 gespeicherte Endwert 32 gegeben werden· Die mit diesen und den weiter oben genannten Eingangsgrößen in den Differenzbildern 23; 24- gebildeten Differenzen werden La Dividierer 25 einer Quotientenbildung unterzogen· Der Quotient ist der Ausdruck für die Endwert-Leerwert-Beziehung·

Das am Speicher 16 eintreffende Steuersignal Sg 6 bewirkt die Sinspeicherung eines Meßwertes 35 zum Zeitpunkt t_., bevor in den Mehrfachspeicher 4- in konstanten Zeitabständen Meßwerte 30 eingespeichert werden· Das Steuersignal S 7 verursacht die Sinspeicherung eines Meßwertes 36 in den Speicher 17 zum Zeitpunkt t^· Die Differenz beider Meßwerte 35; 36 liegt am Ausgang des Differenzbilders 18 an· Diese Differenz wird im Paktorgeber 19 aiit einem konstanten Paktor multipliziert, während sie im Dividierer 21 durch einen mit der Zeitdifferenz t^ - t proportionalen betrag dividiert wird· Diese Meßwertdifferenzquotienten erscheinen in der Pig· 1 als der Anstief von iTerbindungsgraden 37; 38, die mehr

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oder weniger dem Verlauf der Meßkurve angenähert sind· Der Anstieg der Verbindungsgerade 37 basiert dabei auf eine konstante Zeitdifferenz, der der Verbindungsgerade 38 auf eine variable Zeitdifferenz. Die Variabilität wird insbesondere durch Veränderung des Zeitpunktes t^ erreicht· Der Schwellwertdetektor 8 bildet ein «fen Zeitpunkt t_p des Reaktionsbeginns kennzeichnendes Signal, wenn die am Differenzbilder 7 auftretende Differenz der Meßwerte 30; 29 einen Schwellwert übersteigt· Das Signal stoppt die auf das Startsignal bezogene Zeitmessung des Zeitmessers 9·

wenn der Meßwert 30 nicht mehr abnimmt, fixiert der Minimum-HaxLsram-Detektor 5 diesen Endwert 32 im Speicher 6 zum Zeitpunkt t.·

Die Meßwerte können auch wieder zunehmen, wie in Fig. 1 als punktierte Linie angedeutet·

Im Rechner 26 werden nach einem Programm folgende Größen verarbeitet: die Meßwerte 30 des Mehrfachspeichers 4, der Anfangswert 29» das den Heaktionsbeginn t kennzeichnende Signal, das maximale MeBwertdifferenzial 34 und der Meßwert 31· Der Berechnungsvorgang wird außer von dem internen Programm durch, das Steuersignal S 3 und das Steuersignal S_ 8 gesteuert, welches den Abbruch des Rechenvorgangs zum Zeitpunkt t_ und damit auch, der Messung, aber auch, die Freigabe für die neue Messung zum Zeitpunkt t^. veranlaßt· Zum selben Zeitpunkt enden alle Steuersignale S 1 bis S 3·

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Der Rechner 26 führt eine mathematische Berechnung des gesuchten Wertes durch.· Grundlage hierfür ist die Approximation der tatsächlichen Meßwertänderung durch, eine mathematische Funktion mit η Unbekannten· Zu diesem Zweck führt die Schaltungsanordnung η Messungen entsprechend der Zahl der Plätze im Mehrfachspeicher 4 durcii, während der Rechner 26 den gesuchten Rechenwert über die mathematische Funktion

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berechnet. Für die Aggregat!onsmeßkurve gemäß Fig· 1 ist z, B. eine mathematische funktion

^M -

verwendbar, in der Ж den momentanen Meßwert 30, M- ^ den au errechnenden Endwert, z. B· 32, K eine Konstante und t die Zeit repräsentiert·

Berechenbar nach, anderen Funktionen sind beispielsweise folgende Parameter: Meßwertdifferentiale zu beliebigen Zeitpunkten Nennwerte ausgewählter Meßbereiche der Meßkurve und der ^ahre Zeitpunkt des Eeaktionsbeginns auf der Basis einer Sull-Meßwertschwelle·

Claims (1)

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   Erfindungsanspruch:

   Schaltungsanordnung zur Messung und Berechnung von Parametern eines Reaktionsablaufs mit Speichern für den -^eerwert einer nichtreagierenden Probe, für den Anfangswert einer Reaktionsprobe, für einen Extremwert und als Vorstufen eines Differenzbilders, einem Lainimum-wlaximum-Detektor, einer Serienschaltung aus Differenzbilder und Schwellwertdetektor und einer Serienschaltung aus Differenzierer und Schwellwertdetektor, dadurch gekennzeichnet, daß eingangsseitig parallel zu den genannten Speichern (2; 3j 6j 16; 17) ein gesteuerter Mehrfachspeicher (4) für eine Folge von Meßwerten (30) angeordnet ist, dem Differenzierer (10) zusätzlich parallel ein gesteuerter Mehrfachspeicher (12) und ein gesteuerter Minimum-Maxinium-Detektor (13) nachgeschaltet sind, der Ausgang (g) des Mini тпитп-Мя-хі ттш-Detektors (13) an einen ersten Speicher (14) und einen zweiten Speicher (22) mit Meßsignaleingang geführt ist, der Schwellwertdetektor (11) auch einen Heßsignaleingang und einen Steuereingang (St 4) aufweist und ausgangsseitig an einen Speicher (15) mit Meßsignaleingang angeschlossen ist, der mit den zwei Speichern (16j 17) eingangsseitig beschaltete Differenzbilder (18) ausgangsseitig mit einem Faktorgeber (19) und dem ersten Eingang eines Dividierers (21) verbunden ist, dessen zweiter Eingang an den Ausgang eines Differenzbilders (20) geführt ist, zwei weitere Differenzbilder (23; 24) und ein weiterer, diesen nachgeschal-ceter Dividierer (25) vorgesehen sind, der erste dieser Differenzbilder (23) an den Leerwertspeicher (2) und den Anfangswertspeicher (3) und der zweite (24) an den Anfangswertspeicher (3) und wahlweise an den Mehrfachspeicher (4) für lie Folge von Meßwerten (30), an den dem Schwellwertdetektor (11) nachgeschalteten Speicher (15) oder an dem Ivlaximum-öiindunum-

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   Detektor (;?) folgenden Sztremwertspeicher (6) angeschlossen sind, der Anfangswertspeiсher (3), der dem Differenzbilder (7) nachgeschaltete Schwellwertdetektor (8), der Mehrfachspeicher (4) für die j?olge von Meßwerten (30), der dem Differenzierer (10) nachgeschaltete Miniciua-Maxiaium-Detektor (13) sowie der diesem паеhgeschaltete Speicher (22) mit üeßsignaleingang ausgangsseitig mit ihnen zugeordneten Eingängen (dj a; с ^ ··. с ; gj h) eines Rechners (26) verbunden sind und eine mit einem Startsignaleingang (a) ausgestattete Steuereinheit (27) Ausgänge (St 1; St 2; St 3; St 4{ St 5i St 6; St7i St 8) für den Anschluß des Leerwertspeichers (2), des Anfangswertspeichers (3), des Mehrfachspeichers (4·) für die Meßwertfolge, des mit einem Meßsignaleingang ausgestatteten Minimum-Maximum-Detektors (p), der dem Differenzierer (10) nachgeschalteten drei Punktionseinheiten (11; 12; 13), der dem einen Differenzbilder (18) vorgeschalteten Speicher (16; 17), des parallel zu diesem Differenzbilder (16) angeordneten Differenzbilders (20) und des Hechners (26) aufweist·

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen