DE2009529A1 - Digitale Rechenschaltung mit automatischer Nullpunkteichung - Google Patents

Description

The Perkin Eimer Corporation, Norwalk, Oonnecticut/USA

Digitale Rechenschaltung mit automatischer Nullpunkt ei ohung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Ausgangsgröße als Funktion eines ersten vari-ablen Signals und eines zweiten Signals nach einer gewünschten mathematischen Beziehung mit einem ersten und einem zweiten Signaleingang und einer Rechenschaltung, die an <?3n Signaleingängen anliegt zur Berechnung der besagten Punktion des ersten und des zweiten Signals„

Die Erfindung bezieht sich speziell auf digitale Konzent'rationsausgabesysteme, welche in digitaler Form einen Ausgang proportional dem Logarithmus nach der Basis 10 zweier Eingangssignale, beispielsweise zweier verschiedener Gleichspannungen liefert. Solche Rechenschaltungen sind in der vorliegenden Beschreibung als "Konzentrations"-Ausgabesysteme bezeichnet, da die Konzentration einer "unbekannten" absorbierenden Probe bei Zweistrahlspektrophotometern theoretisch proportional dem Logarithmus des Verhältnisses der beiden Eingangssignale- (I_Q und I) ist, welche die Intensitäten eines ursprünglich gleich starken "Lichtquellen"-Strahlungsbündels sind,·nachdem dieses jeweils einen

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"Referenzstrahlengang" und einen "Probenstrahlengang" durchlaufen hat, in viel ehern letzteren die Probe angeordnet ist»

Bs ist eine Logarithm!erschaltung mit analogem Eingang und digitalem Ausgang bekannt, die auf der Ausnutzung der exponentiellen Zeitabhängigkeit einer Kondensatorentladung beruht. Ein Kondensator wird über einen parallelen Widerstand entladen. Ein Zähler ist mit einem frequenzkonstanten Taktgeber über eine -Torschaltung verbunden. Ein erster Schwellwertfühler öffnet die Torschaltung, wenn die Kondensatorspannung einen ersten Wert unterschreitet und ein zweiter Schwellwertfühler sperrt die Toraehaltung wieder, wenn die Kondensatorspannung einen zweiten Schwellwert unterschreitet. Die Kondensatorspannung fällt nach Abschalten einer Ladespannungsquelle exponentiell ab. Die Zeit zwischen der Feststellung der Gleichheit dieser abfallenden Kondensatorspannung mit dem besagten ersten und mit dem besagten zweiten Wert ist proportional dem Logarithmus des Verhältnisses dieser beiden Werte. Dadurch, daß während dieser Zeit ein frequenzkonstanter Taktgeber mit dem Zähler verbunden ist, liefert der Zähler diesen Logarithmus in digitaler Form (DAS 1 250 550) _a

Die Schaltungsanordnung; nach der vorliegenden Erfindung kann zwar verwendet werden, um den Logarithmus des Verhältnissuη irgendwelcher zweier Ein^m^sui^- nale, z,B. Spannungen, zu bilden odor mit geringfügigen Abwandlungon auch andere Punktionen zweier Eingan^ssignale r,u bilden, es soll aber der Klarheit und Anschaulichkeit der Erlriuterung halber angenommen werden, daß die Einginge der digitalen KoiiKen ti'a tioiUi;:iu.~ feabeschaltun^ d i ο gleich, ;βι·ί. elite ton ■ Π. ο lollop: aiming*;--

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signale sind, welche die Intensitäten (l_Q bzw„ I) des Referenz- und des Probenstrahlenbündels in einem Absorptions spektropho tome ter darstellt.. Dieses Spektrophotometer kann beispielsweise ein Atomabsorptionsspektrophotometer Modell 303 der Perkin Eimer· Corporation sein. Ein solches Atomabsorptionsspektrophotometer ist in einem Aufsatz "An Atomic Absorption Spectrophotometer" von Herbert L. Kahn und Walter Slavin in Applied Optics, ^and 2 ITr₀ 9 (September 1963) auf Seite 931 - 936 beschrieben. Fig. 2 auf Seite 932 dieses Aufsatzes von Kahn und Slavin zeigt ein. Optikschema des Gerätes mit ||

dem Photomultiplier-Detektor, während Fig. 1 auf der gleichen Seite des besagten Aufsatzes die gleichen Bauteile in Blockform längs der Oberseite der Figo zeigt und außerdem ein Blockdiagramm der normalen Signalverarbeitungselektronik des Modell 303 (ohne irgendeine digitale Konzentrationsausgabeschaltung) im unteren Teil dieser Fig«, 1, Dieser Aufsatz beschreibt wie gesagt das gesamte Gerät und zeigt auch im einzelnen einige der speziellen Teile; Beispielsweise ist die Signalweiche in Fig* 6 auf Seite 935 des Aufsatzes dargestellt. Da die Schaltung nach der Erfindung zur

Messung der oben erwähnten oder ähnlichen Funktionen j

zv/eier Spannungssignale auch bei anderen Geräten und ."

insbesondere auch bei anderen Absorptionsspektrophotometern verwendet v/erden kann, werden in der vorliegenden Beschreibung die optischen Teile und die elektrische Signe.lv/eiche eines ■ Sp.e.ktrophotometers nicht näher beschrieben.Es wird vi'elmerh angenommen, daß die Eingangssignale für die Schaltung nach der Erfindung schon in Gleichspannungsform hinter der Signalweiche (Fig* 6 auf :deite. 935 des-vorerwähnten Aufsatzes)

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gebracht sind, wie das als Proben- und Referenzsignal in Fig,,. 6 auf Seite 935 des Aufsatzes gezeigt ist. Da das Referenzsignal normalerweise als ^-Signal in der Spektroskopie bezeichnet wird und das Probensignal gewöhnlich als I bezeichnet ist, wird diese Nomenklatur zur Bezeichnung dieser Ausgangssignale der Signalweiche benutzt.

Der Erfindung liegt die Aufagabe zugrunde, eine verbesserte Schaltung zur Bildung einer Punktion zweier fe elektrischer Eingangssignale in digitaler Form (beispielsweise des Logarithmus des Verhältnisses) zu schaffen.

Eine speziellere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine solche Schaltung zu schaffen, bei welcher die Schaltung a.uf einen Befehl hin automatisch ihren eigenen Ausgang abgleicht (z.B. die Logarithmusfunktion auf null nachstellt), wenn die beiden Eingangssignale als gleich angesehen werden, so daß sich eine Eichung mit einem "automatischen Abgleich" (oder "automatischer Null-Nachstellung") ergibt.

P Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an den beiden Signaleindungen eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen eines "Leersignals" an dem ersten Eingang mit einem zweiten Signal :m dem zweiten Eingang und zur Bildung einer zweiten mathematischen Punktion dieser Größen anliert, daß mit der Vergleichsschaltung eine automatische .Nacheichschaltung verbunden ist, durch weiche wenigstens eines der Signale an einem der Signaleingänge nach einer dritten mathematioehen Operation in seimu* Wirkung so veränderbar ist, daß die besagte r.weit'e mathematische Punktion einen speziellen vorgegebenen Wert

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annimmt, daß mit der Nacheichschaltung ein Eichspeicher ■verbunden ist, durch den die besagte dritte mathematische Operation speicherbar ist, die erforderlich ist, um die zweite Punktion auf dem vorgegebenen Wert zu halten, und daß durch die Schaltung die gespeicherte dritte mathematische Operation auf Signale angewendet wird, die während .der nachfolgenden Arbeitsschritte der Rechenschaltung an wenigstens einem der Signaleingänge auftreten, wodurch unerwünschte Schwankungen der Signalquellen des ersten und des zweiten Signals für die Rechenoperationen der Rechen schaltung- ausgeglichen werden.

Die vorliegende Erfindung führt beispielsweise die Operation der Bildung des Logarithmus des Verhältnisses von I₀ (der Referenzbündelintensität) su I (der Probenbündelintensität) durch, und zwar durch die Technik, daß die Intensität des größeren I₀-Signals ir. ihrer Wirksamkeit vermindert wird, bis sie zu dem zu messenden I-Signal gleich ist, so daß das Verhältnis des verminderten Iq-zu . I eins ist und der Logarithmus dieses Verhältnisses daher Null wird. Außerdem soll die Ausgabe sowohl in digitaler als auch in logarithmischer Form vorliegen, so daß verschiedene Arten von digitalen Ausgabevorrichtungen ( z.B. Digitalzähler, ETIXIE-Röhren, digitale Datenverarbeitungsvorrichtungen o. dgl.) den Ausgang der Schaltung direkt in Einheiten von Probenkonzentration erhalten können. Nach dem bekannten Lambert-Beer"sehen Gesetz ändert sich die Konzentration der Probe direkt mit dem Logarithmus zur Basis-10 des Verhältnisses I_Q/l> so daß die letztere Größe als "Absorptionsvermögen¹¹ der Probe bezeichnet wird. Es ist daher wünschenswert, die* Ausgangsinformation der Schaltung direkt in Einheiten des Absorptionsvermögens der Probe zu erhalten,

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welches direkt proportional zu der Konzentration der Probe in dem Probenstrahlenbündel ist.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine automatische Nachstellung der Schaltungsparanieter während einer Periode, wo keine Probe in dem Probenst'rahlengang ist, so daß die Intensität des Referenzbündels, die immer noch I₀ ist, und die Intensität des Probenbündels bei Abwesenheit von Probe (etwa I) gleich sind» Da das

el

Absorptionsvermögen und natürlich die "Konzentration", die unter solchen Bedingungen gemessen werden, Null sein sollten, so sollte gelten:

log

da I die Intensität des Probenbündels ohne Probe in

diesem darstellte Bei verschiedenen Zweistrahlgeräten kann eine Einstellmöglichkeit, gewöhnlich ein von Hand betätigtes Potentiometer, vorgesehen werden, um die relative Abschwächung des I_n und I_r-Signals einzustellen und diese vor Einführung der Probe zu Beginn der Analyse gleichzumachen. Bei einer Schaltung nach der Erfindung wird dieser Nullstellvorgang automatisch zwischen den Probenläufen vorgenommen. Eo kann beispielsweise ein einfacher Druckkastenschalter vorgesehen nein, so daß der Gerritebenutzer eine automatische Selbsteinstellung der Schaltung auslösen kann, so daß d β zwischen den Proben angezeigte Absorptionsvermögen auf Null gebracht wird. Bei aufwenigeren Geräten, beiöpielsweiee bei automatischen Analysegeräten, bei denen eine Vielzahl von Proben automatisch dem Analysengerät zugeführt wird, kann diooe automatische

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Nullnachstellung von der Probenzufuhrvorrichtung zwischen den einzelnen Probenzuführvorgängen oder einer bestimmten Anzahl solcher Vorgänge ausgelöst werden. In anderen Worten kann das Gerät seine eigenen Schal- . . * tungsparameter so nachstellen, daß sichergestellt ist, daß das Absorptionsvermögen beim Einsetzen einer Probe in das ·Probenbündel wenigstens im wesentlichen frei von Ungleichheiten zwischen Proben- und Referenzkanal ist, die nicht direkt von der tatsächlichen Probe hervorgerufen sind.

Die Erfindung wird nachstehend an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehö-.rigen Zeichnungen näher erläutert:

Pig, 1a und Pig. 1b sind teilweise schematische Darstellungen einer bevorzugten Ausfüh- rungeform einer Schaltung nach der Erfindung , ₍ die sowohl die gewünschte Rechnung als auch.die automatische Nacheichung durchzuführen gestattet»

Pig«, 1c ist ein Blockdiagramm und zeigt die Art

und Weise, wie die beiden in Figo 1a und *

in Pig. 1b dargestellten Teile der Schaltung miteinander verbunden sind. ·

Pig. 2 ist eine graphische Darstellung und zeigt, wie die Schaltung die Rechnung durchführt, so daß sich ein digitales Signal ergibt, welches wenigstens proportional zu dem Logarithmus des Verhältnisses ihrer beiden Eingänge (l_Q und I) ist, und

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Fig. 3 ist eine ähnliche graphische Darstellung und zeigt, wie die Schaltung eine automatische Null-Nacheichung durchführt, indem ein Signal proportional zur Differenz der beiden Eingänge (l_Q und I_a) erzeugt wird, wenn die "beiden Eingänge aisgleich "angeGehen" werden, ZoB. wenn keine Probe im Probenstrahlengang eines Zweistrahlspektrophotometers vorhanden ist.

Allgemeine Beschreibung der Schaltang

Bevor auf die speziellen Einzelheiten der Schaltung eingegangen wird, soll eine allgemeine Beschreibung der normalen Rechenoperation zur Bildung einer digitalen Ausgabe proportional zu dem Logarithmus mit der Basis 10 des Verhältnisses Ύοη I^ zu I gegeben werden, wobei I₀ das Referenzsignal, beispielsweise die Intensität eines Referenzbündels eines Zweistrahlabsorptionsspektrophotometers ist und I das unbekannte u-leichspannungssignal, beispielsweise die Intensität des Probenbündels, nachdem dieses durch eine Probe mit unbekannter Konzentration hindurchgegangen ist. Zur Erläuterung der allgemeinen Wirkungsweise wird auf das etwas vereinfachte Schaltbild in den beiden Teilen von PIg₀ 1 Bezug genommen und auf die Darstellung von Fig«, 2, welche den Zeitablauf und die ungefähren Signalverl^ufe zeigt, die bei den drei Stufen einen einsigen Arbeitszyklus bei dem normalen Rechenvorgang auftreten. "Jie in Figo 1 gezeigt ist, wird dan unbekannte Gleichi'pannun^s-Ein/ra])>-soi-nal I :vi,;indi/; bei 10 über einen Widerstand 11 In Eiiitfi.'iigsseiten eine:· j'a;:re3 von elel {::. oiii^'lien Schaltern 1

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bzw. 14 zugeführt. Jeder dieser Schalter ist in seinem "normalen" Ausschaltzustand gezeigt. Der Ausgangskon* takt des Schalters 12 ist"mit dem Eingang 16 einer -Integratorschaltung verbunden, die generell mit 17 bezeichnet ist. Der Ausgang des Schalters H ist bei 18 geerdete Die größere Referenzgleichspannung I_Q, die beispielsweise die Intensität des Referenzbündels eines Zweistrahlabsorptionsspektrophotometers darstellt, liegt ständig an der Eingangsleitung 20 und erreicht so die Eingangsseiten von elektronischen

Schaltern 22 und 24 über einen Widerstand 21. Der Aus- ^

gang des Schalters 22 ist über eine Leitung 26 mit ' dem Eingang einer zweiten Integratorschaltung 27 verbunden. Die Ausgangsleitung 28 des Schalters 24 ist nicht geerdet, wie. der äquivalente Ausgang des . Schalters 14, sondern ist stattdessen zu einer Stromgeneratorschaltung 29 für einen automatischen FuIlabgleich geführte

Eine (in Fig, 1 nicht dargestellte) Arbeitszyklus-Steuerlogik liefert während der ersten Stufe den normalen Rechenzyklus der Schaltung (siehe Fig_e 2)

ein erstes ("Integrieren-") Signal S₁ während der g

Zeit, während welcher die Eingangsgleichspannungen I, Iq den Integratoren 17 bzw. 27 zugeführt werden sollen. Insbesondere wird S₁ auf das Steuerelement 30 des Schalters 12 wie bei 32 angedeutet, gegeben, so daß es den Schalter schließt und damit die Spannung I auf den Eingang des Integrators 17 schaltet. Während der übrigen Stufen des Zyklus, d.h„ wenn das ini;e- / grieren-Signal S₁ nicht vorhanden ist, bewirkt das · Steuerelement 34 des Schalters 14 die Erdung der Eingangsopannung I, da das Element 34 bei Abwesenheit

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eines Signals an seinem Eingang 36 so wirkt, wie es durch das übliche Negationssymbol 38 angedeutet ist. Auf ähnliche Weise liegt während der ersten Integraticns-Stufe (S-,) des normalen Rechenbetriebs ein I^-Satter-Signal an 41 und damit an dem Eingang 42 des Steuerelementes 40 r.n, so daß es gleichseitig den Schalter 22 schließt und das Signal I_Q an den Eingang des zweiten Integrators 27 anlegt. Wenn das Ιφ-Gatter-Signal an den leitungen 41 und damit an dem Eingang 46 des negativen (wie bei 45 angedeutet) Steuerelementes 44 anliegt, bleibt der Schalter 24 offen. Der Schalter 24 schließt in analoger Weise wie der Schalter 14 am Ende der Integrationsperiode (S₁) und verbindet so das Eingangssignal I_Q mit der Schaltung 29 zu einem weiter unten erläuterten Zweck.

Jeder der Integratoren 17, 27 kann einen Operationsverstärker 50, 60 mit hohem Verstärkungsgrad aufweisen, der mit einer im wesentlichen rein kapazitiven Gegenkopplung versehen ist. Die Ausgänge dieser Verstärker bei 52 bzs. 62 sind mit einer Gegenkopplungsschleife verbunden, die die Ausgangsgegenkopplungsleitung 53, den Kondensator und die Eingangsgegenkopplungsleitung 55 mit dem Verstärker 17 und die gleichen Elemente 62, 63, 64 und 65 für den Verstärker 27 enthält. Eine normalerweise abgeschaltete Kurzschlußstrecke liegt parallel eu den beiden Kondensatoren 54, 64 und dient zim Entladen oder Rückstellen der Kondensatoren am Ende eines normalen ]:ocmu>iizyklus, d.h. wenn das dritte Rucks teilsteuevsignal ο.λ (ηiohe Fif% 2) erzeugt wird und bewirkt, d;_::> die normalerweise offenen elektronischen Schrltür 56, 6t> schließen und daher eine Entladung der beiden Kondensatoren im wesentlichen im Kurzschluß über die Leitungen und 58 h'/.vi, 67 und 68 bewirken. Da die elektronischen

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Schalter Feldeffekttransistoren sind, die auch im geschlossenen Zustand endliche Widerstandswerte von "beispielsweise 500 Ohm besitzen, erfolgt die Entladung dieser Kondensatoren schnell aber mit endlicher Geschwindigkeit, wie bei 52c und 62c in Fig. 2 angedeutet ist.

Während de,s Auftretens des Integrations-Signals S₁, wird jeder der Gegenkopplungskondensatoren 54 und 56 so aufgeladen, daß die Ausgangsspannung bei 52 bzw_o 62 der Integratorschaltungen Spannungen annimmt, wie sie ^

in Figβ 2 als negative Spannungen dargestellt sind, die Ί

linear proportional zu der an ihre Eingänge 16, 26 an- gelegten Gleichspannung sind, d.h. linear proportional zu den ursprünglichen Eingangssignalen I und Iq. Diese integrierten Ausgangsspannungen sind mit I¹ bzw«, Iq' an den Ausgängen 52, 62 in Figo 1 bezeichnet, und die Art und Weise auf welche sie sich während der S₁-Stufe linear ändern, ist in Fig«, 2 bei 52a bzwo 62a graphisch dargestellt. Da das ursprüngliche Eingangssignal I_Q eine größere Gleichspannung ist als die ursprüngliche Eingangsgleichspannung I ändert sich unter allen normalen Umständen die entsprechende Ausgangsspannung I_Q' am Integrator 27 (wie in Fig. 2 dargestellt ist)" schnei- f ler als das entsprechende integrierte Ausgangssignale I'. Wenn die übliche Arbeitszyklus-Steuerlogik aufhört, das erste Integrations-Signal S₁ zu liefern, welches beispielsweise eine Dauer von 100 msek. hat, werden die Eingänge 16, 26 der Integratoren 17, 27 gleichzeitig geöffnet, so daß die ursprüngliche Eingangsgleichspannung I bzwo Iq davon abgeschaltet wird. Wie vorstehend erwähnt, werden diese zrsprünglichen Eingangssignale I, Iq geerdet bzw. der Schaltung 29 während der restlichen Stufen eines normalen Rechenzyklus zugeführt»

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Die Ausgänge 52, 62 der Integratoren halten dann den erreichten Wert der an den jeweiligen Kondensatoren 54 und 64 anliegenden Spannung, während der zweiten oder Zählstufe, die von dem zweiten "Rechnen"-Signal S₂ gesteuert ist. Das ist in Figo 2 bei I¹' bzw. I₀ ¹¹ dargestellt. Da diese Spannungen auf diesem konstanten Niveau gehalten werden, wie in Fig. durch die horizontalen Linien 52b und 62b dargestellt ist, und da die Vergleichsschaltung 70 nur in Betrieb gesetzt wird, wenn die Arbeitszyklus-Steuerlogik das zweite "Rech- nen"-Signal S₂ liefert, wie an den Steuereingängen 72, 118 angedeutet ist, werden die beiden Vergleichereingänge 74 und 76 tatsächlich nur benutzt, wenn die integrierten Ausgangssignale I^f und Iq' auf diesem konstanten Wert I'^f bzw, I₀'' gehalten sind. Aus diesem Grunde sind die oberen beiden Eingänge der Schaltung 70 so bezeichnet, als würden sie diese konstanten integrierten Werte erhalten, obwohl sie natürlich normalerweise auch die linear sich ändernden Werte I¹ und I₀' erhalten aber darauf nicht ansprechen.

Der allgemeine Zweck der Vergleichsschaltung 70 besteht darin, den "gehaltenen" Wert von I'' am Eingang 74 und den "gehaltenen" Wert von Iq'^! "bei 76 einzeln mit einer sich ändernden Vergleichsspannung zu vergleichen und zu bestimmen, wenn diese sich ändernde Vergleichsspannung (I^ am Eingang 78) jeden der einzelnen "gehaltenen" Werte von I'' und I₀ ¹' kreuzt, d.h. diesem Wert gleich wird. Generell wird während der "Integrationsperiode" (S₁ in Fig. 2) I_R auf einen Wert gebracht, der negativer ist als das größere der beiden integrierten Signale I' und Iq', welches gewöhnlich Iq' ist. Während des Rechnen- oder Zahl-Teils des Zyklus (S₂) beginnt der am unteren Ende des geradlinigen Signalverlaufs 78_& während der Integrations-Periode erreichte Wert sich von seinem maximalen negativen

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Wert Ip¹ zu entladen. Insbesondere wird es während eines normalen Arbeitszyklus, d_oh_o bei einem Arbeitszyklus, der die tatsächliche Berechnung der Probenstrahlintensität ' zum Gegenstand hat, exponentiell gegen Erdpotential absinken,' beispielsweise durch einen Kondensator, der sich über einen Widerstand entlädt. Dann ist die Zeit zwischen dem Zeitpunkt, wo diese exponentiell abfallende Spannung 78b die konstante negativere Spannung bei 62b, die direkt proportional zu dem ursprünglichen I_Q ist, im Punkt 81 kreuzt, und dem Zeitpunkt, wo diese exponentiell abfallen- g de Spannung längs 28-b die konstante Spannung 52b, die pro- ^v portional zu dem Probensignal I ist, im Punkt 82 kreuzt, proportional zu. dem Logarithmus des Verhältnisses von Iq dividiert durch I. Diese Zeit ist daher direkt proportional dem gewünschten Logarithmus des Verhältnisses d^-er Eingangssignale, z.B. der Konzentration oder des Absorptionsvermögens einer Probe in einem Zweistrahlabsorptions— spektrophotometer. Die Zeit selbst könnte als analoges Signal benutzt werden, und sie wird in der Tat bei einer Art von Ausgang z.B. zu einem üblichen Schreiber so verwendet und liefert eine direkte Anzeige des gemessenen Logarithmus des Verhältnisses der beiden Eingangssignale, z.B. Konzentration oder Absorptionsvermögen. Diese Zeit wird jedoch auch in digitale Form umgesetzt, und zwardadurch, daß diese Zeit, wie sie von der Vergleichsschaltung 70 bestimmt wird, verwendet wird um eine konstante Impulsquelle an- und abzuschalten, so daß die Länge dieser Zeit in der Form einer ihr direkt proportionalen Anzahl von durchgelassenen Impulsen digitalisiert wird. Diese Form von Ausgang iat nicht nur bequemer zu benutzen, um solche Auegabeeinrichtungen wie NIXIE-Röhren, verschiedene andere. Arten von Zähleranzeigen zu beaufschlagen und für die weitere Verarbeitung und/oder Speicherung in Datenverarbeitungsgeräten, sondern der digitale Ausgang wird wie unten erläutert ist, bei einer Art von Speicher und

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Rückführschleife verwendet, um die "automatische Nullnachstellung" durchzuführen, wenn die beiden ursprünglichen Eingangsgleichsrannungan I und I¹Q gleich angesehen werden. Bei einem Absorptionsspektrophotometer ist dac der Pail, wenn eine "Leerprobe" oder keine Probe in dem Probenstrahlengang vorhanden ist, so daß die Probenstrahlintensität I und die Referenzstrahlintensität I₀ bei dieser Anwendung gleich sein sollten.

Die allgemeine Technik, die verwendet wird, um diese automatische Nullnachstellung zu bewirken, besteht in der Bestimmung, wie sich die theoretisch übereinstim menden "Leersignale" I und Referenzsignale I₀ unterscheiden. Das wird bestimmt während eines automatischen NuIInachste11zyklus, nicht während des normalen Zyklus. Dann wird die Aufschaltaeit des I^-Signals mittels des elektronischen Schalters 22, der ein Feldeffekttransistors sein kann, so eingestellt, daß dieser nicht ständig während der Inte.;ration:?i)eriode (S₁) geschlossen ist, sondern stattdessen als Serhacker wirkt, der während eines Teils seines ArbeltssY'ilus geöffnet ist und somit eine Abuchwäehung desI₀-S.i_c;ai-ilfi vor seinem Eintritt in die Integrate) rs clip L tu ng 60 für I₀ bewirkt. Man sieht somit, daß die Eingr.ngsleitu.ng 21 zu den Eingängen-der elektronischen Schalter oder "Feldeffekttransistoren 22, 24 nicht nur das konstante S,-Signal führt, sondern ein H[Q-Gatter"-Sign;'l, welches nwar nur während der S, Signnlperiode vorhanden ist, aber einen Arbeitszyklus von im allgemeinen weniger als 100;6 hat, so daß der elektronische Schalter 22 nicht ständig während der S₁ Periode geschlossen ist. Letzteren ist tatsächlich der Fall für den entsprechenden elektronischen Schalter 12 am Eingang der, J-Integrators.

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Ein wesentliches Merkmal der. Schaltung ist ihre Fähigkeit, den Arbeitszyklus des elektronischen Schalters 22 durch ein einfaches Kommando auf den richtigen Wert (gleich oder weniger als 100$) einzustellen, um Fehler, die durch unerwünschte Einwirkungen auf die I und I_Q-Signale entstehen, auszugleichen. Da in der üblichen Abwendung das ' I_Q-Signal. wesentlich größer ist als ein richtiges ^MProben"-I-Signal, steht eine erhebliche Reserve an Korrektur zur Verfugung, da der Arbeitszyklus des elektronischen Schalters 22 wesentlich unter 100$ abgesenkt werden kann. Im Betrieb wird der automatische Nullnachstellzyklus erst durchgeführt, um so festzustellen, welche Korrektur vorgenommen werden sollte* Das geschieht,während eines Laufes mit einem "leerprobensignal¹¹.. An diesp Kc r-ektur "erinnert sich" das Gerät, und die Korrektur wird dann auch, angewandt, um den Arbeitszyklus des elektronischen Schalters oder Zerhackers 22 um denjenigen Prozentsatz zu Tsrmindern, der erforderlich ist, diesen systematischen Penler zu beseitigen, wenn während anschließender tatsächlicher Rechenzyklen die Rechnung mit "richtigen" Probensignalen I durchgeführt wird.

Da die Technik der automatischen Nullnachstellung schon in großen Zügen beschrieben worden ist, soll bei der Beschreibung der übrigen Schaltung versucht werden, wenigstens ihre Punktion während des automatischen Nach-Bteilzyklus zu erwähnen· Eine genauere Beschreibung folgt, wenn zunächst der Aufbau aller Komponenten beschrieben worden ist. So wird die vorerwähnte Schaltung nur während des automatischen Nullnachstellbetriebs benutzt, um ein Eingangssignal auf einen Vergleichssignalgenerator 80 zu geben. Wenn das Relais 83 erregt ist, wird die Schaltung 29 mit dem Eingang de· Vergleichseignalgenerators verbunden, in den der Schalter

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eich aus der (dargestellten) Normalstellung zu dem Kontakt 84 während eines solchen automatischen Nullnachstellbetriebs bewegt. Die Normalstellung de» Schalters 86 ist jedoch, wie dargestellt, so, daß sie während der normalen Rechenzyklen, d.h. wenn ein tatsächliches Probensignal I verarbeitet wird, eine Verbindung mit dem oberen Kontakt 88 herstellt. Die Signaleingänge für den Vergleichssignalgenerator 80 während der ersten "Integrations "-Stufe des normalen Betriebszyklus sind nur die I¹ und Iq»-Signale, die über Leitungen 91 und 92

W als Eingänge einer Vergleichsschaltung 90 zugeführt werden. Der Ausgang der Schaltung 90 ist das größere der beiden Eingangssignale, also fast stets I_Q', plus eine zusätzliche Vorspannung B, die von^Lrgendeiner Vorspannungsschaltung geliefert wird. Wegen dieser kleinen Vorspannung B erhält der Eingang 96 des Operationsverstärkers 98 des Vergleichsspannungsgenerators eine Spannung, die etwas größer als diejenige ist, die den Eingängen 16, 26 der Operationsverstärker 50, 60 der Signalintegratoren während der ersten "Integrations"-Stufe jedes Rechenzyklus zugeführt werden, d.h. wenn das Signal S₁ den elektronischen Schalter 99 schließt. Aus die-

m sem Grund ist der negative integrierte Ausgang I_R bei stets etwas größer, d.h. mehr negativ, um einen in Fig_e mit B¹ bezeichneten Betrag als das größere der integrierten Signale (I¹ oder Iq¹), wobei angenommen werden kann, daß dies Iq¹ ist. Der Spannungsausgang I_R ist somit parallel aber etwas negativer während der S₁-Stufe, als das größere der integrierten Signal·, wie bei 78_ angedeutet ist· Es wird im nachstehenden stets angenommen, daß I_Q » das größere der Signale ist, wie das bei Absorptionsspektrophotometern der Fall ist. Die dargestellte Schaltung kann jedoch tatsächlich auch dann einen einwandfreien Betrieb liefern, wenn das Gegenteil der Fall ist.

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Aber dieseSituation braucht nicht beschrieben zu werden, um Wiederholungen zu vermeiden. Am Ende der durch das feste Signal S₁ bestimmten festen Integrationsperiode von beispielsweise 100 msek. hat der Ausgang des ■Vergleichssignalgenerators 80 bei 100 daher einen Spannungswert = I_R ^f von fig₀ 2. Aus diesem Grund ist der Eingang bei 78 und die Portsetzung dieses Eingangs bei 79 zu den Analogvergleichern 70 mit I_R ^f bezeichnet, da dies ihr Wert zu Beginn der zweiten Rechen-Stufe ist, die durch das Signal S₂ dargestellt wird.

Am Ende der ersten Stufe und zu Beginn von Stufe 2 öffnet nicht nur der Eingangsschalter 99 des Vergleichssignalgenerators 80 sondern es schließt auch der Rückführschalter 102, da, wie angedeutet, das Signal S₂ auftritt. Daher beginnt der Kondensator 104 des Vergleichssignalgenerators sich von seinem anfänglichen Maximalwert I_R ^f über Leitung 94, Schalter 102, Schalter 86, Leitung 106, die verschiedenen einstellbaren Widerstände und Potentiometer 108, 110 und 112 und die Leitung 114 zu entladen, so daß der Ausgang bei 100 exponentiell gegen Erde abfällt, d.h. weniger negativ wird, und zwar nach einer Exponentialkurve, die durch g

den wirksamen Widerstandswert der Widerstände 108, 110 ™

und 112 bestimmt ist. Da der ursprüngliche Spannungswert I_a* (siehe T?ig, 2) nicht wesentlich größer als Iq¹¹ ist, kreuzt die exponentiell abfallende Spannungskurve 78b die gerade Linie 62b im Punkt 81. relativ schnell nach dem Einsetzen der zweiten Rechenstufe (S₂). Dieses Kreuzen wird durch den Differenzverstärker 116 festgestellt, welcher diese beiden Signale an seinen Eingängen 76 und 78 vergleicht. Wie man bei 118 sieht, hat der Differenzverstärker 116 einen Steuereingang, so daß dieser Vergleich nur während der zweiten oder

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"Rechen"-Stufe S₂ stattfindet. Wenn diese beiden Eingänge gleich geworden sind, liefert dieser Differenzverstärker ein Signal, welches die Zählgatterlogik 130 setzt oder an ihrem "Start"-Eingang 122 "startet". Wenn die exponentiell abfallende Vergleichsspannung (siehe Kurve 78b in Pig. 2), die am Eingang 72 dem anderen Differenzverstärker oder Vergleicher 126 zugeführt wird, als gleich der Spannung I¹¹ "erkannt" wird oder als weniger negativ als diese, welche letztere Spannung durch die gerade Linie 52b in Pig. 2 dargestellt ist und am anderen Ende 74 des Differenzverstärkers 126 anliegt, dann erscheint ein Rückstell- oder "Stop"-Signal an dessen Ausgang 128· Das geschieht natürlich im Punkt 82 in Pig„ 2 und bewirkt das Ende der "Zähl"-Stufe des Zyklus. Man sieht aus Pig· 2, daß die Zeit zwischen den Zeitpunkten, wo öle exponentiell abfallende Ausgangsspannung It, des Verglei S₁B Signalgenerators Längskurve 78b zuerst die Iq'¹ und dann die I¹¹ Niveaus kreuzt (62b und 52b in den Punkten 81 bzw« 82), gleich der gesamten Rechenstufe Sp minus der kleinen Zeitspanne t_ß ist, welche die Vergleichsspannung benötigt, um von ihrem maximalen negativen Wert I_R* bis zu dem Punkt 81 abzufallen« Somit ist die tatsächliche Zeit zwischen diesen Kreuzungspunkten, die sowohl in Pig. 1 als auch in Pig. 2 mit S«¹ bezeichnet ist, geringfügig kleiner als die gesamte Rechenstufe S₂, nämlich um diese kleine Zeit t-r,. Es sind die Zeiten zwischen den tatsächlichen Kreuzungepunkten, d.h, die Abszissendifferenz zwischen den Punkten 81 und 82 bei S₂ ¹, die direkt proportional zu dem Logarithmus des Verhältnisses von I₀ ¹' dividiert durch I'· oder der dazu proportionalen ursprünglichen Eingangssignale I_Q und I ist. Es ist somit diese Zeit S₂* zwischen den Kreuzungspunkten der Kurven in den Punkten 81 und 82, welche die ausschlaggebende gemessene

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Zeit ist. Demgemäß führt der obere Ausgang 132 der Zählgatterlogik ein Signal während der jetzt berechneten Zeitabschnitte S₂ ¹ t die direkt proportional dem gesuchten logarithmischen Terhältnis sind. Der untere Ausgang 134 dieser Zählgatterlogik führt ein ähnliches Signal, analog zu S₂ ¹, wenn das Probensignal, also I", größer, d.h· negativer in Fig» 2 wäre als das Referenzsignal, d.h· Iq*'· In diesem Falle würde tatsächlich das Eingangssignal bei 129, dem "normalen" Stop-Eingang tatsächlich vor dem Eingangssignal an dem unteren Eingang 122, dem "normalen Start "-Eingang,- auftreten. Der Hauptunterschied würde sein, | daß das "normale" Offnen und Schließen des Zählgatters umgekehrt würde, so daß das gewünschte Signal ε,η dem unteren Ausgang 154- erscheint· Wie in Pig. 1b de gestellt ist, wird der obere Ausgang des Zählgatters als positives Zählgat^ersignal betrachtet, nämlich als das, was. bei der als Beispiel angegebenen Verwendung in einem Absorptionsspektrophotometer positiv ist, und wird als Eingang 136 dem oberen oder "positiven" UND-Gatter 138 zugeführt. Wenn die ursprünglichen Signale (I und I_Q) so wären, daß I größer als Iq wäre, dann würde das stattdessen bei 134- auftretende Ausgangssignal ein Eingangssignale für das untere oder "Minus"-UND-Gatter HO hervorrufen, und zwar während der , richtigen Zeitdauer, die ein Maß für den negativen Loga- " rithmus des Verhältnisses von Iq/I ist, oder was das Gleiche ist, den Logarithmus des Verhältnisses

Da es die "Länge", d.h. Zeitdauer, des nun. berechneten Signals Sg.¹ ist, die proportional zu dem gewünschten Logarithmus des Verhältnisses der ursprünglichen Eingangeeignale und damit beispielsweise dem Absorptionsvermögen und der Konzentration einer Probe in einem Zweistrahlspektrophotometer ist, kann dieses gleiche Signal auch benutzt werden als ein Ausgang 131 bzw· 133, der genau

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den Ausgängen 132 und 134 entspricht, um einen Analog-■chreiber anzutreiben. Bevor die wichtigeren digitalen Teile der Schaltung im oberen Teil von Fig, 1 beschrieben werden und insbesondere die Technik zur automatischen Nullnachstellung mit den Schaltgliedern im wesentlichen im mittleren rechten Teil von Fig. 1, soll zuerst die einfache Weise erläutert werden, auf welche das berechnete ^MIiängen"-Signal S₂ ¹ verwendet werden kann, um eine analoge Anzeigevorrichtung, beispielsweise einen Schreibstreifenschreiber zu betreiben. Der normalerweise zu erwartende "positive" Ausgang bei 131 wird über eine leitung 135 als Eingang 145 auf eine Analogsehreiber-Gattersteuerschaltung 150 gegeben. Das mit geringerer Wahrscheinlichkeit zu erwartende "Minus"-Signal Sp^f wird in ähnlicher Weise über 137 auf den Eingang 147 der Schaltung 150 gegeben.

Da die Eingangsleitungen 145 oder - in seltenen Fällen 147 - ein Signal von einer Länge führen, welche direkt proportional dem gewünschten Logarithmus des Verhältnisses ist, ist relativ einfach, dieses grundsätzlich analoge Signal zum Betrieb eines Analogschreibers zu verwenden. Somit muß die Schaltung 150 nur an ihrem Auegang eine Gleichspannung liefern, die entweder eine Dauer oder eine Höhe proportional zu der Länge des berechneten Signals S₂» besitzt. Eine lechnik^zum Antrieb eines solchen Analogschreibers besteht darin, daß dieser Ausgang, der proportional und mit dem richtigenftTorzeichen in Bezug auf den Eingang bei 152 auftritt und mit S₂'¹ bezeichnet ist, integriert wird, d.h. in ein Signal umgesetzt wird, dessen Gesamtwert direkt proportional zu seiner Dauer ist. Da das Signal nur während des ursprünglichen S₂ Zählzyklus verfügbar ist, wird der Integrator 154 durch einen elektronischen Schalter 156 abgeschaltet, der den Eingang 158 desselben gegen den Ausgang 160 kurzschließt. Am Ende der

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S₁-Periode öffnet der Schalter 156 und das Signal S₂ ¹* lädt den Gegenkopplungskondensator 162 auf einen Wert auf, der Proportional zur Länge der Zeit des berechneten Absorptionsvermögen-Signal S₂'¹ ist. Am Ende des normalen Rechenzyklus S₂ schließt der elektronische Schalter 170 und gestattet den Durchgang des integrierten Signals bei 160 zum Eingang 174 des Schreiberendverstärkers 172. Der Ausgang dieses Verstärkers bei 175 ^is* dann in der lage, den Schreiber, d.h. die Schreibfeder eines Sehreibstreifens ehr eibers, direkt anzutreiben. Wie bei 162 dargestellt ist, kann ein "Skalendehnungs"-Potentiometer vorgesehen werden, um so dieses Signal um verschiedene Faktoren ab- ' - M zuschwächen und zu erreichen, daß die volle Skala des Schreibers verschiedenen Werten des Logarithmus des Verhältnisses der ursprünglichen Eingangssignale entspricht· Das ist beispielsweise angegeben als maximale Zahl der vollen Absorptionsfähigkeitseinheiten, die einen 100$ Schreibfederweg des Schreibers hervorrufen. Bei 176 ist ein Schalter dargestellt, der es gestattet, eine von vier verschiedenen Zeitkonstanten zwischen den Endverstärker und den tatsächlichen Schreiber einzuschalten, wie er im allgemeinen bei solchen Schaltungen vorgesehen ist, so daß der Gerätebenutzer verschiedene Ansprechzeiten der Schreibfeder wählen kann, um unerwünschtes | Nacheilen oder Überschießen der Schreibfeder entsprechend der Größe der Signale zu vermeiden» Schließlich ist mit 178 ein Schreib-Nullfeinabgleich bezeichnet, der Drift in dem Schreiber oder den unmittelbaren Schreiberelementen, d.h.· 150 bis 180 kompensieren soll. Es ist zu beachten, daß dieser Schreiber-Nullabgleich 178 nicht irgendwelche "wirklichen¹¹ Korrekturen an den ursprünglich bei 145, dieser Schaltung zugeführten Daten vornehmen soll, da der automatische Nullnaehstellmechanismus solche Daten hinsichtlich jeglicher "Drift" vollständig korrigiert hat,

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nicht nur in der ganzen anderen Elektronik, sondern, was für gewisse Anwendungen noch wichtiger ist, in den Signalquellen selbst. Beispielsweise gilt das für irgendwelche der verschiedenen Teile eines Zweistrahlabsorptionsspektrophotometers selbst· Da die tatsächliche Anzeige des Schreibers nur während der Perioden S, stattfindet, erfolgt die Schreibfederbewegung, welche die Ordinate des Schreibetreifenschreibers darstellt, stufenweise, während sich die Abszisse stetig ändert. Da jedoch jeder der Aufzeichnungsschritte mit einer Geschwindigkeit von weniger als 1/10 sek. erfolgt, erscheint die Aufzeichnung auf dem Schreibstreifen normalerweise als vollständig glatte Kurve, wenn die Abazissenwerte geeignet gewählt sind.

In dem Haupt- oder Digital'eil der Ausgabe des Gerätes sieht man, daß die oberen Eingänge 186 bzw. 192 des "positiven" und UND-Gatters 138 und des "Minus"-UND-Gatters HO an dem Ausgang 184 eines Iszillatore 190 anliegen, der von einem Kristall 188 auf eine Frequenz von 10 Megahertz gesteuert ist. Eine Zweigleitung von diesem Oszillator liefert auch einen 10 Megahertz Taktimpulszug, dessen Verwendung später erläutert wird. Wenn man annimmt, daß das I₀-Intensitätssignal größer als das I-Signal ist, erscheint das berechnete Sp^f Signal an dem oberen Ausgang 132 der Schaltung 130 und öffnet daher das positive UND-Gatter 138 für eine Zeitspanne, die von der Länge dieses berechneten Signals S₂ ¹ bestimmt iet. Das positive UND-Gatter 138 hat daher an seinem Auegang 196 eine Folge von 10 Megahertz-Impulsen, deren Gesamtdauer oder Anzahl direkt proportional an der Länge des berechneten Signals S₂ ¹ ist. Diese 10 Megahertzpulse liefern daher eine Digitalzahl, die direkt proportional dem berechneten Logarithmua dea Verhältnisses der ursprünglichen Eingangesignale, also

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dem Signal S₂ ¹ ist und dieses Signal ist daher bei 196 als S₂ ¹ * bezeichnet· Biese Pulse werden einem Fünferringzähler oder Impulsteiler 200 zugeführt. Demgemäß hat der Ausgang 202 dieses Zählere 1/5 soviel Pulse mit einer Frequenz von 2 Megahertz wie der ursprüngliche Eingang S₂'* *>ei 196. Diese 2 MHz-Signal, dessen Anzahl von Pulsen immer noch proportional der berechneten gewünschten logarithmischen Funktion ist, wird dann zwei hintereinander geschalteten durch 10 teilenden Ringzählern 210 und 220 zugeführt. So wird der Ausgang hei 202 direkt als Eingang 204 im ersten dieser Ringzähler 210 zugeführt, dessen Ausgang bei 206, jj eine Folge von 200 KHz-Pulsen, die natürlich 1/10 der Zahl der Eingangspulse ist. Dieser Ausgang bei "08 wird als Eingang 214 dem nächsten durch 10 teilenden Ringzähler 220 zugeführt, welcher daher an seinem Ausgang 226 I/IO soviel Pulse mit einer Frequenz von 20 KHz aufweist. Dieser Ausgang bei 226 bildet einen der Eingänge bei 228 eines manuell betätigbaren Schalters mit drei Schaltstellungen.

Außer der gerade durchgehenden Reihenschaltung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, die eine Impulsteilung um einen Faktor 100 an den bei 202 erscheinenden Zählim- |

pulsen und daher eine Impulsteilung um den Faktor 500 an den bei I96 erscheinenden ursprünglichen Impulsen vornimmt, sind Umgehungsleitungen zwischen jeden der Zähler 200 und 210 und zwischen 210 und 220 vorgesehen. Die erste Umgehungsleitung 208 nimmt daher das Zwei-Megahertz-Signal direkt ab und gibt dies auf den obersten Kontakt 232 des Schalters 230, der als CAL (Calibrate)-Kontakt bezeichnet ist und die größte Anzahl von Zählimpulaen liefert, um so die feinste Auslesung des

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Signals S₂" in digitaler Form zu ermöglichen. Die Umgehungsleitung 218 zwischen den Zählern 210 und 220 ist mit de» zweiten Eingang 234 des Schalters 230 verbunden und gibt ein 1/10 so "feines" Signal, also ein Signal was aus 1/10 so vielen Impulsen besteht und ein Maß für das gleiche berechnete logarithmische Signal S₂ ^1f darstellt. Offensichtlich erhält der letzte, unterste Eingang 228 dieses Schalters mit drei Schaltstellungen, wie oben erwähnt, die langsamste Impulsfrequenz von 20 KHz und iaher das am wenigsten "feine" Digital-Signal, welches die gleichen berechneten Daten darstellt.

Die Anzahl der Pulse, die am Ausgang 236 des Schalters 230 erscheinen, sind 1/10 oder 1/100 der "richtigen" Digitalzahl, welche den tatsächlichen Wert des berechneten S₂•-Signals darstellt, wenn der Schalter mit dem Kontakt 234 oder 228 verbunden ist. Wenn der Schalter beispielsweise mit dem Kontakt 234 verbunden ist, führt die Schaltung 10 vollständige Berechnungen durch, von denen jede ungefähr 120 msek. dauert, und liefert die während dieser 10 Rechnungen erhaltenen Gesamtzählungen auf die Leitung 236. In anderen Worten: Jede dieser theoretisch bis auf das Rauschen gleichen Messungen wird mit 1/10 ihres Wertes gewogen und dann aufaddiert, so daß sich ein Mittel von 10 Rechnungen ergibt. Eine solche Möglichkeit ist, wie man leicht einsieht, vorteilhaft in Bezug auf die Verbesserung des Signal-zu-Rauech-Verhältnisses von "verrauschten" Signalen, da das Rauschen teilweise herausgemittelt wird, ohne daß ein Verlust an Signalstärke eintritt.

Wenn der Eingang 228 mit einer Impulsteilung um ien Paktor 100 bewegt wird, tritt der gleiche Effekt ein,

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indem eine Folge von 100 Rechnungen vorgenommen wird und 1/100 Bruchteil jeder Rechnung jeweils zu allen anderen addiert wird, so daß sich ein Mittelwert dieser 100 Re.chenoperationszyklen ergibt.

Der Ausgang 236 des Schalters wird dann auf einen weiteren Zähler 240 mit einer Impulsteilung um einen Paktor 10 gegeben, welcher daher an seinem Ausgang 242 die gleiche Anzahl von Pulsen liefert, gleichgültig ob ein einfacher Lauf, eine Mittelung über 10 Läufe oder eine Mittelung über 100 Läufe durchgeführt worden ist. Das -

ist der Fall, da der Zähler an seinem Ausgang entweder einen ™ "Stoß" von 200 KHz-Pulsen während einer Zeitdauer von 1/5 (wegen des Zählers 200) des ursprünglich berechneten Signals So'¹ liefert, wenn der Schalter 230 in der schnellsten oder Eichstellung, d.h. auf den Eingang 232 steht. Alternativ liefert er eine Serie von 10 solchen Stößen, von denen jeder die gleiche Zeitdauer wie vorher auf eine Frequenz von 20 KHz besitzt, was offensichtlich die gleiche Anzahl von Pulsen ergibt. In ähnlicher Weise verlassen die Signale in der Stellung für die Mittelung über 100 Rechnungen (Kontakt 228) den Ausgang 242 nur mit einer Frequenz von 2 KHz. Es erscheinen aber 100 "Stöße" oder Impulszüge von solchen Impulsen, wobei jeder Stoß natürlich die gleiche Zeitdauer wie vorher dauert. Der Ausgang 242 erhält somit ungeachtet der Stellung des Schalters 230 genau 1/50 soviel Pulse, wie ursprünglich an dem Eingang 196 während der gesamten Rechenoperation auftraten, ob nun ein Lauf, ein Lauf mit Mittelung über 10 oder ein Lauf mit Mittelung über 100 Rechnungen durchgeführt worden ist.

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Der Ausgang 242 ist somit der digitale Hauptausgang, der in digitaler Form D_g darstellt, welches eine Anzahl von Pulsen ist, die direkt proportional der länge des berechneten analogen Signals S₂ ¹¹ ist, welches seinerseits direkt proportional dem gewünschten Logarithmus des Verhältnisses von Iq zu I ist.

Wenn die Eingangssignale und daher ihre integrierten Werte I¹· und Iq¹' nicht, wie erwartet, so sind, daß Iq das größere Signal ist, dann ist es der untere Ausgang 134 der Zählgatterlogik 130, der ein Signal proportional zu dem Logarithmus des Verhältnisses der beiden Signale enthält. Bs ist daher dann das "Minus"-UND-G-atter 140, welches das Signal bei 142 erhält und an seinem Ausgang 198 ein mit Minus Sp*¹ bezeichnetes Signal liefert, welches gen η analog dem Signal an Ausgang I96 des positiven UKD-Gatters 138 ist, wie oben beschrieben wurde. Der einzige Unterschied ist, daß dieses Signal der negative Logarithmus des gleichen Verhältnisses von Eingangssignalen, wie oben beschrieben, ist welches »an sich auch als den Logarithmus des reziproken Verhältnisses der beiden ursprünglichen Eingangssignale, d.h. I dividiert durch Iq, denken kann. Da der Aufbau und die Funktion der "Minus"-Zähllogik genau der gleiche ist, wie der der vorstehend beschriebenen "positiven" Zähllogik, d.h. der Elemente 200 bis 242, braucht dieser Aufbau und die genau gleiche Funktion nicht noch einmal beschrieben zu werden. Die Elemente sind vielmehr genau um 1 höher bezeichnet, d.h. mit ungeraden Zahlen, wobei mit dem Fünferringzähler 201 begonnen und mit dem Endausgang 243 aufgehört wird, der auch als "Minus*D«" bezeichnet ist. Dieae Schaltung entspricht sowohl im

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Aufbau als auch in der Funktion genau den um 1 geringer bezifferten Elementen, die vorstehend beschrieben sind. Die Elemnte 201 bis 24-3 sind somit nicht beschrieben, da eine solche Beschreibung eine vollständige Wiederholung der genau gleichen Beschreibung der Elemente 200 bi« 242 darstellen würde. Es ist nur zu erwähnen, daß der Ausgang 243 in genau der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben, für die geradzahlig bezifferten "positiven" Schaltungen (am Ausgang 242) ein digitales Signal liefert, welches eine Anzahl von Pulsen enthält, die direkt proportional dem negativen Logarithmus ä von I₀ dividiert durch I ist, wenn I größer als Iq ist· In anderen Worten: Das Signal an dem "Minus"-Ausgang 245 enthält die Anzahl von Pulsen, die direkt proporv ->nal dem Logarithmus von I_Q dividiert durch I ipt. Da die Ausgänge 242 (und 243) die normalen digitalen Ausgänge sind, und da die Ausgangssignale in digitaler Form vorliegen, können diese jeder Art von gebräuchlichen digitalen Ausgabeeinheiten zugeführt werden. Jede spezielle Art von Ausgabeeinheit, die in dem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, dient lediglich der Illustration. Eine solche endgültige Auegabe- oder Ausleseeinheit, die bei einigen Anwendungen besonders vorteilhaft ist, enthält NIXIE-Röhren, die natürlich dezimale statt binäre Einrichtungen sind, irgeneine-Art von binärem oder dezimalem Drucker oder irgendeine Art von. Datenverarbeitungseinrichtung. Da die Art der gewählten Aufgabearten keinen Teil der ^N vorliegenden Erfindung darstellt, wird die Beschreibung eines Beispiels einer Ausgabeeinrichtung zurückgestellt. Im allgemeinen wird der digitale Ausgang bei 242 oder irgendeinem Anzeigezähler, Register oder dgl. zugeführt, um wenigstens vorrübergehend die Ergebnisse der Rechnung "aufzuzeichnen¹¹. Nachdem dieser Übertrag der Rechnung

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auf eine Anzeigevorrichtung, ein Register, eine Registriervorrichtung, eine Datenverarbeitungseinrichtung oder dgl. stattgefunden hat, werden alle Zähler 200, 210, 220, 24-0 und die um 1 höher ungeradzahlig bezeichneten Elemente für die nächste Rechnung auf null zurückgestellt. Eine solche Rückstellung und eine solche "nächste Rechnung¹¹ bezieht sich in diesem Falle auf die Vollendung einer vollständigen Rechenoperation, die wie gesagt, einen einzigen Rechenzyklus, die Mittelung über 10 solche Rechenzyklen nacheinander oder die Mittelung über 100 solche einzelnen Rechenzyklen einschließen kann. Fig. 2 zeigt graphisch nur einen solcher einzelner Rechenzyklen als normalen Arbeitszyklus. Auf jeden Fall wird nach Beendigung von 1, 10 oder 100 Arbeitszyklen ein "Rückstellen nach Übertrag"-Signal, abgekürzt R, sowohl auf 24-4- als auch auf 24-5 gegeben, so daß jeder dieser "positiven" und "Minus"-Impule*eilerzähler auf null zurückgestellt wird, wie durch die verschiedenen Rückstelleingänge 246, 24-8, 250 und 252 in der "positiven" Zählerkette und die entsprechenden um 1 höher bezifferten Rückstelleingänge in der "Minus"-Zählerkette angedeutet iit»

Die bisher beschriebene Schaltung ist in der Lage, einen digitalen Hauptausgang, gewöhnlich bei242 aber möglicherweise auch bei 243 zu liefern und außerdem einen analogen Hilf«ausgang, gewöhnlich bei 131 aber möglicherweise auch bei 133. Die übrigen Teile der Schaltung erfüllen eine Funktion, wie sie eingange echon angedeutet wurde, nämlich der automatischen Eichung der Rechenschaltung, indem dieser zwei Eingänge bei 10 und 20 zugeführt werden, die ala gleich angesehen werden

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sollen. Die Schaltung wird so eingestellt, daß sie "sich erinnert", um wieviel von da an alle Signale an einem Eingang, d.h. 20, abgeschwächt werden sollten, um diesen gleichen Zustand der Eichung bei nachfolgenden Rechenzyklen aufrecht zu erhalten. Der Grund, daß die "Eich"-Signale, die den Eingängen 10 und 20 zugeführt werden, als "als gleich angesehen" bezeichnet werden, statt als tatsächlich gleich ist der, daß der Hauptzweck diese automatischen Uullnachsteilung darin besteht, die realen Ungleichheiten dieser Signale zu beseitigen» Beispielsweise sind bei der Anzeige eines fl automatischen Absorptionsspektrophotometers, wo I eine Gleichspannung ist, die das elektrische Signal eines Strahlungsdetektors nach einiger anfänglicher Trennung und Glättung ist, wenn keine Probe in dem Probenetrahl des Instruments sich befindet und die Iq die gleiche Art von Gleichstromsignale für die Intensität des Referenzbündels darstellt, die Signale tatsächlich nicht gleich. Insbesondere beeinflussen nicht nur Ungleichheiten beispielsweise "Drift" in dem Strahlungsdetektor und seiner gebräuchlichen nachgeschalteten Glieder, nämlich Signalweiohe und Gleichrichter schaltungen, die Werte I und I_n bei 10 und 20 in möglicherweise verschiedener Weise, sondern auch das Spektrometer selbst kann bewirken, daß sogar die tatsächliche Intensität der Strahlung, die unter diesen Umständen gleich sein sollte,tatsächlich ungleich ist. Es ist daher wünschenswert, sowohl "reale" Ungleichheiten von I iind I_Q zu beseitigen, ale auoh solche, die durch den Detektor und die Detektorschaltung hervorgerufen werden, und während einer Rechnung, wenn eine Probe vorhanden iit, "sich zu erinnern", wie diese Ungleichheiten wieder beseitigt werden sollen, die

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nicht durch die beabsichtigte Absorption in der zu vermessenden Probe hervorgerufen sind. Wie eingangs erwähnt wurde, ist die Schaltung nach der vorliegenden Erfindung natürlich bei vielen Anwendungen außerhalb der Zweistrahlabsorptionsspektroskopie anwendbar. Der Einfachheit und der Konkretheit der Erläuterung halber soll sie aber im folgenden weiter an Hand der Absorptionsspektroskopie beschrieben werden.

Die beiden Reihen von Elementen in der Nähe der horizontalen Mitte von Pig. 1b bilden den automatischen NuIlrückstellspeicher und werden zunächst beschrieben, da sie während der normalen Rechenzyklen ebenfalls arbeiten, nachdem sie während des automatischen Nullrücket eil zyklu 3 einmal eingestellt worden sind. An dem Eingang 185¹ werden 10 MHz-T-u:timpulse erzeugt. Dieser Eingang 185' ist nur eine Fortsetzung der Leitung 185 von dem oben beschriebenen Oszillator I90. Die Taktpulse werden auf zwei Reihen von impulsteilenden Zählern gegeben, von denen wenigstens die erste Stufe in der Lage ist, mit dieser hohen Pulsfrequenz zu arbeiten. Insbesondere wird der 10 MHz-Taktpulseingang auf den Eingang 280 eines schnellen binär verschlüsselten DezimalringZählers 290 gegeben. Solche Zähler mit integrierten Schaltungen sind handelsüblich erhältlich, beispielsweise als Teil Nr. 74-90 der Texas Instrument Company,, Sie erfordern jedoch einen wesentlichen Teil der gesamten 100 Nanosekunden, (z.B. ungefähr 50 Nanosekunden) um von 7 (wo die Eingänge für die Bits 1, 2 und 4 gesetzt sind und der Bit 8 nicht gesetzt ist) bis 8, wo die Bits 1, 2 und 4 gelöscht und der Bit 8 gesetzt werden muß, zu zählen. Solche Zähler 290 sind daher nioht ohne weiteres in der Lage, dl« 10 MH»-Taktpulse aufzunehmen und zu diesen uneynchronisierte Zusatzimpulse zu addieren, wie es während des automatischen

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Nullrückstellzyklus wünschenswert ist, was nachstehend erläutert wird. Aus diesem Grunde ist der erste schnelle Zähler 290 auch in eine Art Rückführschleife von dem 8-Bit-Ausgang bei 282 des Zählers 290 an einer "Ein-Zählimpuls-Fortschalt-logikschaltung 300 angeordnet. Dieses Aus gang ss ignal 282 des Bit 8 tritt in die Logiksehaltung 300 an einem oberen Eingang 284 ein, welcher die Schaltung 300 so setzt, daß sie ihren einzigen gehaltenen Puls löscht, wenn der nächste 10-MHz-Puls, der eine 9 darstellt, sowohl dem Zähler 290 über den Eingang 280 als auch der Logikschaltung 300 über den Eingang 236 zugeführt wird β Die Ein-Sählimpuls-Fortschalt-Logik ader Gatter 300 erhält alle Pulse, die von der Minuszähllogik am Ausgang 24-3 erzeugt werden an seinem Eingang 288, und zwar nur während des automatischen N-L^lrückstellbetriebes, da nur während dieses Betriebes ihr a, lerer ^MHND^H-Eingang 292 ein Eins ehalt signal für die autor^t-ische- Nullrüek-,.ellung erhält₀ Tatsächlich muß der dritte "UM* ^w -Eingang bei 254 auch das Zeitprogrammsignal Sg der zweiten Stufe erhalten, da ^ während dieser Zeit während eines automatischen Hullrückstellzyklus der Zähler 290 und daher die nachfolgenden Zähler schneller als mit ihrer konstanten 10 MHz Umlauffr equenz fortgeschaltet sind. Wenn somit alle drei "Ulfl^-Eingange^se, 294 vorhanden sind, nimmt die Ein-Zählimpuls-Fortschalt-Logik einen Puls vom Ausgang 243 der Minus-Fortschalt-Logik auf und "hält" ihn während einer sehr kurzen Zeit. Menu in der Schaltung 300 ein solcher Puls gespeichert ist, liefert die Schaltung an ihrem Ausgang 296 ein Signal an den Zähler 290, welches nach Erscheinen des "9" Puls bei 286 die nächste Zählung unterdrückt. Diese Unterdrückung der nächsten Schaltateilung, d.h. der Zählung 9 wird von dem Digitalzähler 290 ohne,.weiteres-angenommen, .-da dieser Befehl ein

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Befehl zur Rückstellung auf null ist« In anderen Worten: Alles was dieser Binärzähler tun muß, ist das "setzen" des Bit 8 zu löschen, um die Zählung "9" zu unterdrücken. Da diese Operation wesentlich weniger als seine volle Schaltfähigkeit erfordert, d.h. nur einen kleinen Teil von 100 NanoSekunden, gestattet diese Technik, die Addition von unsynchronisierten Pulsen in dem Zähler, obwohl dieser normalerweise mit einer Geschwindigkeit zählt, die der Maximalfrequenz entspricht, für welche er ausgelegt ist. Die Pulsfrequenz am Eingang 288, d„h. der Ausgang 293 der "Minus"-Zähllogik, ist niemals schneller, als eine Frequenz von 200 KHz, so daß es unmöglich ist, daß mehr als 1 Puls bei 288 während Jedes kompletten Zählerzyklus des Zählers 290 erscheint. Somit wird jeder Puls, der dem Eingang 288 zugeführt wird, und durch die Schaltung 300 durchgelassen wird, stets eine andere "9"-Zählung in den Ringzähler 290 unterdrücken.

Wenn man vorübergehend annimmt, daß das Signal zur Einschaltung der automatischen Nullrückstellung an Eingang nicht vorhanden wäre, d.h. daß im Moment die gesamte Schaltung nicht einen automatischen Nullrückstellzyklus durchführt und daher keine Pulse durch die Schaltung 300 de» Zähler 290 hinzugefügt würden, dann würde der Ausgang 304 dee Zählers 290 nur aus einem normalen Impulszug

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von 1 MHz bestehen» Diese Impulsfrequenz wird einmal als Ausgang bei 306 abgenommen und zum anderen einer Reihe von Zählern zugeführt, so daß die Impulsfrequenz von 1 MHz auf 1 KHz untersetzt wird. Praktisch wird dies getan, in dem eine Anordnung von drei jeweils eine Frequenzteilung um 10 vornehmenden Hingzählern vorgesehen ist (vergleiche beispielsweisejfdie Zähler 210 und 220)· Somit würde der Zähler 310 für die Impulsteilung um den ^

Paktor 1000 tatsächlich eine Reihenschaltung von drei solchen Zählern darstellen, die jeder eine Impulsteilung um den Faktor 10 bewirken. Es ist nur der Einfachisheit der Zeichnung wegen ein einziger Zähler dargestellt. Der 1-MHz-Eingang bei 306 wird somit in einen 1-KHz-Ausgang bei 312 in dem um den Faktor 1000 impulsteilenden Zähler 310 umgesetzt.

M&£- ■..'■■■..'·.'■" -,-■"- ■,'_-■ " ■ ■ ""■■-.-■ '■■ ' Wenn man nun sich wieder vorstellt, daß während des automatischen Nullnach'it eilbetrieb s und insbesondere während der zweiten S^-Stufe desselben ein.einziger .Zählimpuls . , , wiederholt addiert werden.kann, so sieht man, daß der 1-MHz-Ausgang des ersten Zählers 290 bei 3Qf:nicht mehr vollständig regelmäßig mit dieser.Frequenz.erscheint. Es wird nicht 1 Puls genau alle 1000 NansοSekunden-erzeugtV--Der Ausgang 3Q4 erscheint manchmal, wenn tatsächlich ein Puls addiert wird,, indem der Neunerausgang 296 unterdrückt wird, nur 900 Sanosekunden nach dem vorhergehenden Erscheinen.

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Der Effekt ist daher, daß die nächste Stufe und daher alle Zähler in der Schaltung 310 um eine einzige Zählung bei fortgeschaltet werden, und zwar 100 Nanosekunden bevor sie fortgeschaltet worden wären, wenn kein Puls durch das "9-unterdrücken"-Signal bei 296, 302 hinzugefügt worden wäre. Die Schaltung mit den Elementen 280 bis 302 addiert im Endeffekt ein zusätzliches 10-MHz-Signal, d.h. einen zusätzlichen Puls alle 100 Nanosekunden, zu dem Eingang 306 und dem Rest der Zähler 310. Daher werden für jeden von diesen Elementen addierten Puls die endgültigen Ausgangsimpulse bei 312 zeitlich vorgeschoben (eine "Phasenverschiebung") und zwar um 100 Nanosekunden· In anderen Worten: Die Auftrittszeit dieser 1-KHz-Pulse, die alle 1 Million Nanosekunden auftreten, wird um 100 Nanosekunden entsprechend 10 MHz vorgezogen. Das gestattet ein schrittweises Vorziehen der "Phase" des Ausgangs von Zähler 310 bei 312 mit einer Auflösung von 1/10.000. Außer während des automatischen Nullrückst ellvorganges wird die "Phase" der 1-KHz-Pulse am Ausgang 312 nicht verändert, aber während jedes automatischen Nullnachsteilzyklus und insbesondere während der Stufe S₂ desselben kann die Phase dieses Pulszuges bei 312 um irgendeine vernünftige Anzahl dieser relativ kleinen Schritte vorgezogen werden, d.h. um so viele 1/10.000 Schritte, als es der Eingang bei 288 von der Minus-Zähllogik vorschreibt. Der Ausgang 312 wirkt nun als Setzeingang 3H eines Flip-Flops 320, und zwar gleichgültig, ob ein nor-

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maler Rechenzyklus oder ein automatischer Nullnachstellzyklus durchgeführt wird. Der Ausgang bei 312 kann auch verwendet werden, wie bei 316 dargestellt ist, als Quelle von 1-KHz-Taktpulsen zur Verwendung von anderen Teilen der Schaltung. Beispielsweise sind 100 solche Pulse gleich den 100 Millisekunden, die das Signal S₁ bilden.

Die Elemente direkt unter den soeben beschriebenen, d,h₀ H 282 bis 312, sind genau identisch zu den gerade beschriebenen und daher nicht noch einmal beschrieben/Jedes dieser Elemente ist mit einem Bezugszeichen versehen, das jeweils um 1 größer und daher ungerade ist, als das Bezugszeichen des genauen Äquivalents im oberen Teil des Speichers für die automatische Nullnachstellung und der Speicherschritt-Logikschaltung. Der einzige funktioneile Unterschied zwischen den zwei Schaltungen besteht darin, daß der obere Eingang 289 die "positiven" Auszählimpulse μ von dem Ausgang.242 der positiven Zähllogik erhält, so daß das genau die gleiche Arbeitsweise der Elemente 283 bis bewirkt, wie sie oben für die Elemente 282 bis 312 beschrieben ist, wenn ein positiver Zählimpuls an dem Ausgang 242 der oberen oder positiven Zähllogikschaltung erscheint\ statt der Minuspulse von dem Ausgang 243 der Minuszähllogik, die dem Eingang 288 des "Minus"-Speichers für die automatische Nullnachstellung und der entsprechenden Speicherschrittlogik (Elemente 282 bis 312) zugeführt werden.

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a« 36 «·

Es ist etwas unglücklich, daß der Übersichtlichkeit der Zeichnung wegen die "positive" Zähllogikschaltung (Elemente 200 bis 242) oben gezeichnet ist und gerade Bezugszeichen hat, die untere "positive" Speicher- und Speicherschrittschaltung für die automatische Nullnachstellung speist, die unten gezeichnet ist und ungerade Bezugszeichen (283 bis 313) besitzt.

Der Endausgang 313 für die Pulse mit einer Frequenz von 1-KHz wird als Löscheingangssignal bei 315 auf das Flip-Flop 320 gegeben. Das Flip-Flop 320 ist so konstruiert, daß der Löscheingang bei 315 während einer kurzen Zeitspanne, nachdem das Flip-Flop bei 314 gesetzt worden ist, gesperrt wird. Bei solchen Flip-Flops sind die normalen Schaltungsparameter ausreichend, um sicherzustellen, daß für eine solche kurze Zeitkonstante der Setzeingang 314 ein ia wesentlichen gleichzeitigen Löscheingang bei 315 übersteuert. Das Flip-Flop ist somit stets während eines gewissen Teils der I/IOOO Sekunde zwischen dem Setzimpuls gesetzt, bevor es durch den Eingang bei 315 wieder gelöscht werden kann. Wenn die Pulse an dem Flip-Flop genau gleichzeitig erscheinen, d.h. wenn keine Phasendifferenz zwischen den Phasen des "Minus"- und des "positiven" Speichers für die automatische Nullnachstellung beeteht, ist das Flip-Flop ständig gesetzt, so daß sein Ausgang 322 ständig "hoch" oder angeschaltet ist. Wenn die Phase der positiven Eingangssignale 315 gegenüber den

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Setzeingangspulsen der Minus-Signale bei 314 voreilt, so wird das Flip-Flop gelöscht vor der Zeit, wo es "bei «

314 durch, die Minus-Pulse wieder gesetzt wird. Genauer gesagt: Je mehr die positiven Eingangssignale bei 313,

315 wegen der Addition von positiven Pulsen bei 242,

289 während des automatischen Nullnachstellbetriebs voreilen, desto kürzer wird die Zeit, während welcher das Flip-Flop gesetzt ist und daher desto kürzer der Prozentsatz ^

■ ■ I

der Zeit, wo ein Ausgang bei 322 auftritt, der dem UND-Gatter 330 zugeführt wird. Wenn somit einmal der Speicher für die automatische Nullnachsteilung und die Speicherstufen-Logikschaltung ein Voreilen der»positiven Signale bei 313, 315 relativ zu dem Minus-Pulszug bei 312, 314 bewirkt hat, wird das UND-Gatter 313 während" weniger als 100# ier Zeit durchlässig, während welcher ,das S₁ (Integratioiie)-Signal am anderen Eingang 326 desselben vorhanden ist. Der Ausgang dieses "I₀-Gattera"-Signal^ÜND-Gattef^s 33Ό bei 332 ist somit entweder ein Dauer signal ' * während der S₁-StUfC sowohl des. normalen Rechen- als auch des automatischen Nullnachsteilzyklus, wenn die beiden Zähler des Speichers für die automatische Nulinaehstellung genau phasengleich sind, aber besitzt einen "Arbeitszyklus" von weniger als 1ÖO#, wenn der positive Speicher für die automatische NuI!nächstellung und insbesondere sein Ausgang 313 den ursprünglich damit synchronen Pulsen von dem

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Minus-Speicher für die automatische Nullnachstellung bei 312 voreilt. Die Schritte der Phasenvoreilung entsprechen einem Teil pro 10000 des 1-KHz-G-rundsignals. Der Arbeitszyklus des I_Q-Gatter-Signals bei 332 kann schließlich eingestellt werden von jedem Wert von 100,0$ bis herab zu 0,1$. Es ist vorn schon kurz erwähnt worden, daß im allgemeinen die Leitung 4-1 und daher der Schalteingang 42 des elektronischen Schalters 22 nicht ständig während der gesamten 100 msek. Dauer von S^ angeschaltet ist. Sie ist nur dann ständig an, wenn der Speicher für die automatische Nullnachstellung und die Speicherschrittlogik vorher während des automatischen Nullnachstellbetriebes festgestellt hat, daß keine Korrektur erforderlich ist, d_oh, daß sowohl die Minus- als auch die positiven Signale bei 315 und 314 nach einem automatischen NullnachsteilVorgang genau synchron sind. Im allgemeinen wird jedoch das I_Q-Gattersignal am Ausgang 332, der Leitung 334 und daher an dem Eingang 41 aus einer Folge von 1-KHz-Rechteck-Signalen bestehen, die eine Abschaltperiode besitzen, die von der Anzahl von 100 Nanosekunden-Schritten (d.h. 0,1$) bestimmt sind, um welche die positiven Pulse bei 313 relatir zu den bei 312 vorgeschoben sind, wie oben beschrieben wurde. Ein Beispiel eines Signalverlaufs dieses zerhackten Signals ist bei 340 oberhalb von Leitung 334 dargestellt. Jeder Zyklus diesem zerhackten oder Rechteok-lQ-Gatter-Sifnals dauert natürlich eine msek., wie für den speziellen

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Zyklus 342 dargestellt ist. Die Ausschaltperiode jeder solcher 1 msek.-Periode jedes solchen Rechteck-Signals wird bestimmt durch die Anzahl der Schritte in Einheiten von je 100 Nanosekunden (d.h. 0,1$ der t msek.-Periode), um welches das Ausgangssignal 313, 315 des Speichers für die automatische Nullnachstellung während des vorher durchgeführten automatischen Nullnachstellvorganges vorgeschoben worden ist. Auf diese Weise wird der I_Q-Eingang bei 26 um einen Paktor abgeschwächt, der gleich dem Einsehaltteil 34-6 des zerhackten Iß-Gatter-Signals relativ zu einer vollen 1 msek.-Periode ist. Wenn somit, wie in der Darstellung bei 340; wie der Ausschaltteil des Zyklus 344 ungefähr 20$ und der Einschaltteil 346 ungefähr 80$ beträgt, so ist die Größe des Gleichstromsignals I_Q am Eingang 20, die zu dem Eingang 26 der IQ-Integrierschaltung durchgelassen wird, nur 80% des ursprünglichen I₀-Eingangswertes relativ zu den 100^ des I, welches durch den elektronischen Schalter zu seiner Integrierschaltung durchgelassen wird. Diese Zahl von 80$ ist natürlich nur willkürlich und wird nur als Beispiel verwendet. Es soll nochmals darauf hingewiesen werden, daß die Einstellung durch die beschriebenen Nullnachsteilschaltungen auf eine Dezimalstelle in einem Prozentsatz (d.h. 0,1%) oder auf drei Dezimalstellen erfolgen kann, wenn die Abschwächung als reine Dezimalstelle

i'l OiV - ' ■ - 40 ·

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(d.ho beispielsweise 0,800) ausgedrückt ist.

Es ist somit der Arbeitszyklus des 1 msek.- oder 1-KHz-Puls, der dem elektronischen Schalter 22 während der 100 msek. der S₁-Integrationsstufe zugeführt wird, welcher den Anteil von I_Q bestimmt, der dem Integrator während dieses Zeitabschnittes von 100 msek. zugeführt wird.

_ Im allgemeinen gestattet dies eine automatische Herauseichung jedes Fehlers sowohl in der ursprünglichen Quelle der durch die ursprünglichen Eingänge I und Iq dargestellten Größen, in dem einfach zwei Signale während eines automatischen Nullnachstellbetriebes verglichen werden, die als gleich angesehen werden. Bei einem Zweistrahlspektrophotometer sollte das Probenstrahlintensitätssignal I bei Abwesenheit von Probe gleich dem Referenzbündelintensitätssignal I_Q sein, aber im allgemeinen ist das aus den vorerwähnten Gründen nicht der

W Fall, wobei diese Gründe nicht nur elektrische, sondern auch optische und mechanische systematische und sich ändernde Fehler sind.

Die Phasenbeziehung der Minus- und positiven Signale des Speichers für die automatische Nullnachateilung und damit der Arbeitszyklus des I₀~Gatter-Signals 340 und damit die wirksame Abschwächung des I_Q-Eingangs bei 20 vor Erreichen des Integratoreinganges 26 bleibt fest, wenn sie ein-

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mal durch einen automatischen "NuHnachstellvorgang auf einen speziellen Wert eingestellt worden ist. Somit ändert die Tatsache, daß die Zähler 290 und 310 und die■ Zähler 291 und 311 ständig und schnell wegen der Taktpulse bei 185* umlaufen, nicht ihre relative Phasenbeziehung und damit in keiner Weise die relative Einschalt-Ausschalt-Zeit des Flip-Flöps 320 oder damit den Arbeitszyklus des IQ-Gatter-Signals 340. Kur wenn ein automatischer Nullnachstellvorgang erforderlich ist, ändert sich die Phasenbeziehung zwischen diesen Zählern und daher ihren Ausgängen 312 bzw. 313· Das Gerät-bleibt somit geeicht und liefert automatisch die richtige Abschwächung eines der Signale, solange keine Änderung in den umständen eintritt, die eine Nacheiehung auf den richtigen Punkt erforderlich macht. Es ist hier imaer angenommen, daß das I₀-Signal abgeschwächt wird, da angenomme.n ist, daß dieses Signal größer als das I-Signai ist·

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Es wird nun die Art und Weise beschrieben, wie der richtige Grad von Abschwächung an dem Speicher für die automatische Nullnachstellung und die Speicherschrittlogik während eines automatischen Nullnachstellvorganges eingestellt wird. Die Wirkungsweise eines automatischen Nullnachstellzyklus ist ziemlich analog der eines normalen Rechenzyklus, wie er graphisch in Fig. 2 dargestellt ist, mit Ausnahme der Tatsache, daß eine lineare Vergleichsspannung für die automatische Nullnachstellung verwendet wird, statt der exponentiell abfallenden Vergleichsspannung für den Rechenzyklus, wie sie in Mg. 2 bei 78b dargestellt ist. Pig. 3 stellt somit in graphischer Form einen automatischen Nullnachstellzyklus in ähnlicher 7eise dar, wie Fig. 2 einen normalen Rechenzyklus darstellt, und veranschaulicht die verschiedenen Stufen des automatischen Nullnachstellzyklus S..., S. ₂ und

S.^. Genau die gleichen Operationen und genau die gleiche Art von Signalen werden hervorgerufen während der ersten "Integrations"-Stufe S* .. eines automatischen Nullnachstellzyklus wie sie während der ersten Stufe des oben vollständig beschriebenen normalen Rechenzyklus erzeugt werden. Der einzige Unterschied ist der, daß der ursprüngliche Eingang bei 10 nun ein Signal erhält, welches in Fig. 3 als I. bezeichnet ist und welches proportional zu dem "Leersignal" ist. Als Beispiel kann dieses Signal die erfaßte Intensität des Probenbündels eines Zweistrahlspektrophotometers sein» wenn tatsächlich kein Probenmaterial in dem Bündel ist. Im allgemeinen wird das I.-Signal eine Gleichspannung sein, welche die übrige Schaltung als gleich dem anderen oder Referenzsignal I» "ansieht". Da das !.-Signal eines ist» welches gleich dem Referenzsignal I₀ am Eingang 20 gemacht werden soll» liegt es im allgemeinen ziemlich nahe an dem letzteren. Das ist natürlich während eines Reehenzyklus nicht der Fall, wo der I-Eingang bei 10 sehr stark unterschiedlich von dem Referenz-

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signal I₀ am Eingang 20 sein kann. Der Deutlichkeit der Darstellung halber nimmt jedoch Fig. 3 an, daß eine ziemlich große Differenz zwischen den neiden Vierten I. und I₀ "besteht, so daß während der ersten oder Integrationsstufe (S,-i) der integrierte Wert dieser beiden Signale bei I. und I_Q ziemlich weit auseinanderläuft.

Da diese integrierten Signale I.' und I₀ ¹ in genau der gleichen Weise gebildet und den Ausgängen 52, 62 der beiden Integratoren 17» 27 zugeführt werden, wie oben für die "unbekannten" Signaleingänge beschrieben ist, wird- die Art und Weise, wie dies erreicht wird, nicht noch einmal wiederholt.

M Es genügt zu sagen, daß der Ausgang der beiden Integratoren |j diese beiden Signale, die in Fig. 3 mit 52aa bzw. 62aa be-„ zeichnet sind, in genau der gleichen Weise führt, wie oben für die Situation des Rechenzyklus beschrieben ist. Der Vergleichssignalgenerator 80 arbeitet während dieser ersten oder "Int'egrations"-Stufe des automatischen Nullnächsteilzyklus in genau der gleichen Weise, wie oben für einen Rechenzyklus beschrieben ist. Daher wird keine dieser Operationen hier wiederholt. Das Signal des Vergleichssignalgenerators während dieser ersten Stufe eines automatischen Nullnachstellzyklus ist daher genau das gleiche,-wie es während der entsprechenden ersten Stufe eines Rechenzyklus auftreten würde. Genau gesagt wird es die nach einer geraden g Linie ansteigende,negative Spannung, die parallel zu der größeren, d.h. negativeren, der beiden integrierten Spannungen I, ' oder I₀' verläuft, aber, um einen festen Betrag stärker vorgespannt, d.h. negativer als die größere dieser Spannungen ist. Diese Ausgangsspannung bei 100 in Fig. 1 wird natürlich durch die Elemente 90, 91» 92, 94 und 99 auf genau die gleiche Weise verursacht, wie beschrieben ist. Der einzige unterschied ist der, daß der genaue Wert des Eingangs

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bei 92 und speziell 91 nun die integrierten Spannungen I₀' und insbesondere I.' darstellt.

Am Ende der ersten Stufe eines automatischen Eullnachstellzyklus hat das integrierte "Leersignal" I«^f den Punkt I.'' längs der Kurve 52aa erreicht. In ähnlicher Weise hat das integrierte Referenzsignal I₀ ¹ den Punkt I₀ ¹' längs der Kurve 62aa erreicht, und die integrierte Spannung des Vergleichssignalgenerators Igj, hat den Punkt L-,.' längs der geraden Linie 78aa erreicht. Wie in der entsprechenden Situation in dem oben beschriebenen ßechenzyklus sind am Ende der Stufe 1 die Werte von I.'' und von I₀ ¹' direkt proportional den ursprünglichen Gleichspannungseingängen bei 10 bzw. Auch ist die Vergleichsspannung, die in diesem Punkt erreicht ist L·.¹ wie in der analogen Periode des oben beschriebenen Rechenzyklus um eine kleine konstante Vorspannung B₁ von ungefähr 0,6 Volt bei einer tatsächlichen Ausführungsform der Erfindung negativer als das größere, in diesem Falle I_Q' ' der beiden Integratiorissignale. Die zweite Stufe S._? des automatischen Nullnachstellzyklus ist von der entsprechenden zweiten Stufe des Rechenzyklus insofern verschieden, als der Ausgang des Vergleichsspannungsgenerators längs einer linearen Kurve 78ab abfällt statt exponentiell, wie das während der zweiten Stufe des Rechenzyklus der Fall war. Dieser lineare Abfall der Vergleichsspannung ist als Ida'¹ und die geradliniege Kurve 78ab in Fig. 3 dargestellt.

Der Grund dafür, daß die Vergleichsspannung 1^. linear statt exponentiell während der zweiten Stufe S._? des automatischen Nullnachstellzyklus abfällt ist der, daß während des automatischen Nullnachstellvorganges ein Einschaltsignal für die automatische Nullnachstellung wie bei 360 darge-

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stellt dem Relais 83 zugeführt worden ist, so daß der Schalter 86 nicht zu dem Kontakt 84 Mn schließt. Wenn somit der elektronische Schalter 102 während der S.p-Signalperiode schließt, wird ein genau geregelter Strom von der Stromgeneratorschaltung 29, ^mi& zwar von deren Ausgang 370, über Kontakt 84, Schalter 86 und den geschlossenen Schalter 102 dem Eingang des Vergleichsspannungsgenerators und genauer gesagt dem Operationsverstärker 98 zugeführt. Da die Schaltung 29 durch das Schließen des zerhackenden elektronischen Schalters 24 ständig ein Signal proportional zu dem ur- . j| sprünglichen I_Q erhält, ist das Eingangssignal des Vergleichsspannungsgenerators (Verstärker 98) proportional zu der Spannung I_Q. Auf diese Weise kann die Steigung des geradlinigen Teils 78ab des Ausgangssignals I„.' sowohl· gut linear gemacht werden, insbesondere durch sorgfältige Auslegung der Schaltung 29> als. auch proportional zu dem Wert von I₀ und damit von L¹', Auf diese Weise kann die .geradlinige Meßspannung 78ab gut linear und von solcher Neigung gemacht werden, daß sie den jetzt gehaltenen integrierten Spannungswert Iq¹' (Linie, 62ab) relativ bald, beispielsweise im Punkt 381 trifft. Außerdem wird die Neigung der Linien 78ab ,durch den Verstärkungsfaktor der Schaltung 29 und Λ

damit .ihres eingeprägten Ausgangsstromes so eingestellt, . daß er ,im. Punkt 382 den "gehaltenen" integrierten Wert des Leersignals I. " trifft. Die vorstehend beschriebenen analogen Vergleicher oder Differenzverstärker bestimmen während dieser zweiten Stufe in analoger «eise wie während des oben beschriebenen Rechenzyklus die beiden.Kreuzungspunkt^ 381 und; 382 den linear abfallenden,negativen Spannungssignals "Jua ' * (Linie- 78ab). Die3 verursacht die gleiche Art von Wirkungsweise der Schaltung 130 wie oben beschrieben,.

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stf daß ein Ausgang in Gestalt einer Zeitdauer S." erzeugt wird, der als Abszisse zwischen den beiden Kreuzungspunkten 331 und 382 gemessen wird, wieder analog zu dem normalen Kechenzyklus. Aus diesem Grunde läßt eines der UND-Gatter 38 oder 40 die 10-MHz-Pulse durch, die nach geeigneter Impulsteilung an dem Ausgang 242 erscheinen. Es soll angenommen werden, daß I„ größer als L·. ist. In diesem Falle wird es das positive UND-Gatter 133 sein. Wenn speziell ein Eichoder einzelner Zyklus von automatischer Nullnachstellung durchgeführt wird, d.h. der Schalter 230 Verbindung zu dem Kontakt 232 herstellt, dann tritt ein Stoß von 200-KHz-Pulsen am Ausgang 242 auf, wobei die Lange dieses Pulszuges und damit natürlich die Anzahl dieser Pulse linear proportional zu dem Verhältnis von Iq'¹ zu Ia'¹ i^s"t ^d damit natürlich proportional zu dem Verhältnis der ursprünglichen I„ zu I.. Da, wie oben beschrieben, während dieser zweiten Stufe des automatischen Nullnachstellzyklus die anderen "UND"-Eingänge an den beiden Ein-Zählimpuls-Fortschalt-Logikschaltungen 300 und 301 vorhanden sind, nimmt die geeignete, in diesem Falle positive oder untere Logikschal-, tung 301 die Impulse an und läßt diese zu dem Speicher für die automatische Nullnachstellung und den Schrittlogikzähler (291, 311 in. diesem Falle) durch, so daß deren Ausgang 313 dem Auegang 312 der entsprechenden Minus-Speicherzähler für die automatische Nullnachstellung 290, 310 voreilt. Somit wird der Löscheingang 315 dee Flip-Flops 320 näher an den Setzeingäng 314 vorgeschoben.

Dies bewirkt offensichtlich, wie man aus der ursprünglichen Kurve 340 erkennt, daß die Einschaltdauer deo I_Q-Gattersignals kurzer als 100$ gemacht wird. Das I₍₎'-Gattersignal hat somit einen Arbeitszyklus von weniger als ^0ύ'/o_f und zwar um einen Betrag, der proportional zu dem faktor ist, um das

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ursprüngliche I₀ größer als I.¹ war. Da diese Beziehung der Phasen des Speichers für die automatische Nullnachstellung aufrecht erhalten wird und daher dem Abschwächzerhaeker 22 in allen nachfolgenden Zyklen wieder zugeführt wird, kann der automatische NullnachsteilZyklus entweder als Kontrolle oder als Feineinstellung wiederholt werden, um das I₀-Signal, das dem Eingang des Verstärkers 60 zugeführt wird, näher an das !.-Signal heranzubringen. Wenn die ursprünglichen Signale verrauscht sind, wird die normale Arbeitsweise darin bestehen, zunächst einen auto^ matisehen Nullnachstellvorgang im Einzel- oder Eichbetrieb ^ durchzuführen, so daß die Phasen der Speicherzähler für die "* automatische Nullnachstellung wenigstens ungefähr der richtigen Phasenbeziehung entsprechen, um den richtigen Grad der Äbschwächung durch den Arbeitszyklus zu erreichen, d.h. durch den Prozentsatz der Einschaltzeit des Jlip-Flop 320 und damit des I₀-Gatter-Signals 340 und des abschwächenden elektronischen Zerhackerschalters 22. Dann wird eine weitere Reihe von automatischen liullnachstellzyklen mit Mittelung über wenigstens 10 Messungen durchgeführt, um so alles Rauschen in den ursprünglichen I₀- und I.-Signalen heirauszumitteln. Durch einfache Anordnungen von Schaltmagneten und dergleichen ist eine tatsächliche Ausführung einer Schaltung nach der Erfindung hergestellt w rden, welche es · f| gestattet, durch'Betätigen eines einzigen Schalters durch den.Gerätebenutzer den Speicher für die automatische Nullnachstellung nachzustellen, in dem erst ein einziger Zyklus eines automatischen Nullnachstellvorganges durchgeführt wird, gefolgt von einer Reihe von entweder 10 oder 100 automatischen Nullnachstellzyklen mit Mittelung über die einzelnen Messungen, je nach der Stellung der Schalter 230 und 231. Eine solche Arbeitsfolge gestattet es, zunächst einen einzelnen Zyklus der automatischen Nullnachstellung mit einem hohen

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Grad von Genauigkeit in einer relativ kurzen Zeitspanne durchzuführen, so daß der durch den Zerhacker 22 abgeschwächte Wert von I₀ ¹ sehr nahe an den Wert I ' in einem kurzen Zeitintervall gebracht wird, und dann den längeren Mittelwertbildungsvorgang zur stärkeren Rauschunterdrückung durchzuführen. Offensichtlich ist eine solche Möglichkeit nur ein zusätzlicher Vorteil für den Gerätebenutzer. Diese Anordnung ist daher nicht dargestellt, da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Gerätebenutzer es wählen kann, die automatische Nullnachsteilung entweder in einem einzelnen Zyklus, bei der Mittelwertbildung über 10 Zyklen oder bei der Mittelwertbildung über 100 Zyklen durchzuführen, in dem er die Schalter 230 und 231 in geeigneter Weise einstellt.

Der einzige Bauteil, der noch nicht vollständig beschrieben ist und einen Teil der Erfindung bildet, ist die sogenannte Entscheidungslogik 400 für die automatische Nullnachstellung, die lediglich die Ausgangssignale bei 242 und 243 der letzten Stufen der positiven und Minus-Zähler 240 und 241 erfaßt und eine "Entscheidung" liefert, ob irgendein weiterer automatischer TJullnachstellvorgang angezeigt erscheint. Hierfür gibt es zwei Kriterien: Das erste Kriterium ist, daß, wenn keiner der Zähler während eines automatischen Nullnachstellzyklus ein Ausgangssignal liefert, die Schaltung 400 an ihrem unteren Ausgang 402 ein Signal zur Anzeige der Vollendung der automatischen Nullnachstellung liefert. In anderen Worten: Ein solches Signal erscheint immer, wenn ein automatischer Nullnachstellzyklus gefordert wird ά und die Schaltung festgestellt hat, daß keine meßbare Differenz zwischen dem abgeschwächten Wert von I₀' und dem unabgeschwächten Wert I.' besteht. Unter solchen Umständen hat es offensichtlich keinen Zweck, eine weitere automatische Nullnachstellung zu verlangen, da eine vollständige Nullnach-

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stellung solion erreicht worden ist. Wenn die Eingangssignale Ij. und I_Q verrauscht sind, so ist es unwahrscheinlich, daß in Praxis dieses erste Kriterium jeweils erfüllt wird. Daher wendet die Eiitscheidungslogik-Schaltung 400 auch ein zweites Kriterium an.

Das zweite Kriterium, welches das Erscheinen eines Signals für die Beendigung der automatischen Nullnachstellung am Ausgang 402 der Schaltung 400 "bewirkt, ist das, daß die Anzahl der Zählimpulse, die von den-positiven und den Minus-Zählern an den Leitungen 242' bzw. 243' erscheinen, und irgendeines automatischen Nullnachstellvorganges bis auf beispielsweise einen Puls gleich sind. Mit anderen Worten? Das ™ zweite Kriterium besteht darin, daß der automatische· Nullnachstellvorgang das beste erreichbare Verhältnis der Ab- . Schwächung des I₀-Signals erreicht hat, so daß die mittlere Differenz zwischen dem abgeschwächten Iq-Signal und dem I.Signal null ist, d.h. ihre Differenz um null herum zittert. Dieser obere Ausgang 404 der Schaltung 400 ist natürlich ein Auslösebefehl für die automatische Nullnachstellung, Dieses Signal erscheint, wenn weder das Kriterium 1 noch das Kriterium '2 erfüllt ist, so daß eine weitere automatische Nullnachstellung ausgelöst wird. Der Eingang 406 der Schaltung..·.-400 ist nur die Information, daß die Anzahl der geforderten Zykl4Äf d.h. 10 oder 100, bei der durch die Schalter 230 |

un#³"2#/i bestimmten speziellen Mittelwertbildung erreicht worden'ist. Dieses Signal kann entweder benutzt werden, um... die "intscheidung" der Schaltung 400 zu übersteuern, da in der speziellen dargestellten Schaltung bei Wahl der Mittelwertr bildung bei der automatischen Nullnachstellung:, die teil-. ,-weise Korrektur für die automatische Nullnachsteilung ,wan-- ■

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rend jedes der einzelnen Zyklen durchgeführt wird, statt daß erst der Mittelwert gebildet wird und dann die Werte alle auf einmal berücktichtigt werden. In anderen Worten: Der automatische Nullnaehstellvorgang beginnt auch bei Mittelwertbildung über mehrere Zyklen den Abschwächungsfaktor des Zerhackers 22 solion nach dem ersten Zyklus zu korrigieren und korrigiert ihn im allgemeinen vollständig, abgesehen von Rauschschwankungen in den ursprünglichen Signalen, bevor die Anzahl der geforderten Mittelwertzyklen erreicht ist. Aus diesem Grund ist das Kriterium Nr. 2 erforderlich, da im allgemeinen der automatische Nullnachstellvorgang vollendet ist, bevor die geforderte Anzahl von Zyklen (10 oder 100) erreicht ist. Die Verwendung einer solchen Mittelwertbildung glättet jedoch 3chon jeden einzelnen automatischen Nullnachstellzyklus, d.h. vermindert den Effekt von schnell sich änderndem Rauschen, da die automatische Nullnachstellung sich glatter gegen Null oder den Abgleichzustand ändert und daher weniger durch statistisches Rauschen beeinflußt ist und das abgeschwächte Eingangssignal Iq¹ schon sehr nahe an den I.'-Wert herangebracht worden ist. Im allgemeinen besteht der automatische Nullnachstellvorgang aus wenigstens zwei einzelnen Zyklen, d.h. auch wenn nur ein einziger Zyklus von automatischer Nullnachstellung verlangt wird, so daß der zweite einzelne Zyklus sowohl zur Kontrolle als auch zur Peineinstellung der schon gemachten Korrektur dient. Ji¹Ur von vornherein verrauchte Eingangssignale besteht die automatische Nullnachstellung gewöhnlich aus einem ersten einzelnen Zyklus (mit einem vollen 200-KHz-Ausgangssigrial bei 242) gefolgt von entweder einer Mittelwertbildung über 10 Messungen (20 KHz) oder einer Mittelwertbildung über Messungen (2 KHz), um den besten erreichbaren Nullabgleich

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zu erhalten, der bei Signalen von ähnlichem Rauschinhalt erreicht werden kann. Wenn die Entscheidungslogik für die automatische Mullnaehstellung festgestellt hat, daß sich keine weiteren Operationen lohnen, hört die automatische ^! Nullnachstellung auf, auch wenn die Anzahl, d„h. 10 oder 100, der Zyklen nicht tatsächlich erreicht worden ist, da weitere solche automatische Nullnachstellzyklen keinen nützlichen Zweck mehr erfüllen könnten. '

Datenausdruck in üblicher Bauart und damit verbundene Einrichtungen

Wie weiter oben bereits angegeben, liegt an den Ausgabeleitungen 242 (und/oder 243) die berechnete Punktion der dritten ursprünglichen Eingangssignale I und I_Q in digitaler Form an. Diese in digitaler Form vorliegende und berechnete Hauptausgangsfunktion wird mit D_g bezeichnet. Wie es bereits weiter oben für eine beispielhafte Rechenoperation beschrieben wurde und in Fig. 2 graphisch dargestellt ist, besteht die Rechenoperation im besonderen in der Bildung des Logarithmus j| des Verhältnisses der ,beiden Eingangssignale (d.h. log I_Q/l); in der beispielshaften Verbindung mit einem Spektralphotometer ist dann die Zahl der Impulse, die während einer vollständigen Rechenoperation an diesen beiden Ausgängen (242, 243) auftreten, der Absorption durch die Probe, die sich in dem eigentlichen die Probe durchsetzenden Lichtweg befindet, direkt proportional, während die von der Probe durchgelassene Intensität dem Eingangssignal bei 10 (I) proportional ist. Dieses den Logarithmus des Verhältnisses darstellende digi-

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tale Ausgangssignal kann anschließend einer üblichen Datenausgabe zugeführt werden, wie sie beispielhaft auf der rechten Seite in Pig. 1b dargestellt ist. In diesem speziellen Fall sind die Ausgabeleitungen 242 und 243 mit den Kontakten 442 bzw. 443 eines Schalterpaares 440 mit den Schaltarmen 444 bzw. 445 verbunden. Zur Erläuterung ist angenommen, daß das "positive" Signal der Absorption direkt proportional ist; Es wird über die Zuführung 446 an den Eingang 448 eines Anzeigezählers 450 gelegt, der z.B. aus vier in üblicherweise in Reihe geschalteten Dezimalzählern im Binärcode bestehen kann. Im Zähler 450 werden dementsprechend alle Impulse, die vom Ausgang 242 über 442, 444» 446 und 448 zugeführt werden, summiert; auf einen entsprechenden Befehl hin wird diese Summe über die Leitung 452 dem Anzeigeregister 454 zugeführt, von dem aus irgendeine übliche Ausgabevorrichtung über den Ausgang 456 versorgt wird. (z.B. sogenannte NIXIE-Röhren entsprechend dem Block 460). Zur Vereinfachung sind die Verbindungen 452 und 456 einfach dargestellt, während sie im allgemeinen so viele einzelne Leitungen enthalten, wie der Stufenzahl eines konventionellen Serienzählers entspricht, z.B. vier, wenn der Anzeigezähler vier einzelne Zähleinrichtungen enthält, von denen jede Zehnerkapazität besitzt und in üblicherweise Einheiten von 10, 100 oder 1000 entspricht. Zum Anschluß an einen konventionellen Dezimaldrucker kann noch ein Ausgang 462 vorgesehen werden, der vom Anzeigezähler 450 ausgeht und die gezählte Summe in der bestmöglichen Weise zugänglich macht. Ein weiterer Zwischenausgang 464 kann an dem Anzeigeregister 454 vorgesehen werden, von wo aus die Daten auf die

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einfachste Weise einem üblichen, Serien "von Daten verarbeitenden Gerät zugeführt werden können. Auch diese Ausgänge 462 und 464 werden aus so vielen Leitungen bestehen, wie erforderlich ist, um die Daten der jeweiligen Zähl- oder Registriereinheiten weiter zu geben., d.h. in dem hier vorliegenden M.1 vier. .

Im allgemeinen wird beim normalen Betrieb eines Zweistrahl-Spektralphotometers das Eingangssignal I_Q - auch wenn es, wie früher beschrieben wurde, nach der Eichung über den selbsttätigen JTuIlausgleich gedämpft wird - größer sein als das Signal I; liegt dann an 242, 442 bis 450 usw° der Logarithmus des Verhältnisses der beiden Eingangssignale an, so wird man normalerweise nur an dem positiven Ausgang 242 ein Signal erhalten. Die vierstellige Anzeigekapazität wird dann gewöhnlich in solcher Weise eingesetzt, daß die erste bzw. bedeutendste Stelle, d.h. Tausender, eine ganze Zahl darstellt, also links von der Kommastelle erscheint, während die restlichen drei Stellen,. Hunderter, Zehner und Einer, die erste, zweite und dritte Stelle hinter dem Komma darstellen. Auf.diese Weise erscheinen die Ausgabedaten letztlich als eine Zahl mit drei Stellen hinter dem Komma als Angabe für die Absorption.

Unter den zuletzt genannten Umständen werden an dem negativen Ausgang 243 im allgemeinen keine Impulse erscheinen. Die Möglichkeit, daß in besonderen Fällen das Signal I praktisch gleich groß oder unter Umständen wenig größer als das Signal I_Q ist, wird dadurch berücksichtigt, daß ein "Minus"-

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Zähler 451 geringer Kapazität (bis zu 100 Stellen) vorgesehen wird. Die entsprechenden Daten minus Dq am Ausgang 243 werden über den Kontakt 443 und den Schalterhebel 445, sowie die leitung 447 und den Eingang 449. dem Anzeigezähler 451 zugeführt. Wie durch die Leitung 473 dargestellt wird, ist der "EinerU-Zähler 471 mit dem Dezimalzähler im Binärcode 481 in der üblichen Serienschaltung verbunden. Ist das Signal I unerwarteter Weise gleich oder etwas größer als das (gedämpfte) Signal Iq, so wird dies bei der Ausgabe durch den zusätzlichen Zähler 451 sicher angezeigt. Mit Bezug auf das Zweistrahlspektralphotometer wird dies bedeuten, daß auf dem Lichtweg des Probenstrahlers keine Strahlung absorbiert wird, so daß das Signal I, das die Probenstrahlintensität darstellt, im wesentlichen dem (gedämpften) Signal I₀ gleich ist. Theoretisch kann das Signal I nicht einmal unter diesen Bedingungen kleiner werden als das (gedämpfte) Signal I_Q, da durch den bereits vorher erfolgten selbsttätigen Nullabgleich exakt die richtige Kompensation über den Zerhackerschalter 22 durchgeführt wurde. Es ist jedoch möglich, daß bei der zu einer späteren Zeit vorgenommenen Messung unter dem Einfluß des Hauschens oder sonst einer Nulllinienver-Schiebung das Signal I etwas größer wird als das gedämpfte Signal I_Q. In diesem Fall stellt der Logarithmus des Intensitätsverhältnisses Iq/I einen geringen negativen Wert dar, der zu einer kleinen Anzahl von Impulsen am Ausgang 243 der "Minus"-Zählschaltung führt, die dann vom "Minus"-Zähler gezählt werden.

Für den Fall, daß das Signal I tatsächlich einmal während der Durchführung der Rechnung größer wird als das gedämpfte

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Signal I_Q, muß eine Möglichkeit vorgesehen werden, den Inhalt des "Minus"-Zähiers unter Berücksichtigung des Vorzeichen-Unterschiedes vom Inhalt des "positiven" Anzeigezählers abzuziehen. Schematisch wird diese algebraische Addition der · Zählerinhalte durch eine Verbindung zwischen dem Ausgang 483 des "Minus"-Zählers und dem zweiten Eingang 488 des "positiven" Anzeigezählers Über den Schalter 485 erreicht, so daß diese zeitlich vor der endgültigen Übertragung und Ausgabe des Inhalts des "positiven" Anzeigezählers 450 erfolgt. · -

Die durch die Elemente 483, 485 und 488 schematisch dargestellte Rechenoperation kann in einfacher V/eise dadurch durchgeführt werden, daß unmittelbar vor der Rechenoperation der "positive" Anzeigezähler 450 auf einen Wert von -9900 zurückgestellt wird, während gleichzeitig der "Minus"-Zähler 451 auf null zurückgestellt wird. Die algebraische Addition bzw. Subtraktion der Inhalte der beiden Zähler vor dem Ik-de der Rechenoperation kann dann in einfacher Weise so erreicht werden, daß sowohl dem "positiven"-Anzeigezähler 450, als auch dem "Minus"-Zähler 451 solange Impulse zugeführt werden, bis der "Minus"-Zähler 451 gefüllt ist, wie an seinem Ausgang 483 angezeigt wird, zu diesem Zeitpunkt wird die Zuführung der zusätzlichen Impulse beendet. Wenn der "Minus"-Zähler 451 a.B. drei Einheiten enthält, während dem "positiven" Anzeigezähler 450 noch keine Impulse zugeführt worden sind, so daß er immer noch einen Wert von 9900 anz-eigt, würde man 97 zusätzliche Impulse zuführen müssen, bevor der "Minus"-Zähler 451 gefüllt ist.

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009841/1114 BADOftlQlNAL

Dementsprechend zeigt das Zählwerk des Anzeigezahlers 450 einen Wert von 9997 an, der nach dem hier angewendeten Beispiel der Zahl 9»997 bzw. einer Absorption von -0,003 entspricht. Diese Anzeige ist eindeutig, denn ein wirklicher Absorptionswert (logarithmisches Verhältnis) von 9»997 würde bedeuten, daß das Verhältnis der Eingangssignale I und I₀ einen Wert von 1 : 10 hat. Tatsächlich jedoch werden im allgemeinen die Maximalwerte der Absorption nie größer als etwa 5 sein, was einem Verhältnis der Intensitäten von 100000 zu 1 entspricht. Aus diesem Grunde ist sofort erkennbar, daß Ausgabedaten von 9»9··· Absorptionseinheiten in Wirklichkeiten einer geringen "Minus"-Absorption entsprechen. Für die Bedienungskraft oder irgendwelche anderen angeschlossenen Ausgabe— systeme besteht daher keine Schwierigkeit zur Unterscheidung zwischen einem tatsächlichen Absorptionswert von 9»997 und einem wahrscheinlicheren Wert von -,0,003» da sich die Eingangssignale I ebenfalls um den Faktor 10 unterscheiden müssen. Die Anzeige ist daher immer eindeutig, auch wenn die hier beschriebene Schaltung in einer Weise verwendet wird, die hier von dem beschriebenen Beispiel völlig verschieden ist.

Die im unteren Teil der Fig. 1a im Vergleichssignalgenerator vorhandenen verstellbaren Widerstände und Potentiometer 108, 110 und 112 sind nur während der zweiten Stufe Sp eines Rechenzyklus eingeschaltet, d.h. sie spielen für den selbsttätigen Nullabgleich keine Rolle. Die Verstellung dieser ver-

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schiedenen Widerstände bewirkt eine Änderung des Verlaufs der nach Fig. 2 bei 78b erzeugten Exponentialkurve, wodurch erreicht wird, daß das z.B. am Ausgang 242 befindliche berechnete Signal exakt gleich und nicht proportional einer spezifischen Punktion ist, die dem Logarithmus von Iq/I proportional ist. Auf diese Weise kann z.B. in Verbindung mit einem Zweistrahlspektralphotometer die endgültige Ausgabe in Form von exakten Absorptionseinheiten (d.h. 1,987 für den Fall, daß nur wenig mehr als 1$ der Probenstrahlintensität von-der Probe durchgelassen wird) oder direkt in Konzentrationseinheiten, wobei theoretisch die Konzentration der Absorption direkt proportional ist, <£.h. mit ihr durch einen linearen Koeffizienten verbunden ist, angegeben werden. Bei richtiger Grob- und Feiheinstellung der entsprechenden Konzentrations-Potentiometer läßt sich erreichen, daß die endgültigen Ausgabedaten der wirklichen Absorption oder der wirklichen Konzentration nicht nur proportional, sondern gleich sind.

Mit 500 ist ein "Krümmungskorrektur"-Generator bezeichnet, der gegebenenfalls, aber ebenfalls nur während der zweiten Stufe eines Hechenzyklus, der an seinem Ausgang 502 einen geringen zusätzlichen Strom erzeugt. Dieser ist einem Bruchteil von Iq' proportional und wird bei 504 zwischen den Elementen 110 und 112 dem durch die Widerstände 108, 110 und 112 fließenden Entladungsstrom des Kondensators 104 zugeführt, so daß dadurch die Krümmung der Exponentialkurve 78b etwas modifiziert wird. Dadurch wird erreicht, daß auch Funktionen gerechnet werden können, die nicht exakt die theoretische exponentielle

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oder logarithmische Form haben. So weicht z.B. bei einem Atomabsorptions-Zweistrahlspektralphotometer die gemessene Konzentration in der Probe etwas ab von dem Wert, wie er sich theoretisch unter der Annahme der Gültigkeit des Lambert-Beerschen-Gesetzes ergibt, -^ine solche geringe Abweichung der experimentiellen von der theoretischen Exponentialkurve wird durch den ^llKrümmungskorrektur"-Generator 500 mitteld der Einführung einer absichtlichen Abweichung berücksichtigt. Diese Schaltung gehört nicht zum eigentlichen Gegenstand der vorliegenden Erfindung, daher sei hier nur erwähnt, daß die Krümmungskorrektur manuell am Eingang 512 eingestellt werden kann, wobei die Korrektur am niedrigsten Punkt der Kurve 7öb einsetzt, bei dem eine Abweichung vom exponentiellen Verlauf eintritt. Dies geschieht über eine variable "An"-Schaltung, während der Grad der Abweichung von der exponentiellen Kurve 78b von Hand bei 514 unter entsprechender Variation der Schaltung 500 eingestellt wird. Über die Leitung 92 und den Eingang 516 erhält der Generator ein I₀ ¹ proportionales Signal: am letzten Eingang 518 erhält er ein Signal I_R, über die Leitung 520, das dem Ausgangssignal des Vergleichssignalgenerators gleich ist. Dadurch wird bewirkt, daß der Ausgang bei 502 um einen geringen Betrag an einem bestimmten Punkt von der Krümmung der Kurve 78b abweicht, so daß auf diese Weise die im allgemeinen geringen und stetigen Abweichungen von der theoretischen Exponentialfunktion, wie sie in der Praxis auftauchen, berücksichtigt werden.

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Mathematische Grundlagen .

Man kann leicht erkennen, daß die Zeitdauer zwischen z.B. den Punkten 81 und 82 in Fig. 2 (d.h. der Unterschied zwischen den Abszissenwerten) in der Tat dem logarithmischen Verhältnis I'^/l¹¹ proportional. ist. V sei die am Kondensator 104 anliegende Spannung, die während eines Rückrechnungszyklus entsprechend der Kurve 78b in Fig. 2 über die Widerstandskette 108, 110 und 112 entladen wird. Der Ordinatenwert der Kurve 78b stellt dann eine Spannung dar, die durch die folgende Gleichung beschrieben wird:

. _(1J

Darin ist K eine Konstante, die in diesem Fall einen negativen Wert hat, aber auch den Wert 1 annehmen kann, die restlichen Glieder der rechten Seite stellen den wohlbekannten exponentiellen zeitlichen Verlauf des Spannungsabfalls in einer Schaltung mit der Zeitkonstante T dar, die bekanntermaßen durch das Produkt der entsprechenden Widerstände und Kapazitäten gegeben wirdi " Jj

T = R-C (2)

An Punkt 81 schneidet die Exponentialkurve 78b die Gerade 62b entsprechend einem Abszissenwert t- auf der die Zeit

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darstellenden Abszisse und entsprechend der Konstanten I^!l ₀ auf der Geraden 62b. Vergleiche

^VG,1 ^L 0 * ^{e 1 Ki>)}

Darin entspricht Vq - dem Ordinatenwert (Spannungswert) der Kurve 78b am Schnittpunkt 81, t.. ist der entsprechende Abszissenwert (Zeit-Wert) bei diesem Punkt 81. Ist die Spannung auf den Wert I'¹ abgefallen, entsprechend der Überschneidung der Kurven 78b und 52b am Punkt 82, so gilt die folgende Beziehung:

V_{0 2} = I" = E> e "¹^ (4)

Darin ist V_{n o} der Ordinatenwert am Punkt 82 und t_o ist der Abszissenwert an diesem Punkt.

Dividiert die Gleichung 3 durch die Gleichung 4, so erhält man:

TlI o" *

Nach Logarithmierung erhält man:

I"_n t_p - t₁

log ^ = -2 1 (6)

1" T

So erhält man den gewünschten Logarithmus des Verhältnisses I¹' /I¹¹, der der Differenz der Abszissenwerte (Zeit-Werte)

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—öl —

an den Punkten 82 und 81 direkt proportional ist. In der Folge wird der duroh die rechte Seite der Gleichung 6 gergebene Wert als Zählwert oder S¹«-Ausgangssignal bezeichnet, Die Ordinaten- "bzw. Spannungswerte I¹¹Q und ί" sind den tatsächlichen EingangsSignalen I'_o bzw. I¹ der beiden Integratoren 50 und 60 mit dem gleichen Proportionalitätsfaktor k-proportional, sofern die beiden Integratorschaltungen identisch sind. Daher kann man schreiben:

Ir¹T' T ' » ™

2 ° (7)

kV I¹ I

'^f

Tatsächlich ist aber die Annahme der Gleichheit der Proportionalität sfaktoren k¹ nicht erforderlich, .da die selbsttätige Nulleichung an den Ausgängen der Integratoren angreift, so daß auf diese Weise nicht nur alle Fehler korrigiert werden, die vor den Eingängen der Integratorkreise liegen, sondern auch die, die innerhalb der Integratorkreise entstehen, z.B. dadurch, daß die beim Zusammenbau verwendeten Komponente, nicht exakt äquivalent sind. Daher kann auch die linke Seite der Gleichung 7 durch das Verhältnis I'q/I¹ dargestellt werden, selbst wenn die beiden Konstanten k' nicht identisch sind, weil sie durch den selbsttätigen Nullabgleich angeglichen werden. Dementsprechend gilt unter diesen Bedingungen die Verhältnisgleichungj

Tl TII . .

^I 0 = i__0 . (8)

I^I I"

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200S529

Demnach gilt diese Gleichung, wenn die Kreise durch den selbsttätigen Nullabgleich oder anders, wie vorher beschrieben, abgeglichen worden sind, so daß die linke Seite der Gleichung entsprechend in die rechte Seite der Gleichung 6 eingesetzt werden kann:

¹0 *? 1

log —°- = -2 1 ₍₉)

1¹ T

Bei entsprechenden Werten der Zeitkonstanten T in Gleichung (durch Variation der Widerstände 108, 110 und 112) im Verhältnis zu der Verstärkung in verschiedenen Teilen der Schaltung kann das endgültige Ausgangssignal, z.B. Do bei 242, für direkte Messungen der Absorption gleich oder für Konzentrationsmessungen in jeder gewünschten Weise proportional der gewünschten logarithmischeii Funktion, d.h. der linken Seite von Gleichung 9> sein. T auf der rechten Seite der Gleichung 9 kann daher auch in einfacher Weise über die Verstärkung anderer Schaltungskreise so gewählt werden, daß das endgültige Ausgangssignal bei 242 in jeder gewünschten Weise dem Logarithmus des Verhältnisses I'q/I* gleich oder proportional ist.

In der Folge wird angegeben, wie nach einer entsprechenden mathematischen Analyse durch den selbsttätigen Nullabgleich ein gewünschtes Signal S'._o erzeugt wird, das der Differenz von I¹¹Q und I¹¹λ proportional ist. Nach Fig. 3 ist der Ordinatenwert (Spannungswert) des Vergleichssignals 7öab während des selbsttätigen Nullabgleiohs linear, so daß

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der Spannungswert auf der Ordinate durch

V_A = - S ·. t + k ■ · ■ (11)

erstellt wird. Darin ist Y. ein Spannungswert zu irgendeiner Zeit während des linearen Anstiegs der Vergleichsspannung nach 78at>, S ist die Neigung dieser Geraden, t gibt dem Abszissenwert (Zeitwert) während der zweiten Stufe des selbsttätigen Nullabgleichs S.ρ an, k ist eine Konstante, die auch negative Werte annehmen kann. Am Schnittpunkt der Geraden 78ab und der Horizontalen 62ab (entsprechend I^i!q) bei 381 'entspricht der Ordinaten. wert einer Spannung ■ .

I"_o = - S · t₁ + k (12)

Bei abnehmender negativer Spannung schneidet,die Gerade 78ab die Gerade 52ab bei 382 (entsprechend I¹'.) zu einer späteren Zeit, dementsprechend gilt für diesen Punkt

I"_A = --S-. . t₂ + k (13)

Durch Subtraktion der Gleichung 13 von Gleichung 12 erhält man

¹¹¹O " ¹¹¹A ⁼ "^S ' *-\ " ⁽-^S#t2^{) = S#t}2 -³·*Λ = S-Ct^t₁) (H)

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So wird die auf der linken Seite der Gleichung 14 dargestellte, gewünschte Differenz der beiden integrierten Signale der Differenz der Abszissenwerte an den Punkten 381 und 382 proportional bzw. mit anderen Worten: Dem Zeitunterschied S¹^₂ proportional, wie schon früher festgestellt, aber nicht bewiesen wurde. Wie im analogen Fall vorher streng für den Rechenzyklus gezeigt wurde, sind die integrierten Werte I^!l ₀ bzw. I¹¹A beide den Eingangssignalen I'q bzw. I'. direkt proportional, die im ersten Durchlauf des selbsttätigen Nullabgleich^ integriert werden. Dementsprechend gelten die linearen Beziehungen

k» - I'_o = I"_o (15)

Nach Subtraktion der Gleichung 16 von der Gleichung 15 erhält man

Ir' ο T' — Tr' · T' — Ir' (T' - T' ^ — T'' — T''

* ¹O* ¹A'* ^U0ⁱA^;"¹ O¹ A (17)

und nach Einsetzen in Gleichung 14

k« (I»_o - I»_A) = S (t₂-t.,) (18)

¹O-¹¹A = P ^2"V ⁽¹⁹⁾

äei Einstellung der Neigung S im Verlauf des linearen Anstiegs den Ver^leichssignals 78ab relativ zu der zugehörigen Integration !Jkonstan hen, die k' mindestens proportional ist, können

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BAD ORIGINAL

die Proportionalitätsfaktoren in Gleichung 19 auf geeignete Werte gebracht werden, so daß die Zeit zwischen t- und t_? kurz genug, aber lang genug zur Erzielung einer ausreichenden Feineinstellung im Bereich solcher Werte, in dem die angeblich gleichen Eingangssignale tatsächlich voneinander verschieden sind. Durch den selbsttätigen Nullabgleich werden tp und t- einander angeglichen, so daß die Differenz dieser Werte gegen Null geht, wodurch auch das Signal &'.p S^eS^en· Null geht; daher wird theoretisch der Punkt, an dem ein Abgleich eintritt, durch die Prdportionalitatsfaktoren in Gleichung 19 nicht beeinflußt (d.h. der Betrag, um den das Eingangssignal Iq mittels des Zerhackers 22 nach Beendigung des automatischen Nullabgleiche reduziert wird), jedoch werden sie die Geschwindigkeit und die Feinheit dieser Abgleichseinstellung beeinflussen. Es hat sich herausgestellt, daß in dem hier beschriebenen Beispiel in der ersten Integrationsperiode von ca. 100 msek. die Neigungen der Geraden 52aa, 62aa, 78aa und 78ab zweckmäßigerweise so gewählt werden, daß dann im allgemeinen die für die zweite-Stufe (S._?) erforderliche Zeit anfänglich ca. 10 msek. beträgt. Die selbsttätige Nullstromgerieratorschaltung 29 erhält hier ein Eingangssignal, das während dieser zweiten Stufe dem ursprünglichen Signal I_Q proportional ist, da der elektronische Schalter 24 in jeder anderen Stufe außer der ersten kein Signal an seinem Eingang 46 erhält. Daher kann die Neigung der Geraden 78ab automatisch im Verhältnis zum Wert des ursprünglichen Eingangssignals verändert werden, jedoch auf diese Weise die zweite Stufe des selbsttätigen Nullabgleich^ in ihrer Dauer ziemlich konstant bleibt. Dies ist deshalb so, weil die tatsächliche Differenz zwischen z.B. I^fl ₀ ^un^ I"» im allgemeinen auch zunimmt, wenn ihre Werte selbst zunehmen, d.h., daß der Unterschied zwischen

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den beiden Signalen in Prozent nur in einem ziemlich engen Bereich liegt, und, daß sich tatsächlich größere Signale nur um einige Millivolt voneinander unterscheiden werden. Damit ändert sich aber auch die zeitliche Dauer eines selbsttätigen Nullabgleichzyklus nicht sehr, selbst wenn die beiden Eingangssignale sich um einen ziemlich großen Faktor verändern, wie es z.B. der Fall sein kann, wenn die Strahlungsquelle oder auch die optische Durchlässigkeit von z.B. einem Monochromator eine starke Änderung der Signale bewirken. Dies gilt jedoch nur, solange die Amplituden der beiden Eingangssignale nicht zu. sehr voneinander verschieden sind (- 10$).

In der vorhergehenden Diskussion wurde angenommen, daß das Signal Iq am Eingang 20 nie kleiner wird als das Eingangssignal I bei 10. Obwohl dies im allgemeinen immer der Fall sein wird, da oft sogar ein beträchtlicher Teil der Anfangsintensität I_Q in der Probe absorbiert wird, gilt dies jedoch nicht für den Fall einer Eichung oder eines selbsttätigen Nullabgleich^, denn während der Zeit einer solchen Messung befindet sich in beiden Strahlengängen keine Probe und die beiden Signalintensitäten können nur annähernd gleich sein. Im Ausführungsbeispiel wird nur ein Dämpfungsglied (Zerhacker 22) verwendet, so daß durch die automatische NuIlabgleichung nur der I^-Kanal gedämpft wird. Es würde zwar praktisch sein, ein solches Dämpfungsglied in beide Kanäle einzubauen, es ist jedoch einfacher und wirtschaftlicher, wenn sichergestellt wird, daß das nominelle und in die Apparatur eintretende I_Q-Signal immer größer gehalten wird als ββ das I-Signal, selbst wenn dies im aktuellen Experiment z.B. wegen Unterschieden in den Detektorkreisen nicht der Fall ist. Die3 wird dadurch erreicht, daß der Eingangswiderstand bei 11 größer

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gemacht wird, als bei 21. Die Wirkung des Zerhackers 22 besteht dann lediglich darin, das Signal L· an der rechten Seite des kleineren Widerstandes 21 in einem größeren Maße, aber ausreichend zu bedampfen, um den höheren Widerstand 11 zu kompensieren. Im Ausführungsbeispiel hat der größere Eingangswiderstand 11 einen Wert von 132 Kiloohm und der kleinere Eingangswiderstand 21 einen Wert von nur 110 Kiloohm. Auf diese Weise ist absichtlich erreicht, daß das Signal I_Q an der rechten Seite des kleineren Widerstandes 21 relativ U

größer ist, als das Signal I auf der rechten Seite des grö_r ßeren Eingangswiderstandes 11, und zwar um den Faktor 132/110 = 1,20., Da so das effektive Signal im I₀-Kanal künstlich vergrößert wird, wird der dämpfende Zerhacker 22 um den Bruchteil 1/1,"2 eines Umlaufes wirksam werden müssen, wenn die Eingangssignale bei 10 und 20 tatsächlich gleich sind. Wird durch den Zerhacker 22 der Strahl um einen größeren Betrag bedämpft, so wirkt d.as Dämpfungsglied in umgekehrter Richtung, so daß im Endeffekt wieder ein Ausgleich eintritt und die Signale für die übrige Schaltung gleich groß erscheinen. In dieser V/eise kann durch ein Dämpfungsglied allein jeder Kanal beeinflußt werden, denn eine Dämpfung durch den Zerhacker um λ einen größeren Bruchteil wirkt sich so aus, als ob der I-Kanal bedämpft wird und nicht der IQ-Kanal in dem der Zerhacker eigentlich wirksam ist. Im Ausführungsbeispiel kann durch den Zerhacker 22 das I₀-Signal sogar auf einen Wert "bedämpft" werden, der 120$ seines eigentlichen Wertes bezogen auf I beträgt; mit anderen Worten, der Zerhacker 22 kann auch den I-Kanal so bedampfen, daß das Signal um einen Faktor kleiner als 1 (bis zu einem Wert von 0,825) multipliziert wird, denn wegen der Unterschiede in den Widerständen 11 und 21 bewirkt eine vollständige Öffnung des Zerhackers während eines Umlaufs, daß die

009S4.1/^fiiu

rechtlichen Schaltkreise ein Signal I "erkennen", das um den faktor 100/120 gedämpft ist, entsprechend dem Verhältnis der Widerstandswerte der Eingangswiderstände.

Obwohl also eher die kombinierte Wirkung des kleineren Widerstandes 21 und des Zerhackerdämpfers 22 im Verhältnis zu dem größeren Widerstand 11 die tatsächlich in die Schaltung eingehenden Eingangsspannungen bestimmt, wurde aus Gründen der Einfachheit in der vorhergehenden Beschreibung darauf kein Bezug genommen. Dadurch wird jedoch in keiner Weise die Gültigkeit der Eeschreibung oder der weiter oben gegebenen Wirkungsweise beeinflußt, denn die wirkliche relative Eedämpfung der beiden Kaiiaäle ist bestimmt durch das Produkt aus dem wirksamen Umlaufsanteil des Zerhackerdämpfers 22 und den relativen Widerstandswerten 11 und 21. Auf diese V/eise wird in dem Ausführungsbeispiel eine Dämpfung von 0,825 (entsprechend einem wirksamen Umlaufsanteil von 82,5fr) durch das Element 22 bewirken, daß zwei tatsächlich gleiche Eingangssignale bei 10 und 20 auch als gleich "erkannt werden", während die effektive Dämpfung durch den Zerhacker durch de.-i Zeitanteil (in Prozent) bestimmt wird, in dem er relativ zu dieser 82,5?" betragenden Dämp Tung wirksam wird (vergleiche den Teil 346 der Welle 34-0), wobei die 82,5# AusgleichsdampfUii^· wirksam werden, wenn die Eingangssignale wirklich gleich sind. Nimmt man beispielsweise eine Wirksamkeit während 80,0fr des Umlaufs an, wie bereits früher angenommen wurde, so entspricht dies einer Gesamtdämpfung des Eingangssignals I_Q um den Faktor 80,0/82,5. Unter der Voraussetzung, da3 eine Wirksamkeit, während -'2,Tv der. Umlaufes gerade dem Aus^leicn des Unterschiedes zwischen den beiden SiiiGangswiderstiinde:: entspricht, v-o '.vird i-: il·¹!· besc-iri-r ο ien "Vi.i:e lodi^lic ι dl ο DÜLupfunj don I_Λ-Kanal* .-ία..' do.!· ■·;:.:■; 1;· von c>2,5 anstelle der Las is 100 vorgenommen. Da

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di-eser Abgleich vor dem Eintritt der Signale in die Integratoren erfolgt, wird deren Wirkungsweise oder auch die irgendwelcher weiteren angeschlossenen Schaltkreise "bei den Sechen- oder Nullabgleichoperationen dadurch nicht "beeinflußt.-Wenn, in der beschriebenen Weise der selbsttätigen Nullabgleichsschaltung 29 Strom zugeführt wird, dann kann dieser Vorgang so betrachtet werden, als ob ein zusätzliches Verstärkungselement mit dem Verstärkungsfaktor 0,525 eingeführt worden ist, um den Effekt der zu geringen Größe des V/iderstandes 21 zu eliminieren; in-Wirklichkeit wird jedoch aus Gründen der Bequemlichkeit, wie schon . -» vorher erklärt wurde, die Neigung der Geraden 78ab in J¹Ig. 3 dafür ausgewählt, da deren Neigung nur die Geschwindigkeit und Feinheit der automatischen Nulleinstellung beeinflußt, wie bereits früher erwähnt wurde. Dies ist deshalb der Fall, weil bei Beendigung der automatischen Hullabgleichung (Neueichung) die Gerade 62ab in Fig. 3 mit der Geraden 52ab zusammenfällt, so daß durch die Neigung der Geraden 78ab nur die Geschwindigkeit dieses Zusammenfaliens beeinflußt wird und nicht der Abgleichswert selbst, wie schon vorher festgestellt wurde.

Zusätzliche Merkmale M

Obwohl, die Erfindung vorstehend der Deutlichkeit halber anhand einer speziellen Anwendung beschrieben ist, ist die gesamte Schaltung in der Lage, irgendwelche Arten von Gleichspannungseingangssignalen zu verarbeiten und eine gewünschte Funktion, insbesondere den Logarithmus des Verhältnisses der Eingangssignale, indigitaler und auch in analoger Form zu liefern. Das wichtigste neue Merkmal der Schaltung ist ihre Fähigkeit, sich

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automatisch selbst zu eichen und sich an diese Eicr.ung "au erinnern" mittels einer neuartigen Kullnachstell- und Speicherfähigkeit. Andere Vorteile sind im Zusammenhang mit einer detaillierten reschreibung der gesamten Scr.alxuug beschrieben worden.

Es versteht sich von selbst, im Hinblick auf die Erläuterung des automatischen Uullnaohstellvorganges (siehe insbesondere j'ig. 3), daß die Schaltung auch als berechnetes Ausgangssignal während des normalen Rechenvorganges eine Differenz der beiden Eingangssignale liefern kann, indem einfach eine geradlinige Funktion wie bei 78ab in Fig. 3 verwendet wird, um die relativen Werte der integrierten Eingänge zu messen. Eine solche Differenz!"ähigkeit ist schon vorhanden und wird tatsächlich während des automatischen Nullnachstellbetriebes angewandt, indem einfach über die Leitung 370, wenn der Schalterarm 86 in Kontakt mit 84 ist, ein konstanter Gleichstrom von einem solchen Wert zugeführt wird, daß sich irgendeine gewünschte Steigung der linear abfallenden i,Iei3öpa::ming (analog zu 78ab i.-L i⁽¹ig. 3) ergibt, wie sie gewünscht werden kann, um genau eine solche Subtraktion durchzuführen oder eine Differenz multipliziert mit einer bestimmten Konstanten zu bilden. Kine solche Fähigkeit ist tatsächlich beispielsweise bei einen: Zweistrahiopektralphotometer nützlich, wo es wünschenswert sein kann, die" endgültigen Daten in der r'orra der linearen Absorption, aiso des Anteils der von der Probe absorbierten Strahlung zu emal ten, welche proportional zu der linearen Differenz zwischen der Keferenzbündelinterisität I^ und der durch die Probe durchgelaufenen Probenbündelintensität 1 ist, somit K,„ (Iq - l), wenn einmal die Hündelintensität I. bei Abwesenheit, einer Probe in dem Probenbündel auf die lteferenzbündelintensitii t Iq durch

0098A1/11U BAD ORJGIf&C

eiiie automatische Nullnachstellung oder Eichung abgeglichen ist, d.h. Iq-I.=0 oder I₀=I.. Da diese linear gemessene Absorption der tatsächlichen Probe K₀, (I₀-I) am besten als Prozentsatz ausgedrückt ist, d.h. 100 (l_Q-I)^, können die verschiedenen Skalenfaktoren der Schaltungen so eingestellt werden, daß die' Proportionalitätskonstante K_a · dem Referenzsignal I₀ = 100, doh. Kg· I₀ = 100, ist, so daß K₃- (Iq-I) direkt in Prozenten Probenabsorption angegeben wird, z.B. 27,9 9°, wenn K_g. I₀ = 100 und K₃ . I = 72,1.

Um die Messung von Signalen entweder in der Form I₀-I oder in der Form I - I₀ zu ermöglichen oder bei dem gebräuchlicheren

O "ÄbsOrptionsverraögen"-Betrieb entweder in der Form log —~ oder

I
in der weniger verlangten Form log γ-—, sind in den Anzeige- .

teilen der Schaltung verschiedene'Umkehrschalter vorgesehen, beispielsweise der schon erwähnte bei 440 und der Schalter 550 in der unteren linken Ecke von Fig.. 1b. Solcne Schalter stellen sicher, daß der große positive Anzeigezähler 450 und nicht der Iylinus-Zähler 451 mit kleinerer Zählerkapazität das berechnete digitale Signal erhält und daß die analogen Schreiberschaltungen (Element 50 ff) das gewünschte Vorzeichen der äquivalenten analogen Information liefern. ■ (|

Wie oben erwähnt ist, ist die dargestellte Schaltung im allgemeinen in der Lage, die gewünschte Funktion der beiden Eingänge zu berechnen, auch wenn der."Eingang I größer ist als das Eingangssignal I₀, obwohl speziell angenommen war, daß unter der Bedingung, daß das I₀-Signal wenigstens so groß ist wie das I-Signal, gearbeitet würde. Insbesondere würden die Ausgänge bei 120 und 128 der beiden Differenzverstärker oder Vergleicher nur in zeitlich umgekehrter Aufeinanderfolge auftreten als es oben beschrie-

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ben ist und die Zählgatter-Logikschaltung kann leicht dafür eingerichtet werden, diese Situation von den umgekehrten ?all zu unterscheiden. Das könnte ein einfacher UmIc ehr se halt er sein, der an die Eingänge 122 und 129 derselben gelegt wird.

Wenn es gewünscht wird, die prozentuale Absorption zu ermitteln, d.h. festzustellen, um welchen Prozentsatz Iq-I sich von I_n unterscheidet, so bewirkt die normale Y/irkungsweise der automatischen Wullnachstellungscchaltun^·, wenn mau den .idersta.id 21 u/id den Zerhackerabsc.awächer 22 als Einheit betrachtet, daß das I^-Signal auf den tatsächlichen .ort des Leorsignals I., ohne Pi'obe in dem anderen Kanal während dieser Eichung abgeschwächt wird. Für die Messung der prozentualen Absorption bei einem Absorptionsspektrophotometer ist dieser Vorgang, daß das abgeschwächte IQ-Signal auf day rl i ve au von I. gebracht wird, d.h. das Anheben der Linie 62ab, so daß die mit der Linie 52ab in Fig. 3 zusammenfällt, der gewünscnte Effekt, um die tatsächliche prozentuale Absorption einer Probe zu bestimmen, wenn diese eingesetzt wird und eine Rechenoperation in üang gesetzt wird. Wenn beispielsweise die ursprüngliche Intensität von I_Q 100 Einheiten beträgt, während das Signal in dem anderen Kanal ohne Probe I. 90 Einheiten ist, und dann eine Probe in diesem zweiten kanal eingesetzt wird und ein richtiges Probensignal I von 45 Einheiten erzeugt, so sollte sich der tatsächlichen Absorptionsprozeiitsatz der Probe auf die 90-Einheitenstrahlung beziehen, die sonst durch diesen Kanal hindurchgegangen wären, nicht auf die 100 Einheiten, die ursprünglich in dem anderen Referenzkanal vorhanden waren. In anderen Worten: Es ist wünschenswert, daß I_Q-Signal von 100 Einheiten auf die 90 Einheiten von I. zu vermindern, bevor während einer anschließenden Rechenoperation das I-Signal mit

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deni IQ-Signal.,- welches nun auf 90 Einheiten vermindert ist, verglichen wird. Das ist natürlich die normale Wirkungsweise der automatischen Mullnachstellung, wie sie oben beschrieben ist. Insbesondere wird das !„-Signal abgeschwächt, so daß die beiden geraden Linien der Integration (62aa) und des gehaltenen Wertes (62ab) des Referenzkanals abgeschwächt werden, d„h. weniger negativ gemacht werden und sich den entsprechenden integrierten und gehaltenen L.-Signalen (52aa und 52ab) nähern und schließlich mit diesen zusammenfallen. Somit wird in dem.gerade angegebenen Beispiel das I^-Signal von 100 Einheiten auf 90 Einheiten während des automatischen Nullnachstellvorganges abgeschwächt. Während eines anschließenden Rechenvorganges wird das untersuchte Probensignal I mit diesem abgeschwächten Wertvon I„, nämlich 90 Einheiten, verglichen, so daß es den richtigen Anteil an absorbierter Energie, nämlich 10/9 · (90-45) = 50;ί> darstellt und nicht proportional zu der Differenz zwischen dem ursprünglichen, nicht abgeschwächten I_Q-Signal und dem Probensignal ist, also nicht proportional zu 100-45=55. So sollte in der üblichen Diskussion der Proportionalitätsfaktor K^ die Art und Weise angeben, wie das ursprüngliche ^-Signal abgeschwächt worden ist, um gleich I* zu werden, da das I_Q in dem Ausdruck Kg (Iq-I) natürlich das ursprüngliche ^-Signal ist, nach dem es abgeschwächt worden ist um gleich dem I.-Signal zu werden. Ein solcher Skalenfaktor kann leicht beispielsweise durch ein handbetätigtes Potentiometer irgendwo in der Schaltung eingeführt werden und kann sogar durch automatische Verstärkungsregelung automatisiert werden. Dieser Skalenfaktor ist die Abschwächung des ursprünglichen I₀, die durch die proportionale Abweichung von dem "normalen" 82,5$ Arbeitszyklus bewirkt wird. .

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Wie oben schon erwähnt ist, muß zur Durchführung einer linearen, d.h. Differenz-Rechnung eine lineare Vergleichsspannung- analog zu 7Sab Fig. 3 nicht nur während des automatischen ilullnachstellbetriebes gebildet werden, sondern auch während des normalen Recnenzyklus. Somit sollte bei einer Differenzrechnung anders als bei der 3erechnung des Logarithmus des Verhältnisses, der Abfall der !.-,-Vergleichsfunktion nicht exponentiell sein, wie in Fig. 2 bei 73b dargestellt ist, sondern linear und daher eher analog der geraden Linie, die Ln ü'ig. 3 mit 7^ab bezeichnet ist. Eine Art und Weise, wie eine solche Entladung nach einer geraden Linie während einer Differenz- oder einer linearen Messung erzeugt wird, ist unten in der Mitte von Ii¹Ig. 1a dargestellt. Dort ist ein Schalter 600 vorgesehen, der normalerweise zu. dem Kontakt 602 hin geschlossen ist und damit die exponentielle Entladung während der aweiten Stufe der logarithmischen Recnnung über die Y/iders bände 103, 110 und 112 hervorruft. Wenn der Schalter 600 in seine Stellung für linearen Beti*Leb geschaltet wird, öffnet er diesen Widerstandsentladungsweg des Kondensators 104 auch während der S.-j-RechenstuL'e und stellt stattdessen eine feste Spannung mit der rechten Seite des Widerstandes 110 am Eingang 606 her. Jiese Spannung wird von einer Spannungsquelle 610 geliefert und kann beLspielsweise minus 12 Volt betragen. Der elektronische Schalter oder /eldeffekttransistor 612 gestattet es, daß die feste Spannung o10 einen konstanten Strom über die Widerstände 110, 10^ und damit zum Eingang 96 des Operationsverstärkers 98 nur während der S_o-Stufe fließen läßt. Wenn somit eine Differenz-Berechnung oder eine andere Art von linearer Rechnung gewünscht wird, so

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bewirkt der Schalter 600 die Entladung der integrierten Yergleichsspannung I ' in Pig. 2 in linearer Weise- (wie' in Fig. 3) und nicht exponentiell wie in Mg. 2.

Die dargestellte Schaltung ist auch in der Lage, "beispielsweise den I-Eingangswert in "absoluten" Vierten, d_oh. nicht bezogen auf den Eingangswert I₀ zu berechnen. Das ist beispielsweise ' nützlich bei Atomabsorptionsspektrophotometern, wo es wünschenswert sein kann, die Emission der Probe in dem Proben- ' -M kanal I zu messen. In diesem Falle wird das Emissions-Signal, ^ das nachstehend auch als ein Intensitätssignal bezeichnet wird, welches zu messen ist, als lineare Funktion eines.festen Referenz-^Niveaus berechnet. Das Eingangssignal für den I₀-(Referenz)-Integrators 27 kann durch Hinzufügen der Schaltelemente, die wahlweise an den Eingangskontakt 650 anlegbar sind, automatisch auf einen festen Wert gebracht werden."Wenn, speziell der Schalter 652 aus seiner normalerweise offenen Stellung bewegt wird, so daß er Kontakt mit dem Eingang 650 gibt, wird eine Intensitätsreferenzquelle 660 mit diesem Eingang während der ersten oder Integrationsstufe S- verbunden. Die Parameter der Quelle 660 sind so gewählt, daß sie einen Strom von ungefähr dem halben Wert und entgegengesetzten Vorzeichen des Stromes liefert, der am Aus- ü gang 26 des Schalters 22 durch ein normalerweise erwartetes I₀~Signal erzeugt wird. Für einen Viert von beispielsweise + 8 Volt I₀-Signal an 20, einem Eingangswiderstand von 110 Kiloohm bei 21 und einem Absenwächungsfaktor von 0,825 während des normalen Arbeitszyklus des Zerhackerschalters 22.kann die Intensitätsquelle 660 aus einer festen Spannungsquelle von minus 12 Volt Spannung und einen 390 Kiloohm Widerstand 666 in Reihe mit dieser bestehen, so daß an einem Ausgang 668 ungefähr halb so viel Strom in ent-

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gegengesetzter Richtung geliefert wird, wie normalerweise an dem Ausgang 26 des I_Q-Kanals vorhanden ist. Um die Schaltung zu eichen, wenn der Intensitätsbetriebsschalter 652 geschlossen ist, wird der normale automatische Nullnachstellvorgang durchgeführt. In diesem Falle ist jedoch das I.-Signal an dem Probeneingang 10 normalerweise außerordentlich gering. Bei Abwesenheit einer Probe ist die Emission praktisch null. Daher hat, wenn man Fig. 3 betrachtet, das integrierte I.'-Signal eine sehr geringe Steigung, d.h. bleibt in der Näher von Null auch am Ende der Integrationsperiode bei Ia^!l· Daher fallen auch am Ende eines vollständigen automatischen Nullabgleichsvorganges die I₀-Signale mit Linien zusammen, die sehr nahe bei Null liegen. Die Hauptbedeutung der Hinzufügung der Intensitätsreferenzquelle 660 während dieser Integrationsperiode ist die, daß der Zerhackerschalter-Abschwächer 22 nur ungefähr die unabgeschwächte Intensität des I_Q-Signals zu halbieren braucht, d.h. 50fo seines normalen Arbeitszyklus zu besitzen braucht, um den Ausgang des Integrators 60 auf Werte in der Nähe von Null zu bringen. Auf diesesWeise liegt der Abschwächzerhacker 22 halbwegs in der Mitte zwischen seinem minimalen und maximalen Arbeitszyklus,wenn der automatische Nullnachstellvorgang beendet ist. Er hat daher ungefähr eine Hälfte seines gesamten Abschwächbereichs verfügbar, um das I_Q-Signal weiter abzuschwächen oder zu verstärken. So kann der I^-Kanal abgeglichen werden, ohne daß der Einstellbereich des Abschwächzerhackers erschöpft wird. Im vorliegenden Falle ist das abgeschwächte I_Q-Signal tatsächlich sehr nahe dem wahren Nullpunkt, da das Leersignal I., auf welches I« abgeglichen wird, sehr klein ist. Der automatische Nullnachstellbereich bei diesem Intensitätsbetrieb gestattet ein Arbeiten mit unterdrücktem Nullpunkt, d.h. es ist immer noch ein erhebliches Maß von Einstellung des Abschwächers in beiden Richtungen von diesem Punkt verfügbar.

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Eine Rechnung bei diesem Intensitätsbetrieb ist analog jeder anderen linearen Art von Messung. Insbesondere wird die Emission der Probe in dem Ϊ-Kanal während der ersten Stufe des Rechenzyklus integriert, was durch die gerade Linie 52a in iPig. 2 dargestellt sein kann. Das I₀-Signal ist jedoch sehr klein und daher in der ETähe einer horizontalen Linie in Pig. 2, da es tatsächlich bei einer Situation mit keiner' Emission abgeglichen worden ist. Die Vergleichsspannung I_R des Integrators folgt nun dem größeren, negativeren I'-Signal, da die Schaltung 80 bewirkt, daß das I-n-Signal immer geringfügig negativer ist als der größere der beiden Eingänge I' oder Iq.' . Da bei einer solchen Intensitätsberechnung der Schalter 600 in seiner linearen Stellung ist, d.h. auf dem Kontakt 604-steht, sinkt die !^-Spannung während der zweiten oder Rechenstufe linear ab und schneidet erst" das negativere I''-Signal und später in der von WuIl das sehr kleine Iq''-Referenzsignal. So kann die Intensität der Emission der Probe mit dem Referenzsignal berglichen werden, welches seinerseits gegen einen Leerzustand des Probenkanals abgeglichen worden ist. Auf diese Weise hängt die berechnete Intensität des I-Kanals linear mit der tatsächlichen Emission der Probe selbst zusammen.

Die lineare Konstantstromquelle 610 wird nur während der zweiten Stufe einer linearen, d,h. Differenz-Rechnung verwendet und nicht während des automatischen Eichbetriebs. Hur dann wird der Schalter 600 in seine obere Stellung gebracht, so daß er auf dem Kontakt 604 steht. Die Konstantstromgeneratorschaltung 29 für die automatische Nullnachstellung erzeugt natürlich den linearen Abfall während der zweiten Stufe '.S. ₂ ^ei allen automatischen NuIl-

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nächstellvorgängen, gleichgültig welche Art von Rechnung, d.h. Logarithmus eines Verhältnisses oder lineare Differenzrechnung, diesem Abgleich der beiden Kanäle folgen soll. Schließlich wird die Intensitäts-Konstantstromquelle 660 durch den Schalter 662 nur während der ersten oder Integrationsstufe S.. wegen des elektronischen Schalters 662 an den Eingang des IQ-Integrators (60 usw₀) sowohl während des automatischen Nullnachstellbetriebs als auch während der anschließenden tatsächlichen Rechenvorgänge angelegt, wenn das abgeschwächte !„-Signal auf einen V.'ert nahe Null gebracht werden soll, d.h. wenn I. in der Nähe von iMull liegt. Diese Stromquelle 660 unterdrückt etwa eine Hälfte des I_o-Signalstroms bei 26 für einen normalen Arbeitszyklus des abschwächenden Zerhackerschalters 22, so daß ungeftihr 50yo eines normalen Arbeitszyklus, d.h. bei dem Ausführungsbeispiel ungefähr 42,5/ό des Zerhackerabscliwächers zur .Folge hat, daß das auf etwa die Hälfte abgeschwächte I^-Sig minus diesem Unterdrückungsstrom von der Quelle 66 sich Null nähert. Es wird somit ein unterdrückter Nullpunkt erhalten, da der Arbeitszyklus des Zerhackers 22 von diesem halben Wert sich ändern kann und so bewirkt, daß sich das abgeschwächte I^-Si minus dem Unterdrückungssignal von ungefähr + 1/2 I₀ auf ungefähr - 1/2 Ip. ändern kann, wenn I₀ das uriabgeschwächte volle Eingangssignal ist. Wie oben erwähnt, ist diese Fähigkeit besonders nützlich zum linearen Vergleichen der Verte eines I-Probensignals, beispielsweise einer Probenemission, mit einem Referenzsignal in der Nähe von Muli, beispielsweise dem auf annähernd i\mll abgeschwächten I₀-SIgIIaI, welches gegen dao annähernd Null betragende Emissionssignal I. im Probenkanal I bei Abwesenheit der Probe abgeglichen ist, worin dieser Intensitätsbetrieb unter Verwendung der Stromquelle 660 mit linearer Rechnung durchgeführt wird.

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Claims (12)

1. Patentansprüche

   1«) Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Ausgangsgröße als Funktion eines ersten variablen Signals und eines zweiten Signals nach einer gewünschten mathematischen Beziehung mit einem ersten und einem zweiten Signaleingang und einer Rechenschaltung, die an den Signaleingängen anliegt, zur Berechnung der besagten Funktion des ersten und des zweiten Signals dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Signaleingängen (10,20) eine Vergleichsschaltung (17,27,70...) zum Vergleichen eines "Leersignals" an dem ersten Eingang (lO) mit einem zweiten Signal an dem zweiten Eingang (20) und zur Bildung einer zweiten mathematischen Funktion dieser Größen anliegt, daß mit der Vergleichsschaltung (17 ι 27,70..) eine automatische NacheichschaLtung (288, 310,320,22..) verbunden ist, durch welche wenigstens eines der Signale an einem der Signaleingänge nach einer dritten mathematischen Operation in seiner Wirkung so veränderbar ist, daß die besagte zweite mathematische Funktion einen speziellen vorgegebenen Wert annimmt, daß mit der Nacheichschaltung (288...) ein Eichspeicher (310..) verbunden ist, durch den die besagte dritte mathematische Operation speicherbar ist, die erforderlich ist, um die zweite Funktion auf dem vorgegebenen Wert zu halten, und daß durch die Schaltung die gespeicherte dritte mathematische Operation auf Signale angewendet wird, die während der nachfolgenden Arbeitsschritte der Rechenschaltung (17»27,70..) an wenigstens einem der Signaleingänge (I0,2o) auftreten, wodurch unerwünschte Schwankungen der Signalquellen des ersten und des zweiten Signals für die Rechenoperationen der Rechenschaltunf; ausgeglichen werden.

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   — iy _ ---■""
2. 2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein wesentlicher Teil der Rechenschaltung und
   der Vergleichsschaltung die gleichen, gemeinsam benutzten Schaltelemente enthalten, so daß diese gemeinsam benutzten Schaltelemente sowohl während der normalen Rechenoperationen als auch während des automatischen Eichvorganges verwendet werden, wodurch eine beachtliche Verminderung der Gesamtzahl der für die Rechen- und Vergleichsschaltungen benötigten Schaltelemente erzielt wird.
3. 3·) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung einen Analog-Digital-Wandler ■(70 j'138 ? I9O'· · · )' enthält, wodurch, die Ausgangsgröße in digitaler Form vorliegt.
4. 'i.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 3> Hadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung auch den gleichen Analog-Digital-Wandler en, Limit und daß die"Nacheichschaltang schaltungsmäßig so angeordnet ist, daß sie die besagte
   zweite mathematische Funktion in bereits digital umgewandelter Form erhält, wodurch die dritte mathematische
   Operation in digitaler Form· durchgeführt wird und so eine Freiheit von Drift und sonstigen Schwankungen der Schaltglieder der Nacheichschaitung erreicht wird.
5. 5.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung folgende Baugruppen enthält:

   a) einen Speicher (l7>27) zum vorübergehenden
   Speichern eines Paars von Signalen (I¹,1 ')
   deren Größen wenigstens proportional zu jeweils einem der beiden Einganjrssignale (1,1 )
   sind,

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   si

   b) einen Veröle i chssi gnalerzeuger (96...) zur Er?,euffun'i eines Vergle i chssigna Ls , welches sich stetig nach einer bekannten mathematischen iüirve ändert,

   c) eint! Verfileicherschaltimi¹; (?O) zur Peststellun der Gleichheit des Veri'vleichssijrnals (I ') mit jedem der beiden gespeicherten Signale und

   d) Zeitmessmittel (138,190..) zur Hessunp. der Zeit zwischen der Fest st eil un«: der Gleichheit des Vergleichssignals mit dem einen und mit dem anderen der beiden gespeicherten Signale,

   wobei diese Zeit in bestimmter mathematischer Bezi ehun.r /u den relativen Größen des Paares von »„espeicher ten Si,.;iialon und damit der beiden E im·; an ns signal e steht und diese bestimmte mathematische Beziehung von der besagten mathematischen Kurve des sich stetig ändernden VergleichssignaLs bestimmt wird.
6. 6.) Schaltungsanordnung nach Anspruch ^L"S, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichssignalerzeuger (08..) zur wenigstens wahlwoj sen Erzeugung eines sich exponentiell ändernden Vergloichssijrnals.eingerichtet ist, wodurch die gemessene Zeit, eine eine Logarithmische F'imktion des Verhältnisses der beiden Eingangssignale ist, welche die besagte gewünschte mathematische Funktion darstellt.
7. 7.) Schaltungsanordnung nach Anspruch !3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichssigna !erzeuger (9ο*···) zur wenigstens wnhlwoisen Erzeugung eines sich linear ändernden Vergleichssignals eingerichtet ist, wodurch die gemessene Zeit direkt proportional zu der Differenz der Wer It» der

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   20QP529

   Sl

   der beiden Eingangssignale Ct-I ) ist, was die besagte gewünschte mathematische Funktion darstellt.
8. 8.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Digital-Wandler mit den Zeitmessmitteln derart zusammenwirkt, daß eine Folge von digitalen Pulsen erzeugt wird, deren Anzahl direkt proportional der Länge der gemessenen.Zeit ist.
9. 9.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß mit den Zeitmeßmitteln analoge Auslesemittel
   (150,157) derart zusammenwirken, daß sie ein analoges Signal mit einer Amplitude proportional zur Länge der besagten gemessenen Zeit liefern.
10. 10.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurqh gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung folgende Baugruppen aufwe ist:

    a) einen Speicher (17,27) zum vorübergehenden Speichern eines Paares von Signalen, deren Größen jeweils
    proportional zu je einem der beiden Eingangssignale sind,

    , b) einen Vergleichssignalerzeuger (98..) zur Erzeugung eines-Vergleichssignals, welches sich nach einer bekannten mathematischen Kurire stetig ändert,

    c) eine Vergleicherschaltung (70) zur Feststellung
    der Gleichheit des Vergleichssignals mit jedem
    der beiden gespeicherten Signale und

    d) Zeitmessmittel (138,190..) zur Messung der Zeit
    zwischen der Feststellung der Gleichheit des Ver-

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    BADORfGfNAC

    200P529 -/? -

    gleichssignals mit dem einen und mit dem anderen der beiden gespeicherten Signale, wobei diese Zeit in bestimmter mathematischer Beziehung zu den relativen Größen des besagten Paares von gespeicherten Signalen und damit der beiden Eingangssignale steht und diese bestimmte mathematische Beziehung von der besagten mathematischen Kurve des sich stetig ändernden Vergleichssignals bestimmt wird.
11. 11.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichssignalerzeuger (98...) zur Erzeugung eines sich linear ändernden Vergleichssignals eingerichtet ist, wodurch die gemessene Zeit direkt proportional zu der Differenz der beiden Eingangssignale ist, was die besagte zweite mathematische Funktion darstellt.
12. 12.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Nacheichschaltung wenigstens eines der Eingangssignale (I ) vor dem besagten Speicher (27) zum vorübergehenden Speichern derart veränderbar ist, daß die gemessene Zeit im wesentlichen zu null reduziert wird, wodurch die zweite mathematische Funktion, welche die Differenz der geänderten Eicheingangssignale ist, durch diese dritte mathematische Operation, nämlich der Änderung wenigstens eines der Eingangssignale in seiner Wirkung, den speziellen vorgegebenen Wert null annimmt.

    13·) Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der dritten mathematischen Operation, nämlich der Änderung wenigstens eines der besagten Signale an dem ersten und dem zweiten Signaleingang ein veränderbarer Signalabschwächer (22) vorgesehen ist,

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    BADORlQtNAC

    8S

    durch welchen das größere der beiden ursprünglichen Eingangssignale proportional verkleinert wird, bis sein proportional verkleinerter Wert gleich dem gespeicherten Wert des anderen, kleineren Einganssignals ist.

    l4.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Eichspeicher (ß'lO.V.) der Proportionalitätsfaktor des Signalabsclrwächers (22) speicherbar ist, um welchen das größere Eingangssignal auf den Wert des kleineren Eingangssignals abgeschwächt wird, wodurch während der anschließenden Rechenoperationen das dem Signaleingang zugeführte Signal durch den Signalabschwächer in der gleichen proportionalen Weise abgeschwächt wird.

    15·) Schaltungsanordnung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Abschwächer am Eingang des größeren Signals einen Zerhackerschalter (22) aufweist, der durch wiederkehrende Einschaltpulse von variabler Län^e betätigbar ist, wodurch der Zerhackerschalter als Einschalter mit veränderbarem Tastverhältnis wirkt und im Effekt eine Abschwächung des größeren Einschaltsignals um einen Faktor bewirkt, , der dem Prozentsatz der Einschaltzeit zu dem vollen Sehaltzyklus entspricht.

    l6.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet

    daß der Eichspeicher ein Paar von ständig durchlaufenden Speichersignalgeneratoren (3lOi3H) enthält, von denen jeder ein wiederholtes im wesentlichen gleiches Signal erzeugt,

    daß die Nacheichschaltung Mittel (288..) zur Einstellung

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    der relativen Phase der ständig durchlaufenden Speichersignalgeneratoren enthält und

    daß Mittel (320) zum Abtasten der relativen Phasendifferenz der Speichersipnalgeneratoren und zur Veränderung der Länge der wiederkehrenden Einschaltpulse räch Maßgabe der Phasendifferenz vorgesehen sind,

    wodurch die automatische Nacheichschaltung die Phasendifferenz der ständig durchlaufenden Speichersignalgeneratoren einstellt, welche Phasendifferenz anschließend die Korrekturabschwächimg während der nachfolgenden Rechenoperationen bestimmt.

    17·) Schaltungsanordnung nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Paar von ständig durchlaufenden Speichersignaljreneratoren (310,311···) von einem gemeinsamen schwingenden Eingangssignal (I85¹) angesteuert ist, wodurch ein unerwünschter Phasenschlupf vermieden wird.

    l8.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 17> dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von ständig durchlaufenden Speichersignalgeneratoren ein Paar von digitalen Umlaufzählern (31O,3H) ist, die von einem Hochfrequenz-Taktgeber angesteuert sind, und daß der Phasendifferenzfiihler ein Flip-Flop (320) aufweist, dessen Setzeingänge (Jlk) jeweils der Ausgang der letzten Stufe eines der digitalen Umlaufzähler (310) sind, so daß das Flip-Flop wiederkehrende Einschaltpulse variabler Länge zur Steuerung des besagten Zerhackerschalters liefert, wodurch der Eichspeicher von Pulsen beaufschlagte digitale Zähler aufweist und unempfindlich gegen unbeabsichtigte Phasenänderungen ist.

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    BAD ORiQINAL.

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