DE2056998A1 - Peakintegrator - Google Patents
PeakintegratorInfo
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- H03K5/153—Arrangements in which a pulse is delivered at the instant when a predetermined characteristic of an input signal is present or at a fixed time interval after this instant
- H03K5/1532—Peak detectors
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/04—Measuring peak values or amplitude or envelope of ac or of pulses
-
- G—PHYSICS
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- G06G—ANALOGUE COMPUTERS
- G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
- G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
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Description
Γ- . Γ /,-j 5602 LANGENBERG(RhId.), den
■kernst -fc. frUeisse Bökenbusch 41
1 /,-c . - Tetefon 1319
Dipl.-Phys. gfürgen vUeisse Telex 8516895
Patentanwälte 2056998
Patentanmeldung
Bodenseewerk Perkin Eimer
& Go. GmbH, Überlingen/Boäensee
Peakint egrator
Die Erfindung "betrifft einen Peakintegrator mit- einem
die Peakintegration eines Meßsignala einleitenden Neigungadetektor,
welcher letztere periodisch den Signalanstieg während vorgegebener, durch einen Programmgeber
bestimmter Meßzeitintervalle jeweils mit einem Schwellwart vergleicht, wobei der Integrator von dem Ergebnis
dieses Vergleichs steuerbar ist.
Es ist ein Peakintegrator dieser Art vorgeschlagen worden (Patentanmeldung P 19 o3 698.7) bei welchem das Meßsignal
über einen Summierverstärker und eine Integrationsstufe Schaltstufen ansteuert, deren Ausgänge Impulsfolgen
auf einen Zähler aufschalten. Der Zählerstand wird durch
einen Digitalr-Analog-Wandler in ein analoges Signal umgesetzt,
welches an dem Summierverstärker das Meßsignal
kompensiert. Diese Aufschaltung der Impulsfolgen erfolgt
während eines relativ kurzen Abgleichzeitintervalla. Auf
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jedes Abgleichazeitintervall folgt ein Meßzeitintervall,
und es wird der Signalanstieg während dieses festen Meßzeitintervalls
beobachtet. Zu diesem Zweck liegen am Ausgang der Integrationsstufe Schaltstufen, die kippen, wenn
vorgegebene Sohwellwerte des Meßsignalintegrala überschritten
werden. Bei festem Meßzeitintervall ist dieses Integral proportional dem Anstieg des Meßsignala. Diese letzteren
Schaltstufen steuern eine Auswerter-Logikschaltung,
welche ein Steuersignal liefert, von dem Zeitpunkt an, wo der Anstieg des Meßsignals einen vorgegebenen Schwellwert
überschreitet, bis zu dem Zeitpunkt, in welchem nach Durchlaufen eines Maximums (Umkehr des Vorzeichens des Anstiegs)
der Signalanstieg einen festen Schwellwert wieder unterschreitet. Bei einer solchen Anordnung werden alle Meßsignaländerungen,
die während des Mtßaeitiatervalla einen bestimmten Wert nicht überschreiten, während des
nächsten Abgleichazeitintervalla kompensiert, so daß sich an der Integrations stufe vor Auftreten eines Peaks
das Signal Null einstellt. Es wird dann ermittelt, wie sich das Signal im Verlaufe der nächsten Me^rßzeit ausgehend
von diesem Zustand ändert. Die Integrationsstufe
sorgt dabei dafür, daß der Einfluß kurzzeitiger Störspitzen im Meßsignal unterdrückt wird und nicht zu einer
Pehlschaltung führt.
Wenn bei einem aolchen Peakintegrator die Integration
des Meßsignalpeaks in dem Augenbliok eingeleitet wird, wo der Vergleich ein über den Schwellwert hinausgehenden
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Signalanstieg ergibt, dann wird das Meßsignal während
dieses Meßzeitintervalls noch nicht integriert. Es entsteht hierdurch ein Fehler in der Integration, da, wie
der Vergleich zeigt, in dem betreffenden Meßzeitintervall der Peakanstieg bereits begonnen hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Peakintegrator
der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß der geschilderte Fehler der Integration vermieden
wird und auch das Meßzeitintervall bei der Integration berücksichtigt wird, in welchem erstmals ein den Schwellwert
überschreitender Signalanstieg registriert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
der ständig von dem Iueßsignal beaufschlagte Integrator
durch ein Rückstellsignal von dem Programmgeber zu Beginn jedes Meßzeitintervalls auf null rückstellbar ist
aber das Rückstellsignal bei Überschreiten des Schwellwertes gesperrt wird. \
Es erfolgt also während jedes einzelnen Lleßzeitintervalles
eine Integration des Keßsignals. Das Ergebnis dieser Integration wird gelöscht, wenn der ließ signalanstieg
während dieses Ließ zeitint ervalles den Schwellwert
nicht erreicht. Wenn jedoch der Schwellwert erreicht wird, dann wird das Rückstellsignal gesperrt
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und der Integrator integriert weiter solange der Peak auftritt. Das Integral hat auf diese Y7ei.se auch den
Heßsignalanstieg während des ersten Ließ zeitint ervalles
des Peaks mit erfaßt.
Die Erfindung kann in der Weise verwirklicht werden, daß der Neigungsdetektor einen Summierverstärker und
einen Invertivverstärker enthält, daß das Ausgangssignal
des Invertivverstärkers einmal über einen ersten Schalter
auf eine erste Integrationsstufe geschaltet ist, deren
Ausgang zusammen mit dem Iießsigncl an dem iiummierverstärker
anliegt, und zum anderen auf eine zweite Integrationsstufe,
die durch einen zweiten Schalter auf null rückstellbar ist und deren i,usgan{- Kora^aratoren
für den Schwellwertvergleich beaufschlagt, und daß von
dem Programmgeber der erste Sch-: lter periodisch während Abgleichzeitintervallen und der zweite Schalter zu Beginn
der dazwischenliegenden Lief zeitintervalle geschlossen
wird.
Durch den Invertivverstärker erfolgt eine Vorzeichenumkehrung
des Sumraierverstärkerouagan/eK, so daß von
dem Invertivverstärker ein Signal erzeugt -.vird, welches
für die Kompensation dieses ersteren Signals geeignet
ist. Dieses invertierte bignal wird während der Abgleichszeit über eine Integra ticns stufe auf den Ein-
BAO ORiGiNAL
209822/0795
gang des Summierverstärkers geschaltet und bringt diesen
Eingang immer wieder auf null. Wahrend der Meßzeit
hleibt der besagte erste Schalter .geöffnet, so daß das
Jlusga-ngssignal des Summierverstärkers nach Maßgabe der
Änderung des !leßsignals ansteigt. Entsprechend steigt
das invertierte Signal am Ausgang des Invertiwerstärkers
an. Dieses Signal wird über den zweiten Integrator, der zu Beginn des Meßzeitintervalles auf null zurückgestellt
worden war, integriert* Bas Ausgangssignal des
zweiten Integrators ist wagen der festen lange· des Maß zeitintervalles
proportional zu dem Signalanstieg. Dieses
Signal wird durch Komparatoren mit vorgegebenen Schwellwerten verglichen.
■ oJ
Es kann dann vorgesehen sein, daß der Integrator einen
Zähler enthält, in welchen Impulse mit einer dem Meßsignal proportionalen Frequenz eingezahlt werden, daß
der Programmgeber über ein UID-Grlied zu Beginn jedes
IJeßzöitintervalls einen Elicits tellimpuls auf den Zähler
gibt und daß die Komparatoren eine Auswerter-Logik-Schaltung steuern, die das 'UHD-Glied bei Überschreitung
des Schwellwartes über einen zweiten Eingang des UlID-G-liedes sperren.
Ein Ausführung^beispiel der Erfindung ist nachstehend
unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert':
BAD OIVGfNAL
- 6 20 98 2 2 /079S
Fig. 1 zeigt einen Neisungsdtektor bei einem
Peakintegrator nech der Erfindung.
i«'ng. 2 veranschaulicht die Steuern1,^ l?s tategra-
tors in Abhängigkeit von dem Neiguiigsdtektor
nach Fig.i.
■ Ein Meßsignal liegt an einer ^ingangskiemme A und wird
über einen Widerstand H1 einem Summierverstärker V1 augeführt. Der Summierverstärker V1 erhält ein zweites
Signal in noch zu beschreibender Weise über einen Widerstand R2. Mit R 3 ist der Gegenkopplungswiderstand des
Summierverstärkers V1 bezeichnet. Der Ausgang des Summierverstärkers V1 liegt an einem Invertiwerstärker V 2
mit den Widerständen R4 und R5 an. Am Ausgang B des Invertiwerstärkers
entsteht damit ein Signal, dessen Polarität der Polarität des Signals an deia Summierverstärker gleichgerichtet
ist. Dieses Signal an dem Ausgang B wird über einen Widerstand R6 und einen Schalter S1 auf eine Integrationsstufe
geschaltet, bestehend aus einem Verstärker
' V3 mit einem Kondensator C1 in der Gegenkopplung, der mit
dem Widerstand R6 einen Millerintegrator bildet. Der Ausgang der ersten Integrationsstufe wird über den Widerstand R2
auf den Eingang des Summierverstärkers V1 geschaltet. Wenn der Schalter S1 geschlossen ist, dann tritt
-7-
2 ü 9 D 2 7 / I) 7 9 K
im Punkte B ein Signal auf, dessen Polarität der Polarität
des Meßsignals im Punkte A gleichgerichtet ist. Dieses Signal wird von dem ersten Integrator integriert und dem
Meßsignal entgegengeschaltet bis ein Abgleich erfolgt ist, das Signal im Punkte B also verschwindet. Von einem Programmgeber
P wird der Schalter S1 periodisch während eines "Abgleichezeitintervalles"
geschlossen. Zwischen den Abgleichszeitintervallen ist der Schalter S1 geöffnet, diese zwischen
den Abgleichszeitintervallen liegenden Zeitintervalle sind nachstehend als "Meßzeitintervalle" bezeichnet.
Das Signal im Punkte B wird außerdem über einen Widerstand R 7 auf eine zweite Integrationsstufe gegeben,
bestehend aus dem Verstärker V4 und einem im Gekopplungszweig liegenden Kondensator C2. Parallel zu dem+
Kondensator C2 liegt ein Schalter S2. Der Verstärker V4 mit dem Widerstand R7 und dem Kondensator 02 bildet
ebenfalls einen Millerintegrator. Der Schalter S2 wird von dem Programmgeber P zu Beginn jedes Meßzeitintervalles
geschlossen, so daß also in diesem Zeitpunkt die zweite Integrationsstufe auf null zurückgestellt ist.
Das integrierte Signal erscheint im Punkt C. Dieses Signal wird auf zwei Komparatoren K1 und K2 gegeben,
welche das Signal im Punkte C mit einem oberen positiven und einem unteren negativen Schwollwert vergleichen.
Die Komparatoren K1 und K2 steuern eine Auswerter-
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209822/0795
Logikschaltung L.
Die Auswerter-Logikschaltung kann beispielsweise so ausgebildet sein, wie es in der deutschen Gffenlegungsschrift
1 9o3 698 (Mg. 3) dargestellt ist.
y Das Meßsignal wird außerdem auf ein Analog-Digital-Wandler
A/D gegeben, welcher eine dem Meßsignal proportionale Impulsfolge erzeugt. Diese Impulsfolge wird
in einen Zähler Z eingezählt. Zu Beginn jedes Hei3zeitintervalles
wird von dem Programmgeber P ein Rückstellimpuls auf den Zahler Z gegeben und der Zählerstand gelöscht.
Dieser Rückstellimpuls wird jedoch über ein UHD-Grlied G geleitet. Das UMD-G-lied G- wird von dem Ausgang
der Auswerter-Logikschaltung L gesteuert, und zwar
derart, daß der Rückstellimpuls gesperrt wird, wenn der Ifeigungsdetektor (Fig. 1) einen den 3chv/ellwert überschreitenden
Signalanstieg registriert.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
Über die erste Integrationsstufe Tb, 01, R6, wird während
der Abgleichszeitintervalle, während welcher der Schalter S1 geschlossen ist, aus iüeßsignal am Eingang
A jedesmal kompensiert. Zu Beginn jedes lueßzeitintervalles
ist also das Signal dem Punkt B null. Zu Beginn
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jedes Meßzeitintervalles wird der Schalter S2 kurzzeitig geschlossen und damit die zweite Integrationsstufe V4r R7, 02 auf null zurückgestellt. Während des
Meßzeitintervalles sind dann die Schalter S1 und S2
geöffnet. Bei einer Abweichung des Meßsignals von dem abgeglichenen Wert, also einem Signalanstieg tritt ein
diesem Anstieg entsprechendes Signal im Punkte B auf. Dieses Signal wird durch die zweite Integratiοnsstufβ
integriert. Diese Integration *hat Hen Zweck, den Einfluß
kurzzeitiger Signalspitzen, die auf Störspannungen zurückzuführen sind, zu unterdrücken. Am Ende des
Meßzeitintervalles tritt im Punkte C ein Signal auf, welches proportional zu dem Signalanstieg ist. Wenn
man einen linearen Signalanstieg annimmt, dann ist das Integral gleich der Fläche eines Dreiecks mit der
konstanten Grundlinie tw- (Meßzeitintervall) und einer
Höhe, die gleich dem Signalanstieg während der Meßzeit
ist.
Das Signal im Punkte C beaufschlagt zwei Komparatoren
Kt und K2, welche das Signal mit vorgegebenen Schwellwerten
vergleichen. Es kann sich dabei um Schaltstufen handeln, die bei Erreichen des Schwellwertes aus einem
Zustand in einen anderen Zustand kippen. Die Komparatoren Kt und K2 steuern eine Auawerter-Iogikschaltung L,
die bei Überschreiten des Schwellwertes das UND-G-lied
bzw. G-atter Gr sperrt.
- 1o 2B98227G795
- 1ο -
Das Meßsignal wird durch den Analog-Digital-Wandler in eine Impulsfolge mit zum Meßaignal proportionaler Impulsfrequenz
umgesetzt, die in den Zähler Z laufend eingezählt wird. Der Zähler Z wird über einen Rückstellimpuls von
dem Erogrammgeber P zu Beginn jedes Meßzeitintervalles
m auf null zurückgestellt. Wenn jedoch während eines solchen
Meßzeitintervalles der Sohwellwert an den Komparatoren
K1 oder K2 überschritten wird, dann sperrt die Auswerter-Logik L über das Gatter Gr diesen Rüokstellimpuls.
Die während dieses Meßzeitintervalles in den Zähler eingezählten Impulse, die dem Integral des Meßsignals
über das besagte Meßzeitintervall entsprechen, bleiben also in dem Zähler gezählt, und der Zähler
zählt dann weiter und integriert die Fläche unter dem Peak. Dieses Integral enthält aber auch bereits das
erste Meßzeitintervall, in welchem ein Peakanatieg festgestellt wurde. Ein systematischer Fehler, wie er
bei vorbekanaten Schaltungen dieser Art auftreten kann,
Γ wird hierdurch vermieden. Das ist von besonderer Bedeutung für scharfe Peaks, bei denen ein solcher Fehler zu
einer nicht vernachlässigbaren Verfälschung des Integrationsergebnisses
führen könnte.
Durch Veränderung der Meßzeit t^ kann die Eapfindliohkeit
des !Teigungsdetektors eingestellt werdtn.
- 11 209822/0795
Für die Erfindung ist es wichtig, daß ein Heigungsdetektör
verwendet wird, welcher den Signalanstieg während eines bestimmten Meßzeitihtervalles vorzugsweise
durch eine Integration ermittelt, da hierdruch eine
Berücksichtigung der Peakfläche in diesem ersten Meßzeitintervall ermöglicht wird. Mit einem Beigungsde~ tektor, der mit einer Differentiation des Meßsignals arbeitet, geht auf jeden Fall ein Teil der Peakfläche verloren, der vor dem Erreichen des Schwellwertes der Signalanstiegsrate liegt.
Berücksichtigung der Peakfläche in diesem ersten Meßzeitintervall ermöglicht wird. Mit einem Beigungsde~ tektor, der mit einer Differentiation des Meßsignals arbeitet, geht auf jeden Fall ein Teil der Peakfläche verloren, der vor dem Erreichen des Schwellwertes der Signalanstiegsrate liegt.
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Claims (3)
- - 12 -PatentansprüchePeakintegrator mit einem die Peakintegration eines Meßsignals einleitenden ITei&ungsdetektor, welcher letztere periodisch den Signalanstieg während vorgegebener, durch einen Programmgeber bestimmter ließzeitintervalle jeweils mit einem Schwellwert vergleicht, wobei der Integrator von dem Ergebnis dieses Vergleichs steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ständig von dem ließ signal beaufschlagte Integrator (7) durch ein Rückstulisignal von aeia Programmgeber (P) zu Beginn jedes Lleßzeitintervalles (t,,-) £'uf null rücksteilbar ist aber das Eückü tail signal b-ji Überschreiten des Schwellwert-as resperrt wird.
- 2.) Peakintegr-3tor n?.ch Anspruch 1, dccurch gekennzeichnet, daß der Ueigungsoecektor einen Sumai erver stärker (V1 ) und einen Inver fcivver stürr.er (72) enthält, cU.ß das Ausgangssignal des Invertivversfcarkers (V2) einmal über einen ersten Schalter (o1} ruf eine erste Integrationsstui e (V3, G1, Iiβ) gescho'ltet ist, der Ausgang zusammen mit dem Z'.e.:.·sL{j..m 1 an dem Suiuiiierverstürker (71) anliegt, un·.: sun -uderen auf eino zweite Integr-. ti ο us stufe (74, 02, 1x7), rüie öurc];BAD? O 9 8 ? ? / O 7 3einen zweiten Schalter (S2) auf null rückstellbar ist und der Ausganß Koiaparatoren (K1, K2) für den Schwellwertvergleich beaufschlagt, und daß von dem Programmgeber (P) der erste Schalter (31) periodisch während Ahgleichszeitintervallen und der zweite Schalter (S2) zu Beginn der dazwischenliegend en Meß- · zeitintervalle geschlossen wird.
- 3.) Peakintegrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator einen Zähler (Z) onthält, in welchen Impulse mit einer dem Meßsignal proportionalen frequenz eingezählt werden, daß der Programmgeber (P) über ein UIB-Glieä (G) zu Beginn jedes Meßintervalls einen Rückstellimpuls auf den Zähler gibt und daß die Komparator en Qn,-X2) eine Auawerter-IiO-gikachaltung (i) steuern, die das UlED-G-lied (G) bei Überschreitung des Schwellwertes über einen zweiten JBingang des TJItD-Gliedes sperren.209822/0795Leer seife
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19702056998 DE2056998A1 (de) | 1970-11-20 | 1970-11-20 | Peakintegrator |
US00199901A US3742202A (en) | 1970-11-20 | 1971-11-18 | Peak integrator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19702056998 DE2056998A1 (de) | 1970-11-20 | 1970-11-20 | Peakintegrator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2056998A1 true DE2056998A1 (de) | 1972-05-25 |
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ID=5788605
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19702056998 Pending DE2056998A1 (de) | 1970-11-20 | 1970-11-20 | Peakintegrator |
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Country | Link |
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