DE2505608A1

DE2505608A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung korrigierter signale

Info

Publication number: DE2505608A1
Application number: DE19752505608
Authority: DE
Inventors: Walter Robert Hogg
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1974-02-12
Filing date: 1975-02-11
Publication date: 1975-08-14
Also published as: JPS50115872A; GB1487984A; US3936739A; FR2260834B3; SE7501505L; CA1022237A; SE395769B; FR2260834A1

Description

PATIiNTANWALTH U-if MÜNCHEN f)O

MARIVIIILIi-PLAT^ 2 R- 3

UH. O. JJ)ITTAiAxNiN

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K. L. SCHIFF _D8 München on

DR. A. V. FÜNER POSTFACH OS Ol OO

DIPI-IKO. P. STREI-IL TELEFON (080) 45 83 54

DH. TJ. SCHUBBL-HOPF telegr. auromarcpat München

DIPL. INO. D. EBBIKGHAXJS 2505608 TELEX 5-23 58SAURO D

Coulter Electronics Ltd. DA-11601 DE/A

11. Februar 1975

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung korrigierter Signale (Priorität: 12. Februar 1974, USA, Rr. 441 752)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung korrigierter Signale.

Es ist eine Vorrichtung zur elektronischen Zählung und Analyse von Teilchen bekannt, die eine kleine Tastöffnung oder Meßzone., im folgenden als Meßfenster bezeichnet, enthält, durch die die Teilchen hindurchtreten und mit deren Hilfe die Teilchen mit einer Frequenz von oft mehr als 1 OOO/sec erfaßt "werden. Wegen der physikalischen Parameter des Meßfensters und wegen der Teilchenkonzentration treten innerhalb des Meßfensters sehr oft Teilchenkoinzidenzen auf. Die Folge ist, daß anstatt von zwei nur ein Teilchen erfaßt und gezählt wird. Die Koinzidenz von zwei Teilchen im Meßfenster wird allgemein als Primärkoinzidenz bezeichnet. Obwohl die Primärkoinzidenz zeitlich willkürlich oder zufällig auftritt und nichtlinear ist, folgt sie einer statistisch erfaßbaren Funktion, aus der Kurven, Tabellen und Gleichungen ableitbar sind. Es ist auch festgestellt worden, daß die Nichtlinearität des Koinzidenzfehlers von der Viederholungsfrequenz und der Dauer der von den erfaßten Teilchen erzeugten Impulse abhängig ist.

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2 5 O b 6 O 8

Bisher muß die Bedienungsperson eines elektronischen Teilchenzähl- und Analysegeräts der obigen Art eine Teilchenzählung durchführen, indem sie eine Suspension der Teilchen durch das Gerät hindurchleitet. Die Bedienungsperson korrigiert dann die Zählung beispielsweise mittels eines Koinzidenz-Korrekturdiagramms, das die richtige, fehlerkorrigierte Zählung für eine sehr große Auswahl von mit dem Gerät gebildeten Zählungen darstellt. Obwohl dies zu richtigen Ergebnissen führt,ist diese Verfahrensweise zeitraubend und verhindert die vollständig automatische Aufzeichnung und Verarbeitung fehlerkorrigierter Zählungai.Darüber hinaus ist die Akkumulationszählung während der Analyse unkorrigiert. Weiterhin müssen unterschiedliche Diagramme oder Tabellen für Meßfenster unterschiedlicher Größe verwendet werden.

Auch die Verwendung analoger, nichtlinearer Meßgeräte und/oder Elemente an der Ausgangsstufe des oben erwähnten Teilchenanalyse- und Zählgeräts hat nur zu eingeschränktem Erfolg geführt. Für viele Anwendungsfälle wird ein digitalisiertes Aus gangs signal vorgezogen, das direkt ablesbar ist.

Als Aufgabe der Erfindung kann es angesehen werden, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen die Nichtlinearität des Eoinzidenzfehlers kompensiert werden kann und die zu einem direkt ablesbaren digitalen Ausgangssignal führen, das gezählt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung fehlerkorrigierter Signale entsprechend erfaßten, fehlerbehafteten Signalen zeichnet sich dadurch aus, daß die fehlerkorrigierten Signale erzeugt werden, daß die Wiederholungsfrequenz der fehlerkorrigierten Signale entsprechend Änderungen eines angelegten Steuersignals variiert wird, daß entsprechend den erfaßten Signalen erste Signale erzeugt werden, deren Dauer gleich einer vorherbestimmten Funktion der Dauer des gleichen erfaßten Signals ist, daß entsprechend den fehlerkorrigierten Signalen und den ersten Signalen, zweite Signale erzeugt werden, die entsprechend der Wiederholungsfrequenz und Dauer der ersten Signale und der Wiederholungsfrequenz der fehlerkorrigierten Signale variieren, und daß die zweiten und die erfaßten Signale

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miteinander verglichen und das Steuersignal erzeugt wird, das entsprechend Änderungen zwischen den zweiten Signalen und der ¥iederholungsfrec[uenz der erfaßten Signale variiert.

Die erfindungsgemäße Fehlerkorrekturschaltung zur Korrektur,erster, durch den Fehler behafteter Signale zeichnet sich aus durch einen Generator zur Erzeugung, fehlerkorrigierter Signale, die entsprechend einem dem Generator zugeführten Steuersignal variieren, durch eine Empfangsschaltung zum Empfang der ersten Signale, durch eine Signalmodifikationsschaltung, die an die Empfangsschaltung angeschlossen ist, auf die ersten Signale anspricht und zweite Signale erzeugt, die entsprechend den ersten Signalen variieren, durch eine an die Generatorschaltung und die Signalmodifikationsschaltung angeschlossene erste Schaltung zur Erzeugung dritter Signale auf die zweiten Signale und die fehlerkorrigierten Signale und durch eine an die Empfangsschaltung, die erste Schaltung .und die Generatorschältung angeschlossene zweite Schaltung, die auf die ersten und die: dritten Signale das Steuersignal erzeugt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Fehlerkorrekturschaltung;

Fig. 1A ein Signaldiagramm mit der Darstellung des Signalverlaufs an verschiedenen Punkten der Schaltung der Fig. 1;

Fig. 2 das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Fehlerkorrekturschaltung;

Fig. 2A ein Signaldiagramm mit der Darstellung der Signale . ■ an verschiedenen Punkten der in Fig. 2 gezeigten Schaltung;

Fig. 3 das Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der Fehlerkorrekturschaltung;

Fig. 3A ein Signaldiagramm mit der Darstellung der Signale an verschiedenen Punkten der in Fig. 3 gezeigten Schaltung; --.--■.

Fig. 4 das Blockschaltbild einer alternativen Ausführungsform eines Teils der Schaltung der Fig. 3;

^r.üi)H33/ 1 Π1 5 "■■.■■".■■■

Fig. 5 das Blockschaltbild einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Teils der Schaltung der Fig. 3; und

Fig. 6 das schematische Schaltbild einer in den Schaltungen der Fig. 1 und 2 angewendeten Teilschaltung.

Bei der Schaltung der Fig. 1 werden von einem Coulter-Teilehendetektor 20 entsprechend durch ein kleines Meßfenster hindurchtretenden Teilchen Teilchenimpulse erzeugt, die über eine Leitung A einem Schwellendetektor 22 zugeführt werden. Die Teilchenimpulse sind im Signalzug A der Fig. 1A dargestellt. Fig. 1A zeigt verschiedene Arten von Teilchenimpulsen, die aus der Erfassung unterschiedlicher Arten eines oder mehrerer Teilchen durch den Teilchendetektor 20 resultieren können. Beispielsweise resultiert der zweite Teilchenimpuls des Signalzuges A der Fig. 1A aus einer unvollständigen Koinzidenz zweier Teilchen in dem Meßfenster des Teilchendetektors 20. Diese Art von Teilchenimpulsen wird allgemein als "Kamelhöckerimpuls" bezeichnet.

Der Schwellendetektor 22 spricht auf ihm zugeführte, eine vorherbestimmte Amplitude überschreitende Teilchenimpulse an. An seinem Ausgang werden Impulse mit fester Amplitude auf den Leiter B abgegeben (Linie B in Fig. 1A). Die Dauer der Impulse ist jeweils gleich der Periode, während der der dem Schwellendetektor 22 zugeführte Teilchenimpuls die festgelegte Amplitude überschreitet. Das Zählergebnis ist in gewissem Maße von der Einstellung des Schwellenpegels des Schwellendetektors 22 abhängig. Das heißt, durch Anheben des Schwellenpegels wird beispielsweise der neunte oder vorletzte Impuls auf der Linie A nicht erfaßt. Ferner können aus dem zweiten, die Form eines Kamelhöckers aufweisenden Impuls zwei Impulse entstehen, wenn der Schwellenpegel über das Tal des Kamelhöckerimpulses angehoben wird.

Die vom Schwellendetektor 22 erzeugten, auf der Linie B der Fig. 1A gezeigten Impulse werden über den Leiter B einem Impulsformer 24 und einer Impulsbreiten-Einstellschaltung 26 zugeführt. Der Impulsformer 24 besteht aus einem monostabilen Multivibrator, der

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— Sir

auf die Stirnflanke der vom Schwellendetektor 22 über den Leiter B zugeführten Impulse getriggert ist und Impulse einer vorherbestimmten festen Dauer erzeugt. Die vom Impulsformer 24 erzeugten Impulse (Linie D der Fig. 1A) werden liber den Leiter D einer Pumpenschaltung bzw. einem Demodulator 28 zugeführt.

Der Demodulator 28 ist in Fig. 6 dargestellt. Er wird im folgenden noch näher erläutert. Der Demodulator 28 empfängt die Impulse vom Impulsformer 24 und erzeugt eine der Wiederholungsfrequenz der vom Impulsformer 24 empfangenen Impulse proportionale Spannung. Die dem Demodulator 28 vom Impulsformer 24 zugeführten Impulse haben eine gleichmäßige oder konstante Dauer, die so gewählt ist, daß der Demodulator 28 ein variables Spannungssignal erzeugt, das der Wiederholungsfrequenz Impulse vom Impulsformer 24 entspricht. Das von dem Demodulator 28 erzeugte Spannungssignal wird einem Tiefpaßfilter 32 zugeführt, wo es gefiltert wird, um WechselSpannungskomponenten infolge der vom Impulsformer 24 erzeugten Impulse zu entfernen. Das gefilterte Spannungssignal wird vom Tiefpaßfilter 32 einem Eingang eines Komparators 34 zugeführt. Der Komparator 34 enthält zwei gleiche Widerstände, wobei ein Eingang mit dem Filter 32 gekoppelt ist.

Die Impulsbreiten-Einstellschaltung 26 erzeugt auf einem Leiter C (Linie O in Fig, 1A) auf die vom Schwellendetektor 22 zugeführten Impulse erste Impulse. Diese am Leiter C anliegenden Impulse haben eine Dauer, die abhängig ist von der Dauer der der Impulsbreiten-Einstellschaltung 26 vom Schwellendetektor 22 zugeführten Impulse. Die Impulsbreiten-Einstellschaltung 26 erzeugt auf dem Leiter C erste Impulse, deren Dauer jeweils größer ist als die der entsprechenden erfaßten Impulse. Beispielsweise kann die Dauer des ersten Impulses um einen vorherbestimmten Anteil der Dauer des entsprechenden erfaßten Impulses größer sein. Die Impulsbreiten-Einstellschaltung 26 enthält eine bekannte Impuls-Dehnungsschaltung. Die von der Impulsbreiten-Einstellschaltung 26 erzeugten ersten Impulse werden über den Leiter C einem Zerhacker 44 zugeführt.

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— Jif —

Ein spannungsgesteuerter, variabler Frequenzoszillator 36 erzeugt symmetrische Ausgangsimpulse (Fig. 9 ), die über einen Leiter E einem Impulsformer 38 und einem Zähler 40 zugeführt werden. Diese Impulse sind die fehlerkorrigierten Impulse, die vom Zähler 40 gezählt werden und die korrigierte Zählung der vom Teilchendetektor 20 erfaßten Teilchenimpulse darstellen. Die Impulse auf dem Leiter E sind in Fig. 1A auf der Linie E dargestellt. Der Impulsformer 38 ist identisch dem Impulsformer 24. Das heißt, er besteht aus einem monostabilen Multivibrator, der einen Impuls mit gleichmäßiger oder konstanter Dauer erzeugt, wenn er durch die Stirnflanke der Impulse vom variablen Frequenzgenerator 36 getriggert wird. Die vom Impulsformer 38 erzeugten Impulse (Linie F der Fig. 1A) werden über einen Leiter F einem Demodulator 42 zugeführt.

Der Demodulator 42 ist identisch mit dem Demodulator 28 und dem Tiefpaßfilter 32. Die vom Impulsformer 38 über die Leitung F dem Demodulator 42 zugeführten Impulse dienen zur Erzeugung eines Spannungssignals mit Hilfe des Demodulators 42, das proportional ist zur Wieierholungsfrequenz der vom Impulsformer 38 zugeführten Impulse. Das von dem Demodulator 42 erzeugte Spannungssignal wird ebenso wie die ersten, auf dem Leiter C von der Impulsbreiten-Einstellschaltung 26 erzeugten Impulse dem Zerhacker 44 zugeführt.

Der Zerhacker 44 hackt "Löcher" in das von dem Demodulator 42 zugeführte Spannungssignal, deren Dauer gleich ist der Dauer der von der Impulsbreiten-Einstellschaltung 26 erzeugten Impulse. Das zerhackte Spannungssginal oder das zweite Signal wird vom Zerhacker 44 einem Tiefpaßfilter 46 zugeführt. Dieser bildet den Mittelwert aus dem ihm zugeführten zerhackten Spannungssignal und erzeugt ein variables Gleichspannungssignal, das dem zweiten Eingang des Komparator s 34 zugeführt wird.

Der Komparator 34 vergleicht die von den Tiefpaßfiltern 32 und 46 zugeführten variablen Spannungssignale mit einander und erzeugt eine Steuerspannung, die entsprechend der Differenz der Spannungspegel der von den beiden Tiefpaßfiltern 32 und 46 zugeführten Spannungssignale variiert. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist

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die vom Komparator 34 an dessen Ausgang erzeugte Steuerspannung gleich Null, wenn die von den Tiefpaßfiltern J2 und 46 diesem zugeführten Spannungssignale gleich sind. Ist die vom Tiefpaßfilter 32 zugeführte Spannung größer als die vom Tiefpaßfilter 46 zugeführte, so ist die Ausgangsspannung des Komparators 34 positiv und proportional der Differenz zwischen den. Ausgangs spannungen der Tiefpaßfi].-ter 32 und 46. Ist die vom Tiefpaßfilter 46 zugeführte Spannung größer als die vom Tiefpaßfilter 32 zugeführte, so ist die Steuerspannung am Ausgang des Komparators 34 negativ und ebenfalls proprotional der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Tiefpaßfilter 32 und 46.

Die vom Komparator 34 erzeugte Steuerspannung wird einem Tiefpaßverstärker 41 zugeführt, dort verstärkt und dem Steuereingang 47' des variablen Prequenzoszillators 36 zugeführt. Der Frequenzoszillator 36 ist so ausgelegt, daß bei ansteigender Spannung am Steuereingang 47 auch die Oszillationsfrequenz ansteigt und, umgekehrt, daß bei abnehmender Spannung am Steuereingang 47 die Oszillationsfrequenz abnimmt. Wie bei allen gegengekoppelten Systemen herrscht Gleichgewicht, wenn die vom Komparator 34 erzeugte Steuerspannung genau ausreicht, um am Steuereingang 47 des variablen Prequenzoszillators 36 die Spannung vorzugeben, die notwendig ist, seine Ausgangsfrequenz auf der erforderlichen Steuerspannung am Steuereingang 47 zu halten. Bei ausreichendhoher Verstärkung des Verstärkers kann diese Steuerspannung verschwindend klein gemacht werden, so daß sich gleich hohe Spannungen an den Ausgängen der Tiefpaßfilter 32 und 46 ergeben.

Infolge der Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltung erzeugt der variable Frequenzoszillator 36 am Leiter E ein Ausgangssignal,, dessen Frequenz und Wiederholungs- oder Folgefrequenz größer als die Folgefrequenz der vom Teilchendetektor 20 zugeführten erfaßten Teilchenimpulse ist. Die Differenz der Folgefrequenz der vom variablen Frequenzgenerator 36 erzeugten Signale und der resultierenden Differenz in der Anzahl der dem Zähler 40 je Zeiteinheit oder Tastperiode zugeführten Impulse steht in Beziehung zur Folgefrequenz

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und Dauer der erfaßten Teilchenimpulse. Die nichtlineare Beziehung zwischen der Anzahl der erfaßten Teilchenimpulse und der fehlerkorrigierten Impulse hat ihre Ursache darin, daß der Korrekturbetrag als Anteil der Folgefrequenz der einlaufenden Impulse eine ansteigende Funktion der Folgefrequenz ist. Die Impulsbreiten-Einstellschaltung 26 erlaubt Änderungen der Breite der Impulse auf dem leiter C zur Berücksichtigung kleiner Ungenauigkeiten in der Korrekturfunktion, so daß die Teilchenzählung genau proportional ist zur bekannten Probenkonzentration, da der Zerhacker 44 die Anzahl der fehlerkorrigierten Impulse durch die Folgefrequenz und Dauer dieser eingestellten Impulse zerhackt. Das aus diesem Zerhacken resultierende Spannungssignal hat eine nichtlineare Beziehung zum entsprechend der Folgefrequenz der erfaßten Teilchenimpulse erzeugten Spannungssignal, Die nichtlineare Funktion entspricht der nichtlinearen Funktion, die notwendig ist, um die infolge der Einlauffrequenz der erfaßten Teilchen verursachten Koinzidenzfehler zu kompensieren. Das Spannungssignal vom Zerhacker 44 ergibt,wenn es mit dem als Ergebnis der Folgefrequenz der erfaßten Teilchenimpulse eraaigfcen Spannungssignal verglichen wird, eine. Steuerspannung, die den Oszillator zugeführt wird, um dessen Frequenz, d.h.die Jfolgefrequenz, zu verändern und Impulse zu erzeugen, die die wahre oder korrigierte Anzahl der erfaßten Teilchen wiedergeben.

Die Verbindung vom Verstärker 41 zum Steuereingang 47 des variablen Frequenzoszillators 36 bildet eine Rückkopplungsschleife. Die Rückkopplung zum variablen Frequenzoszillator 36 ergibt ein geschlossenes System, dessen Ansprechen auf Änderungen der Folgefrequenz und Dauer der erfaßten Impulse nur durch die Zeitkonstanten der Schaltung begrenzt ist. Hierdurch wird die Anzahl der erzeugten fehlerkorrigierten Impulse schnell nichtlinear geändert, so daß dauernd eine richtige, fehlerkorrigierte Zählung aufläuft.

Fig. 6 zeigt eine Schaltanordnung, die in den Demodulatoren 28 und 42 der Fig. 1 verwendet werden kann. Die Impulse vom Impulsformer 24 werden einem Kondensator 50 zugeführt, so daß dieser sich über eine Diode 51 auflädt. Der Kondensator 50 wird aufgeladen, während

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das Signal positiv ist. Nachdem die Spitze erreicht ist, entlädt sich der Kondensator 50 über eine Diode 52 zu einem Kondensator 53· Der Kondensator 55 ist vorzugsweise gegenüber dem Kondensator 50 groß, so daß die Spannungsänderung gering ist. Die am Kondensator 53 erzeugte Spannung wird über einen Widerstand 54 einer Belastung zugeführt, die aus einem Tiefpaßfilter, beispielsweise dem Tiefpaßfilter 32 der Fig. 1 bestehen kann.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fehlerkorrekturschaltung. In Fig. 2 sind mit denen der Fig. 1 identische Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die in Fig. 2A gezeigten Signalverläufe sind mit den gleichen Buchstaben bezeichnet wie die entsprechenden Leiter der Fig. 2, auf denen diese Signale anliegen.

Die vom Teilchendetektor 20 erfaßten Teilchenimpulse werden über den Leiter A dem Schwellendetektor 22 zugeführt. Dessen auf erfaßte, eine vorherbestimmte Amplitude überschreitende Impulse erzeugten Impulse haben'eine feste Amplitude. Die Dauer der vom Schwellendetektor 22 erzeugten Impulse entspricht der Zeitspanne, während der die erfaßten Impulse die Schwellenspannung oder die vorherbestimmte Amplitude des Schwellendetektors 22 überschreiten. Die vom Schwellendetektor 22 erzeugten Impulse werden wie in der Schaltung der Fig. 1 dem Impulsformer 24 und der Impulsbreiten-Einstellschaltung 26 zugeführt. Der Impulsformer 24 erzeugt Impulse fester vorherbestimmter Dauer auf die vom Schwellendetektor 22 zugeführten Impulse. Die Ausgangsimpulse des Impulsformers 24 werden über den Leiter D dem Demodulator 28 zugeführt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Demodulator 28 identisch der Kombination des Demodulators 28 und des Tiefpaßfilters 32 der Fig. 1 , und dem Demodulator 42. Der Demodulator 28 erzeugt eine Ausgangsspannung, die proportional ist der Folgefrequenz der vom Impulsformer 24 zugeführten Impulse. Das von dem Demodulator 28 erzeugte Ausgangssignal wird einem Eingang des Komparators 34 ^zu~ geführt.

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Die Impulsbreiten-Einstellschaltung 26 erzeugt auf vom Schwellendetektor 22 zugeführte Impulse erste Impulse auf der Leitung C, deren Dauer um eine vorherbestimmte Funktion größer ist als die der entsprechenden erfaßten Impulse. Die von der Impulsbreiten-Einstellschaltung 26 erzeugten ersten Impulse werden über den Leiter C dem Zerhacker 44 zugeführt.

Der variable Frequenzoszillator 36 erzeugt symmetrische Ausgangsimpulse, die über einen Leiter H dem Impulsformer 38 zugeführt werden. Dieser erzeugt Impulse vorherbestimmter fester Dauer bei jedem vom Frequenzoszillator 36 zugeführten positiven Impuls. Diese Impulse mit fester Dauer werden über einen Leiter G- der Zerhackerschaltung 44 und dem Zähler 40 zugeführt. Die vom Impulsformer 38 erzeugten Impulse haben bei diesem Ausführungsbeispiel eine kurze Dauer. Beispielsweise kann ihre Dauer größenordnungsmäßig zwischen 50 und 100 ns liegen. Der Zähler 40 zählt die ihm zugeführten Impulse und liefert die gewünschte fehlerkorrigierte Zählung.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel enthält der Zerhacker oder unterbrecher 44 ein Inhibitionsgatter 56. Die kurzen, vom Impulsformer 38 erzeugten Impulse werden einem Eingang 58 des Inhibitionsgatter 56 zugeführt. Die ersten, von der Impulsbreiten-Einstellschaltung 26 erzeugten Impulse werden über den Leiter C dem Inhibitions- oder negierten Eingang 60 des Inhibitionsgatters 56 zugeführt. Das Inhibitionsgatter 55 arbeitet bei diesem Ausführungsbeispiel so, daß die Wahrscheinlichkeit dafür, daß ein gegebener Impuls vom Impulsformer 38 gesperrt wird, gleich dem Tastverhältnis des im Inhibitionseingang 60 des Inhibitionsgatters 56 zugeführten Impulszuges ist. Dies ist richtig, weil die Impulse auf dem Leiter C willkürlich auftreten und die Impulse auf dem Leiter G in gleichen Abständen voneinander liegen, wenn die Spannung am Steuereingang 47 konstant ist. Liegen die ersten Impulse nicht am

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inhibierten Eingang 60 des Gatters 56 an, so erzeugt dieses infolge der seinem Eingagn 58 zugeführten Impulse ein positives Ausgangssignal (1) oder einen zweiten Impuls für die Dauer des dem Eingang 58 zugeführten Impulses. Liegt am inhibierten Eingang 60 des Gatters 56 ein erster Impuls an, so "werden die dem Eingang 58 gleichzeitig zugeführten Impulse gesperrt, so daß das Inhibitionsgatter 56 kein positives oder Eins-Signal auf diese Signale erzeugt.

• -

Die zweiten, vom Inhibitionsgatter 56 erzeugten Impulse werden über den Leiter F einem Impulsformer 62 zugeführt. Der Impulsformer 62 ist identisch mit dem Impulsformer 24 der Fig. 1. Er kann aus einem monostsbilen Multivibrator bestehen, der seinen Zustand auf einen Eingangsimpuls für eine vorherbestimmte Dauer ändert und dann in den Ausgangs zustand zurückkehrt. Die vom Impulsformer 62 auf vom ■■ Inhibitionsgatter 56 einlaufende Impulse erzeugten Impulse vorherbestimmter fester Dauer werden über einen Leiter E einem Demodulator 64 zugeführt. Der Demodulator 64 ist identisch mit dem Demodulator 42 der Fig. 1. Er erzeugt ein Spannungssignal, das sich mit der Folgefrequenz der vom Impulsformer 62 zugeführten Impulse fester Dauer ändert. Die vom Demodulator 64 erzeugte variable Spannung wird dem zweiten Eingang des !Comparators 34 zugeführt.

Der Komparator 34 der Fig. 2 arbeitet genauso wie der Komparator 34 der Fig. 1 . Das heißt, werden den beiden Eingängen des Komparators 34 gleiche Signale zugeführt, so ist das Steuersignal an seinem Ausgang gleich Null. Ist das vom Demodulator 28 dem Komparator 34 züge— f ührte Signal größer als das vom Demodulator 64 zugeführte, so erzeugt der Komparator 34 ein positives Steuersignal, und umgekehrt ein negatives Steuersignal. Das vom Komparator 34 erzeugte Steuersignal wird einem Tiefpaßverstärker/zugeführt,von diesem gefiltert und verstärkt und dem Steuereingang 47 des variablen Frequenzoszillators 36 zugeführt. Der Frequenzοszilifc or 36 spricht auf das seinem St'euereingang 47 zugeführte Steuersignal so an, daß seine Frequenz sich proportional zur Höhe des Steuersignals ändert.

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Infolge der Arbeitsweise der in der Fig. 2 gezeigten Schaltung erzeugt der Frequenzoszillator 36 auf der Leitung H ein Ausgangssignal, dessen Folgefrequenz größer ist als die der erfaßten, vom Coulter-Teilchendetektor 20 zugeführten Teilchenimpulse. Die Differenz der Folgefrequenz der vom Oszillator 36 erzeugten Signale und die resultierende Differenz in der Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit, die dem Zähler 40 über den Leiter G- zugeführt werden, steht in Beziehung zur Folgefrequenz und Dauer der erfaßten Teilchenimpulse. Das sich aus diesem Zerhacken ergebende Spannungs-Signal steht in nichtlinearer Abhängigkeit zu dem infolge der Folgefrequenz der erfaßten Teilchenimpulse erzeugten Spannungssignal. Die Nichtlinearität entspricht der nichtlinearen Beziehung, die notwendig, ist, um die infolge der Folgefrequenz der erfaßten Teilchen verursachten Koirizidenzfehler zu kompensieren. Das Spannungssignal vom Zerhacker 44 ergibt, wenn es mit dem infolge der Folgefrequenz der erfaßten Teilchenimpulse erzeugten Spannungssignal verglichen wird, eine Steuerspannung, die dem Oszillator zugeführt wird, wodurch dieser seine Frequenz und Folgefrequenz ändert und Impulse erzeugt, die die wahre oder korrigierte Zählung der Anzahl der erfaßten Teilchen wiedergibt.

Wie in Fig. 1 bildet die Verbindung des Verstärkers 41 mit dem Steuereingang 47 des Oszillaotrs 36 eine Rückkopplung, die ein geschlossenes System ergibt, dessen Ansprechverhalten auf Änderungen der Folgefrequenz und Dauernder erfaßten Impulse nur durch die Zeitkonstanten der Schaltung begrenzt ist. Hierdurch wird die Anzahl der erzeugten fehlerkorrigierten Impulse schnell nichtlinear modifiziert, so daß dauernd eine richtige und korrigierte Zählung aufläuft.

3)ie in Fig. 3 gezeigte Schaltung entspricht in wesentlichen Einzelheiten der in Fig. 2 gezeigten. Die Elemente, die in gleicher Weise arbeiten und die gleiche Funktion erfüllen wie die der Fig. 2, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Arbeitsweise dieser Elemente wird anhand Fig. 3 nicht beschrieben, da sie anhand der Schaltimg und der gleichen Elemente der Fig. 2 erläutert wurde. Fig. J>k zeigt die Signalverläufe auf verschiedenen Leitungen der Schaltung der Fig. 3» um deren Arbeitsweise besser ver-

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ständlich zu machen. Ein Vergleich der Schaltungen der Pig. 2 und 3 zeigt, daß in Fig. 3 die in Fig. 2 gezeigten Demodulatoren 28 und 64 und der Impulsformer 62 "weggelassen wurden. Ferner wurde der Komparator 34 durch eine Vergleichsschaltung 68 ersetzt, die einen Auf-Ab-Zähler 70 und einen Digital/Analog-Wandler 72 enthält.

Bei der Schaltung der Fig. 3 werden die vom Impulsformer 24 erzeugten Impulse gleichmäßiger fester Dauer über den leiter D einem Eingang des Auf-Ab-Zählers 70 zugeführt. Dieser Eingang ist der Aufzähleingang. Werden diesem Eingang vom Impulsformer 24,Impulse zugeführt, so zählt der Zähler aufwärts oder in ansteigender numerischer Reihenfolge. Die zweiten, vom Zerhacker 44 gelieferten Impulse werden über den Leiter E einem zweiten Eingang des Auf-Ab-Zählers 70 zugeführt. Dieser zweite Eingang ist der Ab- oder subtrahierende Eingang. Der Zähler 70 zählt abwärts oder in abnehmender numerischer Reihenfolge bei jedem vom Zerhacker 44 zugeführten zweiten Impuls. Die vom Auf-Ab-Zähler 70 abgegebene Zählung wie sie vom Ausgang F des D/A-Wandlers 72 wiedergegeben wird, ist im Diagramm F der Fig. 3A wiedergegeben. Der D/A-Wandler 72 wandelt die Zählung in eine Analogspannung um. Da sich der Stand des Auf-Ab-Zählers 70 entsprechend der Folgefrequenz der den Eingängen zugeführten Impulse dauernd ändert, ändert sich die Ausgangsspannung des D/A-Wandlers 72 entsprechend. Die Ausgangsspannung des D/A-V/andlers 72 wird über den Leiter F zum Tiefpaßfilter 41 geführt (gestrichelte Linie im Diagramm F der Fig. 3A). Diese Spannung wird vom Tiefpaßverstärker 41 gefiltert und verstärkt und dem Steuereingang 47 des Oszillators 36 mit variabler Frequenz zugeführt, um dessen Frequenz in der anhand Fig. 2 erläuterten Weise einzustellen.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vergleichsschaltung 68 der Fig. 3· Die Leitungen D und E der Fig. 3 sind mit den Eingängen des Auf-Ab-Zählers 70 der Fig. 4 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde jedoch in der Vergleichseinrichtung 68 der D/A-Wandler 72 der Fig. 3 durch den Tiefpaßverstärker 41 ersetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird nur das bedeutendste Bit verwendet, um die Schaltung ins Gleichgewicht zu bringen. Das heißt, der Auf-Ab-Zähler 70 erzeugt auf die Zählung der ihm über die Leitungen D und E zugeführten Impulse nur ein Ausgangssignal

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mit dem Vert 1 oder O. Der Auf-Ab-Zähler 70 wird bei diesem Ausführungsbeispiel zum Beispiel auf die Hälfte seiner Zählerkapazität voreingestellt. Die über die Leitung D vom Impulsformer 24 einlaufenden Impulse lassen den Auf-Ab-Zähler aufwärts oder in numerisch ansteigender Reihenfolge zählen, wie anhand der,Schaltung der Fig. 3 erläutert wurde. Die dem Auf-Ab-Zähler 70 über die Leitung E vom Zerhacker 44 zugeführten Impulse lassen ihn in abnehmender numerischer Reihenfolge zählen. Übersteigt der Zählerstand im Auf-Ab-Zähler 70 die Hälfte der Zählerkapazität, so gibt er an seinem Ausgang ein Signal mit dem Wert 1 ab. Ein Signal mit dem Wert 0 wird abgegeben, wenn der Zählerstand geringer ist als die halbe Zählerkapazität. Das Ausgangssignal des Zählers 70, dessen Wert 0 oder 1 beträgt, wird dem Tiefpaßverstärker 41 zugeführt. Dort wird es filtriert und verstärkt und dem Steuereingang 47 des Oszillators 36 mit variabler Frequenz zugeführt, wie in Fig. 3 gezeigt. Liegt am Steuereingang ein Signal mit dem Wert 1 an, so erhöht der Oszillator 36 dauernd seine Frequenz, während er sie vermindert, wenn an seinem Steuereingang ein Signal mit dem Wert 0 anliegt. Wenn eine korrigierte Zählung erhalten wurde, schwankt der Zählerstand des Auf-Ab-Zählers 70 sehr nahe um die halbe Zählerkapazität. Dabei werden am Ausgang des Tiefpaßverstärkers 41 abwechslend Signale mit dem Wert 1 und 0 erzeugt, die dem Oszillator 36 zugeführt werden. Dieser schnelle Wechsel zwischen Signalen mit dem Wert 1 und 0 am Steuereingang 47 des Oszillators 36 stabilisiert denselben auf einen sehr schmalen Frequenzbereich. Dieser Bereich ist so schmal, daß sich im Zähler 40 der Fig. 3 eine Zählung ergibt, die praktisch gleich der wahren fehlerkorrigierten Zählung der erfaßten Teilchenimpulse ist.

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Vergleichsschaltung 68. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist der Auf-Ab-Zähler 70 durch einen bistabilen Multivibrator ersetzt, der aus einem RS-Flip-Flop besteht. Der bistabile Multivibrator 78 schaltet bei seinem Setzeingang vom Impulsformer 24 über die Leitung D

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zugeführten Impulsen in den einen Zustand und bei seinem Rücksetzeingang Tom Zerhacker 44 über die Leitung E zugeführten Impulsen in den zweiten Zustand. Das Ausgangssignal des bistabilen Multivibrators 78 wird über einen Widerstand 80 einem Eingang eines Tiefpaßverstärkers 41 zugeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Verstärker 41 als Integrationsverstärker 82 gezeigt. Das vom bistabilen Multivibrator 78 erzeugte Ausgangssignal mit dem Viert 1 oder O wird vom Integrator 82 integriert. Dessen Ausgangsspannung variiert entsprechend der Frequenz, mit der der Multivibrator 78 seinen Zustand ändert und der Dauer, während der der Multivibrator 78 in einem Zustand bleibt. Die vom Integrationsverstärker 82 erzeugte Spannung wird dem Steuereingang 47 des Oszillators % variabler Frequenz zugeführt, wie anhand der Schal- ' tungen der Fig. 1, 2 und 3 erläutert wurde. Das System ist im Gleichgewicht, wenn innerhalb einer bestimmten Zeit die Anzahl der Setzimpulse etwa gleich ist der Anzahl der Rücksetzimpulse.

Das anhand der erfindungsgemäßen Schaltung beschriebene Verfahren zur Erzeugung fehlerkorrigierter Signale ist ebenfalls Bestandteil der Erfindung. Nach diesem Verfahren werden fehlerkorrigierte Impulse erzeugt und ihre Folgefrequenz wird entsprechend Änderungen eines angelegten Steuersignals geändert, es werden entsprechend den erfaßten Signalen erste Impulse erzeugt, deren Dauer gleich der kombinierten Dauer eines erfaßten Teilchenimpulses und einer vorherbestimmten Funktion des gleichen erfaßten Teilchenimpulses ist, es werden entsprechend den fehlerkorrigierten Signalen und den ersten Signalen zweite Signale erzeugt, die entsprechend der Folgefrequenz der fehlerkorrigierten Impulse und der Folgefrequenz und Dauer der ersten Signale variieren, und die erfaßten Teilchenimpulse und die zweiten Signale werden verglichen und das Steuersignal zur Änderung der Folgefrequenz der entsprechend der Differenz zwischen den zweiten Signalen und der Folgefrequenz der erfaßten Teilchenimpulse fehlerkorrigierten Impulse wird erzeugt.

Patentansprüche

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Claims

2 5 O 5 6 O1 g PATENTANSPRÜCHE

1.) Verfahren zur Erzeugung fehlerkorrigierter Signale entsprechend erfaßten, Koinzidenzfehlern unterworfenen Signalen, dadurch gekennzeichnet , daß die fehlerkorrigierten Signale erzeugt werden, daß die Folgefrequenz der fehlerkorrigierten Signale entsprechend Änderungen eines angelegten Steuersignals variiert wird, daß entsprechend den erfaßten Signalen erste Signale erzeugt werden, deren Dauer gleich einer vorherbestimmten Funktion der Dauer der gleichen erfaß- · ten Signale ist, daß entsprechend den fehlerkorrigierten Signalen und den ersten Signalen zweite Signale erzeugt werden, die entsprechend der Folgefrequenz undder Dauer der ersten Signale und der Folgefrequenz der fehlerkorrigierten Signale variieren, und daß die zweiten Signale und die erfaßten Signale verglichen und das Steuersignal erzeugt wird, das entsprechend Änderungen zwischen den zweiten Signalen und der Folgefrequenz der erfaßten Signale variiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erzeugung der zweiten Signale entsprechend den fehlerkorrigierten Signalen dritte Signale erzeugt werden, deren Folgefrequenz entsprechend der Folgefrequenz der fehlerkorrigierten Signale variiert, wobei die dritten Signale eine vorherbestimmte Dauer haben, und daß die zweiten Signale entsprechend den dritten Signalen erzeugt werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß beim Vergleich der erfaßten und der zweiten Signale vierte Signale entsprechend den erfaßten Signalen erzeugt werden, deren Folgefrequenz entsprechend den erfaßten Signalen variiert, wobei die vierten Signale eine feste Dauer haben, und daß die vierten Signale mit den zweiten Signalen verglichen werden*

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß bei der Erzeugung der zweiten Signale die Erzeugung der zweiten Signale entsprechend den dritten Signalen gesperrt wird, wenn die ersten Signale vorhanden sind.

5. Verfahren nach einem d?r' vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Erzeugung der ersten Signale die Dauer jedes erfaßten Signals um eine vorherbestimmte Funktion der Dauer des gleichen erfaßten Signals verlängert wird,

6. Fehlerkorrekturschaltung zur Korrektur fehlerbehafteter erster Signale, gekennzeichnet durch eine Erzeugungsschatfcung (36) zur Erzeugung fehlerkorrigierter Signale, die entsprechend einem der Erzeugungsschaltung zugeführten Steuersignal variieren, durch eine Empfangsschaltung (22, 24, 28, 32) zum Empfang der ersten Signale, durch eine Signalmodifikationsschaltung (26),die an die Empfangsschaltung angeschlossen ist

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und auf die ersten Signale anspricht und zweite Signale erzeugt, die sich entsprechend den ersten Signalen ändern, durch eine erste Schaltung (38, 42, 44, 46; 62, 64, 38, 44), die an die Erzeugungsschaltung und die Signalmodifikationsschaltung angeschlossen ist und auf die zweiten Signale und die fehlerkorrigierten Signale dritte Signale erzeugt, und durch eine· zweite Schaltung, die an die Empfangsschaltung, die erste Schaltung und die Erzeugungsschaltung angeschlossen ist und auf das erste und das dritte Signal das Steuersignal erzeugt.

7. Fehlerkorrekturschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , 3aß die Erzeugungsschaltung aus einem Oszillator (36) mit variabler Frequenz zur Erzeugung der fehlerkorrigierten Signale besteht, die entsprechend dem dem Oszillator zugeführten Steuersignal veränderlich sind.

8. Fehlerkorrekturschaltung nach Anspruch 6 ader 7, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Signale eine erste Signaldauer haben und die Signalmodifikationsschaltung (26) eine Schaltung zur Änderung der Signaldauer enthält, die auf die ersten Signale anspricht und die zweiten Signale erzeugt, deren Dauer von der Dauer der ersten Signale abhängt.

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9. Fehlerkorrekturschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Schaltung eine Vergleichsschaltung (34, 41) enthält, die auf die ersten Signale und die dritten Signale anspricht und die Steuersignale erzeugt. ·

10. Fehlerkorrekturschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennz eichnet, daß die erste Schaltung eine Steuerschaltung (44) enthält, die auf die fehlerkorrigierten Signale die dritten Signale erzeugt und auf die zweiten Signale die Erzeugung der dritten Signale steuert.

11. Fehlerkorrekturschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Signale erste Impulse sind, und daß die Signalmodifikationsschaltung (26) die Dauer der Impulse zur Erzeugung der zweiten Impulse modifiziert, deren Dauer von der Dauer der ersten Impulse abhängig ist.

12. Fehlerkorrekturschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Signale variable Amplituden aufweisen und daß die Empfangsschaltung eine Detektorschaltung (22) zur Erfassung der ersten Signale mit bestimmten Amplituden enthält.

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13· Fehlerkorrekturschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangsschaltung einen ersten Impulsgenerator (24) enthält, der an die Detektorschaltung zur Erzeugung erster Impulse mit fester Dauer auf die Teilchenimpulse enthält.

14. Fehlerkorrekturschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 13> gekennzeichnet durch einen zwischen die Erzeugungsschaltung und die erste Steuerschaltung zur Erzeugung der zweiten Impulse mit fester Dauer auf die fehlerkorrigierten Impulse geschalteten zweiten Impulsgenerator (38).

15· Fehlerkorrekturschaltung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangsschaltung eine erste Impulsspeicherschaltung (28, 32) enthält, die an den ersten Impulsgenerator (24) und die Vergleichsschaltung zur Erzeugung eines Impulsspeichersignals angeschlossen ist, daö entsprechend der Folgefrequenz der ersten Impulse mit fester Dauer variiert.

16. Fehlerkorrekturschaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung aus einem Zerhacker (44) besteht, der auf die fehlerkorrigierten Signale anspricht und die dritten Signale erzeugt und weiter auf die zweiten Signale anspricht und die dritten Signale für die Dauer der zweiten Signale zerhackt

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oder unterbricht, und daß an den Zerhacker eine Filterschaltung (46) und die Vergleichsschaltung zur Erzeugung eines Filtersignals auf die zerhackten dritten Signale angeschlossen sind.

17. Fehlerkorrekturschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalmodifikationsschaltung eine Impuls-Dehnungsschaltung zur Erzeugung der zweiten Impulse enthält, deren Dauer um einen vorherbestimmten Anteil der Dauer der ersten Impulse größer ist als die der ersten Impulse.

18. Fehlerkorrekturschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung aus einem Zerhacker besteht, der auf die fehlerkorrigierten Signale anspricht und die dritten Signale erzeugt, wobei der Zerhacker entsprechend den zweiten Signalen die dritten Signale für die Dauer der zweiten Signale unterbricht.

19· Fehlerkorrekturschaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Impulse eine unregelmäßige Folgefrequenz haben und daß die Empfangsschaltung eine Impulsspeicherschaltung (24, 28, 32) enthält, die an die Detektorschaltung (22) angeschlossen ist, sowie die zweite Schaltung zur Erzeugung eines Impulsspeichersignals entsprechend der Folgefrequenz der ersten Impulse, das entsprechend der Folgefrequenz der ersten Impulse veränderlich ist, wobei die Steuerschaltung

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eine FiLfcerschalbung (46) enthält, die an den Zerhacker (44) angeschlossen ist, sowie die aweite Schaltung zur Erzeugung einen Filtersignals entsprechend den zerhackten dritten Signalen, das entsprechend den zerhackten dritten Signalen veränderlich ist, wobei die zweite Schaltung auf das Filtersignal und das Impulsspeichersignal anspricht und das Steuersignal erzeugt.

20. Fehlerkorrekturschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung aus einem Gatter (56) besteht, das auf die fehlerkorrigierten Signale anspricht, die dritten Signale erzeugt und entsprechend den zweiten Signalen die dritten Signale für die Dauer der zweiten SignaLe unterbricht.

21. Fehlerkorrekturschaltung nach Anspruch 20, dadurch g e k e η η ■ zeichne t, daß die dritten Signale Gatterimpulse sind, und daß die Steuerschaltung weiter einen dritten Impulsgenerator (62) enthält, der an die Gatterschaltung (56) angeschlossen ist, wobei der dritte Impulsgenerator auf die Gatterimpulse anspricht und dritte Impulse mit fester Dauer erzeugt, sowie eine zweite Impulsspeicherschaltung (64), die an den dritten Impulsgenerator und die Vergleichsschaltung (33, 41; 68) zur Erzeugung eines zweiten Impulsspeichersignals entsprechend der Folgefrequenz der dritten Impulse mit fester Dauer angeschlossen ist.

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22. Fehlerkorrekturschaltung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch g e kennzeichnet , daß die dritten Signale Gatterimpulse sind und die Vergleichsschaltung aus einem Zähler (70) besteht, der die ihm zugeführten ersten Signale mit fester Dauer addiert und die ihm zugeführten Gatterimpulse subtrahiert und ein Zählsignal erzeugt, das einer Zählung der addierten und subtrahierten Impulse entspricht, und daß ein Wandler (72) an den Zähler angeschlossen ist, der entsprechend dem Zählsignal das Steuersignal erzeugt, das entsprechend der Zählung variiert.

23. Fehlerkorrekturschaltung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet , daß die dritten Signale Gatterimpulse sind und die Vergleichsschaltung, einen bistabilen Multivibrator (78) enthält, der auf die ersten Impulse mit fester Dauer anspricht und ein erstes Ausgangssignal erzeugt sowie auf die Gatterimpulse anspricht und ein zweites Ausgangssignal erzeugt, und daß ein Wandler (41) an den bistabilen Multivibrator angeschlossen ist, der auf das erste und zweite Ausgangssignal anspricht und das Steuersignal erzeugt, das entsprechend der Differenz der PoHgefrequenz zwischen dem ersten und zweiten Ausgangssignal variiert.

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