DE2505776A1

DE2505776A1 - Verfahren, einrichtung und geraet zur automatischen abtastung jedes impulses einer impulsfolge mit einer vorgegebenen durchschnittshaeufigkeit

Info

Publication number: DE2505776A1
Application number: DE19752505776
Authority: DE
Inventors: Wallace Henry Coulter; Walter Robert Hogg
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1974-02-13
Filing date: 1975-02-12
Publication date: 1975-08-14
Also published as: US3936740A; FR2260899B3; FR2260899A1

Description

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COULTER ELECTRONICS LIMITED, HARPENDEN, HERTS.

ENGLAND

Verfahren, Einrichtung und Gerät zur automatischen Abtastung jedes Impulses einer Impulsfolge mit einer vorgegebenen Durchschnittshäufigkeit

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, eine Einrichtung und ein Gerät zur automatischen Abtastung jedes Impulses einer Impulsfolge mit einer vorgegebenen Durchschnitts*- häufigkeit, zur aufeinanderfolgenden Speicherung der Abtastungen und zur zeitlich verzögerten Wiedergabe jedes Impulses.

In der Elektronik werden Verzögerungsleitungen für eine Reihe von Punktionen verwendet, beispielsweise in Geräten zur Teilchenuntersuchung. Die Verzögerungsleitung ist ein Teil der Schaltung, die den Teilchendetektor durch Korrektur von

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Zählfehlern verbessert. Die Verzögerungsleitung muss in solchen Anwendungsfällen einen analogen Verlauf zeigen, d.h. sie muss Signale verzögern, ohne sie in irgendeiner Weise zu verändern. Ausserdem muss in vielen Anwendungsfällen die Verzögerung relativ gross sein. Für solche analogen Verzögerungen kann man ganz allgemein LC-Glieder verwenden, die jedoch, wenn grosse Verzögerungen gefordert werden, extrem kompliziert, aufwendig und unpraktisch werden.

Eine lange Verzögerung analoger Signale lässt sich durch allgemein erhältliche Ladungstransferanordnungen erzielen. Das zu verzögernde Signal wird abgetastet und die Abtastung während einer Zeitspanne in einem Ladungstransferspeicherregister gespeichert. Das Signal wird sooft abgetastet, dass es sich aus den Abtastungen wieder erzeugen lässt. Die Signaldauer muss dabei relativ fest liegen, damit die Anzahl und die relative Zeitsteuerung der Abfragen und die Anzahl der Speicherstellen ermittelt werden kann. Falls diese nicht bekannt sind, müssen mit hoher Folgefrequenz sehr viele Abtastungen erfolgen, wobei zur Speicherung der Abtastungen eine beträchtliche Anzahl von Speicherelementen benötigt wird. Dies führt wiederum zu einem Gerät, das infolge seiner Grösse und/oder seiner Kosten nicht mehr akzeptabel ist.

Statistisch lässt sich nachweisen, dass bei relativ gleichförmigem Signalverlauf ohne plötzliche Änderungen zur Wiedergabe der Signalform, unabhängig von der Signaldauer, lediglich eine bestimmte Anzahl von Abtastungen des Signales erforderlich ist. Bei bekannter Dauer des zu verzögernden Signales benötigt man so nur eine minimale Anzahl von Abtastungen und Speichersteilen. Wenn aufeinanderfolgende Signale -verzögert

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werden sollen, die einigermassen gleich lang sind, kann man mit einer mittleren Anzahl von Abtastungen und Speicherungon während einer Zeitspanne auskommen« Wenn jedoch die zu verzögernden Signale aus einer Reihe von Signalfolgen von ähnlicher Dauer bestehen, auf die infolge einer Änderung SignalSerien oder -folgen von sehr unterschiedlicher Dauer folgen, kann eine feste Anzahl von Abtastungen in der Zeitspanne und eine feste Anzahl von Speicherstellen die Wiederherstellung des ursprünglichen Signales nach einer Verzögerungszeit nicht mehr gestatten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren, eine Einrichtung und ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welches auf rationelle und einfache Weise eine Verbesserung der Verzögerung bewirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß min-, destens die Dauer eines Teiles jedes Impulses erfaßt wird, daß erste Signale mit einer Polgefreguenz erzeugt werden, die in dieser erfaßten Impulsdauer zur Erzeugung einer vorgegebenen Anzahl der ersten Signale variierbar ist, daß jeder Impuls der Folge abhängig von diesen ersten Signalen abgefragt wird, und daß die Abfragen während einer von den ersten Signalen abhängigen Zeitspanne gespeichert werden.

Weitere Merkmale des Verfahrens ergeben sich'aus den Unter— ansprüchen.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Impulserfassungsschaltung, die bei Aufnahme eines Impulses der Folge einen Schwellwertimpuls erzeugt, dessen Dauer gleich einem vorgegebenen Teil des zugehörigen, aufgenommenen Impulses der Folge ist, durch eine Schaltung zur Erzeugung erster Signale mit einer bestimmten

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Folgefrequenz, abhängig von einem zur Veränderung der Folgefrequenz zugeführten Steuersignal, durch eine Abtast- und Speicherschaltung, an die Signalerzeugungsschaltung angeschlossen, die auf die ersten Signale anspricht, die Impulse der Folge abtastet und die Abtastungen sequentiell speichert, und die die Impulse der Folgen der sequentiell gespeicherten Abtastungen zeitlich verzögert wiedergibt, und durch eine Logikschaltung, an die Impulserfassungsschaltung urd die Signalerzeugungsschaltung angeschlossen, zur Aufnahme der ersten Impulse und der Schwellwertimpulse und zur Erzeugung des Steuersignales, das abhängig von der Anzahl der ersten Signale, die der Logikschaltung während des Vorhandenseins jedes SchwellWertimpulses zugeführt werden, variiert·

Weitere Merkmale der Einrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Gerät zur Verwendung der Einrichtung, welches mit einer Fehlerkorrekturschaltung zur Lieferung einer bezüglich Erfassung und Zählfehlern korrigierten Teilchenzählung der Teilchenimpulse ausgestattet ist, ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum automatischen Abtasten jedes Teilchenimpulses mit einer vorgegebenen Durchschnittshäufigkeit, zur sequentiellen Speicherung der Abtastungen und zur zeitlich verzögerten Wiedergabe jedes Impulses der Abtastungen.

Weitere Merkmale des Gerätes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die ausführliche Erläiierung der Erfindung erfolgt unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel. Darin zeigt:

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Pig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur

Korrektur von Koinzidenzzählungenauigkeiten
eines Teilchenanalysators;

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Einrichtung zum automatischen Abtasten von Impulsen mit einer vorgegebenen, mittleren Häufigkeit, wobei die Impulse zur verzögerten Wiedergabe gespeichert und verzögert werden;

Fig. 3 ein etwas detailliertes Blockschaltbild der
Einrichtung nach Fig. 2, und

Fig. 4 den Kurvenverlauf an verschiedenen Punkten
des Blockschaltbildes.nach Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein Teilchendetektor zur Korrektur von Koinzidenzzählungenauigkeiten dargestellt. Gemäß dem bekannten
Grundprinzip eines solchen Teilchendetektors passiert ein Teilchen in einem Elektrolyten eine Tastöffnung. Seitlich der Tastöffnung sind Elektroden angeordnet, die mit einer Stromquelle verbunden sind und durch den Elektrolyten und die Tastöffnung einen Strom erzeugen. Der Strom wird infolge der unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeit von Teilchen und Elektrolyt beim Durchgang des Teilchens durch
die Tastöffnung verändert. Der so modulierte Strom erzeugt einen Impuls, der gemessen oder gezählt werden kann.

Gemäß Fig. 1 ist eine Probe 10 mit zu erfassenden und zu
zählenden Teilchen an die Tastöffnung 12 angeschlossen.
Beim Durchgang der Teilchen durch dLe Tastöffnung wird eine Reihe von Impulsen erzeugt. Bedingt durch Grosse und Form der Tastöffnung 12 kann es beim Durchgang der Teilchen in

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der Probe 10 durch die Tastöffnung zu weniger Impulsen kommen, als Teilchen durch die Tastöffnung gegangen sind. Diese Erscheinung wird als Koinzidenzfehler bezeichnet. Somit kann die beim Durchgang der Teilchen in der Probe 10 durch die Tastöffnung 12 entstehende Impulsfolge einen Koinzidenzfehler aufweisen. Die relative Anzahl der Koinzidenzfehler läßt sich statistisch ermitteln.

Eine Möglichkeit zur Korrektur des Koinzidenzfehlers besteht darin, zwei Grobzählungen Nl und N2 der Teilchenimpulse für zwei Proben zu bilden, wobei ein bekannter Zusammenhang zwischen den beiden Proben besteht. Ebenso hat sich herausgestellt, daß eine einzige, die Tastöffnung 12 passierende Probe 10 die beiden Grobzählungen Nl und N2 liefern kann. Hierzu wird eine der beiden Grobzählungen, N2, künstlich aus der " gleichen Impulsfolge der Teilchen gebildet, die die Zählung Nl lieferte. Durch Verwendung der gleichen Teilchenimpulse sowohl für Nl als auch für N2 erhält man eine kleinere, zufallsbedingte Schwankung, als bei anderen Methoden zur Erzeugung der Grobzählung N2. Die Zählungen Nl und N2 repräsentieren zwei bekannte Verdünnungen, wobei die stärkere Verdünnung aus der schwächeren Verdünnung aufgebaut wird.

Die beim Durchgang der Teilchen in der Probe 10 durch die Tastöffnung 12 auftretenden Teilchenimpulse werden in einem Verstärker 14 verstärkt und auf eine Schwellwertschaltung 16, eine Verzögerungleitung 18 und eine Addierschaltung 20 ge- geben. Die Schwellwertschaltung 16 liefert bei jedem Impuls eines Teilchens, der eine vorgegebene Amplitude überschreitet, einen Impuls für den Akkumulator 22. Der Akkumulator 22 zählt die Impulse und liefert die Gesamtzahl der Impulse Nl.

Die auf die Verzögerungsleitung 18 und die Addierschaltung 20 gegebenen Teilchenimpulsfolgen werden kombiniert und lie-

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fern die künstliche Impulsfolge am Ausgang der Addierschaltung 20. Die Impulse dieser künstlich erzeugten Impulsfolge werden der Schwellwertschaltung 24 zugeführt, die immer dann einen Impuls dem Akkumulator 26 zuführt, wenn der ihr zugeführte, künstlich erzeugte Impuls eine vorgegebene Amplitude überschreitet. Jeder dem Akkumulator 26 zugeführte Impuls wird gezählt und ergibt die Gesamtzahl der akkumulierten Impulse N2. Die in den Akkumulatoren 22 und 26 angesammelten Grobzählungen Nl und N2 gehen dann zum Computer 28, wo sie nach einer mathematischen Formel verarbeitet werden und die wahre oder tatsächliche Zählung N ergeben, die gegenüber Koinzidenzfehlern korrigiert ist. Diese wahre Zählung kann von einem an den Zähler 28 angeschlossenen Anzeigegerät 30 wiedergegeben werden

Bei der Auswertung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1 hat sich herausgestellt, daß die Verzögerungsleitung 18 große Verzögerungen bewirken muß, damit bei dieser Art Koinzidenzkorrekturschaltung die höchste Genauigkeit erreicht wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 1 haben sich Verzögerungen in der Größenordnung von 300/us auf der Verzögerungsleitung 18 dann als am zweckmässigsten erwiesen, wenn die Tastöffnung 12 einen Durchmesser von ca. 100 Mikron hat. Die Verwendung von LC-Glledern in der Verzögerungsleitung 18 zur Erzielung einer solchen Verzögerung wäre an sich möglich, würde aber zu einem kostspieligen und aufwendigen Gerät führen. Es ist von Vorteil, wenn die Einrichtung nach Fig. 1 beim Betrieb mit Tastöffnungen 12 von unterschiedlicher Größe durch die Bedienungsperson möglichst wenig oder gar nicht einjustiert werden muß. Bei einer Änderung der Größe der Tastöffnung 12 ändert sich auch die Dauer der beim Durchgang der Teilchen in der Probe 10 durch die Tastöffnung 12 erzeugten Impulse. Diese Änderung der Impulsdauer kann die Größe der durch die Verzögerungsleitung 18 er-

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forderlichen Verzögerung sehr beeinträchtigen und damit auch die resultierende Schaltungsfunktion, wenn nicht die Bedienungsperson die Verzögerungsleitung für derartige Impul sdaueränderungen kompensiert, bzw· diese Kompensation automatisch erfolgt.

Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild der Verzögerungsleitung 18 nach Fig. 1. Anstelle der Probe 10, der Tastöffnung 12 und des Verstärkers 14 nach Fig. 1 steht der Impulsgenerator 36 in Fig. 2. Dieser Impulsgenerator liefert Serien aufeinanderfolgender Teilchenimpulse zum Schieberegister 28 und zur Impulsdauermeßschaltung 40.

Bei Teilchenanalysiergeräten nach Fig. 1 sind die erzeugten Teilchenimpulse zwar im mittleren Abschnitt, aber nicht an den Enden gut definiert. Die Impulsdauermeßschaltung 40 ermittelt zwei Punkte im Kurvenverlauf jedes Teilchenimpulses. Diese beiden Punkte liegen im allgemeinen auf der Vorder- und der Rückflanke des Kurvenverlaufes auf beispielsweise gleicher Amplitude. Bisher hat man Punkte etwa in der Mitte des Kurvenverlaufes ausgewählt, es kommen jedoch auch Punkte am Ende des Kurvenverlaufes in Betracht, die noch in gut definierten Bereichen des Kurvenverlaufs gewählt werden können. Bevorzugt werden Punkte gewählt, die möglichst nah am Ende des Kurvenverlaufes liegen, damit die Dauer oder Länge des Kurvenverlaufes möglichst genau angenähert wird.

Die Länge des von der Impulsdauermeßschaltung 40 gelieferten Impulses stimmt mit der Zeitspanne überein, in der der Teilchenimpuls die Amplitude der oben erwähnten beiden Punkte überschreitet. Die Dauer des Schwellwertimpulses stimmt dann überein mit einem vorgegebenen Abschnitt der Dauer des dabei aufgenommenen Teilchenimpulses. Der von der Schaltung 40 gelieferte Schwellwertimpuls geht auf einen Eingang der Logikschaltung 42.

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Ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) 44 liefert ein Ausgangssignal, dessen Frequenz oder Folgerate abhängig von einem Steuersignal bzw. einer Steuerspannung variiert werden kann. Es sei angenommen, daß in der Ausführungs— form nach Fig. 2 der VCO ein Taktozillator ist, der an seinem Ausgang 46 Impulse liefert. Die vom VCO 44 gelieferten Impulse gehen zum Steuereingang eines Schieberegisters 38 und zum zweiten Eingang der .Logikschaltung 42.

Das Schieberegister 38 ist ein Ladungstransferschieberegister mit einer Eingangsstufe und einer Ausgangsstufe, zwischen denen mehrere nacheinander schaltbare Stufen liegen« Das Schieberegister 38 spricht auf jeden vom VCO 44 gelieferten Taktimpuls an und tastet einen der.dem Schieberegister 38 zugeführten Teilchenimpulse ab. Es tastet somit die Amplitude des Teilchenimpulses ab und speichert die abgetastete und abgefragte Amplitude in seiner ersten Stufe. Die Folgefrequenz des VCO 44 wird so gewählt, daß in der Zeitspanne eines Teilchenimpulses ca, 20 Abtastungen erfolgen. Die Abtastungen werden nacheinander in der ersten Stufe des Schieberegisters gespeichert und schieben sich nacheinander durch die aufeinanderfolgenden Stufen des Schieberegisters, immer dann, wenn ein Taktimpuls vom VCO 44 kommt. Die Abtastungen in der letzten Stufe des Schieberegisters 38 werden beim nachfolgenden Taktimpuls auf die Addierschaltung 20 gegeben.

Infolge der Frequenz, mit der die Abtastungen des Teilchenimpulses erfolgen, und infolge der Frequenz oder Rate, mit der die Abtastungen vom Schieberegister 38 abgegeben werden, simulieren die dem Addierer 20 zugeführten Abtastungen ziemlich genau den. vom Impulsgenerator 36 zum Schieberegister gegebenen Teilchenimpuls.

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Infolge der Anzahl der Stufen, über die die ca. 20, einen Teilchenimpuls bildenden Abtastungen geschoben werden, ist der Teilchenimpuls um eine ziemlich lange Zeitspanne verzögert. Man kann Verzögerungen in der Größenordnung von "300 ,us erreichen, ohne daß das Schieberegister 38 eine unzulässig große Stufenzahl benötigt, oder daß die Kosten oder die Größe der Einrichtung unvernünftig anwachsen.

Wenn der Addierschaltung 20 ein kontinuierlich verlaufender Teilchenimpuls zugeführt werden soll, kann zwischen dem Schieberegister 38 und der Addierschaltung 20 ein Tiefpaßfilter angeordnet werden. Das Filter' speichert Energie und beseitigt Leerstellen zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen und reduziert außerdem Energie bei der Frequenz des VCO 44, die mit den im Schieberegister 38 gespeicherten Abtastungen vermischt sein könnte.

Wie bereits erwähnt, gehen die Taktimpulse des VCO 44 ebenfalls zur Logikschaltung 42, sowie die Schwellwertimpulse der Impulsdauermeßschaltung 40. Die Logikschaltung 42 liefert abhängig von Taktimpulsen, die "während jedes Schwellwertimpulses aufgenommen werden, ein Torsignal oder eine Torspannung, die mit der Anzahl der während des Schwellwertimpulses aufgenommenen Taktimpulse variiert. Die Torspannung wird mit einer Referenzspannung verglichen, die 20 während eines Schwellwertimpulsintervalles von der Logikschaltung 42 aufgenommene · Impul se repräsentiert.

Wenn die Referenzspannung größer ist als die Torspannung, was bedeutet, daß weniger Impulse aufgenommen wurden, gibt die Logikschaltung 42 über die Leitung 48 ein Steuersignal zum VCO 44_f wodurch dessen Frequenz ansteigt. Wenn die Torspannung größer ist als die Referenzspannung, bewirkt das über die Leitung 48 zum VCO 44 gelangte Steuersignal eine Herabsetzung der Frequenz. Die Torspannung

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wird am Ende jedes Schwellwertimpulses entladen oder zurückgestellt, so daß eine Messung der Anzahl der Takt— impulse immer nur während eines Schwellwertimpulses erfolgt. Auf diese Weise kann der VCO 44 so eingestellt werden, daß er über eine Zeitspanne eine vorgegebene, durchschnittliche Anzahl von Taktimpuüsen während jedes Teilchenimpulses liefert.

Die oben beschriebene Schaltung bewirkt somit, daß eine vorgegebene, mittlere Anzahl von Abtastungen in jedem Teilchenimpuls erfolgt. Große und/oder schnelle Änderungen der Teilchenimpulsdauer einer Folge können zwar die Anzahl der Abtastungen für einen oder mehrere Teilchenimpulse der Reihe erheblich schwanken lassen, doch ist diese Schwankung nicht von Bedeutung, da die absolute Anzahl der Abtastungen pro Impuls unkritisch ist· Außerdem ist die Dauer anormaler Impulse generell langer als die mittlere Dauer. Geringe DauerSchwankungen der Teilchenimpulse der Reihen, die eine Zeitspanne überschreiten, können jedoch durch die Schaltung nach Pig. 2 kompensiert werden. Wenn ferner die Tastöffnung 12 nach Fig. 1 so geändert wird, daß sich die Impulsdauer der Teilchenimpulse beträchtlich verändert, so kompensiert die Schaltung nach Fig. 2 automatisch die Impulsdauerveränderung. Die Schaltung vergleicht hierbei die Anzahl der während einer ■ Impulsdauer erfolgten Abtastungen und stellt die Abtastungen so ein, daß im Mittel ca. 20 Abtastungen pro Impulsdauer erfolgen.

Ein detaillierteesBlockschaltbild der Einrichtung nach Fig. 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Folgen der vom Impulsgenerator 36 gelieferten Teilchenimpulse gehen zum Schieberegister 38, zur Impulsdauermeßschaltung 40 und zur Addierschaltung 20. Das Schieberegister ist als Ladungstransferschieberegister ausgebildet und arbeitet

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in der bevorzugten Ausführungsform als Eimerkettenschieberegister ("bucket brigade")« Das Schieberegister 38 tastet abhängig von Taktimpulsen vom VCO 44 die vom Impulsgenerator 36 gelieferten Teilchenimpulse ab. Zur Erläuterung der Abtastung und Speicherung durch das Eimerkettenschieberegister 38 und zur Abgabe der Impulse wird auf die Beschreibung in Zusammenhang mit Fig_o 2 verwiesen»

Der Kurvenverlauf A in Pig» 4 zeigt den zur Impulsdauermeßschaltung 40 kommenden Teilchenimpuls. Er wird dieser Schaltung 40 zwischen den Zeitpunkten Tl und T4 zugeführt. Weder der Anfang noch das Ende des Impulses ist im Vergleich zum Referenzpegel oder dem im System erzeugten Rauschen genau definiert. Der Impuls mit dem Kurvenverlauf A in Fig. 4 geht zum Impulsdehner 5 2, der einen gedehnten Impuls mit dem Kurvenverlauf B erzeugt« Der Impulsdehner enthält eine Schaltung mit einer Diode und einem Kondensator, die den Impuls aufnimmt und seiner Vorderflanke bis zur Maximalamplitude folgt, aber nicht mit dieser abfällt. Sie hält die Maximalamplitude solange, bis die Kondensatoren der Schaltung entladen sind. Der gedehnte Impuls nach dem Kurvenverlauf B in Fig» 4 geht vom Zeitpunkt Tl bis zum Zeitpunkt T5. ·

Der Impuls mit dem Kurvenverlauf A nach Fig. 4 wird außerdem einer Verzögerungsleitung 54 als analoger Verzögerungsleitung zugeführt. Die Verzögerungsleitung 54 bewirkt selten eine Verzögerung von mehr als 30 bis 40 ,us» Diese Verzögerung ist klein gegenüber der Verzögerung von ca. 300 oder 400 ,us, die das Schieberegister 38 bewirken muß. Die auf der Leitung 5 6 auftretende, verzögerte Kurvenform zeigt der Kurvenverlauf C in Fig. 4 gestrichelt. Der gleiche Kurvenverlauf C erscheint abgeschwächt

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am Ausgang des Abschwächers 58 und auf der Leitung 60. Der ausgezogene Kurvenverlauf C stimmt mit dem Kurvenverlauf B nach Fig. 4 überein, mit der Ausnahme, daß er auf etwa 1/6 der Amplitude des Kurvenverlaufes B nach Pig. 4 abgeschwächt ist. Unter Berücksichtigung eines gewissen Verlustes in der Verzögerungsleitung 54 erhält man bei der Abschwäehung den gestreckten oder gedehnten Impuls gemäß Kurvenverlauf C mit dem exakten Amplitudenbruchteil des gedehnten Impulses gemäß Pig. B auf der Leitung 60. Anstelle 1/6 der gesamten Amplitude des Impulses gemäß Kurvenverlauf A kann auch ein anderer Bruchteil gewählt werden. ,

Die beiden Leitungen 5 6 und 60 führen zu den Eingängen eines Komparators 62, wobei die beiden Kurvenverläufe C nach Fig. 4 überlagert werden. Der Komparator 62 ist so geschaltet, daß er nur dann einen Ausgang liefert, wenn der gestrichelte Leitungsimpuls, die verzögerte Version des Impules mit dem Kurvenverlauf A, den abgeschwächten und gedehnten Impuls gemäß Kurvenverlauf C überschreitet. Dies'ist zwischen den Zeitpunkten T3 und T5 der Fall. Der Zeitpunkt T2 markiert die Spitze des Teilchenimpulses nach Kurvenverlauf A,-sowie den Beginn des horizontalen Teiles der Kurvenverläufe B und C,'was jedoch bei der Impulsdauermeß schaltung ohne Bedeutung ist. Der Ausgang des Komparators 62 ist ein Impulsdauermeßschwellwertimpuls gemäß Kurvenverlauf D in Fig. 4, zwischen den Zeitpunkten T3 und T5, am Ausgang des Komparators 62. Wenn der Impuls D nach Fig. 4 aufhört, gibt ein Rückflankendetektor 64, der zwischen dem Ausgang des Komparators 62 und einem Rückstelleingang des Impulsdehners 5 2 liegt, einen Impuls auf den Impulsdehner. Der Impulsdehner 5 2 wird durch den Impuls vom Rückflankendetektor 64 zurückgestellt.

Der VCO 44 enthält einen spannungsgesteuerten Oszillator

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70 für Taktimpulse, wie oben erwähnt. Der Ausgang des Oszillators 70 im VCO 44 geht zu einem monostabilen Kipper 72. Der Kipper 72 liefert bei einem vom Oszillator 70 kommenden Taktimpuls einen Impuls mit kurzer, vorgegebener Dauer und Amplitude. Die monostabile Kippschaltung 72 stellt sicher, dass die vom VCO 44 gelieferten Impulse eine kurze und feste Dauer aufweisen. Der Ausgang des Kippers 72 im VCO 44 geht zum Abtasteingang des Schieberegisters 38 und zur Logikschaltung 42 (über die Leitung 46) .

Der Schwellwertxmpuls des Komparators 62 der Impulsdauermesschaltung 40 wird auf einen Eingang des UND-Gatters 74 der Logikschaltung 42 gegeben. Die Taktimpulse des monostabilen Kippers 72 im VCO 44 gehen zum zweiten Eingang des UND-Gatters 74 in der Logikschaltung 42. Das UND-Gatter 74 liefert an seinem Ausgang eine logische "1", wenn seine beiden Eingänge eine logische "1" führen. Die UND-Schaltung 74 liefert somit am Ausgang 76 eine logische "1", wenn während des Taktimpulses ein Schwellwertxmpuls vorhanden ist. Der Kurvenverlauf E in Fig. 4 beim Vorhandensein eines Schwellwertimpulses ist durch die logischen "1" dargestellt. Das UND-Gatter 74 liefert nur zwischen den Zeitpunkten T3 und T5 eine logische "1", in welcher Zeitspanne der Schwellwertimpuls gemäss Kurvenverlauf D vorhanden ist. Die logische "1" am Ausgang 76 des UND-Gatters 74 geht zum Integrator 80. Dieser liefert eine Spannung, die mit jeder logischen "1" zunimmt, so dass die Anzahl der aufgenommenen UND-Gattersignale ("1" vom UND-Gatter 74 gezählt wird. Die Spannung des Integrators 80 variiert somit abhängig von der vom UND-Gatter 74 her aufgenommenen Anzahl der

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UND-Gatterimpulse. Der Verlauf der Spannung am Integrator 80 ist durch den Kurvenverlauf F in Fig. 4 für die Zeitspanne T3 bis T5 gezeigt. Die Spannung des Integrators 80 geht über einen Widerstand 82 zu einem Eingang des Komparators 88. Der Kondensator 84, der zwischen dem Widerstand 82 und Masse liegt, bildet mit dem Widerstand ein Tiefpassfilter zur Ausfilterung der vom Integrator 80 erzeugten Gleichspannungskomponenten. Eine Referenzspannungsquelle 90, die über ein Potentiometer 92 auf 20 Taktimpulse pro Schwellwertimpuls einstellbar ist, liegt am zweiten Eingang 94 des Komparators 88. Der Komparator 88 vergleicht die Spannung am Eingang 86 mit der Spannung am Eingang 94 und liefert am Ausgang 96 ein Steuersignal bzw. eine Steuerspannung, die mit dem Unterschied der Spannung am Eingang 86 und am Eingang 94 variiert. Die Steuerspannung geht zum Steuereingang des Oszillators 70 im VCO 44 und regelt die Frequenz und die Folgerate des VCO 44 so ein, dass die vorgegebene, mittlere Anzahl der Abtastungen für das Schieberegister 38 eingehalten wird. Ein Vorder flankendetektor 98 liegt am Ausgang des Komparators 62 der Impulsdauermesschaltung 40. Er liefert bei jeder Vorderflanke nines Schwellwertimpulses vom Komparator 62 einen Impuls*. Dieser Impuls des Vorderflankendetektors 98 geht zum Rückstelleingang 100, stellt den Integrator 80 zurück und entlädt abhängig von der Anzahl der Taktimpulse, die während des vorhergehenden Schwellwertimpulses gezählt wurden, die darin während des vorhergehenden Schwellwertimpulses gebildete Spannung.

Während des Betriebes der Einrichtung ist die Anzahl der Taktimpulse, die während eines bestimmten Schwellwertimpulses auftreten, umso höher, je höher die vom

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Integrator 80 geliefert Spannung ist. Wenn die Spannung am Eingang 86 des Komparators 88 die Spannung am Eingang 94 überschreitet, infolge der grossen Anzahl von Impulsen, ist die Spannung am Ausgang 96 des Komparators 88 negativ. Ihre Amplitude ist dem Unterschied zwischen der Spannung am Eingang 86 und 94 des Komparators 88 proportional. Die negative Spannung bewirkt eine Herabsetzung der Frequenz des Oszillators 70 im VCO 44, so dass Taktimpulse mit der Frequenz erzeugt werden, die die Aufnahme einer vorgegebenen mittleren Anzahl von 20 Abtastungen während eines Schwellwertimpulses und damit auch während eines Teilchenimpulses gestattet. Wenn die Anzahl der vom Oszillator 70 im VCO 44 gelieferten Taktimpulse niedrig ist, liefert der Integrator 80 eine niedrige Spannung, die zum Eingang 86 des Komparators 88 gelangt. Falls die Spannung am Eingang 94 des Komparators 88 die Spannung am Eingang 86 überschreitet, waß bedeutet, dass während der Dauer des Schwellwertimpulses zu wenig Impulse aufgetreten sind, tritt am Ausgang des Komparators 88 eine positive Spannung auf, die dem Oszillator 70 im VCO 44 zugeführt wird. Diese positive Spannung, die der Amplitudendifferenz der Spannungen an den Eingängen 86 und 94 des Komparators 88 proportional ist, bewirkt eine Frequenzerhöhung des Oszillators 70. Diese höhere Frequenz bewirkt, dass das Schieberegister 38 die Teilchenimpulse mit der gewünschten,mittleren Häufigkeit abfragen kann.

Anstelle der automatischen Aibeitsweise kommen auch manuelle und halbautomatische Versionen in Betracht. Beispielsweise können die Impulsdauermesschaltung 40 und die

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Logikschaltung 42 entfallen und durch ein Potentiometer ersetzt werden, das über einer Leitung 48 am VCO 44 liegt. Das Potentiometer kann einen Einstellknopf und eine Skala enthalten und so geeicht sein, daß die Bedienungsperson das zugeführte Steuersignal abhängig von der Tastöffnungs— größe, dem Systemdruck und der Viskosität des Elektrolyten einstellen kann, da diese Faktoren die mittlere Impulsdauer bestimmen. . .

Patentanwalt*

Dipl,-Is*-" · E- ^Fd2f DIpL-InG-. K-v/.:.o-chtfd

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur automatischen Abtastung jedes Impulses einer Impulsfolge mit einer vorgegebenen Durchschnittshäufigkeit, zur aufeinanderfolgenden Speicherung der Abtastungen und zur zeitlich verzögerten Wiedergabe jedes Impulses, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens die Dauer eines Teiles jedes Impulses erfaßt wird, daß erste Signale mit einer Folgefrequenz erzeugt werden, die in dieser erfaßten Impulsdauer zu Erzeugung einer vorgegebenen Anzahl der ersten Signale variierbar ist, daß jeder Impuls der Folge abhängig von diesen ersten Signalen abgefragt wird, und daß die Abfragen während einer von den ersten Signalen abhängigen Zeitspanne gespeichert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastungen in einem Schieberegister (38) abhängig von den ersten Signalen gespeichert werden, und daß der Inhalt jeder Schieberegisterstufe abhängig von den ersten Signalen auf die nachfolgende Stufe geschoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur Veränderung der Folgefrequenz der ersten Signale die Anzahl der ersten Impulse während dieses Teiles jedes Impulses

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gezählt und die gezählte Anzahl mit einer vorgegebenen Anzahl verglichen wird, und daß ein Steuer-■ signal erzeugt wird, zur Veränderung der Folgefrequenz, wobei sich das Steuersignal abhängig vom Unterschied zwischen der gezählten Anzahl und der vorgegebenen Anzahl ändert.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zur Veränderung der Polgefrequenz der ersten Signale ein Spannungssignal, abhängig von der Anzahl der ersten Impulse, während dieses Teiles jedes Impulses erzeugt und das Spannungssignal mit einer Referenzspannung verglichen wird, und daß ein Steuersignal zu Veränderung der Polgefrequenz erzeugt wird, welches Signal abhängig vom Unterschied zwischen dem Spannungssignal und dem Referenzsignal variiert.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η — _. zeichne, t , daß vor diesem Teil jedes nachfolgenden Impulses das Spannungssignal entladen wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekenn ζ eichnet durch eine Impulserfassungsschaltung (40),,die bei Aufnahme eines Impulses der Folge einen Schwellwertimpuls erzeugt, dessen Dauer gleich einem vorgegebenen Teil des zugehörigen, aufgenommenen Impulses der

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Folge ist, durch eine Schaltung (44) zur Erzeugung erster Signale mit einer bestimmten Folgefrequenz, abhängig von einem zur Veränderung der Folgefrequenz zugeführten Steuersignal, durch eine Abtast- und Speicherschaltung (38), an die Signalerzeugungsschaltung angeschlossen, die auf die ersten Signale anspricht, die Impulse der Folge abtastet und die Abtastungen sequentiell speichert, und die die Impulse der Folgen der sequentiell gespeicherten Abtastungen zeitlich verzögert wiedergibt, und durch eine Logikschaltung (42), an die Impulserfassungsschaltung und die Signalerzeugungsschal tung angeschlossen, zur Aufnahme der ersten Impulse und der Schwellwertimpulse und zur Erzeugung des Steuersignales, das abhängig von der Anzahl der ersten Signale, die der Logikschaltung während des Vorhandenseins jedes Schwellwertimpulses zugeführt werden, variiert.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtast- und Speicherschaltung eine Vielzahl hintereinander geschalteter Speicherstufen enthält, daß die erste Stufe auf die ersten Signale anspricht und den Impuls der zugeführten Folge abtastet und einspeichert, daß die Stufen ferner auf die ersten Signale ansprechen und die Abtastungen jeder Stufe in die jeweils nachfolgende Stufe weiterschieben, wobei die letzte Stufe die darin gespeicherte Abtastung der Abtast- und Speicherschaltung abgibt, so daß die nacheinander abgegebenen Abtastungen jeden Impuls der Folge zeitlich verzögert wiedergeben.

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8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Vielzahl der Stufen der Abtast- und Speicherschaltung ein analoges Schieberegister bilden.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Schieberegister als Ladungstransferschieberegister ausgebildet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladungstransferschieberegister ladungsgekoppelt ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9., dadurch gekennzeichnet , dass das Schieberegister ein Eimerkettenschieberegister ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet , dass die Signalerzeugungsschaltung ein Oszillator (44) zur Erzeugung erster Signale mit bestimmter Folgefrequenz ist, und dass der Oszillator abhängig von den Steuersignalen die Folgefrequenz ändert.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k en η -ι zeichnet , dass der Oszillator spannüngsgesteuert ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass der spannungsgesteuerte

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Oszillator ein Taktoszillator (70) ist, und dass die ersten Signale Taktimpulse sind.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung eine an die Signalerzeugungsschaltung und die Impulserfassungsschaltung angeschlossene Torschaltung (74, 80, 82, 84) enthält, dass die Torschaltung beim Vorhandensein eines Schwellwertimpulses ein Torsignal liefert, wenn die ersten Signale zugeführt werden, wobei das Torsignal entsprechend der Anzahl der zugeführten ersten Signale variiert, und dass an die Torschaltung eine Vergleichsschaltung (88) angeschlossen ist, die das Torsignal mit einem Referenzsignal (90, 92) vergleicht und das Steuersignal liefert, das entsprechend der Differenz zwischen dem Torsignal und dem Referenzsignal variiert.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , dass die Torschaltung ein an die Signalerzeugungsschaltung.und die Impulserfassungsschaltung angeschlossenes UND-Gatter (74) enthält, das beim Vorhandensein eines Schwellwertimpulses ein UND-Gattersignal liefert, wenn ein erstes Signal zugeführt wird, und dass ein Integrator (80) an das UND-Gatter angeschlossen ist, der abhängig von den UND-Gattersignalen das Gatter-Tor-Signal liefert.

17. Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet , dass die Logikschaltung eine Rückstellschaltung (98) enthält, angeschlossen

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an den Integrator und die Impulserfassungsschaltung, die bei Einleitung eines Schwellwertimpulses den Integrator zurückstellt und das Torsignal auf einen « Referenzpegel reduziert.

1-8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet , dass die einzelnen Impulse der Impulsfolge nicht an den Enden, sondern im mittleren Abschnitt genau definiert sind, dass die Impulserfassungsschaltung eine erste elektrische Schaltung (52, 54, 58) zur Ermittlung von zwei Punkten im mittleren Abschnitt des Kurvenverlaufes des Impulses enthält, so dass die Punkte geometrisch definiert und zeitlich voneinander getrennt sind, und dass zur Messung der Segmentdauer jedes Impulses zwischen den ermittelten Punkten und zur Erzeugung eines Schwellwertimpulses für jeden Impuls eine zweite elektrische Schaltung (62, 64) vorgesehen ist, wobei die Dauer des Schwellwertimpulses so gewählt ist, dass das Impulssegment und die zugehörige Amplitude für sämtliche Schwellwertdauerxmpulse gleich sind.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Schaltung zwei Punkte mit der gleichen Amplitude des bestimmten Kurvenverlaufes eines Impulses ermittelt, wobei ein Punkt auf der Vorderflanke und ein Punkt auf der Rückflanke des Kurvenverlaufes liegt.

20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch

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gekennzeichnet , daß zwei feststellbare Punkte auf den gleichen Augenblicksamplitudenwert der entsprechenden Vorder- bzw. Rückflanke jedes Impulses liegen und daß der Wert jedes feststellbaren Punktes im Kurvenverlauf des Impulses ein vorgegebener Bruchteil der maximalen Amplitude des Impulses ist.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet , daß die erste elektrische Schaltung eine Verzögerungsschaltung (54) zur Verzögerung jedes Impulses, eine Dehnschaltung (52) zum Dehnen jedes Impulses mit der maximalen Impulsamplitude, eine AbSchwächungsschaltung (58) zur Abschwächung des gedehntes Impulses auf einen bestimmten Bruchteil der Maximalamplitude des Impulses enthält, und daß die zweite elektrische Schaltung eine Schaltung (62) zum Vergleich der verzögerten Impulse mit dem gedehnten und abgeschwächten Impuls enthält, zur Erzeugung des Schwellwertimpulses, wenn der Augenblickswert der Vorderflanke des verzögerten Impulses die Amplitude des gedehnten und abgeschwächten Impulses überschreitet und zur Beendigung des Schwellwertimpulses, wenn der Augenblickswert der Rückflanke des verzögerten Impulses unter die Amplitude des gedehnten und abgeschwächten Impulses fällt.

22. Gerät zur Verwendung der Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 21, mit einer Fehlerkorrekturschaltung zur Lieferung einer bezüglich Erfassung und Zählfehlern

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korrigierten Teilchenzählung der Teilchenimpulse, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (38, 40, 42, 44) zum automatischen Abtasten jedes Teilchenimpulses mit einer vorgegebenen Durchschnittshäufigkeit, zur sequentiellen Speicherung der Abtastungen und zur zeitlich verzögerten Wiedergabe jedes Impulses der Abtastungen.

23. Gerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtung eine Steuerschaltung (40, 42, 44) enthält, die erste Signale mit variabler Folgefrequenz liefert, dass die Steuerschaltung die Folgefrequenz abhängig von der Dauer jedes zugeführten Teilchenimpulses variiert, zur Erzeugung einer vorgegebenen mittleren Anzahl erster Signale während jedes Teilchenimpulses, und dass eine Abtast- und Speicherschaltung (38) an die Steuerschaltung angeschlossen ist, die abhängig von ersten Signalen, die zugeführten Teilchenimpulse abtastet, zur sequentiellen Speicherung der Abtastungen und zur zeitlich verzögerten Wiedergabe der Teilchenimpulse der gespeicherten Abtastungen.

24. Gerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , dass die Abtast- und Speicherschaltung zwischen einer ersten und einer letzten Speicherstufe einer Vielzahl von sequentiell gekoppelten Speicherstuf en enthält, dass die erste Stufe abhängig von den ersten Signalen die zugeführten Teilchenimpulse abtastet und speichert, und dass die Stufen ferner abhängig von den ersten

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Signalen die Abtastungen jeder Stufe in die nachfolgende Stufe verschieben, wobei die letzte Stufe die darin gespeicherte Abtastung abgibt, so dass die nacheinander abgegebenen Abtastungen jeden Im- puls der Folge zeitlich verzögert wiedergeben.

25. Gerät nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet , dass die Abtast- und Speicherschaltung mit der Vielzahl von Speicherstufen ein analoges Schieberegister ist.

26. Gerät nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet , dass die Steuerschaltung eine Impulserfassungsschaltung (40) ' enthält, die abhängig von der Aufnahme eines Teilchenimpulses einen Schwellwertimpuls liefert, wobei die Dauer jedes Schwellwertimpulses im wesentlichen gleich dem vorgegebenen Abschnitt des zugehörigen, aufgenommenen Teilchenimpulses ist, eine Signalerzeugungsschaltung (44) zur Lieferung erster Signale mit einer bestimmten Folgefrequenz, abhängig von einem zur Variierung der Folgefrequenz zugeführten Steuersignal, und eine Logikschaltung (42), angeschlossen an die Impulserfassungsschaltung und die Signalerzeugungsschaltung zur Aufnahme der ersten Impulse und der Schwellwertimpulse und zur Lieferung des Steuersignales, wobei das Steuersignal mit der Anzahl der der Logikschaltung zugeführten ersten Signale variiert, während der Logikschaltung ein Schwellwertimpuls zugeführt wird.

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27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , dass die Signalerzeugungsschaltung ein spannungsgesteuerter Oszillator ist.

28. Einrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet , dass die Logikschaltung eine Torschaltung (74, 80, 82, 84) enthält, angeschlossen an die Signalerzeugungsschaltung und die Impulserfassungsschaltung, wobei die Torschaltung, wenn ihr ein Schwellwertimpuls zugeführt wird, ein Gatter- oder Torsignal, abhängig von der Aufnahme jedes zugeführten ersten Signals liefert und wobei das Torsignal mit der Anzahl der zugeführten ersten Signale variiert, und eine Vergleichsschaltung (88), angeschlossen an die Torschaltung, zum Vergleich des Gattersignals mit einem Referenzsignal und zur Lieferung des Steuersignals, das abhängig vom Unterschied zwischen dem Torsignal und dem Referenzsignal variiert.

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