Einrichtung zur automatischen Analyse eines amplitudenmodulierten Messsignals
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Analyse eines amplitudenmodulierten, von einem analytischen, für chemische Analysen vorgesehenen Messinstrument erzeugten elektrischen Messsignals, dessen analytischer Inhalt in nichtlinearem Verhältnis zu seiner Amplitude steht.
Die chemische Analyse einer Unbekannten oder Probe, die eine Mehrzahl von Verbindungen als Komponenten enthält, wird häufig mit Hilfe eines Gas Chromatographen vorgenommen, der eine veränderliche Ausgangsspannung erzeugt, welche aufgezeichnet wird und mittels Spitzen oder sogenannter Peaks in der aufgezeichneten Spannungskurve das Auftreten bestimmter Komponenten anzeigt. Die unter jedem einzelnen Peak befindliche Fläche, d. h. die Zeitfläche des Peaks, steht in proportionaler Beziehung zur Komponente der unbekannten Probe, so dass das Verhältnis der Zeitfläche eines gegebenen Peaks zur genannten Zeitfläche aller Peaks den prozentualen Anteil der betreffenden Kom- ponente in der Probe liefert.
Es ist üblich, dass die Probe zahlreiche Komponenten aufweist, die durch zahlreiche Peaks dargestellt sind, welche zusammenlaufen, einander überdecken oder in anderer Weise von der leichter zu verarbeitenden Form einer Gaussschen Verteilung abweichen können.
Gas-Chromatographen sind in ihrer Anwendung auf bestimmte Typen unbekannter Zusammensetzungen beschränkt, während verfeinerte und kompliziertere Geräte zur Analyse unbekannter Zusammensetzungen, welche als Komponenten Aminosäuren aufweisen, erforderlich sind.
Chemische Stoffe des menschlichen Körpers und solche, die in anderen biologischen Systemen erzeugt werden, enthalten oft eine Mehrzahl Aminosäuren, deren gleichartige Analyse erforderlich ist, um sowohl die Art der unbekannten Komponenten als auch den prozentualen Anteil jeder Komponente in Erfahrung zu bringen. Zur Beschaffung solcher Daten verwendete Aminosäure-Analysatoren sind ähnlich den Gas-Chromatographen ausgebildet. Es besteht jedoch ein deutlicher Unterschied der Funktionsweise der Aminosäure-Analysatoren gegenüber derjenigen der Gas-Chromatographen, wobei die unterschiedliche Funktionsweise die abgegebene Information wesentlich beeinflusst.
Gas-Chromatographen geben Signalformen ab, die in linearer Beziehung zum Vorbeifluss der unbekannten Komponenten am Aufnahme- oder Fühlerorgan stehen, so dass eine direkte Proportionalität zwischen der Ausgangsspannung oder dem Stromverlauf des Fühlerorgans und der unbekannten Komponente besteht. Es ist deshalb möglich, einen direkten, proportionalen Zusammenhang zwischen der Peak-Zeitfläche des Fühlerorgans und den Komponenten, die unbekannten eingeschlossen, zu erhalten. Anderseits liefern Aminosäure-Analysatoren eine Ausgangsspannung, die in nichtlinearer Beziehung zur Menge oder zum prozentualen Anteil der unbekannten Komponenten in der Probe steht.
Es ist beispielsweise ein Ionentauscher-Chromatograph bekannt, der das Vorliegen einer unidentifizierten Aminosäure durch Erzeugen einer zur optischen Dichte der unbekannten Aminosäure in Beziehung stehenden Ausgangsspannung anzeigt. Diese Vorrichtung weist eine an einem Ende einer als Küvette bekannten Flüssigkeitssäule angeordnete Lichtquelle auf, wobei die unbekannte Flüssigkeit durch die Küvette strömt. Am anderen Ende der Flüssigkeitssäule ist eine Photozelle angeordnet, welche eine Ausgangsspannung in Abhängigkeit der Lichtabsorption in der Flüssigkeitssäule abgibt. Ohne Einzelheiten zu erläutern, kann gesagt werden, dass der Verlauf der Analysespannung dieses Aminosäure-Analysators in exponentiellem Zusammenhang mit der Menge der unbekannten, zwischen der Photozelle und der Lichtquelle vorbeifliessenden Aminosäure steht.
Die Auswertung des von dem angeführten Analysator abgeleiteten Spannungsverlaufs hat bisher einen beträchtlichen Aufwand verursacht. Der Spannungsverlauf wird üblicherweise auf einem Messstreifen aufgenommen, der einen exponentiellen Massstab aufweist, um in richtigem Verhältnis zum erregenden Mittel (der unbekannten Aminosäure) angemessene Messwerte zu erhalten, da dieses erregende Mittel in nichtlinearer Weise auf den Fühler (die Photozelle) des Analysators einwirkt. Ein bekannter Analysator erzeugt drei Ausgangssignale, von welchen das eine der optischen Dichte bei einer Wellenlänge von 440 nm entspricht, während die beiden andern Ausgangssignale Messungen darstellen, die bei verschiedenen Längen der Küvette bei einer Lichtwellenlänge von 570 nm vorgenommen sind. Diese Vorrichtung ist in der Lage, jeweils nach wenigen Sekunden, z.
B. alle zwei Sekunden, einen Punkt einer Punktkurve zu registrieren und gleichzeitig zyklisch über alle drei Ausgangsspannungen zu wechseln, so dass auf dem Messstreifen drei Signal-Punktkurven registriert werden. Jedes dieser drei Ausgangssignale kann als von den anderen Signalen getrennt und unabhängig betrachtet werden und liefert die analytische Information bezüglich der unbekannten Probe. Die gewünschte Information wird jedoch erst nach Anwendung zahlreicher Datenumrechnungsverfahren auf die Signalkurven erhalten.
Eine typische Probe mit einer Anzahl unbekannter Aminosäuren kann eine 24stündige Analyse erfordern.
Dies bedeutet, dass eine mengenmässig zu erfassende Signalkurve nach 24stündigem Betrieb des Analysators 14400 einzelne auf einem speziellen, logarithmischen Papier registrierte Punkte aufweisen wird. Die Werte der sich oberhalb des Pegels der Nullinie befindlichen, einen Peak definierenden Punkte werden zusammengezählt, indem der Wert auf der logarithmischen, sich längs der Ordinate des Papiers erstreckenden Skala abgelesen wird. Die Grösse dieser Aufgabe ist beträchtlich, da möglicherweise nicht weniger als 25 % der Signalkurve sich oberhalb der Nullinie befinden und auf unidentifizierte Aminosäuren hinweisende Peaks charakterisieren, so dass das Ablesen des Ordinatenwertes mehrerer tausend Punkte, welche die mehrfachen, die unbekannten Aminosäuren identifizierenden Peaks bilden, äusserst zeitraubend ist.
Auch ist die Methode des Ablesens jedes Punktwertes in einigen Gebieten des logarithmischen Papiers Fehlern unterworfen, da das Zusammenrücken linearer Werte grosse Abweichungen vom tatsächlichen Wert für kleine Fehler beim Ablesen von in zusammengedrängten Gebieten des logarithmischen Papiers befindlichen Messwerten hervorruft. Im wesentlichen ist dieses System, mit welchem rechteckförmige Annäherungen relativ geringer Breite nach einer Umwandlung mittels einer logarithmischen Skala erhalten werden, der Integration durch die Delta-Methode ähnlich.
Ein zweites Verfahren zur Bildung der Peak-Zeitfläche erfordert das Ablesen des Peak-Wertes auf der logarithmischen Skala und die Bestimmung der Peak Breite zwischen den Punkten der halben Amplitude.
Die Peak-Höhe wird mit der Peak-Breite dadurch multipliziert, dass die Anzahl der registrierten Messpunkte zwischen den Stellen der halben Höhe gezählt werden, wobei diese Annäherung auf der Annahme basiert, dass der Peak eine Standardform aufweist. Es ist klar, dass diese Annahme optimistisch ist, da viele der Signalkurven keinen Gauss-Verlauf zeigen. Selbstverständlich ist die obige Annahme ganz falsch, wenn zwei Peaks so nahe beieinanderliegen, dass sie ineinanderlaufen.
Die Signalkurvenform kann bei jeder chromatographischen Analyse unregelmässig sein. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn kleine Ausgangsspannungen des chromatographischen Fühlers durch eine Drift in der Vorrichtung oder andere Störsignale überdeckt werden.
Es ist nicht ungewöhnlich, dass unterhalb der Peaks oder benachbart zur ansteigenden oder abfallenden Flanke der Spannungsschwankungen Plateaus vorliegen, welche einen Peak bilden. Spannungsdrift und andere Störsignale geben zu täuschenden Informationen Anlass und machen darüber hinaus infolge benachbarter oder schlecht definierter Peaks die Auswertung der Messwerte sehr schwierig. Es ist also ersichtlich, dass bisher ein beträchtlicher Aufwand zur Auswertung der Messwerte von Analysatoren nötig war.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die angeführten Nachteile zu vermeiden und eine verbesserte Schaltungsanordnung zu schaffen, welche die Zeitfläche eines Signals bildet, das in nichtlinearer Beziehung zu den Messeinheiten steht.
Erfindungsgemäss ist die Einrichtung gekennzeichnet durch a) eine Linearisierungseinrichtung zur Umwandlung des amplitudenmodulierten Signals in ein zweites, linearisiertes, amplitudenmoduliertes Signal, b) einen Analog-Digital-Umsetzer, dessen Eingang das linearisierte Signal zugeführt ist und der Impulse abgibt, die gleich grosse Inkremente der Signal-Zeitfläche unter der Signalkurve darstellen, c) Mittel zum Feststellen der An- oder Abwesenheit eines Peaks in der Signalkurve und d) einen an den Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers angeschlossenen Zähler zur Zählung der vom Umsetzer abgegebenen Impulse.
Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines logarithmischen Umsetzers zur Erzeugung eines linearen Spannungssignals für eine Integration,
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Zusammen hangs zwischen der Eingangsspannung und den Ausgangsspannungen des logarithmischen Umsetzers der Fig. 2,
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild, teilweise als Blockschaltbild, einer logischen Steuereinrichtung für die Einrichtung der Fig. 1,
Fig. 5 ein schematisches Schaltbild einer Datenausgabeeinrichtung für die Einrichtung der Fig. 1,
Fig. 6 ein schematisches Schaltbild eines NOR-Gatters,
Fig. 7 ein schematisches Schaltbild einer Teilerstufe für ein Solenoid,
Fig.
8 ein schematisches Schaltbild eines Flip-Flops,
Fig. 9 den zeitlichen Spannungsverlauf eines Peaks und den Einfluss von in der Einrichtung der Fig. 1 vorgesehenen Mitteln,
Fig. 10 den Spannungsverlauf der Fig. 9 bei ausgeschalteten Mitteln,
Fig. 11 den zeitlichen Spannungsverlauf eines Peaks und den Einfluss eines in der Einrichtung der Fig. 1 vorgesehenen Plateau-Zeitmessers,
Fig. 12 den Spannungsverlauf der Fig. 11 bei ausgeschaltetem Zeitmesser,
Fig. 13 und 14 einen ähnlichen zeitlichen Spannungsverlauf eines Peaks und den Einfluss eines in der Einrichtung der Fig. 1 vorgesehenen Schwellenwertde. tektors,
Fig. 15 und 16 einen ähnlichen zeitlichen Spannungsverlauf eines Peaks und den Einfluss eines in der Einrichtung der Fig. 1 vorgesehenen Minimal-Zeitmessers.
In allgemeiner Weise betrachtet, ist gemäss Fig. 1 ein Aminosäure-Analysator 10 an eine innerhalb gestrichelter Linien dargestellte Schaltungsanordnung 12 angeschlossen, welche zur automatischen Korrektur von Nullinien-Abweichungen vorgesehen und im folgenden mit Driftkorrekturschaltung bezeichnet ist. Ein logarithmischer Umsetzer 13 erhält ein verstärktes Eingangssignal und gibt zwei Ausgangsspannungen ab, welche mit der Eingangsspannung gemäss der graphischen Darstellung der Fig. 3 in Beziehung stehen. Ein die eine Ausgangsspannung des logarithmischen Umsetzers 13 in eine Frequenz transformierender Spannungs-Frequenz-Umsetzer 26 erzeugt eine Impulsfolge, in welcher jeder Impuls einem gleichen Zuwachs der Zeitfläche des logarithmisch korrigierten Eingangssignals oder Peaks entspricht.
Die Impulse werden in einer Datenausgabeeinrichtung 16 gespeichert, welche durch eine logische Steuereinrichtung 15 gesteuert wird. Die Driftkorrekturschaltung 12 hält eine zwischen den Peaks vorliegende Nullinie driftfrei konstant, so dass die Peaks bezüglich der Nullinie definiert sind. Peak-Feststellmittel, welche eine RC-Differenzierschaltung mit den Elementen 36 und 37, eine dynamische Lastschaltung 40, einen Verstärker 38, Schmitt-Trigger 43 und 44 sowie einen Peak Detektor 48 enthalten, und die logische Steuereinrichtung 15 steuern die Datenausgabeeinrichtung 16 zur Bildung der totalen Zeitfläche einer Folge von Peaks in einer Signalkurve und übertragen am Ende jedes Peaks die Messwerte der Peaks an Ausgabeeinrichtungen.
Wie nun im einzelnen beschrieben, gibt der in bekannter Weise ausgebildete Aminosäure-Analysator 10 ein Ausgangssignal an einen Vorverstärker 20 ab, durch welchen das Signal verstärkt und von welchem es über eine Leitung 21 an einen nicht dargestellten Streifenschreiber oder eine andere derartige Registriereinrichtung geführt ist. Eine weitere Leitung 22 verbindet den Verstärker 20 mit dem Umsetzer 13 und führt diesem vom Verstärker 20 ein verstärktes Eingangssignal zu. Der Aminosäure-Analysator 10, in welchem ein abfliessendes Medium an der Vorderseite einer nicht dargestellten Photozelle vorbeiströmt und auf die Photozelle fallendes Licht absorbiert, weist eine Photozellen-Ausgangsspannung auf, welche vermindert wird, wenn die durch eine im Strömungsmedium vorhandene Aminosäure bewirkte Absorption im Lichtstrahl einer Lichtquelle ansteigt.
Der der Abwesenheit der Aminosäure in der Probe entsprechende Nullinienwert der Photozellenspannung ist deshalb eine verhältnismässig hohe Spannung. Spannungsspitzen oder Peaks, welche das Auftreten eines unbekannten Bestandteils im Medium anzeigen, sind niedrigere, von dieser Nullinie ausgehende Spannungen. Der logarithmische Umsetzer 13 kehrt, wie nachstehend erläutert, das Signal um oder liefert eine reziproke, in Beziehung zur Spannung des Verstärkers 20 stehende Spannung. Diese Spannung gelangt auf eine an den Eingang eines Verstärkers 24 gelegte Leitung 23. Der logarithmische Umsetzer 13 gibt auch eine Ausgangsspannung ab, welche die logarithmische Nichtlinearität des Signals des Aminosäure-Analysators 10 entfernt. Diese Ausgangsspannung ist über eine Leitung 25 an den Eingang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 26 angeschlossen.
In der in Fig. 1 als Blockschema dargestellten Driftkorrekturschaltung 12, welche im USA-Patent Nr. 3 359 410 ausführlich beschrieben ist, erhält der Spannungs-Frequenz-Umsetzer 26 über die Leitung 25 ein Signal, welches eine dem erregenden Mittel (dem strömenden Medium), welches auf das Fühlerorgan (die Photozelle) wirkt, proportionale und mit ihm in linearer Beziehung stehende Spannung ist.
Der Umsetzer 26 erzeugt an seinem Ausgang eine Impulsfolge, in welcher jeder Impuls einen gleichen Zuwachs der Zeitfläche der Signalkurve darstellt, welche die Wirkung des erregenden Mittels auf das Fühlerorgan beschreibt. Der Umsetzer 26 speichert Ladung in einem Kondensator in einem der Eingangsspannung entsprechenden Verhältnis. Wenn die Ladung des Kondensators einen vorbestimmten Wert erreicht, wird ein genau bemessener Ladungsanteil vom Kondensator entfernt und zur Auslösung eines Impulsgenerators verwendet.
Ladungseinheiten werden vom Kondensator mit der gleichen Geschwindigkeit entfernt, mit der der Kondensator Ladungseinheiten, welche gleiche Zuwachse der Zeitfläche der Signalkurve darstellen, speichert. Die totale, vom Kondensator entfernte Ladung ist das Integral der momentanen Stromkurve bezüglich der Zeit. Die Ausgangsimpulse des Umsetzers 26 werden über eine Leitung 27 an einen Messwertzähler 28 geführt, der die totale Zeitfläche eines Peaks anzeigt. Die Funktionsweise des Messwertzählers 28 wird später erläutert.
Während des Vorliegens eines dem Wert der Nulllinie entsprechenden Ausgangssignals des Aminosäure Analysators 10 ist die Impulsfolgefrequenz des Umsetzers 26 sehr klein, ist aber Anderungen unterworfen, die von einer Drift der Nullinie herrühren. Während einer Drift der Nullinie werden die Impulse des Umsetzers 26 über eine Leitung 29 zu einem Servotreiber 31 geführt, der von den Impulsen ausgelöst wird und einen Servomotor 32 betätigt. Der Servomotor 32 ist mit einem veränderlichen Widerstand 33 mechanisch verbunden und treibt dessen Abgreifarm 33a zur Erzeugung einer Rückführspannung auf einer Leitung 34.
Die Leitung 34 ist an den Eingang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 26 angeschlossen und liefert eine Gegenkopplungsspannung, die mit der über die Leitung 25 zugeführten Eingangsspannung zusammenwirkt, um den Nullinienwert des Ausgangssignals des Aminosäure-Analysators festzuhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform entfernt das Gegenkopplungssignal der Servoschleife eine Drift von der vom Kondensator des Umsetzers 26 integrierten Stromkurve in solcher Weise, dass auf der Leitung 27 ein im wesentlichen konstantes Ausgangssignal von etwa 3 oder 4 Impulsen pro Sekunde vorhanden ist, wenn der Analysator nur das Nulliniensignal abgibt.
Die Servoschleife mit dem Servotreiber 31 und dem Servomotor 32 beseitigt eine Drift der Nullinie. Falls aber ein von der Nullinie abweichendes Signal in der Form eines Peaks eintritt, wird der Servotreiber 31 au sser Betrieb gesetzt, um eine Löschung der Information zu vermeiden.
Der Verstärker 24 verstärkt das invertierte Signal des Umsetzers 13 und führt es an die eine Klemme eines Kondensators 36, dessen andere Klemme über einen Widerstand 37 mit der Masse verbunden ist und der zusammen mit dem Widerstand eine elektronische Differenzierschaltung bildet. Die Differenzierung des Ausgangssignals des Verstärkers 24 erfolgt, um im gemeinsamen Verbindungspunkt des Kondensators 36 und des Widerstands 37 eine die Neigung des Signals kennzeichnende Spannung zu erzeugen. Ein Verstärker 38 ist sowohl an den Kondensator 36 als auch an den Widerstand 37 angeschlossen und verstärkt die die Neigung des Signals anzeigende Spannung. Das Ausgangssignal des Verstärkers 38 ist an einen Punkt 39 geführt, der mit einer dynamischen Lastschaltung 40 verbunden ist, die ihrerseits mit der Differenzierschaltung in Verbindung steht.
Die dynamische Lastschaltung 40, beispielsweise ausgebildet als Widerstand einer in Vorwärtsrichtung leitenden Diode, und der Verstärker 38 bewirken zusammen mit dem Widerstand 37 eine dynamische Belastung des Kondensators 36 und verbessern die Ansprechgeschwindigkeit der Differenzierschaltung.
Ein nachgeschalteter, im folgenden beschriebener Neigungsdetektor muss nur den Beginn oder das Ende einer positiven oder negativen Neigung der Signalkurve feststellen, um das Auftreten eines peakförmigen Signals am Ausgang des Aminosäure-Analysators 10 anzuzeigen.
Der Neigungsgrad ist dagegen verhältnismässig nebensächlich in dem oben beschriebenen Teil des Gerätes und geht infolge der Wirkung der dynamischen Belastung 40 verloren.
Am Punkt 39 erscheint demnach eine Ruhespannung, deren Wert auf eine die Neigung null aufweisende oder horizontale Funktion des Ausgangs des Analysators
10 hinweist, während an der genannten Stelle Spannungen mit hohem und niedrigem Pegel erscheinen, die eine positive oder negative Neigung anzeigen. Zwei Schmitt-Trigger 43 und 44 sind an den Punkt 39 angeschlossen, wobei der Schmitt-Trigger 43 einen Ausgangspegel an eine Leitung 45 abgibt, wenn die Spannung im Punkt 39 in der einen Richtung abweicht und dadurch eine Neigung der vom Kondensator 36 und 37 differenzierten Spannungskurve der einen Polarität anzeigt. Der Schmitt-Trigger 44 ist ähnlich dem Schmitt Trigger 43 ausgebildet, gibt jedoch an eine Leitung 46 einen Ausgangspegel ab, wenn die den Kondensator 36 enthaltenden Differenziermittel in der Spannungskurve eine Neigung entgegengesetzter Polarität festgestellt haben.
Beide Leitungen 45 und 46 sind mit einem Peak Detektor 48 verbunden, welcher auf Grund der auf den Leitungen 45 und 46 erscheinenden Signale anspricht und ein die An- oder Abwesenheit eines Peaks in der Signalkurve anzeigen des Ausgangssignal erzeugt.
Der Peak-Detektor 48 ist als logische Schaltung ausgebildet, enthält fünf NOR-Gatter und bildet ein Ausgangssignal, nämlich ein Servo-Sperrsignal, das über eine Leitung 49 als Eingangssignal dem Servotreiber 31 zugeführt ist, um einen Betrieb des Servotreibers 31 zu verhindern, wenn ein Peak auftritt. Das Servo-Sperrsignal unterbricht die Funktion des Servomotors 32, um zu verhindern, dass der Servomotor 32 ein Rückführsignal in den Spannungs-Frequenz-Umsetzer 26 eingibt, da dieses Rückführsignal das Peak-Signal vollständig aufheben würde. Der Betrieb des Servomotors 32 wird während der ganzen Peak-Dauer verhindert, so dass die Analyse-Information nicht gelöscht wird.
Der Peak-Detektor 48 liefert zudem ein Ausgangssignal an eine weitere Leitung 50, die mit einer Steuerlogik 53 verbunden ist. Die Steuerlogik 53 ist dazu vorgesehen, den Betrieb der Datenausgabeeinrichtung 16 mit dem Auftreten eines Peaks in Verbindung zu bringen. Wenn ein Peak auftritt, gelangt ein Zählauslösesignal über die Leitung 50 an die Steuerlogik 53, die in der folgenden Weise arbeitet. In der Datenausgabeeinrichtung 16 ist der Messwertzähler 28 gelöscht worden und befindet sich in seiner Nullstellung. Der Zähler wird eingeschaltet, sobald die Peak-Erkennungsschaltung 48 den Beginn eines Peaks feststellt und über die Steuerlogik 53 einwirkt.
Die Steuerlogik 53 gibt über eine Leitung 136 eine Ausgangsspannung an ein Eingangstor 28a des Zählers 28 ab und versetzt dadurch den Zähler in die Lage, über die Leitung 27 ankommende Impulse zu zählen. Gleichzeitig sperrt das auf der Leitung 49 erscheinende Sperrsignal den Betrieb des Servotreibers 31 und des Servomotors 32, um die Rückführspannung der Leitung 34 zu entfernen, so dass der Spannungs-Frequenz-Umsetzer 26 entlastet wird und über seinen ganzen dynamischen Bereich arbeiten kann, um dem Messwertzähler 28 Impulse zuzuführen. Hierbei stellt jeder Eingangsimpuls des Messwertzählers 28 ein gleich grosses Inkrement der Spannungszeitfläche der an den Eingang des Umsetzers 26 gelegten Spannungskurve dar.
Der Messwertzähler 28 speichert die Impulse so lange, wie der Peak-Detektor 48 das Zählauslösesignal auf der zur Steuerlogik 53 führenden Leitung 50 aufrechterhält. Wenn der Peak-Detektor 48 die Rückkehr der Signalkurve zum Wert der Nullinie, d. h. die Neigung null der Signalkurve, feststellt, entfernt sie das Zählauslösesignal von der Steuerlogik 53, die dadurch den Zählvorgang im Messwertzähler 28 unterbricht. Der Zähler 28 hält dann ein beliebiges, während der Anwesenheit des Peaks gespeichertes Zählergebnis fest.
Eine Leitung 55 führt Signale, welche bei Beendigung des Zählvorganges im Zähler 28 den Zählerstand des Zählers über eine Leitung 59 auf einen vorgängig geleerten Pufferspeicher 57 übertragen. Die Leitung 55 legt ein Signal an den Zähler 28, um diesen zu leeren und in die Nullstellung für einen unmittelbar nachfolgenden Peak zurückzubringen, so dass der Zählvorgang weiter vor sich gehen kann, während der gezählte Messwert der Zeitfläche des vorgängigen Peaks ausgedruckt wird. Der Pufferspeicher 57 überträgt die Messwerte, die vorzugsweise in binärdezimaler Form codiert sind, über eine Leitung 61 an einen Binär-Dezimal-Umsetzer 60.
Der Umsetzer 60 übergibt die Messwerte in dezimaler Form einem Solenoid-Treiber 62, der einen Drucker 63 betätigt. Der Drucker 63 weist mehrere Solenoide auf, welche im Drucker 63 zum Anschlagen der üblichen 10 Tasten angeordnet sind, um die vom Messwertzähler 28 gelieferte totale Spannungszeitfläche eines Peaks auf einem Papierstreifen zu drucken.
Der Messwertzähler 28 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er Messwerte speichern kann, die durch eine Mehrzahl von Dekaden dargestellt werden, um eine aus bis zu einer Trillion Einheiten bestehende Peak-Zeitfläche zu erhalten. Der mit einem derartigen, sechs Dekaden aufweisenden Zähler 28 zusammenarbeitende Pufferspeicher 57 weist zur Speicherung der in binärdezimaler Form vorliegenden Information die gleiche Anzahl Dekaden auf. Der Drucker 63, der eine Ziffer auf einmal aufnimmt, erhält die Information vom Speicher 57 mittels eines Abtasters 64, der Ausgangssignale an eine mit dem Speicher 57 verbundene Leitung 65 abgibt, um eine einstellige Zahl jeder Dekade auf den Speicher 57 zu übertragen.
Der Abtaster 64 sendet eine Folge von Impulsen an den Speicher 57, wobei die Impulse die im Speicher 57 in binär codierter Dezimalform vorliegenden Zahlen auf die Solenoid-Treiber 62 in der Reihenfolge von der grössten Zahl zu der die Einheiten darstellenden Zahl übertragen. Jede der Zahlen wird der Reihe nach vom betreffenden Solenoid Treiber 62 empfangen, der das entsprechende Solenoid zum Anschlagen einer der zehn Tasten des Druckers 63 betätigt. Auf diese Weise wird eine mehrziffrige Zahl beliebiger Länge vom Messwertzähler 28 auf den Drucker 63 übertragen.
Eine Leitung 67 ist an die Steuerlogik 53 angeschlossen und führt zu einem Peak-Nummernzähler 68, der jedem in der Signalkurve erscheinenden Peak, dessen totale Spannungszeitfläche im Messwertzähler 28 totalisiert wird, eine Erkennungsnummer zuordnet. Der Peak-Nummernzähler 68 besteht beispielsweise aus einer einzigen Zähldekade, welcher ein dem Ausgangssignal des Peak-Detektors 48 verwandtes Signal zugeführt ist und welche demnach jeden Peak ungeachtet seiner Grösse und seiner Form zählt. Der Peak-Zähler 68 ist über eine Leitung 69 mit dem Dezimal-Umsetzer 60 verbunden. Die Peak-Nummer wird ebenfalls vom Wandler 60 zur Betätigung des Solenoid-Treibers 62 in die Dezimalform übergeführt, um die Erkennungsnummer neben der die Peak-Zeitfläche darstellenden Totalzahl durch den Drucker 63 auszudrucken.
Die beschriebene Zählvorrichtung ist jedoch nicht auf die Zählung von zehn oder weniger Peaks durch den Zähler 68 beschränkt. Vielmehr kann zugelassen werden, dass der Zähler 68 zur Identifizierung der Peaks ohne Halt durch eine Dekade hindurchzählt, wobei, falls erwünscht, der vom Drucker 63 gedruckten Peak-Identifizierungszahl eine Zehnerziffer hinzugefügt werden kann.
Die Steuerlogik 53 ist während ihres vom Zähl Auslösesignal des Peak-Detektors 48 abhängigen Betriebs von weiteren Eingangssignalen beaufschlagt, die zur Auswertung und Behandlung von Peaks der Signalkurve vorgesehen sind, deren Form von der Gauss-Verteilung abweicht. Beispielsweise wird eine der in Fig. 9 dargestellten Kurve ähnliche Spannungskurve durch die Funktion einer Schaltungsanordnung 72 für positive Einbuchtungen aufgeteilt. Eine derartige Kurvenform tritt im allgemeinen dann auf, wenn einem grossen Peak ein kleinerer Peak vorangeht, wobei die beiden Peaks so nahe beieinanderliegen, dass der Momentanwert der Spannungskurve zwischen den Peaks eine positive Neigung und die Neigung null aufweist.
Die Peak-Erken nungsmittel, welche nacheinander eine Neigung null, eine positive Neigung, eine Neigung null, eine negative Neigung und wieder eine Neigung null erkennen, scheiden die dazwischen auftretende, zusätzliche Neigung null (Einbuchtung), welcher eine zusätzliche positive Neigung folgt, aus und behandeln die in den Fig. 9 und 10 dargestellte Spannungskurvenform als einen einzigen Peak und betätigen den Messwertzähler 28 so, dass eine einzige Zeitfläche erhalten wird. Die Schaltungsanordnung 72 für positive Einbuchtungen erkennt jedoch zwei aufeinanderfolgende, durch einen Abschnitt mit der Neigung null unterbrochene positive Neigungen und betätigt die Steuerlogik 53 derart, dass die Signalkurve in zwei Flächen aufgeteilt wird.
Dies wird dadurch erreicht, dass der Messwertzähler 28 im entsprechenden Zeitpunkt geleert wird, die Information in den Speicher 57 übertragen wird und der Messwertzähler 28 wieder auf null gestellt wird. Der Messwertzähler 28 setzt hierauf die Speicherung der Totalfläche des grösseren Teils des Peaks fort, und zwar gleichzeitig mit einer Übertragung des Messwertes des kleineren, vorangegangenen Peaks vom Speicher 57 zum Drucker 63. Diese Übertragung erfolgt in der vorgängig beschriebenen Weise, wobei der Drukker 63 die Zeitfläche des zuvorderst gelegenen Peaks zusammen mit einer vom Peak-Zähler 68 zugeordneten Peak-Nummer ausdruckt.
Der zweite Peak der in den Fig. 9 und 10 dargestellten Signalkurve wird in der eingangs beschriebenen Weise behandelt, wobei der Zählvorgang im Messwertzähler 28 am Ende des zweiten Peaks dadurch angehalten wird, dass der Peak 48 das Zähl-Auslösesignal, das in der beschriebenen Weise über die Steuerlogik 53 auf den Eingang des Messwertzählers 28 wirkt, löscht. In den Fig. 9 und 10 sind der Zeitpunkt des Beginns des Zählvorganges mit S und derjenige des Ausdruckens mit P bezeichnet. Fig. 9 stellt den Zeitpunkt dieser Vorgänge bei eingeschalteter und Fig. 10 bei ausgeschalteter oder fehlender Schaltungsanordnung 72 für positive Einbuchtungen dar.
Bei Gelegenheit erscheint am Ausgang des Aminosäure-Analysators 10 eine Signalform, welche nach der logarithmischen Umwandlung dem in den Fig. 11 und 12 dargestellten Peak gleicht. Ein derartiges, aus den Figuren ersichtliches, ausgedehntes und dem Anfang des Peaks vorangehendes Plateau kann beispielsweise auftreten, wenn die Farbabsorption des an der Photozelle des Analysators 10 vorbeiströmenden Mediums erhöht wird und anschliessend erhöht bleibt, ohne mit der Anzeige einer unbekannten Aminosäure in Beziehung zu stehen. Die Differenziermittel, nämlich der Kondensator 36 und der Widerstand 37, reagieren auf den positiven Anstieg des Plateaus und erzeugen ein Zähl-Auslösesignal in der Peak-Erkennungsschaltung 48. Ein Plateau-Zeitmesser 74 ist zum Zusammenwirken mit der Steuerlogik 53 vorgesehen.
Der Plateau-Zeitmesser 74 misst die zeitliche Länge der das Plateau anzeigenden Nullneigung, um den Messwertzähler 28 auf Null zu setzen, ohne dass die Information hierbei durch den Drucker 63 ausgedruckt wird. Dieser Vorgang entfernt die Zeitfläche des Plateaus vor der totalen, im Zähler 28 registrierten Zeitfläche und bewirkt demnach, dass nur die Zeitfläche des in Fig. 11 dargestellten Peaks allein integriert wird. Anderseits kann der Plateau-Zeitmesser 74 ausgeschaltet werden, falls die ganze Kurvenzeitfläche, wie in Fig. 12 dargestellt, integriert werden soll. In den Fig. 11 und 12 bedeuten S wiederum den Beginn des Zählvorganges und P den Zeitpunkt des Ausdruckens, während der Zeitpunkt, in welchem der Zähler 28 auf Null gesetzt, d. h. gelöscht wird, mit R bezeichnet ist.
Die Leitung 27 verbindet den Spannungs-Frequenz Umsetzer 26 mit einem Schwellenwertdetektor 75, der in Abhängigkeit der Impulsfolgefrequenz des Wandlers 26 arbeitet und dazu vorgesehen ist festzustellen, ob der Signalpegel zum Wert der Nullinie zurückkehrt, der durch eine Impulsfrequenz von etwa 3 bis 4 Impulsen pro Sekunde dargestellt wird. Der Schwellenwertdetektor 75 ist auf einem etwas höheren als der Nullinie entsprechenden Wert der Impulsfrequenz eingestellt, um Peaks abgrenzen zu können, deren Signalverlauf etwa den in den Fig. 13 und 14 dargestellten Signalkurven entspricht. Solche Peaks können dann auftreten, wenn ein kleiner Peak unmittelbar nach einem grösseren Peak erscheint. Dies hat zur Folge, dass auf der Rückseite der Signalkurve eine Stelle mit Nullneigung vorliegt, wobei die Rückseite durch keine positive Neigung unterbrochen ist.
Der dargestellte Verlauf zeigt zwei ineinanderlaufende Peaks; der Schwellenwertdetektor ist jedoch, wie nachstehend erläutert, ein geeignetes Mittel, um für die beiden Peaks zwei getrennte Zeitflächen zu erhalten. Wie bereits beschrieben, liefert der Peak-Detektor 48 ein Ausgangssignal, welches beim Übergang der negativen Neigung der Signalkurve zur Nullneigung das Zähl-Auslösesignal löscht. Die Funktion der Steuerlogik 53 wird jedoch durch die Einwirkung des Schwellenwertdetektors 75 ergänzt und erstreckt, wenn die Si gnalkurve nacheinander eine negative Neigung, eine Nullneigung und wieder eine negative Neigung aufweist.
Der Schwellenwertdetektor 75 betätigt sofort die Steuerlogik 53, um den Messwertzähler 28 in Betrieb zu setzen. Der Zählerstand des Zählers 28 wird in den Speicher 57 übertragen, und der Zähler 28 wird sofort geleert, damit er ohne Verzug zur Speicherung des Zähltotals des zweiten, kleineren Peaks bereit ist. Die totalen Zeitflächen beider Peaks werden in der vorgängig beschriebenen Weise vom Messwertzähler 28 auf den Drukker 63 übertragen. In den Fig. 13 und 14 sind die Zeitpunkte des Zählbeginns wie bisher mit S und diejenigen des Ausdruckens mit P bezeichnet, während der Schwellenwert des Schwellenwertdetektors 75 in Fig. 13 mit T bezeichnet ist. Fig. 13 zeigt die genannten Zeitpunkte bei eingeschaltetem und Fig. 14 bei ausgeschaltetem oder fehlendem Schwellenwertdetektor 75.
Schliesslich ist im Blockschaltschema der Fig. 1 ein Minimal-Zeitmesser 76 dargestellt, der eine minimale Impulsbreite der Peaks bestimmt und der über die Steuerlogik 53 wirkt, um das Ausdrucken der totalen Zeitfläche von Peaks zu verhindern, die äusserst schmal sind und die keine Analyse-Information darstellen können. Der Peak-Detektor 48 arbeitet in der vorgängig beschriebenen Weise, um den Beginn eines sehr schmalen Peaks festzustellen und dem Messwertzähler 28 über die Steuerlogik 53 ein Zähl-Auslösesignal zuzuführen und den in den Fig. 15 und 16 mit S bezeichneten Zählvorgang auszulösen. Wenn die Breite des Peaks unterhalb dem im Minimal-Zeitmesser 76 eingestellten Minimum liegt, wird der vom Zähler 28 übertragene und entfernte Messwert nicht ausgedruckt.
Dadurch wird vermieden, dass gemessene totale Zeitflächen solchen Peaks zugeordnet werden, von welchen man annehmen kann, dass sie Störsignale und keine Analyse-Information darstellen. Dies ist besonders vorteilhaft zur Vermeidung der Registrierung von Zeitflächen ausserordentlich gro sser Störungsstösse, die so gross sind, dass die automatische Korrekturschaltung 12 für die Korrektur einer Nullliniendrift solche Störungsstösse als Analyse-Information behandelt. In den Fig. 15 und 16 sind die Zeitpunkte des Beginns des Zählvorgangs mit S, der Rückstellung des Messwertzählers auf Null mit R und des Ausdruckens mit P bezeichnet, wobei Fig. 15 diese Zeitpunkte bei eingeschaltetem und Fig. 16 bei ausgeschaltetem oder fehlendem Minimal-Zeitmesser 76 zeigt. Wie ersichtlich, tritt im erstgenannten Fall kein Ausdrucken ein.
Jede der dargestellten Einrichtungen 72, 74, 75 und 76 wirkt auf die Funktionsweise der beschriebenen logischen Steuereinrichtung 15 ein, die dadurch zahlreichen Formen von Signalkurven angepasst ist, welchen bei mannigfaltigen Spannungsquellen begegnet wird. Verschiedene Chromatographen erzeugen Spannungssignale, die sich über einen weiten Bereich der Amplituden und der Form des zeitlichen Verlaufs erstrecken. Eine optimale Funktionsweise der beschriebenen Integriereinrichtung kann dann durch geringfügiges Nachstellen der beschriebenen, einstellbaren Mittel der logischen Steuereinrichtung 15 erzielt werden.
Es ist ohne weiteres einzusehen, dass die in Fig. 1 schematisch in Blockform dargestellten Schaltungsanordnungen ohne Schwierigkeit realisiert und aufgebaut werden können. Zudem ist der die automatische Driftkorrekturschaltung 12 zur Vermeidung einer Nulliniendrift enthaltende Schaltungsteil des Blockschaltbildes im USA-Patent Nr. 3 359 410 beschrieben. Bezüglich der restlichen Schaltungselemente werden nachstehend der Umsetzer 13, die Steuereinrichtung 15 und die Datenausgabeeinrichtung 16 näher erläutert.
In Fig. 2 ist das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des logarithmischen Umsetzers 13 der Fig. 1 dargestellt, dessen Ausgangsspannung mit der Eingangsspannung gemäss den in Fig. 3 dargestellten Kurven in Beziehung steht. Hierbei sind in Fig. 3 auf der Abszisse die Eingangsspannung und auf der Ordinate die Ausgangsspannungen des Umsetzers 13 aufgetragen. In Fig. 2 wird das verstärkte Ausgangssignal des Aminosäure-Analysators 10 (Fig. 1) über die Leitung 22 an den Eingang eines Transistors 80 geführt, dessen Kollektor 80c an einen Lastwiderstand 81 angeschlossen ist, der seinerseits an eine Leitung 82 einer positiven Speisespannung B + angeschlossen ist.
Der Transistor 80 weist zwei Emitterwiderstände 83 und 84 auf, die einen Spannungsteiler bilden, wobei der Widerstand 83 an eine Masseleitung 85 und der Widerstand 84 an eine eine negative Speisespannung führende Leitung 86 angeschlossen ist. Der Kollektor 80c des Transistors 80 ist über die in Reihe angeordneten Widerstände 87, 88 und 89 mit der negativen Speisespannungsleitung 86 verbunden, wobei der Widerstand 88 einen Abgriff 88a aufweist, an welchem eine einstellbare Ausgangsspannung des Transistors 80 abgenommen werden kann. Der Abgriff 88a ist mit der Leitung 23 verbunden, welche gemäss Fig. 1 zum Verstärker 24 und den nachgeschalteten Anordnungen zum Feststellen der Neigung der Signalkurve führt.
An den einstellbaren Abgriff 88a sind ferner zwei Dioden 90 und 91 angeschlossen, die in Reihe angeordnet sind und über einen Widerstand 92 mit der Masseleitung 85 verbunden sind. Diese Dioden bilden eine dynamische Belastung, wenn das Ausgangssignal am Abgriff 88a genügend über das Massepotential ansteigt.
Die Eingangsleitung 22 liefert ein Eingangssignal, das als Grund-oder Nullwert eine positive Spannung aufweist, so dass die Ruhespannung an der Basis des Transistors 80 diesen im leitenden Zustand festhält. Signalschwankungen in Form von Peaks, welche im Analysator 10 (Fig. 1) unbekannte Aminosäuren anzeigen, verlaufen vom Ruhewert der Spannung aus in negativer Richtung gegen den Wert null zu. Wenn sich die Signalspannung dem Wert null nähert, gelangt der npn Transistor 80 in sein Cutoff-Gebiet, wodurch der Kollektorstrom und der resultierende Spannungsabfall am Widerstand 81 sinken und die Spannung am Kollektor 80c ansteigt.
Während das untere Ende der die Widerstände 87, 88 und 89 enthaltenden Serieimpedanz an eine von der Leitung 86 gelieferte, feste Spannung angeschlossen ist, wird die Spannungsänderung des oberen Endes proportional am Abgriff 88a abgenommen und als Ausgangsspannung für die Leitung 23 verwendet. Der Abgriff 88a wird so eingestellt, dass eine Ruhespannung vom Wert null erhalten wird, wenn die Eingangsspannung maximal ist, da ja die in positiver Richtung maximale Eingangsspannung das Grund- oder Nullwertsignal des Analysators 10 darstellt.
Der Transistor 80 bewirkt eine Verstärkung kleiner Spannungsabweichungen des Eingangssignals vom Grundwert und bezweckt eine Dehnung der Spannungsschwankungen, um den Beginn eines vom Grundwert ausgehenden Peaks zu erkennen und anzuzeigen. Wenn jedoch die Spannung des Eingangssignals gross ist, soll die Verstärkung herabgesetzt werden. Dies wird durch die Dioden 90 und 91 erreicht, die einen Strom in ihrer Vorwärtsrichtung über den Widerstand 92 zur Masse leiten, sobald die Spannung am Abgriff 88a genügend gross wird. Die Dioden 90, 91 legen also parallel zu den Ausgangswiderständen des Transistors 80 einen nichtlinearen Widerstand, um den in Fig. 3 gestrichelt dargestellten, konvexen Spannungsverlauf zu erhalten.
Dies bewirkt ein Zusammendrücken der grosse Spannungsschwankungen darstellenden Peaks, die den nachfolgenden, auf die Neigung der Peak-Kurven ansprechende Mittel und den Peak-Detektor 48 enthaltenden Schaltungsteilen zugeführt werden. Da der Ausgang des Peak-Detektor 48 nur eine Anzeige abgibt, ob ein Peak vorliegt oder fehlt, ist es zur Betätigung des Peak-Detektors 48 ohne Bedeutung, ob die Verstärkung grosser Signalsebwankungen linear oder nichtlinear ist. Grosse Signaischwankungen werden zusammengedrückt, um für kleine Schwankungen des Signals über die Grundspannung eine Vergrösserung zu erhalten, die eine Verbesserung der Triggergenauigkeit und -empfindlichkeit der Peak-Feststellmittel bewirkt.
Die weiteren in Fig. 2 dargestellten, transistorisierten Schaltungskreise erzeugen in der Leitung 25 ein Ausgangssignal, das mit dem Eingangssignal des Umsetzers 13 gemäss der in Fig. 3 ausgezogen dargestellten, konkaven Kurve in Beziehung steht. Diese Schaltungskreise verwenden eine Mehrzahl kleiner, geradliniger Approximationen, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die umgekehrt proportional dem Antilogarithmus des Eingangssignals ist. Tatsächlich ist die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung in der Lage, jede im wesentlichen konkave Transformation zu approximieren, selbst wenn Diskontinuitätsstellen vorliegen.
Die über die Leitung 22 herangeführte Eingangsspannung wird durch einen Transistor 94 verstärkt, der einen Kollektorwiderstand 93 und mehrere einstellbare, parallele Lastwiderstände aufweist, welche je einen Transistor, einen Belastungswiderstand und eine Diode enthalten. Wenn sich die Eingangsspannung des Transistors 94 über den gesamten, sich vom Grundwert bis zur maximalen Peak-Amplitude des Analysators erstreckenden Bereich verschiebt, werden die verschiedenen angeführten, geradlinigen Approximationen dadurch erzielt, dass jeder der parallelen Lastwiderstände hintereinander in den leitenden Zustand gebracht wird.
In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform sind neun derartige, parallele Lastkreise vorgesehen, welche jeweils ein Potentiometer 95-1... 95-9, einen Transistor 96-1 ... 96-9, einen Lastwiderstand 97-1... 97-9 und eine Diode 98-1... 98-9 enthalten.
Der Arbeitspunkt des Transistors 94 ist durch an den Transistor 94 angelegte Spannungen bestimmt, wobei diese Spannung auf einer unteren Grenze durch einen Widerstand 99 festgelegt ist, der von der negativen Speisespannung auf der Leitung 86 zu einer Zener-Diode 100 verbunden ist und über der mit Masse verbundenen Diode 100 einen konstanten Spannungsabfall aufrechterhält. Die an der Anode der Diode 100 liegende Spannung ist einem Spannungsteiler mit den Widerständen 101, 102 und 103 zugeführt, von welchen der letztere an Masse gelegt ist. Der Widerstand 102 ist einstellbar als Potentiometer ausgebildet und erlaubt es, eine einstellbare Basisspannung an einen Transistor 104 zu legen, dessen Kollektor mit Masse verbunden ist und dessen Emitter 104e über einen Widerstand 105 an der Zener-Diode 100 liegt.
Der Transistor 104 wird bezüglich seiner Stromleitung mittels des Potentiometers 102 eingestellt und liefert an seinem Emitter 104e eine Referenzspannung, welche über einen einstellbaren Emitterwiderstand 106 an den Transistor 94 gelegt ist. Dadurch wird eine einstellbare Referenzspannung für den Transistor 94 geschaffen, dessen Kollektorkreis das Ausgangssignal der logarithmischen Umsetzung für die Leitung 25 liefert.
Die Eingangsspannung, die über einen Widerstand 122 mit einem an Masse gelegten Kondensator 123 zugeführt ist, wird durch den Transistor 94 verstärkt. Der Transistor liefert im wesentlichen die Ausgangsspannung an seinen Kollektor, wobei ein Stromverstärker zwischen dem Transistor 94 und der Ausgangsleitung 25 angeordnet ist. Eine Nulleinstellung, die bewirkt, dass bei maximaler Eingangsspannung (Grundwert) keine Ausgangsspannung vorliegt, wird durch Einstellen der vorgängig beschriebenen Referenzschaltung mittels des Potentiometers 102 vorgenommen. Das Vorzeichen der vom Analysator 10 (Fig. 1) erzeugten Eingangsspannung wird durch den Transistor 94 umgekehrt, so dass der Grundwert mindestens angenähert den Wert null aufweist und die über dieser Nullinie erscheinenden Peaks positive Spannungsausschläge sind.
Der Strom der Ausgangsspannung wird durch einen Transistor 110 verstärkt, der mit dem Transistor 94 direkt gekoppelt ist.
Der Transistor 110 hat einen Kollektorwiderstand 111 und einen Emitterwiderstand 112, der an die durch die Zener-Diode 100 stabilisierte Spannung gelegt ist, um für den Emitter einen festen Spannungspunkt zu erhalten. Der Transistor 110 ist in Kollektorschaltung angeordnet und ist direkt mit einem weiteren, ebenfalls in Kollektorschaltung angeordneten Transistor 113 verbunden. Der Transistor 113 hat einen mit Masse verbundenen Kollektorwiderstand 114 und erhält eine positive Spannung für den Emitter über Widerstände 115, 116 und 117, die in Reihe zwischen der festen Spannung der Zener-Diode 100 und der Leitung 82 der positiven Speisespannung angeordnet sind. Die Ausgangsleitung 25 ist an die Verbindung der beiden Widerstände 115 und 116 angeschlossen, die als Spannungsteiler zur Abgabe einer entsprechenden Ausgangsspannung vorgesehen sind.
Die in Fig. 2 dargestellten, gruppenweise angeordneten Schaltungskreise mit je einem Potentiometer, einem Transistor, einem Widerstand und einer Diode, welche veränderliche Belastungen des Kollektors des Transistors 94 darstellen, sind mit den in Reihe angeordneten Potentiometern 95-1... 95-9 zwischen zwei Widerstände 118 und 119 gelegt, welche die Endpunkte des von den Potentiometern gebildeten Spannungsteilers festlegen und die an die Leitungen 82 und 85 angeschlossen sind. Die in Kaskade angeordneten Transistoren 96-1... 96-9 werden von einer an den Kollektor des Transistors 96-1 angeschlossenen Zener-Diode 120 mit einer Minimal-Spannung und von einem Widerstand 121 mit einer hohen Spannung versorgt.
Der Widerstand 121 ist an die positive Speisespannungsleitung 82 angeschlossen und versorgt den Transistor 96-9 mit einem Emitterstrom, während die Zener-Diode 120 an Masse liegt.
Im Betrieb wird die logarithmische Umsetzung des Umsetzers 13 dadurch gesteuert, dass verschiedene Spannungen zur Formung der in Fig. 3 mit einer ausgezogenen Linie dargestellten Kurve eingestellt werden. Für Transistoren mit hohem Verstärkungsgrad ist die Verstärkung überschlagsmässig gegeben durch das Verhältnis des effektiven Kollektorwiderstandes zum Emitterwiderstand, woraus ersichtlich ist, dass der einstellbare Emitterwiderstand 106 die Verstärkung des Kreises steuert. Die Verstärkung des Transistors 94 wird durch die Wirkung der im Kollektorkreis enthaltenen Schaltungsglieder verändert, wobei diese Schaltungsglieder in Abhängigkeit vom Eingangs signal und der resultierenden Kollektorspannung bei verschiedenen Spannungspunkten ein- bzw. ausgeschaltet werden.
Beispielsweise bewirkt die maximale Eingangsspannung, welche den Grundwert des Analysatorausganges darstellt, dass ein verhältnismässig grosser Strom durch den Kollektorkreis des Transistors 94 fliesst, so dass die Kollektorspannung auf einen ausreichend tiefen Wert absinkt, um einen Stromfluss in allen Dioden 98-1... 98-9 hervorzurufen.
Dadurch werden dem Kollektorwiderstand 93 zusätzliche Widerstände parallel geschaltet, so dass der effektive Kollektorwiderstand sehr klein ist. Der kleine effektive Kollektorwiderstand setzt die Verstärkung des Kreises mit dem Transistor 94 stark herab, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist, wo eine grosse Amplitude des Eingangssignals (Abszisse) eine kleine Amplitude des Ausgangssignals (Ordinate) erzeugt.
Umgekehrt ist eine minimale Eingangsspannung, insbesondere eine Eingangsspannung von 0 V, welche dem maximalen Anzeigewert des Analysators entspricht, bestrebt, den Stromfluss im Transistor 94 zu sperren. Dadurch wird die Kollektorspannung zur Spannung der Leitung 82 hin getrieben, wobei ein sehr geringer Kollektorstrom durch den Widerstand 93 fliesst. Die hohe Kollektorspannung sperrt jede der Dioden 98-1... 98-9, so dass der effektive Kollektorwiderstand erhöht wird und infolge des grösseren Verhältnisses des Kollektorwiderstandes zum Emitterwiderstand eine höhere Verstärkung erzielt wird. Dies ist ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich, indem für eine kleine Änderung der Eingangsspannung des Umsetzers 13 eine grosse Ausgangsspannung und demnach eine logarithmische Umsetzung erzielt wird.
Wenn die Kollektorspannung des Transistors 94 von ihrem höchsten Wert aus abnimmt, werden die Dioden 98 eine nach der andern entsperrt und in den leitenden Zustand gebracht, so dass sich der effektive Kollektorwiderstand stufenweise verringert und damit auch die Verstärkung stufenweise abnimmt. Der sich vom Widerstand 118 an erstreckende und die Potentiometer 95 enthaltende Spannungsteiler bewirkt die höchste Spannung an der Anode der Diode 98-9, so dass bei einer Abnahme der Kollektorspannung des Transistors 94 zuerst der Widerstand 97-9 parallel zum Kollektorwiderstand 93 geschaltet wird. Bei weiterer Abnahme der Kollektorspannung wiederholt sich dieser Vorgang für die Diode 98-9 und den Widerstand 97-8 und die nachfolgenden Dioden bzw.
Widerstände, wobei mit jedem Hinzuschalten eines Widerstandes zum Kollektorwiderstand 93 die Verstärkung des Transistors 94 entsprechend abnimmt. Die beschriebene Schaltungsanordnung erzeugt also eine aus geradlinigen Segmenten bestehende Approximation der in Fig. 3 als stetige Kurve dargestellten Funktion der Ausgangsspannung von der Eingangsspannung. Die geradlinigen Segmente können an ihren Endpunkten mittels der den Spannungsteiler bildenden Potentiometer 95-1... 95-9 eingestellt werden.
In Fig. 4 ist das Schaltungsschema eines Ausführungsbeispiels der logischen Steuereinrichtung 15 (Fig. 1) dargestellt. Um die Klarheit der nachfolgenden Erläuterungen zu erhöhen, enthält Fig. 4 auch die beiden in Fig. 1 blockmässig dargestellten Schmitt-Trigger 43 und 44 sowie den NOR-Gatter enthaltenden Peak-Detektor 48, der auf einer Leitung 124 ein Peak-Anzeigesignal für die logische Steuereinrichtung 15 erzeugt. Zusätzlich zu dem Peak-Anzeigesignal der Leitung 124 erzeugen die zusammenwirkenden Peak-Erkennungsmittel und die Schmitt-Trigger auf einer Leitung 125 ein Signal für eine negative Neigung der Signalkurve, auf einer Leitung 126 ein Signal für eine positive Neigung und auf einer weiteren Leitung 127 ein Signal für eine nichtpositive Neigung.
Darüber hinaus ist ein manuell betätigbarer Rückstellschalter 130 vorgesehen, der einen einer logischen Eins entsprechenden Spannungspegel zur Betätigung logischer Elemente der Steuereinrichtung 15 erzeugt. Dieser Spannungspegel ist wegen der Verwendung von pnp-Transistoren eine negative Spannung unterhalb des Massepotentials, wobei das Massepotential das binäre Null -Niveau der logischen Schaltungseinrichtung darstellt.
Die logische Steuereinrichtung 15 weist zwei weitere Eingangsleitungen 129 und 280 auf, welche den Betrieb des Abtasters 64 (Fig. 1) anzeigende Ausgangssignale abgeben, sowie zwei mit den Leitungen 132 und 133 verbundene Eingänge, welche Leitungen gemäss Fig. 1 an den Drucker 63 angeschlossen sind und Druckbefehls- und Betriebssignale führen.
Die Ausgangssignale oder Ausgangspegel der logischen Steuereinrichtung 15 sind auf einer Leitung 136 geführt, welche ein Sperrsignal für den Messwertzähler abgibt, ferner auf einer Leitung 137, welche ein Sperrsignal für den Speicher abgibt, und auf einer Leitung 135, welche ein Rückstellsignal für den Messwertzähler abgibt. Ein weiterer Ausgang ist die Leitung 67 für den Peak-Zähler 68 (Fig. 1) und eine Leitung 138, die ein Sperrsignal für die Abtasteinrichtung führt, was im folgenden näher beschrieben wird.
Die in Fig. 4 dargestellte Schaltungsanordnung enthält zur Hauptsache NOR-Gatter, wobei der Peak-Detektor 48 NOR-Gatter 144 bis 148 und die Steuerlogik 53 NOR-Gatter 151 bis 169 enthält. Die NOR-Gatter der Steuerlogik sind mit dargestellten Verbindungen versehen, die Dioden 175 bis 181 und Kondensatoren 184 bis 187 enthalten. Die NOR-Gatter sprechen auf ihre Eingangssignale an, welche in bekannter Weise als logische Null oder 0 und als logische Eins oder L ausgebildet sind. Die logische Steuereinrichtung 15 spricht auf die verschiedenen Eingangssignale an und erzeugt Ausgangssignale zur Steuerung anderer Schaltungsteile der vorliegenden Integrationseinrichtung.
In Fig. 5 sind Einzelheiten der Datenausgabeeinrichtung 16 (Fig. 1) dargestellt. Unter Bezugnahme auf das Blockschema der Fig. 1 ist in Fig. 5 eine typische Dekade 200 dargestellt, von welcher eine im Peak-Zäh ler 68 und fünf bis sieben im Messwertzähler 28 vorgesehen sein können. Jede Dekade 200 des Messwertzählers 28 ist mit einer allgemein mit 210 bezeichneten Speichervorrichtung verbunden, um eine Dezimalziffer zu speichern. Der Dezimalwandler 60 für die Umwandlung von der binär codierten Dezimaldarstellung in die Dezimaldarstellung ist mit der Dezimalziffer-Speichervorrichtung 210 verbunden, welche den Speicher 57 und ebenfalls den Peak-Zähler 68, der keinen Speicher aufweist, da er während der Ausgabe der Messwerte keine Veränderung erfährt, umfasst.
Hierbei werden die Messwerte vom tetradischen Code (vier Binärstellen) in die konventionelle Dezimaldarstellung umgewandelt. Die verschiedenen Dezimaldarstellungen der Information werden auf die Solenoid-Treiber 62 zur Betätigung des Druckers 63 übertragen. Der Gesamtablauf der verschie denen Speicherdekaden 210 wird durch den Abtaster 64 gesteuert, wie dies im folgenden näher erläutert wird.
Die Dekade 200 enthält vier in Reihe angeordnete Flip-Flops 200-1, 200-2, 200-4, 200-8. Ein NOR-Gatter 200-9 besorgt eine Zwischenverbindung der Flip-Flops, um eine Zahlung bis zehn und einen anschliessenden neuen Umlauf zu erzielen. Das NOR-Gatter 200-9 wandelt das Vierstellen-Register in eine dezimale Zählvorrichtung um. Die Funktionsweise der Dekade 200 geht aus der schematischen Darstellung hervor, wobei Impulse an den Eingang des Flip-Flops 200-1 gelegt sind und bewirken, dass auf den vier Verbindungsleitungen mit dem Speicher 210 Ausgangssignale erscheinen.
Der Speicher 210 enthält bistabile Elemente 210-1, 210-2, 210-4 und 210-8, die aus zwei miteinander verriegelten NOR-Gattern bestehen und die mit den entsprechenden Registerelementen der Dekade 200 verbunden sind. Da die Dekade 200 während des Zählvorganges ihren Zählzustand zur Verarbeitung der ankommenden Impulse dauernd ändert und da nur der am Schluss vorliegende Zählzustand zur Übertragung in den Speicher 210 bestimmt ist, sind vier NOR-Gatter 210-5 zwischen den bistabilen Speicherelementen des Speichers 210 und den Registerelementen 200 vorgesehen, um die Übertragung der Information zu blockieren, wenn auf der Leitung 137 ein Sperrsignal auftritt.
Der Drukker 63 registriert eine Ziffer auf einmal, und zu diesem Zweck wird der Reihe nach nur eine Ziffer des Speichers 210 abgefragt, so dass die Ausgänge der Speicherelemente mittels einer Gruppe von Ausgangssperrgattern 210-9 gesteuert sind, die vorzugsweise als zwi- schen den bistabilen Speicherelementen und dem Dezimalumsetzer 60 angeordnete NOR-Gatter ausgebildet sind und von der Abtasteinrichtung 64 betätigt werden.
Der Dezimalwandler 60 ist mit allen Dekaden 210 des Speichers 57 und mit der Dekade des Peak-Zählers 68 verbunden, wobei alle Eingangsinformationen für den Umsetzer 60 an eine Mehrzahl von NOR-Gattern geführt sind. Jede der Speicherdekaden wird von der Abtasteinrichtung 64 gesteuert, um auf Befehl über die Ausgangssperrgatter 210-9 die vier Bits jeder Ziffer zu übertragen, die von einer Mehrzahl von NOR-Gattern empfangen werden, welche die binäre Darstellung des Signals bilden und auch jeden Bit invertieren. Diese NOR-Gatter sind mit 60-1, 60-2, 60-4, 60-8, 60-1, 60-2, 60-4 und 6ort8 bezeichnet.
Die die Eingangsinformation für den Dezimal-Umsetzer 60 darstellenden Signale werden von einer Verbindungsmatrix an eine Mehrzahl von NOR-Gattern 60-5 geleitet, die zur Durchführung der Dezimal-Umsetzung in entsprechender Weise mit der Matrix verbunden sind. Ein in Betracht gezogenes Dezimalziffer-Gatter 60-5, nämlich das dezimale Null-Gatter, wird dadurch betätigt, dass vier binäre Null an seinen Eingang gelegt werden, wobei diese Null zusammen den Ausgang auf Eins schalten. Alle Gatter müssen selbstverständlich das Ausgangssignal Null beibehalten, wenn irgendein Gatter unter Spannung gesetzt wird. Die Zahl Null wird von der binär codierten Dezimaldarstellung erhalten, wenn alle vier Bits null sind, was die Ausgänge der Gatter 60-1, 60-2, 60-4 und 60-8 auf Null bringen würde.
Das dezimale Null-Gatter 60-5 ist mit diesen vier Gattern durch die Matrix verbunden, um am dezimalen Null-Gaiter einen Eins -Ausgang zu erzeugen, während Null -Ausgänge an allen anderen Gattern 60-5 auf Grund der Tatsache erzielt werden, dass nur das dezimale Null-Gatter eine Eingangsinformation von den erwähnten vier Gattern erhält.
Der Solenoid-Treiber 62 enthält eine Gruppe von Stromverstärkern 62-A, die an die Dezimalziffergatter 60-5 angeschlossen sind und die einen durch eine entsprechende Gruppe von Solenoiden 62-5 fliessenden Strom erzeugen. Die Solenoide sind in Wirklichkeit an und über den zehn Tasten der im Drucker 63 vorgesehenen Additionsmaschine angebracht, wobei die elektrische Betätigung irgendeines der Solenoide die darunter befindliche Taste niederdrückt und eine entsprechende Ziffer aufdruckt.
Der Abtaster 64 enthält einen Multivibrator 64-1, der nach Entfernen des auf der Leitung 138 befindlichen Abtastsperrsignals in die Betriebslage gebracht wird und der eine Reihe von Impulsen für einen Zähler 64-2 erzeugt. Der an den Multivibrator 64-1 angeschlossene Zähler 64-2 ist ähnlich oder sogar identisch der für den Messwertzähler 28 dargestellten Dekade 200 ausgebildet. An den Zähler 64-2 ist direkt ein Umsetzer 64-3 angeschlossen, der auf die binär codierten Signale des Zählers 64-2 in ähnlicher Weise anspricht wie der in Fig. 5 ebenfalls dargestellte Dezimal-Umsetzer 60.
Der Umsetzer 64-3 weist eine Serienfolge von Ausgängen auf, deren Informationen nach Passieren eines Phasenumkehrgliedes in der Form eines NOR-Gatters 64-4 iiber eine Leitung 65 dem Speicher 57 zugeführt sind.
Jede der Serie-Ausgangsinformationen bewirkt eine zeitlich bemessene Übertragung einer binär codierten Dezimalziffer vom Speicher 57 oder einer anderen mit Gattern versehenen Messwertquelle, wenn die Messwerte durch den Abtaster 64 abgetastet werden. Die Kombination des Zählers 64-2 mit dem Umsetzer 64-3 kann zur Abtastung jede Zahl von Serie-Ausgängen liefern, beispielsweise zehn, wie in Fig. 5 dargestellt.
Der Neuner-Ausgang ist über eine Leitung 64-5 mit einem NOR-Gatter 64-6 verbunden, das mit einer Verriegelungsschaltung mit NOR-Gattern 64-7 und 64-8 zusammenarbeitet und auf der Leitung 132 ein Druckbefehlssignal erzeugt. An einen der Zwischenausgänge 1 bis 8 des Dezimal-Umsetzers 64-3 ist eine Leitung 134' angeschlossen. Im dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dies der Vierer-Ausgang; die Leitung 134' kann aber an irgendeinem anderen Ausgang mit Ausnahme des Null-Ausgangs und des Neuner-Ausgangs angeschlossen werden. Der dekadische Zähler 64-2 ist an den Dezimal-Umsetzer 64-3 ohne jedes zwischen den beiden angeordnete Sperrgatter oder dergleichen angeschlossen, so dass einer der Ausgänge des Dezimal-Umsetzers 64-3 kontinuierlich unter Spannung steht.
Im Ruhezustand verweilt deshalb der Dezimal Umsetzer 64-3 auf dem Null-Ausgang, so dass ein dauernder Pegel erzeugt und zur Anzeige, dass der Abtaster 64 nicht im Betrieb ist, über die Leitung 129 an die Steuereinrichtung 15 abgegeben wird.
Fig. 6, 7 und 8 zeigen typische logische Schaltungselemente, die keiner näheren Erläuterung bedürfen. In Fig. 6 ist ein typisches NOR-Gatter als Schaltungsanordnung und als Symbol dargestellt, während in entsprechender Weise in Fig. 7 ein Solenoid-Treiber und in Fig. 8 ein bistabiler Flip-Flop dargestellt sind. Mit +V bzw. -V sind jeweils die Speisespannungen, mit I die Eingänge, mit 0 die Ausgänge und in Fig. 8 mit IR ein Rückstell- oder Reset-Eingang bezeichnet.
Die Funktionsweise der beschriebenen Integriereinrichtung ist die folgende:
Als erstes Beispiel sei eine Signalkurvenform betrachtet, die gemäss einer Gaussschen Verteilung oder auch in anderer Weise verläuft, die aber, wie in den Fig. 15 und 16 dargestellt, nur einen einzigen Peak aufweist, der zudem breiter ist als ein Störsignal oder ein anderes falsches Signal. Der logarithmische Wandler 13 arbeitet in der beschriebenen Weise und gibt an die Leitung 23 ein vergrössertes Signal ab, das es der nachfolgenden Schaltungsanordnung zum Feststellen der Neigung der Signalkurve erlaubt, den Beginn und das Ende des Peaks mit grösserer Genauigkeit zu bestimmen. Der Peak-Detektor 48 erhält Ausgangssignale der Schmitt Trigger 43 und 44 zur Erzeugung eines entsprechenden Anzeigesignals.
Dieses Peak-Signal wird an die Steuerlogik 53 übertragen, welche den restlichen Teil der Integriereinrichtung steuert und dafür sorgt, dass vom Spannungs-Frequenz-Umsetzer 26 abgegebene Impulse gezählt werden. Es sei daran erinnert, dass jeder der vom Umsetzer 26 abgegebenen Impulse eine Flächeneinheit der Zeitfläche des Peaks in der Signalkurve darstellt und dass die im Messwertzähler 28 festgehaltene Zahl aller Impulse proportional der Peak-Zeitfläche im Signal ist, wie es nach logarithmischer Umwandlung durch den Umsetzer 13 auf Grund der Wirkung des Anregungsmittels auf den Aminosäure-Analysator 10 vorliegt. Gemäss Fig. 4 ist an den Peak-Detektor 48 die logische Steuereinrichtung 15 angeschlossen.
Die Schmitt-Trigger 43 und 44 geben Signale an die Steuerlogik 53 und den Peak-Detektor 48 ab, wobei diese Signale binäre Null oder Eins -Pegel sind.
Der Ausgangszustand der Steuerlogik 53 wird durch Betätigen des Schalters 130 erzielt, welcher die von Hand betätigbare Rückstellung darstellt, die ein binäres Eins -Signal über die Diode 177 durchschaltet. Wie vorgängig beschrieben, ist ein binäres Eins -Signal eine negative Spannung, während ein binäres Null -Signal eine Spannung von angenähert null Volt aufweist. Das Rückstellen der Einrichtung mittels des Schalters 130 erzeugt ein binäres Null -Signal an den Ausgangsklemmen der Gatter 155, 158, 160, 162, 165, 147 und 152. In der durch die Rückstellung bewirkten Ausgangslage liegt ferner ein binäres Eins -Signal an den Aus gangsklemmen der Gatter 151, 154, 157, 159 und 161 vor.
Da der Grundwert oder die Nullinie keine Neigung aufweist, erzeugt der Schmitt-Trigger 43 für positive Neigung auf der Leitung 127 ein binäres Eins -Signal, das eine nichtpositive Neigung anzeigt und den Ausgang des Gatters 153 auf Null bringt. Das Loslassen des manuellen Rückstellschalters 130 legt ein binäres Null Signal auf die Rückstelleitungen. Dieses Signal ändert den Zustand keiner der genannten Schaltungselemente mit Ausnahme der Gatter 162 und 163. Ein Null Signal am Eingang des Gatters 162 bewirkt ein Null Signal am Ausgang des Gatters 164 und ebenfalls auf der Leitung 135, der Ausgangsleitung des Gatters 163.
Das Signal der Leitung 135 ist das Rückstellsignal für den Messwertzähler und wird von der Leitung 135, wie in Fig. 5 dargestellt, an die bistabilen Speicherelemente 200-1, 200-2, 200-4 und 200-8 der typischen Dekade 200 geführt. Natürlich wird das Signal der Leitung 135 allen Dekaden des Messwertzählers 28 zugeführt, wobei die Entfernung des Rückstellsignals den Zähler 28 in den Bereitschaftszustand zur Aufnahme und Summierung von Impulsen bringt.
Der Beginn eines Peaks erzeugt ein binäres Eins Signal auf den Leitungen 124 und 126 und legt ein binäres Null -Signal auf die Leitung 127. Diese Ände- rungen sind das Resultat der Vorgänge in den Schmitt Triggern und dem Peak-Detektor 48. Die Leitung 126, die nur eine von drei Eingangsleitungen des Plateau Zeitmessers 74 ist, hindert den Plateau-Zeitmesser 74 weiterhin daran, in Funktion zu treten.
Am Ausgang des Gatters 151 erscheint ein Null -Signal (oder das Masse Potential), welches durch die Leitung 136 als Sperrsignal für den Eingang des Messwertzählers 28 geliefert und dem Gatter 28a, einem NOR-Gatter, zugeführt wird, dessen Ausgang zufolge des Null -Eingangssi- gnals der Leitung 136 in Verbindung mit den vom Umsetzer 26 abgegebenen Impulsen gebracht ist, so dass also der Zähler 28 entsperrt ist. Die übrigen beim Beginn eines Peaks auftretenden Eingangssignale bewirken eine Umkehr der Gatter 152, 153 und 155.
Wenn die Kurvenform des Peaks, der etwa gemäss den Fig. 15 und 16 verläuft, den Maximalwert erreicht, wird die Neigung null, und die folgenden änderungen treten auf. Das Signal für positive Neigung, das auf der Leitung 126 liegt, wird ein binäres Null -Signal. Dadurch werden alle Eingangssignale des Plateau-Zeitmessers 74 zu Null -Signalen, so dass der Plateau-Zeitmesser ausgelöst wird. Zudem wird das nichtpositive Signal der Leitung 127 ein Eins -Signal, das momentan den Kondensator 184 auflädt und momentan eines der beiden Eingangssignale des sein Ausgangssignal beibehaltenden Gatters 152 umkehrt.
Gemäss Voraussetzung weist die in Fig. 15 dargestellte Signalkurve kein Plateau auf und ist ausreichend breit, um den im Minimal-Zeitmesser 76 für die Impulsbreite eingestellten Normwert zu erreichen. Daher wird die Neigung der Signalkurve negativ, bevor der Plateau-Zeitmesser 74 das Ende seiner Funktionsperiode erreicht. Ein auf der Leitung 125 für negative Neigung befindliches Signal stellt den Plateau-Zeitmesser 74 zurück und hält ihn in diesem Zustand fest.
Da vorausgesetzt ist, dass die Peak-Breite grösser ist als die im Peak-Zeitmesser 76 eingestellte Zeit, vollendet der Zeitmesser 76 seine Funktionsperiode und kehrt den Zustand des Gatters 165 um, betätigt jedoch nicht das Gatter 166.
In der angenommenen Signalkurve führt die negative Neigung den Momentanwert relativ zum Wert der Null Linie, die eine Nullneigung aufweist. Am Ende des Peaks kehren die Signale der Leitungen 124 und 125 um und werden binäre Null -Signale. Ein Null Signal am Eingang des Gatters 166 bewirkt ein Eins Signal an dessen Ausgang. Die Gatter 165 und 167 werden von dieser Änderung nicht berührt. Das Ende des Peaks auf der Leitung 124 legt ein logisches Eins Signal auf die Leitung 136, welches Signal zu dem in Fig. 1 dargestellten NOR-Gatter 28a gelangt und dort ein andauerndes Null -Eingangssignal für den Zähler 28 schafft, so dass die Zählung von Impulsen, die mit dem Grundwert verbunden sind und keine Folge der Chromatographenanalyse sind, blockiert ist.
Die in Reihe miteinander verbundenen Gatter 151, 152, 156 und 161 werden alle betätigt und weisen dann ein umgekehrtes Ausgangssignal auf. Das Null -Ausgangssignal des Gatters 161 wird über die Leitung 137 den in Fig. 5 dargestellten Eingangssperrgattern 210-5 des Speichers zugeführt, wobei ein Null -Eingangssignal an den NOR-Gattern 210-5 diesen Gattern ermöglicht, logische Signale der Dekade 200 aufzunehmen und an die bistabilen Speicherelemente der typischen, binär codierten Dezimal-Speichervorrichtung 210 zu übertragen. Das Umschalten des Gatters 156 auf einen binären Eins Ausgang betätigt das Gatter 157 und erzeugt auf der Leitung 67 ein Null -Signal, das den an die Leitung 67 angeschlossenen, in Fig. 1 dargestellten Peak-Nummernzähler 68 um einen Schritt fortschaltet.
Das Gatter 158 verriegelt das Gatter 157 und hält damit das Null > - Signal der Leitung 67 fest. Da die erwähnten Umschaltoperationen am Ende eines Peaks erfolgen, ist es zweckmässig und zeitrichtig, Operationen zum Übertrag der Messwerte in die Datenausgabeeinrichtung 16 einzuschlie ssen. Diese Operationen werden durch das Ausgangssignal des Gatters 157, ein binäres Null -Signal am Eingang des Gatters 158 ausgelöst, welch letzteres ein binäres Eins -Signal an das Gatter 159 abgibt. Das Ausgangssignal des Gatters 159 ist ein binäres Null > - Signal, das an die Leitung 138 abgegeben wird, welche normalerweise die Betätigung des Abtasters 64 sperrt.
Das Null -Ausgangssigna1 des Gatters 159 wird durch das Gatter 160 festgehalten, das mit drei Eingängen versehen ist, die alle binäre Null > -Signale aufweisen, um andauernd das Sperrsignal von der Leitung 138 fernzuhalten. Das Ausgangssignal des Gatters 161, das auf ein Null -Signal wechselt, ist über die Leitung 137 an den Sperreingang des Speichers 57 geführt und erlaubt es, dass der Speicher den Zustand des Zählers 200 übernimmt.
Wenn das Ausgangssignal des Gatters 160 ein binäres Eins -Signal wird, über die Leitung 134 an das Gatter 156 übertragen wird und dessen Ausgangssignal in ein binäres Null -Signal umwandelt, wird das Ausgangssignal des Gatters 161 ein binäres Eins -Signal, welches das Sperr-Eingangssignal des Speichers 57 wiederherstellt. Dieses Signal ist über den Kondensator 185 wirksam und erzeugt ein kurzes binäres Eins -Signal-am Eingang des Gatters 162 bzw. ein Null > -Ausgangssignal an diesem Gatter.
Das Gatter 163 kehrt das Signal des Gatters 162 um und erzeugt auf der Leitung 135 einen Impuls, der die bistabilen Registerelemente der in Fig. 5 dargestellten Dekade 200 zurückstellt und dadurch den Messwertzähler 28 zur Vorbereitung auf eine nachfolgende Zähloperation auf Null stellt.
Wie oben erwähnt wurde, wird auf der Leitung 138 das Sperrsignal für den Abtaster entfernt, um einen Betrieb des Multivibrators 64-1 zu ermöglichen. Der Multivibrator 64-1 beginnt, Impulse zu erzeugen, die von der Dekade 64-2 gezählt werden. Der momentane Zählstand der Dekade 64-2 wird auf den zehn Ausgängen des Dezimal-Umsetzers 64-3 erzeugt. Das Ausgangssignal an jedem Anschluss des Dezimal-Umsetzers 64-3 wird von einem NOR-Gatter (typisch dargestellt durch das Gatter 64-4) umgekehrt, wobei jedem Anschluss ein Gatter zugeordnet ist. Das umgekehrte Signal wird über die Leitung 65 dem Ausgangssperrgatter 210-9 zugeführt, das jeder Dekade 210 des Speichers 57 zugeordnet ist.
Es ist erwünscht, dass normalerweise der Betrieb aller Dekaden des Speichers gesperrt ist, was dadurch erreicht wird, dass ein binäres Eins -Signal über die Leitung 65 an die Sperrgatter 210-9 gelegt wird, wobei dieses Eins -Signal an allen Gattern ein Null -Ausgangssi- gnal bewirkt. Der Abtaster 64 legt ein binäres Null > - Signal an alle zehn Ausgänge des Dezimal-Umsetzers 64-3, wobei diese Ausgangssignale durch die NOR-Gatter 64-4 umgekehrt und über Leitungen 65 an alle Dekaden geführt werden. Die Abtastung wird durch aufeinanderfolgendes Entsperren der Gatter 210-9 von Dekade zu Dekade erreicht.
Die durch Entfernen des Abtastsperrsignals der Leitung 138 bewirkte Auslösung des Multivibrators 64-1 erzeugt ein über die Leitung 280 an das in Fig. 4 dargestellte Gatter 169 geleitetes Multivibrator-Ausgangssignal, welches mit dem Ausgangssignal des Dezimal Umsetzers 64-3 zusammenwirkt, wenn sich im Umsetzer auf der Null-Anschlussleitung das im Ruhestand vorliegende binäre Eins > -Signal verschiebt und ein binäres Eins -Signal auf der Einer-Anschlussleitung erzeugt wird. Das Null -Signal der Null-Anschlussleitung wird von der Leitung 129 zum Gatter 168 geführt und von dem in Fig. 4 dargestellten Gatter 168 umgekehrt. Dies bewirkt, dass das Gatter 169 während der letzten Halbperiode der Ausgangsspannung des Multivibrators in Funktion tritt.
Das Ausgangssignal des Gatters 169 zeigt der Steuereinrichtung 15 an, dass der Abtaster 64 in Funktion getreten ist, indem es ein Eins -Signal an das Gatter 155 legt. Ein Null -Ausgangssigna1 des Gatters 155 bewirkt zusammen mit einem Null > -Aus- gangssignal des Gatters 152 ein Eins > -Ausgangssignal des Gatters 154. Das Ausgangssignal des Gatters 154 ist an das Gatter 156 gelegt und hält das Null > -Aus- gangssignal dieses Gatters bis zum Beginn eines weiteren Peaks aufrecht.
Der Abtaster 64 bleibt im Betrieb, bis ein binäres Eins > Signal an einer der Zwischen anschlussleitungen, beispielsweise der Vierer-Leitung, des Dezimal-Umsetzers 64-3 erscheint, wobei dieses Signal zum Gatter 158 geführt ist. Ein Eins -Eingangssigna1 am Gatter 158 wandelt dessen Ausgangssignal in ein binäres Null > -Signal um, das zum Gatter 157 gelangt und an dessen Ausgang ein Eins -Signal erzeugt, welches das Gatter 158 verriegelt.
Der Abtaster 64 ist dauernd in Betrieb, bis auf der Neuner-Anschlussleitung ein binäres Eins > -Signal erscheint. Das binäre eEins -Signal der Neuner-Anschlussleitung gelangt an den Eingang des Gatters 64-7, an dessen Ausgang ein Null -Signal auftritt. Das Neuner Ausgangssignal ist zudem an den Eingang des Gatters 64-6 gelegt und bewirkt, dass dessen Null > -Ausgangs- signal stehen bleibt. Das Null -Ausgangssigna1 des Gatters 64-7 liegt am Eingang des Gatters 64-8 und bewirkt ein Eins -Ausgangssigna1, welches das Gatter 64-7 verriegelt.
Bei Abschluss des Neuner-Ausgangssignals des Abtasters 64 wird dann ein Wechsel des Aus gangssignals des Gatters 64-6 zu einem binären Eins > - Signal zugelassen. Die Leitung 132 nimmt dann den am Gatter 64-6 entstehenden Impuls auf und führt ihn zum Drucker 63 (Fig. 1), um die Drucktaste mit Hilfe eines Solenoids oder dergleichen zu betätigen und zu bewirken, dass der Drucker 63 den durch den Solenoid-Treiber 62 eingetasteten Messwert in konventioneller Weise aufdruckt. Ein nicht dargestellter Schalter wird betätigt, um auf der Leitung 133 ein vom Drucker 63 kommendes Ausgangssignal zu erzeugen, dessen Anwesenheit meldet, dass der Drucker 63 im Betrieb ist.
Dieses Signal wird über die Leitung 133 an das Gatter geführt, um die Funktion der verriegelten Gatter 64-7 und 64-8 umzukehren, und entfernt das Druck-Befehlssignal auf der Leitung 132. Die Signale der Leitungen 132 und 133, die an den Eingang des Gatters 156 gelegt sind, halten dessen binäres Null -Ausgangssignal während des Druckvorganges fest. Darüber hinaus ist die Leitung 133 mit dem Rückstelleingang des Speichers 57 verbunden und beaufschlagt diesen mit einem Rückstellsignal, wenn der Drucker in Betrieb ist.
Der Abtaster 64 bringt im weiteren Ablauf das binäre Eins > -Ausgangssignal auf die Null-Anschlussleitung zurück, nachdem alle neun Anschlussleitungen über strichen worden sind. Ein beinäres, an die Null-Anschlussleitung abgegebenes Eins -Signal wird über die Leitung 129 zur Steuerlogik 53 (Fig. 4) geführt und betätigt die Gatter 159 und 160. Dies erzeugt auf der Leitung 138 das Abtastsperrsignal, welches an den Multivibrator 64-1 (Fig. 5) zurückgeführt wird, um die Funktion des Abtasters 64 zu unterbrechen. Wenn der beschriebene Druckvorgang beendet ist, sind alle Gatter und anderen Schaltungselemente in den Anfangszustand zurückgekehrt, wie er vor Beginn des Peaks vorgelegen hatte. Die Einrichtung ist demnach bereit zur Aufnahme und Registrierung einer weiteren Signalkurve.
Die Information des Peaks ist zuerst gespeichert und hierauf übertragen und ausgedruckt worden. Es muss aber beachtet werden, dass die Reihenfolge der Vorgänge die Einrichtung in einen Zustand gebracht hat, in welchem sie in der Lage ist, einen unmittelbar folgenden Peak aufzunehmen, auch wenn die Summenzählung des vorangehenden Peaks sich noch im Speicher befindet und in den Drucker 63 übertragen wird.
Es ist möglich, dass die beschriebene Integrier- und Registriereinrichtung vom Aminosäureanalysator 10 Signale erhält, die keine eine Registrierung der Peak-Zeitfläche rechtfertigende Breite aufweisen. In diesem Fall würde das Peak-Signal auf der Leitung 124 während der Betriebsperiode des die Peak-Breite bestimmenden Peak Zeitmessers 76 vorliegen, jedoch wieder verschwinden, bevor der Peak-Zeitmesser 76 am Ende seiner Funktionsperiode angelangt ist und dieses Ende anzeigt. Wenn dieser Fall eintritt, gelangt das in ein binäres Null Signal wechselnde Peak-Signal des Peak-Detektors 48 über die Leitung 124 und die Diode 176 und den an Masse gelegten Kondensator 186 an das Gatter 167, an dessen Ausgang mit einer durch die Diode 176 und den Kondensator 186 verursachten, geringen Verzögerung ein binäres Eins -Signal erscheint.
Die geringe Verzögerung des Signals am Ausgang des Gatters 167 erlaubt den vollständigen Ablauf, d. h. die Beendigung des Peak-Signals auf der Leitung 124 und damit eine Betätigung der Gatter 151, 152, 156, 161, 157, 158 und 159. Dieser Vorgang entfernt das Abtastsperrsignal auf der Leitung 138 und macht den Abtaster 64 betriebsbereit. Bevor jedoch der Abtaster 64 vom anfänglichen oder ruhenden Zustand in den Betriebszustand wechselt, bewirkt das bei der Betätigung des Gatters 167 entstehende Eins -Ausgangssignal, dass die Diode 178 das binäre Eins -Signal (eine negative Spannung) an die Rückstellschaltung leitet, welche die Gatter 155, 158, 160, 162 und 165 direkt beeinflusst.
Alle anderen Gatter gelangen in den rückgestellten Zustand, während gleichzeitig das Sperrsignal über die Leitung 138 wieder erscheint und die Funktion des Abtasters 64 blockiert.
Das einzige von Folgen begleitete Ausgangssignal ist das Peak-Nummernsignal der Leitung 67, welches den Peak-Nummernzähler 68 um einen Schritt fortschaltet, ohne jedoch irgendwelche Messwerte für diesen Peak zu liefern. Diese Peak-Nummer wird aber beim Drucken ausgelassen, weil der Abtaster 64 zur Übertragung des Messwertes an den Drucker 63 wie auch der Drucker selbst nicht betätigt werden.
Bei Gelegenheit kann der Analysator 10 eine Signalspannung abgeben, deren Signalkurve etwa den in den Fig. 9 und 10 dargestellten Kurvenformen entspricht und bei der ein kleines Peak-Signal so nahe an einem nachfolgenden grösseren Peak-Signal liegt, dass zwischen den beiden Peaks keine Stelle negativer Neigung vorhanden ist. Die gesamte Länge der in den Fig. 9 und 10 dargestellten Signalkurve wird vom Peak Detektor 48 erfasst und durch einen Signalpegel auf der Leitung 124 dargestellt, der mit der Dauer des Peaks zusammenfällt. Die Schaltungsanordnung 72 für positive Einbuchtungen unterbricht jedoch die Steuerlogik 53 und teilt das Peak-Signal der Leitung 124 in Wirklichkeit in zwei getrennte Signalteile auf, so dass die Einrichtung auf zwei getrennte Peaks anspricht.
Dies wird in der folgenden Weise erreicht: Der erste Teil des Peak-Signals wird auf Grund seiner positiven Neigung und anschliessend seiner Nullneigung signalisiert, welche Signale die Einrichtung in der vorbeschriebenen Weise betätigen. Während die Neigung positiv ist, führt die Leitung 127 ununterbrochen das Masse-Potential, d. h. das binäre Null -Signal, als Eingangssignal für das NOR-Gatter 153. Die Nullneigung erzeugt ein binäres Eins -Signal auf der Leitung 127, so dass am Ausgang des Gatters 153 ein binäres Null -Signal erscheint.
Da der Momentanwert des Peak-Signals wiederum ein mit positiver Neigung behaftetes Signal wird, betätigt das binäre Null -Signal der Leitung 127 das Gatter 153, an dessen Ausgang ein binäres Eins Signal erscheint, welches an den Eingang des Gatters 152 gelangt und dessen Ausgang in ein binäres Null Signal umwandelt. Dieses binäre Null -Ausgangssignal stösst den durch das auf das Peak-Signal der Leitung 124 ansprechende Gatter 151 dazwischen gelegten Signalzustand um. Vom Gatter 152 an sprechen alle Schaltungsteile so an, wie wenn das Peak-Signal bereits beendigt wäre, und verhalten sich in der bereits beschriebenen Weise, um die Zählung im Messwertzähler 28 abzuschliessen, den Zählstand in den Speicher 57 zu übertragen, den Speicher durch Betätigen des Abtasters 64 abzutasten und den Messwert mit dem Drucker 63 auszudrucken.
Ein kurzer, durch die Betätigung der Schaltungsanordnung 72 für positive Einbuchtungen hervorgerufener Unterbruch ist mit der Aufladung des Kondensators 184 beendet, worauf das Ausgangssignal des Gatters 151 am Gatter 152 wiederhergestellt wird.
Die an dieses Gatter angeschlossenen Schaltungsteile verhalten sich nun in Abhängigkeit vom zweiten Teil des unterbrochenen Peak-Signals, als ob dieser zweite Teil ein neues Peak-Signal wäre.
Gelegentlich kann das vom Analysator 10 abgegebene Signal nach seiner logarithmischen Umwandlung der in den Fig. 11 und 12 dargestellten Signalform ähnlich sein und ein Plateau aufweisen, dem keine auszuwertende Bedeutung zukommt. Der Plateau-Zeitmesser 74 beseitigt die bis zum Einsetzen des tatsächlichen Peak-Signals gespeicherte Zeitfläche, wobei das Total dieser Plateau-Zeitfläche gelöscht und nicht ausgedruckt wird.
Wenn der Momentanwert des Signals das Plateau erreicht, erzeugt der Peak-Detektor 48 auf der Leitung 124 ein Signal, das am Ausgang des Gatters 151 ein binäres Null -Signal bildet. Die Leitungen 125 und 126 für negative bzw. positive Neigung liegen ebenfalls beide am Eingang des Plateau-Zeitmessers 74, so dass die Koinzidenz von drei binären Null -Eingangssigna- len am Eingang des Zeitmessers 74 diesen in den Betriebszustand bringt. Wenn sich die Neigung der Signalkurve nicht verändert und der Zeitmesser 74 abläuft, gibt er ein binäres Eins -Signal an die Diode 179 ab, welche an den Schaltungskreis zur manuellen Rückstellung angeschlossen ist. Das Eins -Signal bewirkt dann die Rückstellung aller Gatter wie der Gatter 155, 158, 160, 162 und 165.
Der Peak-Nummernzähler 68 wird durch das Gatter 157 fortgeschaltet; die gespeicherte Zeitfläche wird jedoch nie ausgedruckt, da der Abtaster 64 zum Ausdrucken des vom Messwertzähler 28 angesammelten Totals nicht betätigt wird. Der Rückstell Schaltungskreis, der an die Gatter 144 und 147 des Peak-Detektors 48 angeschlossen ist, stellt das Ausgangssignal des Peak-Detektors auf der Leitung 124 auf einen Nullpegel zurück, um diesen Schaltungsteil auf das Einsetzen der nachfolgenden restlichen Signalkurve vorzubereiten. Aus den Fig. 11 und 12 ist ersichtlich, dass diese restliche Signalkurve die logische Steuereinrichtung 15 in der normalen, vorgängig beschriebenen Weise betätigt.
Die Fig. 13 und 14 zeigen Signalkurven, die zwei Peaks aufweisen, die aber ineinanderlaufen und trotzdem als zwei getrennte Zeitflächen ausgemessen werden sollen. Dies wird mit Hilfe des Schwellenwertdetektors 75 erreicht, der ein binäres Null : > -Ausgangssignal erzeugt, wenn die Impulsfolgefrequenz der auf der Leitung 27 zugeführten Impulse einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die Folge von Nullneigung, positiver Neigung, Nullneigung, negativer Neigung und Nullneigung (Plateau des zweiten Peaks) betätigt den Peak-Detektor 48 in der vorbeschriebenen Weise. Ebenso wird die Steuerlogik 53 betätigt, welche die Integration der Zeitfläche des vorderen Peakteils beendet und die Übertragung der Messwerte in den Drucker 63 in die Wege leitet.
Das bei über dem voreingestellten Schwellenwert liegender Impulsfolgefrequenz erscheinende Null -Ausgangssigna1 des Schwellenwertdetektors 75 gelangt an den Eingang des NOR-Gatters 164. Da die der Reihe nach angeordneten Gatter 151 bis 162, wie bereits beschrieben, betätigt sind, legt das resultierende Null -Ausgangssigna1 des Gatters 162 an alle Eingänge des Gatters 164 ein binäres Null > -Signal, so dass das Gatter 164 ein binäres Eins -Ausgangssignal aufweist. Dieses binäre Eins -Ausgangssignal kommt an die Diode 180 zu liegen und vermittelt der an den Peak-Detektor 48 angeschlossenen Leitung 126 eine negative Spannung.
Diese dient als künstliches Signal zur Anzeige einer positiven Neigung in dem vorgängig nach Ablauf der normalen Funktion rückgestellten Peak-Detektor, wodurch ein neues Peak-Signal auf der Ausgangsleitung 124 erzeugt wird, welches die Steuerlogik 53 zur Speicherung der Zeitfläche des zweiten der dargestellten Peaks erneut in Gang setzt. Auf diese Weise wird die Signalkurve in zwei getrennte Peaks aufgeteilt, wobei für jeden Peak getrennt vom andern die entsprechende Zeitfläche erhalten wird.
Gewisse Modifikationen können in der beschriebenen Integriervorrichtung vorgesehen werden. Beispielsweise können verschieden ausgebildete logische Schaltungselemente, Flip-Flops und dergleichen verwendet werden. Der logarithmische Umsetzer 13 weist in der beschriebenen Ausführungsform neun Lastkreise im Kollektorkreis des Transistors 94 (Fig. 2) auf. Die Zahl derartiger Lastkreise kann jedoch verändert werden, um die gewünschte Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung mit mehr oder weniger geradlinigen Segmenten anzunähern. Die Datenausgabeeinrichtung 16 (Fig. 5) sieht typische Schaltungskreise vor, die in vervielfachter Zahl angewendet werden können, um eine Speicherung über eine beliebige Zahl von Dekaden dezimaler Ziffern zu erreichen, obwohl eine solche Ausdehnung im allgemeinen nicht notwendig ist.
Die dargestellte Einrichtung enthält einen Drucker 63 und Solenoid-Treiber 62; der Solenoid-Treiber 62 kann aber durch eine Schaltungsanordnung ersetzt werden, die zum Betrieb von Registriergeräten oder Geräten wie Streifenstanzer, Magnettrommeln oder dergleichen geeignet ist. An den Zähler 28 können optische Anzeigevorrichtungen angeschlossen werden, um die Messwerte sichtbar zu machen.
Verschiedene Schalter können zur Betätigung von Schaltungselementen und zur Steuerung der Parameter der in den Figuren dargestellten Schaltungskreise vorgesehen werden, um den Betriebsbereich der beschriebenen Integriereinrichtung zu erweitern. Wie bereits erwähnt, kann eine zweite Dekade für den Peak-Num mernzähler 68 angeordnet werden. In bezug auf Fig. 4 können der Plateau-Zeitmesser 74, der Schwellenwertdetektor 75 und der Minimal-Zeitmesser 76 zusätzlich zu Einstellmitteln mit Ein/Aus-Schaltern versehen werden, um eine Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse zu erzielen. Die genannten Schaltungsteile können aber auch zusammen mit den Gattern 153, 164, 165, 166 und 167 weggelassen werden, wobei die verbleibende Einrichtung alle Signalkurven ohne Berücksichtigung der Kurvenform auswerten kann.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die beschriebene Integriereinrichtung ein automatisches System zur digitalen Integration analoger Signale darstellt, wobei die Amplitude des analogen Signals in nichtlinearer Beziehung zur codierten Information steht. Es wird ein logarithmischer Wandler benützt, um das analoge Signal zu linearisieren. Ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer setzt das linearisierte, analoge Signal in ein digitales Signal um, indem er ein frequenzmoduliertes Signal erzeugt, das aus einer Impulsfolge mit einer momentanen Frequenz besteht, die proportional der Amplitude des linearisierten analogen Signals ist.
Die Impulse werden gemäss Befehlen logischer Schaltungskreise gezählt, welche echte Peak-Signale erkennen, identifizieren und trennen, indem sie verschiedene Kombinationen der Neigung der Signalkurve, der Folge von verschiedenen Neigungen, der Amplituden und der Zeitdauer in Wechselwirkung bringen. Der Nullinienwert des analogen Signals wird während der Abwesenheit von echten Signalausschlägen des analogen Signals automatisch korrigiert, was durch die logischen Schaltungskreise angezeigt wird. Die echten Zählwerte des Zählers werden vorübergehend in einem Speicher gespeichert und nachher in bleibender Form registriert.