DE1623657C - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Hohenanalyse elektrischer Impulse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Analysieren von elektrischen Impulsen, die nahe ihrer Anstiegs- und/oder Abfallflanke Störspitzen aufweisen, insbesondere elektrischer Impulse aus einem Teilchenzähler nach dem Coulter-Prinzip.

Aus der britischen Patentschrift 964418 ist ein Gerät zur Teilchenanalyse bekannt, das nach einem Prinzip arbeitet, welches von Wallace H. Coulter entdeckt wurde, und das heute als das Coulter-Prinzip bekannt ist. Nach diesem Prinzip wird veranlaßt, daß eine Probemenge einer Suspension eines Mediums, dessen Teilchen studiert werden sollen, durch einen verengten Pfad geleitet wird. Das Vorhandensein oder NichtVorhandensein eines Teilchens in dem verengten Pfad läßt eine feststellbare Veränderung in den elektrischen Merkmalen des Pfades auftreten. Dieser Pfad ist so gebaut, daß er einen Bereich schafft, in dem das elektrische Feld möglichst gleichmäßig oder homogen ist. Mindestens in dem Falle, in dem das suspendierende Medium eine leitende Flüssigkeit ist, ist die genannte Veränderung sehr angenähert proportional dem Volumen des Teilchens, das sie verursacht hat.

In der üblichen industriellen Ausführungsform des Coulter-Prinzips wird das verengte Feld durch eine feine Öffnung in einer dünnen Platte von Isoliermaterial gebildet, die die zu untersuchende Suspension in zwei Teile unterteilt, von denen jeder mit einem elektrischen Detektor mit Hilfe einer Abfühlelektrode verbunden ist. An diese Elektroden ist eine elektrische Spannung gelegt. Die zu untersuchenden Teilchen werden mit hoher Geschwindigkeit durch die Öffnung getrieben. Die'Impedanzveränderungen, die durch das Hindurchlaufen eines jeden Teilchens erzeugt werden, werden durch irgendeine Form eines elektrischen Detektors festgestellt, der mit den Elektroden verbunden ist.

Die Rückwirkung des Durchlaufs der Teilchen auf den Meßkreis läßt elektrische Signale entstehen, die, wenn sie gezählt werden, eine genaue Angabe der Zahl der Teilchen geben, und durch die Verwendung irgendeiner Art von Amplituden-Unterscheidungseinrichtung werden die Teilchen nach ihrer Größe klassifiziert, indem die verschiedenen Amplituden der Impulse klassifiziert werden.

Bei der Untersuchung der Teilchen, von denen bekannt ist, daß sie einen engen dynamischen Bereich von Teilchengrößen haben, wurde festgestellt, daß die gemessene Teilchengröße höher war als sie hätte sein sollen. Die Untersuchung zur Feststellung des Grundes für die offenbare Ungenauigkeit bestand aus zwei Aspekten. Bei einem wurde eine große Anzahl von Photographien von einzelnen Impulsen gemacht, die auf einem Kathodenstrahl-Oszilloskop erschienen, wobei diese Impulse sich aus der Feststellung des Hindurchlaufens einzelner Teilchen durch eine typische Öffnung ergaben. Und im anderen Falle wurde eine Studie der Geometrie eines typischen Teilchenpfades im Verhältnis zu den isopotentiellen Flächen gemacht, die in einer Öffnung und deren unmittelbarer Umgebung vorhanden sind. Die isopotentiellen Flächen geben ein Bild der Stromdichteverteilung.

Es wurde festgestellt, daß die Amplitude in der Mitte eines Impulses sein genauester Teil ist, da Störspitzen am Beginn und am Ende von Impulsen vorhanden sein können, die durch gewisse Erscheinungen, die später noch beschrieben werden, verursacht sind. Für die meisten Zwecke stellt der zeitlich in der Mitte des Signalimpulses liegende Amplitudenwert den Feststellungsbereich dar, der das gleichmäßigste Feld hat. Demgemäß ergibt sich die Aufgabe, den Amplitudenwert in der zeitlichen Mitte eines jeden Impulses zu finden.

Aus der USA.-Patentschrift 2 996 624 ist eine Schaltung bekannt, welche es gestattet; von einem Impuls mit beliebiger Impulsform den größten Amplitudenwert des Impulses zu bestimmen, wobei bereits die

ίο Anwendung von Schwellenstufen, eines Verzögerungsgliedes und die Entnahme einer zeitlich kurzen Probe aus jedem Impuls praktiziert wird. Eine derartige Schaltung ist jedoch für die Analyse von-Impulsen ungeeignet, die Störspitzen aufweisen, weil dadurch der Einfluß dieser Störspitzen auf das Meßergebnis noch vergrößert würde.

Der Erfindung, welche sich auf ein Verfahren der eingangs genannten Art bezieht, liegt die Aufgabe zugrunde, den nachteiligen Einfluß von Störspitzen bei der Impulsanalyse auszuschalten oder zumindest stark zu verringern. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß jeder zu analysierende Impuls integriert wird, daß die Spannung des zu analysierenden Impulses und die zugehörige integrierte Impulsspannung miteinander verglichen werden und bei Gleichheit von Impulswert und Integralwert eine Abtastprobe vorgegebener kurzer Dauer von der Amplitude des zu analysierenden Impulses oder des integrierten Impulses zu diesem Zeitpunkt, der angenähert die zeitliche Mitte des Impulses markiert, entnommen und als Meßinformation des Amplitudenwertes entnommen und weitergeleitet wird.

Auf diese Weise ergibt sich bei der Analyse von Impulsen eine höhere Genauigkeit, weil der Einfluß der zu Fehlern führenden Störspitzen vor allem zu Beginn und zu Ende des Impulses ausgeschaltet werden kann. Bei einem Teilchenzähler nach dem Coulter-Prinzip ergibt sich speziell der Vorteil, daß die Größe der Teilchen, welcher die Impulshöhe proportional ist, genauer ermittelt werden kann. Dies geht in diesem Zusammenhang vor allem darauf zurück, daß der Mittelteil des Impulses beim Coulter-Zähler demjenigen Zustand entspricht, in welchem die Teilchen sich etwa in der Mitte der Durchtritts-Öffnung befinden, wobei weiter außen, also zeitlich vorher oder hinterher auftretende Nichtlinearitäten weitgehend ausgeschaltet sind.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens der vorstehend genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Integrator vorgesehen ist, dem die zu analysierenden Impulse zugeleitet werden, daß jeder zu analysierende Impuls und sein integrierter Impuls einer Vergleichsstufe zugeführt sind, daß ein erster Schalter

vorgesehen ist, der bei gleichem Amplitudenwert des zu analysierenden Impulses und des.integrierten Impulses den entsprechenden Teil des direkt zugeleiteten zu analysierenden Impulses oder des integrierten Impulses kurzzeitig durchschaltet. Es zeigt

60. Fig. 1 eine.schematische Ansicht, die das Profil einer Öffnung zeigt, durch die drei Teilchen entlang verschiedenen Pfaden A, B und C verlaufen, wobei die sich ergebenden elektrischen Impulse, die von den entsprechenden Teilchen erzeugt werden, in der Ansicht unter dem Öffnungsprofil gezeigt sind,

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Gerätes zur Bestimmung des Amplitudenwertes in der Mitte eines Impulses nach der Erfindung,

F i g. 3 eine Serie von Spannungsverl'äufen, die Signale auf der gleichen Zeitachse darstellen, die in verschiedenen Teilen der Fig. 2 auftreten, ■

F i g. 4 eine vergrößerte Ansicht, die verschiedene übereinanderliegende Kurvenformen von Impulsen zeigt, die von Teilchen erzeugt wurden, und ihre Integrale,

F i g. 5 ein Blockschaltbild ähnlich der F i g. 2, worin eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist, und

F i g. 6 eine vergrößerte Ansicht von Spannungsverläufen, von denen einige in F i g. 3 gezeigt sind, aber abgewandelt durch das Gerät nach Fig. 5.

Es hat sich gezeigt, daß die Impulse, die von einem Teilchenanalysiergerät der genannten Art erzeugt werden, in keiner Weise in ihrer Gestalt gleich sind, selbst wenn die Teilchen, die sie erzeugen, identisch in ihrer Größe sind. Ein verhältnismäßig großer Prozentsatz, etwa 15%, hat kleine Spitzen, üblicherweise an ihren vorderen Kanten und gelegentlich auch an ihren Hinterkanten. In F i g. 1 ist an der Oberseite der Ansicht das Schnittprofil einer dünnen Platte 10 in einem »Coulter-CounterÄ-Zähl- und Größen-Bestimmungs-Gerät gezeigt, das eine öffnung 12 aufweist. Der Aufbau ist idealisiert gezeigt, d. h. mit einwandfrei zylindrischer Bohrung und genau scharfen Kanten 14 und 16. Wenn der Öfinungsstrom in dem Gerät eingeschaltet wird, fließt er von einer Seite zur anderen durch die Öffnung, wie beispielsweise von der linken zur rechten Seite. Das gesamte dargestellte Volumen wird mit.dem die Teilchen enthaltenden Elektrolyt gefüllt, aber es. werden keine Symbole benutzt, um es darzustellen, um die Ansicht so einfach wie möglich zu halten. Bei fließendem elektrischen Strom durch die Flüssigkeit ist die elektrische Stromdichte an der öffnung anders als die Stromdichte in anderen Teilen des von der Flüssigkeit erfüllten Volumens, durch das der Strom verläuft. In der öffnung selbst schwankt die elektrische Stromdichte von Stelle zu Stelle. Die Stromdichte ist an den Kanten 14 und 16 wesentlich größer als irgendwo anders.

Um dies am besten darzustellen, sind Isopotentiallinien in Fig. 1 dargestellt. Diese Linien stehen nahe der dünnen Platte senkrecht zu deren äußeren Oberfläche, quer durch die Bohrung 12 bei 18 verlaufen sie fast geradlinig,- beulen sich an den Enden 20 leicht aus und sind im Falle der Ausbeulung 22 stark gebogen. Die Platte besteht üblicherweise aus einem Saphir und immer aus Isoliermaterial. Es ist darauf hinzuweisen, daß die elektrische Stromdichte an einer beliebigen Stelle proportional zur Anzahl der Äquipotential-Flächen in jedem beliebigen gegebenen Volumen an dieser Stelle ist. Obwohl die Stromdichte in der öffnung 12 im allgemeinen größer ist als etwas außerhalb der öffnung, ist die Stromdichte an den Ecken 14 und 16, wo der elektrische Strom in die öffnung 12 tritt, maximal.

Es seien nun drei Teilchenpfade A, B, C durch die öffnung von links nach rechts entlang den gestrichelten Linien in Betracht gezogen, die in Fig. 1 gezeigt sind. Das erste Teilchen A verläuft ungefähr durch den Mittelpunkt der öffnung mit der Strömung des Mediums, und während es von links nach rechts verläuft, tritt durch den Einfluß der erhöhten Stromdichte die maximale Wirkung auf den elektrischen Widerstand in der Nähe des Mittelpunktes der öffnung auf, wo die Isopotentiallinien 18 am dichtesten und parallel zueinander liegen. Die graphische Darstellung des sich ergebenden elektrischen Impulses, wie er durch irgendeine Vorrichtung aufgezeichnet werden kann, ist bei A in Fig. 1 gezeigt. Seine maximale Amplitude befindet sich in der zeitlichen Impulsmitte und ist als AMP. A bezeichnet. Die Dauer des Impulses ist gleich der Zeit, während der das Teilchen sich im Bereich des elektrischen Einflusses der öffnung befand. Dieser Bereich ist beträchtlich größer als die Länge L der öffnung 12, da eine konvexe Ausbeulung von verhältnismäßig hoher elektrischer Stromdichte (Isopotentiallinien 20 und 22) außerhalb der geometrischen Grenzen der öffnung vorhanden ist.

Wenn dem Detektor, der auf die Amplitude des von dem betrachteten Teilchen erzeugten Impulses anspricht, Klassifizierungsvorrichtungen nachgeschaltet sind, dann sprechen sie auf den Wert AMP.

so A an. Diese Amplitude ist proportional der Größe des Teilchens, das sie erzeugt hat. Wenn alle Teilchen Pfaden folgen, die ähnlich dem Pfad A sind oder ziemlich nahe am Mittelpunkt der öffnung 12 liegen, hätten alle sich ergebenden Impulse das Aussehen des Impulses A und würden lediglich in der Amplitude entsprechend ihrer Größe voneinander abweichen. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Abmessungen in den Figuren übertrieben sind, um ein besseres Verständnis der Theorie der Beschreibung zu ermöglichen. Die Gesamtdauer des Impulses liegt üblicherweise in der Größenordnung von 20 bis 40 Mikrosekunden. Die benötigten Formungs- und Klassifizierungsvorrichtungen sind entsprechend auszulegen.

Nicht alle Teilchen verlaufen durch die öffnung 12 entlang Pfaden, die ähnlich dem Pfad A sind. Einige nähern sich entlang Pfaden, die beträchtlich außerhalb der Mittelachse des strömenden Mediums liegen und werden auf schrägen oder gekrümmten Bahnen in die öffnung hineingezogen, wie beispielsweise durch den Pfad C gezeigt, oder sogar noch näher an der Ecke vorbei, wie bei dem Pfad B. Für die Programme A bis C wurde gleiche Teilchengröße angesetzt.

Ein Teilchen auf dem Pfad B liefert zunächst einen Impulsanstieg, welcher sehr ähnlich dem des Teilchens A ist. Sobald es aber in den Bereich der Kante 14 gelangt, bildet sich bei dem zugehörigen Impuls eine Spitze 24 aus. Im Bereich der öffnung 12 tritt wegen der gleichmäßigen Verteilung der Isopotentiallinien ein nahezu waagerechter Verlauf 28 des Impulses auf, dessen Größe etwa gleich AMP. A ist. Durch die hohe Dichte der Isopotentiallinien im Bereich der Kante 16 wird eine weitere Spitze 26 erzeugt. Die maximale Amplitude eines den Pfad B durchlaufenden Teilchens ist mit AMP. B bezeichnet. Ein Teilchen, welches den Pfad C durchläuft, ergibt einen Impuls, welcher im Bereich der Kante 14 eine Spitze 30 mit der maximalen Amplitude AMP. C aufweist, im Bereich der öffnung 12 etwa, wie bei 32 angedeutet, die Amplitude AMP. A hat und bei 34 diesen Wert knapp unterschreitet.

Gemäß der obigen Ausführungen hängt die Gestalt eines Impulses, der durch ein . Teilchen erzeugt wird, das durch eine gegebene öffnung läuft, in erster Linie von der Größe des Teilchens ab, aber in zweiter Linie von dem Bereich, den das Teilchen durchläuft. Wenn alle Teilchen durch die

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Mittelachse der Öffnung verlaufen würden, ergäben als ti, ti, t3 und tS bezeichnet. Die zeitliche Mitte

sich keine Probleme, aber wie gezeigt, verläuft ein des Impulses liegt bei Punkt 13.

bedeutender Prozentsatz der Teilchen nahe den ge- Der Impuls 52 wird durch die Leitung 50 einer

nannten Kanten. Somit haben viele Impulse; infolge Schwellenschaltung 56 zugeführt. Dieser Kreis hat

des Durchlaufens von kantennahen Gebieten höherer 5 ein Schwellenniveau, das leicht über dem Rauschen

Stromdichte störende Spitzen, die eine falsche Klas- Hegt, so daß ein Zufallsgeräusch keinerlei Ausgangs-

sifizierung der die Impulse erzeugenden Teilchen ver- signale erzeugt. Der Einfachheit halber ist dieses Ni-

ursachen. veau in der graphischen Darstellung 42 mit 58 be-

Es wurde darauf hingewiesen, daß die Amplituden zeichnet, um die Lage der Zeiten ti und i4 darzu-

in der Mitte aller Impulse, die von Teilchen der io stellen. Jegliches Signal, das keine Amplitude hat,

gleichen Größe erzeugt wurden, im wesentlichen die größer ist als das Niveau 58, gelangt nicht über

gleich groß sind. die Schwellenschaltung hinaus.

Ein Verfahren zur Erzeugung von Impulsen ohne Die Schwellenschaltung 56 ist mit ihrem Ausgang störende Spitzen könnte darin bestehen, die Kontu- mit den Leitungen 60 und 62 gekoppelt. Das Ausren der öffnung abzurunden, so daß die Stromdichte 15 gangssignal hat die Form eines Rechteckimpulses 64 im wirksamen Bereich der Öffnung praktisch überall niederer Amplitude von einer Dauer ί 2 bis ί 4, wobei gleichmäßig ist. Derartige öffnungen sind aber schwer dies die entsprechenden Zeiten sind, zwischen denen herzustellen und wurden sich sehr leicht mit Fremd- der Impuls 52 das Schwellenniveau 58 kreuzt. Die körpern blockieren, die wegen einer Keilwirkung bistabile Einrichtung 66 spricht auf die Vorderkante nicht einfach zu entfernen sind. Ein anderes Verfah- 20 des Signals 64 an, das über einen Vorderkantendetekren könnte darin bestehen, eine lange Öffnung zu tor 140 und eine Leitung 141 geleitet wird und bebenutzen und den sich ergebenden Impuls über ein , treibt einen elektronischen Schalter 68 über eine VerTiefpaßfilter zu leiten, um die scharfen Spitzen weg- bindungsleitung'70. Derjenige Teil des Impulses», zusieben. Aber' eine lange öffnung wäre teuer und der die Schwellenspannung 58 überschreitet, wird schwierig herzustellen, die gleichzeitige Besetzung der 25 über eine Leitung 72 zu einem Integrator 74 geführt, öffnung durch mehr als ein Teilchen würde häufiger Am Integrator 74 entsteht eine Spannung, die das auftreten, Verstopfungen wären schwieriger zu be- Aussehen einer ogivalen Bogenspitze hat, wie bei 76 seitigen, die Meßgeschwindigkeit bei gegebenem in der graphischen Darstellung 78 der F i g. 3 darge-Druckunterschied wäre kleiner, und die verlängerte stellt. Die gebogene Welle beginnt bei ti und läuft Zeit, während der der unter Druck stehende Elek- 3° an / 3 vorbei weiter. Wenn der Integrator durch die trolyt in der öffnung weilt, würde zu einem erhöhten gesamte Dauer des Impulses 52 integrieren würde, Elektrolyttemperaturanstieg führen, der Wärmerau- müßte das Signal vom Integrator 74 ungefähr der sehen und Verschlechterung der Signal-Rausch-Ver- gebrochenen Linie folgen, die am Ende der Kurve hältnisse hervorrufen würde. Ein anderer Weg könnte gezeigt ist; aber wie gezeigt, wird der Integrator neu sein, physikalisch zu versuchen, die Suspension in 35 eingestellt, bevor der Impuls 52 seine Entwicklung den Mittelpunkt der Öffnung zu leiten, aber dies ist vollendet hat. Der Integratorausgang erscheint bei ebenfalls ein unpraktischer Weg, da dann andere der Leitung 76 in Fig. 2 und wird einer Skalenfak-Probleme auftauchen. tor-Einstellschaltung 78 zugeleitet, von der das sich F i g. 2 illustriert im Blockschaltbild ein Gerät, das ergebende Signal durch eine Leitung 80 dem Eingang an seinem Ausgang Signale erzeugt die auf den Mit- 4° eines Differentialverstärkers 82 zugeführt wird,
telpunkt der Impulse von Teilchen ansprechen, die Im gleichen Zeitraum wird der Impuls 52 über die durch eine öffnung verlaufen. Fig. 3 zeigt ein Dia- Leitung46 dem Differentialverstärker 82 zugeleitet, gramm von in den verschiedenen Teilen der Schal- Der Zweck der Skalenfaktor-Einstellschaltung 78 ist, tung nach Fig. 2 vorkommenden Impulsformen, alle _ _ zu ermöglichen, daß der Integrator 74 als eine Zeitauf der gleichen Zeitachse. 45 Skalenvorrichtung verwendet wird. Der Skalenfaktor In dem Gerät nach F i g. 2 ist der erste Baustein 40 der Schaltung 78 wird so gewählt, daß der Integrator eine Impulserzeugungsvorrichtung, in erster Linie ein eine Ausgangsspannung hat, die gleich derjenigen Teilchen-Zähl- und Größenfeststellungs-Gerät nach eines Teilchenimpulses in dem Zeitpunkt ist, in dem dem Coulter-Prinzip. Es ist ein Öffnungsrohr vor- das Teilchen sich im Mittelpunkt der Öffnung 12 behänden, das eine winzige Öffnung in einer Seiten- 50 findet. Der Differentialverstärker empfängt beide wand hat, und dieses Rohr ist mit Flüssigkeit gefüllt Signale und erzeugt ein Signal, wönn die Integral- und in eine zu messende Suspension eingetaucht, so spannung, welche auf der Leitung 80 erscheint und daß die öffnung sich unter der Oberfläche befindet. das Impulssignal 52, das auf der Leitung 46 erscheint, Elektroden in dem Öffnungsrohr und dem Behälter die gleichen Amplituden haben. Die Punkte, wo die für die Probensuspension leiten einen elektrischen 55 beiden Signale sich kreuzen, sind in F i g. 3 unter Strom durch die öffnung. Ah den Elektroden liegt Punkt 80, 46 gezeigt. Im einzelnen wird dies in Verein Verstärker. Das Medium wird durch die öffnung bindung mit Fig. 4 erläutert, die die integrierten gedrückt, so daß die genannten typischen Impulse, die und normalen Spannungsverläufe zeigt, wie sie vom vom Durchlauf der Teilchen verursacht werdender- jeweils gleichen Teilchen erzeugt werden, das einmal zeugt werden. Das Signal, das am Ausgang 42 des 60 durch die öffnung entlang des Pfades A und einmal Impulserzeugers liegt, wird verschiedenen Teilen des des Pfades B verläuft (Fig. 1). .
Gerätes mit Hilfe der Leitungen 44, 46, 48 und 50 In Fig. 4 sind vier Kurven dargestellt. Es handelt zugeleitet. In Fig. 3, Pos. 42, ist dieses Signal dar- sich um die Kurven A und B der Fig. 1 in vergestellt als Impuls 52. Der Impuls 52 stellt den typi- größertem Maßstab, wobei die hintere Spitze 26 aus sehen Fall des Ansprechens auf ein Teilchen dar, 65 Gründen der Einfachheit und mi,t Rücksicht auf ihre das normal durch die öffnung verläuft, also ohne entsprechenden Integralkurven weggelassen ist. Nach störende vordere oder hintere Spitzen. Die Zeiten der Fig. 3 hat der normale Impuls, der durch ein Teil-Verschiedenen Teile des Impulses sind gemäß Fig. 4.· chen erzeugt wird, das durch den Mittelpunkt der

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öffnung 12 entlang dem Pfad A in F i g. 1 verläuft, durch. Daher besteht sein Ausgangssignal bei 106 aus den Verlauf 52 mit einer Spitze 54, die der Amplitude der Kurve, die in der graphischen Darstellung unter AMP. A entspricht. Diese Spitze tritt beim Zeit- Punkt 92 gezeigt ist, aber nur zwischen den Zeitpunkt r3 auf. Wenn diese Funktion integriert wird punkten f2 und /4. Dieses Signal wird einer Fühl- und der Integrator so eingestellt ist, daß die Integral- 5 schaltung 108 zugeleitet, die ein Ausgangssignal auf spannung den Wert der Amplitude AMP. A an der der Leitung 110 nur dann erzeugt, wenn die Eingenannten Spitze, also zum Zeitpunkt r3 erreicht, gangsspannung gleich Null ist. Sogenannte NOR-dann entspricht die sich ergebende Funktion der aus- Schaltungen arbeiten in einer ähnlichen. Art und gezogenen ogivalförmigen Kurve 76. Der Impuls, der Weise. Da zum Zeitpunkt f 2 ein Unterschied zwivon einem Teilchen verursacht wird, das durch die io sehen der Integralspannung 90 und dem Impuls 52 öffnung entlang dem Pfad B verläuft, ist in Fig. 4 vorhanden ist, erscheint kein Ausgangssignal bei 110, in gestrichelten Linien gezeigt und mit 84 bezeichnet bis dort kein Unterschied mehr vorhanden ist. Beim und hat eine Spitze 24 bei der Amplitude AMP. B, Zeitpunkt r3, wenn kein Unterschied mehr vorhandie wesentlich größer ist als die Amplitude AMP. A. den ist, wird ein kleines Triggersignal 112 erzeugt. Wenn die Integration und die Einstellung so erfolgen, 15 Wie bereits festgestellt, ist der Zeitpunkt t 3 der Mitwie oben beschrieben, dann entspricht der Integral- telpunkt des Impulses 52. Dieses kleine Triggersignal kurve die strichpunktierte Kurve 86. Obwohl die In- 112 setzt einen Multivibrator 114 in Tätigkeit und betegralkurve 86 den Impuls84 etwas früher schneidet als wirkt, daß er einen kurzen rechteckigen Impuls 116 die Integralkurve 76 den Impuls 52, bringt der kleine an seinem Ausgang 118 erzeugt. Dieser Impuls ist Zeitfehler praktisch keine Anderugn des gemessenen ao von kurzer Dauer und von der Größenordnung von Augenblickswertes der Spannung mit sich. Obwohl die ein oder zwei Mikrosekunden. Er ist trotzdem von Spitze 24 beträchtlich höher ist als die Spitze 54, ver- genügender Dauer, um die Klassifizierungsschaltung schiebt diese zusätzliche Fläche das Integral 86 nicht 134 zu betätigen.

so weit nach links, daß die Messung beeinträchtigt Der Impuls 116 wird einem gleichzeitig betriebe-

wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Signal- 35 _nen elektronischen Präzisionsschalter 120 zugeleitet,

impulse 52 und 84 zum Zeitpunkt rl und ihre ent- der durch die Leitung 44 den Teilchenimpuls 52 zur

sprechenden Integrale beim Zeitpunkt ti beginnen. gleichen Zeit erhält. Demgemäß gestattet der Schalter

Die verschiedenen Integralkurven werden unter Be- nur einem schmalen Abschnitt des Impulses 52, zum

nutzung identischer Skalenfaktoren erzeugt. Die Zeit- Ausgang 122 zu verlaufen. Dieser schmale Abschnitt

skala ist in allen Fällen die gleiche. Der Unterschied 30 führt zu einem schmalen Impuls 124 von einer

in der Steigung zwischen den Integralkurven 86 und Dauer, die gleich der Dauer des Ausgangsimpulses

76 ist auf den Unterschied im Verlauf der Impulse 84 des Multivibrators 116 ist und von einer Amplitude,

und 52 zurückzuführen. In den F i g. 3 und 4 ist für die gleich der Amplitude des Impulses 52 in seiner

die Ordinate keine wertmäßige Bezeichnung ange- Mitte ist, nämlicher Amplitude AMP. A.

geben, weil alle Impulse unabhängig von ihrer Größe 35 Jeder Impuls, der am Ausgang 112 austritt, hat

im allgemeinen gleiche Proportionen haben. eine Dauer, die gleich der Dauer des Impulses 116

Wenn mit dem Blockschaltbild nach F i g. 2 und ist. Diese kann, falls erwünscht, eingestellt werden, den zugehörigen Impulsformen weiterverfahren wird, wobei aber die Dauer für jeden beliebigen Probelauf wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, dann besteht die gleich ist. Die Amplitude eines jeden Impulses, der vierte Impulsform unten bei Punkt 80, 46 aus den 40 bei 122 austritt, ist so nahe der Amplitude im Mitbeiden überlagerten Eingangsspannungen zu dem Dif- telpunkt des Impulses, daß sie für alle Zwecke als ferentialverstärker. Die Integralkurve ist um einen damit gleich angesehen werden kann.
Skalenfaktor so verstellt, daß zum Zeitpunkt 13 ihre Eine weitere Behandlung des festgestellten Impulses Amplitude der Amplitude AMP. A gleich ist. Obwohl durch die Klassfizierungsschaltung 134 kann nun mit die Integralkurve 90 bei dem Zeitpunkt ti anfängt 45 größerer Genauigkeit erfolgen, als wenn die Impulse und der Teilchenimpuls 52 zum Zeitpunkt rl ist, ist 52 ohne die Bestimmung der Amplitude in der Mitte der einzige Verlust der Bereich unter der Kurve 52 der Impulse unverändert verarbeitet würden,
zwischen rl und ti. Das Niveau der Schwellenspan- , Der Ausgang 126 aus dem Multivibrator 114 wird nung 58 ist in Wirklichkeit ziemlich klein, und das benutzt, um den Integrator 74 und die bistabile Vor-Dargestellte wurde nur zum besseren Verständnis 50 richtung 66 wieder rückzustellen, wodurch die Schalübertrieben groß gezeichnet. tung veranläßt wird, in ihren Wartezustand zurück-

Der Differentialverstärker 82 mißt die Unter- zukehren, bis der Impuls abgeflaut ist und der nächschiede zwischen den beiden Impulsen 54 und 90 ge- ste Impuls die Schwelle 58 kreuzt und einen neuen maß Punkt 80, 46 der Fig. 3, und als Ergebnis Betriebszyklus einleitet. Das Signal 116 taucht auf sieht die Ausgangsspannung bei 92c wie die zusam- 55 der Leitung 126 auf, und seine Hinterkante wird in mengesetzte Kurve aus, die unter Punkt 92 in Fig. 3 einem geeigneten Hinterkantendetektor 128 festgedargestellt ist. Diese Kurve hat einen ersten Teil 96, stellt und erscheint danach als ein Impuls 130 in der bei 98 zum Zeitpunkt r3 durch Null geht. Da- einem Rückstellkanal 132. Dieser Triggerimpuls 130 nach weist die Kurve eine steil ansteigende Teil- schneidet den Integrator 74 entlang der Rückstell· strecke 100 auf und endet anschließend bei 102 ent- 60 leitung 100 der Kurven, wie in F i g. 3 gezeigt, ab.
sprechend der Rückflanke des Impulses 52. Die fal- In Fi g. 5 und 6 .ist eine andere Ausführungsform lende Linie 100 ist ähnlich den Integralkurventeilen der Erfindung gezeigt, die am Ausgang 122 zur Ver-76 und 90 in den vorangegangenen graphischen Dar- Wendung durch die Klassifizierungsschaltung einen Stellungen der F i g. 3. ■ Impuls 124' erzeugt, der die Amplitude AMP. A hat,

Zu einem elektronischen Schalter 104 führen Lei- 65 aber eine weit längere Dauer besitzt als bei F i g. 3.

tungen 92 und 60. Nur wenn dort ein Ausgangssignal So kann die Klassifizierungsschaltung 134' langsamer

von der Schwellenschaltung 56 vorhanden ist, läßt der arbeiten als diejenige Schaltung 134, die den Impuls

elektronische Schalter 104 irgendwelche Signale hin- 124 nach Fig. 3 zu verarbeiten hat.

Die Vorteile dieser zweiten Form der Erfindung lassen sich leicht durch eine Veränderung einiger der Kopplungsleitungen erzielen, um die Zeiteinteilung von Teilen des Gerätes zu beeinflussen und auch um die Verwendung des Impulses 52 als direkten Amplitudeneingang zum Ausgangsschalter 120 zu vermeiden. .

Insofern, als der Aufbau der beiden Formen der Erfindung fast der gleiche ist, werden nur die Unterschiede beschrieben und Veränderungen durch neue oder mit »Strich« versehene Bezugszeichen vermerkt. Die Leitung 44' beginnt nun am Ausgang der Skalenfaktor-Einstellschaltung 78, so daß die Impulserzeugungseinrichtung 40 nicht mehr länger direkt mit dem elektronischen Präzisionsschalter 120 verbunden ist. Die Rückstelleitung 132 ist nicht mehr weiter mit der bistabilen Vorrichtung 66 verbunden. Aber eine zweite Rückstelleitung 136 koppelt einen Rückstell-

impuls 138 von der Fühlschaltung 108 zurück zu der bistabilen Vorrichtung 66.

Das Hinzufügen der neuen Rückstellung bewirkt, daß die bistabile Vorrichtung rückgestellt und dadurch weiteres Arbeiten des Integrators 74 unterbrochen wird, und zwar vor dem Zurückstellen des Integrators. Daher bleibt der Ausgang 90' vom Integrator bei dem Wert AMP. A während der gesamten Dauer des Signals 116' durch den Multivibrator 114'

ίο gleich, was alles in F i g. 6 gezeigt ist.

Um den gewünschten längeren Ausgangsimpuls 124' zu erreichen, ist die Dauer des Impulses 116 vom Multivibrator 114' beträchtlich länger als der vorher beschriebene Impuls 116, der in Fig. 3 gezeigt ist. Bei Beendigung des Impulses 116' wird der Integrator durch den Rückkopplungsimpuls 130 in der gleichen Art und Weise zurückgestellt wie· in der zuerst beschriebenen Ausführungsform der Erfindung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Höhenanalyse von elektrischen Impulsen, die nahe ihrer Anstiegs- und/ oder Abfallfianke Störspitzen aufweisen, insbesondere elektrischer Impulse aus einem Teilchenzähler nach dem Coulter-Prinzip, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zu analysierende Impuls integriert wird, daß die Spannung des zu analysierenden Impulses und die zügehörige integrierte Impulsspannung miteinander verglichen werden und bei Gleichheit von Impulswert und Integralwert eine Abtastprobe vorgegebener kurzer Dauer von der Amplitude des zu analysierenden oder des integrierten Impulses (52 bis 90') zu diesem Zeitpunkt, der annähernd die zeitliche Mitte des Impulses markiert, entnommen und als Meßinformation des Amplitudenwertes weitergeleitet wird.

2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen des gleichen Wertes von Integralwert und Impulswert eine Rückstellung des das Signal integrierenden Elementes vorgenommen wird und dieses erneut betriebsbereit gemacht wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Integrator (74) vorgesehen ist, dem die zu analysierenden Impulse (52) zugeleitet werden, daß jeder zu analysierende Impuls und die zugehörige Integralkurve (76) einer Vergleichsstufe (82) zugeführt sind, daß ein erster Schalter (120) vorgesehen ist, der bei gleichem Amplitudenwert des zu analysierenden Impulses und des integrierten Impulses den entsprechenden Teil des direkt zugeleiteten zu analysierenden Impulses (52) oder des integrierten Impulses (90') kurzzeitig durchschaltet.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Vergleichsstufe (82) ein Rückkopplungsweg (126, 132) abgezweigt und zur Integrierstufe (74) geführt ist, welcher deren Rückstellung nach Erreichen des gleichen Wertes zwischen Integralwert und Impulswert bewirkt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch3 oder4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwellenschaltung (56) vorhanden ist, die so angeschlossen ist, daß sie direkt jeden Impuls (52) empfängt und auf jeden Impuls (52) anspricht, der über einen gegebenen Schwellenwert hinausgeht, und daß ein zweiter Schalter (68) vorgesehen ist, der zwischen der Schwellenschaltung (56) und der Vergleichsschaltung (74, 78, 82) eingeschaltet ist, wobei der genannte zweite Schalter nur diejenigen Impulse zu der Vergleichsschaltung durchläßt, welche die Schwellenspannung der Schwellenschaltung (56) überschreitet.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Integrator (70) eine Skalenfaktor-Einstellschaltung (78) verbunden ist, um die bis zum Zeitpunkt der Impulsmitte integrierte Spannung weitgehend so einzustellen, daß sie gleich der Spannung des Impulses ist, die zu diesem Zeitpunkt am Integratoreingang (72) liegt, und daß eine Anordnung zum Feststellen der Spannungsdifferenz zwischen Impulswert und Integralwert vorgesehen ist, die bei Erreichung des Minimums der Differenz anspricht und ein Torsignal (98) erzeugt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Feststellung der Spannungsdifferenz einen Differentialverstärker (82) enthält und die nachgeschalteten Einheiten eine Fühlschaltung (108) enthalten, die das Torsignal (98) empfängt und anspricht, wenn das Torsignal einen minimalen Wert hat.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Multivibrator (114; 114') vorgesehen ist, der zwischen der genannten Fühlschaltung (108) und dem ersten Schalter (120) eingeschaltet ist, wobei der Multivibrator ein Steuersignal (116; 116') für den Schalter (120) von vorgegebener kurzer Dauer erzeugt.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückflanke des Steuersignals (116; 116') des genannten Multivibrators (114; 114') auch dem Integrator (74) zugeführt ist und zu dessen Rückstellung dient.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Torschaltung (104) zwischen den Differentialverstärker ,(82) und die Fühlschaltung (108) geschaltet ist, wobei diese Torschaltung von dem Ansprechen (64) der Schwellenschaltung (56) gesteuert wird, und zwar für die Dauer (f 2 bis f4) des Überschreitens der Schwellenspannung durch den jeweils zu messenden Impuls (52).

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine bistabile Einrichtung (66) vorhanden ist, die zwischen der Schwellenschaltung (56) und dem •zweiten Schalter (68) eingeschaltet ist, so daß dieser Schalter nur von der Vorderkante des die Schwellenspannung überschreitenden Signals geschlossen wird.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (116) für den ersten Schalter (120) von dem genannten Multivibrator (114) auch der bistabilen Vorrichtung (66) als Rückstellsignal zugeführt ist.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansprechsignal der Fühlschaltung (108) der bistabilen Vorrichtung zu deren Rückstellung zugeführt ist. '

14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Impuls (52) von einer Einrichtung (40) abgeleitet wird, die einen durch eine feine öffnung verlaufenden elektrischen Pfad von bestimmter Länge hat, wobei der Mittelteil des genannten Pfades dem Mittelteil jeder der Impulse (52) zugeordnet ist und jeder/Impuls (52) durch ein in einem Medium suspendiertes Teilchen erzeugt wird, das den Pfad während eines Zeitabschnitts durchläuft, der gleich der Dauer des Impulses (52) ist, wobei die Einrichtung den Eingangsteil eines Teilchenanalysier- und Größenbestimmungssystems bildet, das weiterhin Impulsklassifizierungsschaltungen (134; 134') aufweist, die mit dem Ausgang (122) der Schaltung zur Bestimmung der Amplitude in der Mitte des Impulses gekoppelt sind.