DE1806615A1

DE1806615A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufnahme von Spektren

Info

Publication number: DE1806615A1
Application number: DE19681806615
Authority: DE
Inventors: Laukien Dr Guenther Rudi
Original assignee: LAUKIEN DR GUENTHER RUDI
Current assignee: LAUKIEN DR GUENTHER RUDI
Priority date: 1968-11-02
Filing date: 1968-11-02
Publication date: 1970-06-04
Also published as: DE1806615B2; DE1806615C3; US3639738A

Description

Anmelder: ι Stuttgart, den 11. Oktober 1968

Professor ^{P 1875 S/C} .

Dr.Günther Rudi Laukien

Forohheim b«Karlsruhe

Am Silberstreifen . ·

Verfahren und Vorrichtung iur Aufnahme von Spektren __■

Sie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Spektren , bei dem interessierend· Bereich· des Spektrums mehrfach hintereinander. dyrohl*ufen und die dabei ersielt en Meßwerte gÄittelt

Es ist bekannt, Linien eines Spektrums, deren Signalamplitude in der Größenordnung der Raueohamplitude lier.t, durch eine Art Korrelation aus den Rauschen herauszuheben, indem das Spektrum

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mehrfach hintereinander abgetastet wird, so daß sich die genau aufeinanderfallenden Liniensignale addieren, wogegen eine solche Addition bei den nichtkoherenten Rauschsignalen nicht stattfindet, so daß eine bedeutende Erhöhung des Abstandes zwischen Signal- und Rauschamplitude möglich ist· Bisher mußte stets das gesamte aufgenommene

™ Spektrum wiederholt werden, so daß also auch solche Bereiche des Spektrums mehrfach abgetastet wurden, bei denen mit Sicherheit keine Signale vorlagen oder aber sich deutlich aus dem Rauschpegel heraushebende Signale vorhanden waren. Es bestand allenfalls die Möglichkeit, zunächst ein Gesamtspektrum aufzunehmen und dann nach solchen Stellen zu untersuchen, bei denen möglicherweise im Rauschen liegende oder sich nur unerheblich über dem Rauschpegel abhebende Linien des Spektrums vorhanden sind· Dann konnten diese durch die Auswertung des Spektrums ermittelten Stellen einzeln für sich

) abgetastet werden. Das Gesamtspektrum wurde in diesem Fall auf die interessierenden Stellen beschränkt. Auch in diesem.Falle handelte es sich Jedoch immer um eine Wiederholung des Gesamtspektrums, auch wenn das Gesamtspektrum auf einen interessierenden Abschnitt eines größeren Bereiches beschränkt war.

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Die bekannten Verfahren zur Aufnahme von Spektren, bei denen interessierende Bereiche des Spektrums mehrfach hintereinander durchlaufen wurden, waren daher sehr umständlich und zeitraubend. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine einfachere und schnellere Aufnahme der Spektren ermöglicht, ohne daß hierdurch die Genauigkeit leidet oder im Bereich des Rauschpegels liegende Linien verlorengehen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelost., daß das Gesamtspektrum in einem einzigen Ar^heitsgang nur einmal abgetastet wird und innerhalb dieser, Gesamtspektrums liegende interessierende Bereiche als Teilbereiche des Gesentspektrums mehrfach hintereinander durchlaufen werden, bevor die Abtastung fortgesetzt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also vermieden, daß auch diejenigen Bereiche des Spektrums, die mit Sicherheit keine Llrten enthalten oder in denen die Signalamplituden weit über dem Rauschpegel liegen, mehrfach abgetastet werden und dadurch erhebliche Zeit vergeudet wird. Es ist auch nicht erforderlich, zunächst einmal das Gesaratspektrum abzutasten und dann das Spektrometer auf ein oder mehrere, näher interessierende Teilbereiche einzustellen. Es wird vielmehr in einem Zuge ein

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einheitliches Spektrum aufgenommen, jedoch iüi Verlauf dieser Aufnahme der eine oder der andere interessierende Bereich mehrfach durchlaufen, daß mit einem Minimum an Zelt- und Arbeitsaufwand ein sehr genaues Spektrum aufgezeichnet werden kann.

Bei einer Form des erfindungsgemäßen Verfahrens können die mehrfach zu durchlaufenden Teilbereiche vorgewählt werden· hine solche Vorwahl kann beispielsweise dann von Interesse sein, wenn bei der Analyse eines Stoffes festgestellt werden soll, ob eine bestimmte Linie vorliegt oder Dicht. Es kann dann durch eine mehrfache Wiederholung des Teilbereiches, in dem diese Linie erscheinen muß, selbst dann festgestellt Werden, ob diese Linie vorhanden ist oder nicht, wenn diese Linie innerhalb des Rauschpegels.liegt.

Bei anderen Anwendungsfällen kann es zweckmäßiger sein, die mehrfach zu durchlaufenden Teilbereiche anhand der äignalamplitude zu bestimmen· Die Bestimmung der Teilbereiche anhand der Signalamplitude kann beispielsweise in der Weise erfolgen, da2 als Grenzen für einen mehrfach zu durchlaufenden Teilbereich die Stellen gewählt werden, an denen die Signalamplitude einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet und wieder

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unterschreitet ο Uta au verhindern, daß auf dies» Weine auch solche Teilbereiche mehrfach abgetastet werdent in denen die Signal amplitude einen weit über dem Rauschpegel liegeöden Spitzenwert annimmt, kann die Abtastuas; mir dann wiederholt werden,, wenn die Signalamplitude innerhalb eines bestimmten Frequenzint eriralles nach dem überschreiten des vorbestimmten Schwellenwertes nicht einen zweiten öchwe lenwert überschreitet, also unterhalb dieses zweiten Schwellenwertes bleibt. .Der vorbeetimmte Schwellenwert wird vorteilhaft eo gewählt, daß er nur wenig über dem Rauschpegel liegt,"so daß die mehrfache Abtastung dann erfolgt, wenn durch geringfügiges überschreiten des mittleren Rauschpegels die Vermutung ausgelöst wird, daß an dieser Stelle eine Spektrallinie vorhanden sein könnte.

Es versteht sich, daß bei einem abzutastenden Spektrum gleichzeitig einige Teilbereiche vorgewählt und andere anhand der Signal amplitude bestimmt werden können.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dee erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie geht dabei aus von einer Vorrichtung mit , einem Rechner zur Steuerung einer schrittweisen Abtastung des Spektrums und Speicherung sowie gegebenenfalls Mittelung der oignalamplituden,

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die den durch Adressen gekennzeichneten Abtastorten zugeordnet sind, derartige Vorrichtungen sind beispielsweise von Kernresonana-Spektrographen und
Massenspektographen her bekannt. Auch das erfindungsgeraäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Anordnung sind vornehmlich für solche opektrographen bestimmt. Gemäß der· Erfindung können nun
mit dem Rechner ein erster Vergleicher, ein erster Adressenspeicher und ein zweiter Adressenspeicher gekoppelt sein, von denen der erste Adressenspeicher auf Veranlassung des Vergleichers die vom Kechner gelieferte Adresse dec Abtastortes speichert, an
dem die-oignalamplitude einen ersten, in den Vergleichern angegebenen Schwellenwert erreicht, wogegen der zweite Adressenspeicher die.Adresse des Abtestortes speichert, an dem die öignalamolitude den ereten Schwellenwert wieder unterschreitet.
Mit den beiden Adressenspeichern 1st dann eine
steueranordnung verbunden, die eins mehrfache Abtastung des Spektrums zwischen den beiden gespeicherten Adressen veranlaßt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die oteueranordnung einen zweiten Vergleicher, in dem die im zweiten Adressenspeicher enthaltene Adresse mit den vom Kechnnr zugeführten Adressen
verglichen wird und der bei Übereinstimmung Steuersignale einem Abtastzähler suführt, der mit einer

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Steuerung verbunden ist, die die Wiederholung der Abtastung des interessierenden Bereiches des Spektrums veranlaßt, bis in detr. Abtastzähler ein vorbestimmter Zustand erreicht ist.

Bei einer bevorzugten Ausf"hrungsform der Erfindung ist noch ein dritter Vergleich τ vorgesehen, in dem die oifnalamplitude mit einem zweiten, höheren schwellenvvert verglichen wird und der bei Überschreiten des Schwellenwertes ein Löschen der Adressen im ersten Adressenspeicher und eine Rückkehr der Vorrichtung in einen Ruhezustand veranlaßt. Dieser dritte Vergleicher verhindert demnach das wiederholte Abtasten eines Bereiches, indem die oignalamplitude einen bestimmten Spitzenwert erreicht.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung asu entnehmen, in der die Erfindung anhand deo in der Zeichnung

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dargestellten Außführungsbeispielos nnher beschrieben und erlöutert wird. Die Zeichnung zeigt das Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Hechner 1_T der in an ßich bekannter tVeise mit einem Spektrometer gekoppelt ist und das

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Spektrometer veranlaßt, das zu untersuchende Spektrum schrittweise abzutasten. Beispielsweise kann der Hechnor 1 bei einem K-ernresonanz-Spektrometer eine schrittweise Verstellung der Anregungsfrequenz veranlassen und Jeder einzelnen Frequenz eine Adresse zuordnenden der dann das voüi Spektrometer^ aufgenommene Signal gespeichert wird. Der Rechner kann weiterhin in an sich bekannter und daher nicht * näher erläuterter Weise eine Anordnung zur Mittelwertbildung enthalten, mit deren Hilfe be,i einer wiederholten Abtastung des Spektrums die der gleichen Adresse zugeordneten Signale addiert und auf beliebige Weise normiert werden, beispieleweise durch' Bildung des arrythmetischen oder geometrischen Mittelwertes.

Mit dem Rechner sind zwei Adressenspeicher 3 und 4 und ein erster Vercrleicher 5 verbunden.])*« Vergleicher werden die Signalamplituden zugeführt, die den Adressen zugeordnet sind, die den Adressenspeichern > 3 und 4 zugeführt werden. Im Vergleicher 5 wird die Signalamplitude mit einem ersten Schwellenwert verglichen, der von einem Schwellenwerterzeuger 6 geliefert wird. Dieser >ichw ellenwert ist einstellbar und wird so gewählt, daß er gerade über dem mittleren Rauachpegel liegt. Wenn die Signalamplitude den in Sohwellenwerterzeuger 6 voreingestellten Schwellenwert erreicht, liefert der Ver^leicher 5

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ein Signal an eine Steuerung 7, die den ersten Adressenspeicher 3 veranlaßt, die Adresse zu speichern, die dem Ort zugeordnet ist, an dom · die öipinalamplitude den voreingestellten Schwellenwert erreicht hat. Wenn danach die Siprnalamplitude wieder unter den voreingestelIten Schwellenwert absinkt, was mit Hilfe des Vergleichers 5 festgestellt wird, liefert die an den angeschlossene Steuerung 7 ein weiteres S das den zweiten AdressensT>eicher 4 veranlaßt, die Adresse des öignales zu speichern, an dem die Signalamplitude den am Schwellenwerterzeuger 6 voreingestellten Schwellenwert wieder unterschritten hat. Mit Hilfe de-r beiden Adressenspeicher 3 und 4 wurden demnach automatisch die Grenzen eines Teilbereiches des Spektrums festgeklebt» an denen die Signalamplitude einen vorbe*· ' stimmten Schwellenwert überschreitet und wieder unterschreitet und der mehrfach abgetastet werden soll, um festzustellen,ott sich hier ein echtes Signal befindet oder nicht.

Zur Wiederholung rfes durch die Adressen in äen .'-'- '■■''■'■'■■■''^ Adressenspeichern 3 und 4 festgelegten Bereiches ': wird von der Steuerung 7 zusammen mit dem an Λ '\, den Adressenspeicher 4 gerichteten Befehl, eine ' £ Adresse zu speichern, ein weiterer Befehl an * ..· den Rechner 1 geschickt, an die Adresse 3 zurück» /.·*· zukehren und von dort an die Abtastung zu wiederholen,

Damit dieser Rücksprung' mehrfach erfolgen kann, ist ein zweiter Veiigleicher β vorgesehen, dem die vom Rechner gebildeten Adressen augeführt werden, damit sie mit clev in dem zweiten Adressenspeieher vorhandenen Adresse verglichen werden. Bei Übereinstimmung der beiden Adressen erhält eine mit dem zweiten Vergleichcr 8 verbunden® Steuerung 9 ein Signal, das wieder dem Rechner den Rücksprungbefehl erteilt. Außerdem wird bei Übereinstimmung der Adressen im Vergleicher 8 ein Signal einem Abtastzähler 10 zugeführt. Hat.die Anzahl der wiederholten Abtastungen eine in den Abtastzähler vöreingegebene Zahl erreicht, erzeugt der Abtastzähler ein Signal, das er der Steuerung 9 zuführt und das die Steuerung veranlaßt, die beiden Adressenspeieher 3 und 4 und die damit verbundene Steuerung 7' zurückzustellen, so daß nach Ablauf der letzten Wiederholung dem Vergleicher 8 vom zweiten Adr ssenspeicher keine Adresse zugeführt wird und daher kein Rücksprungsignal ausgelöst werden kann. Infolgedessen wird nach der durch den Abtastzähler 10 vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen eines Teilbereiches die Abtastung dee Spektrums fortgesetzt.

Um zu verhindern, daß eine wiederholte Abtastung eines Teilbereiches stattfindet, wenn die Signalamplitude zwischen den in den beiden Adressenspeichern 3 und 4 enthaltenen Adressen einen

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hohen Wort annimmt, der eine wiederholte Abtastung des Spektrums unnötig macht, ist ein dritter Ver-^leichor 11 vorgesehen, dem vom ■"■echner 1 die Signalamplitude und von einem zweiten Schwellenwerterzeuger 12 ein Schwellemvert zugeführt wird, der höher ist als der die Grenzen des zu.wiederholenden Bereiches bestimmende Schwellenwert ο Erreicht die Signalamplitude die vom zweiten Schv/ellenwerterzeuger 12 an den Vergleicher gelieferten Schwellenwert, so-führt der Ver^leichor 11 dem ersten Adrensenspeich^r 3 und der damit verbundenen Steuerung ? ein Signal zu, das beide Beuteile auf Null zurückstellt. Es kann durch eine nicht nöher dargestellte einfache Zählechaltung dafür Sorge getragen werden», daß ein ν Zurückstellen des Adreseenspeichers 3 und der , ' -Y Steuerung 7 durch den dritten Vergleicher 11 ^: •nicht mehr möglich ist, wenn zwischen der in ■ ersten Adrassenspeichor 3 enthaltenen Adresse und der Adresse, an der der dritte Vorp;leicher ein Signal liefert, ein zu großer Abstand besteht· Weiterhin könnte das Signal des Vernleichers in diesem Falle dazu benutzt werden, eine mehrfache Abtastung des Bereiches zwischen der im ersten Adressenspeicher 3 enthaltenen Adresse* und dem Ansprechen des critten Ver^leichera 11 zu veranlassen.

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Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf des'dargestellte Ausführungsbeispiel beschrankt ist, sondern Ab eichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es ist eine Vielzahl von logischen !Schaltungen denkbar, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht werden kann. Weiterhin könnte die dargestellte Schaltung noch Bauteile enthalten, die es er-™ möglichen, mehrfach zu durchlaufende Teilbereiche beliebig vorzuwshlen. Weiterhin, ist es denkbar, statt der als Ausführungsbeispiel dargestellten digitalen Anordnung eine analog arbeitende An· Ordnung vorzusehen, wenn das Spektrometer eine kontinuierliche Abtastung dee Spektrums bewirkt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Aufnahme von Spektren, bei dem interessierende Bereiche des Spektrums mehrfach hintereinander durchlaufen und die darin erzielten Meßwerte gemittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das GesamtSpektrum in einem einzigen Arbeitsgang nur einmal abgetastet wird und innerhalb dieses Gesamtsüektrums liegende Interessierende Bereiche als Teilbereiche des ^uesamtspektrums mehrfach hintereinander durchlaufen werden, bevor die Abtastung fortgesetzt wird.

Verfahren nach Anspruch 1,· dadurch gekennzeichnet, daß die mehrfach zu durchlaufenden üeilbereiche vorgewählt werden.

3e Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrfach zu durchlaufenden l'eilbereiche anhand der Signa lamp3,itude bestimmt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Grenzen für einen mehrfach zu durchlaufenden Teilbereich die Stellen gewählt werden, an denen die Signalamplitude einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet und wieder unterschreitet .

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5β Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung nur dann wiederholt wird, wenn die Signalamplitude innerhalb eines bestimmten Frequenzinterval^ea nach dem überschreiten des vorbestimmten ochv/ellenwertes nicht einen zweiten Schwellenwert überschreitet · »

6· Vorrichtung zur Durchführung tfes Verfahrens nach einem dor vorhergehenden. Ansprüche mit einem Rechner zur steuerung einer schrittweisen Abtastung des Spektrums und Speicherung sowie gegebenenfalls Mittelung der Signa!amplitude, die den durch Adressen gekennzeichneten Abtastorten zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Rechner (1) ein erster Vergleicher (5)» ein erster Adressenspeicher (3) und ein zweiter Adressenspeicher (4) gekoppelt sind, von denen der erste Adressenspeieher (3) auf Veranlassung des Verfleichers (5) die vom. itechner (1) gelieferte Adresse des Abtastortes speichert, an dem die Signalamplitude einen ersten, in den Verr;lei.cher (5) angegebenen Schwellenwert erreicht, wogegen der zweite Adressenspeicher (4) die Adresse desjenigen Abtsstortös speichert, an dem die SignalaiEplitude den ersten Schwellenwert wieder unterschreitet» und daß mit den beiden Adreeaenspeichera (5

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eine Steueranordnung (8,9_t1t-0 verbunden ist, die eine mehrfache Abtastung des Spektrums zwischen den beiden gespeicherten Adressen veranlaßt .

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung einen zweiten Vergleicher (8) umfaßt, in dem die im zweiten Adressenspeicher (4) enthaltene Adresse mit den vom Rechner (1) zugeführten Adressen verglichen wird und der bei Übereinstimmung Steuersignale einem Abtastzeiler (10) zuführt, der mit einer Steuerung (9) verbunden ist, die die Wiederholung der Abtastung des Spektrums veranlaßt, bis in dem Abtastzähler (10) ein vorbestimmter Stand erreicht ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 o^er 7* dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Vergleicher (11) vorgesehen ist, in dem die oignalaaplitude mit einem zweiten, höheren Schwellenwert verglichen wird und der bei überschreiten des Schwellenwertes ein Löschen der Adresse im ersten Adressen-Speicher (3) und eine Rückkehr der Vorrichtung in einen Ruhezustand veranlaßt,,

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