DE1806615B2 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Abfrage von Spektren - Google Patents

Description

1 Ö06 615

gelöst, daß das Gesarntspektrum nur einmal abgefragt wird und bei Erreichen eines Bereiches, in dem das Signal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, dieser Bereich wählbar oft mehrfach abgefragt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also die mehrfach abzufragenden Bereiche durch den Vergleich der Signalamplitude mit einem vorgegebenen Schweilwert bestimmt. Dieser Schwellwert kann so gewählt werden, daß er nur wenig über dem mittleren Rauschpegel liegt, so daß durch eine Wiederholung in diesem Bereich Signale aus dem Rauschpegel herausgehoben werden können, da sich die Signalarn plituden addieren, wogegen di: Addition der nichtkohärenten Rauschsigriale nur proportional der Quadratwurzel erfolgt. Der Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellwert macht es also möglich, unabhängig von menschlicher Beobachtung oder Auswertung von Spektrogrammen ein Spektrum mit höchster Präzision aufzunehmen und dabei auch sehr schwache Linie mit größter Präzisio.. zu erfassen, ohne daß durch eine unnötige Wiederholung des Gesamtspektrums kostbare Zeit verlorengebt. Im Hinblick auf eine Zeitersparnis ist es auch besonders vorteilhaft, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein interessierender Bereich sofort so langp wiederholt wird, wie es erforderlich erscheint, um ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen, ehe die Abtastung des Spektrums über diesen Bereich hinaus fortgesetzt wird. Jedesmal, wenn bei dem weiteren Abfragen des Spektrums ein Bereich angetroffen wird, in dem das Signal den vorgegebenen Schweilwert überschreitet, wird dieser Bereich mehrfach abgefragt, so daß trotz dieser mehrfachen Abfragung der interessierenden Bereiche das Gesamtspektrum in einem einzigen Arbeitsgang nur einmal abgetastet wird. Auf diese Weise wird die größtmögliche Arbeitsgesc'iwindigkeit erzielt, ohne daß die Gefahr besteht, daß sehr schwache Linien übergangen werden.

Um zu verhindern, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch solche Bereiche mehrfach abgefragt werden, in denen die Signalamplitude einen weit über dem Rauschpegel liegenden Spitzenwert annimmt, sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß das mehrfache Abfragen eines Bereiches unterbunden oder abgebrochen wird, wenn das Signal in diesem Bereich einen zweiten vorgegebenen, höheren Schwellwert erreicht. Dieser zweite Schweilwert kann so gewählt werden, daß er nur wenig über dem Kauschpegel liegt, so daß das mehrfache Abfragen des Spektrums nur dann erfolgt, wenn durch geringfügiges Überschreiten des mittleren Rauschpegels die Vermutung ausgelöst wird, daß an dieser Stelle eine Spektrallinie vorhanden sein könnte.

Zur Lösung der obengenannten Aufgabe hat die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gegenstand. Sie geht dabei aus von einer Vorrichtung mit einem Rechner zur Steuerung einer schrittweisen Abtastung des Spektrums und Speicherung sowie gegebenenfalls Mittelung der Signalamplituden, die den jeweils einer bestimmten Adresse des Rechners entsprechenden Abtastorten zugeordnet sind. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise von Kernresonanz-Spektrographen und Masseiispektrographen her bekannt. Auch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind vornehmlich für solche Spektrographen bestimmt Gemäß der Erfindung ist eine solche Vorrichtung gekennzeichnet durch einen ersten, mit einem ersten Schwellwertdiskriminator gekoppelten Adressenspeicher zur Speicherung der vom Rechner gelieferten Adresse eines Abtastortes, an dem die Signalamplitude einen ersten, mit dem Schwellwertdiskriminator festlegbaren Schwellwert erreicht, durch einen zweiten Adressenspeicher zur Speicherung der Adresse desjenigen Abtastortes, an dem die Signalamplitude den ersten Schwellwert wieder unterschreitet, und durch eine mit den beiden Adressenspeichern gekoppelte Steueranordnung zur Steuerung einer mehrfach wiederholten Abtastung des Spektralbereichs zwischen den in den beiden Adressenspeichern gespeicherten Adressen.

Bei einer bevorzugten Ausfühxungsfoim der Erfindung umfaßt die Steueranordnung zum Vergleich der im zweiten Adressenspeicni"- enthaltenen Adresse mit den im Rechner jeweils aufgerufenen Adressen einen zweiten Schwellwertdiskriminator, und es ist ein Abtastzähler vorgesehen, der bei Übereinstimmung der dem zweiten Schwellwertdiskriminator vom Rechner gemeldeten Adresse mit der im zweiten Adressenspeicher gespeicherten vom Schwellwertdiskriminator ein Steuersignal erhält und der mil einer Triggereinrichtung verbunden ist, die so oft die Wiederholung der Abtastung des Spektrums veranlaßt, bis in dem Abtastzähler ein vorgewählter Zählerstand erreicht ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann noch ein dritter Schwellwertdiskriminator vorgesehen sein, in dem die Signalamplitude mit einem zweiten, höheren Schwellwert verglichen wird und der bei Überschreiten des Schwellwertes ein Löschen der Adresse im ersten Adressenspeicher und eine Rückkehr der Vorrichtung in einen Ruhezustand veranlaßt. Dieser dritte Schwellwertdiskriminator verhindert demnach das wiederholte Abtasten eines Bereichs, in dem die Signalamplitude einen bestimmten Spitzenwert erreicht.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung in Form eines Blockschaltbildes dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Rechner 1, der in an sich bekannter Weise mit einem Spektrometer 2 gekoppelt ist und das Spektrometer veranlaßt, das zu untersuchende Spektrum schrittweise abzutasten. Beispielsweise kann der Rechner 1 bei einem Kernresonanz-Spektrometer eine schrittweise Versteilung der Anregungsfrequenz veranlassen und jeder einzelnen Frequens: eine Adresse zuordnen, an der dann das vom 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 bei einer wiederholten Abtastung des Spektrums die der gleichen Adresse zugeordneten Signale addiert und auf beliebige Weise normiert werden, beispielsweise durch Bildung des arithmetischen oder geometrischen Mittelwertes.

Mit dem Rechner sind zwei Adressenspeicher 3 und 4 und ein erster Schwellwertdiskriminator 5 verbunden. Dem Schwellwertdiskriminator werden die Signalamplituden zugeführt, die den Adressen zu-

geordnet sind, die den Adressenspeichern 3 und 4 zu- im Schwellwertdiskriminator 8 ein Signal einem Abgeführt werden. Im Schwellwertdiskriminator 5 wird tastzähler 10 zugeführt. Hat die Anzahl der wiederdie Signalamplitude mit einem ersten Schwellwert holten Abtastungen eine in den Abtastzähler voreinverglichen, der von einem Schwellwerterzeuger 6 gc- gegebene Zahl erreicht, erzeugt der Abtastzähler ein liefert wird. Dieser Schwellwert ist einstellbar und 5 Signal, das er der Triggereinrichtung 9 zuführt und wird so gewählt, daß er gerade über dem mittleren das die Triggereinrichtung veranlaßt, die beiden Rauschpegel liegt. Wenn die Signalamplitude den im Adressenspeicher 3 und 4 und die damit verbundene Schwellwerterzeuger6 voreingesteHten Schwellwert Steuerung? zurückzustellen, so daß nach Ablauf der erreicht, liefert der Schwellwertdiskriminators ein letzten Wiederholung dem Schwellwertdiskrimina-Signal an eine Steuerung 7, die den ersten Adressen- io tor 8 vom zweiten Adressenspeicher keine Adresse speicher 3 veranlaßt, die Adresse zu speichern, die zugeführt wird und daher kein Rücksprungsignal dem Ort zugeordnet ist, an dem die Signalamplitude ausgelöst werden kann. Infolgedessen wird nach der den voreingesteHten Schwellwert erreicht hat. Wenn durch den Abtastzähler 10 vorgegebenen Anzahl von danach die Signalamplitude wieder unter den vorein- Wiederholungen eines Teilbereichs die Abtastung des gestellten Schwellwert absinkt, was mit Hilfe des 15 Spektrums fortgesetzt.

Schwellwertdiskriminators 5 festgestellt wird, liefert Um zu verhindern, daß eine wiederholte Abtadie an den Schwellwertdiskriminator angeschlossene stung eines Teilbereichs stattfindet, wenn die Signal-Steuerung 7 ein weiteres Signal, das, den zweiten amplitude zwischen den in den beiden Adressenspei-Adressenspeichcr 4 veranlaßt, die Adresse des Si- ehern 3 und 4 enthaltenen Adressen einen hohen gnals zu speichern, an dem die Signalamplitude den 20 Wert annimmt, der eine wiederholte Abtastung des am Schwellwerterzeuger 6 voreingestellten Schwell- Spektrums unnötig macht, ist ein dritter Schwellwertwert wieder unterschritten hat. Mit Hilfe der beiden diskriminator 11 vorgesehen, dem vom Rechner 1 die Adressenspeicher 3 und 4 wurden demnach automa- Signalamplitude und von einem zweiten Schwellwerttisch die Grenzen eines Teilbereiches des Spektrums erzeuge.· 12 ein Schwellwert zugeführt wird, der höfestgelegt, an denen die Signalamplitude einen vorbe- 35 her ist als der die Grenzen des zu wiederholenden stimmten Schwellwert überschreitet und wieder un- Bereichs bestimmende Schwellwert. Erreicht die Siterschreitet und der mehrfach abgetastet werden soll, gnalamplitude den vom zweiten Schwellwerterzeuger um festzustellen_; oh sich hier ein echtes Signal befin- 12 an den Schwellwertdiskriminator 11 gelieferten det oder nicht. Schwellwert, so rührt der Schweiiwei !diskriminator

Zur Wiederholung des durch die Adressen in den 30 11 dem ersten Adressenspeicher 3 und der damit ver-

Adressenspeichern3 und 4 festgelegten Bereichs wird bundenen Steuerung? ein Signal zu, das beide Bau-

von der Steuerung? zusammen mit dem an den teile auf Null zurückstellt. Es kann durch eine nicht

Adressenspeicher 4 gerichteten Befehl, eine Adresse näher dargestellte einfache Zählschaltung dafür

zu speichern, ein weiterer Befehl an den Rechner 1 Sorge getragen werden, daß ein Zurückstellen des

geschickt, an die Adresse3 zurückzukehren und von 35 Adressenspeichers3 und der Steuerung7 durch den

dort an die Abtastung zu wiederholen. dritten Schwellwertdiskriminator 11 nicht mehr mög-

Damit diesei: Rücksprung mehrfach erfolgen kann, lieh ist, wenn zwischen der im ersten Adressenspeiist ein zweiter Schwellwertdiskriminator 8 vorgese- eher 3 enthaltenen Adresse und der Adresse, an der hen, dem die vom Rechner gebildeten Adressen zu- der dritte Schwellwertdiskriminator 11 ein Signal liegeführt werden, damit sie mit der in dem zweiten 40 fen, ein zu großer Abstand besteht. Weiterhin Adressenspeicher vorhandenen Adresse verglichen könnte das Signal des Schwellwertdiskriminators 11 werden. Bei Übereinstimmung der beiden Adressen in diesem Falle dazu benutzt werden, eine mehrfache erhält eine mit dem zweiten Schwellwertdiskrimina- Abtastung des Bereichs zwischen der im ersten tor 8 verbundene Triggereinrichtung 9 ein Signal, das Adressenspeicher 3 enthaltenen Adresse und dem wieder dem Rechner dem Rücksprungbefehl erteilt. 45 Ansprechen des dritten Schwellwertdiskriminators 11 Außerdem wird bei Übereinstimmung der Adressen zu veranlassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur automatischen Abfrage von Spektren mit einem geeigneten Detektor, insbesondere von Spinresonanzspektren, bei dem einzelne Bereiche des Spektrums mehrfach abgefragt und die dabei gewonnenen Meßwerte gemittelt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtspektrum nur einmal abgefragt wird und bei Erreichen eines Bereichs, in dem das Signal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, dieser Bereich wählbar oft mehvfach abgefragt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrfache Abfragen eines Bereichs unterbunden oder abgebrochen wird, wenn das S'gnal in diesem Bereich einen zweiten vorgegebenen, höheren Schwellwert erreicht.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Rechner zur Steuerung einer schrittweisen Abtastung des Spektrums sowie Speicherung und gegebenenfalls Mittelung der Signalamplituden, die den jeweils einer bestimmten Adresse des Rechners entsprechenden Abtastorten zugeordnet sind, gekennnzeichnet durch einen ersten, mit einem ersten Schwellwertdiskriminator (5) gekoppelten Adressenspeicher (Z) zur Speicherung der vom Rechner (1) gelieferten Adresse e;-es Abtastcrtes, an dem die Signalampl-tude einen ersten, mit dem Schwellwertdiskriminatc * (5) festlegbaren Schwellwert erreicht, durch einen zweiten Adressenspeicher (4) zur Speicherung der Adresse desjenigen Abtastortes, an dem die Signalamplitude den ersten Schwellwert wieder unterschreitet, und durch eine mit den beiden Adressenspeichern (3,4) gekoppelte Steueranordnung (8,9,10) zur Steuerung einer mehrfach wiederholten Abtastung des Spektralbereichs zwischen den in den beiden Adressenspeichern (3,4) gespeicherten Adressen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung zum Vergleich der im zweiten Adressenspeicher (4) enthaltenen Adresse mit den im Rechner (1) jeweils aufgerufenen Adressen einen zweiten Schwellwertdiskriminator (8) umfaßt, daß ein Abtastzähler (10) vorgesehen ist, der bei Übereinstimmung der dem zweiten Schwellwertdiskriminator (8) vom Rechner (1) gemeldeten Adresse mit der im zweiten Adressenspeicher (4) gespeicherten vom Schwellwertdiskriminator (8) ein Steuersignal erhält und der mit einer Triggereinrichtung (9) verbunden ist, die so oft die Wiederholung der Abtastung des Spektrums veranlaßt, bis in dem Abtastzähler (10) ein vorgewählter Zählerstand erreicht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Schwellwertdiskriminator (11) vorgesehen ist, in dem die Signalamplitude mit einem zweiten, höheren Schwellwert verglichen wird und der bei Überschreiten des Schwellwertes ein Löschen der Adresse im ersten Adressenspeicher (3) und eine Rückkehr der Vorrichtung in einen Ruhezustand veranlaßt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Abfrage, von Spektren mit einem geeigneten Detektor, insbesondere von Spinresonanzspektren, bei dem e-nzelne Bereiche des Spektrums mehrfach abgefragt und die dabei gewonnenen Meßwerte gemittelt werden können.

Ein solches Verfahren ist aus der Zeitschrift »Feingerätetechnikv:, 13. Jahrgang (1964), Heft 12, S. 570 und 571, bekannt. Das bekannte Verfahren dient zur automatischen Abfrage von Massenspektren, und zwar speziell zu massenspektrometrischen Isotopenanalysen, bei denen von vornherein genau bekannt ist, welche Massenlinien die vorkommenden Isotopen aufweisen. Das bekannte Verfahren besteht darin, daß bei der automatischen Abfrage der Massenspektren jeweils nur diejenigen Bereiche abgefragt werden, in denen solche Massenlinien vorkommen können, wogegen alle dazwischenliegenden Bereiche übersprungen werden. Bei mehrfach hintereinander erfolgenden Abfragungen des Spektrums werden jeweils alle interessierenden, vorgewählten Bereiche unter Überspringen der dazwischenliegenden Bereiche hintereinander abgefragt, und es wird diese Abfrage des Gesamtspektrums so cft wiederholt, wie es notwendig erscheint. Das bei dem bekannten Massenspektiometer angewendete Verfahren beschränkt sich also darauf, be? der Aufnahme des Spektrums die Messung auf diejenigen diskreten Linien zu beschränken, die das zu untersuchende Isotop aufweisen kann. Die Bereiche, in denen diese Linien liegen können, müssen vor dem Beginn des Aufnahrrieverfahrens vorgewählt werden. Dieses Verfahren ist jedoch dann nicht anwendbar, wenn Untersuchungen auszuführen sind, bei denen nicht vorhersagbar ist, bei welchen Frequenzen Linien des Spektrums zu erwarten sind und erst die Mesrmg ergeben muß, an welchen Stellen und in welcher Dichte Linien vorhanden sind. Bei der Massenspektrometrie besteht auch nicht das Problem, daß die Signale sehr schwaeher Linien im Rauschpegel der Meßapparatur liegen und daher die Gefahr besteht, daß solche Linien nicht entdeckt werden.

Es ist weiterhin aus der Zeitschrift »The Review of Scientific Instruments«, Bd. 38 (1967), S. 29 bis 32, ein Verfahren zur Bestimmung der genauen Lage der Linien von Kernresonanzspektren bekannt, bei dem mit Hilfe eines Rechners die erste Ableitung der Resonanzkurve gebildet und dann diese Ableitung im Bereich der Nullpunkte untersucht wird. Auch hier werden nach einer vollständigen Aufnahme des Spektrums und der Bildung der ersten Ableitung der Resonanzkurve an Hand dieser Kurve diejenigen Bereiche vorherbestimmt, an denen dann eine genauere Untersuchung erfolgen soll, und es wird dann das Gesamtspektrum mehrfach unter Überspringen der nichtausgewählten Bereiche mehrfach vollständig durchlaufen. Auch, dieses bekannte Verfahren ist nicht zur automatischen Abfrage von noch unbekannten Spektren geeignet.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Abfrage auch von solchen Spektren zu schaffen, bei denen eine Voraussage über die Lage und Breite von Linien nicht möglich ist und bei denen die vorhandenen Linien auch so schwach sein können, daß ihre Signale im wesentlichen im Rauschpegel der Meßapparatur verschwinden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch