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Amplituden-Zeit-Analysator für elektrische Signale Die Erfindung
betrifft einen Amplituden-Zeit-Analysator für elektrische Signale, bei dem ein Signalextremwertformer,
ein Modulator und eine Schwelleneinrichtung in Reihe geschaltet sind.
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Die Erfindung beschKftigt sich mit der Analyse elektrischer Signale,
insbesondere der Amplituden-Zeit-Analyee elektrischer Signale, und kann Anwendung
finden in der Geophysik, z. B. beim elektrischen Schürfen für die Analyee der induzierten
Spannungen und Ströme; in der Mineralogie, z. B. in der Petrographie - bei der Automatisierung
der mineralogischen Analysen; in der Biologie, zO 3.
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in der Medizin bei der Automatisierung der biologischen
Analysen;
in der Chemie, z0 B in der Nahrungsmittelindustrie bei der Automatisierung der Schnellanalysen
in Betriebsiaboratorien; im Hüttenwesen, z. B. bei der automatischen Kontrolle der
Produktion von hochlegierten Stählen; in der Physik, z. B. in der Kernphysik für
die Analyse von Vorgängen, die in Amplituden-Zeit-Signale usw. umgesetzt werden.
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Bei den aufgezählten Anwendungsbeispielen kann der Analysator als
Zwischeneinheit, z. B. zwischen Fühlerund Speicher geschaltet werden.
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Es ist bereits ein Analysator zur Phasenanalyse von Objekten unter
dem Mikroskop entwickelt worden, in dem ein AmplitudenlZeit-Analysator (Phasendiskriminator)
vorhanden ist, bei dem in Reihe ein Extremwertformer für elektrische Signale (Spannungen
bzw. Ströme), ein Modulator und eine Schwelleneinrichtung geschaltet sind.
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Zwar ist der bereits entwickelte Analysator hinsichtlich der Möglichkeit
der Amplituden-Zeit-Analyse von Signalen bei minimalen technischen Mitteln, der
Unabhängigkeit der Einstellung von Kanalbreite und Kanallage usw.
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wesentlich günstiger als die nach dem Prinzip: 1,unterer Diskriminator,
oberer Diskriminator-Koinzidenzschaltung" aufgebaute klassische Schaltung und am
günstigsten für die Phasenanalyse von Objekten unter dem Mikroskop, wenn bei diesem
als Extremwertformer eine Einrichtung zur Bildung von Spannungs- und Stromextremwerten
Verwendung findet, wobei mit einfachen Mitteln wirksam die Amplituden-Zeit-Analyse
von elektrischen Signalen, die sich zeitlich sowohl nichtlinear als auch linear
langsam ändern, möglich ist, jedoch benötigt dieser Analysator getrennte Speisequellen
für
den Former und für den restlichen Teil der Schaltung, was manche Unbequemlichkeiten
beim Analysatorbetrieb mit sich bringt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Amplituden-Zeit-Analysator
der eingangs genannten Art für elektrische Signale anzugeben, bei dem keine besondere
Speisequelle für den Signaleztremwertformerbenötigt wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Modulator
mit einer frequenzabhängigen Gegenkopplungseinrichtung versehen ist, deren Gegenkopplung
im Hochfrequenzbereich durch den Signalextremwertformer regelbar ist und im Niederfrequenzbereich
konstant bleibt, und daß der Ausgang des Modulators mit dem Eingang einer Differenziereinrichtung
verbunden ist, deren Ausgang an den Eingang der Schwelleneinrichtung angeschlossen
ist.
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Der Amplituden-Zeit-Analysator wird dadurch weitergebildet, daß die
Gegenkopplungseinrichtung ein Hochpaßfilter ist, an dessen Ausgang eine Diode angeschlossen
ist.
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Im weiteren soll die Erfindung an einem in der beigefügten Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 das
Blockschaltbild des Amplituden-Zeit-Analysators gemäß der Erfindung; und Fig. 2
Spannungskurven, die das Formgebungsprinzip
des elektrischen Analysatorkanals
des Analysators gemäß der Erfindung erklären, Der erfindungsgemäße Amplituden-Zeit-Analysator
enthält einen in Reihe mit einem Modulator 2 und einer Schwelleneinriohtung 3 liegenden
Signalextremwertformer 1 (kurz Former genannt) (Fig0 i). Der Modulator 2 ist mit
einer frequenzabhängigen Gegenkopplungseinrichtung 4 versehen.
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Der Ausgang des Modulators 2 ist mit dem Eingang einer Differenziereinrichtung
5 verbunden, deren Ausgang an den Eingang der Schwelleneinrichtung 3 angeschlossen
ist.
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Die Gegenkopplungseinrichtung 4 ist als Hochpaßfil ter 6 mit einer
Diode 7 am Ausgang ausgefdhrt.
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Die Diode 7 ist mit dem Ausgang des Signalextremwertformers 1 über
einen Widerstand 8 und mit dem Ausgang des Hochpaßfilters 6 über einen Kondensator
9 verbunden. Der Widerstand 8 kann beispielsweise durch eine Drosselspule ersetzt
werden. Der Widerstandswert des Widerstandes 8 ist zweckmäßigerweise größer als
der sowohl der Diode 7 als auch des Formers 1 für das Signal vom Ausgang des Hochpaßfilters
6 gewählt. Der Widerstandswert des Kondensators 9 wird größer als der des Hochpaßfilters
6 und des Modulators 2 für das Signal vom Former 1, Jedoch kleiner als der der Diode
7 für das Signal vom Hochpaßfilter 6 gewählt. Das in dem Modulator 2 durch die Signale
vom Ausgang des Formers 1 zu modulierende Signal wird von einem Impulsgenerator
(in Fig. 1 nicht gezeigt) über eine Klemme 10 eingespeist.
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Als Modulator 2 kann man z. B. einen Impulsgenerator benutzen.
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Die Steilheit der einen Impulsflanke (beispielsweise der hinteren
Flanke) sollte zweckmäßigerweise größer als die der anderen Flanke sein. Andererseits
ist es erwünscht, die Impulsfolgeperiode der Generatorimpulse kleiner als die Änderungsdauer
des Signals am Ausgang des Formers 1 zu wählen Der beschriebene Amplituden-Zeit-Analysator
für elektrische Signale arbeitet wie folgt: Das zu analysierende Signal U(t) (Fig.
2a) wird in den Eingang des Formers 1 (Fig. t) eingespeist.
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Das das Analysenergebnis wiedirgebende Signal wird am Ausgang der
Schwelleneinrichtung 3 abgenommen.
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Der Former 1 formt das Eingangssignal U(t) (Fig. 2a) derart um, daß
in dem gewählten Punkt (UO, tQ) ein Extremum der Funktion U(t) erzeugt wird. Hierbei
kann die Spannung am Ausgang des Formers 1 einpolig und gleich Null im Extrempunkt
(UO, to) (Fig. 2b) sein. Durch die Reihenschaltung des Formers 1 (Fig. 1) und der
Schwelleneinrichtung 3 ist die Bildung eines elektrischen Differenzierkanals möglich.
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Die dem Former 1 entnommene Signalspannung wird mit umgekehrter Polarität
an die Diode 7 angelegte Zweckm§ßigerweise wird hierbei die Amplitude am Ausgang
des Formers 1 größer als die Signalamplitude am Ausgang des Hochpaßfilters 6 gewählt.
leichfallx ist es zweckmäßig, die Polung der Diode 7 derart zu wählen, daß das Signal
vom Hochpaßfilter 6 die Diode 7 durchläuft, während das Signal vom Xormer 1 die
Diode 7 sperrt. Hierzu sollte die
Polarität des Signals am Ausgang
des Formers 1 zu der des Signals am Ausgang des Hochpaßfilters 6 entgegengesetzt
sein, Bei einer Änderung der Spannung U(t) (Fig. 2) am Ausgang des Formers 1 (Fig.
1), zum Beispiel bei Verminderung dieser Spannung, nimmt die Spannung am Ausgang
des Formers 1 zunächst ab (Fig. 2b), wird im Extrempunkt to gleich Null und nimmt
dann wieder zu.
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Bei Verringerung der Spannung am Ausgang des Formers 1 nimmt die
während einer Impulsperiode des Modulators 2 (Fig. 1) mittlere Leitfähigkeit der
Diode 7 zu, so daß die Nebensohlußwirkung der Diode 7 am Ausgang des Filters 6 erhöht,
das Spannungsübertragnngsverhältnis in der Gegenkopplungseinrichtung 4 für die hoheren
Oberschwingungen der Modulatorimpulse vermindert und die Anstiegdauer der Impulsflanken
herabgesetzt wird, d. h. die Flankensteilheit dieser Impulse (Fig. 2c) und der Betrag
der Impulsamplitude (Fig. 2d) am Ausgang der Differenziereinrichtung 5 (Fig. 1)
erhöht werden.
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Überschreitet die Impulsamplitude am Ausgang der Differenziereinrichtung
5 den Schwellenwert der Spannung Un (Fig. 2d), so spricht die Schwelleneinrichtung
3 (Fig. 1) an und liefert am Ausgang Spannungsimpulse (Fig. 2a)e Die Anzahl der
Impulse am Ausgang der Schwelleneinrichtung 5 wird durch die Zeit bestimmt, in der
die Amplitude der Ausgangs spannung (Fig. 2a) in den Grenzen des elektrischen Kanals
U1-U2 bleibt.
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Die Breite des elektrischen Kanals U1-U2 wird durch
die
Lage der Schnittpunkte f', h' (Fig. 2d) der Schwellenspannung Un mit der Amplitudenhfillkurve
der Impulse am Ausgang der Differenziereinrichtung 5 (Fig. 1) bestimmt.
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Die Mitte des elektrischen Kanals UO (Fig. 2a) wird durch den Entstehungszeitpunkt
t (Fig. 2b) eines künstlich erzeugten Extremwerts der Spannung U(t) bestimmt.
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Die Breite des Kanals U1-U2 (Fig. 2a) kann durch Xnderung der Schwellenspannung
U (Fig. 2d) gesteuert wern den, da hierbei die Punkte f', h' ihre Lage ändern. Gleichfalls
kann die Kanalbreite durch Änderung des Verstärkungsfaktors des Formers 1 (Fig.
7) geändert werden, da somit die Änderungsgeschwindigkeit der Spannung am Ausgang
des Formers 1 (Fig. 2b) und folglich die Steilheit der Amplitudenhüllkurve (Fig.
2d) der Impulse am Ausgang der Differenziereinrichtung 5 (Fig. 1) sich ändert demzufolge
die Punkte ft , h' (Fig. 2d) und f, h (Fig. 2a) auch ihre Lage ändern0 Bei Änderung
der Breite des Kanals U1-U2 ändert sich die Kanalmitte U nicht, da die Punkte f',
h' und f, h 0 (Fig. 2a, d) ihre Lage symmetrisch zum Extrempunkt g' und g ändern.
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Die Kanalmitte UO (Fig. 2a) kann ohne änderung der Kanalbreite durch
Umstimmung des Formers 1 verändert werden, Bei dem erfindungsgemäßen Analysator
wird ein neues Prinzip der Flankenmodulation" zur Übertragung der Information vom
Former 1 zur Schwelleneinrichtung 3 verwendet, das darin besteht, daß mit dem Signal
vom Ausgang
des Formers 1 die Flankensteilheit der vom Generator
eintreffenden Impulse moduliert wird. Diese Änderung der Flankensteilheit wird nach
der Differenzierung in eine Amplitudenänderung umgesetzt, was auch für die nachfolgende
Schwelleneinrichtung 3 erforderlich ist.
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Dank dieser Schaltung wird die Information vom Ausgang des Formers
1 zum Eingang der Schwelleneinrichtung 3 über den Modulator nicht durch direkte
Verbindung übertragen, was die Funktion deS Formers bei einer gemeinsamen Speisequelle
störenwürde, sondern durch Zwischenformung, d. ho durch Einwirkung des Formerausgangssignals
auf die Parameter der frequenabhängigen Gegenkopplungseinrichtung 4o Durch diese
Umformung wird die Speisung des gesamten Analysators aus nur einer Speisequelle
möglich, ohne daß dadurch die Arbeitsweise des Extremwerbformers 1 gestört wird.
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Der erfindungsgemäße Analysator behält im vollen Maße die vorteilhaften
Eigenschaften der eingangs erwähnten, bereits entwickelten Schaltung beis die Möglichkeit
der Amplituden-Zeit-Analyse elektrischer Signale, die sich langsam zeitlich sowohl
nichtlinear als auch linear ändern, die Möglichkeit der unabhängigen Regelung der
Breite und Lage des elektrischen Kanals usw.
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Darüber hinaus kann man den erfindungsgemäßen Analysator aus einer
einzigen Spannungsquelle speisen.
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Der Analysator ist einfach aufgebaut, zuverlässig und genau im Betrieb
und leicht abzustimmen.