DE19841308A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Umwandeln von Ladungsfluß in ein Frequenzsignal - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Umwandeln von Ladungsfluß in ein FrequenzsignalInfo
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Abstract
Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Umwandeln von Ladungsfluß in ein Frequenzsignal vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist auf: Zwei parallele Schaltungszweige (Z; Z'), die abwechselnd mit Ladungsfluß beaufschlagbar sind und jeder eine Hintereinanderschaltung eines Schaltelements (40; 40'), eines Integrators (10; 10') und eines Komparators (30; 30') aufweist, wobei die Schaltelemente (40; 40') zum Beaufschlagen eines der beiden Schaltungszweige (Z; Z') mit dem Ladungsfluß dienen und im beaufschlagten Schaltungszweig (Z;Z') der Integrator (10; 10') zum Integrieren des Ladungsflusses dient und rücksetzbar ausgelegt ist und der Komparator (30; 30') zum Abgeben eines Signals bei Übereinstimmen des integrierten Ladungsflusses mit einem bestimmten Schwellenwertsignal ausgelegt ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Umwandeln von Ladungsfluß in ein
Frequenzsignal.
Eine derartige Vorrichtung, auch unter der Bezeichnung
Ladungs-Frequenz-Wandler bekannt, ist eine
elektronische Schaltung, die zur Messung von
elektrischem Ladungsfluß dient.
Bei einer bekannten schaltungstechnischen Anordnung
eines Ladungs-Frequenz-Wandlers sind ein Integrator und
ein Komparator in Reihe geschaltet. Der Anordnung wird
eingangsseitig elektrische Ladung über einen Eingang
der Schaltung zugeführt und durch den Integrator
aufintegriert. Der Integrator liefert an den Verstärker
ein Spannungssignal, das dem Integral der zugeführten
Ladung entspricht. Das integrierte Spannungssignal wird
im Komparator mit einem voreingestellten Ladungs-
Vergleichswert verglichen. Hat das Signal größenmäßig
den Vergleichswert erreicht, gibt der Komparator einen
Impuls an den Ausgang der Anordnung ab. Anschließend
wird der Integrator zurückgesetzt, und die Abfolge des
Integrierens und Vergleichens beginnt von neuem. Am
Ausgang der Anordnung entsteht also eine Impulsfolge
über der Zeit, deren momentane Frequenz ein Maß für die
zugeführte elektrische Ladungsmenge pro Zeiteinheit -
also Ladungsfluß - ist.
Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß der Integrator
während des Rücksetzvorganges nicht arbeiten kann, also
eine Totzeit entsteht, während der kein Ladungsfluß
gemessen werden kann. Bei zeitkritischen Anwendungen,
also solchen, bei denen sich die zugeführte
Ladungsmenge rasch ändert und sehr schnell erfaßt
werden muß, geht durch das Rücksetzen des Integrators
in der Schaltung zu viel Zeit verloren. Dies kann zu
Meßungenauigkeiten führen, die insbesondere bei
sicherheitsrelevanten Anwendungen wie z. B. in der
Ionenstrahltherapie nicht toleriert werden können.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Umwandeln von Ladungsfluß in ein
Frequenzsignal zu schaffen, welche eine exakte,
schnelle und zuverlässige Messung der Ladung
gewährleisten. Dieses Ziel wird durch eine Vorrichtung
mit den Merkmalen gemäß den Ansprüchen 1 und 14 bzw.
ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den Ansprüchen 8
und 21 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in
den Unteransprüchen definiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das
erfindungsgemäße Verfahren sind mit einer Reihe von
Vorteilen verbunden.
Durch das Vorsehen zweier paralleler Schaltungszweige
kann die Ladungsflußmessung in jeweils dem anderen
Schaltungszweig fortgesetzt werden, wenn der
Ladungsfluß in dem einen Schaltungszweig den
voreingestellten Schwellenwert erreicht hat und der
zugehörige Integrator zurückgesetzt werden muß. Damit
entfällt die Totzeit bei der Messung für die
Rücksetzung des Integrators.
Durch das Vorsehen verschiedener Schwellenwerte für
jeweils einen Komparator entsteht eine Schaltung mit
erweiterbarem Meßbereich. Zusätzlich werden die
Schaltungszweige seltener geschaltet, so daß die auch
die mit diesen Schaltvorgängen einhergehenden
Schaltzeiten und Totzeiten minimiert werden.
Durch das Zuschalten des anderen Schaltungszweiges noch
während der Messung in dem einen Schaltungszweig kann
auch noch die verbleibende Schaltzeit beim Übergang vom
einen auf den anderen Schaltungszweig eliminiert
werden. Damit werden eine Vorrichtung und ein Verfahren
geschaffen, mit denen andauernd, also ohne Totzeiten
Ladungsfluß gemessen werden kann.
Zudem ist die Schaltung aus kommerziell verfügbaren
Komponenten aufgebaut, kann also kostengünstig
realisiert werden. Auch lassen sich die
Entwurfseigenschaften der Schaltung in einer
Großserienproduktion zuverlässig reproduzieren.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher
beschrieben. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ladungs-Frequenz-
Wandlers gemäß einem ersten Ausführungs
beispiel der Erfindung,
Fig. 2A, B ein Blockschaltbild eines Ladungs-Frequenz-
Wandlers gemäß einem zweiten Ausführungs
beispiel der Erfindung,
Fig. 3 ein Schaltbild für den analogen Teil des
Ladungs-Frequenz-Wandlers gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 4 ein Schaltbild für den digitalen Teil sowie
die Schwellenspannungsgeneratoren des
Ladungs-Frequenz-Wandlers gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5 ein Kennliniendiagramm für den Ladungs-
Frequenz-Wandler gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Anwendung des
erfindungsgemäßen Ladungs-Frequenz-
Wandlers.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Ladungs-Frequenz-Wandlers
als Blockschaltbild gemäß dem ersten Ausführungs
beispiel der Erfindung. Der Ladungs-Frequenz-Wandler
besteht im wesentlichen aus zwei parallelen
Schaltungszweigen (auch Einzelpulsgruppen genannt) Z,
Z', die jeweils identisch aufgebaut sind. Die
Schaltungszweige Z, Z' werden durch je ein
Schaltelement 40, 40' im Gegentakt zueinander an den
Eingang 1 durch- bzw. abgeschaltet. Jeder der Zweige
weist einen Integrator 10, 10' auf, der zum
Aufsummieren des über das gerade durchgeschaltete
Schaltelement 40 oder 40' angelieferten Ladungsflusses
und zum Abgeben eines dem Integral entsprechenden
Spannungssignals dient. Der Ausgang des Integrators ist
mit einem Verstärker 20, 20' verbunden. Dieses
Spannungssignal wird einem Komparator 30, 30'
zugeführt. Am zweiten Eingang des Komparators 30, 30'
liegt ein Schwellenspannungssignal als Vergleichssignal
an. Das Schwellenspannungssignal - eine Gleichspannung
- wird durch einen Spannungsteiler größenmäßig
eingestellt.
Die beiden Komparatoren 30, 30' sind ausgangsseitig
über einen Addierer 4 mit einem D-Flip-Flop 3
gekoppelt, über welches jeweils über ein
Verzögerungsglied 15, 15' der Integrator 10 oder 10'
zurückgesetzt und die Schaltelemente 40, 40'
angesteuert werden. Jeder der beiden komplementären
Ausgänge Q, Q des D-Flip-Flops 3 ist mit einem der
beiden Schaltelemente 40, 40' verbunden. Hierdurch
werden die beiden Schaltelemente im Gegentakt
zueinander geschaltet. Hinter dem Addierer 4 befindet
sich ein Abgriff 42 für das Ausgangssignal.
Die beiden Zweige Z, Z' sind also abwechselnd aktiv,
d. h., während im durchgeschalteten Zweig das
Ladungsflußsignal integriert, verstärkt und mit der
Schwellenspannung verglichen wird, ruht der gesperrte
Zweig; es verbleibt genügend Zeit, den dortigen
Integrator auf null zurückzusetzen.
Der Integrator 10, 10' des durchgeschalteten Zweiges
integriert das vom Eingang der Schaltung zugeführte
Ladungsflußsignal und setzt das integrierte
Ladungsflußsignal in ein Spannungssignal um. Das
Spannungssignal wird im Verstärker 20, 20' verstärkt
und wird dann einem der Eingänge des Komparators 30,
30' zugeführt. Der Komparator 30, 30' vergleicht dieses
Signal größenmäßig mit der seinem anderen Eingang
anliegenden Schwellenspannung. Wenn das integrierte
Ladungsflußsignal die Schwellenspannung erreicht, gibt
der Komparator an seinem Ausgang einen Impuls ab.
Dieser Impuls gelangt über den Addierer 4 zum D-Flip-
Flop 3. Das D-Flip-Flop 3 ändert seinen Zustand, d. h.
die Signale an seinen Ausgängen Q bzw. Q werden jeweils
invertiert. Hierdurch wird das bisher geöffnete
Schaltelement durchgeschaltet, das bisher
durchgeschaltete Schaltelement geöffnet und der
zugehörige Integrator zurückgesetzt. Die Rücksetzung
erfolgt hierbei sofort; das Aufheben der Rücksetzung
erfolgt jedoch erst kurze Zeit (typischer Wert: 50 ns)
nach der Durchschaltung des betreffenden Zweiges.
Hierzu sind Verzögerungselemente 15, 15' vorgesehen,
die verhindern, daß ein beim Durchschalten des
betreffenden Zweiges auftretender Stromstoß durch den
Integrator 10, 10' aufintegriert wird und die Messung
verfälscht.
Nun setzt sich der oben beschriebene Ablauf im anderen
Zweig fort, während der bisher aktive Zweig ruht.
Die beiden Zweige liefern also abwechselnd Impulse an
den Addierer 4, so daß am Abgriff 42 eine Impulsfolge
über der Zeit entsteht, deren Frequenz den
eingangsseitigen Ladungsfluß pro Zeit repräsentiert.
Die Auflösung dieser Schaltung liegt bei 10 pC/Impuls,
der Ladungsfluß liegt bei 25 µC/s. Mit dieser Schaltung
können bereits Ausgangssignale mit Frequenzen bis zu 1
MHz für Strahlintensitäten von 106 bis 108 Teilchen pro
Sekunde erzeugt werden. Die Fehlerrate bleibt hierbei
unter 3%.
Die Fehlerrate kann noch weiter gesenkt werden, wenn
die Umschaltung zwischen den beiden Zweigen seltener
erfolgt. Dies wird mit einer Schaltung gemäß Fig. 2A, B
erreicht. Fig. 2A zeigt den Aufbau eines Ladungs-
Frequenz-Wandlers als Blockschaltbild gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Schaltung ist
gegenüber der Schaltung der Fig. 1 um jeweils eine
Komponente 50, 60 bzw. 50', 60' zur Erzeugung
verschiedener Schwellenspannungswerte erweitert. Die
Schwellenspannungswerte werden erzeugt, indem
verschiedene Widerstände 51-54 bzw. 51'-54' an den
Eingang von Operationsverstärkern 60, 60' aufgeschaltet
werden. Die Aufschaltung eines der Schwellenspannungs
werte erfolgt durch Binärzählerbausteine 50, 50', die
jeweils durch die Impulse des Ausgangssignale der
Komparatoren 30, 30' ausgelöst werden. Mit den vier
Widerständen 51-54 bzw. 51'-54' können also jeweils 16
verschiedene Schwellenspannungswerte (oder
Treppenspannungen) erzeugt werden. Bei einem
Widerstandsverhältnis zweier benachbarter Widerstände
von 2 : 1 kann somit der Meßbereich um das 15fache
erweitert werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die beiden Zweige Z, Z' schaltungstechnisch
identisch dimensioniert.
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird das zu
messende Ladungsflußsignal durch Takten der beiden
Schaltelemente 40, 40' einem der beiden Zweige
zugeführt. Abweichend von dem ersten
Ausführungsbeispiel werden die beiden Zweige hier
jedoch nicht exakt im Gegentakt zueinander
durchgeschaltet, sondern zeitlich geringfügig
überlappend, d. h., die Schließzeiten der beiden
Schaltelemente überlappen sich zu Beginn und Ende eines
jeden Taktes.
Es sei nun angenommen, der Zweig Z sei der aktive
Zweig. Zu Taktbeginn des aktiven Zweiges ist der
Integrator 10 auf null gesetzt, und am Komparator 30
liegt der niedrigste Schwellenspannungswert an. Wenn
das vom Verstärker 20 gelieferte integrierte
Ladungsflußsignal größenmäßig den ersten
Schwellenspannungswert erreicht hat, dann wird - wie
beim ersten Ausführungsbeispiel - ein Impuls an den
Ausgang abgegeben. Abweichend von dem Ladungs-Frequenz-
Wandler des ersten Ausführungsbeispiels wird jedoch der
Integrator nicht zurückgesetzt und auch keines der
Schaltelemente geschaltet, d. h. der Zweig Z ist
weiterhin aktiv. Es wird nun der Binärzähler 50
angesteuert, der sodann durch Durchschalten einer
anderen Kombination aus den Widerständen 51-54 den
nächsthöheren Schwellenspannungswert erzeugt und an den
Eingang des Komparators 30 legt. Der
Integrationsvorgang wird fortgesetzt, bis das
integrierte Ladungsflußsignal größenmäßig den aktuellen
Schwellenspannungswert erreicht. Dann wird wiederum ein
Impuls abgegeben, und der Zyklus beginnt von neuem.
Dieser Zyklus wiederholt sich, bis der letzte der 16
Schwellenspannungswerte erreicht ist; erst dann wird
der aktive Zweig Z abgeschaltet und der Integrator 10
zurückgesetzt.
Der andere Zweig Z' wird jedoch nicht erst bei
Erreichen des letzten Schwellenspannungswertes des
anderen Zweiges Z durchgeschaltet, sondern schon beim
Erreichen des vorletzten Schwellenspannungswertes.
Somit sind während der letzten Meßphase beide Zweige Z,
Z' aktiv. Damit kann auch der Meßfehler, der durch die
Verzögerung beim Durchschalten eines Schaltelementes zu
Beginn eines Zweigtaktes entsteht, eliminiert werden.
Der oben beschriebene Zyklus wiederholt sich nun für
den Zweig Z' in gleicher Weise.
Fig. 3 zeigt ein Schaltbild für den analogen Teil des
Ladungs-Frequenz-Wandlers, der beiden Ausführungs
beispielen der Erfindung gemeinsam ist. Der Integrator
10, 10' ist jeweils durch einen Operationsverstärker
(OPAMP) mit kapazitiver Rückkopplungsbeschaltung 15,
15' realisiert, der zugeführte Ladungsfluß wird über
Schaltelemente 40, 40' auf den invertierenden Eingang
geschaltet. Die Verstärker 20, 20' sowie die
Komparatoren 30, 30' sind durch weitere OPAMPs mit
entsprechender Beschaltung realisiert.
Fig. 4 zeigt ein Schaltbild für den digitalen Teil des
Ladungs-Frequenz-Wandlers sowie die
Schwellenspannungsgeneratoren gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der Schwellenspannungsgenerator kann prinzipiell auf
verschiedene Weise aufgebaut sein. Wichtig ist hierbei,
daß er mit jedem Impuls (bis hinunter auf ca. 10 ns)
innerhalb von weniger als 100 ns zuverlässig eine neuen
Spannungsimpuls am Ausgang erzeugt. Selbstverständlich
kann auch eine andere Anstufung der Schwellenspannungen
realisiert werden. Dann enthält der
Schwellenspannungsgenerator entsprechend mehr oder
weniger Widerstände und einen Zähler mit entsprechend
angepaßter Stellenzahl.
Anstelle eines Binärzählers kann auch eine andere
Schaltung eingesetzt werden, mit der Treppenspannungen
nacheinander ausgewählt werden können.
Anstelle der Erzeugung der verschiedenen Spannungswerte
durch Aufschalten verschiedener Widerstandswerte auf
den Operationsverstärker 60, 60' kann der
Schwellenspannungsgenerator 50, 50'; 60, 60' auch
mittels eines Digitalanalog-Konverters realisiert
sein, der eine Binärzahl in einen Spannungswert
umsetzt. Fig. 2B zeigt das dahingehend abgewandelte
Ausführungsbeispiel der Fig. 2A.
Mit einer Schaltung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel unter Verwendung der in Fig. 3 und
Fig. 4 angegebenen Bauelementen können Ladungsflüsse
von 10-14 bis 10-4 C/s gemessen werden.
Fig. 5 zeigt ein Kennliniendiagramm für den Ladungs-
Frequenz-Wandler gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Über die horizontale Zeitachse aufgetragen sind im
unteren Diagramm die Spannungsverläufe an den beiden
Eingängen des Komparators 30 im Zweig Z, im mittleren
Diagramm die Spannungsverläufe an den beiden Eingängen
des Komparators 30' im Zweig Z' und darüber das an den
Ausgang 4 gelieferte Ausgangssignal. Die Schwellen
spannungswerte liegen treppenförmig äquidistant
zwischen -4 V und 4 V. Das den Komparatoren zugeführte
integrierte Spannungssignal Uout1 bzw. Uout2
repräsentiert hier einen über die Zeit konstanten
Ladungsfluß am Eingang 1. Jedem Berührungspunkt von
Uout1 bzw. Uout2 mit einem Schwellenspannungswert
entspricht ein Spannungsimpuls im Ausgangssignal. Aus
der überlappenden Taktung der beiden Schalter 40, 40'
folgt, daß sich die im Überlappungszeitraum
angelieferte Ladung auf beide Zweige Z1, Z2 verteilt.
Daraus resultiert die zeitliche Überlappung des Endes
einer jeden Anstiegsflanke Uout1 bzw. Uout2 mit dem
Beginn der jeweils folgenden Anstiegsflanke Uout2 bzw.
Uout1 im anderen Zweig. Der nächste Schwellen
spannungswert wird daher etwas später erreicht, weshalb
dann eine etwas größere Lücke im Ausgangssignal
erscheint.
Ist die völlige Eliminierung der Totzeiten durch das
Schalten der Schaltelemente 40, 40' nicht erforderlich,
so kann das Prinzip der Meßbereichserweiterung mittels
der Schaltungskomponenten 50, 60 bzw. 50', 60' gemäß
dem zweiten Ausführungsbeispiel direkt mit dem Ladungs-
Frequenz-Wandler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
kombiniert werden.
Der erfindungsgemäße Ladungs-Frequenz-Wandler und das
erfindungsgemäße Verfahren sind vielseitig verwendbar.
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Anwendung des
erfindungsgemäßen Ladungs-Frequenz-Wandlers zur
Intensitätsmessung von Schwerionenstrahlen in der
Strahlentherapie. Als Detektor für die Ionenstrahlen
dient eine Ionisationskammer 100, die in den
Ionenstrahl gestellt ist. Die dort hindurchtretenden
Ionenstrahlen erzeugen Ladung. Die Größe der erzeugten
Ladung ist proportional zu den durch die
Ionisationskammmer hindurchtretenden Ionen. Die Ladung
wird dem Ladungs-Frequenz-Wandler 200 zugeführt. Das
Ausgangssignal des Ladungs-Frequenz-Wandlers wird über
eine Einheit zur Signalaufbereitung 300 einem
Intensitätsmonitor 400 zugeführt, wo eine Auswertung
des gemessenen Signals zur Bestrahlungsüberwachung bzw.
Abschaltung des Strahles erfolgt. Gerade bei dieser
Anwendung ist die durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung gewährleistete schnelle, zuverlässige und
genaue Intensitätsmessung von größter Bedeutung.
Claims (26)
1. Vorrichtung zum Umwandeln von Ladungsfluß in ein
Frequenzsignal, aufweisend:
zwei parallele Schaltungszweige (Z; Z'), die abwechselnd mit Ladungsfluß beaufschlagbar sind und deren jeder eine Hintereinanderschaltung eines Schaltelements (40; 40'), eines Integrators (10; 10') und eines Komparators (30; 30') aufweist, wobei die Schaltelemente (40; 40') zum Beaufschlagen eines der beiden Schaltungszweige (Z; Z') mit dem Ladungsfluß dienen und im beaufschlagten Schaltungszweig (Z; Z') der Integrator (10; 10') zum Integrieren des Ladungsflusses dient und rücksetzbar ausgelegt ist und der Komparator (30; 30') zum Abgeben eines Signals bei Übereinstimmendes integrierten Ladungsflusses mit einem bestimmten Schwellenwertsignal ausgelegt ist.
zwei parallele Schaltungszweige (Z; Z'), die abwechselnd mit Ladungsfluß beaufschlagbar sind und deren jeder eine Hintereinanderschaltung eines Schaltelements (40; 40'), eines Integrators (10; 10') und eines Komparators (30; 30') aufweist, wobei die Schaltelemente (40; 40') zum Beaufschlagen eines der beiden Schaltungszweige (Z; Z') mit dem Ladungsfluß dienen und im beaufschlagten Schaltungszweig (Z; Z') der Integrator (10; 10') zum Integrieren des Ladungsflusses dient und rücksetzbar ausgelegt ist und der Komparator (30; 30') zum Abgeben eines Signals bei Übereinstimmendes integrierten Ladungsflusses mit einem bestimmten Schwellenwertsignal ausgelegt ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sie Steuermittel (3, 15, 16; 3', 15', 16')
aufweist zum Zurücksetzen der Integratoren (10; 10')
und zum Ansteuern der Schaltelemente (40; 40') bei
Übereinstimmen des integrierten Ladungsflusses mit
dem bestimmten Schwellenwertsignal.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den Schaltelementen (40,
40') und den Integratoren (10, 10') jeweils ein
Verstärkerelement (20; 20') geschaltet ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils abgegebene
Signal ein einzelner Impuls ist.
5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsfluß ein Maß
für erfaßte Ionenteilchen ist.
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schaltungs
zweige (Z; Z') eine Schaltung (50, 60; 50', 60') zum
zyklischen Auswählen eines Schwellenwertsignales aus
einer Reihe von Schwellenwertsignalen und dem
bestimmten Schwellenwertsignal aufweist,
wobei bei Übereinstimmen des integrierten
Ladungsflusses mit dem ausgewählten
Schwellenwertsignal im beaufschlägten Schaltungszweig
(Z; Z') der Komparator (30; 30') ein Signal abgibt
und das zyklisch nächste Schwellenwertsignal aus der
Reihe ausgewählt wird.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwellenwertsignale betragsmäßig in
ansteigender Reihenfolge geordnet sind und
benachbarte Schwellenwertsignale eine konstante
Betragsgrößendifferenz zueinander aufweisen.
8. Verfahren zum Umwandeln von Ladungsfluß in ein
Frequenzsignal, die folgende Schrittfolge iterativ
durchlaufend:
- 1. Beaufschlagen eines von zwei Schaltungszweigen mit Ladungsfluß,
- 2. Integrieren des Ladungsflusses in dem beaufschlagten Schaltungszweig,
- 3. Vergleichen des integrierten Ladungsflusses mit einem bestimmten Schwellenwertsignal,
- 4. wenn der integrierte Ladungsfluß mit dem
bestimmten Schwellenwertsignal übereinstimmt:
- 1. Erzeugen eines Ausgangssignals,
- 2. Zurücksetzen des Integrators des beaufschlagten Schaltungszweiges und
- 3. Beaufschlagen des anderen Schaltungszweiges mit Ladungsfluß.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der integrierte Ladungsfluß spannungsverstärkt
wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das jeweils abgegebene Signal ein
einzelner Impuls ist.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsfluß ein Maß
für erfaßte Ionenteilchen ist.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem beaufschlagten
Zweig zyklisch ein Schwellenwertsignal aus einer
Reihe verschiedener Schwellenwertsignale und dem
bestimmten Schwellenwertsignal ausgewählt wird,
und bei Übereinstimmen des integrierten
Ladungsflusses mit dem ausgewählten
Schwellenwertsignal im beaufschlagten Schaltungszweig
ein Signal abgegeben wird und das zyklisch nächste
Schwellenwertsignal aus der Reihe ausgewählt wird.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwellenwertsignale betragsmäßig in
ansteigender Reihenfolge geordnet sind und
benachbarte Schwellenwertsignale eine konstante
Betragsgrößendifferenz zueinander aufweisen.
14. Vorrichtung zum Umwandeln von Ladungsfluß in ein
Frequenzsignal, aufweisend:
zwei parallele Schaltungszweige (Z; Z'), die mit Ladungsfluß beaufschlagbar sind und deren jeder eine Hintereinanderschaltung eines Schaltelements (40; 40'), eines Integrators (10; 10') und eines Komparators (30; 30') sowie eine Schaltung (50, 60; 50', 60') zum zyklischen Auswählen eines Schwellenwertsignales aus einer Reihe vorbestimmter Schwellenwertsignale aufweist,
wobei jedes der Schaltelemente (40; 40') zum Beaufschlagen des zugehörigen Schaltungszweiges (Z; Z') mit Ladungsfluß dient,
jeder der Integratoren (10; 10') jeweils zum Integrieren des Ladungsflusses dient und rücksetzbar ausgelegt ist und die Komparatoren (30; 30') zum Abgeben eines Signals bei Übereinstimmen des integrierten Ladungsflusses mit einem Schwellenwertsignal ausgelegt sind,
wobei im beaufschlagten Schaltungszweig (Z; Z') bei Übereinstimmen des integrierten Ladungsflusses mit einem Schwellenwertsignal der entsprechende Komparator (30; 30') ein Signal abgibt und in der Schaltung (50, 60; 50', 60') das zyklisch nächste Schwellenwertsignal ausgewählt wird und
wobei, wenn in einem Schaltungszweig (10; 10') ein erstes vorbestimmtes Schwellensignal aus der Reihe von Schwellenwertsignalen erreicht ist, das Schalt element im anderen Zweig (10'; 10) durchgeschaltet wird und wobei, wenn in dem einen Schaltungszweig (10; 10') ein zweites vorbestimmtes Schwellensignal aus der Reihe von Schwellenwertsignalen erreicht ist, das zugehörige Schaltelement gesperrt wird und der zugehörige Integrator zurückgesetzt wird.
zwei parallele Schaltungszweige (Z; Z'), die mit Ladungsfluß beaufschlagbar sind und deren jeder eine Hintereinanderschaltung eines Schaltelements (40; 40'), eines Integrators (10; 10') und eines Komparators (30; 30') sowie eine Schaltung (50, 60; 50', 60') zum zyklischen Auswählen eines Schwellenwertsignales aus einer Reihe vorbestimmter Schwellenwertsignale aufweist,
wobei jedes der Schaltelemente (40; 40') zum Beaufschlagen des zugehörigen Schaltungszweiges (Z; Z') mit Ladungsfluß dient,
jeder der Integratoren (10; 10') jeweils zum Integrieren des Ladungsflusses dient und rücksetzbar ausgelegt ist und die Komparatoren (30; 30') zum Abgeben eines Signals bei Übereinstimmen des integrierten Ladungsflusses mit einem Schwellenwertsignal ausgelegt sind,
wobei im beaufschlagten Schaltungszweig (Z; Z') bei Übereinstimmen des integrierten Ladungsflusses mit einem Schwellenwertsignal der entsprechende Komparator (30; 30') ein Signal abgibt und in der Schaltung (50, 60; 50', 60') das zyklisch nächste Schwellenwertsignal ausgewählt wird und
wobei, wenn in einem Schaltungszweig (10; 10') ein erstes vorbestimmtes Schwellensignal aus der Reihe von Schwellenwertsignalen erreicht ist, das Schalt element im anderen Zweig (10'; 10) durchgeschaltet wird und wobei, wenn in dem einen Schaltungszweig (10; 10') ein zweites vorbestimmtes Schwellensignal aus der Reihe von Schwellenwertsignalen erreicht ist, das zugehörige Schaltelement gesperrt wird und der zugehörige Integrator zurückgesetzt wird.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den Schaltelementen (40;
40') und den Integratoren (10; 10') jeweils ein
Verstärkerelement (20; 20') geschaltet ist.
16. Vorrichtung gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, daß das jeweils abgegebene Signal ein
einzelner Impuls ist.
17. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsfluß ein Maß
für erfaßte Ionenteilchen ist.
18. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwertsignale
der Reihe betragsmäßig in ansteigender Reihenfolge
geordnet sind und benachbarte Schwellenwertsignale
eine konstante Betragsgrößendifferenz zueinander
aufweisen.
19. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste vorbestimmte
Schwellenwertsignal das betragsmäßig zweitgrößte und
das zweite das betragsmäßig größte der Reihe ist.
20. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß sie Steuermittel (3, 15,
16; 3', 15', 16') aufweist zum Zurücksetzen der
Integratoren (10; 10') und zum Ansteuern der
Schaltelemente (40; 40') bei Übereinstimmen des
integrierten Ladungsflusses mit dem zweiten
bestimmten Schwellenwertsignal.
21. Verfahren zum Umwandeln von Ladungsfluß in ein
Frequenzsignal, die folgende Schrittfolge iterativ
durchlaufend:
- 1. Beaufschlagen eines von zwei parallelen Schaltungszweigen mit Ladungsfluß,
- 2. Integrieren des Ladungsflusses in dem mit Ladungsfluß beaufschlagten Schaltungszweig,
- 3. Vergleichen des integrierten Ladungsflusses mit einem Schwellenwertsignal aus einer Reihe von Schwellenwertsignalen,
- 4. wenn der integrierte Ladungsfluß in dem
beaufschlagten Schaltungszweig mit dem Schwellen
wertsignal übereinstimmt:
- 1. Erzeugen eines Ausgangssignals,
- 2. Auswählen des zyklisch nächsten Schwellenwertsignales aus der Reihe,
- 5. wenn der integrierte Ladungsfluß in dem einen
beaufschlagten Schaltungszweig mit einem ersten
bestimmten Schwellenwertsignal übereinstimmt:
- 1. Beaufschlagen auch des anderen Schaltungszweiges mit Ladungsfluß,
- 6. wenn der integrierte Ladungsfluß in dem einen
beaufschlagten Schaltungszweig mit einem zweiten
bestimmten Schwellenwertsignal übereinstimmt:
- 1. Trennen dieses Schaltungszweiges vom Ladungsfluß.
22. Verfahren gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß der integrierte Ladungsfluß spannungsverstärkt
wird.
23. Verfahren gemäß Anspruch 21 oder 22, dadurch
gekennzeichnet, daß das jeweils abgegebene Signal ein
einzelner Impuls ist.
24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsfluß ein Maß
für erfaßte Ionenteilchen ist.
25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwertsignale
betragsmäßig in ansteigender Reihenfolge geordnet
sind und benachbarte Schwellenwertsignale eine
konstante Betragsgrößendifferenz zueinander
aufweisen.
26. Verfahren gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste vorbestimmte Schwellenwertsignal das
betragsmäßig zweitgrößte und das zweite das
betragsmäßig größte der Reihe ist.
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